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Full text of "Handwörterbuch der naturwissenschaften"

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Handwörterbuch 
der  Naturwissenschaften. 


Fünfter  Band. 


I 


/  2  / 


Handwörterbuch 

der 

Naturwissenschaften 


Herausgegeben  von 

Prof.  Dr.  E.  KorSChelt-Marburg      Prof.  Dr.  G.  Linck-Jena 

(Zoologie)  (Mineralogie  und  Geologie) 

Prof.  Dr.  F.  OltmannS-Freiburg 

(Botanik) 

Prof.  Dr.  K.  Schaum-Leipzig      Prof.  Dr.  H.  Th.  Simon-Göttingen 

(Chemie)  (Physik) 

Prof.  Dr.  M.  Verworn-Bonn    Dr.  E.Teichmann-Frankfurt  a.  M. 

(Physiologie)  (Hauptredaktion) 


Fünfter  Band 

Gewürze  —  Kützing 

Mit  754  Abbildungen 


JENA 

Verlag  von  Gustav  Fischer 

1914 


Alle  Rechte  vorbehalten. 


Copyright  1914  by  Gustav  Fischer, 
Publisher,  Jena. 


Inhaltsübersicht. 


Nur  die  selbständigen  Aufsätze  sind  hier  aufgeführt.    Eine  Reihe  von  Verweisungen  findet  sich 
innerhalb  des  Textes  und  ein  Sachregister  am  Schluß  des  10.  Bandes  gibt  nähere  Auskunft. 


G. 

(Fortsetzung.) 

Seite 

Gewürze.     Von  Dr.  T.  F.  Hanausek,  Prof.,  Wien 1 

Gezeiten.    Von  Dr.  G.  H.  Darwin,  weil.  Prof.,  Cambridge 8 

Njibbs,  Josiah  Willard.     Von  E.  Drude.  Göttingen 20 

\—  Wolcott.     Von  Dr.  E.  von  Meyer.  Prof.,  Dresden 20 

-Gifte.     Von  Dr.  S.  Baglioni,  Prof.,  Rom 21 

^  -Gigantostraca.    Paläontologie.     Von  Dr.  R.  Wedekind,  Priv.-Doz.,  Göttingen     .    .  39 

"■^Gilbert,  William.     Von  E.  Drude,  Göttingen      43 

■Miirtanuer,  Christoph.     Von  Dr.  J.  Pagel,  weil.  Prof.,  Berlin 43 

"Njrladstoiie,  John  Hall.     Von  Dr.  E.  von  Meyer,  Prof.,  Dresden 44 

Glas.    Von  Dr.  E.  Zschimmer,  Jena 44 

"Njlauber,  Johann  Rudolf.     Von  Dr.  E.  von  Meyer,  Prof.,  Dresden      51 

Gleichgewicht.     Von  Dr.  Th.  von  Karman,  Prof.,  Aachen 51     ^ 

Glimmentladung.    Von  Dr.  H.  Starke,  Prof.,  Greifswald ^^^tJ.O- 

^lisson,  Francis.     Von  Dr.   M.  Verwom,  Prof.,  Bonn 80^ 

Glühelektrische  Erscheinungen.    Von  Dr.  H.  Geitel,  Prof.,  Wolfenbüttel  ....  80   \^  J 

Glykoside.    Von  Dr.  H.  Liebermann,  Berlin 96 

Nimelin,  Leopold.    Von  Dr.  E.  von  Meyer,  Prof.,  Dresden 102 

Nioeppert,  Heinrich  Robert.     Von  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  S 103 

Nxoeze,  Johann  August  Ephraim.      Von   Dr.  W.   Harms,   Priv.-Doz.,   Marburg  i.  H.  103 

NjfOltz,  Friedrich  Leopold.     Von  Dr.  J.  Pagel,  weil.  Prof.,  Berlin 103 

Njlraham,  George \ 104 

\—  Thomas [  Von  E.  Drude,  Göttingen   .    , 104 

Njramme,  Zenobe  Theophile.    .  ' 104 

Graphische  Darstellung.     Von  Dr.  Fr.  A.  Willers,  Oberlehrer,  Charlottenburg  104 

Niray,  Asa.     Von  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  S 121 

^Greeff,  Richard.     Von  Dr.  W.  Harms,  Priv.-Doz.,  Marburg  i.  H 121 

Nirew,  Nehemia.     Von  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  S 122 

NGrieß,  Peter,     Von  Dr.  E,  von  Meyer,  Dresden 122 

Nirisebach,  August.     Von  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  HaUe  a.  ö -.    .    .    .  122 

Nirothuss,  Theodor \  ^.      r^   r^     .      .< ••^+-  ^         1^2 

\lrove,  Sir  William  Robert.    .    !  ^  on  E.  Drude,  Gottmgen      123 

Grundwasser.    Von  Dr.  H.  Stremme,  Prof.,  Berlin 123 

Gruppen.     Von  Dr.  F.  A.  Kötz,  Prof ,  Göttingen 133 

Non  Guericke,  Otto.     Von  E.  Drude,  Göttingen 136 

N'on  Gümbel,  Karl  Wilhelm.     Von  Dr.   O.   Marschall,  Eisenach 136 

Njruyton  de  Morveau.    Von  Dr.  E.  von  Meyer,  Prof.,  Dresden 137 

Gymnospermae.     Nacktsamige  Pflanzen.      Von   Dr.    G.   Karsten,   Prof.,  Halle  a,  S.  137 


2  8789 


VI  Inlialtsübei'sicht 


H. 

Seite 

^^.,-^Haar.     Anthropologisch.     Von  Dr.  Eugen  Fischer,   I*inf..  Freibiirp;  i.  B 167 

Mlaffenbach-nisclion',  Eduard i   ,.      r-    r^     j      /     .x-             172 

^Haidin^or.  Wilhelm  Karl  Ritter  von    .(   ^ '"^  ^-  °^"d^'   ^"tüngon      ^^^ 

^flales,  Stephan.     Von  Dr.  W.  Ruhland,   Prof.,  Halle  a.  S 172 

SHall.  James.     Von   Dr.   K.  Spangenberg,   .Minichen 172 

■^Haller.  Albrecht  von.     Von  Dr.  J.  Pagel,  weil.  Prof.,  Berlin 173 

^flalley,  Edmund.     Von  E.  Drude,   (löttingen 173 

MIainilton.  Sir  William  Rowan.  1   ,.      _  "^     .      ,,..^,.             174 

-^Hankel,  Wilhelm  Gottlieb.     .    .    |  ^ ""  ^-  ^rude,  (.ottingen      -^^4 

"^Haustein,  Johannes  Ludwig  Emil  Robert.     Von  Dr.  W,  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.   S.  174 

Harn.     Von  Dr.  B.  Schöndorff,  Prof.,  Bonn 174 

^,^,--Härte  und  Härteprüfung-.     Von  Dr.  Th.  von  Karman,  Prof.,  Aachen 198 

"^artiü-.  Robert.     Von  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  S 202 

^Harvey.  William.     Von  Dr.  J.  Pagel,  weil.  Prof.,  Berlin 202 

Harze.     Von  Dr.  H,  Liebermann,  Berlin 202 

Mlaßksrl,  Justus  Karl.     Von  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  S 207 

^^„^Haut.    Anthropologisch.     Von  Dr.  E.  Fischer,  Prof.,  Freiburg  i.  B 208 

"^^^[^Hautdecke  der  Tiere.     Von  Dr.  F.   Maurer,  Prof.,  Jena 212 

^"^   Hautsekrete.     Von  Dr.  B.  Schöndorff,  Prof.,  Bonn     240 

Hautsinne.     Von  Dr.  A.  Basler,  Prof.,  Tübingen     245 

"^aüv,  Rene  Just.     \^on  Dr.   K.  Spangenberg,  ^München 262 

Miedwig,  Johann.     \^on  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  S 262 

^^efner-Alteneck,  Friedrich  von.     Von  E.  Drude,  Göttingen     262 

Heil-  und  Griftpflanzen.    Von  Dr.  H.  Zornig,  München 262 

^ -Anhang.    Pfeilgifte  und  Pfeilgiftpflanzen.   Von  Dr.  H.  Pabisch.  Prof.,  Wien  296 

^"^^  4Ieintz,  Wilhelm.     Von  Dr.  E.  von  Meyer,  Prof.,  Dresden 300 

Heliumgruppe.    Edelgase.     Von  Dr.  Erich  Ehler,  Prof.,  Heidelberg 301 

■  Helmholtz,  Hermann  von.     Von  E.  Drude,  Göttingen 309 

'  Helmont,  Jean  Baptiste  von.     Von  Dr.  A.  Pagel,  weil.  Prof.,  Berlin 309 

■  Henkel,  Johann  Friedrich.     Von  Dr.  K.  Spangenberg,  München 309 

Henry,  William | ..310 

■^  Herschel,  Friedrich  Wilhelm.  .    >  Von  E.  Drude,   Göttingen 310 

Hertz,  Heinrich  Rudolf.    .    .    .    J 310 

'  Heß,   G.  Heinrich.     V^on  Dr.  E.  von   Meyer,  Prof.,  Dresden 311 

Hessel,  Johann  Friedrich  Christian.     VoJi  Dr.   K.  Spangenberg,  München 311 

Heterozyklische  Verbindungen.    Von  Dr.  W.  König,  Priv.-Doz.,  Dresden  ....  312 

"•-Hippokrates.     Von  Dr.  J.  Pagel,  weil.  Prof.,  Berlin .  322 

^Hirn,  Gustav  Adolf.     Von  E.  Drude,  Göttingen 322 

^  Hlasiwetz,  Heinrich.     Von  Dr.  E.  von  Meyer,  Prof.,  Dresden      322 

*'>Hoeven,  Jan  van  der.     Von  Dr.  W.  Harms,  Priv.-Doz.,  Marburg  i.  H'. 323 

^•Hoff,  Karl  Ernst  Adolf  von.     Von  Dr.   O.   Marschall,  Eisenach 323 

^  Van't  Hoff,  Jacobus  Henricus.     \  ..       r\     r-             «t            n    v      t^       1 '^-'^ 

•  Hofmann,  August  Wilhelm  von.  J  ^<'"  ^^'-  ^-  ^"'^  ^^y^''  ^^o^-'  ^^^sden 334 

'  Hofmeister,  Wilhelm  Friedrich  Benedikt.     Von  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  S.  325 

"  Hooke,  Robert.     Von  E.  Drude,  (iöttingen 325 

■^"flooker,  Sir  Joseph  Dalton.     \    ..        r>      txr    t-.   ui      j     d     t'     tj  11         c      '^^^ 

--  Sir  William  Jackson.     .    .    /   ^  ^n  Dr.  W.  Ruhland,  Prot,,  Halle  a.  b. 3.^^ 

^Hoppe-Seyler,  Ernst  Felix  Immanuel.    Von  Dr.  J.  Pagel,  weil.  Prof.,  Berlin    ....  326 

"  Huggins,'Sir  William.     |    ,,       ir    t^     j      n-,.,-              327 

^Hughes,' David  Edwin.    )   ^  "^  ^-  °''"^^'   <'"^tingen 327 

■^Humboldt,  Friedrich  Heinrich  Alexander  Freiherr  von.     |   VoJi  Dr.  W,  Harms,    .    .  327 

^^unter,  John Priv.-Doz.,    Marbnrg    .    .  328 

■^Hiixley,  Thomas  Henry '  i.  H 329 

Huygens,  Christian.     Von  E.  Drude,  Göttingen .  330 

Hydrate.     Von  Dr.  R.   Marc,  Prof.,  Jena 330 

Hydrolyse.    Von  Dr.  O.   Mumm,  Priv.-Doz.,  Kiel 336 

^^Hvpnose.     Von  Dr.   M.  Verwom,  Prof.,  Bonn 344 

-^^-Hvrtl,  Joseph.     Von  Dr.  W.  Harms,  Priv.-Doz.,  Marburg  i.  H 358 


Inhaltsübersicht  VII 


I. 

Seite 

NJamiii,  Jules  Celestin.     Von  E.  Drude,   Göttiiigen 359 

Iiuinuiiität.     Von  Dr.  Werner  Rosenthal,  Prof.,  Göttingen 359 

Indeiigruppe.     Von  Dr.  H.  Stobbe,  Prof.,  Leipzig 386 

IlldigOgruppe.     Einschließlich  Cumaron-,    Benzothiophen-    und    Indazolgruppe. 

Von  Dr.  K.  Schädel,  Perhn     389 

Induktivität.    Von  Dr.  E.  Orlich,  Prof.,  Berlin-Zehlendorf 395 

Iiifinitesimalrechnuug'.     Von  Dr.   M.  Born,  Priv.-Doz.,  Göttingen 413 

Infrarot.     Von  Dr.  W.  H.  Westphal,  Priv.-Doz.,  Berlin 425 

Infusoria.     Von  Dr.  Clara  Hamburger,  Heidelberg 435 

Nlngenhousz,  Jan,     Von  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  S 456 

Insekten.     Von  Dr.  K.  Escherich,  Prof..  Tharandt 457 

—  Paläontologie.     Von  A.  Handlirsch,   Kustos,  Wien 512 

^Insektivoren.    Karnivoren.    Insekten-  oder  fleischfressende  Pflanzen.    \  on  Dr.  F.  W. 

Neger,  Prof.,  Tharandt 518 

^Insolation.     Von  Dr.  S.  Passarge,  Prof.,  Wandsbeck 532 

Ionen.     Von  Dr.  A,  Coehn,  Prof.,  Göttingen     533 

lonengleicligeAvichte.      Elektrolytische   Gleichgewichte.      Von   Dr.    Hans   Kuessner, 

Halle  a.  S 537 

^onle,  James  Prescott.     Von  E.  Drude,   Göttingen 542 

Irritabilität.     Von  Dr.  J.  Veszi,  Bonn 542 

Isocyklische  Verbindungen.     Von  Dr.  H.  Stobbe,  Prof.,  Leipzig 569 

Isonierie.     Von  Dr.  O.  Dimroth,  Prof.,  Greifswald 581 

[^unghuhn,  Franz  Wilhelm.      (   ,.       r^      Txr   t^   ui      j    r>    4'      lj  n         o 607 

"^unlius,  Joachim p  «n  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  b. g^^ 

Juraformation.     Von  Dr.  E.  Dacque,  Priv.-Doz.,  München 607 

Nlussieu.  Antoine  Laurent  de.     Von  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  S 622 


K. 

Kabelerscheinungen.        Von  Dr.  K.  W.  Wagner,  Tel.-Ing.,  Lankwitz  b.  Berlin   .  628 

"Mvahlbaimi,  Georg.     Von  Dr.  E.  von  Meyer,  Prof.,  Dresden      638 

Kalorimetrie.     Von  Dr.  Karl  Scheel,  Prof.,  Berlin 638 

^-Kambrium.    Von  Dr.  F.  Frech,  Prof.,  Breslau      658 

Kanalstralilen.    Von  Dr.  W.  Wien,  Prof.,  Würzburg 665 

Kapazität.    Von  Dr.  E.  Orhch,  Prof.,  Berlin-Zehlendorf 672 

Karbonatgesteine.  Von  Dr.  G.  Linck,  Prof.,  Jena  und  Dr.  W.  Meigen,  Prof.,  Freiburg  i.  B.  683 

Karbonformation.    Von  Dr.  W.  Kegel,  Berlin 692 

larsten,  Karl  Johann  Bernhard.     Von  Dr.   O.   Marschall,  Eisenach 709 

Katalyse.     Von  Dr.  H.  Pick,  Berlin-Halensee 709 

Kathödenstrahlen.     Von  Dr.  Gerh.  C.  Schmidt,  Prof.,  Münster  i.  VV 722 

Kautschuk.     Von  Dr.  F.  W.  Hinrichsen,  Prof.,  Berlin 739 

^vekule  von  Stradonitz,  August.     Von  Dr.  E.  von  Meyer,  Prof.,   Dresden   ....  741 

'Mvepler,  Johannes.     Von  E.  Drude,   Göttingen 741 

Mverner  von  3Iarilaun,  Anton.     Von  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  S 742 

Nverr,  John.     Von  E.  Drude,   Göttingen 742 

Ketene.     Von  Dr.  Joh.  Scheiber,  Priv.-Doz.,  Leipzig 742 

Ketone.     Von  Dr.   G.  Reddelien,  Priv.-Doz.,  Leipzig 744 

Ketten-  und  Hingsysteme.    Von  Dr.  H.  Stobbe,  Prof.,  Leipzig 757 

^vjeldahl,  Johann.     Von  Dr.  E.  von  Meyer,  Prof.,  Dresden 765 

Kinetische  Theorie  der  Materie.     Von  Dr.  G.  Jäger,  Prof.,   Wien 765 

Kinorhyncha.     Von  Dr.  R.  Lauterborn,  Prof.,  Ludwigshafen  a.  Rh 774 

^vircher.  Athanasius.  .    .    .    |   ,.      t-    t^     j      .^-j.^-  775 

"Wvirchhoff,   Gustav  Robert.   )   ^  ^"  ^-  ^'""^^^  (.ottingen 775 

Klang.     Von  Dr.  R.  Wachsmuth,  Prof.,  Frankfurt  a.  M 775 

'^Klaproth,   Martin  Heinrich.     Von  Dr.  K.  Spangenberg,  München 782 

*^von  Kleist,  Ewald  Georg.     Von  E.  Drude,   Göttingen 782 

^<;night,  Thomas  Andrew.     \'on  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  S 783 

^Knoblauch.     Von  E.  Drude,  Göttingen 783 


Tta-T^  o'C  e.y-p-.'z^-/ 1?'^  ■ 


'S' in  Inlialts  Übersicht 


Seite 

*4vocllikor.  Albert  von.     Von  Dr.     W.  Harms,  :\raihiirü:  i.  H 783 

^voelroutiT.  Joseph  Gottlieb.     Von  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Hallo  a.  S 783 

Kohlehydrate    oder    Ziickerarten.     Von    Dr.    H.    Heinrich    Franck,    Berlin    nnd 

I)r.  H.  Großmann,  Priv.-Doz.,  Berlin 784 

"Kohlen.     Von  Dr.  W.  Gothan,  Priv.-Doz.,  Berlin 810 

KohlensJiurederivateundPiiringruppe.  Von  Dr.  Johannes  Scheiber,  l^riv.-Doz., Leipzig  887 

Kohlensloll'gnippe 862 

a)  Kohlenstoff.     Von  Dr.  Fr.  Weigert,  Priv.-Doz.,  Berlin-Scliöneberg 862 

b)  Silicium.     Von  Dr.  Julius  Gewecke,  Priv.-Doz.,  Bonn :    .    .    .  886 

c)  Titan.   •    ■    •    | ■•    •  89.5 

d)  Germanium.   J  Von  Dr.  H.  Pick,  Berlin-Halensee     . .  899 

e)  Zirkonium.     ' 901 

-',  d/""'       Von  Dr.  Julius  Gewecke,  Priv.-Doz.,  Bonn n^o 

h)  Thorium.     Von  Dr.  Erich  Ebler,  Prof.,  Heidelbers: 922 

Kohlenwasserstoffe.     Von  Dr.  J.  Hoppe,  München 929 

M\ohlrausch.  Friedrich.     Von  E.  Drude,  Göttingen 932 

^volbe,  Hermann.     Von  Dr.  E.  von  Meyer,  Prof.,  Dresden 932 

Kondensierte  Kiugsy steine.     Von  Dr.  G.  Heller.  Prof.,  Leipzig 933 

Miönig,  Rudolf.     Von  E.  Drude,  Göttingen 936 

Konstitntion.     Von  Dr.  O.  Dimroth,  Prof.,  Greif swald 936 

^vopernikns,  Nikolaus.     Von  E.  Drude,  Göttingen 946 

Miopp,  Hermann.     Von  E.  von  Meyer,  Prof.,  Dresden 946 

^.^Koprolithe.    Paläontologie.     Von  Dr.  R.  Wedekind,  Priv.-Doz.,  Göttingen   ....  946 

.^Korallenriffe  (Rezente  Korallenriffe).     Von  Dr.  E.  Wolf,  Süssen  i.  Württbg.   .    .  947 
-^Körperformen  des  Menschen.     Anthropologisch.     Von  Dr.  Eugen  Fischer,  Prof., 

Freiburg  i.  B 957 

•  Körperregionen  nnd  Bauplan  der  Tiere.     Von  Dr.  L.  Rhumbler,   Prof.,  Hann.- 

Münden 964 

.-"'Kosmogonie.     Von  Dr.  O.  Knopf,  Prof.,  -Jena      977 

\Kowalevsky,  Alexander.     Von  Dr.  W.  Harms,  Priv.-Doz.,  Marburg  i.  H.    .    .    .    .    .  989 

Kraftmessung.    Von  Dr.  K.  Scheel,  Prof.,  Berlin 989 

Kreideformation.    Von  Dr.  E.  Krenkel,  Leipzig 994 

Kreislauf  des  Blutes.     Physiologie   des   Kreislaufes.     Von   Dr.    Robert  Tigerstedt, 

Helsingfors 1009 

Kreislauf  der  Stoffe  in  der  organischen  Welt.    Von  Dr.  F.  Czapek,  Prof.,  Prag  1042 

-"Kreislauf  der  Stoffe  in  der  anorganischen  Natur.    Von  Dr.  G.  Linck,  Prof.,  Jena  1049 

Kristallchemie.  Chemische  Kristallographie.  Von  Dr.  B.  Gossner,  Priv.-Doz.,  München  1056 

^^/Kristalle.    Flüssige  Kristalle.     Von  Dr.  R.  Brauns,  Prof.,  Bonn  . 1074 

Kristallformen.     Von  Dr.  A.  Baumhauer,  Prof.,  Freiburg  (Schweiz) 1089 

Kristallisation.     Von  Dr.  R.   Marc,  Prof.,  Jena 1122 

Kristallographie.     Von  Dr.  G.  Linck,  Prof.,  Jenu 1134 

Kristallphysik.    Mechanische  Eigenschaften.     Von  Dr.  O.   Mügge,  Prof.,  Göttingen  1135 

—  Optische  Eigenschaften.     Von  Dr.  A.  Becker,  Prof.,  Heidelberg 1155 

Kristallstruktur.     Von  Dr.  G.  Wulff,  Prof.,  Moskau 1188 

"Küchenmeister,  Friedrich.     Von  Dr.  W.  Harms,  Priv.-Doz.,  Marburg  i.  H 1193 

^-Kühne,  Willi.     Von  Dr.  J.  Pagel,  weil.  Prof.,  Berlin 1193 

^-Kunckel,  Johann.     Von  Dr.  E.  von  Meyer,  Prof.,  Dresden 1193 

NKÜtzing,  Friedrich  Traugott.     Von  Dr.  W.  Ruhland,  Prof.,  Halle  a.  S 1194 


G. 


(Fortsetzung.) 


Gewürze. 


1.  Definition.  2.  Vorkommen,  morphologische 
Abstammung,  Untersuchung.  3.  Gewürzpflanzen, 
nach  ihrer  systematischen  Stellung  angeordnet, 
und  die  von  ihnen  gelieferten  Gewürze:  I. 
Araceae.  II.  Iridaceae.  III.  Zingiberaceae. 
IV.  Orchidaceae.  V.  Piperaceae.  VI.  Magnolia- 
ceae.  VII.  Myristicaceae.  VIII.  Anonaceae. 
IX.  Lauraceae.  X.  Crueiferae.  XL  Winter- 
anaceae  (Canellaceae).  XII.  Capparidaceae. 
XIII.  Myrtaceae.  XIV.  Umbelliferae.  XV.  La- 
biatae.     XVI.  Solanaceae. 

I.  Definition.    Als  Gewürze  im  allgemei- 
nen  kann   man   diejenigen   Zusatzmittel  zu 
unserer    Nahrung    oder    Nebenbestandteile 
derselben  bezeichnen,  die  den  Speisen  Wohl- 
geschmack verleihen,  den  Appetit  reizen  und 
die    Verdauung    durch    Erregung    des    Ver- 
dauungstraktes  fördern,    die   also   geradezu 
unentbehrliche     ,, Gehilfen     der     Nahrungs- 
mittel"   sind,     wie    im    Artikel    „Genuß- 
niittel"    ausgeführt    wird.       Diese     Defi- 
nition erweitert    die   Grenzen   des  Begriffes : 
,,  Gewürze"    und    verallgemeinert    denselben 
so  sehr,  daß  darunter  auch  geruchlose  oder 
schwach    riechende    Stoffe    gestellt    werden 
müssen,  die  im  Verkehr  nicht  zu  den  Gewürzen 
gerechnet  werden,  wie  Essig,  Zitronensäure, 
die  Bitterstoffe  des  Bieres,  die  beim  Kochen,  i 
Braten  und  Backen  der  Speisen  entstehenden 
Geruchs-   und    Geschmacksstoffe,   auch   der ' 
„Hautgout"    des    im    Beginn    der    Fäulnis 
sich    befindlichen    Wildes    u.  a.    Salz   und 
Zucker  zu   den  Gewürzen   zu  rechnen,  ist  j 
Ansichtssache;    beide   erteilen   den    Speisen  j 
den  erwünschten  Geschmack,  ohne  den  diese  \ 
gar  nicht  oder  nur  mit  Widerwillen  genossen  | 
werden   können,  sind   also   echte    Gewürze; 
aber  das  Salz  ist  an  und  für  sich  ein  für  die 
Erhaltung  des  Körpers  gänzlich  unentbehr- 
licher Stoff,  somit  auch  ein  Nahrungsmittel; 
der  Zucker,  freilich  nicht  unentbehrlich,  ist 
der  wichtigste  Fettbildner;  man  kann  also 
sagen,  daß  Salz  und  Zucker  Nahrungsmittel  I 

Handwörterbuch  der  Katurwissenschaften.    Band  V. 


;  sind,  die  zugleich  die  Funktion  von  Gewürzen 
,  innehaben. 

Im  landläufigen  Sinne  sind  die  Grenzen 
des  Begriffes  viel  enger  gezogen.  Da  ver- 
stellt man  unter  Gewürzen  Pflanzen  und 
j  Pflanzenteile,  denen  ätherische  Oele  nebst 
harzartigen  Stoffen  oder  spezifische  chemi- 
sche Individuen  (Piperin,  Senföl)  den  Ge- 
würzcharakter verleihen.  Aber  auch  diese 
Fassung  bedarf  noch  einer  Einschränkung. 
Von  den  echten  Gewürzen  sind  noch  die  zu- 
meist in  frischem  Zustande  zur  Verwendung 
I  gelangenden  aromatischen  Pflanzen  abzu- 
I  gliedern,  die  als  ,,  Gewürzgemüse"  im  Artikel 
,, Gemüse"  besprochen  werden.  Denn 
I  es  gehört  zum  Charakter  der  echten  Gewürze 
!  auch  die  Eigenschaft  der  Trockenheit,  sie 
müssen  getrocknet,  trocken,  sie  müssen  „Dro- 
gen" sein.  Eine  einzige  Ausnahme  wären 
etwa  die  Kapern,  die  in  Essig  konserviert 
werden  und  sich  schon  dem  Bereiche  der 
Gewürzgemüse  nähern. 

2.  Vorkommen,  morphologische  Ab- 
stammung, Untersuchung.  Fast  aUe 
Zonen  liefern  Gewürze,  die  Tropen  und 
von  diesen  das  indomalaiische  Gebiet 
und  Westindien  die  am  meisten  ver- 
wendeten und  auch  die  schärfsten,  aroma- 
reichsten Gewürze.  Aber  auch  nordwärts 
der  Tropen,  namentlich  im  mediterranen 
Gebiete  werden  zahlreiche  Gewürze  ge- 
wonnen, von  denen  manche  seit  alter  Zeit 
dem  Inventar   des  Nutzgartens    angehören. 

In  morphologischer  Beziehung  finden 
alle  Hauptorgane  der  Pflanze  unter  den 
Gewürzen"  ihre  Vertreter.  Unterirdische 
Organe  sind  z.  B.  Ingwer  und  Kalmus,  der 
Zimt  gehört  der  Rinde  an,  Blattgewürze 
liefern  Lorbeer,  Majoran;  Gewürznelken  sind 
Blüten,  besonders  groß  ist  die  Zahl  der 
Gewürzfrüchte,  wie  Pfeffer,  Piment,  Pa- 
prika, VaniUe,  die  Umbelliferenfrüchte;  Mus- 
katnuß und  Senfkörner  sind  Samen,  Zur 
übersichtlichen  Gruppierung  kann  die  mor- 


Gewürze 


phologische  Zugehörigkeit  der  einzelnen  Ge- 
würze als  Eintoihmgsprinzi])  dienen;  hier 
wird  unter  Borücksichtigung  allgemeiner 
Gesichtspunkte  eine  dem  botanischen  System 
entsprechende  Anordnung  eingehalten. 

Gleich  den  Genußmitteln  sind  auch  die 
Gewürze  in  bezug  auf  ihre  chemische 
Zusammensetzung  und  ihren  anatomischen 
Bau  vielfältig  untersucht  worden.  Da  in  der 
Kegel  nur  geringe  Mengen  derselben  auf  ein- 
mal zur  Verwendung  gelangen,  so  müssen 
die  Gewürze  auch  echt,  reif,  rein,  unver- 
sehrt usw.  sein,  um  die  gewünschte  Wirkung 
hervorrufen  zu  können.  Die  Feststellung  die- 
ser Eigenschaften  bedarf  aber  der  genauesten 
Kenntnis  des  exomorphen  und  endomorphen 
Baues  und  der  Art  und  Menge  der  Inhalts- 
stoffe. Hierbei  ist  zu  berücksichtigen,  ob 
es  sich  um  „ganze"  Gewürze  („in  toto"),  oder 
um  verldeinerte,  um  Gewürzpulver  handelt; 
denn  gerade  diese  waren  seit  jeher  und  sind 
noch  die  beliebtesten  Objekte  der  Verfäl- 
schungskünste, die  so  weit  gehen,  daß  man 
sich  nicht  scheute,  fabrikmäßig  hergestellte, 
gewissen  Gewürzen  (Pfeffer,  Piment,  Zimt) 
in  der  Farbe  ähnlich  sehende  Pulver  aus 
wertlosen  Substanzen  öffentlich  in  Preis- 
verzeichnissen anzubieten.  —  Von  den 
Inhaltsstoffen  ist  die  Menge  des  ätheri- 
schen Oeles  oder  wenigstens  des  Aether- 
und  Alkoholextraktes,  der  Wasser- 
und  Aschengehalt  der  lufttrockenen  "Ware 
festzustellen.  Die  Bestimmung  des  Aschen- 
und  Sandgehaltes,  das  ist  des  in  Salzsäure 
unlöslichen  Anteiles  der  Asche,  ist  zur  Er- 
kennung etwaiger  mineralischer  Beimengun- 
gen unerläßlich.  Die  Reinheit  eines  Gewürz- 
pulvers, die  Abwesenheit  von  organisierten 
Verfälschungsmitteln,  deren  es  eine  große 
Menge  gibt,  und  die  Art  der  Verfälschung 
festzustellen,  ist  Aufgabe  der  mikroskopi- 
schen Untersuchung. 

3.  Die  Gewürzpflanzen,  nach  ihrer  systemati- 
schen Stellung  angeordnet,  und  die  von  ihnen 
gelieferten  Gewürze.  Eine  eingehende  Einzel- 
darstellung der  Gewürze  kann  hier  der  Raum- 
verhältnisse wegen  nicht  gegeben  werden;  daher 
beschränken  sich  die  folgenden  Darlegungen  nur 
auf  Abstammung  und  Vorkommen  dieser  Natur- 
produkte und  nur  diejenigen,  die  in  naturwissen- 
schaftlicher Beziehung  oder  handelspolitisch  und 
kulturhistorisch  besonders  bemerkenswert  er- 
scheinen, konnten  auch  noch  in  betreff  ihrer 
Eigenschaften    eingehender    gewürdigt    werden_ 

I.  Araceae.  Acorus  Calamus  L.,  Wurzelstock: 
Kalmus. 

Der  getrocknete  Wurzelstock,  meist  in  Zucker 
eingemacht  und  in  Stücke  zerschnitten,  ist  nach 
Art  eines  Gewürzes  als  populäres  Magenmittel 
in  Gebrauch.     Mittel-  und  Nordeuropa. 

II.  Iridaceae.  Crocus  sativus  L.,  Blüten- 
narben: Safran. 

Die  getrockneten  Blütennarben  bilden  den 
Safran  des  Handels.  Sie  stellen  einzelne  oder 
noch  zu  3  mit  dem  Griffel  zusammenhängende, 


am  oberen  Ende  trichterförmig  erweiterte, 
purpurbraune  Fäden  dar,  die  einen  sehr  charak- 
teristischen, starken  Geruch  und  einen  gewürz- 
haft-bitteren, etwas  scharfen  Geschmack  besitzen, 
einen  überaus  kräftig  färbenden  Stoff,  das  Saf- 
rangelb (Crocin,  Poh'chroit)  enthalten  und 
hauptsächlich  wegen  dieses  verwendet  werden. 
Der  meiste  Safran  kommt  von  Spanien,  der 
beste  von  Frankreich  (,,Gatinais");  er  unterliegt 
besonders  häufig  Verfälschungen. 

III.  Zingiberaceae.  Wurzelstöcke  von 
Curcuma,  Alpinia,  Zingiber;  Früchte  und  Samen 
von  Amomum,  Aframomum  und  Elettaria. 

Gelbwurzel,  Gilbwurz,  Kurkuma,  Gugemei, 
Turmerik,  die  knollenartigen  Wurzelstöcke  von 
Curcuma  longa  L.,  als  lange  und  runde  Kur- 
kuma unterschieden.  Die  Gelbwurzel  spielt 
nur  in  ihrer  Heimat  in  Südasien  und  in  England 
als  Gewürz  (Hauptbestandteildes  ,,Currypowder") 
eine  Rolle.  Wichtiger  ist  sie  wegen  des  Gehaltes 
an  gelbem  Farbstoff,  Curcumin,  der  auch  zu 
Reagenzpapieren  gebraucht  wird. 

Galgant,  Galbanwurzel,  Fieberwurzel,  der 
getrocknete,  in  Stücke  zerschnittene  Wurzel- 
stock von  Alpinia  officinarum  Hance.  Kommt 
von  der  Insel  Hainan  und  der  südchinesischen 
Provinz  Kuang-tung,  auch  von  Slam;  die  An- 
wendung bei  uns  sehr  beschränkt.  Auch  andere 
Alpiniaarten  von  Japan  und  Siam  liefern  als 
Gewürz  verwendete  Rhizome. 

Ingwer,  Ingber,  der  einfach  getrocknete 
oder  vor  dem  Trocknen  geschälte,  d.  h.  von 
seinen  äußeren  Gewebeschichten  befreite  Wurzel- 
stock von  Zingiber  officinale  Roscoe.  Die  Ware 
besteht  aus  verschieden  großen  Stücken  mit  ein- 
seitig, zweizeilig  oder  bandförmig  angeordneten, 
kurzen,  häufig  etwas  nach  vorn  gekrümmten, 
gerundeten  oder  abgeflachten  Aesten;  botanisch 
ist  der  Wurzelstock  als  ein  schraubenartig  ent- 
wickeltes Sympodium  zu  bezeichnen.  Der  an- 
genehm aromatische  Geruch  und  der  kräftig 
gewürzhafte,  feurig-brennende  Geschmack  sind 
sehr  charakteristisch.  Nach  der  Zubereitung  gibt 
es  ungeschälten  (bedeckten),  geschälten  oder 
halbgeschälten,  gekalkten  und  gebleich- 
ten Ingwer.  Unter  letzterem  versteht  man  einen 
vor  dem  Trocknen  in  Kalkwasser  eingelegten 
geschälten  Ingwer;  auch  durch  Behandeln  mit 
Chlorkalk  oder  schwefliger  Säure  erhält  man  ge- 
bleichten Ingwer.  Der  ungeschälte  Ingwer  ist 
mit  einer  schiefergrauen  oder  gelblichbraunen, 
grobrunzeligen  Korkhaut  bedeckt.  Der  Quer- 
schnitt ist  "durch  gelbe  oder  bräimliche  Pünkt- 
chen gesprenkelt,  die  von  gerundet-polyedrischen, 
mit  gelbem  ätherischem  Oele  oder  mit  braunen 
Harzballen  erfüllten  Sekretzellen  herrühren.  Der 
w^eitaus  überwiegende  Teil  der  Inhaltsstoffe  be- 
steht aus  Stärkekörnern,  die  einfach,  6  bis  36, 
selten  bis  45  ((  lang,  breit-eiförmig  oder  gerundet- 
vierseitig  und  an  einem  Ende  in  eine  kurze 
stumpfe  Spitze  vorgezogen  sind.  Nur  der  japa- 
nische Ingwer  besitzt  zusammengesetzte 
Stärkekörner,  Zwillinge  und  Driüinge  mit  häufig 
ungleich  großen  Teilkörnern.  Handelssorten: 
Cochiningwer,  in  vier  Größentypen,  ganz  ge- 
schält und  gekalkt,  umfaßt  die  Produkte  der 
Malabarküste;  Bengalingwer  aus  Kalkutta, 
ungeschält,  schiefergrau,  mehr  oder  weniger 
flachgedrückt ;  c h i n  e  s i s  c h e  r  Ingwer ,  ungeschält, 
großstückig;  japanischer  Ingwer,  meist  halb- 


Gewüi'ze 


geschält,  gekalkt,  kleinstückig;  Jamaika- 
ingwer, bis  12  cm  groß,  ganz  geschält,  gebleicht 
oder  gekalkt;  afrikanischer  (Sierra  Leone) 
Ingwer.  Ingwer  enthält  2  bis  5%  ätherisches  Oel, 
20%  Stärke  lind  4,6  bis  6,7%,  mitunter  bis8%o 
Asche.  Er  ist  ein  bei  einzelnen  Nationen  sehr 
geschätztes  Gewürz,  das  auch  zu  Getränken 
(Gingerbeer,  Ingwerwein,  Ingwerlikör,  das  russi- 
sche ,,Sbiten",  d.  i.  Met  mit  Ingwer  und  spani- 
schem Pfeffer),  und  mit  Zucker  eingemacht  als 
Konfitüre  vielfach  Verwendung  findet.  Surregate 
stammen  von  anderen  Zingiber-  und  von  Alpinia- 
arten  ab. 

K  a  r  d  a  m  o  m  e  n  sind  die  Früchte 
verschiedener  Elettaria-,  Aframomum-  und 
Amomuniarten,  dreifächerige  mit  dünnen 
Scheidewänden  versehene  Kapseln  oder  Beeren, 
die  zahlreiche,  in  jedem  Fache  in  zwei 
Reihen  geordnete,  mit  einem  häutigen  Samen- 
mantel   versehene    Samen    enthalten    (Fig.    1). 


Fig.  1.  Elettaria  Cardamomum  W.  et  M. 
Kardamomen.  A  eine  von  der  Blütenscheide 
und  dem  äußeren  Perigon  befreite  Blüte,  B  Quer- 
scheibe aus  dem  Fruchtknoten,  C  Längsschnitt 
durch  denselben,  D  Quersclmitt  durch  eine  Frucht, 
E  ein  Same  vergrößert,  F  derselbe  in  Wasser,  um 
den  AriUus  (Samenmantel)  zu  zeigen.  Nach 
Sadebeck. 

Nur  diese  sind  die  Träger  des  ätherischen  Oeles 
und  stellen  das  eigentliche  Gewürz  dar,  die 
Fruchtschale  ist  geschmacklos  und  ohne  Wert. 
Für  den  europäischen  Handel  haben  nur  die 
Malabar-  oder  kleinen  Kardamomen  von 
Elettaria  Cardamomum  White  et  Maton  und  die 
langen  oder  Ceylon -Kardamomen  von  Elettaria 
maior  Sm.  Bedeutung. 

Die  neuestens  auf  den  deutschen  Markt  ge- 
langenden Kamerun  kardamomen  stammen 
von  Aframomum  angustif  olium  (Sonn.)  K.  Schum. 

Paradieskörner,  Guineapfeffer,  Älele- 
guettepfeffer,  von  der  Westküste  Afrikas,  sind 
die  Samen  von  Aframomum  ]\Ieleguetta  (Roscoe) 
K.  Schum.,  schmecken  pfefferähnlich,  waren 
einst  ein  sehr  gangbares  Gewürz,  sind  aber 
gegenwärtig  ohne  Bedeutung. 

IV.  Orchidaceae.  Vanilla  planifolia  An- 
drew.    Frucht:  Vanille. 

Vanille.  Die  Vanille  des  Handels  isteinel6bis 
30  cm  lange,  lineare,  längsgestreifte,  braun- 
schwarze,einfächerige, geschlossene  Kapsel,  außen 
meist  von  Vanillinkiistallen  bedeckt,  von  sehr  an- 
genehmem Gerüche,  ohne  Geschmack.  In  der 
Fruchthöhle  befinden  sich  zahlreiche,  glänzend 


schwarze,  in  gelben  Balsam  gebettete  Samen, 
Schießpulverkörnern  ähnlich.  Wichtigster  Be- 
standteil Vanillin,  bis  zu  3%.  Sorten: 
Mexikanische  Vanille  (geht  zumeist  nach  der 
Union),  Bourbon-  (Reunion-)  und  Mauritius- 
vanille, fast  ausschließlich  im  europäischen  Han- 
del. Tahitivanille,  enthält  mehr  Piperonal  als 
Vanillin,  daher  mehr  zu  Parfümeriezwecken 
tauglich.  —  Von  Vanilla  Pompona  Schiede  stammt 
das  Vanillon  oder  die  La  Guayravanille, 
die  ebenfalls  Piperonal  enthält.  —  Ausführliches 
bei  Busse,  Arb.  a.  d.  Kais.  Gesundheitsamte, 
Bd.  XV. 

V.  Piperaceae.  Verschiedene  Piperarten, 
Früchte:  Pfeffer. 

Pfeffer.  Der  Pf  eff  er  ist  die  Frucht  von  Piper 
nigrum  L.,  einem  seit  alter  Zeit  im  tropischen 
Asien  kultivierten  Strauche  (Fig.  2).  Man  unter- 
scheidet schwarzen  und  weißen  Pfeffer. 
Ersterer  ist  die  grüne,  noch  vor  der  Reife  ge- 
sammelte, getrocknete  Frucht:  Kugelige,  unge- 
stielte Beeren  mit  dünner,  grobrunzeliger,  grau- 
schwarzer oder  graubräunlicher  Fruchtschale, 
die  von  dem  einzigen,  außen  hornartigen,  innen 
mehligen  Samen  ausgefüllt  wird.  Die  Haupt- 
masse des  Samenkernes  besteht  aus  dem  Peri- 
sperm,  das  am  Scheitel  in  einer  kleinen  Höhle 
das  geschrumpfte  Endosperm  mit  dem  wenig 
entwickelten  Keim  enthält.  Weißer  Pfeffer 
ist  die  reife  Frucht,  die  nach  Einlagern  in  Meer- 
oder Kalkwasser  und  kurzem  Trocknen  an  der 
Sonne  durch  Abreiben  (mit  den  Händen)  von  den 
äußeren  Fruchthautschichten  befreit  worden  ist. 
Die  besten  Sorten  kommen  von  Vorderindien 
(Mangalore,  Cochin  usw.),  geringere  von  Sumatra, 
Singapore,  Penang;  von  da  auch  weißer  Pfeffer, 
dessen  beste  Sorte  Tellichery  ist.  — ■  Pfeffer 
enthält  reichlich  kleinkörnige  Stärke  (bis  47%), 
harzartige  Substanzen,  ätherisches  Oel,  das  den 
schwachen  Geruch  bedingt  und  das  kristalli- 
sierbare Alkaloid  Piperin  (5  bis  9%);  der 
Aschengehalt  des  schwarzen  Pfeffers  beträgt  4 
bis  6%,  des  weißen  l,6%o-  —  Pfeff<?i"istdas  Symbol 
des  Gewürzhandels,  war  schon  den  Römern 
Lieblingsgewürz  und  hatte  noch  im  Mittelalter 
hohen  Wert,  etwa  das  Fünffache  des  gegen- 
wärtigen Preises. 

Als  langer  Pfeffer  werden  die  nicht  völlig 
reifen  kolben artigen  Fruchtstände  von  Piper 
officinarum  DC  (Piper  longum  Rumph)  be- 
zeichnet. Sie  kommen  besonders  von  Java. 
Bengalpfeffer  oder  langer  Pfeffer  von  Ben- 
galen stammt  von  Chavica  Roxbourghii  Miq. 
(Piper  longum  L.) 

VI.  Magnoliaceae.  lUicium  verum  Hook, 
fil.,  Sammelfrucht:  Sternanis,  Badian.  Besteht 
aus  8  bis  12  einsamigen  Karpellen,  um  ein  Mittel- 
säulchen  geordnet.  Kommt  von  China;  Geruch 
kräftig  anisartig.  —  Der  sehr  ähnliche  j  apanische 
Sternanis,  Skimmi  genannt,  von  Illicium  reli- 
giosum  Sieb.  u.  Zucc,  ritcht  nach  Kampfer  und 
Kubeben,  ist  giftig,  enthält  Sikimin  (Fig.  3). 
Ueber  die  Unterschiede  .s.  Lauren,  Schweizer. 
Wochenschr.  f.  Chem.  u.'  Pharm.  1896  Nr.  31. 

VII.  Myristicaceae.  Myristica  fragrans 
Houtt.,  Samenmantel  und  Samen:  Macis  und 
Muskatnuß  (Fig.  4).  Macis,  Macisblüte, 
Muskatblüte,  Bandamacis,  der  getrocknete 
orangegelbe  oder  bräunlichgelbe,  unten  glocken- 
förmige, nach  oben  zu  in  flache  Zipfel  zerschlitzte 

1* 


Gewürze 


Fig.  2.     Piper   iiigrum  L.,  Pfeffer.    A  beblätterter  Zweig   mit   Blüten   und   Früchten.     ] 
y2  natürlicher  Größe.    B  Blüten,  C  junge  in  der  Entwickelung  begriffene  Früchte.    Vergrö 

Nach  Sadebeck. 


Etwa 
ßert. 


Fig.    4.      Myristica     fragrans     Houtt.      Blühender 
Zweig,  darunter  zwei  reife  Früchte,  von  der  rechts  ge- 
zeichneten  ist  ein  Teil  der  Schale  entfernt,    um    den 
AriUus  zu  zeigen.    Nach  Sadebeck, 


Fig.  3.  Echter  und  giftiger  Sternanis. 
Vergleichende  Zusammenstellung  der 
Sammelfrüchte  und  ihrer  Teile  in  natür- 
licher Größe.  1,  3,  4  (links)  und  6  von 
Illicium  verum,  2,  4  (rechts),  5 und  7 
vonlllicium  religio  sinn.  1  und  2  die 
ganze  Sammelfrucht  von  unten.  3  und 
5  einzelne  Karpelle.  4  Fruchtstiele.  6 
und  7  Samen  von  der  Seite  und  von 
vorn.     Nach  Vogl. 


Samenmantel.  Enthcält  unregelmäßig  gestaltete 
Amylodextrinkörner  und  4  bis  15%  ätherisches 
Oel.  Wird  häufig  mit  der  geruchlosen  rotbraunen 
Bombaymacis  von  Myristica  malabarica  Lour. 
und  mit  der  Papuamacis  von  M.  argentea  Warb., 
die  ähnlich  wie  Bandamacis,  aber  viel  schwächer 
riecht  und  schmeckt,  verfälscht.  —  Muskatnuß 
ist  der  eirunde,  b  äunlichgraue,  netzaderig-runze- 
lige, mit  Kalk  bestäubte  Samenkern,  der  von 
einer  braunen  Samenhülle  (einem  Teil  des  Peri- 


Gewürze 


sperms)  umgeben  und  im  Innern  von  Falten  der- 
selben durchzogen  ist.  Daher  erscheint  der  Kern 
an|  Schnitten  marmoriert  (Fig.  5).  Nebst  Sttärke 


Fig.  5.  Muskatnuß,  längs 
durchschnitten,  g  Arillus, 
h  Samenschale  (äußeres  In- 
tegument),  bei  r  durch  die 
Raphe  durchbrochen ,  m 
Nährgewebe,  n  Embryo. 
Sadebeck.  Nach  Berg 
und  Schmidt. 


besteht  der  Inhalt  hauptsächlich  aus  Fett  und 
ätherischem  Oel  (8  bis  15°^).  Durch  Auspressen 
der  erwärmten  Muskatnuß  erhält  man  die  Mus- 
katbutter,  die  aus  Fett,  ätherischem  Oel  und 
Farbstoff  zusammengesetzt  ist. 

VIII.  Anonaceae.  Xylopia  aethiopica  A. 
Rieh.,  Früchte:  Mohrenpfeffer,  in  Senegam- 
bien  bis  Sierra  Leone  Gewürz  und  Gelld.^) 
Xylopia  aromatica  DC  (Fig.  6),  Guineapfeffer; 
Xylopia  longifolia  DC,  Burropfeffer  in  Vene- 
zuela und  Guayana. 


Fig.  6.   Xylopia  aethiopica  A.  Rieh.,  Mohren- 
pfeffer. Beblätterter  Zweig  mit  Blüten  und  einer 
Sammelfrucht.    Natürliche  Größe.    Nach  Sade- 
beck. 

IX.  Lauraceae.  Laurus  nobilis  L.,  Blätter 
und  Früchte:  Lorbeerblätterund  Lorbeeren, 
Mediterrangebiet.  —  Cinnamomumarten,  Rinde 
und  Blüten:  Zimt  und  Zimtblüten.  —  Dicy- 
peUium  caryophyllatum  Nees.,  Rinde:  Nelken- 


^)  Nach  Sadebeck  auch  in  Ostafrika,  aber 
sehr  selten  vorkommend  und  hier  als  Geld 
(Kimba-  oder  Kumbapfeffer)  in  Gebrauch. 


zimt,  Brasilien.  —  Cryptocarya  moschata  Mart., 
Früchte:  Amerikanische  Muskatnuß,  altes, 
hocharomatisches  Gewürz  der  brasilianischen 
Autochthonen. 

Zimt.  Als  Zimt  werden  die  von  den  äußeren 
Gewebeschichten  ganz  oder  teilweise  befreiten  und 
getrockneten  Astrinden  mehrerer  Arten  von 
Cinnamomum  bezeiclmet.  Man  unterscheidet: 
Chinesischen  Zimt,  Kassienzimt,  Zimtkassie, 
Cassia  Vera  oder  auch  Cassia  lignea,  von  Cinna- 
momum Cassia  Bl. ,  die  gewöhnliche,  als  Ge- 
würz verwendete  Ware,  die  im  Handel  aber 
in  zwei  verschiedenen  Formen,  als  gelbbrau- 
ner Zimt  (d.  i.  die  von  Cinnamomum  Cassia 
abstammende  Ware)  und  als  rotbrauner  Zimt 
erscheint.  Die  Abstammung  des  letzteren 
ist  nicht  sicher  gestellt,  vielleicht  stammt  er 
von  Cinnamomum  Burmanni  Bl.  Beide  Sorten 
bilden  einfache  oder  Doppelröhren,  zum  Teil 
auch  halbflache  oder  flache  Stücke,  stellenweise 
noch  mit  grauem  Kork  bedeckt.  Geruch  fein 
aromatisch,  Geschmack  scharf  gewürzhaft,  süß, 
etwas  schleimig,  nicht  herbe.  Enthält  im  Mittel 
1%  ätherisches  Oel,  4  bis  5%  Stärke.  ,,Beim 
Extrahieren  des  lufttrocknen  Gewürzes  mit 
Alkohol  von  90  Volumprozent  und  Trocknen  des 
Rückstandes  bei  lOO«  C  ergibt  sich  ein  Ge- 
wichtsverlust von  mindestens  18%."  —  Ceylon- 
zimt, echter  Kaneel,  ist  die  Innenrinde  (Bast- 
teil) 1  bis  2iähriger  Schößlinge  (Stockausschläge) 
von  Cinnam.  zeylanicum  Breyne,  bildet  doppelte, 
von  beiden  Seiten  eingerollte,  bis  Yz  nim  dicke, 
matt  gelbbraune  Baströhren  von  sehr  feinem 
Geruch  und  Geschmack.  Im  Handel  gibt  es 
folgende  Formen  und  Bezeichnungen:  1.  Ceylon- 
zimt. 2.  Gemeiner  oder  Cassienzimt. 
a)  Chinesischer  Zimt  (als  Cassia  lignea),  b)  Cas- 
siabruch,  c)  javanischer  Zimt  (als  Cassia 
Vera).  3.  Zimtpulver.  Zu  letzterem  dienen  be- 
sonders die  ,, Chips",  die  bei  der  Gewinnung 
des  Ceylonzimtes  sich  ergebenden  Abschnitzel, 
die  gegenwärtig  fast  nur  aus  der  Rinde  bestehen 
und  nur  sehr  wenig  Holz  enthalten.  Eine  neue 
Sorte  ist  der  Seychellenzimt  von  einer  nicht 
bekannten  Cinnamomumart,  steht  dem  gelben 
chinesischen  Zimt  nahe.  Substitutionen  mit 
aromaarmen,  aber  sehr  schleimreichen  Rinden 
anderer  Cinnamomumarten  sind  nicht  selten. 

Zimt  bluten  sind  die  nach  dem  Verblühen 
gesammelten,  getrockneten  Blüten  von  Cinna- 
momum Cassia  oder  Cinnamomum  Loureirii 
Nees,  kommen  von  den  cliinesischen  Provinzen 
Kuangsi  und  Kuangtun  und  werden  wie  Zimt 
verwendet. 

X.  Cruciferae.  Die  Samen  von  Sinapis 
alba  L.,  weißer  Senf;  Brassica  nigra  (L)  Koch, 
schwarzer  Senf,  und  Brassica  Besseriana 
Andrz.  (eine  Varietät  von  Brassica  juncea  L.), 
Sareptasenf. 

Senf.  Der  weiße  Senf,  kugelige, blaßgelbe,  bis 
2,5  mm  messende  Körner,  gibt  mit  Wasser 
zerrieben  eine  scharf  schmeckende,  aber 
geruchlose  Flüssigkeit.  Er  enthält  fettes  Oel 
(bis  30%),  ferner  das  Alkaloid  Sinapin  und  das 
Glykosid  Sinaibin,  das  durch  Einwirkung  des 
Ferments  Myrosin  sich  in  Sinalbinsenföl,  Sinapin- 
bisulfat  und  Traubenzucker  spaltet.  —  Schwar- 
zer Senf,  eirunde  bis  kugelige,  dunkelrotbraune, 
höchstens  1,2  mm  messende  Körner,  entwickelt 
beim  Zerreiben  mit  Wasser  einen  intensiven 
scharfen  Geruch,  enthält  außer  fettem  Oel  Sinapin 


Gemirze 


und  Sinigrin,  das  durch' Myrosin  in  Gegenwart 
von  Wasser  in  ätherisches  Seiiföl,  Kaliumbisulfat 
und  Traubenzucker  gespalten  wird.  —  Zur  Her- 
stellung des  Tafelsenfs  dienen  als  flüssige 
Grundlage  Wein-  oder  Übstmost,  Wein  oder 
Obstniost  und  Essig  oder  endlich  Essig  allein 
und  danach  untersclieidet  man  süße  I\Iostsenfe, 
saure  Mostsenfe,  Weinsenfe  und  saure  oder  Essig- 
senfe; die  Senfpaste  besteht  aus  einem  Gemisch 
von  gemahlenem  weißem  und  schwarzem  Senf 
mit  den  verschiedenartigsten  Gewürzen  und 
sonstigen  Zutaten. 

XI.  Winteranaceae  (Canellaceae).  Winte- 
rana Canella  L.  (Canella  alba  Murr.),  Rinde: 
Weißer  Zimt,  weißer  Kaneel,  Westindien, 
Karolina.  Riecht  nelken-  und  zimtähnlich.  — 
Cinnamodendron  corticosum  Miers,  Rinde:  Fal- 
sche Winterrinde,  Jamaika,  dem  weißen  Zimt 
ähnlich. 

XII.  Capparidaceae.  Capparis  spinosa  L., 
Blütenknospen:  Kapern.  Sie  werden  mit 
Essig  und  Salz  (Essigkapern)  oder  mit  Salz 
allein  (Salzkapern)  zubereitet  und  kommen  aus 
Südfrankreich  und  Italien.  Im  Parenchym  der 
Kelch-  und  Blumenblätter  finden  sich  Haufen 
gelber  prismatischer  Kriställchen  von  Rutin. 
Auch  die  Früchte  (Cornichons  de  Caprier)  werden 
gleich  den  Kapern  verwendet.  Ueber  die  Sub- 
titutionen   s.  Codex  alim.  Austr.  Bd.  I  S.  201. 


nelken.  —  Syzygium  caryophyllaeum  Gärtn., 
Rinde:  eine  Art  Nelkenzimt  von  Südasien. 

Piment, Nelken-,  Jamaikapfeffer,  Neugewürz, 
Allgewürz,  Englisch  Gewürz,  Gewürzkörner,  die 
nocOi  nicht  völlig  reifen  getrockneten  Früchte, 
kugelige,  zweifächerige  Beeren,  am  Scheitel  mit 
einem  ringförmigen  oder  vierteiligen  Kelchsaum 
versehen,  mattrotbraun,  dichtkleinwarzig ;  jedes 
Fach  enthält  einen  schwarzbraunen  Samen. 
Geruch  und  Geschmack  nelkenähnlich.  Enthält 
1  %  ätherisches  Oel,  dessen  Hauptbestandteil 
Eugenol  ist.  Der  Aschengehalt  darf  6%  nicht 
übersteigen.  Im  kontinentalen  Handel  nur  die 
Ware  von  Jamaika.  —  Surrogate  sind  der  Kron- 
piment  von  Pimenta  acris  Sw.  (Westindien, 
nördliches  Südamerika)  und  der  mexikanische, 
spanische  Piment,  großes  englisches  Gewürz, 
der  entweder  von  einer  Var.  der  Pimenta  offic, 
oder   von   Myrtus    Pseudocaryophyllus   stammt. 

Gewürznelken  (Fig.  7),  die  getrockneten 
Blüten  des  ursprünglich  auf  den  Molukken  ein- 
heimischen, jetzt  besonders  auf  Zanzibar  und 
in  Caj^enne  kultivierten  Gewürznelkenbaumes 
(s.  oben),  bestehen  aus  einem  stielartigen  Teil,  der 
oben  vier  stumpfe  Kelchblätter  und  ein  aus 
vier  gegeneinander  gewölbten  Blumenblättern 
gebildetes  Köpfchen  trägt.  Der  stielartige  Teil 
ist  ein  Unterkelch  (Hypantliium),  der  in  seinem 
oberen   Abschnitte   den   zweifächerigen   Frucht- 


A 


U 


Fig.  7.  Jambosa  Caryophyllus  Ndz.,  Gewürznelken.  A  Beblätterter  Zweig  mit  Blüten, 
B  ein  Längsschnitt  durch  eine  Blüte.  a  H)'panthium,  b  Fächer  des  Fruchtknotens, 
c  oberer  Teil  desselben,  d  der  innen  wulstig  hervortretende  freie  Rind  (Scheibe)  des  Hypanthium, 
e   Kelchblätter,    f    Blumenblätter,    g    Staubgefäße,    h    Griffel.     Sadebeck.      Nach  'Berg    und 

Schmidt. 


XIII.  Myrtaceae,  die  an  Gewürzpflanzen 
reichste  Familie.  Pimt^nta  officinalis  Berg, 
Früchte:  Piment.  —  Pimenta  acris  Swartz, 
Myrtus  Pseudocaryophyllus  Goraez:  Andere 
Pimentarten.  —  Jambosa  Caryophyllus  Ndz. 
(Caryophyllus  aromaticiis  L.,  Eugcnia  caryophyl- 
lata  Thunb.)  Blüten:  Gewürznelken,  Früchte: 
Mutternelken.  —  Calyptranthes  aromatica 
St.    Hil.,    Blüten:    Brasilianische    Gewürz - 


knoten  einschließt.  Gehalt  an  ätherischem  Oel 
15  bis  25%  (zumeist  Eugenol),  außerdem  ist  ein 
Kampfer  (Caryoph)dlin),  das  kristallisierbare 
Eugenin,  reichlich  Gerbstoff  und  Schleim  vor- 
handen. Sorten:  Amboina-  (die  besten),  Zanzi- 
bar- (und  Pemba-)  und  Cayennegewürznelken  (die 
schlechtesten).  Als  Surrogat  werden  die  Blüten- 
stiele als  Nelkenstiele  (Gehalt  an  ätherischem 
Oel  5,5  bis  6%)  verwendet.  Mutternelken  sind 


Gewürze 


die  teils  entwickelten,  teils  die  noch  nicht  ent- 
wickelten Früchte  des  Gewürznelkenbainnes,  die 
meist  nur  einen  Samen  enthalten.  Da  dieser 
reichlich  Stärke  enthält,  so  lassen  sich  gepulverte 
Mutternelken  leicht  von  gepulverten  Gewürz- 
nelken unterscheiden,  da  die  Gewürznelken 
gänzlich  frei  von  Stärke  sind. 

XIV.    Umbelliferae.      Auch  diese   Familie 
enthält  zahlreiche  Gewürzpflanzen,  deren  Früchte 
als  echte  Gewürze  Verwendung  finden  (vgl.  auch 
,, Gewürzgemüse"  im  Artikel  ,,Gemüse")-    Die 
Umbelliferenfrucht  ist  eine  Spaltfrucht,  die  aus 
zwei  einsamigen,    von    der    Spitze   eines    meist 
gabelig  gespaltenen  fadenförmigen  Trägers  herab-  j 
hängenden  Teilfrüchten  besteht.  Auf  der  meist  ge- 
wölbten Rückenfläche  der  Teilfrucht  befinden  sich 
fünf  Längsleisten,  die  Hauptrippen,  zwischen, 
diesen  vier  Längsfurchen,  die  Tälchen,  in  denen 
sich  mitunter  ebenfalls  leistenartige  Vorsprünge  als 
Nebenrippen  erheben.     Die  den  Tälchen  ent- 
sprechenden   Fruchtwandpartien    enthalten    die  | 
Oelgänge    (Oelstriemen)    mit    ätherischem    Oel.  j 
Auch  an  den  Berührungsflächen  der  Teilfrüchte  I 
kommen  meist  Oelgänge  vor.    Der  Same  enthält 
ein  fettreiches  Nährgewebe  (Endosperm)  und  an 
dessen  Spitze  den  kleinen  Keim.  Hierhergehören:  ! 
Kümmel  (Kimm)  von  Carum  Carvi  L.    Sorten:  \ 
Holländer,  Hallenser,  mährischer,  nordischer  und 
russischer   Kümmel.  —  Römischer   Kümmel, 
Mutterkümmel,    Kreuzkümmel,    von    Cuminum 
Cyminum    L.,    mit    kampferähnlichem    Geruch, 
stammt  aus  der  Levante.  —  Fenchel    (Fenigl) 
von  Foeniculum  vulgare  Mill.  Sorten :  Mährischer, 
sächsischer,  polnischer,  rumänischer,    apulischer 
usw.    Fenchel.      Der    römische    oder    Levan- 
tin er     Fenchel     von     der    Kulturform    Foeni- 
culum dulce  DC.    hat    viel   größere,    durch    die 
breiten     Rippen    geflügelte    Früchte.    —    Anis 
(,,Aneis")  von  Pimpinella  Anisum  L.  (Fig.  8,  a). 
Sorten:     Mährischer,    italienischer    (Puglieser), 
französischer  (Touraine),    spanischer,   deutscher 
(Thüringen,    Bamberg),   russischer,    Levantiner 
Anis  usw.     Soll    mit 
den    giftigen    Schier- 
lingsfrüchten (Conium 
maculatum    L.)    ver- 
mischt     im     Handel 
vorgekommen        sein 
(Fig.  8,  b).   —   Dill- 
früchte von  Anethum 
graveolens  L.,   beson- 
ders     im    Süden     in 
Ge  br  au  ch .    —   Kori- 
ander      von       Cori- 
andrum    sativum    L., 
durch    die    kugeligen 
Spaltfrüchte       ausge- 
zeichnet; Produkt  der 
inländischen     Garten- 
kultur. —  In  Algier, 
überhaupt    im    nörd- 
f r üch te.^  "a  "Anisfrucht,   'i.f h^n       Saharagebiet 
b  Schierlingsfrucht.        «'lenen  die  1  cm   lan- 
Vergrößert.    Nach  Vogl.    g^^i,     sehr     aromati- 
sehen     Fruchte      von 
Ammodaucus      leuco- 
trichus  Coss.  u.  DR.  als  Gewürz. 

XV.  Labiatae.  Salvia  officinalis  L.,  Blätter; 
Salbei. — •  Thymus  vulgaris  L.  Astspitzen  mit 
Blättern  und  Blüten:  Thymian,  welscher  Quen- 
del, Kuttelkraut.  —  Lavandula  spica  L.,  Blätter 


Fig.  8.     Umbelliferen- 


und  beblätterte  Zweige  ohne  Blüten  oder  mit 
diesen:  Lavendel.  —  Satureja  hortensis  L., 
blühendes  Kraut:  Saturei,  Bohnen-,  Pfeffer-, 
Wurstkraut,  Beizkräutel,  ,,Sodarei".  —  Majorana 
hortensis  Mnch.  (Origanum  Majorana  L.),  lüaut 
oder  nur  die  Blätter  (,, abgerebelt"):  Majoran, 
Mairan,  Magran,  das  am  meisten  verwendete 
Labiatengewürz.  Sorten:  Deutscher  und  fran- 
zösischer (nur  abgerebelt)  Majoran.  Sogenannter 
,, Wintermajoran"  ist  Origanum  vulgare  L.,  der 
gemeine  Dosten.  —  Ocimum  Basilicum  L.,  das 
blühende  Kraut:  Basilikum,  Basilienkraut. 
Produkt  der  Gartenkultur,  stammt  aus  dem 
Orient.  Auch  Ocimum  minimum  L.,  kleines 
Basilikum,  nur  in  Töpfen  gezogen,  wird  als  Ge- 
würz verwendet. 

XVL  Solanaceae.  Verschiedene  Arten  von 
Capsicum,  Beißbeere.  Die  Frucht  von  Capsicum 
longum  DC.  und  Capsicum  annuum  L.  ist 
der  spanische,  türkische  Pfeffer,  das 
Pulver  heißt  Paprika.  Frucht  meist  läng- 
lich kegelförmig,  mit  glatter,  glänzender,  roter 
oder  rotbrauner,  selten  gelber,  lederartiger, 
dünner  Fruchthaut,  im  unteren  Teile  zwei- 
fächerig mit  2  bis  3  an  der  Basis  miteinander 
verschmolzenen  Samenträgern,  an  denen  die 
zahlreichen,  scheibenrunden,  gelben  Samen  haf- 
ten. Der  brennend  scharfe  Geschmack  rührt  von 
dem  IviistaUisierbaren  Capsaicin  her,  das  in  den 
,, Drüsenflecken"  der  Samenträger  sich  vorfindet, 
das  sind  Stellen  der  Epidermis,  wo  die  abgehobene 
Cuticula  mit  den  Außenwänden  der  Epidermis- 
zellen  einen  Sekretraum  bildet,  der  Capsaicin- 
kristalle  und  ölige  Substanz  enthält.  —  Am  meisten 
wird  das  Pulver  verwendet;  da  die  Früchte  niit 
dem  Kelch  und  einem  Teil  des  Fruchtstieles  ein- 
gesammelt werden,  so  werden  auch  diese  mit  den 
Früchten  vermählen,  woraus  eine  Minderung  der 
Qualität  erfolgt.  Verfälschungen  des  Paprika  sind 
sehr  häufig,  meist  mit  Maismehl,  Kleie  usw.  —  Die 
kleinfrüchtigen  Arten,  wie  Capsicum  baccatum 
L.,  Capsicum  frutescens  L.,  Capsicum  fastigiatum 
DC.  kommen  als  Cayennepfeffer  oder  Chillies 
sowohl  für  sich  als  auch  mit  Mehl  verbacken 
und  gemahlen  auf  den  Markt. 

Literatur.  Die  Pharinakognosien  von  FlücTciger, 
Gilu,  Olttnanns-  Karsten,  Moeller,  Plan- 
chon  et  Collin  {Les  drogues  simples  etc.),  A.  JE, 
Vogl.  —  T,  F.  Hanausek,  Nahrimgs-  und 
Genußmittel.  Kassel  1884 .  —  Danimer,  Lexikon 
der  Verfälschimgen.  Leipzig  1887.  —  A.  Meyer, 
Wissenschaftliche  Drogenkunde.  Berlin  1892.  — 
Molisch,  Grundriß  einer  Histochemie  der 
pflanzlichen  Genußmittel.  Jena  1892.  —  A.  JB. 
Vogl,  Die  luichtigen  vegetabilen  Nahrungs-  und 
Genvßmittel.  Wien  1899.  —  Sadebeck,  Die 
Kulturgewächse  der  deutschen  Kolonien  und 
ihre  Erzeugnisse.  Jena  1899.  —  A.  F.  W. 
Schiniper,  Anleitung  zur  mikroskopischen  Unter- 
suchung der  Nahrungs-  und  Genvßmittel,  2.  Aufl. 
Jena  1900.  — Tschirch-Oesterle,  Anatomischer 
Atlas  usw.  Leipzig  1900.  —  Koch,  Die  mikro- 
skopische Analyse  der  Drogenpulver.  Berlin 
2900.  —  T.  F.  Hanausek,  Lehrbuch  der  tech- 
nischen Mikroskopie.  Stuttgart  1901.  —  Wiesner, 
Rohstoffe  des  Pflanzenreiches,  2.  Aufl.  Leipzig 
290S.  —  König,  Chemie  der  menschlichen 
Nahrungs-  und  Genußmittel,  4.  Aufl.  Berlin 
1903 fg.  —  Moeller,  ßlikroskopie  der  Nahrungs- 
vnd     Genußmittel,    2.    Aufl.      Berlin    1905.    — 


Gewürze  —  Gezeiten 


Moellef-Thonts.  Eeidenzyklopädie  der  gesamten 
Pharmacie.  Wien-Berlin  1912  (Geu>ürze  von  Ha  r  t  - 
wich,  Mo  eil  er,  Tschirch.)  —  Tschirch, 
Handbuch  der  Pharmakognosie.  Leipzig  1911fg.  — 
Arheiirn  aus  dem,  kaiserlichen  Gesundheitsamte, 
von  Busse,  Buchwald  u.a.  —  Ed.  Späth, 
Die  chemische  und  mikroskopische  Untersuchung 
der  Gewürze  und  deren  Beurteilung.  Pharm. 
Zcntrulhalle  1908.  —  Codex  alimentarius 
Austriacus,  I.  Bd.      Wien  1911. 

T.  F.  Hanausek. 


Gezeiten. 

1.  Allgemeine  Festsetzungen  über  die  Phäno- 1 
mene  der  Gezeiten.  2.  Beobachtung  der  Gezeiten.  ! 
Seichen.  Flutströmungen.  Die  brandende  Flut-  [ 
welle.  Flutmühlen.  3.  Flutkräfte.  4.  Ablenkung  i 
von  der  Vertikalen.  5.  Die  Gleichgewichtstheorie  | 
der  Gezeiten.  6.  Die  dynamische  Theorie  der  | 
Gezeiten.  7.  Die  Methode  zur  Diskussion  der  j 
ozeanischen  Gezeiten.  8.  Gezeiten  tafeln.  9.  Flut- 
reibung. ! 

I,  Allgemeine  Festsetzungen  über  die  \ 
Phänomene  der  Gezeiten.  Damit  der  Leser  ; 
imstande  sei,  die  Theorie  der  Gezeiten  zu  j 
verstehen,  muß  er  wissen,  was  die  zu  er- 
klärenden Phänomene  sind,  und  muß  die  i 
technischen  Ausdrücke  kennen:  ! 

An  jedem  beliebigen  Tage  (genauer  alle  | 
25  Stunden)  steigt  das  Wasser  des  Meeres  \ 
auf  zwei  als  Hochwasser  (H.W.)  bezeichnete  | 
Maxima  und  sinkt  auf  zwei  Niedrigwasser  i 
(N.W.)  genannte  Minima.  ' 

Diese  Oszillation  nennt  man  halbtägige 
Gezeit.  An  den  europäischen  Küsten  ist 
die  halbtägige  Gezeit  das  einzige  sichtbare 
Phänomen,  und  zwei  aufeinander  folgende 
Oszillationen  sind  einander  sehr  nahezu 
gleich.  In  anderen  Ozeanen  wird  aber  die 
Regelmäßigkeit  der  Folge  am  besten  in  der 
Weise  geschätzt,  daß  man  das  einzelne  H.W. 
und  N.W.  mit  dem  übernächsten  vergleicht, 
so  daß  also  die  Vergleichung  abwechselt 
(s.  Fig.  2).  Der  Unterschied  zwischen  auf- 
einanderfolgenden Oszillationen  heißt  täg- 
liche Ungleichheit;  diese  fehlt  in  den 
Gezeiten  des  Nordatlantischen  Ozeans 
fast  ganz. 

Die  Größe  (Höhe)  der  Gezeit  ist  die 
vertikale  Höhe  von  H.W.  bis  N.W.,  und  die 
halbe  Größe  heißt  die  Amplitude;  letztere 
ist  also  angenähert  die  Höhe,  um  die  H.W. 
über  und  N.W.  unter  dem  mittleren 
Meeresniveau  liegt.  Die  Größe  hat  den 
höchsten  Wert  ungefähr  einen  Tag  (die  ge- 
naue Periode  hängt  vom  Orte  der  Beobach- 
tung ab)  nach  Neumond  und  nach  Vollmond. 
Diese  Gezeiten  heißen  Springfluten.    Die 


Größe  ist  am  geringsten  um  denselben 
Zeitraum  nach  zunehmendem  und  ab- 
nehmendem Halbmond.  Diese  Gezeiten 
heißen  Nippfiuten.  Die  Zeit  zwischen 
Neumond  oder  Vollmond  und  Springflut 
heißt  das  Alter  der  Flut.  Die  Größe 
wechselt  sonach  mit  den  Mondphasen. 

Die  Zeiten  des  Auftretens  von  H.W.  und 
N.W.  folgen  gleichfalls  den  Mondphasen. 
Der  Mond  geht  von  Neumond  in  Vollmond 
über,  indem  er  den  Meridian  des  Beobach- 
tungsortes von  Tag  zu  Tag  um  einen  Betrag 
später  kreuzt,  der  im  Durchschnitt  öOVo  Min. 
ausmacht.  Die  durchschnittliche  Zeit 
zwischen  Neumond  und  Vollmond  und  um- 
gekehrt beträgt  14^4  Tage,  und  die  Periode 
von  291/2  Tagen  zwischen  Neumond  und 
Neumond  heißt  eine  Lunation.  Bei  Neu- 
mond stehen  Sonne,  Mond  und  Erde  in 
einer  Geraden,  und  Sonne  und  Mond  kreuzen 
den  Meridian  um  12  Uhr  mittags.  Sie  stehen 
bei  Vollmond  wieder  in  einer  Geraden,  und 
zwar  in  der  Reihenfolge  Sonne,  Erde,  Mond, 
und  der  Mond  kreuzt  den  Meridian  um 
12  Uhr  nachts. 

Eine  rohe  Regel  für  die  Zeit  des  H.W. 
oder  N.W.  ist  folgende: 

Am  Tage  der  Springflut  verzeichnen 
wir  die  Tageszeit  des  H.W.  (oder  des  N.W.), 
beispielsweise  5ii  p.  m.  Das  nächste  H.W. 
(oder  N.W.)  wird  um  5'i  2574™  a.  m.,  das 
folgende  um  5'!  501/2'"  P-  m-  auftreten,  usf.. 
indem  man  je  257^  Minuten  hinzuzählt  und 
zwischen  a.  m.  und  p.  m.  abwechselt. 

Nach  einem  Intervall  von  1^/s  Tagen 
kommen  wir  zur  Nippflut,  und  weitere 
73/s  Tage  bringen  uns  wieder  zur  Spring- 
flut bei  Vollmond,  usf. 

Die    mittlere    H.W.-Zeit    bei    Springflut 
[heißt  die  Eintrittszeit  und  liefert  mithin 
einen   rohen    Maßstab    für    die    Zeiten    der 
I  weiteren  H.W.     In  unserem  Beispiel  betrug 
j  die  Eintrittszeit  5  Stunden.     Die  Eintritts- 
zeit  ist   tatsächlich   ein    Bestimmungsstütk 
für  das  Intervall  oder  Mond-Flut-Inter- 
vall zwischen  dem  Durchgang  des  Mondes 
i  durch   den   Meridian   des   Ortes   an  irgencl- 
einem   Tage   und   dem   Eintritt   von   H.W. 
I  N.W.  tritt  ungefähr  in  der  Mitte  zwischen 
zwei  aufeinander  folgenden  H.W.  ein. 

Diese  Regel  gilt  nur  angenähert,  weil 
das  Intervall  eine" fortschreitende  Aenderung 
mit  den  Mondphasen  aufweist. 

Bei  Springflut,  wo  das  Intervall  als 
Eintrittszeit  bezeichnet  wird,  hat  es  seinen 
Mittelwert  und  nimmt  am  schnellsten  ab. 
Das  Minimum  des  Intervalls  tritt  etwa 
21/,  Tage  vor  Nippflut  auf  und  ist  dann  um 
etwa  eine  Stunde  kürzer  als  der  Mittelwert. 
Dann  nimmt  das  Intervall  zu,  geht  bei 
Nippflut  durch  den  IVIittelwert  und  wächst 
nach  Nippflut  ungefähr  21/2  Tage  lang,  bis  es 
sein  Maximum  erreicht  hat,  das  etwa  1  Stunde 


Gezeiten 


9 


Ol   C 


48h 

36 

24F 

12 

6.  0 

48 

36 

24 

12 

5     0 

4.48 


12 


^ 

.__ 

--- 

r^ 

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rv.          / 

~^~~">^     ^^ 

r  T 

6      7 

Tage 


9     10    11     12    13    14  O 


11 


1^  10 


länger  ist  als  der  Mittelwert.  Nach  dem  heiten.  Wenn  der  Mond  der  Erde  näher 
Maximum  sinkt  das  Intervall  ziemhch  lang-  ist,  so  ist  die  Fluthöhe  größer,  und  wenn  er 
sam,  bis  bei  Springflut  der  Mittelwert  wieder  weiter  von  ihr  entfernt  ist,  kleiner.  Die  Ent- 
erreicht wird.  Wir  haben  schon  gesehen,  fernnng  des  Mondes  wird  durch  seine  Par- 
daß  die  Fluthöhe  bei  Springflut  am  größten  allaxe  ausgedrückt,  das  ist  die  Winkel- 
ist und  bei  Nippflut  auf  ein  Minimum  ab-  große  des  Erdhalbmessers,  vom  Monde  aus 
nimmt;  mithin  besteht  sowohl  hinsichtlich  gesehen;  wir  haben  somit  eine  lunare 
des  Intervalls  als  auch  hinsichtlich  parallaktische  Ungleichheit  der  Ge- 
der  Höhe  eine  halbmonatliche  Un-  zeiten.  Es  besteht  auch  eine  solare  par- 
gleichheit.  allaktische  Ungleichheit  von  geringer 

Diese  Gesetze  werden  durch  Figur  1  für   Bedeutung, 
einen    idealen    Ort   gra- 
phisch    veranschaulicht,        o  7  Or 
wo    das   Alter    der  Flut        -g 
einen    Tag,    die     Amp-        .s 
litude      bei      Springflut     ^S 
und  bei  Nippflut  6  Fuß 
bezw.    2  Fuß    und    die 
Eintrittszeit   6    Stunden 
beträgt.        Die     Zahlen 
an     der    Abszissenachse 
bezeichnen     Tage,      der 
schwarze      Kreis      stellt 
Neumond  und  der  weiße 
Vollmond  dar. 

Die  obere  Kurve 
stellt  Intervalle  dar;  die 
Ordinatenskala  links  be- 
zeichnet Stunden  und 
Minuten. 

Die  untere  Figur  gibt 
Höhen    an,     und    zwar     ^'^ 
die    Ampütude,    addiert     ^^ 
zur  Höhe  des    mittleren     K 
Meeresniveaus  über  dem 
Normalniveau,       von 
dem   aus    che   Lotungen 
gemessen    werden,    und 
das  in  der  Figur  zu  6  Fuß 
angenommen  ist.  Da  das 
Wasser  bei  N.W.  ebenso 
tief   unter    das    mittlere 
Niveau  fällt,  wie  es  bei  H.W.  darüber  steigt, 
so  ist  das  Normalniveau  in  der  Figur  die 
N.W. -Marke  der  gewöhnlichen  Spring- 
flut.    Das  ist  tatsächlich  das  Niveau,  auf 
das   die  meisten   Lotungen  in   den   Karten 
der  britischen  Admirahtät  bezogen  werden. 
Die  Skala  an  der  Ordinatenachse  ist  in  eng- 
lischen Fuß  angegeben.    Bei  der  Behandlung 
der  Gezeiten  finden  die  enghschen  Maße  noch 
ausgedehntere  Anwendung  als  in  irgendeinem 
anderen    Gebiete    der    Naturwissenschaften. 
Die   Flutangaben  für   das   Britische   Keich, 
für  die  Vereinigten  Staaten  und  für  Rußland 
werden  gewöhnhch  in  Fuß  ausgedrückt. 

Diese  Figuren  geben  graphisch  das  Durch- 
schnittsgesetz der  Gezeiten  wieder.  Sie 
können  benutzt  werden,  und  werden  auch 
benutzt,  um  Gezeiten  vorauszusagen,  aber 
die  aus  ihnen  abgeleiteten  Angaben  be- 
dürfen zweier  Hauptkorrektionen 


8 


Fig.  1.    Vierzehntägige  Ungleichheit  im  Intervall  und 
Höhe  des  HW. 

b)  Die  Deklinationsungleichheiten. 
Die  Winkelabweichung  eines  Himmels- 
körpers von  der  Ebene  des  Erdäciuators 
nennt  man  nördliche  oder  südliche 
Deklination.  Die  Gezeitenoszillationen 
werden  abwechselnd  verschieden  durch  die 
lunare  Deklinationsnngleichheit  be- 
einflußt, und  zwar  wird  abwechselnd  die 
Amplitude  einer  Oszillation  vergrößert  und 
die  der  nächsten  verringert.  Diese  Un- 
gleichheit verschwindet  alle  13%  Tage,  kurz 
nach  der  Zeit,  wenn  der  Mond  den  Aequator 
kreuzt  und  seine  Dekhnation  verschwindet. 
Sie  ist  am  größten,  kurz  nachdem  seine 
Dekhnation  am  größten  ist.  In  einigen 
Häfen  der  nördhchen  Halbkugel  wird  die 
Gezeit  vergrößert,  die  mit  dem  sicht- 
baren Durchgange  des  Mondes,  wenn  er 
sich  in  nördhcher  Deklination  befindet, 
zusammenhängt,  in  anderen  Häfen  ist 
a)    Die    parallaktischen    Ungleich- i  dies    die    verringerte   Gezeit,  und   dasselbe 


10 


Gezeiten 


Silt  mutatis  mutandis  für  die  südliche 
Halbkiij];el. 

Es  besteht  auch  eine  solare  Dekli- 
nationsungleichheit, die  an  den  Solstizien 
am  größten  ist  und  an  den  Aequinoktien 
verschwindet.  In  einigen  Häfen  wird  die 
Tagesgezeit  vergrößert,  in  anderen  die 
Naehtgezeit. 

Diese  beiden  Deldinationsungleichheiten 
verursachen  die  oben  erwähnte  tägliche 
Ungleichheit  (s.  Fig.  2). 


fähigen,    die    gesamten    durch    die    Theorie 
zu  erklärenden  Tatsachen  zu  begreifen. 

2.  Beobachtung  der  Gezeiten.  Seichen. 
Flutströmungen.  Die  brandende  Flut- 
welle. Flutmühlen.  Die  im  Abschnitt  i 
gescliilderten  Tatsachen  konnten  nur  durch 
sorgfältige  Beobachtung  und  daran  an- 
schheßende  Analyse  festgestellt  werden. 

Genaue  Beobachtungen  der  Gezeiten 
erfolgen  mittels  eines  Flutmessers.  Eine 
Röhre,  die  eng  genug  ist,  um  die  Wellen- 
bewegung zu  ersticken,  leitet 
das  Meerwasser  von  unter- 
halb der  K.W. -Marke  zu 
einem  Bassin,  in  dem  das 
ruhige  Wasser  mit  der  Ge- 
zeit  steigt  und  fällt.  In 
dem  Bassin  hängt  ein 
Schwimmer  an  einem 
Drahte,  der  über  eine  Rolle 
läuft  und  durch  ein  Gegen- 
gewicht straff  gehalten  wird. 
Die  Winkel,  um  die  sich  die 
Rolle  rückwärts  und  vor- 
wärts dreht,  sind  offenbar 
dem  Steigen  und  Fallen  der 
Gezeit  proportional,  und  die 
Achse  der  Rolle  ist  nun  mit 
einem  Zahnstangengetriebe 
verbunden,  durch  das  eine 
Schreibfeder  in  gerader  Linie 
hin  und  her  gezogen  wird, 
so  daß  sie  im  verkleinerten 
Maße  das  Steigen  und 
Fallen  der  Gezeit  wiedergibt. 
Die  Feder  berührt  eine  mit 
Papier  überzogene  Trommel, 
deren  Achse  parallel  zu  der 
Linie  ist,  in  der  die  Feder 
sich  bew^egt. 

Die    Trommel    wird    von 
einem     Uhrwerk      getrieben 
Die   Korrektionen  für   die  täghche   Un-  und    macht   in    24    Stunden    eine    Umdre- 
gleichheit  sind  oft  sehr  groß   und  reichen  hung,   und  die  Feder  verzeichnet  auf   dem 


Flutkurve  von  Bombay,  vom  22.  April  1884,   mittags, 
bis  zum  22.  April  1884,  mittags. 


zuweilen  aus,  um  die  Halbtagesgezeit  zu 
maskieren.  Beispielsweise  besteht  im  antark- 
tischen Ozean  das  normale  Phänomen  nur  aus 
einem  H.W.  und  einem  N.W.  in  24  Stunden, 
aber  1  oder  2  Tage  alle  14  Tage  wird  die 
Halbtagesgezeit  schwach  merklich,  und 
zwar  ungefähr  zu  der  Zeit,  wenn  der  Mond 
durch  den  Aequator  geht.  In  derartigen 
Fällen  eignet  sich  ein  Diagramm  wie  das  in 
Figur  1  dargestellte  nicht  für  die  Voraus- 
sage, weil  die  sogenannten  Korrektionen 
viel  größer  sind  als  die  zu  korrigierende 
Größe.  Weiter  unten,  im  Abschnitt  7, 
werden  wir  ein  anderes,  moderneres  Ver- 
fahren zur  Voraussage  auseinandersetzen, 
das  viel  besser  und  in  einem  solchen  Falle 
notwendig  ist. 

Diese    kurzen    Festsetzungen    über    die 
Ge-'Ceitenphänomene   werden   den   Leser   be- 


Papier eine  Gezeitenkurve,  die  somit 
Zeit  und  Höhe  der  Gezeit  angibt.  Da  H.W. 
und  N.W.  täglich  um  ungefähr  50  Minuten 
später  fallen,  läßt  man  die  Kurven  eine 
Woche  lang  sich  ohne  gegenseitige  Störung 
ansammeln,  ehe  man  ein  frisches  Blatt 
Papier  auf  die  Trommel  auflegt.  Das  alte 
Blatt  gibt  nach  dem  Abrollen  eine  flache 
Aufzeichnung  der  Gezeiten  von  einer  Woche. 
Figur  2  stellt  die  Gezeiten  einer  Woche 
für  Bombay  dar.  Die  Kurve  ist  von  rechts 
nach  links  zu  lesen ;  der  linke  Rand 
entspricht  0''  oder  Mittag,  und  die  Stunden- 
liuien  O^'  bis  23'»  sind  vertikal.  Die  horizon- 
tahm  Linien  bezeichnen  Fuß,  von  der  Null- 
linie des  Flutmessers  ab  gerechnet,  und  die 
Höhe  dieser  NuUinie  ist  mit  Bezug  auf  eine 
Ufermarke  der  Verwaltung  von  Lidien 
genau  bestimmt  worden. 


Gezeiten 


11 


Nippflut  trat  am  22.  April  auf  und  Spring- 
flut am  29.  April.  Der  Leser  möge  die  fort- 
schreitenden Aenderungen  der  täglichen  Un- 
gleichheiten beobachten. 

Der  Mathematiker,  der  daran  geht, 
eine  solche  vollständige  Aufzeichnung  zu 
analysieren,  verzeichnet  in  einer  Tabelle 
zahlenmäßig  die  Wasserhöhe  genau  zu  den 
einzelnen  Stunden,  wie  sie  in  einer  solchen 
Gezeitenkurve  gemessen  werden. 

Die     Gezeitenkurve     ist     an     manchen 
Stellen   glatt   und   an   anderen   durch   Ein- 
kerbungen  ausgezeichnet.      Diese    Unregel- 
mäßigkeiten ruhen  von  Meeresschwankungen 
her,  deren  Periode  5  Minuten  bis  eine  halbe 
Stunde   betragen   kann.      Sie   beruhen   auf 
Seichen.     Dieses  Wort  ist  Genfer  Dialekt 
und  nunmehr  allgemein  angenommen,  weil 
derartige    Oszillationen,     die     zuerst    von 
F.  A.  Forel  erklärt  worden   sind,   an   dem  j 
Wasser  des  Genfer  Sees  zu  beobachten  sind.  [ 
Seichen  treten  in  Buchten  und  Mündungen  \ 
auf  und  sind  an  Gezeitenkurven  fast  stets ' 
zu  beobachten.     Sie  beruhen  hauptsäclüich 
auf   Unterschieden    im  Barometerdruck    an  j 
verschiedenen      Teilen      des      beobachteten 
Wasserbeckens,  und  ihr  Auftreten  ist  natür- 
lich willkürlich.     Der  Gezeitenmesser  sucht  [ 
seinen    Flutmesser    doit    aufzustellen,    wo  i 
Seichen  möglichst  wenig  hervortreten.  j 

Das  Steigen  und  Fallen  des  Ozeans  ist  ■ 
natürlich  von  Flutströmungen  begleitet.  | 
Auf  offener  See  sind  diese  Strömungen 
unmerklich,  aber  in  Meerengen  und  in  j 
Buchten  sind  sie  oft  reißend.  Zur  Be- 
schreibung der  Strömungen  bedient  man , 
sich  der  Ausdrücke  Ebbe  und  Flut.  An 
einer  offenen  Küste  ,,ebbt"  das  Wasser 
beim  Zurückweichen  vom  Lande  und  ,, flutet" 
bei  der  Annäherung  an  das  Land.  Ebbe  und 
Flut  sind  am  schnellsten  zur  Halbgezeit, 
und  das  Wasser  ist  matt  oder  tot  bei  H.W. 
und  N.W.  In  einem  zum  Gezeitengebiete 
gehörigen  Strome  flutet  das  Wasser  strom- 
aufwärts, wenn  es  über  dem  mittleren  Meeres- 
niveau steht,  es  ebbt,  wenn  es  unter  dem 
mittleren  Meeresniveau  steht,  und  es  ist 
matt  auf  dem  mittleren  Meeresniveau.  In 
Mündungsgebieten  findet  ein  allmählicher 
Uebergang  von  dem  in  Flüssen  gefundenen 
Gesetze  zu  dem  an  der  offenen  Küste  gel- 
tenden statt. 

In  Flüssen  steigt  das  Wasser  von  N.W. 
zu  H.W.  rascher,  als  es  von  H.W.  zu  N.W. 
fällt.  Einen  Grenzfall  für  dieses  Gesetz 
findet  man,  wenn  die  Flut  als  brandende 
Wassermauer  über  den  weiten  flachen 
Strand  einer  Mündung  steigt.  Diese  Er- 
scheinung nennt  man  auf  englisch  ,,Bore", 
auf  französisch  ,,Mascaret"  und  auf 
deutsch  ,, Stürmer"  oder  ,, brandende 
Sturmflut".  Die  brandende  Sturmflut 
tritt  in  Tsien-Tang-Kiang  (China),  im  Petit- 


codiac  (Canada),  in  der  Seine  (Frankreich), 
im  Severn  (England)  usw.  deutlich  zutage. 

In  manchen  Mündungen  fängt  man  das 
Wasser  bei  H.W.  in  Schleusen  auf  und  läßt 
es  beim  Fallen  Wasserräder  treiben,  aber 
die  Anzahl  derartiger  Mühlen  ist  gering, 
und  die  geleistete  Arbeit  ist  kaum  sehr 
lohnend. 

3.  Flutkräfte.  Newton  hat  die  Ge- 
zeiten mit  Hilfe  der  Gravitation  erklärt, 
und  seine  Theorie  ist  späterhin  von  BernouUi, 
Laplace,  Whewell,  Airy,  Kelvin  u.  a.  be- 
deutend entwickelt  worden.  Wir  wollen 
jetzt  versuchen,  diese  Theorie  zu  erklären. 

Mond  und  Erde  laufen  nahezu  in  Kreisen 
um  einen  mitten  zwischen  ihnen  gelegenen 
Punkt,  der  ihr  Gravitationszentrum  ist. 
Da  die  Erde  81  mal  so  schwer  ist  wie  der 
Mond,  ist  der  Halbmesser  des  Kreises,  den 
der  Mond  um  diesen  Punkt  beschreibt, 
81  mal  so  groß  wie  der  des  von  der  Erde 
beschriebenen  Kreises.  Das  Gravitations- 
zentrum der  beiden  Körper  liegt  tatsächlich 
im  Innern  der  Erde,  und  zwar  liegt  es 
1600  km  unter  der  Oberfläche  und  4700  km 
vom  Erdmittelpunkte  entfernt.  Die  beiden 
Körper  drehen  sich  in  einer  Periode  von 
27Y3  Tagen,  und  mithin  dreht  sich  die  Erde 
in  derselben  Periode  in  einem  Kreise  mit 
einem  Halbmesser  von  4700  km  um  das 
Gravitationszentrum  von  Erde  und  Mond. 
Im  gewöhnlichen  Sprachgebrauch  sagt  man, 
daß  sich  der  Mond  um  die  Erde  drehe  (und 
das  tut  er  auch  wirklich),  aber  man  hält  es 
nicht  für  nötig,  die  Bewegung  der  Erde  um 
das  Gravitationszentrum  in  einer  Bahn  zu 
erwähnen,  che  ein  genaues  Abbild  der  Bahn 
des  Mondes  um  die  Erde,  nur  auf  Y82  des 
linearen  Maßstabes  verkleinert,  ist.  Es  ist 
jedoch  für  das  Verständnis  der  Flutkräfte 
wesentlich,   auf   diesen   Punkt  hinzuweisen 

Wenn  wir  von  der  täglichen  Drehung  der 
Erde  absehen,  können  wir  sie  mit  einem 
Steine  vergleichen,  der  am  Ende  eines  Taues 
herumgeschleudert  wird.  Das  Tau  muß 
4700  km  lang  und  im  Erdmittelpunkte  be- 
festigt sein,  und  wenn  das  andere  Ende 
auch  nicht  an  die  Erdoberfläche  reicht, 
ist  doch  das  Prinzip  ganz  dasselbe.  Die 
Spannung  des  Taues  wird  bei  dem  Stein 
von  der  Hand  des  Schleudernden  erzeugt; 
im  Falle  von  Erde  und  Mond  wird  das  Tau 
durch  die  Gravitationsanziehung  zwischen 
den  beiden  Himmelskörpern  ersetzt.  Diese 
Anziehung  ist  die  Resultante  aus  den  An- 
ziehungen, die  zwischen  den  sämtlichen 
Paaren  von  Teilchen  hervortreten,  von  denen 
je  das  eine  dem  Monde  und  das  andere  der 
Erde  angehört.  Es  bleibt  sich  gleich,  wenn 
wir  die  gesamte  Masse  des  Mondes  als  in 
seinem  Mittelpunkte  konzentriert  betrachten, 
sodaß  wir  ihn  als  ein  einziges  Teilchen  an- 
sehen  können.      Dann  ist   die    Gravitation 


12 


Gezeiten 


zwischen  Mond  und  Erde  die  Resultante 
der  Anziehung  des  ^Mondes  auf  die  einzelnen 
Teilchen,  aus  denen  die  Erde  aufgebaut  ist. 

Die  Anziehung  des  Mondes  auf  die  näher 
gelegenen  Teilchen  der  Erde  ist  stärker  als 
die  auf  die  entfernteren,  entsprechend  dem 
Gesetze  vom  umgekehrten  Quadrat  der 
Entfernung.  Wenn  wir  die  Lage  des  Teil- 
chens, auf  welches  die  Anziehung  das  Mittel 
aus  der  Anziehung  auf  sämtliche  Teilchen 
der  Erde  nach  Richtung  und  Größe  ist,  in 
der  Erde  bestimmen,  so  finden  wir,  daß  es 
im  Erdmittelpunkte  liegt,  und  daß  die  Kraft 
gegen  den  Mond  hin  gerichtet  ist.  Wenn 
diese  mittlere  Anziehung  auf  jedes  Teilchen 
der  Erde  wirken  würde,  so  würde  die  Erde 
gerade  in  einer  Umdrehung  mit  einer  Periode 
von  277»  Tagen  in  ihrer  kleinen  Bahn  mit 
einem  Halbmesser  von  4700  km  erhalten 
werden,  und  wir  würden  somit  einen  voll- 
kommenen Ersatz  für  das  Tau  im  Falle  des 
im  Kreise  geschleuderten  Steines  haben.  Aber 
der  Ersatz  ist  nicht  vollkommen,  weil  die 
Anziehung  auf  die  näher  gelegenen  Teilchen 
größer  und  jene  auf  die  entfernteren  kleiner 
ist  als  der  Mittelwert:  auch  besteht  keine 
vollkommene  Parallelität  zwischen  den  auf 
sämtHche  Teilchen  wirkenden  Kräfte.  Eben 
diese  Abweichung  von  der  gleichförmigen 
Intensität  und  dieses  Fehlen  der  Parallehtät 
geben  zur  Entstehung  der  Flutkräfte  Anlaß. 

Wir  wollen  die  Flutkräfte,  die  an  jenen 
Teilchen  der  Erde  wirken,  welche  dem 
Monde  am  nächsten  bzw.  am  weitesten 
von  ihm  entfernt  liegen,  eingehender  analy- 
sieren. Der  Abstand  des  Mondes  vom  Erd- 
mittelpunkte beträgt  in  runder  Zahl  385000 
km  und  der  Halbmesser  der  Erde  6300  km. 
Mithin  ist  die  Entfernung  des  nächsten 
Teilchens  385000—6300  oder  378700  km 
und  die  des  entferntesten  385000  +  6300 
oder  391300  km.  Die  Anziehung  auf  ein 
Teilchen  im  Erdmittelpunkte  ist  nach  In- 
tensität und  Richtung  das  Mittel,  aber  im 
vorliegenden  einfachen  Falle  spielt  das 
Fehlen  der  Parallelität  nicht  mit,  weil  der 
Erdmittelpunkt,  das  nächste  und  das  ent- 
fernteste Teilchen  alle  in  einer  geraden 
Linie  liegen.  Die  Anziehung  im  Erdmittel- 
punkte muß  proportional  "öorTnfjnr  sein,  und 

auf  der  näher  gelegenen  Seite  der  Erde  muß 
der  Ueberschuß  der  tatsächlichen  Anziehung 
über  die  mittlere  in  der  Richtung  auf  den 

Mond  zu  proportional    g^g^^Q,  -  ^^, 

sein.  Aehnlich  ist  auf  der  entfernteren  Seite 
der    Ueberschuß    der    mittleren    Anziehung 

über  die  tatsächliche  proportional  qqp;  Qnn2 
—  QöTqofiä  ^"  ^^^  Richtung  vom  Monde  fort. 


Diese  beiden  Ueberschüsse  bilden  die  Flut- 
kräfte in  diesen  beiden  Punkten,  und  man 
wird  finden,    daß   sie   beide   nahezu  gleich 

3^50003  ^^"^'  ^^"  Zeichen  dafür,  daß  die 
Flutkraft  sich  umgekehrt  wie  die  dritte 
Potenz  der  Entfernung  des  fluterregenden 
Körpers  ändert.  Dieses  letzte  Ergebnis  läßt 
sich  leichter  auf  algebraischem  Wege  be- 
weisen: Bezeichnet  r  die  Entfernung  des 
Mondes  und  a  den  Eidhalbmesser,  so  ist 
a/r  ein  kleiner  Bruch.  Nun  ist  die  mittlere 
Anziehung  proportional  Yr^  und  die  An- 
ziehung am  nächstgelegenen  Punkte  pro- 
portional V(r — ^)'5  was  nahezu  gleich 
1       2a 

"Y  -| — ^  ist.     Der  Ueberschuß  beträgt  mit- 
hin  2a/r^.      Aehnlich  erhalten  wir  für  den 
entferntesten  Punkt  Y(r+^)^  nahezu  gleich 
1        2a 
^ — 2,  ^"1"^    *^6^  Ueberschuß    ist  derselbe 

wie  zuvor. 

Wir  wollen  nicht  versuchen,  die  Ab- 
weichungen vom  Mittel  an  anderen  Punkten 
der  Erdoberfläche  zu  analysieren,  weil  der 
Mangel  an  Parallelität  bei  den  Kräften 
ebensosehr  mitspielt  wie  der  Intensitäts- 
unterschied. Der  Leser  muß  das  Ergebnis 
einer  solchen   Analyse,  wie   es  in   Figur   3 


M 


Fig.  S.     Flutenegende  Kraft. 


dargestellt  ist,  annehmen.  Diese  Dar- 
stellung der  fluterregenden  Ki'aft  zeigt  einen 
Schnitt  durch  die  Erde  in  einer  durch  den 
Mond  und  den  Erdmittelpunkt  gehenden 
Ebene;  wo  die  Pole  und  der  Aequator  liegen, 
ist  für  den  vorliegenden  Zweck  einerlei. 
Der  Mond  ist  weit  entfernt  in  der  Rich- 
tung M,  V  ist  die  Mitte  der  Erdscheibe, 
wie  sie  dem  Mann  im  Monde  erscheint, 
und  in  I  sind  die  Antipoden  dieses  Punktes. 
DD  ist  der  von  der  Seite  gesehene  Kreis, 
an  dem  für  einen  Erdbewohner  der  ]\lond 
gerade  auf-  oder  untergeht.  Die  Pfeile 
zeigen  die  Richtungen  der  Flutkräfte  an, 
und  ihre  Läne;en  mit  den  beigesetzten  Zahlen 


Gezeiten 


13 


geben  die  Intensität  der  Kraft,  nach  einer 
willkürlichen     Größenskala    gemessen,     an. 

Nach  der  Figur  wird  ein  winziger  Bruch- 
teil des  Gewichtes  eines  bei  V  oder  I  auf  der 
Erdoberfläche  liegenden  Körpers  vom 
Monde  getragen,  so  daß  ein  Körper  an 
diesen  Punkten  ein  wenig  weniger  wiegt 
als  das  Mittel ;  ähnUch  wiegt  auf  dem  Kreise 
DD  ein  Körper  ein  wenig  mehr  als  das 
Mittel.  Das  Weniger  in  V  und  I  ist  doppelt 
so  groß  wie  das  Mehr  auf  dem  Kreise  DD. 
Diese  Abweichungen  vom  Mittelwert  sind 
zu  klein,  um  experimentell  gemessen  werden 
zu  können,  und  sie  liefern  nicht  die  Teile 
der  Flutkraft,  die  bei  der  Erzeugung  der 
Gezeiten  wirksam  sind.  Tatsächlich  ist  der 
vertikale  Teil  der  Flutkraft  so  unbedeutend 
in  seinen  Wirkungen,  daß  der  nächste 
Schritt  in  der  Beweisführung  darin  besteht, 
ihn  außer  acht  zu  lassen.  Ueberall,  außer 
in  V,  I  und  DD,  ist  die  Flutkraft,  wie  ein 
Mensch  sie  beobachtet,  gegen  die  Vertikale 
seines  Beobachtungsortes  geneigt.  Daher 
besteht  im  allgemeinen  eine  Komponente 
der  Flutkraft,  die  horizontal  längs  der 
Erdoberfläche  nach  irgendeiner  Stelle  der 
Windrose  wirkt. 

Figur  4  zeigt  daher  perspektivisch  die 
horizontalen  Flutkräfte,  die  nach  Unter- 
drückung    der     vertikalen     Komponenten 


Fig.  4.    Horizontale  üuterregende  Kraft. 

übrig  bleiben.  Der  Rand  des  Schattens 
ist  der  Kreis  DD,  und  man  sieht  V,  aber  I 
liegt  unsichtbar  auf  der  anderen  Seite  der 
Erdkugel.      Am    Schattenrande   und  in    V 


sind  natürlich  keine  Pfeile.  Der  Nordpol  P 
ist  jetzt  durch  einen  gekrümmten  Pfeil 
bezeichnet,  um  die  Drehungsrichtung  anzu- 

i  geben,  und  ein  Parallelkreis  von  der  Breite 

!  Aj  —  A5  zeigt  die  Stellen,  die  ein  Beobachter, 
wenn  er  herumgeführt  wird,  nacheinander 
einnimmt.  Ein  Studium  dieser  Figur  wird 
den  Leser  befähigen,  im  allgemeinen  zu  ver- 

\  stehen,  wie  die  Flutkraft  des  Mondes  sich 
im  Verlauf  einer  einzelnen  Drehung  der 
Erde  gegen  den  Mond  verändert. 

Eine  ähnliche  Figur  kann  für  die  Sonne 
gelten.  V  wird  dann  der  Punkt,  für  den 
die  Sonne  im  Zenit  steht,  und  der  Schatten- 
rand wird  die  Linie  des  Sonnenunterganges 
und  Sonnenaufganges.  Die  Litensität  der 
Wirkung  der  Sonne  ist  viel  geringer  als  jene 
des  Mondes.  Sie  ändert  sich  direkt  wie  die 
Masse  des  fluterregenden  Körpers  und  um- 
gekehrt wie  die  dritte  Potenz  seiner  Ent- 
fernung. Nun  ist  die  Masse  der  Sonne 
251/^ Millionen  mal  so  groß  wie  die  des  Mondes 
und    ihre    Entfernung    389    mal    so    groß. 

:  Da  389^  gleich  59  Millionen  ist,  so  beträgt 

j  die  Sonnenkraft  251/2/59  oder  Vis  oder  rund 
die  Hälfte  der  Mondkraft. 

1  Die  tatsächliche  Flutkraft  in  irgend- 
einem Augenblick  findet  man,  indem  man 

j  die  Mond-  und  die  Sonnenkraft  zusammen- 
nimmt. Sie  wird  je  nach  der  Stellung  der 
beiden  Himmelskörper  in  bezug  auf  die 
Erde,  der  Länge  und  Breite  des  Beobach- 
tungsortes und  der  Zeit  verschieden  sein 
und  läßt  sich  nur  durch  mathematische 
Formeln  adäquat  ausdrücken. 

4.  Ablenkung  von  der  Vertikalen. 
Wenn  die  feste  Erde  unnachgiebig  wäre, 
so  würde  ein  Pendel  auf  der  Erdoberfläche 
von  der  Vertikalen  in  der  durch  die  in 
Figur  4  sichtbaren  Pfeile  bezeichneten 
Richtung  abgelenkt  werden,  aber  die  Ab- 
lenkungen würden  zu  klein  sein,  um  eine 
Messung  zu  gestatten.  Es  ist  jedoch  eine 
Modifikation  des  Pendels  erfunden  worden, 
die  für  den  Zweck  genügend  empfindlich 
ist.  Sie  wird  als  Horizontalpendel  be- 
zeichnet und  verdankt  ihren  Erfolg  haupt- 
sächlich E.  von  Rebeur-Paschwitz. 

Das  Niveau  stillen  Wassers  wird  stets 
senkrecht  zur  Richtung  der  Schwerkraft 
stehen,  einerlei  ob  diese  Richtung  durch 
j  eine  winzige  Horizontalkraft  aus  ihrer  Mittel- 
!  richtung  abgelenkt  ist,  oder  nicht.  Wenn 
daher  die  feste  Erde  die  Flüssigkeit  des 
Wassers  besäße,  würde  es  unmöglich  sein, 
die  erwähnten  Ablenkungen  durch  irgend- 
\  welches  noch  so  empfindliches  Pendel  fest- 
zustellen. Wenn  jedoch  die  Erde  nachgibt, 
aber  nicht  mit  der  vollen  Flüssigkeit  des 
Wassers,  so  wird  eine  gewisse  Ablenkung 
sichtbar  sein,  aber  nicht  der  volle  Betrag. 
Es    folgt    somit,    daß    eine    Vergleichung 


14 


Gezeiten 


zwischen  den  beobachteten  Ablenkungen 
einerseits  und  den  auf  Grund  der  Annahme, 
daß  die  Erde  absohit  starr  ist,  berechneten 
andererseits,  uns  die  Möglichkeit  hefert, 
die  Größe  der  elastischen  Nachgiebigkeit 
der  festen  Erde  gegenüber  Flutkräften  zu 
ermitteln. 

Wir  wollen  die  mehr  oder  minder  erfolg- 
reichen Versuche  anderer  Beobachter  dieser 
Ablenkungen  übergehen  und  nur  auf  die 
Beobachtungen  eingehen,  die  0.  Hecker 
während  nahezu  7  Jahren  in  Potsdam 
angestellt  hat.  Wenn  man  durch  geeignete 
Methoden  der  Mittelbildung  die  Wirkungen 
der  Sonne  ausschaltet,  so  werden  Heckers 
Ergebnisse,  die  aus  der  Beobachtung  eines 
Horizontalpendelpaares  abgeleitet  worden 
sind,   durch  Figur  5  graphisch   dargestellt. 


Fig.  5.    Zu  Potsdam  beobachtete  Ablenkung  von 
der  Vertikalen. 


Der  Leser  denke  sich  die  Sonne  beseitigt; 
er  denke  sich  ferner,  vertikal  über  der  Mitte 
der  Figur  hänge  ein  Gewicht  an  einem  Drahte. 
Er  stelle  sich  nunmehr  vor,  daß  die  Flut- 
kraft des  Mondes  in  Wirksamkeit  trete, 
und  zwar  zunächst  unter  der  Annahme, 
daß  die  feste  Erde  absolut  starr  sei.  Wenn 
der  Mond  gerade  südlich  von  Potsdam  steht, 
so  findet  der  Leser,  daß  die  Pendelhnse 
durch  die  Mondkraft  nach  dem  mit  O^  be- 
zeichneten Punkte  auf  der  äußeren  Kurve 
abgelenkt  wird.  Das  Pendel  bewegt  sich 
dann  im  Sinne  des  Uhrzeigers  längs  der 
Kurve  und  wird  3  (Mond-)  Stunden  später 
an  dem  mit  3'i  bezeichneten  Punkte  im 
Westen  stehen.  Nach  weiteren  3  Stunden 
wird  es  bei  6''  im  Norden  stehen,  usf.  Es 
wird  so  den  Kreislauf  vollenden  und  in 
12  Stunden  zu  dem  mit  12 '^  bezeichneten 
Punkte  zurückkehren.  Das  Oval  wird 
demnach  im  Mondtage  zweimal  durchlaufen. 
Dies  ist  die  theoretische  Kurve  auf  der 
starren  Erde. 


Zweitens  zeigt  nun  die  innere  Kurve, 
was  das  Pendel  in  Wirklichkeit  tut.  Es  be- 
wegt sich  auf  seiner  Kurve  praktisch  in  den 
richtigen  Zeiten,  aber  in  kleinerem  Maßstabe; 
die  Kurve  ist  jedoch  in  der  N-S-Richtung 
stärker  abgeplattet,  als  sie  sein  sollte,  und 
diese  Verzerrung  vermag  man  bislang  noch 
nicht  vöUig  zu  erklären. 

Der  Maßstab  der  Figur  ist  so  gewählt, 
daß  die  Seite  jedes  der  kleinen  Quadrate 
eine  Ablenkung  der  Richtung  aus  der  Verti- 
kalen   um    Ysoo    Bogensekunde    bezeichnet. 

Aus  dieser  Figur  kann  man  ableiten, 
daß  die  Erde  gegenüber  Flutschwankungen 
elastisch  nachgibt,  und  zwar  ungefähr  mit 
demselben  Grade  von  Freiheit,  als  wenn 
sie  aus  Stahl  wäre. 

5.  Die  Gleichgewichtstheorie  der  Ge- 
zeiten. Wenn  wir  uns  denken,  daß  der 
Mond  allein  vorhanden  wäre,  so  bezeichnen 
die  Pfeile  in  Figur  4  Horizontalkräfte,  welche 
Strömungen  im  Ozean  hervorzubringen 
streben.  Wir  wollen  die  Annahme  machen, 
die  sich  weit  von  der  Wahrheit  entfernt, 
daß  diese  Kräfte  ihre  Lage  gegen  die  Erde 
beträchtlich  lange  beibehalten,  so  daß  die 
ozeanischen  Strömungen  dauernd  fließen, 
bis  das  Wasser  in  der  Richtung  der  Strömung 
genau  so  weit  gestiegen  ist,  daß  sein  Be- 
streben, unter  dem  Einflüsse  der  Schwer- 
kraft zurückzufheßen,  der  Flutkraft  das 
Gleichgewicht  hält.  Dann  wird  die  Strömung 
aufhören  und  ein  Ruhe-  oder  Gleichgewichts- 
zustand erreicht  worden  sein,  aber  die  Ober- 
fläche des  Ozeans  wird  zu  einer  ovalen  oder 
eUipsoidalen  Gestalt  verzerrt  worden  sein, 
deren  größte  Achse  nach  dem  Monde  hin- 
weist, und  die  einen  Kreisschnitt  senkrecht 
zu  dieser  Achse  aufweist. 

Das  Ergebnis  ist  in  Figur  6  dargestellt. 
Hier  ist  die  Welt  in  2  Hemisphären  mit  15* 
auseinander  hegenden  Breitenkreisen  abge- 
bildet. Der  Mond  ist  im  Zenit  in  der  Mitte 
der  östhchen  Hemisphäre  unter  15"  nörd- 
licher Deldination  oder  Erdbreite  ange- 
nommen. Die  Antipoden  dieses  Punktes  be- 
finden sich  unter  15°  südhcher  Breite  auf  der 
westlichen  Hemisphäre.  Diese  beiden  Punkte 
sind  die  Punkte  V  und  I  der  Figur  3,  auf 
welche  die  strömungserregenden  Pfeile  hin 
gerichtet  sind.  Rund  um  diese  Punkte  sind 
Kreise  in  der  Weise  gezogen,  daß  wenn  die 
Elevation  an  den  beiden  Zentralpunkten  in 
willkürlichem  Maßstabe  zu  2  gemessen  wird, 
sie  auf  diesen  Kreisen  nacheinander  l^O'  l^ 
14,  0,  —  %,  —  1  mißt,  wobei  die  beiden 
le'tztgenannten  Größen  Depressionen  sind. 
Die  Elevationen  IM,,  1,  1/0  sind  durch  eng 
punktierte  Linien  bezeichnet,  die  Linie  0 
durch  eine  Kette  von  Punkten  und  Strichen, 
und  die  Depressionen  durch  gestrichelte 
Linien.  Der  Kreis  —  1,  von  dem  in  jeder 
Hemisphäre  die  Hälfte  erscheint,  liegt  dort, 


Gezeiten 


15 


wo   der  Mond   am   Horizont  steht.      Diese  ihnen  ist  es  eben,  der  die  tägliche  Ungleich- 

Karte  ist  in  der  Tat  praktisch  eine  Wieder-  heit  hervorruft.     Wenn  indessen  der  Mond 

gäbe  der  perspektivischen  Figur  4.  auf  dem  Aequator  stehen  würde,  so  würden 

Wir  wollen  überlegen,  was  ein  Mensch  be-  die  Hemisphären  gleich  sein.     Die  tägliche 

obachten  würde,  wenn  er  von  der  Erde  auf  Ungleichheit  verschwindet  somit,  wenn   der 

irgendeinem  Parallelkreise,  beispielsweise  auf !  Mond  durch  den  Aequator  geht.  Dies  geschieht 

dem  nördlichen  Breitenkreise  von  30",  mit-  alle  vierzehnTage  einmal,  und  mitten  zwischen 

geführt  wird.     Da  der  Mond  über  der  öst-  diesen  Punkten,  wenn  die  Deldination  des 


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Fig.  G.     Karte  der  Gleichgewichtsgezeiten. 


liehen  Hemisphäre  steht,  so  geht  er  gerade 
unter ,  wenn  unser  Beobachter  zuerst  am  buken 
Rande  der  westbchen  Halbkugel  erscheint. 
Da  der  Mond  untergeht,  so  ist  N.W.,  und 
die  Höhe  wird  nach  unserem  Maßstabe  zu 
■ —  1  gemessen.  Das  Wasser  steigt  dann, 
und  es  ist  H.W.,  gemessen  zu  i/>5  wenn  er 
die  Mitte  der  Hemisphäre  erreicht.  Die  Höhe 
von  N.W.  bis  H.W.  beträgt  daher  V/o,  und 
es  ist  gut,  zu  bemerken,  daß  die  Höhen  nicht 
von  mittlerem  Meeresniveau  an  gemessen 
werden. 

Das  Wasser  fällt  dann,  und  kurz,  ehe  der 
Beobachter  die  westliche  Hemisphäre  ver- 
läßt, ist  N.W.  erreicht,  und  zwar  wiederum 
mit  der  durch  —  1  bezeichneten  Depression. 
In  der  Mitte  der  östlichen  Hemisphäre  wird 
H.W.  erreicht,  aber  dieses  Mal  können  wir  die 
Höhe  zu  lYs  schätzen,  so  daß  die  Höhe  von 
N.W.  zu  H.  W.  2V5  beträgt.  Dann  fällt  das 
Wasser  wieder  auf  N.W.,  und  der  Kreislauf 
ist  vollendet. 

Der  Unterschied  zwischen  den  aufein- 
anderfolgenden Höhen,  IVo  gegenüber  2^/,,, 
veranschaulicht  die  tägliche  Ungleichheit, 
die  in  der  Flutkurve  für  Bombay,  Figur  2,  zu 
sehen  war. 

Der  Leser  möge  sich  überlegen,  was  der 
Beobachter  unter  irgendeinem  anderen 
Breitengrade  wahrnehmen  würde,  und  möge 
sich  ferner  den  Mond  mit  den  zu  ihm  gehörigen 
Kreisen  noch  weiter  nach  Norden,  oder  näher 
an  den  Aequator,  oder  südlich  vom  Aequator 
verschoben  denken. 

Die  eine  Hemisphäre  ist  die  Umkehrung 
der  anderen,  und  der  Unterschied  zwischen 


Mondes  am  größten  ist,  ist  die  tägliche  Un- 
gleichheit am  größten. 

Eine  ähnliche  Figur  würde  die  Sonnen- 
gezeiten liefern,  und  die  Summe  beider 
würde  die  gesamte  Gezeit  nach  der  Gleich- 
gewichtstheorie befern. 

Obschon  sich  die  Theorie  auf  eine  unbe- 
friedigende Hypothese  stützt,  ist  sie  doch  bis 
zu  einem  gewissen  Punkte  sehr  erfolgreich. 
Sie  beschreibt  nämlich  genau  die  allgemeine 
Natur  der  Phänomene.  Sie  vermag  indessen 
keine  befriecbgende  Erklärung  für  die  Zeiten 
des  Auftretens  von  H.W.  und  N.W.  zu  geben, 
denn  es  würde  scheinen,  daß  H.W.  für  einen 
Beobachter  auf  der  nördlichen  Hemisphäre 
stets  dann  auftreten  müßte,  wenn  der  Mond 
genau  südlich  über  oder  genau  nördlich 
unter  dem  Horizont  steht,  und  das  ist  beinahe 
so  verkehrt  wie  nur  irgend  möglich. 

6.  Die  dynamische  Theorie  der  Ge- 
zeiten. Die  Hypothese,  auf  welche  sich  die 
Gleichgewichtstheorie  gründet,  ist  offenbar 
falsch,  und  das  Problem  der  Gezeiten  ist  im 
wesentHchen  ein  Problem  der  Flüssigkeits- 
bewegung. 

Wir  wollen  den  einfachen  Fall  annehmen, 
daß  der  Mond  allein  sich  im  Aequator  bewege 
und  der  Ozean  auf  einen  äquatorialen  Kanal 
von  gleichförmiger  Tiefe  und  Breite  be- 
schränkt sei.  Der  Umfang  des  Kanales  be- 
trägt 40000  km,  und  die  beiden  Punkte,  nach 
denen  die  Flutkräfte  gerichtet  sind,  liegen 
20000  km  auseinander,  und  zwar  der  eine 
unter  dem  Monde,  der  andere  bei  den  Anti- 
poden. Die  beiden  Punkte  bewegen  sich 
relativ    zur    Erdoberfläche    mit    einer    Ge- 


16 


Grezeiten 


schwindigkeit  von  1610  km  in  der  Stunde,  so 
daß  sie  einen  vollen  Umlauf  um  die  Erde  in 
24'i  5OV2'",  derZeit  zwischen  zwei  aufeinander 
folgenden  Monddurehgäiigen  über  irgend- 
einem gegebenen  Orte,  vollenden.  Es  ist  nun 
klar,  daß,  einerlei,  welcher  Natur  die  Flut- 
schwankungen sind,  der  Abstand  von  Berg 
zu  Berg  der  Flutwellen  20000  km  und  die 
Fortpflanzungsgeschwindigkeit  1610  km  in 
der  Stunde  betragen  muß. 

Diese  Tatsachen  sind  von  der  Tiefe  des 
Kanals  unabhängig;  wir  wissen  aber,  daß 
wenn  durch  ein  Erdbeben  eine  lange  Welle 
in  dem  Kanal  erzeugt  werden  wuirde,  diese 
miteiner  Geschwindigkeit  wandern  würde,  die 
proportional  der  Quadratwurzel  aus  der 
Wassertiefe  wäre.  Wenn  die  Tiefe  22  km  be- 
tragen würde,  so  würde  die  Geschwindigkeit 
einer  solchen  ,, freien"  Welle  1610  km  in  der 
Stunde  betragen,  und  wenn  derKanal5V2  km 
tief  wäre,  so  würde  die  Geschwindigkeit 
805  km  in  der  Stunde  betragen.  Die  Tiefe 
von  22  km  für  den  äquatorialen  Kanal  hat 
offenbar  in  der  Theorie  eine  kritische  Be- 
deutung, weil  bei  ihr  jede  in  dem  Kanal  er- 
zeugte lange  Welle  gerade  mit  dem  Monde 
Schritt  halten  würde.  Nun  strebt  die  Flut- 
kraft des  Mondes  stets,  Wellen  zu  erzeugen, 
und  in  diesem  Falle  wnrd  jede  irgendwie  er- 
zeugte Welle,  abgesehen  von  der  Reibung, 
gerade  mit  dem  Monde  Schritt  halten.  Es  ist 
somit  verstäudUch,  daß  dieFlutwelleineinem 
solchen  Kanal  eine  ungeheure  Höhe  haben 
würde,  aber  glücklicherweise  ist  es  nicht 
nötig,  dieses  besondere  Problem  in  allen 
Einzelheiten  zu  erörtern.  Wir  können  jedoch 
sehen,  daß  eine  durch  die  Flutkräfte  er- 
zeugte Welle  hinter  dem  Monde  zurück  zu 
bleiben,  oder  ihn  zu  überholen  streben  wird, 
je  nachdem,  ob  die  Tiefe  kleiner  oder  größer 
ist  als  22  km. 

Es  würde  sehr  schwierig  sein,  festzustellen, 
was  geschehen  würde,  wenn  das  Wasser  in 
dem  Kanal  in  Ruhe  wäre  und  der  Mond 
dann  beginnen  würde,  Flutkraft  an  ihm  aus- 
zuüben. Es  würde  lange  Zeit  starke  turbu- 
lente Bewegung  herrschen,  aber  schließlich 
würde  die  unendlich  kleine  Flüssigkeits- 
reibung die  Bewegung  auf  einen  stetigen  Zu- 
stand reduzieren,  und  nur  diesen  Endzustand 
gilt  es  zu  bestimmen.  Die  mathematische 
Diskussion  des  Problems  lehrt,  daß  für 
größere  Tiefen  als  22  km  zwei  Wellen  im  Kanal- 
kreise vorhanden  sein  würde,  und  daß  deren 
beide  Kämme  in  den  zwei  Punkten  liegen 
würden,  auf  welche  die  Flutkräfte  hin  ge- 
richtet sind.  In  diesem  Falle  würde  also  die 
Lage  der  Kämme  mit  den  Angaben  der 
Gleichgewichtstheorie  übereinstimmen.  Eine 
solche  Gezeit  nennt  man  ,, direkt",  weil  die 
Kämme  in  ihrer  Lage  mit  den  Angriffs- 
punkten der  Flutkraft  übereinstimmen. 

Wenn  andererseits  der  Kanal  seichter  wäre 


als  22  km,  so  würden  die  Täler  der  beiden 
Wellen  dorthin  fallen,  wo  im  vorigen  Falle  die 
Berge  lagen.  Dann  nennt  man  die  Welle 
,, indirekt",  weil  die  Täler  an  die  Stelle  der 
Berge  treten  und  die  Anordnung  den  An- 
griffspunkten der  Flutkraft  diametral  ent- 
gegengesetzt ist. 

Die  wirklichen  Ozeane  sind  viel  seichter 
als  22  km,  und  wenn  ein  Ozean  den  Aequator 
umgürten  würde,  so  würden  seine  Gezeiten 
umgekehrt  sein  und  unter  dem  Monde  und 
ihm  gegenüber  N.W.  zeigen;  mit  anderen 
Worten:  die  Eintrittszeit  würde  61^  13™  sein, 
statt  911,  wie  nach  der  Gleichgewichts- 
theorie. 

Wir  wollen  jetzt  —  immer  noch  bei  be- 
wegtem Monde  —  einen  Kanal  rings  um  die 
Erde  unter  60"  Breite,  mithin  also  mit  einem 
Umfange  von  20000  km,  betrachten.  Die 
Flutwelle  muß  auch  jetzt  noch  ihren  Umlauf 
in  24'»  öOVo"!  vollenden,  und  daher  braucht 
ihre  Fortpflanzungsgeschwindigkeit  jetzt 
nur  805  km  in  der  Stunde  zu  betragen.  In 
diesem  Falle  ist  die  kritische  Wassertiefe,  die 
einer  Erdbebenwelle  gestatten  wird,  mit  dem 
Monde  Schritt  zu  halten,  öi;  km.  Hinsicht- 
lich ,, direkter"  Flutwelle  und  deren  Um- 
kehrung gilt  dieselbe  Ueberlegung  wie  zuvor, 
und  wir  sehen  folgendes :  Wenn  auf  der  Erde 
zwei  Kanäle  von  10  km  Tiefe  vorhanden  wären, 
von  denen  der  eine  auf  dem  Aequator  be- 
legen wäre,  der  andere  unter  60°  Breite,  so 
würden  die  Gezeiten  am  Aequator  verkehrt 
und  unter  60°  Breite  direkt  sein. 

Nunmehr  wollen  wir  annehmen,  die  ganze 
Erde  sei  in  einer  Tiefe  von  10  km  vom  Meere 
bedeckt,  aber  durch  Scheidewände  in  Kanäle 
geteilt,  die  längs  Breitenkreisen  fheßen.  Es 
ist  klar,  daß  in  diesem  Falle  die  Gezeiten  in 
den  Aequatorialgebieten  verkehrt  und  in  den 
Polargebieten  direkt  sein  würden,  und  daß 
unter  einer  gewissen  dazwischen  liegenden 
Breite,  wo  eine  Erdbebenwelle  gerade  mit 
dem  Monde  Schritt  halten  würde,  die  Ge- 
zeiten sehr  groß  sein  würden. 

Auf  den  entgegengesetzten  Seiten  irgend- 
einer Scheidew^and  zwischen  zwei  solchen  Ka- 
nälen kann  die  Wellenbewegung  nicht  genau 
dieselbe  sein;  wenn  also  die  Scheidewand  ent- 
fernt werden  würde,  so  würde  das  Wasser 
an  einigen  Stellen  nach  Süden  und  an  anderen 
nach  Norden  fließen.  Gerade  unter  den  Brei- 
ten, wo  die  Gezeitenwelle  groß  ist,  muß  diese 
Tendenz  zu  einer  nordwärts  und  südwärts 
gerichteten  Strömung  am  stärksten  ausge- 
prägt sein. 

Das  Problem,  daß  uns  durch  die  ange- 
nommene Vernichtung  der  Scheidewände- 
entgegentritt,  ist  ein  sehr  schwieriges  und 
läßt  sich  nicht  durch  allgemeine  Ueberlegungen 
lösen.  Es  ist  zuerst  von  Laplace  gelöst 
worden.    Laplace  zeigte,  daß,  während  die 


Gezeiten 


17 


Flutwellen  in  dem  Kanalsystem  unter  ge- 
wissen mittleren  Breiten  sehr  hoch  sein 
würden,  die  Beseitigung  der  Scheidewände 
das  Steigen  und  Fallen  des  Wassers  ver- 
nichten wird,  obgleich  noch  Flutströmungen 
vorhanden  sein  werden.  Aus  der  Lösung  von 
Laplace  geht  weiter  hervor,  daß  auf  einem 
in  gleichförmiger  Höhe  vom  Meere  bedeckten 
Planeten  die  Gezeiten  in  den  Aequatorial- 
gebieten  verkehrt  und  in  den  Polargebieten 
direkt  sind,  wie  bei  dem  Kanalsystem,  daß 
aber  unter  einer  gewissen  mittleren  Breite 
das  Steigen  und  Fallen  der  Gezeiten  ver- 
schwindet. 

Bisher  haben  wir  vorausgesetzt,  daß  der 
Mond  über  dem  Acquator  stehe;  wenn  er  aber 
eine  nördliche  oder  südliche  Deklination  hat, 
so  sind  die  Flutkräfte  in  den  beiden  Hälften 
einer  einzigen  Erdumdrehung  voneinander 
verschieden.  Es  scheint  unmöglich,  diese 
Komplikation  durch  die  Betrachtung  der 
Wellenbewegung  in  Kanälen  zu  behandeln, 
aber  wir  können  wenigstens  sehen,  daß  zwei 
aufeinander  folgende  Wellenberge,  die  an 
einem  Beobachter  unter  einem  gegebenen 
Breitengrade  vorüberziehen,  das  Bestreben 
haben  werden,  ungleich  hoch  zu  sein.  Die 
Lösung  von  Laplace  zeigt,  daß.  wenn  der 
Ozean  an  den  Polen  tiefer  ist  als  am  Aequa- 
tor,  die  Gleichgewichtstheorie  in  ihren  An- 
gaben darüber  recht  hat,  welche  der  beiden 
Flutsehwingungen  die  größere  ist;  mit  anderen 
Worten:  die  täghche  Ungleichheit  ist  direkt. 
Wenn  hingegen  das  Meer  an  den  Polen 
seichter  ist,  so  ergibt  sich,  daß  die  Gezeit,  die 
nach  den  Angaben  der  Gleichgewichtstheorie 
die  größere  sein  würde,  tatsächlich  die 
kleinere  ist,  sodaß  die  tägliche  Ungleichheit 
umgekehrt  ist.  Wenn  nun  der  Ozean  überall 
gleich  tief  ist,  so  besteht  keine  tägliche  Un- 
gleichheit in  der  Höhe,  weil  die  Gezeit  nicht 
gleichzeitig  direkt  und  verkehrt  sein  kann. 
Es  bleiben  indessen  gewisse  Flutströmungen 
übrig,  die  so  angeordnet  sind,  daß  die  Höhen 
aufeinander  folgender  H.W.  und  N.W.  ein- 
ander gleich  sind,  trotz  der  Verschiedenheit 
zwischen  den  Kräften  in  aufeinander  folgen- 
den Schwingungen. 

Da  es  den  Mathematikern  bisher  nicht 
gelungen  ist,  das  Problem  der  Gezeiten  zu 
lösen,  wenn  die  Tiefe  des  Ozeans  unter  ver- 
schiedenen Längen  verschieden  ist,  oder  wenn 
eine  Landschranke  vorhanden  ist,  so  könnte 
es  den  Anschein  haben,  als  ob  die  theoretische 
Diskussion  der  Gezeiten  unmöglich  wäre. 
Wir  werden  aber  sehen,  daß  dies  nicht  der 
Fall  ist. 

7.  Die  Methode  zur  Diskussion  der 
ozeanischen  Gezeiten.  Wir  wollen  den 
einfachen  Fall  eines  äquatorialen  Mondes  und 
eines  von  einem  äquatorialen  Kanal  be- 
grenzten Ozeans,  der  aber  nicht  notwendig 
gleichmäßig  tief  */u  sein  braucht,  betrachten. ! 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


Die  Eintrittszeiten  der  Gezeiten  irgendeines 
Mondtages  von  24''  oO™  werden  genau  die- 
selben sein  wie  die  aller  früheren  und  folgenden 
Mondtage.  Wenn  daher  ein  irgendwo  aufge- 
stellter Beobachter  die  Gezeiten  an  irgend- 
einem Tage  beobachten  würde,  so  würde  er 
wissen,  was  an  allen  folgenden  Tagen  an  diesem 
Orte  geschehen  würde.  Diese  Ueberlegung 
enthält  nichts,  was  uns  zwingt,  anzunehmen, 
daß  das  Wasser,  sei  es  äquatorial  oder  ander- 
weitig, auf  Kanäle  beschränkt  ist,  oder  daß 
keine  Landschranken  vorhanden  sind.  Der 
Ozean  kann  so  sein,  wie  er  auf  der  Erdober- 
fläche tatsächlich  ist,  und  die  wesentlichen 
Bedingungen  für  die  Gleichförmigkeit  der  Er- 
fahrung Tag  für  Tag  sind  die,  daß  der  Mond 
sich  immer  im  Aequator  und  in  konstanter 
Entfernung  von  der  Erde  bewegen,  und  daß 
die  Sonne  nicht  vorhanden  sein  soll.  Der 
Beobachter  möge  das  Meer  einen  einzigen 
Tag  lang  beobachten  und  aufzeichnen,  wie 
viele  Stunden  nach  dem  Durchgange  des 
Mondes  durch  seinen  Meridian  H.W.  auf- 
tritt, und  er  möge  ferner  die  Steighöhe  des 
Wassers  über  das  mittlere  Meeresniveau  bei 
H.W.  und  die  gleiche  Depression  bei  N.W. 
verzeichnen.  Das  Litervallund  die  Höhe  sind 
zwei  nur  für  den  Beobachtungsort  gültige 
Größen,  Flutkonstanten  genannt,  welche 
den  Beobachter  in  den  Stand  setzen,  die  Flut 
für  alle  Zeiten  vorauszusagen. 

Wenn  die  Sonne  allein  vorhanden  wäre, 
würden  zwei  weitere  Konstanten  die  Möglich- 
keit liefern,  die  Sonnengezeiten  für  alle  Zeiten 
vorauszusagen. 

Dieselbe  Ueberlegung  würde  für  jeden 
Trabanten  gelten,  vorausgesetzt,  daß  seine 
Entfernung  von  der  Erde  immer  dieselbe 
wäre,  und  daß  er  sich  auf  einer  Bahn  längs 
des  Aequators  oder  parallel  dazu  bewegte: 
ein  Paar  Flutkonstanten,  die  für  diesen  Tra- 
banten und  für  den  Beobachtungsort  gültig 
wären,  würden  die  Möglichkeit  zur  Voraus- 
sage hinsichtlich  eben  dieses  Trabanten 
liefern. 

Aber  der  wirkliche  Mond  und  die  wirk- 
liche Sonne  bestehen  nebeneinander  und  be- 
wegen sich  nicht  im  Aequator  in  gleich- 
mäßigen Entfernungen  von  der  Erde. 
Dennoch  ist  es  möghch,  ein  System  idealer 
Trabanten  zu  ersinnen,  von  denen  jeder  den 
gestellten  Bedingungen  genügt,  so  daß  die 
Summe  aller  Flutkräfte  die  von  der  wirk- 
lichen Sonne  und  dem  wirklichen  Monde  her- 
rührenden Flutkräfte  ersetzt.  Wenn  auch  eine 
unendliche  Anzahl  solcher  idealer  Trabanten 
für  einen  vollkommenen  Ersatz  erforderlich 
sein  würde,  so  ist  doch  die  Darstellung,  wie 
sie  durch  etwa  ein  Dutzend  gegeben  wird, 
hinreichend  genau.  Die  Längen  der  Tage, 
die  den  einzelnen  Trabanten  zukommen, 
sind  alle  voneinander  verschieden,  und  die 
genauen  Zeiten,    zu  denen  jeder  von  ihnen 


18 


Gezeiten 


durch  den  Meridian  des  Beobachtungsortes  [ 
geht,  lassen  sich  durch  die  Theorie  be- 1 
stimmen.  Der  äquatoriale  Mond  und  die  | 
äquatoriale  Sonne,  von  denen  vorhin  die  Rede 
war,  sind  zwei  von  diesen  Trabanten,  und  ' 
ihre  Tageslängen  waren  24''  50y2"'  bezw. 
94I)  Ol". 

Wenn  irgendein  idealer  Trabant  allein 
vorhanden  wäre,  so  würde  eine  eintägige  Be- 
obachtung der  Gezeiten  ein  Paar  Flutkon- 
stanten ergeben  und  die  Voraussage  hinsicht- 
lich dieses  Trabanten  für  alle  Zeiten  liefern. 
Wenn  wir  dann  nacheinander  sämthche 
Trabanten  bis  auf  einen  beseitigen  könnten, 
so  würden  sich  nacheinander  sämtliche 
Partialgezeiten  bestimmen  lassen,  und  deren 
Summe  würde  die  wirkliche  Gezeit  ergeben. 

Aus  der  tatsächlichen Flutkurvelassen  sich 
Ergebnisse  ableiten,  die  mit  den  einzelnen 
Ausschaltungen  der  Trabanten  äquivalent 
sind.  Die  Flutkurve  möge  in  Längen  zerlegt 
werden,  die  irgendeinen  der  Spezialtage  dar- 
stellen, und  jeder  solcher  Tag  sei  wiederum 
in  die  zugehörigen  24  Spezialstunden  0,  1, 
2...  23  unterteilt.  Dann  möge  die  Wasser- 
höhe zu  jeder  dieser  Spezialstunden  während 
der  Beobachtungsperiode  gemessen  werden 
und  das  Mittel  der  Höhen  jedesmal  um  0'', 
um  l'i,  um  2''  usf.  bestimmt  werden.  So 
erhalten  wir  24  Zahlen,  welche  die  Flut- 
schwingungen eines  einzelnen  Tages  dar- 
stellen, wie  sie  von  diesem  Trabanten  allein 
herrühren. 

Die  idealen  Trabanten  und  ihre  Durch- 
gangszeiten sind  aus  der  Theorie  abgeleitet, 
aber  die  von  dem  einzelnen  Trabanten  her- 
rührenden Flutschwingungen  sind  aus  der 
Beobachtung  abgeleitet.  Mithin  sind  Theorie 
und  Beobachtung  vereinigt. 

Es  würde  scheinen,  als  wären  die  arithme- 
tischen Operationen  von  unausführbarem 
Umfange,  aber  die  Mathematiker  haben 
Abkürzungen  ersonnen,  durch  die  das  Ganze 
auf  handliche  Verhältnisse  zurückgeführt 
wird.  Wir  wollen  indessen  diese  technischen 
Einzelheiten  nicht  erörtern. 

Dieses  Verfahren  zur  Behandlung  der 
Gezeiten  nennt  man  harmonische  Ana- 
lyse. Es  mag  komplizierter  erscheinen  als 
die  Behandlung  mit  Hilfe  von  Kurven  und 
späteren  Korrektionen,  wie  sie  im  Abschnitt  i 
skizziert  wurde,  aber  die  Einfachheit  des 
früheren  Verfahrens  ist  nur  eine  scheinbare, 
denn  es  wird  immer  komphzierter,  je  größere 
Genauigkeit  man  anstrebt.  Das  harmonische 
Verfahren  hingegen  ist  vollkommen  gleich- 
mäßig, größere  Genauigkeit  läßt  sich  immer 
durch  Hinzufügen  weiterer  idealer  Trabanten 
erzielen,  und  dieses  Verfahren  ist  bei  allen 
neueren  Arbeiten  über  die  Gezeiten  ange- 
nommen worden. 

8.  Gezeitentafeln.  Die  aus  der  Beobach- 
tung in  irgendeinem  }lafen  abgeleiteten  Flut- 


konstanten ermöghchen  es,  eine  Reihe  par- 
tialer  Flutkurven  zu  zeichnen,  welche  die 
den  einzelnen  idealen  Trabanten  zukommen- 
den Gezeiten  darstellen,  und  man  kennt  die 
Lage  der  Berge  und  Täler  in  bezug  auf  die 
Zeit,  zu  welcher  der  Trabant  durch  den 
Meridian  des  Beobachtungsortes  geht.  Da 
die  Ortszeiten  dieser  Durchgänge  am  Be- 
obachtungsorte am  ersten  Tage,  für  den  die 
Voraussage  verlangt  wird,  bekannt  sind,  so 
kann  man  die  partialen  Flutkurven  für  diesen 
ersten  Tag  richtig  ansetzen,  und  sie  bleiben 
dann  für  alle  Zukunft  richtig.  Li  irgend- 
einem späteren  Zeitmoment  kann  man  die 
Summe  aller  Partialhöhen  bilden,  von  denen 
einige  positiv  und  andere  negativ  sind,  und 
man  erhält  auf  diese  Weise  die  tatsächhche 
Meereshöhe,  bezogen  auf  das  mittlere  Meeres- 
niveau. Hierzu  muß  man  die  Höhe  des  mitt- 
leren Meeresniveaus  über  irgendeinem  ge- 
wählten Nullniveau  addieren,  und  man  er- 
hält somit  eine  Voraussage. 

Li  der  Praxis  zeichnet  man  die  partialen 
Flutkurven  nicht,  sondern  man  wählt  gleich- 
wertige arithmetische  Operationen.  Die 
Synthese  von  Partialwellen  bleibt  indessen 
immer  noch  sehr  mühsam.  Um  dieser 
schwierigen  Arbeit  zu  begegnen,  erfand  Lord 
Kelvin  im  Jahre  1872  ein  Instrument  zur 
Voraussage  der  Gezeiten,  welches  die  Syn- 
these mechanisch  bewerkstelligt.  Dieses 
Instrument  zeichnet  eine  synthetische  Flut- 
kurve für  ein  ganzes  Jahr  in  2  bis  3  Stunden, 
und  die  Messung  und  Tabelherung  liefert 
dann  hinterher  eine  Gezeitentafel  oder  Flut- 
tabelle der  Zeiten  und  der  Höhen  von  H.W. 
und  N.W.  für  den  betreffenden  Ort.  Nach 
diesem  oder  einem  anderen  Verfahren  berech- 
nete Gezeitentafeln  werden  für  alle  wichtigen 
Häfen  1  bis  2  Jahre  im  voraus  veröffent- 
licht. 

Gezeitentafeln  können  auf  keine  Genauig- 
keit Anspruch  erheben,  die  mit  jener  einer 
astronomischen  Tagesbestimmung  ver- 
gleichbar wäre,  weil  Schwankungen  des 
Barometerdruckes  und  Wind  beträchthche 
Störungen  hervorrufen,  zumal  in  stürmischen 
Breiten.  Immerhin  sind  die  Voraussagen  in 
den  Tropen  sehr  gut  und  anderswo  für  die 
Zwecke  der  Schiiffahrt  ausreichend.  Bei- 
spielsweise waren  im  Jahre  1897  zu  Ports- 
niouth,  trotzdem  die  Voraussagen  nicht  nach 
dem  harmonischen  Verfahren  hergestellt 
worden  waren  und  vermutlich  verbessert  wer- 
den könnten,  von  177  aufeinander  folgenden 
H.W.  die  Zeiten  in  119  Fällen  bis  auf  10 
Minuten  und  die  Höhen  in  147  Fällen  bis  auf 
1  Fuß  richtig.  Die  Höhe  der  Springflut  be- 
trägt in  Portsmouth  13  Fuß  9  Inch. 

9.  Flutreibung.  Wahrscheinlich  ist  die 
Erde  einmal  ganz  oder  teilweise  geschmolzen 
gewesen,  und  die  zähe  Masse,  aus  der  sie  be- 


Gezeiten 


19 


stand,  muß  gezeitenartige  Schwingungen 
ausgeführt  haben,  die  aber  der  Reibung  unter- 
lagen. 

Der  innere  Kreis  in  Figur  7  stelle  die  Erde 
dar,  die  im  angedeuteten  Sinne  kreisen  möge, 
und  der  äußere  Kreis  die  Mondbahn.     Wir 


Fig.  7.    Durch  Reibung  verzögerte  Gezeit. 

nehmen  zunächst  an,  daß  keine  Flüssigkeits- 
reibung vorhanden  sei,  undM'  möge  der  Mond 
sein;  dann  wird  die  Erde  zur  Gestalt  PP' 
verzerrt  werden.  Unter  dem  Einflüsse  der 
Reibung  aber  werden  die  Flutprotuberanzen 
durch  die  Erddrehung  über  ihren  eigent- 
lichen Ort  hinweg  geführt  werden,  und  wir 
können  dieselbe  Figur  für  diesen  Fall  ver- 
wenden, wenn  wir  den  Mond  nach  M  zurück- 
setzen. Die  beiden  Körper  werden  dann 
immer  ihre  Stellung  zueinander  und  die 
durch  M,  P,  P'  angegebene  Gestalt  beibe- 
halten. 

Der  Kürze  halber  können  wir  die  Flut- 
protuberanzen durch  zwei  gleiche  Teilchen 
P,  P'  ersetzen.  Da  nun  der  Mond  M  das 
Teilchen  P  stäiker  anzieht  als  P',  und  da 
die  Anziehung  auf  P  die  Erddrehung  zu  ver- 
langsamen strebt,  während  jene  auf  P'  sie  zu 
beschleunigen  strebt,  so  ergibt  sich,  daß  die 
resultierende  Wirkung  eine  Verzögerung  ist. 

Durch  eine  ähnhche  Ueberlegung  wie  die 
imAbschnitt4  angegebene  ergibt  sich,  daß  der 
Unterschied  zwischen  der  Anziehung  auf  P 
und  jener  auf  P'  sich  umgekehrt  wie  die  diitte 
Potenz  der  Entfernung  zwischen  Mond  und 
Erde  ändert.  Aber  die  Massen  von  P  und  P', 
welche  die  Höhe  der  Gezeiten  darstellen, 
ändern  sich  ebenfalls  umgekehrt  wie  die  dritte 
Potenz  der  Entfernung,  und  dahei  wird  sich 
die  Flutreibung  umgekehrt  wie  die  sechste 
Potenz  der  Entfernung  ändern.  Wenn  sich 
also  der  Mond  in  der  Hälfte  seiner  jetzigen 
Entfernung  befände,  so  würde  die  Flut- 
reibung 64mal  so  groß  sein. 

Da  Wirkung  und  Gegenwirkung  entgegen- 
gesetzt gleich  sind,  so  ist  die  Gegenwirkung, 
die  der  verzögernden  Wirkung  auf  die  Erde 
entspricht,  eine  Kraft,  die  den  Mond  zu  be- 
schleunigen strebt.  Unter  dem  Einfluß  dieser 
Beschleunigung;  wird  sich  der  Mond  in  einer 
Spirale  mit  langsam  wachsendem  Halb- 
messer bewegen.  In  einer  solchen  Spirale 
erfolgt  die  Bewegung  nicht  genau  unter 
rechtem  Winkel    zum    Radius,    und    daher 


wirkt  eine  kleine  Komponente  der  zentralen 

Gravitationsanziehung  gegen  den  Erdmittel- 
punkt in  dem  Sinne,  daß  sie  die  Geschwindig- 
keit des  Mondes  verzögert.  Es  besteht  also 
ein  Kampf  zwischen  der  von  der  Anziehung 
der  Flutprotuberanzen  herrührenden  Be- 
schleunigung und  der  von  der  Zentralkraft 
herrührenden  Verzögerung.  Es  scheint,  daß 
die  Verzögerung  die  mächtigere  ist,  und  daß 
der  Mond  sich  langsamer  bewegen  wird,  aber 
in  immer  zunehmendem  Abstände  von  der 
Erde.  Auch  die  Periode  des  Mondumlaufes 
um  die  Erde,  oder  der  Monat,  nimmt  an 
Länge  zu.  Wir  haben  bereits  gesehen,  daß 
die  Drehung  der  Erde  verzögert  wird,  somit 
nehmen  also  sowohl  der  Tag  als  auch  der 
Monat  an  Länge  zu. 

Die  Anzahl  der  Umdrehungen  der  Erde 
um  ihre  Achse,  während  der  Mond  seine  Bahn 
am  Himmel  vollendet,  ist  die  Anzahl  der 
Tage  im  Monat.  Diese  Zahl  wird  entweder 
abnehmen  oder  zunehmen,  je  nachdem,  ob 
die  Schnelligkeit  der  Verlängerung  des  Tages 
größer  oder  kleiner  ist"  als  die  des  Monats. 
Wenn  wir  in  die  Zukunft  blicken,  so  werden 
beide  länger,  aber  wir  finden,  daß  die  Anzahl 
der  Tage  im  Monat  beständig  abnimmt,  bis 
nur  noch  ein  Tag  im  Monat  ist.  Das  bedeutet, 
daß  der  Mond  dann  immer  derselben  Erd- 
seite zugekehrt  sein  wird  und  sich  so  bewegen 
wird,  als  ob  er  durch  eine  feste  Stange  mit 
der  Erde  verbunden  wäre.  Wenn  diese  Kon- 
figuration erreicht  ist,  ist  die  Bewegung  sehr 
langsam,  denn  die  gemeinsame  Umdrehung 
der  beiden  Himmelskörper  wiid  ungefähr  55 
unserer  jetzigen  Tage  in  Anspruch  nehmen. 

Da  in  der  Zukunft  die  Anzahl  der  Tage  im 
Monat  abnimmt,  so  nimmt  diese  Zahl  zu, 
wenn  wir  in  der  Zeit  zurück  blicken,  und  bei 
diesem  Rückblick  werden  sowohl  die  Tage 
als  auch  die  Monate  kürzer.  Aber  die  Zu- 
nahme der  Zahl  der  Tage  im  Monat  dauert 
nur  eine  verhältnismäßig  kurze  Zeit  an, 
nämlich  bis  zu  der  Zeit,  da  29  Tage  im  Monat 
enthalten  waren  statt  unserer  heutigen  2773 
Tage.  In  weiter  entfernter  Vergangenheit 
finden  wir  die  Anzahl  der  Tage  wieder  ab- 
nehmend, bis  wir  eine  Zeit  erreichen,  da  nur 
ein  Tag  im  Monat  vorhanden  war.  Da  aber, 
wenn  wir  zurückblicken,  die  absoluten  Längen 
des  Tages  und  des  Monats  immer  kürzer 
werden,  so  ergibt  sich,  daß  wenn  dieser  An- 
fangszustand erreicht  ist,  die  gemeinsame 
Periode  der  beiden  Himmelskörper  sehr  kurz 
ist,  nämlich  etwa  4  bis  6  unserer  jetzigen 
Stunden.  Bei  dieser  Konfiguration  ist  der 
Mond  wiederum  derselben  Seite  der  Erde 
zugekehrt,  und  die  beiden  Körper  kreisen 
wieder,  als  ob  sieaneinander  befestigt  wären. 
Wenn  wir  also  die  Geschichte  im  ganzen  be- 
trachten, so  finden  wir  eine  Identität  zwischen 
Tag  und  Monat  sowohl  am  Anfang  als  auch 
am  Ende:    aber  der  Anfangszustand  unter- 

9* 


20 


Gezeiten  —  Gibbs 


scheidet  sich  in  einer  wichtigen  Hinsicht 
vom  Endzustand,  nämlich  darin,  daß  er  un- 
beständig ist,  während  der  Endzustand  be- 
ständig ist. 

Wenn  der  Mond  sich  in  einer  Periode 
von  4  bis  6  Stunden  um  die  lilrde  drehen 
sollte,  so  müßte  er  die  Erdoberfläche  beinahe 
berühren  und  es  hat  sich  ergeben,  daß  er  bei 
dieser  anfänglichen  Konfiguration  keine  Be- 
wegung relativ  zur  Erdoberfläche  besaß. 
Somit  zeigt  diese  Untersuchung,  daß  die 
junge  Erde  sich  in  zwei  Teile  geteilt  hat, 
und  daß  der  kleinere  Teil,  der  Mond,  durch 
Flutreibung  in  seine  jetzige  Bahn  fort- 
gestoßen wurde. 

Bei  der  vollständigen  Erörterung  dieses 
Problemes  muß  man  notwendig  die  Zeit  be- 
trachten, die  erforderhch  ist,  um  die  ange- 
deuteten Veränderungen  zu  bewerkstelligen. 
Wir  würden  auch  die  Wirkungen  der  Flut- 
reibung auf  die  Exzentrizität  der  Mondbahn 
und  auf  die  Neigung  der  Ekliptik,  sowie  die 
Wirkungen  der  solaren  Fintreibung  zu  be- 
rücksichtigen haben.  Diese  Punkte  wollen 
wir  hier  aber  nicht  erörtern. 

Wir  haben  festgestellt,  daß  die  Feber- 
legung  auf  Erde  und  Mond  anwendbar  ist;  sie 
wird  aber  auch  für  jeden  beliebigen  Planeten 
und  Trabanten,  oder  für  ein  Paar  Doppel- 
sterne gültig  sein.  In  manchen  derartigen 
Fällen  mag  die  Wirkung  der  Flutreibung 
sehr  bedeutend  gewesen  sein,  in  anderen 
Fällen  kann  sie  es  nicht  gewesen  sein;  aber 
das  berührt  die  Richtigkeit  der  Theorie 
nicht,  die  nur  auf  fundamentalen  mechani- 
schen Prinzipien  beruht.  In  welchem  Maße 
die  Flutreibung  in  der  Kosmogonie  von  Be- 
deutung gewesen  ist,  muß  natürlich  unbe- 
kannt bleiben;  es  scheint  aber,  daß  sie 
starken  Anspruch  darauf  hat,  eine  Er- 
klärung der  Hauptzüge  der  Geschichte  von 
Mond  »ind  Erde  zu  liefern 

Literatur.        G.    B.    Airy,     Tides    and    Wuves. 

Enrijflop.  Metropol.  London  I840.  —  G.  H. 
Itafwin,  Tides.  Encyclopaedia  Britannica,  Cam- 
bridge 1911  iind  Scientific  Papers  1,  2,  4,  Cam- 
bridge 1907  bis  1911.  —  S.  Günther,  Handbuch 
der  Geophysik.  Stuttgart  1899.  —  S.  S,  Hoiigh 
und  G.  H.  Darwin,  Beivegung  der  Hydro- 
sphäre. Encykl.  d.  Math.  Wiss.,  6,  Leipzig 
1908;  englisrh  in  J>anrins  Scientific  Papers  4. 
—  H.  A.  Harris,  3fanual  of  Tides,  i,  2,  3,  4; 
Appcit'liccs  to  Iicport/i  of  U.  S.  Coast  and 
Geodetic  Svrrey.  Wasinngton  1897  bis  1902.  — 
H.  Lamb,  Hydrodynamics,  Cambridge  1906; 
deutsch,  Lxipzig  1907.  —  M.  Ldvi/,  Legons  sur 
la  Theorie  des  Älarees,  jn'cniierc  partie.  Paris 
1895.  Der  siveite  Teil  ist  nicht  veröffentlicht 
worden.  —  H.  Poincare,  Theorie  des  ßfarees. 
Paris  1910.  —  W.  Thomson  und  P.  G.  Tait, 
Natural  J'hilosophy,  1,  2.  Cambridge  188S. 
Neudruck  1912  oder  19U^.. 

Populäre  Werke:  G.  H.  Davwin,  Tides 
a,nd  kindred  pheiiomeiut  in  the  Solar  System. 
■:''<i  ed.,  London  1911 ;  deutarh  :  Ebbe  und  Flut  usw.. 


Leipzig  1911  (auch  italienisch  [Turin]  und 
ungarisch  [Budapest]  erschienen).  —  Lord 
Kelvin  (W.  Thomson),  Lectures  and  Ad- 
dresses,  3.     London  1911. 

G.   II.   Itarwin. 


(iibbs 

Josiah  Willard. 


Geboren  am  11.  Februar  1839  in  New  Haven, 
gestorben  am  28.  April  1908  ebenda.  Er  war 
der  Sohn  eines  Theologieprofessors,  studierte 
am  dortigen  Yale-College  und  später  in  Paris, 
Berhu,  Heidelberg,  ging  1869  in  .seine  Heimat 
zurück  und  wurde  1871  Professor  der  mathema- 
tischen Physik  am  Yale-College.  Gibbs  be- 
arbeitete 'zunächst  thermodynamische  Probleme, 
wandte  sich  später  vorzugsweise  der  physika- 
lischen Chemie  zu,  die  ihm  grundlegende  Unter- 
suchungen verdankt.  1876  veröffentlichte  er 
eine  Abhandlung  über  das  Gleichgewicht  hete- 
rogener Systeme,  die  neben  der  Cirundlage 
auch  zahlreiche  Anwendungen  gab;  das  Jahr 
1878  brachte  die  Aufstellung  der  Phasenregel 
und  die  Ableitung  der  Kristallbildung  aus  den 
Kapillarverhältnissen  ihrer  Lösungen. 

Literatur.  H.  L.  Chatelier,  J.  Willard  G. 
sa  rie  et  son  oeuvre.  Rev.  gen.  d.  sc.  14,  S.  644, 
1903;  —  J.  Willard  G.,  Nature  68,  S.  11,  19U3. 

E.  Drude. 


Oibbs 

Wolcott. 

Geboren  am  21.  Februar  1822  zu  New  York,  ge- 
storben 9.  Dezember  1908  in  Newport,  einer  alten 
amerikanischen  Familie  entstammend,  hat  sich 
Gibbs  meist  der  Mineralchemie  gewidmet,  der 
er  als  Schüler  von  Rammeisberg  und  von 
Heinrich  Rose  zugeführt  worden  war.  Seine 
weitere  chemische  Ausbilching  verdankte  er 
namentlich  Liebig,  sowie  dem  Aufenthalte  in 
Paris,  wo  er  Vorlesungen  bei  Laurent,  Reg- 
nault und  Dumas  hörte.  Als  Lehrer  war  er  in 
New  York  und  in  Cambridge  an  der  Harvard- 
Universität  erfolgreich  tätig.  Von  seinen  fast 
nur  dem  Gebiete  der  anorganischen  Chemie  an- 
gehörenden Untersuchungen  sind  die  über  Kobalt- 
Ammoniak-Verbindungen,  über  Platinmetalle  und 
über  komplexe  Säuren  von  besonderer  Wichtig- 
keit. Ferner  hat  sich  Gibbs  (k-r  Ausarbeitung 
bedeutsamer  analytischer  ]\h^thoden  z.  P..  Tren- 
nung seltener  Erden  und  anderen  gewidmet. 
Alle  seine  Untersuchungen,  von  denen  die  ersten 
mit  Genth  zusammen  ausgeführt  sind,  tragen 
das  Gepräge  großer  GrüntUichkeit  und  scharfer 
Beobachtung.  Sie  sind  zum  großen  Teil  im 
American  Journal  of  Arts  and  Sciences  ver- 
öffentlicht. Ueber  sein  Leben  und  Wirken 
berichtet  ein  ausführlicher  Nekrolog  von  Th. 
W.  Richards  in  den  Berichten  der  deutschen 
chemiscl-en   Gesidlsdialt  42.  5037. 

E.    von   Meyer.    ■ 


(iifte 


21 


Gifte. 

1.    Begriff    der    Gifte.       2.    Geschichtliches. 

3.  Die  Hauptgifte:  a)  Einfache  chemische  Verbin- 
dungen, unorganische  und  organische  Gifte. 
b)  Pflanzengifte,  c)  Tiergifte,    d)  Bakteriengifte. 

4.  Vergiftungsgelegenheiten.  5.  Messung  der  Gift-  \ 
Wirkungen.  6.  Wirkungsmechanismus.  7.  Reak- 
tionserscheinungen des  Organismus  und  Schicksal 
der  Gifte  im  Tierkörper.  Verlauf  der  Vergiftung. 
8.  Behandlung  der  Vergiftungen.  9.  Nachweis 
der  Gifte.  10.  Praktische  Anwendungen  der  Gifte 
(Arzneimittel). 

I.  Begriff  der  Gifte.  Gift  heißt  jeder 
chemische  Stoff,  der  auf  lebende  Organismen 
schädlich  wirkt.  Die  Hauptmerkmale  des 
Begriffs  eines  giftigen  Agens  sind  also: 
a)  chemische  Natur  und  b)  schädliche  Wir- 
kung auf  Lebewesen.  Es  gibt  eine  große 
Anzahl  derartiger  Stoffe,  die  jedoch  in  ihrer 
Giftwirkung  voneinander  stark  abweichen. 
Die  Abweichungen  betreffen  namentlich 
den  Grad  ihrer  Giftigkeit,  der  so  stark  sein 
kann,  daß  der  Tod  in  kurzer  Zeit  erfolgt, 
oder  aber  nur  eine  geringe  vorübergehende 
Gesundheitsstörung  zur  Folge  hat. 

Absolute  (unbedingte)  Gifte  wurden  die 
Stoffe  genannt,  die  immer  in  jeder  auch  der 
geringsten  Gabe  den  Tod  oder  wenigstens 
Schaden  herbeiführen;  relative  Gifte 
waren  dagegen  diejenigen,  deren  schädliche 
Wirkung  von  der  Größe  der  Gabe  und 
anderen  Bedingungen  mit  bestimmt  wird 
und  die  deswegen  zu  arzneilichen  Zwecken 
gebraucht  zu  w^erden  vermögen. 

Die  moderne  Wissenschaft  kennt  fast  nur 
relative  Gifte. 

Die  Herkunft  der  Gifte  liegt  meistens 
außerhalb  der  af f izierten  Organismen  (Außen- 
gifte);  sie  gelangen  dann  ins  Innere  des 
vergifteten  Lebewesens  auf  verschiedenen 
Wegen  (s.  unten  7b  ,, Einführungswege").  Die 
moderne  Wissenschaft  hat  jedoch  gezeigt, 
daß  auch  im  Innern  des  Körpers  Gifte 
entstehen  können  (innere  Gifte),  und  zwar 
sowohl  als  Produkte  des  normalen  Stoff- 
wechsels, wie  als  Produkte  des  Stoffwechsels 
fremder  Lebewesen,  die  im  Organismus  zur 
Entwickelung  kamen. 

Intoxikation  oder  Vergiftung  heißt 
der  besondere  Lebenszustand  eines  Organis- 
mus, der  unter  der  Wirkung  eines  Giftes  sich 
befindet.  Autointoxikation  oder  Selbst- 
vergiftung heißt  der  Zustand,  wenn  der- 
selbe durch  die  Wirkung  innerer  Gifte  hervor- 
gerufen wird.  Die  Intoxikation  hat,  wie  jeder 
Lebenszustand,  einen  besonderen  Zeitverlauf, 
bei  dem  gewöhnlich  drei  Phasen  unterschieden 
werden: 

a)  Die  Inkubations-  oder  Latenz- 
zeit, die  zwischen  dem  Moment  der  Gift- 
einführung und  dem  Ausbrechen  der  ersten 
Symptome  (d.  h.  auffälliger  Störungen  der 
Lebenserscheinungen)  liegt;   sie  ist  für   die 


verschiedenen  Gifte  verschieden,  indem  sie 
von  einigen  Minuten  bis  Tagen  schwankt. 
Nach  der  Länge  dieser  Zeit  werden  die  Ver- 
giftungen meistens  in  akute,  subakute  und 
chronische  eingeteilt. 

b)  Die  Ausbrechungszeit,  in  der  die 
Folgen  der  Vergiftung  zutage  treten. 

c)  Die  Ausgangs  zeit,  in  der  die  Folgen 
der  Vergiftung  zum  Abschluß  kommen,  durch 
Eintreten  des  Todes  oder  der  Genesung. 

Giftlehre  oder  Toxikologie  heißt  die 
Wissenschaft  der  Gifte  und  der  Vergiftungen. 
Sie  behandelt  die  Gifte  sowohl  hinsichtlich 
ihrer  Wirkungsweise,  wie  ihrer  sonstigen 
Eigenschaften,  namentlich  zum  Zwecke  ihres 
praktischen  Nachweises  (Reaktionen),  was 
für  die  gerichtliche  Medizin  ein  besonderes 
Interesse  hat. 

2.  Geschichtliches.  Man  kann  sagen, 
daß  der  Mensch  zu  allen  Zeiten  und  in  jedem 
Erdteile  Gifte  gekannt  hat,  die  er  zu  ver- 
schiedenen Zwecken  (imKriegegegen  den  Feind 
hauptsächlich  als  Waffen-(Pf eil-) Gifte,  auf  der 
Jagd  und  beim  Fischfang,  zu  Heilzwecken 
und  Gottesurteilen,  zum  Tode  verurteilter 
Verbrecher)  verwertet  hat.  Griechischen  und 
römischen  Schriftstellern,  Theophrast  und 
Apollodorus  (3.  Jahrhundert  v.Chr.),  Ni- 
kander,  Heraklit  von  Tarent,  Numenios, 
Sostratos,  Plinius.  Sextius  Niger, 
Dioskorides,  Archigenes,  Attalus  III., 
Philo  motor  von  Pergamus,  Mithri- 
dates  von  Pontus,  verdanken  wir  Nach- 
richten über  die  älteste  geschichtliche  Gift- 
kunde. 83  V.  Chr.  wurde  in  Rom  das  erste 
Gesetz  gegen   Giftmischerei  (lex  Cornelia 

[de  sicariis  et  veneficis)  erlassen. 

j       Im   Mittelalter   wurden    bekanntlich   oft 

■  Giftmorde  begangen.  Das  dabei  am  meisten 
angewendete  Gift  soll  Arsen  gewesen  sein. 
Die  ersten  wissenschaftlichen  Kenntnisse 
verdanken  wir  der  Entstehung  und  Weiter- 
entwickelung der  Chemie,  der  Physiologie, 
der    Pharmakologie    und    der    Pathologie, 

!  namentlich  bezüglich  der  von  den  pathogenen 
Mikroben  erzeugten  Gifte  und  der  inneren 
Gifte.  F.  W.  Sertürner  (1806)  entdeckte 
das  erste  Pflanzenalkaloid  (Morphin);  1817 
isolierte  Robiquet  das  Narkotin.  Be- 
sonders sind  es  aber  die  Chemiker  Pelletier 
und  Caventou  gewesen,  die  1818  bis  1820 
mehrere  wichtige  Pf lanzenalkaloide  (Strych- 
nin,  Brucin,  Chinin  und  Cinchonin) 
dargestellt  haben.  Die  Kenntnisse  der  Bak- 
teriengifte (Toxine)  und  der  inneren  Gifte 
sind  neueren  Datums;  sie  tragen  die  Namen 
von  Pasteur,  Koch,  Ehrlich,  Behring, 
Kitasato,  Bouchard  u.  a. 

3.  Die  Hauptgifte.  Sie  können  von  ver- 
schiedenen Gesichtspunkten  aus  eingeteilt 
werden,  die  von  der  obigen  Definition  der 
Gifte  schon  erhellen.  Sie"  betreffen  nämlich 
entweder 


22 


Gifte 


a)  ihre  chemischen   Eigenschaften,    oder 

b)  ihre  Herkunft,  oder 

c)  ihre    Wirkungsweisen    auf    die    Lebe- 
wesen, oder  schließlich 

d)  die    Reaktionsweisen    der   vergifteten 
Organismen. 

Folgende  p]inteilung  wurde  hauptsächlich 
nach  a  und  b  durchgeführt.  Sie  ist  eine 
Aufzählung  der  meist  bekannten  Gifte  und 
ihrer  Wirkungen,  die  jedoch  auf  Voll- 
ständigkeit keinen  Anspruch  erhebt. 

3a)  Einfache  chemische  Verbin- 
dungen. Die  hierhergehörenden  Gifte 
charakterisieren  sich  dadurch,  daß  sie  ein- 
fache chemische  Verbindungen  mit  gut 
bekannten  chemischen  Eigenschaften  sind, 
und  andererseits  dadurch,  daß  sie  im 
Organismus  meist  schwere  grobanatomische 
Veränderungen  (Nekrose)  einzelner  Organe 
an  der  Applikationsstelle  wie  an  dem  Aus- 
scheidungsorte veranlassen  können.  Es  sind 
namentlich  die  sogenannten  Aetzsäuren, 
Aetzbasen  und  Aetzsalze.  Sie  werden 
deswegen  auch  lokale  Irritantien  ge- 
nannt. In  der  Intensität  ihrer  Wirkung 
werden  drei  Grade  unterschieden,  die  bei 
vielen  Giften  wohl  nur  eine  Funktion  ihrer 
Verdünnung  ist.  Die  L-ritantien  des  ersten 
Grades  sind  diejenigen,  welche  weder  auf  der 
äußeren  Haut,  noch  bei  Einführung  per  os, 
sondern  nur  bei  Einführung  in  seröse  Höhlen 
oder  ins  Unterhautzellgewebe  entzündliche 
Eeizung  verursachen.  Die  Irritantien  des 
zweiten  Grades  wirken  auch  bei  innerlicher 
Darreichung  lokal  reizend  (Gastroenteritis), 
rufen  äußerlich  dagegen  keine  Störung  hervor. 
Die  Irritantien  des  dritten  Grades  sind  die- 
jenigen, welche  auch  die  äußere  Haut  bei 
kurzdauernder  Berührung  entzündlich  reizen, 
ja  abtöten  (Robert). 

Nach  den  zwei  Hauptgebieten  der  Chemie, 
denen  sie  gehören,  werden  diese  Gifte  in 
unorganische  und  organische  Gifte 
eingeteilt. 

A.    Unorganische  Gifte. 

S c h  w e f  e  1  V e r  b i  n  d u  n gen.  Die  Säuren 
(Schwefel-  und  schweflige  Säure) 
wirken  heftig  lokal  ätzend;  Schwefel- 
wasserstoff ist  ein  starkes  Giftgas,  welches 
örtliche  Reizung,  Affektion  der  Zentren  und 
Zersetzung  des  Blutes  (durch  Bildung  von 
Schwefelmethämoglobin)  zugleich  bewirkt. 

Zu  den  stark  wirkenden  Aetzsäuren 
gehören  ferner:  Salpeter-,  Chrom-,  Os- 
mium- und  Salzsäure. 

Die  stärksten  Aetzbasen  sind:  Kali- 
und  Natronlauge,  Ammoniak  und  Aetz- 
kalk. 

Die  Halogensalze  wirken  ebenfalls 
lokal  irritierend,  obwohl  in  einem  bedeutend 
geringeren  »Grade;    außerdem    entfalten    sie 


eine  den  sie  zusammensetzenden  Elementen 
spezifische  Wirkung,  indem  z.  B.  die  Bro- 
mide die  Zentrentätigkeit  herabsetzen  bezw. 
aufheben,  die  Jodide  eine  Steigerung  der 
Abbauprozessc  im  ganzen  Körper  hervor- 
rufen. 

Eine  ähnliche  spezifische  Giftwirkung 
wird  ferner  noch  bei  mehreren  anderen  che- 
mischen Elementen  festgestellt.  Darunter  sind 
z.  B.  die  Kalisalze  zu  nennen,  welche  Mus- 
keln (Herzmuskel)  lähmen,  und  die  Barium- 
verbindungen, welche  die  Zentren  und 
das  Herz  zuerst  erregen  und  dann  lähmen. 

Eine  besondere,  vom  toxikologischen 
Standpunkt  aus  einheitliche  Gruppe  bilden 
Arsen,  Antimon  und  Phosphor,  welche 
zu  den  bekanntesten  und  furchtbarsten  Giften 
gehören.  Die  von  ihnen  herbeigeführten  Ver- 
giftungen verlaufen  akut  oder  chronisch 
und  beruhen  darauf,  daß  diese  chemischen 
Elemente  eine  ganz  ausgesprochene  Affinität 
für  die  lebendigen  Zellen  fast  sämtlicher 
Organe  haben,  deren  Protoplasma  sie  tief 
zu  ändern  vermögen. 

Die  durch  das  Arsen  herbeigeführten 
Gifterscheinungen  sind  demnach  sehr  mannig- 
faltig; sie  werden  (von  Brouardel  und 
Pouch  et)  der  zeitlichen  Reihenfolge  nach 
in  vier  Phasen  eingeteilt.  In  der  ersten  Phase 
wird  der  Magendarmkanal  und  die  Niere,  in 
der  zweiten  die  übrigen  Bauchorgane  und 
die  Zentren  ergriffen.  In  der  dritten  Phase 
erkranken  die  Haut,  die  Haare,  die  Nägel 
und  in  der  vierten  wird  das  Gift,  soweit  es 
nicht  ausgeschieden  ist,  im  Knochensystem 
als  Kaliumarsenat  deponiert  und  fixiert. 
Bei  der  akuten  Arsenikvergiftung  werden  zwei 
Typen  unterschieden,  das  seltene  der  para- 
lytischen und  das  häufigere  der  gastro- 
intestinalen  Form.  Das  erstere  zeigt  als  be- 
herrschendes Symptom  gleich  Lähmung  des 
Zentralnervensystems  und  des  Herzens,  wo- 
durch binnen  10  Stunden  der  Tod  herbei- 
geführt wird.  Beim  Symptomenbild  der  zwei- 
ten Form  treten  die  nervösen  Lähmungs- 
erscheinungen der  Zentren  und  des  Herzens 
zurück  gegenüber  den  gastrointestinalen 
Symptomen. 

Die  oft  entstandene  Frage,  ob  es  eine 
Gewöhnung  an  Arsenik  gibt,  beruht 
auf  der  Beobachtung,  daß  in  einigen  Gegen- 
den (Steiermark,  Nordamerika)  einige  Men- 
schen gewohnheitsgemäß  kleinere  Arsenik- 
gaben zu  sich  nehmen  (Arseni kesser j, 
wodurch  sie  die  Fähigkeit  erlangen,  für  jeden 
anderen  ]\Ienschen  sicher  toxische  und  meist 
tödliche  Dosen  auf  einmal  ohne  Störung 
nehmen  zu  können.  Ob  dies  dadurch  zu  er- 
klären ist,  daß  der  Darm  dieser  Menschen 
das  Gift  nur  wenig  resorbiert,  oder  ob  wirk- 
lich eine  Immunisierung  eintritt,  ist  unent- 
schieden (Kobert). 

Das  unter  die   Haut  oder  ins   Blut   ein- 


Gifte 


23 


geführte  Antimon  wirkt  wie  Arsen,  nnr 
tritt  die  Vergiftung  langsamer  ein ;  wenn  aber 
Antimon  per  os  verabreicht  wird,  entfaltet 
es  eine  stärkere  Lokalreizung,  auf  der  eben 
die  Wirkung  des  Brechweinsteins  beruht. 

Phosphor  wirkt  auf  den  Stoffwechsel 
der  Zellen  derart,  daß  alle  Synthesen  im 
Körper  behindert,  dagegen  die  Bildung 
autolytischer  Zerfallsprodukte  sehr  begünstigt 
wird.  Leber,  Nieren  und  Knochensystem 
(Phosphornekrose  des  Unterkiefers)  sind  die 
Organe,  auf  welche  die  deletäre  Wirkung  der 
chronischen  Phosphorvergiftung  sich  be- 
sonders ausübt. 

Eine  weitere,  toxikologisch  einheitliche 
Gruppe  bilden  die  Schwermetalle  (Queck- 
silber, Silber,  Blei,  Kupfer  usw.),  deren 
Salze  schon  mit  dem  toten  Eiweiß  eigentüm- 
liche Verbindungen  eingehen  (eiweißfcällende 
Reaktionen).  An  der  Applikationsstelle 
üben  sie  eine  Aetzwirkung  aus :  im  Innern  des 
Körpers  binden  sie  sich  außerdem  mit  dem 
Zellprotoplasma,  dessen  Lebensvorgänge  sie 
tief  zu  ändern  vermögen.  Namentlich 
werden  die  Ausscheidungsorgane  (Nieren, 
Leber,  Darm)  von  denselben  getroffen. 

Cyangas,  Cyanwasserstoff  (Blau- 
säure) und  Cyanide  gehören  zu  den  furcht- 
barsten Protoplasmagiften.  Namentlich 
wirken  sie  auf  das  Nervensystem,  das 
Blut  und  das  Herz. 

B.     Organische  Gifte. 

Auch  die  organischen  Säuren  wirken  lokal 
ätzend,  insbesondere  sind  hier  Ameisen- 
säure, Essigsäure,  Phenol  zu  nennen. 
Im  Gegensatz  zu  den  unorganischen  Säuren 
werden  die  organischen  Säuren  im  Körper 
meistens  zerstört  (verbrannt).  Einige  der- 
selben haben  außerdem  eine  giftige  Fern- 
wirkung, wie  Oxalsäure  und  deren  Salze,. 
welche  ihren  hohen  Giftigkeitsgrad  dem  Um- 
stand verdanken,  daß  sie  den  Gewebszellen  den 
Kalk  entziehen,  mit  dem  sie  unlösliche  Ver- 
bindungen eingehen.  Phenol  und  einige  von 
dessen  Derivaten  wirken  auf  die  motorischen 
Zentren,  zuerst  erregend,  dann  lähmend. 

Eine  toxikologisch  einheitliche  Gruppe  bil- 
den ferner  die  Alkohole,  Aether,  Chloro- 
form u.  a.,  welche  hauptsächlich  narkotisch 
wirken  (s.  den  Artikel  „Narkose"),und  denen 
ihrer  Grundwirkung  nach  die  sogenannten 
Schlafmittel  (Hypnotika),  wie  Sulfonal, 
Trional,  Tetronal,  Hedonal  usw.  sich 
anschließen. 

Eine  große  Zahl  organischer  Stoffe 
(wie  Anilin,  To luidin,  Amidophenol, 
Nitrobenzol,  Pikrinsäure,  Pyrogallol) 
sind  Blut  gifte  durch  ihre  hämolytische 
Wirkung. 

Auch  die  weiterhin  behandelten  Gifte  ge- 
hören eigentlich  zu  den  organischen  Giften; 
da  sie  aber  in  ihrer  chemischen  Zusammen- 


setzung zum  Teil  unbekannt,  sämtlich  sehr 
kompliziert  sind,  empfiehlt  es  sich,  noch 
folgende,  auf  die  Herkunft  begründete  Ein- 
teilung beizubehalten. 

3b)  Pflanzengifte.  Auf  Grund  ihrer 
chemischen  Eigenschaften  werden  sie  in 
zwei  Hauptgruppen  eingeteilt,  je  nachdem 
sie  der  Reihe  der  Glykoside  oder  der 
Alkaloide  angehören. 

a)  Glykoside.  Zu  den  Glykosiden,  d.  h. 
den  komplizierten  Verbindungen,  die  unter 
gewissen  Einflüssen  (Enzyme)  in  eine  oder 
mehrere  Zuckerarten  und  in  irgendeinen  oder 
mehrere  andere  organische  Stoffe  gespalten 
werden,  gehören  vor  allem  die  Digitalis- 
glykoside  und  die  Strophantine,  welche 
starke  Herzgifte  sind;  dann 

Phloridzin  (in  der  Rinde  mehrerer 
Obstbäume),  welches  Glykosurie  und  Ne- 
phritis sowie  Herabsetzung  des  Stoffwechsels 
bewirkt. 

Sali  ein  (in  verschiedenen  Salixarten), 
das  die  Körperwärme  herabsetzt, 

Adonin  und  Adonidin  (aus  Adonis), 
herzlähmende  Gifte; 

Cephalanthin  (in  der  Rinde  von  Cepha- 
lanthus  occidentalis,  Nordamerika),  Blut- 
und  Lebergift; 

Cerberin  (in  den  Samenkernen  von  Cer- 
bera  odollam),  Herzgift; 

Cheirantin  (m  den  Blättern  und  Samen 
des  Goldlackes,  Cheiranthus  Cheiri),  Herzgift; 

Coriamyrtin  (aus  Coriaria  myrtifolia), 
starkes  Zentrengift  (?); 

Coronillin  (in  den  Samen  von  Coronilla 
scorpioides),  starkes  Herzgift; 

Erysimin  (in  den  Samen  von  Erysimum 
aureum),  starkes  Herzgift; 

Eurvbin  (in  Eurvbia  moschata),  Brech- 
gift; 

Gymneminsäure  (in  den  Blättern  ver- 
schiedener Gymnenaarten),  lähmt  auf  die 
Zunge  gebracht  die  Geschmacksinnesorgane 
für    Süßes ; 

Helleborein  und  Helleborin  (in  den 
Wurzeln  von  Helleborns),  herzlähmende 
Gifte  und  starke  Narkotika; 

Kellin  (in  den  Samen  von  Ammi  Visuaga), 
Brech-  und  narkotisches  Gift; 

Nerianthin,  Neriin,  Neriodorin, 
Neriodorein,  Oleandrin  (in  den  Samen 
von  Nerium  oleander  und  odorum),  Herz- 
gifte; 

Periplocin  (in  der  Rinde  von  Periploca 
graeca),  Muskelgift; 

Rabelaisin  (in  der  Rinde  von  Rabelaisia 
philippinensis,  von  den  Negritos  auf  den 
Philippinen  als  Pfeilgift  benutzt),  starkes 
Herzgift ; 

Rosaginin  (in  der  Rinde  von  Nerium 
Oleander),  starkes,  Krämpfe  erregendes  Gift; 

Scillain  (aus  Scilla  maritima),  Herzgift; 

The  Veto  sin  (in  den  Samen  von  Thevetia 


24 


Gifte 


Yccotli).  bewirkt  Erbrechen  und  Atem- 
lähmung;; 

Tutin  (in  verschiedenen  Coriariaarten), 
ruft  Speichehiusscheidunc^,  Sinken  der  Puls- 
frequenz, Dyspnoe  und   Krämpfe  hervor; 

Vernonin  (in  der  Wurzel  von  Vernonia 
nigritiana),  Herzgift ; 

Ouabain  (im  Holze  von  Acokantara 
Ouabaio,  in  Samen  verschiedener  Strophantus- 
arten),  starkes  Herzgift; 

Hederin  (in  den  Blättern  des  Efeus, 
Hedera  Helix),  für  Warmblüter  ziemlich 
starkes  Gift; 

Convolvulin  (in  den  Jalapenknollen 
von  Ipomoea  purga),  ein  Drastikum; 

Convallamarin  (in  Convallariamajalis), 
ein  starkes  Herzgift; 

Convallarin  (in  Convallaria  majalis), 
Abführmittel ; 

Jalapin  (Scammonin,  in  den  Wurzeln 
von    Convolvulus   Scammonia),    Drastikum; 

Antiarin  (in  dem  Saft  von  Antiaris 
toxicaria),  Herzgift; 

Kaliumatractylat  (in  der  Wurzel  von 
Atractylis  gummifera),  Zentrengift  für  Warm- 
blüter. 

Alle  bisher  aufgezählten  Glykoside  sind 
stickstofffreie  Verbindungen,  die  folgenden 
enthalten  N  in  ihrem  Moleküle; 

Amygdalin  (in  den  bitteren  Mandeln), 
an  sich  ungiftig,  wird  jedoch  stark  giftig  durch 
Entwickelung  von  Blausäure,  wenn  es  von 
dem  Emulsin,  einem  (in  denselben  Mandeln 
vorhandenen)  Enzym,  gespalten  wird; 

Laurocerasin  (in  verschiedenen  Prnnus- 
arten),  hat  ähnliche  Eigenschaften  wie 
Amygdalin; 

Sinigrin  (in  den  Samen  des  schwarzen 
Senfes)  und  Sinaibin  (in  den  Samen  von 
Sinapis  alba),  entfalten  ihre  bekannte  haut- 
reizende Wirkung  ebenfalls,  nachdem  sie 
durch  ein  Enzym  (Myrosin)  gespalten  sind; 

Cathartinsäure  (in den  Sennesblättern), 
Abführmittel. 

Es  gibt  ferner  noch  andere  zahlreiche 
Pflanzen ,  in  denen  die  Anwesenheit  von 
nicht  näher  untersuchten  Giftglykosiden  nach- 
gewiesen oder  wahrscheinlich  gemacht  ist. 

ß)  Alkaloide.  Zu  den  Alkaloiden,  kom- 
plizierten N-haltigen  Verbindungen  mit  aus- 
gesprochenen basischen  Eigenschaften,  die 
in  den  Pflanzen  (meistens  in  den  Früchten 
und  Samen)  in  Form  von  Salzen  vorkommen, 
gehört  die  größte  Zahl  der  stärksten  Pflanzen- 
gifte. Eine  Einteilung  der  Alkaloide  nach 
ihrer  chemischen  Konstitution,  namentlich 
mit  Bezug  auf  ihren  basischen  Bestandteil, 
ist  etwa  die  folgende  (J.  Schmidt),  in  der 
wir  aber  nur  die  wichtigsten  Alkaloide  er- 
wähnen können; 


I.    Alkaloide    der    Pyridingruppe. 

Coniumalkaloide  (im  Fleckschierling, 
Conium  maculatum),  starke  lähmende  Zen- 
tren- und  ^luskelgifte; 

Arecaalkaloide  (in  den  Samen  der 
Arecapalme),  Nervengifte ; 

Nicotine  (in  den  Tabaksblättern,  Nico- 
tiana  tabacum),  starke  Zentrengifte  mit  aus- 
gesprochener elektiver  Lähmungswirkung  für 
die  Ganglienzellen  des  Sympathicus. 

IL    Alkaloide     der    Pyrrolidingruppe 
und  Verwandte. 

Alkaloide  der  Tropanreihe,  Alkaloide  der 
Solanaceen;  Atropin  (in  der  Tollkirsche, 
Atropa  belladonna,  und  in  dem  Stechapfel, 
Datura  stramonium),  wirkt  auf  mehrere  Or- 
gane ein  (Pupillenerweiterung,  mydriatisch; 
Lähmung  der  peripheren  Enden  des  Herz- 
vagus und  mehrerer  Sekretionsnerven,  pri- 
märe starke  Erregung  der  Hirnrindenzentren, 
sekundäre  Lähmung); 

Hyoscyamin  (in  dem  Bilsenkraut,  in 
der  Mandragorawurzel  und  im  Hyoscyamns 
muticus),  wirkt  etwa  wie  Atropin; 

Hyoscin  und.  Scopolamin.  in  den- 
selben Solanaceen  und  mit  ähnlicher  (Hft- 
wirkung  wie  Atropin ; 

Alkaloide  der  Cocablätter;  Cocaine, 
Cinnamylcocain,  Truxilline,  Benzoyl- 
ekgonin  und  Tropacocain  (in  den  Blättern 
des  peruanischen  Erythro xylon  coca),  lähmen 
die  peripheren  sensiblen  Nervenenden  und 
erregen  die  Zentren; 

Alkaloide  der  Granatwurzelrinde;  Pelle- 
tierine,  erregende   Zentrengifte; 

Alkaloide  einiger  Lupinenarten ;  S  p  a  r  t  e  i  n. 
Lupinin  und  Lupanin,  lähmende  Zentren- 
gifte ; 

Cytisin  (in  den  Samen  von  Goldregen, 
Cytisus  laburnum  und  anderen  Cytisusarten), 
erregendes  Zentrengift. 

in.  Alkaloide  der  ('hinolingrup{)e. 

Chinaalkaloide  (in  den  Rinden  der  eigent- 
lichen Cinchonen);  die  zuerst  entdeckten 
und  die  bestuntersuchten  sind  Chinin  und 
Cinchonin;  doch  gibt  es  heute  21  gut  cha- 
rakterisierte Chinaalkaloide;  Chinin  ist  ein 
typisches  Protoplasmagift,  welches  sowohl 
Protozoen  wie  die  verschiedenen  Zellen  der 
Metazoen  lähmt,  Cinchonin  zeigt  dagegen 
eine  primäre  erregende  Zentrenwirkuns;; 

Strychnosalkaloide;  Stry chnin  und  Bru - 
ein  (in  den  Früchten  und  Samen  von  mehreren 
ostindischen  und  afrikanischen  Strychnos- 
arten),  starke  erregende  Gifte  der  sensiblen 
Zentren ; 

Curarealkaloide;  Curarine  (in  den  süd- 
amerikanischen Strychnosarten.  von  den 
Eingeborenen  als  Pfeilgift  gebraucht),  typisch 
lähmende  Gifte  der  motorischen  Nervenend- 
organe. 


Gifte 


25 


IV.  Alkaloide  der  Isocliinolingriippe. 
Zu  dieser  Gruppe  fi;ehüren  einige  narko- 
tisch wirkende  Opiumalkaloide  (Papaverin, 
Narkotin,  Narcein  und  Laudanosin) 
und  die  in  der  Wurzel  von  Hydrastis  cana- 
densis  vorkommenden,  Zentren-  und  blut- 
gefäßmuskelnerregendeu  Alkaloide  Hydra- 
stin  und  Berberin. 

V.  Alkaloide    der   Phenantrengruppe. 
Hierher  gehören  die  Hauptalkaloide  des 

Opiums  (Morphin,  Kodein,  Thebain); 
auf  das  Morphin  ist  hauptsächlich  die  Wir- 
kung des  Opiums  zurückzuführen.  Das 
Morphin  wird  wesentlich  vom  Gehirn  an- 
gezogen und  hier  auch  zerstört.  Bei  wieder- 
holtem Gebrauch  (Morphinismus)  tritt 
,, Angewöhnung"  (eine  Art  Immunität,  siehe 
unten)  ein,  wobei  eine  stärkere  Anziehung  und 
Zerstörung  durch  die  Gehirnsubstanz  sich 
geltend  macht  (Cloetta).  Seine  Wirkung} 
ist  kompliziert ;  in  erster  Linie  besteht  sie  1 
in  Herabsetzung  der  Funktionen  der  sen- 
siblen Rindenzentren,  die  bis  zur  Lähmung 
aller  Zentren  steigen  kann.  Kodein  und , 
Thebain  wirken  zum  Teil  als  zentrenerregende 
und  krämpfeauslösende  Gifte. 

VI.  Alkaloide  der  Puringruppe 
Koffein,  Theobromin  und  Theophyl- 
lin (in  den  Blättern  und  Bohnen  des  Kaffee- 
baumes, im  Tee,  im  Paraguaytee,  in  der 
Guarana,  in  den  Colanüssen,  "im  Kakao), 
erregende  Zentren-  und  Herzgifte,  Diuretika: 
Pilokarpin,  Pilokarpidin  und  Ja- 
borin  (in  den  Jaborandiblättern  von  Pilo- 
carpus  pennatifolius),  Herz-  und  Drüsen- 
gifte. 

VII.  Alkaloide  von  unbekannter  Kon- 
stitution. 

Ergotinin,  Ergotoxin,  Ergothionin 
(im  Mutterkorn,  Seeale  cornutum,  einem 
parasitischen  Pilz,  Claviceps  purpurea), 
krampf-  und  gangränerzeugende  Gifte; 

Taxin  (in  den  Blättern  und  Früchten 
des  Eibenbaumes,  Taxus  baccata),  herz-  und 
atemzentrumlähmendes  Gift; 

Co  Ich  i  ein,  Co!  chicein  (in  der  Herbst- 
zeitlose,   Colchicum    autumnale),    erregende  i 
Gifte  des  Magendarms  und  der  Zentren; 

Veratrin  oderCevadin  (aus  dem  Vera- 
trum sabadilla),  starkes  reizendes  Gift  der 
sensiblen  Nervenenden,  sowie  starkes  läh- 
mendes Zentrengift ; 

Jervin,  Pro to veratrin  (aus  der  weißen 
Nieswurz,  Veratrum  album),  starke  lähmende 
Nervengifte ; 

Alkaloide  der  Quebrachorinde  (Aspido- 
spermatin,  Aspidospermin,  Aspido- 
samin  usw.),  lähmende  Gifte  der  Muskeln 
und  zunächst  der  Atemmuskeln; 

Eserin  oder  Physostigmin  (in  den 
Calabarbohnen,   in   den    Samen    des   Physo- 


stigma  venenosum),  starkes  zentrenläh- 
;  mendes  Gift; 

Gelsemin  und  Gelsemi nin  (in  der 
Wurzel  des  gelben  Jasmins,  Gelsemium 
sempervirens),  zum  Teil  erregende  und  zum 
Teil  lähjnende  Nervengifte; 

Alkaloide  der  Aconitumarten,  namentlich 
das  äußerst  starke,  erregende  und  lähmende 
Zentrengift  A  k  o  n  i  t  i  n ; 

Alkaloide  aus  Delphinium  staphysagria, 
1  namentlich  das  Herz-  und  Atemzentrengift 
Delphinin; 

Emetin  und  Cephaelin  (in  der  Wurzel 
der  brasilianischen  Cephaelis  Ipecacuanha), 
Magen  und  Darm  erregende,  Zentren  läh- 
mende Gifte; 

Dioscorin  (in  den  Knollen  von  Dioscorea 
hirsuta),  ein  erregendes  Zentrengift; 

Lobelin  (aus  Lobelia  inflata),  atem- 
zentrnmlähmendes  Gift. 

VIII.  Glyko alkaloide. 

Alkaloide  mit  basischem  Charakter  und 
deutlich  ausgesprochenen  physiologischen 
Wirkungen,  zeigen  sie  andererseits  die  Eigen- 
schaft der  Glykoside,  indem  sie  bei  der 
Hydrolyse  Glykose  u.  a.  liefern; 

Solanin  (aus  mehreren  Solanumarten), 
lähmendes  Zentrengift. 

IX.  Mus  karine. 
Sie    finden    sich    in    den    verschiedenen 
giftigen  Pilzen:   Herz-  und  Zentrengifte;  sie 
sind  in  ihrer  chemischen  Zusammensetzung 
wohl  bekannt. 

3c)  Tiergifte.  Die  Tiergifte  werden  von 
Tieren  direkt,  d.  h.  physiologischerweise, 
produziert,  und  zwar  sind  sie  meist  Sekretions- 
produkte bestimmter  Drüsen  (Giftdrüsen). 
Da  sie  in  ihren  Wirkungen,  ebenso  wie  in 
ihren  chemischen  Eigenschaften  ziemlich  un- 
bekannt sind,  können  sie  vorläufig  nur  nach 
der  zoologischen  Stellung  des  das  Gift  liefern- 
den Tieres  eingeteilt  werden. 

Säugetiere.  Die  Femoraldrüsen  des 
Ornithorynchus  sezernierenein  hautreizen- 
des, blutgerinnendes,  eiweißhaltiges  Gift, 
das  durch  einen  besonderen  Ausführungs- 
gang zum  beweglichen  Sporn  beider  Hinter- 
füße gelangt  und  durch  den  letzteren  nach 
außen  befördert  w^erden  kann. 

Das  Adrenalin  (das  wirksame  Prinzip 
der  Nebennierendrüsen)  hat  bei  reichlichen 
Gaben  deutliche  Gifterscheinungen  (Erhöhung 
des  Blutdrucks,  Herzwirkung,  Glykosurie) 
zur  Folge,  die  den  Tod  hervorrufen  können. 

Auch  die  Gallen  säuren  wirken  auf  die 
Zentren,  die  Muskeln,  die  Blutgefäße,  das 
Herz  und  das  Blut.  Nach  ihren  Wirkungen 
lassen  sie  sich  der  Gruppe  der  ,,Saponine" 
anreihen. 

Im  Harn  und  Kot  wurden  schließlich 
giftige  Stoffe  nachgewiesen. 


26 


Gifte 


Reptilien.    Die  Gifte  der  verschiedenen  j 
Giftschlangen     nnterscheiden     sich     sowohl 
in  ihrer  Wirkung  wie  in  ihrer  chemischen 
Konstitution  voneinander.     Allerdings  sind  ; 
die    Kenntnisse   über   die   chemische    Natur  | 
dieser  Gifte  noch  sehr  mangelhaft.    Daß  es 
sich  nicht  um  fermentartig  wirkende  Körper 
handelt,    wird    dadurch    bewiesen,    daß    sie 
höhere    Temperaturen    vertragen,    als    die  1 
Fermente    selbst,    obwohl    auch    sie    durch  j 
Erhitzung  zu  80"  bis  85«  (Viperngift),  100« 
bis    120«    (Kobragift)    vernichtet    werden.  | 
Sie  werden  deshalb  heute  noch  als  sogenannte  ! 
„Toxalbumine"  aufgefaßt,  mit  Ausnahme  des 
Kobragiftes,  bei  dem  es  gelungen  ist,  eiweiß- 
freie    wirksame    Bestandteile    (sogenanntes  | 
Ophiotoxin)  zu  isolieren.     Ophiotoxin  ist! 
ein    starkes    zentrenlähmendes    Gift.       Die  ■ 
Schlangengifte   üben  ferner  schädliche  Wir- : 
kung  auf  die  Blutbestandteile  aus. 

Auch  die  Krusteneidechse  (Helo derma)! 
besitzt    Giftdrüsen   unter   dem   Unterkiefer, 
die    an    der    Basis    der    gefurchten    Zähne 
münden.    Das  Gift  soll  eine  ausgesprochene 
zentrenlähmende  Wirkung  haben.  [ 

Amphibien.       Die    Hautdrüsensekrete; 
von  Bufo,  Salamandra  und  Triton  ent- 1 
halten  giftige  Stoffe  (Bufo talin,  Bufonin, 
Phrynolysin,  Samandarin);  Bufotalin 
und  Bufonin  sind  Herzgifte,  während  Sa- 
mandarin auf  die  Zentren  wirkt. 

Fische.  Esgibta)Giftfische  und/5)gif- 
tige  Fische. 

a)  Als  Giftfische  werden  nur  diejenigen 
Fische  angesehen,  welche  einen  besonderen 
Apparat  zur  Erzeugung  des  Giftes  und  dessen 
Einverleibung  besitzen. 

Muraena  hat  den  Giftapparat  am  Gaumen 
und  zur  Einverleibung  dienende  erektile 
Zähne.  DieGiftwirkung  soll  eine  lähmende  sein. 

Stachelf losser  (Trachinus,  Scorpaena 
usw.)  besitzen  mit  besonderen  Giftdrüsen  in 
Verbindung  stehende  Stacheln.  Die  Gifte 
wirken  lokal  reizend  und  auf  die  Zentren 
erregend    (Krämpfe,    Erstickungskrämpfe  ?). 

Petromyzon  sondert  in  gewissen  Haut- 
drüsen ein  giftiges  Sekret  ab,  für  dessen 
Einverleibung  jedoch  keine  Apparate  da  sind. 

ß)  Zu  den  giftigen  Fischen  sind  alle 
Fische  zu  rechnen,  deren  Genuß  schädliche 
Folgen  haben  kann. 

Bei  diesen  Fischen  ist  das  Gift  entweder 
auf  ein  bestimmtes  Organ  (Barbe,  Karpfen 
u.  a.)  beschränkt,  oder  im  ganzen  Körper 
verbreitet  (Aalblut,  sogenanntes  Ichthyo- 
toxin).  Das  im  Blutserum  der  Muraenidae 
vorhandene  Ichthyotoxin  muß  vorläufig 
zur  Gruppe  der  sogenannten  Toxalbumine 
gezählt  werden,  da  das  Erhitzen  des  Serums 
dessen  Wirksamkeit  vernichtet.  Es  hat 
eine  primäre  erregende,  und  eine  sekundäre 
lähmende  Wirkung  auf  das  Atemzentrum; 
größere  Gaben  lähmen  das  Herz. 


Mollusken.  Ganz  frische,  lebende 
Muscheln,  bei  welchen  postmortale  Zer- 
setzungen sicher  ausgeschlossen  waren, 
können  unter  noch  nicht  näher  bekannten 
Bedingungen  giftige  Eigenschaften  annehmen, 
und  zwar  schon  in  dem  Wasser,  in  welchem 
sie  leben.  Diese  Mytilotoxine  zeigen  eine 
lähmende,  curarinähnliche  Wirkung. 

Arthropoden.  Der  Giftapparat  der 
Skorpione  liegt  in  dem  letzten  Segmente 
des  Abdomens  und  besteht  aus  einer  paarigen 
Giftdrüse  und  dem  Stachel.  Das  Gift,  dessen 
chemische  Natur  unbekannt  ist,  hat  zunächst 
lokal  reizende  Wirkung,  bei  stärkeren  Dosen 
auf  die  Zentren  erregende,  Krämpfe  aus- 
lösende Wirkung. 

Der  Giftapparat  der  Giftspinnen  (Ne- 
mesia,  Theraphosa,  Theridium,  Ly- 
cos a,  Epeira)  liegt  in  den  Mandibelnund  be- 
steht aus  der  Giftdrüse  und  deren  Aus- 
führungsgang. Das  in  seiner  chemischen 
Natur  ebenfalls  unbekannte  Gift  wirkt  lokal 
reizend  und  dann  auf  die  Zentren,  das  Herz 
und  das  Blut  (Hämolyse).  Auch  Scolopendra 
besitzt  einen  ähnlichen  Giftapparat.  Ge- 
wöhnung ist  möglich. 

Vom  Bienengift  wird  mit  Recht  heute 
vermutet,  daß  chemisch  seine  wirksame 
Substanz  eine  organische  Base  (Alkaloid)  ist 
und  pharmakologisch  in  die  Gruppe  der 
diffusiblen,  Nekrose  erzeugenden,  nicht 
flüchtigen  Reizstoffe  einzureihen  ist,  deren 
Hauptrepräsentant  das  Cantharidin  (s. 
unten)  ist.    Gewöhnung  wurde  nachgewiesen. 

Die  Haare  der  Raupen  von  Cnetho- 
campa  (Prozessionsraupen)  enthalten  ein 
lokal  reizendes  Gift. 

Zahlreiche  Käferarten  besitzen  zu  ihrem 
Schutz  dienende  giftige  Sekrete  bestimmter 
Drüsen  oder  Giftstoffe,  die  im  ganzen 
Organismus  (Blut)  verbreitet  sind.  Von  diesen 
lokal  stark  reizenden  Giften  ist  aber  nur  das 
im  Blute  von  Lytta  vesicatoria  vorkom- 
mende Cantharidin  chemisch  und  physio- 
logisch ziemlich  bekannt.  Es  hat  saure 
Eigenschaften  und  bei  äußerlicher  Anwen- 
dung charakterisiert  es  sich  durch  äußerst 
heftige  Entzündungen  an  der  Applikations- 
stelle. Nach  Resorption  wirkt  es  auf  Nieren 
und  Zentren  reizend  ein. 

Band-  und  Fadenwürmer,  die  para- 
sitisch im  Menschenkörper  leben,  besitzen 
ebenfalls  giftige  Stoffe. 

Die  Cölenteraten  (mit  Ausnahme  der 
Schwämme)  besitzen  in  ihren  Nesselkapseln 
hauptsächlich  lokal  reizende  Gifte,  deren 
wirksame  Stoffe  Hypnotoxin,  Thalassin 
und  Kongestin  genannt  wurden. 

3d)  Bakteriengifte.  Die  bei  den 
Tnfektionskraiüvheiten  von  den  pathogenen 
Bakterien  herrührenden  Gifte  nennt  man 
„Toxine",    welche    entweder    ihre    wasser- 


Gifte 


27 


löslichen  Stoffwechselprodukte  darstellen  oder 
aber  in  ihrem  Körper  enthalten  sind  (Ento- 
toxine).  Ihre  chemische  Natur  ist  unbe- 
kannt, doch  sollen  sie  zu  der  Gruppe  der 
kompliziertesten  Verbindungen  (Eiweißkör- 
per) gehören.  Von  den  übrigen,  meist  che- 
misch definierbaren  Giften  unterscheiden 
sich  die  echten  Toxine  durch  ihre  längere 
Inkubationszeit,  namentlich  aber  dadurch, 
daß  sie  im  Organismus  die  Bildung  ihrer 
spezifischen  Gegengifte  (Antitoxine)  hervor- 
rufen (s.  unten).  Antigene  werden  im 
allgemeinen  diejenigen  chemisch  unbekannten 
Stoffe  genannt,  welche  nach  Einverleibung 
die  Bildung  spezifischer  Antikörper,  d.  h. 
ihnen  entgegenwirkender  Substanzen  im  Orga- 
nismus hervorrufen.  Diese  Eigenschaft,  auf 
der  die  Erscheinung  der  ,, Gewöhnung  oder 
Anpassung"  (s.  unten)  beruhen  kann, 
gehört  jedoch  nicht  den  Bakteriengiften  aus- 
schließlich an;  sie  wurde  sogar  zum  ersten 
Male  für  einige  eiweißartige  Pflanzengifte  von 
Ehrlich  genau  nachgewiesen,  nämlich  für 
Ricin  (Gift  der  Rizinussamen),  Abrin 
(in  den  Samen  von  Abrus  precatorius)  und 
Crotin  (in  den  Crotonsamen),  welche  im 
Blutserum  von  mit  denselben  behandelten 
Tieren  Antiricin,  resp.  An ti abrin  und 
Anti crotin,  d.  h.  Stoffe,  welche  die  Giftig- 
keit der  genannten  Stoffe  spezifisch  neutrali- 
sieren, auftreten  lassen. 

Durch  Erwärmen  und  längere  Aufbewah- 
rung gehen  die  Toxine  in  ungiftige  Toxoide 
über,  die  jedoch  noch  Antitoxine  bilden 
können,  da  nach  Ehrlich  ihre  toxophore 
Gruppe  erhalten  geblieben  ist. 

Die  Wirkung  der  Toxine  kann  ebenso 
wie  die  der  übrigen  Gifte  (Alkaloide)  eine  für 
bestimmte  Zellen  elektive  sein.  Die  Hämo- 
lysine oder  Hämotoxine  lösen  die  roten 
Blutkörperchen  auf;  die  Zytolysine  oder 
Zytotoxine  zerstören  bestimmte  Zellen, 
z.  B.  die  Nephrotoxine  die  Nierenzellen,  die 
Neurotoxine  die  Nervenzellen  usw.;  die 
Präzipitine  fällen  kolloidal  gelöstes  Eiweiß 
aus;  die  Aggressine  schädigen  hauptsäch- 
lich die  Leukocyten  usw. 

Folgende  sind  die  heute  bestbekannten 
Toxine,  deren  entsprechende  Antitoxine 
auch  nachgewiesen  wurden. 

Botulinustoxin,  wasserlösliches  Stoff- 
wechselprodukt der  Botulinusbazillen,  ist 
das  vergiftende  Agens  der  Botulinusinfektion 
und  fijidet  sich  in  Reinkulturen  derselben 
Bazillen.  Es  ruft  Muskellähmungen,  Herz- 
und  Atemstörungen  hervor. 

Diphtherietoxin,  wasserlösliches  Stof f - 
Wechselprodukt  der  Diphtheriebazillen,  ist 
das  Gift  der  Diphtheriemfektion  und  findet 
sich  ebenfalls  in  den  Reinkulturen  der 
Diphtheriebazillen.  Es  hat  lokale  schwere 
Entzündungserscheinungen,  hohes  Fieber  und 
Nervenlähmung  zur  Folge. 


Dysenterietoxin,  wasserlösliches  Stof f - 
Wechselprodukt  der  S higa- Kr us eschen  Dy- 
senteriebazillen, ruft  Lähmungen,  blutige 
Diarrhöe  und  Hypothermie  hervor. 

Leu  ko  eidin,  wasserlösliches  Stoff- 
wechselprodukt des  Staphylococcus  pyogenes 
aureus,  schädigt  die  Leukocyten. 

Rauschbrandtoxin,  wasserlösliches 
Stoffwechselprodukt  der  Rauschbrandbazil- 
len, erzeugt  an  der  Injektionsstelle  blutiges 
Oedem,  Hyper-  und  dann  Hypothermie, 
Blutungen  aus  Mund  und  Nase.' 

Tetanustoxin,  wasserlösliches  Stoff- 
wechselprodukt der  Tetanusbazillen,  bewirkt 
tetanische  Krämpfe  durch  Erhöhung  der 
Reflexerregbarkeit ;  es  hat  also  in  den  Rücken- 
markszentren seinen  spezifischen  Angriffs- 
punkt. 

4.  Vergiftungsgelegenheiten.  Außer  den 
zum  Zwecke  des  Mordes  oder  Selbstmordes 
verübten  Vergiftungen  können  die  Gifte 
ins  Innere  des  menschlichen  Körpers  noch 
in  folgenden  Fällen  gelangen. 

a)  Ai'beiter  gewisser  Industrien,  welche 
den  Gebrauch  oder  die  Bearbeitung  giftiger 
chemischer  Stoffe  erfordern  (Zündhölzchen- 
fabriken, besonders  wenn  dabei  der  giftigere 
gelbe  Phosphor  angewendet  wird,  Drucke- 
reien, wo  die  aus  Blei  bestehenden  Typen 
die  Quelle  der  Vergiftung  sind  usw.),  sind 
fortwährend  der  Gefahr  chronischer  Vergif- 
tungen ausgesetzt(Ge  wer  bs  Vergiftungen). 
Die  Giftstoffe  gelangen  dabei  in  den  Organis- 
mus auf  verschiedenen  Wegen;  zum  Teil 
werden  sie,  mit  der  Luft  vermischt,  ein- 
geatmet; zum  Teil  werden  sie  bei  nicht 
genügender  Reinlichkeit  mit  den  Händen 
in  den  Mund  gebracht  und  durch  das  Ver- 
dauungsrohr resorbiert;  zum  Teil  können  sie 
schließlich  durch  kleine  Verletzungen  der 
Haut  der  Hände  in  die  Lymph-  und  Blutbahn 
eindringen. 

b)  Giftstoffe,  namentlich  die  zum  Färben 
sich  besonders  eignenden,  z.  B.  Arsen-, 
Antimon-  und  Anilinverbindungen,  können 
durch  Kleidungsstücke  oder  Tapeten  der  be- 
wohnten Zimmer  Ursache  von  Vergiftungen 
sein.  Vergiftungen  durch  mit  Antimon- 
schwarz gefärbte  Strümpfe  oder  durch  den 
Aufenthalt  in  mit  Arsenverbindungen  grün 
bemalten  Zimmern  wurden  früher  nach- 
gewiesen. 

c)  Mit  Nahrungsmitteln  können  Gifte  in 
verschiedener  Weise  zur  Resorption  ge- 
langen (alimentäre  Vergiftungen).  Ent- 
weder enthalten  die  natürlichen  Produkte 
Gifte,  wie  z.  B.  die  Giftpilze,  oder  wurden 
den  natürlichen  Produkten  nachträglich 
Gifte  zugesetzt,  wenn  z.  B.  zur  Bewahrung 
des  leicht  faulenden  Fleisches  der  Fische 
oder  der  leicht  zersetzlichen  Milch  Antiseptika 
(Formol,    Salic3dsäure    oder    gar    Sublimat) 


28 


Gitte 


angewendet  werden.  Eine  dritte  Möglichkeit 
besteht  im  Genuß  von  zum  Teil  verdorbenen 
Nahrungsmitteln,  in  denen  die  Fäulnis- 
bakterien Toxine  (früher  sogenannte  Fto- 
maine)  gebildet  haben  (Botulismus).  Der 
Mißbrauch  gewisser  Genußmittel,  nament- 
lich alkoholhaltiger  Getränke,  ist  die  vierte 
Möglichkeit  alimentärer  Vergiftungen,  die 
wolil  die  weitaus  große  Mehrzahl  der  gewöhn- 
lichen, nicht  absichtlichen  Vergiftungen  dar- 
stellen. Die  durch  Tabak-,  Opiunn-auchen 
bedingten  Vergiftungen  können  ebenfalls 
hier  angereiht  werden. 

d)  Eine  praktisch  auch  sehr  ausgiebige 
Quelle  von  Vergiftungen  ist  die  der  pathogenen 
Bakterien  der  Infektionskrankheiten  (In- 
fektionsvergiftungen). 

e)  Die  zu  Heilzwecken  eingenommenen 
Arzneimittel  können  mitunter  Vergiftungs- 
erscheinungen herbeiführen,  entweder  weil 
die  Dosis  zu  stark  (toxisch)  war,  oder  aber 
weil  das  Individuum  eine  außergewöhnliche 
Empfindlichkeit  (sogenannte  Idiosynkrasie  s. 
unten)  für  das  Mittel  hatte  (arzneiliche 
Vergiftungen). 

5.  Messung  der  Giftwirkungen.  Der 
Giftigkeitsgrad  eines  Giftes  wird  biologisch, 
d.  h.  durch  Tierversuche  ermittelt.  Da  sich 
die  verschiedenen  Lebewesen  gegen  die  Gifte 
verschieden  verhalten,  mit  Ausnahme  der 
sogenannten  Protoplasmagifte,  welche  für 
alle  Pflanzen-,  Bakterien-  oder  Metazoen- 
zellen  giftig  sind,  gilt  der  gefundene  Giftig- 
keitsgrad streng  genommen  nur  für  die  Tiere, 
an  denen  derselbe  tatsächlich  festgestelltwurde. 
Doch  äußert  sich  auch  hier  bei  den  einer  und 
derselben  Tierklasse  zugehörenden  Individuen 
die  Verwandtschaft,  die  zur  Grundlage  der 
zoologischen  Klassifikation  gedient  hat.  In- 
folgedessen gelten  auch  für  den  Menschen  im 
großen  ganzen  die  aus  Untersuchungen 
an  den  gewöhnlichen  Versuchssäugetieren 
(Hund,  Kaninchen,  Meerschweinchen,  Ratte) 
erzielten  Resultate.  Nur  für  die  spezifischer 
wirkenden  Toxine  können  abweichende  Ver- 
hältnisse zur  Beobachtung  kommen. 

Bei  der  Feststellung  der  Giftigkeit  eines 
chemischen  Stoffes  handelt  es  sicli  nicht  so 
sehr  darum,  die  Frage  zu  beantworten,  ob 
der  Stoff  giftig  ist,  sondern  vielmehr  darum, 
den  Grad  seiner  Giftigkeit  zu  ermitteln, 
d.  h.  was  für  eine  Menge  desselben  notwendig 
ist,  um  Giftwirkungen  herbeizuführen.  Man 
unterscheidet  nun  zwischen  der  toxischen 
oder  giftigen  Gabe  (Dosis),  und  der 
letalen  oder  tödlichen  Gabe.  Die 
erstere,  welche  immer  geringer  ist  als  die 
letztere,  bewirkt  die  ersten  deutlichen  Störun- 
gen (Vergiftungserscheinungen),  die  letztere 
ist  imstande,  den  Tod  herbeizuführen.  Um 
nun  die  Giftigkeit  eines  Stoffes  bei  den 
verschieden    großen    Tieren    vergkMchen    zu 


können,  wird  die  toxische  bezw.  tödliche 
Dosis  pro  Kilogramm  der  lebendigen  Sub- 
stanz gerechnet.  Man  nennt  Ae(|ui valen t- 
menge  verschiedener  Gifte  die  Menge  dieser 
Gifte,  die  denselben  Giftigkeitsgrad  besitzen, 
und  als  Giftkoeffizient  eines  Stoffes  wird 
die  Menge  bezeichnet,  welche  toxisch  wirkt. 

Zur  praktischen  Messung  der  Giftwirkung 
wird  gewöhnlich  die  letale  Dosis  festgestellt, 
die  den  Tod  des  Versuchstieres  unmittelbar 
herbeiführt,  indem  man  immer  mehr  zu- 
nehmende Mengen  des  Giftes  intravenös 
injiziert  (nach  Bouchard). 

Diese  Methode  ist  allerdings  nicht  fehler- 
frei; sie  kann  außerdem  nur  zur  Ermittelung 
der  allgemeinen  Giftwirkung  dienen.  Will 
man  aber  den  Giftigkeitsgrad  an  einzelnen 
Organen  feststellen,  so  muß  man  die  physio- 
logischen Methoden  der  künstlichen  Ueber- 
lebung  der  ausgeschnittenen  Organe  an- 
wenden. Letzteres  Verfahren  kommt  oft 
in  Betracht,  da  es  sich  fast  immer  um  Gifte 
handelt,  die  eine  elektive  Wirkung  auf  ver- 
schiedene Organe  haben.  Die  hierzu  meist 
angewendeten  Organe  sind  Herz,  Blut 
körperchen,  Skelettmuskeln,  glatte  Muskeln 
Nerven,  Zentren. 

6.  Wirkungsmechanismus.  Die  Gift- 
wirkung wird  im  allgemeinen  als  ein  che- 
mischer Vorgang  aufgefaßt,  der  also  den 
Gesetzen  der  chemischen  Vorgänge  gehorcht. 
Der  Giftstoff  wirkt  dabei  als  Agens,  während 
die  lebendige  Substanz  als  Reagens  auftritt. 
Der  Vorgang  führt  zu  einer  neuen  chemischen 
Verbindung,  deren  Bestandteile  das  Gift 
und  ein  chemischer  Körper  der  lebenden 
Zellen  sind.  Ueber  die  chemische  Zu- 
sammensetzung der  verschiedenen  Zellen 
und  Gewebe  wissen  wir  vorläufig  erst  wenig; 
doch  wissen  wir,  daß  dieselbe  eine  sehr 
komplizierte  ist,  indem  eine  an  Zahl  und 
Mannigfaltigkeit  überaus  reiche  Menge  von 
chemischen,  hoch  komplizierten  Stoffen 
(namentlich  p]iweißkörpern)  sich  selbst  in  den 
toten  Zellen  nachweisen  läßt. 

Nach  den  neueren  Untersuchungen  steht 
ferner  fest,  daß  die  Zellen  jedes  einzelnen 
Gewebes,  ebenso  wie  sie  eine  differenzierte 
spezifische  Funktion  im  gesamten  Organismus 
verrichten,  eine  bestimmte  spezifische  che- 
mische Zusammensetzung  haben,  deren  Spezi- 
fizität  namentlich  durch  das  Vorhandensein 
besonderer  Eiweißkörper  bestimmt  ist. 

Infolge  der  höchst  komplizierten  chemi- 
schen Zusammensetzung  der  lebendigen  Sub- 
stanz, auf  die  die  Gifte  einwirken,  gestalten 
sich  die  der  Giftwirkung  zugrunde  liegenden 
chemischen  Vorgänge  recht  mannigfaltig 
und  schwer  verständlicli.  Indessen  gibt  es 
Gifte,  deren  chemischeWirkungen  sich  leicht  er- 
kennen lassen,  indem  sie  grobe  Veränderungen 
herbeiführen  und  manchmal  in  vitro  an 
allen    toten    Eiweißkörpern    wirksam    sind. 


K 


Gifte 


29 


Dies  sind  z.  B.  Mineralsäuren,  Alkalien, 
Schwernietallsalze,  deren  eiweißfällende 
Wirknnf;:  in  der  chemischen  Physiologie  zn 
den  bekanntesten  Reaktionen  gehört.  Werden 
sie  nun  mit  lebenden  Zellen  in  Berührung 
gebracht,  so  verbinden  sie  sich  auch  dann  mit 
den  Eiweißkörpern  der  Zellen,  die  dadurch 
zugrunde  gehen  und  zerstört  werden.  Das 
ist  die  Aetzwirkung  aller  genannten,  stark 
angreifenden  chemischen  Stoffe.  Eigentüm- 
lich für  diese  Gifte  ist  der  Umstand,  daß  sie 
gleichgültig  auf  alle  Zellen  und  Gewebe  ein- 
wirken, mit  denen  sie  in  Berührung  kommen, 
was  dadurch  erklärlich  ist,  daß  sie  auf  alle  j 
Eiweißkörper  überhaupt  einwirken.  Sie  ent- ; 
falten  also  ihre  schädliche  Wirkung  an  Ort 
und  Stelle  des  Organismus,  wo  sie  appliziert 
werden  (lokale  Wirkung).  Es  ist  jedoch 
nicht  ausgeschlossen,  daß  die  Wirkung  dieser 
Gifte  darauf  sich  nicht  beschränkt,  denn  es 
ist  möglich,  daß  die  daraus  entstandenen 
chemischen  Verbindungen  wiederum  giftig 
sind  und  ihre  Giftwirkung  nach  Resorption 
auf  fernstehende  Gewebe  äußern  (Fern- 
wirkung). Abgesehen  davon  beschränkt 
sich  die  Wirkung  der  genannten  Aetzgifte 
meistens  nicht  auf  die  lokalen  Störungen  ihrer 
Applikationsstelle,  indem  sie  noch  eine  all- 
gemeine Wirkung  auf  die  Funktion  des 
gesamten  Organismus  entfalten,  die  in  diesem 
Falle  hauptsächlich  durch  Vermittelung  des 
Nervensystems  entsteht.  Die  Seh  merz- 
reize, die  durch  die  Aetzwirkung  auf  die 
peripheren  Nerven  des  angegriffenen  Körper- 
teils verursacht  werden,  können  zu  heftigen 
Erregungen  aller  Zentren  führen,  die  eventuell 
durch  Ueberreizung  den  Tod  herbeiführen 
kann  (sogenannte  Shockwirkung,  Shock- 
lähmung),  selbst  wenn  die  Aetzwirkung 
nicht  lebenswichtige  Organe  zerstört  hatte. 

Auch  ist  für  die  Aetzgifte  eigentümlich, 
daß  die  von  ihnen  bewirkten  chemischen  Ver- 
änderungen der  Zellbestandteile  so  tiefgreifend 
und  dauernd  sind,  daß  sie  nicht  mehr  rück- 
gängig zu  machen  sind.  Die  dabei  entstan- 
denen chemischen  Produkte  können  nicht 
mehr  zu  lebendiger  Substanz  werden,  auch 
wenn  das  Gift  nachträglich  entfernt  wird.  Sie 
werden  zu  abgestorbenen  Teilen,  die  bei  der 
Genesung  ausgestoßen  und  durch  regene- 
rierte Zellen  ersetzt  werden  müssen.  Die  da- 
raus entstehenden  Narben  können  eventuell, 
wenn  sie  wichtige  Organe  (wie  Oesophagus, 
Pilorus)  betreffen,  nachteilige  Spätwirkungen 
(Strikturen,  Stenosen)  hervorrufen. 

Daß  aber  auch  bei  anderen  Vergiftungen 
eine  chemische  Verbindung  der  Giftmoleküle 
mit  Zellbestandteilen  anzunehmen  ist,  wird 
dadurch  bewiesen,  daß  es  manchmal  genügt, 
die  Giftstoffe  (z.B.  Phenylhydrazin,  Resorcin) 
mit  anderen  organischen  Stoffen  (Glykose) 
zu  paaren,  damit  sie  ihre  Giftigkeit  völlig 
einbüßen  (Pigorini). 


Eine  andere  Reihe  Gifte  läßt  ihren 
Wirkungsmechanismus  an  der  Hand  heutiger 
Kenntnisse  der  physikalischen  Chemie  der 
Zellen  ziemlich  leicht  erkennen.  Dies  sind 
alle  diejenigen  Stoffe  (Lösungen),  welche,  ab- 
gesehen von  ihrer  chemischen  Zusammen- 
setzung, nicht  die  gleiche  molekulare  Konzen- 
tration wie  die  Zellsäfte  besitzen  (anisotonisch 
sind).  Sie  können  entweder  hypo-  oder  aber 
hvpertonisch  sein.  In  beiden  Fällen  können 
sie  schwere  Störungen  im  Gleichgewicht  der 
Zellsäfte  bewirken,  wenn  sie  mit  denselben 
in  Verkehr  gebracht  werden.  Die  Giftigkeit 
des  destillierten  Wassers  oder  der  allzu 
konzentrierten  NaCl-Lösungen  beruht  eben 
hauptsächlich  darauf,  daß  die  Zellen  im 
ersten  Falle  zu  viel  Wasser  aufnehmen 
(Quellung),  im  zweiten  Falle  zu  viel  Wasser 
verlieren  (Schrumpfung).  Damit  aniso- 
tonische  Lösungen  giftig  wirken  können, 
müssen  sie  jedenfalls  in  unmittelbare  Be- 
ziehung zu  den  Zellen  treten,  was  nur  bei 
subkutaner  oder  intravenöser  Einführung 
der  Fall  ist.  Der  Magendarmkanal  ebenso 
wie  die  Haut  besitzen  Schutzvorrichtungen 
gegen  ihren  nachteiligen  Einfluß.  —  Die  phy- 
sikalische Chemie  der  Zellen  hat  ferner  die 
Giftwirkung  der  Ionen  ziemlich  geklärt. 

Doch  g-ehören  die  eigentlichen  gefähr- 
lichsten Gifte  nicht  zu  den  eben  erwähnten 
Giften.  Die  Pflanzen-,  Tier-  und  Bakterien- 
gifte gehören  nicht  hierher  und  lassen  ihren 
Wirkungsmechanismus  nicht  so  leicht  er- 
kennen. Sie  entfalten  ihre  Wirkung  nicht  so 
sehr  auf  die  Applikationsstelle  der  Körper- 
oberfläche, sondern  nachdem  sie  ins  Blut 
gelangt  in  direkten  Verkehr  mit  den  verschie- 
denen Organen  gekommen  sind.  Denselben 
ist  also  eine  ausgesprochene  Fernwirkung 
eigen,  die  jedoch  für  die  verschiedenen  Gifte 
eine  verschiedene  ist.  Die  erste  Verschieden- 
heit besteht  darin,  daß  die  einzelnen  Gifte 
verschiedene  Organe  angreifen.  Darauf  be- 
ruht eben  die  sogenannte  elektive  Wirkung 
der  Gifte,  die  wohl  dadurch  erklärlich  ist, 
daß  sie  eine  besondere  (chemische)  Affinität 
für  die  Zellbestandteile  (Eiweißkörper)  ge- 
wisser Gewebe  besitzen,  die  dann  den  so- 
genannten Angriffspunkt  des  entsprechen- 
den Giftes  bilden.  So  gibt  es  Gifte  der  Blut- 
körperchen bezw.  des  Blutplasmas  (Blutgifte), 
:  der  Herzmuskelzellen  (Herzgifte),  der  Blut- 
gefäßmuskelzellen, der  verschiedenen  Be- 
standteile des  Nervensystems  (Nervenenden, 
Nervenzentren),  der  Drüsenzellen,  der  quer- 
gestreiften und  der  glatten  Muskulatur  usw., 
wie  es  oben  bei  den  Gifteinteilungen  ge- 
legentlich erwähnt  wurde. 
<  Das  Vermögen  der  einzelnen  Gifte,  auf 
die  entsprechenden  Organe  elektiv  einzu- 
wirken, ist  jedoch  meist  kein  absolutes, 
indem  es  vor  allem  von  der  verabreichten 
Giftmenge  und  Giftkonzentration  im  Blute 


30 


Gifte 


abhängig  ist.  Ist  die  Giftmenge  allzu  groß 
und  erreicht  die  Giftkonzentration  im  Blute 
einen  höheren  Grad,  so  erweitert  sich  die 
Wirkungssphäre,  indem  neben  dem  elektiv 
angegriffenen  Organe  noch  andere  in  Mit- 
leidenschaft gezogen  werden.  Der  erste 
elektive  Angriffspunkt  des  Atropins  ist  be- 
kanntlich die  Drüsenzelle,  deren  Funktion 
es  aufhebt.  Wird  aber  die  kleinste  Dosis 
Atropin,  die  diese  Wirkung  zu  entfalten 
vermag,  gesteigert,  so  gesellen  sich  Störungen 
der  Pupillen  und  der  Herztätigkeit  hinzu. ' 
In  diesen  Fällen  spricht  man  von  einem 
ersten  und  einem  zweiten  Angriffspunkte. 
Die  verschiedenen  Gifte  unterscheiden  sich 
nun  voneinander  auch  in  dem  Grad  des  elek- 
tiven  Vermögens.  Das  Curare  besitzt  z.  B. 
dieses  Vermögen  in  einem  besonders  hohen 
Grad,  indem  es  auch  bei  verhältnismäßig 
sehr  großen  Gaben  stets  nur  die  motorischen 
Nervenenden  angreift. 

Ein  besonders  schönes  Beispiel  der  Tat- 
sache, daß  sich  die  Giftwirkung  mit  steigender 
Konzentration  auf  die  verschiedenen  Organe 
ausdehnt,  wird  von  den  Narkotika  geboten. 
Sie  haben  ihren  ersten  Angriffspunkt  in  den 
Ganglienzellen  der  Großhirnrinde;  mit  zu- 
nehmender Konzentration  affizieren  sie  dann 
nacheinander  die  Ganglienzellen  der  übrigen 
Zentren,  die  Zellen  anderer  Gewebe  usw. 
(vgl.  den  Artikel  ,.Narkose"). 

Diese  und  ähnlich  sich  gestaltende  Beob- 
achtungen können  allerdings  anders  gedeutet 
werden,  nämlich  nach  dem  sogenannten 
Dignitätsgrad,  d.  h.  der  relativen  Bedeu- 
tung der  verschiedenen  affizierten  Organe. 
Angenommen,  daß  das  eine  Gift,  z.  B.  ein 
Narkotikum  zugleich  Leber-  und  Hirnrinden- 
zellen angreift,  so  werden  tatsächlich  zu- 
nächst nur  die  Tätigkeitsstörungen  letzterer 
Zellen  ins  Auge  fallen,  weil  man  gewöhnlich 
auf  die  Beobachtung  und  die  Verfolgung 
der  Bewußtseinsvorgänge  an  sich  ebenso 
wie  an  anderen  angewiesen  ist.  Dasselbe 
gilt  für  die  Herzgiftwirkungen.  Die  Störungen 
eines  so  wichtigen  Organs,  wie  es  das  Herz 
ist,  werden  sofort  und  ohne  weiteres  ins  Auge 
springen.  Das  ist  vielleicht  der  Grund  davon, 
daß  man  heute  so  viele  Zentren-  und  Herz- 
gifte kennt. 

Ein  weiteres  Unterscheidungsmerkmal  der 
Gifte  besteht  in  ihrer  physiologischen 
Wirkung.  In  dieser  Hinsicht  können  die 
Gifte  zunächst  in  erregende  und  lähmende 
(oder  deprimierende)  eingeteilt  werden,  je 
nachdem  sie  die  von  ihnen  angegriffenen 
Zellen  erregen  oder  lähmen.  Doch  bietet 
diese  Einteilung  bei  (k^n  konkreten  Fällen 
mannigfache  Schwierigkeiten.  Daß  z.  B.  das 
Strychnin  auf  gewisse  Nervenzentren  er- 
regend wirkt,  bezweifelt  niemand;  daß  das- 
selbe aber  bei  genügender  Menge  den  Tod, 


d.  h.  allgemeine  Lähmung  des  Organismus 
herbeiführt,  kann  ebenfalls  keinem  Zweifel 
unterliegen.  Wie  ist  dann  dieser  scheinbare 
Widerspruch  in  der  Wirkung  des  Strychnins 
zu  lösen,  das  einerseits  erregend  und  anderer- 
seits lähmend  wirkt?  Eine  erste  Antwort  ist, 
daß  das  Gift  zwei  (oder  mehrere)  Angriffs- 
punkte in  verschiedenen  Organen  (z.  B. 
Nervenzentren  und  Herzen)  hat,  von  denen 
das  eine  erregt  und  das  andere  gelähmt  wird. 
Eine  zweite  ebenfalls  befriedigende  Antwort 
liegt  aber  in  den  Grundeigenschaften  der 
Lebenstätigkeit  jedes  Organs.  Angenommen, 
daß  das  erregende  Gift  seine  Wirkung  nur  auf 
einen  Angriffspunkt  entfaltet,  so  ist  es  eine  be- 
kannte Tatsache,  daß  jede  Tätigkeitszunahme 
(gesteigerte  Erregung)  eine  stärkere  Ermüdung 
und  Erschöpfung  zur  Folge  hat,  die  gegebenen- 
falls bis  zur  Lähmung  (Arbeitslähmung) 
führen  kann.  Der  Lähmungszustand 
wäre  also  eine  sekundäre  Folge  des  Giftes, 
deren  primäre  Wirkung  ein  gesteigerter 
Erregungszustand  ist.  Bei  konkreten  Fällen 
ist  dann  ziemlich  schwer  zu  entscheiden,  ob 
eingegebenes  Giftprimär  oder  sekundär  lähmt. 
Es  gibt  jedenfalls  Gifte,  die  eine  primäre  er- 
regende oder  lähmende  Wirkung  besonders 
deutlich  zeigen;  die  Narkotika  zeigen  z.  B. 
die  Lähmungswirkung  in  einer  ganz  aus- 
gesprochenen Weise,  während  einige  Herz- 
und  Zentrengifte  die  Erregungswirkung  deut- 
licher besitzen. 

Eine  weitere  Frage  erhebt  sich  bei  näherer 
Betrachtung  der  erregenden  Gifte,  nämlich: 
Besteht  ihre  Wirkung  in  einer  R e  i  z  w  i  r  k  u  n  g, 
d.  h.  können  sie  den  übrigen  wirksamen 
(künstlichen,  z.  B.  elektrischen,  oder  natür- 
lichen) Reizen  gleichgestellt  werden,  oder  be- 
schränkt sich  ihre  Wirkung  auf  eine  Erhöhung 
des  Erregbarkeitsgrades?  Einige  Experi- 
mente über  die  Wirkung  des  Strychnins 
deuten  auf  letztere  Möglichkeit  hin. 

Die  physiologische  Wirkung  der  Gifte 
ist  von  deren  Menge  und  Konzentration 
abhängig;  im  Anschluß  an  die  Terminologie 
der  Reizwirkungen  wird  als  ,, Schwellen- 
wert" die  minimale  wirksame  Giftmenge 
und  Konzentration  bezeichnet,  während  als 
„maximale"  diejenigen  Mengen  bezeichnet 
werden,  die  den  größten  Effekt  herbeiführen. 
Höhere  Gaben  sind  übermaximal  und  be- 
wirken keinen  größeren  Effekt,  doch  haben 
sie  gewöhnlich  sekundäre  Nebenwirkungen 
zur  Folge. 

Auch  in  einer  anderen  Hinsicht  spricht  man 
von  einer  primären  und  sekundären  Wirkung 
eines  Giftes,  nämlich  in  dem  Sinne  der  Folgen 
der  ersten  Wirkung.  Curare  lähmt  die  mo- 
torischen Nervenenden  und  dadurch  wird 
der  Organismus  außer  Stande  gebracht, 
die  Muskeln  —  solange  die  Giftwir- 
kung fortdauert  —  innervieren  zu  können. 
Diese   Muskellähmung   kann   aber   ihrerseits 


Gifle 


31 


verschiedene  Folgen  veranlassen;  der  Warm- 
blüter geht  z.  B.  durch  Erstickung  zugrunde, 
weil  die  Atemmuskeln  gelähmt  sind,  der 
Frosch  kann  dagegen  tagelang  überleben,  da 
er  die  Lungenatmung  durch  die  Hautatmung 
zu  ersetzen  vermag. 

lieber  Wesen  und  Mechanismus  der 
Bindung  dieser  Gifte  mit  den  chemischen 
Zellbestandteilen,  auf  die  sie  elektiv  ein- 
wirken, wissen  wir  wenig.  Daß  bei  jeder 
Giftreaktion  eine  Veränderung  des  Chemis- 
mus an  den  physiologischen  Angriffspunkten 
anzunehmen  ist,  steht  jedenfalls  über  allem 
Zweifel  fest.  In  einzelnen  Fällen  kennen  wir 
auch  die  Zellbestandteile,  mit  denen  das 
Gift  reagiert,  z.  B.  bei  der  Wirkung  des  CO 
auf  das  Hämoglobin.  In  anderen  Fällen 
wieder  können  wir  aus  den  Eigenschaften 
des  Giftes  den  chemischen  Angriffspunkt 
in  den  Zellen  erschließen;  so  führt  die  Wir- 
kung der  Oxalsäure  als  Zellgift  zur  Erkenntnis 
von  der  Wichtigkeit  der  Kalksalze  für  das 
Zelleben.  Bei  den  Alkaloiden  dagegen 
kennen  wir  nur  den  Ort  der  Reaktion,  wissen 
aber  noch  gar  nichts  von  den  reagierenden 
Zellbestanclteilen  (Gottlieb). 

Daß  diese  Gifte  von  den  von  ihnen  elektiv 
affizierten  Organen  tatsächlich  aufgenommen 
und  zum  Teil  fixiert  (gespeichert)  werden, 
wurde  durch  die  Versuche  der  Wiedergewin- 
nung des  einverleibten  Giftes  festgestellt. 
So  wies  Lowett  (1888)  nach,  daß  auf  der 
Höhe  der  Strychninvergiftung  im  Rücken- 
mark mehr  Strychnin  enthalten  ist  als  in 
anderen  Organen  des  Organismus.  Quanti- 
tative Untersuchungen  über  die  Verteilung 
anderer  Alkaloide  auf  die  verschiedenen 
Organe  wurden  dann  von  W.  Straub  (1903) 
ausgeführt.  Auf  Grund  der  Ergebnisse  der- 
selben kam  er  zu  folgenden  Schlüssen:  das 
Alkaloid  wird  in  den  von  ihm  affizierten 
Zellen  gespeichert  und  zwar  dringt  es  in  die 
Zellen  gegen  die  Diffusionsgesetze  ein.  Der 
Verdünnungsgrad  der  Giftlösung  ist  innerhalb 
weiter  Grenzen  für  die  Erreichung  des  end- 
lichen Zustandes  ohne  Belang;  dieser  ist  hin- 
gegen eine  Funktion  der  Menge  und  nicht  der 
Konzentration  des  Alkaloids.  Dadurch  wird 
es  erklärt,  wieso  die  geringen  Mengen  Alka- 
loid des  praktischen  Falles  trotz  der  enormen 
Verdünnung  im  Organismus  doch  am  Ort 
ihrer  spezifischen  Affinität  maximale  Wir- 
kung äußern.  Speicherung  und  Wirkung 
sind  aber  nicht  unmittelbar  ursächlich  ver- 
knüpft, weil  auch  Alkaloide  von  einigen 
gewissen  Zellen  gespeichert  werden  können, 
die  für  sie  wirkungslos  sind.  Im  Falle  des 
Aplysienherzens,  an  demStraub  seine  Unter- 
suchungen ausführte,  wurde  nicht  nur  das 
wirksame  Veratrin,  sondern  auch  das  wir- 
kungslose Strychnin  und  Atropin  gespeichert. 

Was  nun  das  weitere  Schicksal  dieser 
Alkaloide  anbetrifft,  fand  Straub,  daß  das 


wirksame  Veratrin  in  den  Zellen  seiner  spezi- 
fischen Affinität  nicht  zerstört,  das  unwirk- 
same Strychnin,  vielleicht  auch  das  Atropin, 
aber  zerstört  werden.  Strychnin  soll  anderer- 
seits am  Ort  seiner  Wirksamkeit  im  Rücken- 
mark nicht  zerstört  werden.  Dies  macht  den 
allgemeinen  Schluß  wahrscheinlich,  daß  Alka- 
loide von  den  Zellen  ihrer  Wirkungsaffinität 
nicht  verändert  werden.  Sie  können  aber  im 
Chemismus  anderer  Zellen  eine  Zerstörung 
erfahren,  was  allerdings  nicht  immer  der 
Fall  ist  (z.  B.  Curarin).  Die  Alkaloide  können 
also  in  folgende  drei  Gruppen  eingeteilt 
werden: 

I.  Wirksame:    werden   maximal  gespei- 
chert und  nicht  verändert; 
IL  Unwirksame:    a)  werden  gespeichert 
aber    zerstört;    b)  werden   kaum  ge- 
speichert und  nicht  zerstört. 

Der  allgemeine  Verlauf  der  meisten 
reparablen  Vergiftungen  erfolgt  nach  den 
chemischen  Gesetzen  der  Massenwirkung. 
Boehm  wies  dies  zunächst  für  Curarin  nach, 
Hüfner  für  die  Kohlenoxydverbindung  des 
Blutfarbstoffes,  P.  Bert  für  Narkotika, 
W.  Straub  für  einige  Alkaloide.  Man  dürfte 
demnach  allgemein  den  Vergiftungsverlauf 
nach  dem  Esterbildungsschema  begrifflich 
beherrschen  können  und  die  Gleichung 
aufstellen : 

Plasma  +  Giftlösung  ^  Giftplasma  +  HgO, 

d.  h.  bei  einem  durch  ein  eindeutig  bestimmtes 
Gleichgewicht  bedingten  Quantum  Gift- 
plasma ist  die  Wirkung  maximal.  Die  Ver- 
hältnisse des  Organismus,  wo  Zerstörung  und 
Ausscheidung  stattfindet,  bringen  es  mit  sich, 
daß  die  Komponente  Giftlösung  die  variable 
ist,  d.  h.  in  dem  Maße  als  diese  sich  verdünnt, 
wird  das  Gleichgewicht  zerstört,  erfolgt  also 
der  Zerfall  der  Komponente  Giftplasma  zum 
neuen  Gleichgewicht  usw.:  Der  Verlauf 
reparabler  Vergiftungen  wird  vom  Massen- 
wirkungsgesetz beherrscht  (Straub).  Wenn 
die  Vergiftung  zu  stark  ist  und  zum  Tode 
führt,  dann  sollen  Vorgänge  und  chemische 
Verbindungen  auftreten,  die  nicht  mehr  dem 
Gesetze  gehorchen  und  nicht  rückgängig 
sind. 

Bei  manchen  modernen  Versuchen,  der 
Erklärung  des  Wirkungsmechanismus  der 
elektiv  wirkenden  Gifte  näher  zu  kommen, 
spielt  die  Betrachtung  der  Zellmembran 
eine  hervorragende  Rolle. 

,,Ich  denke,  es  hat  sich  zeigen  lassen  (so 
schließt  W.  Straub  seine  zusammenfassende 
Uebersicht),  daß  wir  bei  jeder  Beeinflussung 
des  lebenden  Organismus  durch  chemische 
Substanzen  mit  der  Zellmembran  als  einem 
Zellularorgan  zu  rechnen  haben,  einem 
Organ,  das  von  Zelle  zu  Zelle  verschieden 
und  in  einer  Zelle  von  einem  Moment  zum 


32 


Gifte 


anderen  veränderlich  sein  kann.  An  die 
Zellmembran,  in  sie  oder  dnrch  sie  muß 
jede  wirksame  Substanz  und  jede  dieser  drei 
Deformationen  der  Membran  kann  alleinige 
Ursache  einer  Fnnktionsveränderunij; ...  sein." 

Der  Grundgedanke,  von  dem  man  dabei 
ausgeht,  liegt  in  dem  physikaliscli-chemisch 
weitest  gefaßten  Membranbegriffe.  Als 
Membran  ist  demnach  die  Grenzschicht  an- 
zusehen, die  zwei  sich  netzende,  aber  nicht 
mischende  Flüssigkeiten  bei  gegenseitiger 
Berührung  trennt.  Diese  Grenzscliiclit  ist 
der  Sitz  von  Kräften  der  Oberflächenenergie, 
die  zur  Verdichtung  der  Substanz  der  einen 
oder  der  anderen  Flüssigkeit,  sowie  auch  zur 
Airliäufung  von  in  der  Flüssigkeit  gelösten 
Substanzen  führt.  Die  Zellmembranen  der 
Metazoenzelle sind  indessen  viel  kompliziertere 
Gebilde,  indem  sie  membranöse  Emulsionen 
darstellen,  in  denen  also  Wasserlösliches  mit 
Wasserunlöslichem  (fettähnliche  Stoffe,  so- 
genannte Lipoide)  zu  einem  kolloiden  System 
vermengt  ist.  Bezüglich  der  Bedeutung,  welche 
die  Membranen  für  die  Wirkung  chemischer 
Stoffe  haben,  können  nun  verschiedene  Mög- 
lichkeiten entstehen:  a)  die  Substanz  löst 
sich  in  der  Membran,  bezw.  in  einem  ihrer 
Bestandteile  und  passiert  sie  ohne  weiteres, 
um  im  Innern  der  Zelle  festgehalten  zu  werden, 
oder  b)  die  Substanz  verändert  in  bestimmter 
Weise  die  Permeabilität  der  Membran,  oder 
c)  die  Substanz  verbindet  sich  chemisch 
mit  Membranbestandteilen.  Der  erstere 
Fall  wird  am  meisten  betrachtet  und  zwar 
im  Spezialfälle,  daß  die  Substanz  in  dem 
Lipoidanteil  der  Membran  sich  löst.  Darauf 
beruht  die  0  verton -Meyer -Regel  über  die 
Wirkung  der  Narkotica"  (vgl.  den  Artikel 
„Narkose").  Aehnliches  kann  man  aber 
auch  für  die  Wirkung  der  Alkaloide  gelten 
lassen.  In  der  Tat  nehmen  einige  an,  daß 
der  Speicherungsvorgang  einen  Lösungsprozeß 
im  Lipoid  der  Zellmem  brau  darstellt.  D  as  Alka- 
loid  soll  in  der  Form  der  freien  Base,  in  der 
es  ja  besser  lipoid-  wie  wasserlöslich  ist,  in  [ 
die  Zellen  aufgenommen  werden.  Andere 
meinen,  daß  vielmehr  das  Alkaloid  aus  der 
verdünnten  Blutlösung  durch  einen  rein  i 
physikalischen  Adsorptions Vorgang  auf  dem 
dispersen  System  der  Zelle  niedergeschlagen 
wird. 

Hierbei  spielt  die  Membran  nur  eine  mittel- 
bare Rolle.  Nach  Straub  gibt  es  aber  Ver- 
giftungen, die  nur  durch  von  ihnen  her- 
beigeführte Membranveränderungen  ohne 
weiteres  erklärbar  sind,  nämlich  die  Wir- 
kungen der  Alkalien  und  Frdalkalien.  einiger 
Glykosiden  und  Alkaloide,  im  allgemeinen 
aber  diejenigen  der  anorganischen  Ionen. 

Wesentlich  ähnliche  Vorgänge  sollen  auch 
bei  der  Wirkung  der  Toxine  (Bakteriengifte) 
stattfinden.  Für  diese  nimmt  man  sogar 
auf   Grund  indirekter   Beweise  an,   daß  ihr 


kompliziertes,  in  seinem  chemischen  Bau 
noch  unbekanntes  Molekül  zwei  verschiedene 
Atomgruppen  enthält,  die  ,,haptophore" 
Gruppe,  die  zur  Bindung  mitdementsprechen- 
den  chemischen  Zellbestandteile  dient,  und 
die  ,.t()X()ph()re"  Gruppe,  welche  die  eigent- 
lichen (riftwirkungen  entfaltet. 

Gegenseitige  '  Beeinflussung  der 
Gifte.  Namentlich  die  Gifte  (Alkaloide  und 
Toxine),  welche  etwa  denselben  Angriffs- 
punkt im  Körper  haben,  können  von  vorn- 
herein in  ihren  Wirkungen  sich  beeinflussen. 
Zwei  einfachste  Fälle  wären  von  zwei  Giften 
repräsentiert,  welche  entweder  dieselbe  (er- 
regende oder  deprimierende)  Wirkung  oder 
entgegengesetzte  Wirkung  (das  eine  erregt, 
das  andere  deprimiert)  auf  das  gleiche  Organ 
haben.  Im  ersteren  Falle  würden  sich  die 
Wirkungen  summieren,  im  zweiten  Falle 
elidieren.  Tatsächlich  sind  Gifte  bekannt, 
deren  Wirkungen  sich  genau  so  verhalten. 
Im  ersteren  Falle  spricht  man  von  ., Syner- 
gismus oder  Sensibilisierung",  im  zweiten 
Falle  von  ,, Antagonismus"  Einer  der  be- 
kanntesten Antogonismusfälle  wird  von  Mus- 
karin-Atropin  geliefert:  der  durch  Muskarin- 
wirkung herbeigeführte  Herzstillstand  kann 
nachträglich  durch  x\tropin  beseitigt  werden. 
Muskarin  erregt  die  Vagusendapparate, 
welche  vom  Atropin  hingegen  gelähmt 
werden. 

7.  Reaktionserscheinungen  des  Orga- 
nismus und  Schicksal  der  Gifte  im  Tier- 
körper. Die  ersten  augenfälligsten  Reaktions- 
erscheinungen des  vergifteten  Organismus 
sind  die  unmittelbaren  Wirkungsfolgen  des 
entsprechenden  Giftes  (z.  B.  Äluskelkrämpfe 
bei  Strychnin,  Muskellähmung  bei  Curare), 
von  denen  oben  die  Rede  war.  x\ußer  diesen 
primären  Reaktionserscheinungen  entstehen 
aber  andere  Reaktionen,  namentlich  wenn 
die  Vergiftung  nicht  zu  raschem  Tod  führte. 
Als  endgültiger  Ausgang  einer  Vergiftung 
kann  entweder  der  Tod  oder  die  Genesung 
erfolgen. 

7a)  Mechanismus  des  Todes.  Ver- 
giftungen können  auf  verschiedenen  Wegen 
den  Tod  herbeiführen:  entweder  kurze  Zeit, 
mitunter  wenige  ^linuten  nach  Einverleibung 
des  Giftes  (akuter  Tod)  oder  aber  längere 
Zeit  danach.  Im  ersteren  Falle  werden  lebens- 
wichtige Organe  (Atemzentren,  Herz) 
vom  Gifte  angegriffen  und  (mitunter  nach 
vorübergehender  Erregung)  gelähmt;  der 
Tod  kann  auch  durch  Erstickung  erfolgen, 
wie  z.  B.  bei  CO-Vergiftung,  wobei  das  Blut- 
hämoglobin dem  Oo-Austausch  entzogen 
wird,  bei  intravaskulärer  Blutgerinnung  oder 
bei  den  allgenuMue  Krämple  auslösenden 
Giften  (Strychnin  u.  dgl.).  wobei  die 
Koordination  der  Atembewegungen  ver- 
nichtet  wird.      Der   nach   längerer   Zeit  er- 


Gifte 


33 


folgende  Tod  beruht  meistens  auf  den  funk- 
tionellen Störungen  ebenfalls  lebenswichtiger 
Organe,  deren  Schädigungen  entweder  mit 
einiger  Ueberlebungszeit  vereinbar  sind  oder 
erst  später  vom  Gifte  hervorgerufen  werden. 
Hier  sind  namentlich  alle  Vergiftungen  zu 
nennen,  welche  meist  sekundär  bei  der  Aus- 
scheidung die  Nieren-  oder  die  Leberepithel- 
zellen angreifen,  wie  z.  B.  die  Sublimat-, 
Phosphor-,  Chloroform-,  Cantharidin- 
vergiftungen.  Der  Mensch  stirbt  dann  an 
einer    toxischen    Nephritis    oder    Hepatitis. 

7b)  Mechanismus  der  Genesung. 
Verlauf  der  Vergiftung.  Außer  den  dem 
Gift'  innewohnenden  Bedingungen  (Giftig- 
keitsgrad, Größe  der  Gabe,  Lösungs- 
mittel usw.)  liegen  im  Organismus  selbst 
mehrere  Bedingungen,  die  bei  dem  Verlauf 
und  dem  Ausgang  der  Vergiftungen  eine  wich- 
tige Rolle  spielen.  Dieselben  können  wieder- 
um in  individuelle  und  in  allgemeine 
eingeteilt  werden.  Die  individuellen 
betreffen  das  Alter  (Kinder  sind  für  einige 
Gifte,  z.  B.  Morphium,  sehr  empfindlich, 
für  andere  mehr  widerstandsfähig),  das 
Geschlecht,  die  Rasse,  die  augen- 
blicklichen Funktionszus fände  des  Ge- 
samtorganismus und  schließlich  die  sogenannte 
individuelle  Prädisposition  oder  Idio- 
synkrasie. Unter  letzterem  Namen  ver- 
steht man  die  Tatsache,  daß  einige  Lidivi- 
duen  auf  Grund  meist  unbekannter  innerer 
Umstände  eine  außergewöhnliche  Empfind- 
lichkeit für  einige  Gifte  zeigen. 

Die  allgemeinen  Bedingungen  betreffen 
die  Hauptmomente  der  Vergiftung  und  zwar: 

f.  Die  Einführung.  Hierbei  spielen 
die  Wege,  wodurch  das  Gift  ins  Lmere 
gelangt,  zunächst  eine  Hauptrolle.  Die  zwei 
normalen  Eingangswege  sind  die  Lungen- 
wand für  die  flüchtigen  gasartigen  Gifte 
(wie  CO,  HoS,  Blausäure,  Aether,  Chloro- 
form, Cl-Dämpfe)  und  die  Wand  des  Ver- 
dauungsrohres für  die  übrigen  löslichen 
Gifte.  Die  unversehrte  Hautwand  läßt  sich 
nur  von  fettlöslichen  Giften  durchdringen. 
Außerdem  gibt  es  aber  abnorme  Einführungs- 
wege, wodurch  das  Gift  inokuliert  wird. 
Vor  allem  kommt  hier  zunächst  die  sub- 
kutane Inokulation  oder  Injektion  in 
Betracht,  welche  Stiche  oder  Bisse  der  Gift- 
tiere herbeiführen.  Hierbei  wird  das  Gift 
in  die  Lymphräume  der  Unterhautgewebe 
ergossen,  nach  Ueberwindung  der  Haut- 
schutzwand, wodurch  es  direkt  ins  Blut 
und  mit  ihm  zu  den  lebenswichtigen  Organen 
gelangt.  Der  wesentliche  Unterschied  in 
der  Wirkung  der  Gifte  je  nach  dem  Ein- 
führungswege wird  durch  einige  Beispiele  klar 
demonstriert.  P  e  r  0  s  verabreichtes  Curare  0 der 
Schlangengift  bewirkt  keinerlei  Störungen, 
die  unfehlbar  auftreten,  wenn  das  Gift 
unter  die  Haut  injiziert  wurde.     Dies  kann 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


von  mehreren  Momenten  abhängen;  erstens 
können  die  Verdauungsenzyme  das  Gift 
spalten  und  zerstören,  ehe  es  resorbiert 
wird,  wie  es  z.  B.  für  die  eiweißartigen 
Schlangengifte  der  Fall  zu  sein  scheint; 
die  Verdauungssäfte  können  außerdem  noch 
durch  ihre  chemischen  Eigenschaften  (Reak- 
tion) die  chemische  Struktur  der  Gifte  ändern. 
Zweitens  kann  die  Resorption  so  langsam 
erfolgen,  daß  die  Giftkonzentration  im  Blut 
niemals  den  Schwellenwert  erreicht,  wie  es 
für  das  Curare  der  Fall  sein  soll.  Drittens 
können  die  Epithelzellen  der  aufsaugenden 
Darmzotten  die  Gifte  in  ihrer  chemischen  Zu- 
sammensetzung ändern  und  somit  entgiften, 
wie  es  z.  B.  bei  der  normalen  Eiweiß-  und 
Fettverdauung  für  die  giftigen  Peptone  und 
Seifen  der  Fall  ist.  Viertens  kann  die  Leber- 
drüse die  Gifte  aufhalten  und  entgiften,  wie 
es  vielfach  für  verschiedene  Mineral-  und 
Pflanzengifte  (Alkaloide)  gezeigt  wurde. 

Außer  den  genannten  gibt  es  noch  weitere 
Einführungswege,  welche  aber  eigentlich 
nur  experimentell  zum  Zwecke  der  wissen- 
schaftlichen Erforschung  oder  ärztlichen 
Behandlung  eingeschlagen  werden,  dies  sind 
die  intravenöse,  intraarterielle,  sub- 
durale, intraperitoneale  (parenterale) 
usw.,  wodurch  die  Gifte  noch  direkter  ins 
Blut  oder  in  Beziehung  zu  den  Organen 
(Zentren)  gebracht  werden. 

Derselbe  direkte  Einführungsweg  wird 
von  den  Giften  der  pathogenen,  im  Innern  der 
affizierten  Gewebe  lebenden  Bakterien 
(Toxinen)  eingeschlagen.  Hier  könnte  man 
zwei  Hauptfälle  unterscheiden,  je  nachdem 
die  Bakterien  in  einem  bestimmten  Orte 
(sogenannten  Herde)  sich  entwickeln  und  lokal 
bleiben  oder  ins  Blut  gelangen  und  den 
Organismus  allgemein  durchsetzen(sogenannte 
Bakterienhämien).  Im  ersteren  Falle  diffun- 
dieren die  Toxine  ohne  Bakterienleiber  zu- 
nächst in  die  Lymphe  der  affizierten  Organe 
heraus,  entfalten  somit  ihre  Giftwirkung  zu- 
nächst auf  diese  Organe,  um  erst  dann  ins 
Blut  zu  gelangen  und  den  gesamten  Orga- 
nismus zu  vergiften.  Im  zweiten  Falle  ent- 
steht sofort  eine  allgemeine  Vergiftung  so- 
wohl durch  die  Toxine  wie  durch  die  Ento- 
toxine,  da  die  Bakterien  mit  dem  Blut  kreisen. 

2.  Die  Ausscheidung.  Die  Aus- 
scheidung der  Gifte  findet  ebenfalls  durch 
die  gewöhnlichen  Ausscheidungsorgane  statt, 
denen  eben  auch  unter  den  normalen  Be- 
dingungen die  Aufgabe  obliegt,  die  mitunter 
giftigen  Verbrauchsprodukte  des  normalen 
Stoffwechsels  nach  außen  zu  befördern.  Dies 
sind  namentlich 

a)  die  Lungen  wand  für  die  flüchtigen 
gasartigen  Stoffe,  wie  CO2,  CO,  Chloroform, 
Aether,  Alkohol,  Nikotin  usw.  Damit  die 
Ausscheidung    auf    diesem  Weg    statthaben 

3 


34 


Gifte 


kann,  muß  zunächst  die  Bedingung  erfüllt 
sein,  daß  die  Giftkonzentration  in  der 
Außenluft  geringer  ist  als  die  im  Blute  herr- 
schende. Zweitens  hängt  die  Geschwindig- 
keit der  Ausscheidung  davon  ab,  daß  das 
Gift  im  Organismus  keine  feste  chemische 
Verbindung  eingegangen  ist,  wie  es  z.  B. 
für  CO  der  Fall  ist,  welches  von  dem  Hämo- 
globin des  Blutes  zu  CO-Hämoglobin  gebunden 
wild  und  deswegen  überaus  langsam  aus  dem 
Blute  sich  entfernt; 

ß)  die  Nieren  fürdieMehrzahlderübrigen 
ins  Blut  gelangten  Gifte,  welche  beim  Durch- 
gang mitunter  schwere  Schädigungen  der 
Nierenepithelzellen  verursachen  können; 

y)  die  Leber  mit  ihrer  äußeren  (Gallen-) 
Sekretion  namentlich  für  die  Gifte,  die  vom 
Darmkanal  herrühren  und  von  der  Leber 
aufgehalten  werden ; 

d)  das  Verdauungsrohr  sowohl  durch 
die  Tätigkeit  seiner  Verdauungsdrüsen 
(namentlich  der  Speicheldrüsen,  Ptialismus, 
und  der  Magendrüsen,  Erbrechen)  wie 
durch  die  Tätigkeit  der  auch  unter  normalen 
Bedingungen  als  Exkretionsorgane  fungieren- 
den Epithelzellen  seiner  unteren  Abschnitte; 

e)  die  Hautdrüsen  (Schweiß-,  Talg- 
und  eventuell  Milchdrüsen). 

Auch  die  verschiedenen  Ausscheidungs- 
organe scheinen  eine  gewisse  elektive  Wir- 
kung auf  die  verschiedenen  Gifte  auszuüben. 
Obwohl  die  Nieren  das  Hauptausscheidungs- 
organ für-  alle  Gifte  darstellen,  gibt  es  jedoch 
Gifte,  welche  durch  andere  Drüsenorgane 
hauptsächlich  ausgeschieden  werden.  Queck- 
silber und  Jod  werden  z.  B.  größtenteils 
von  den  Speicheldrüsen  eliminiert. 

Außerdem  können  andere  Organe  die 
Gifte  in  sich  aufnehmen  und  längere  Zeit 
fixieren;  dies  trifft  z.  B.  für  Jodverbindungen 
zu,  die  von  der  Schilddrüse  fixiert  werden, 
oder  für  Eisen  Verbindungen,  die  von  der 
Leber  und  dem  Knochenmark  aufgespeichert 
werden. 

Die  Gifte  können  in  verschiedenen 
Zuständen  ausgeschieden  werden,  entweder 
in  ihrer  unveränderten  chemischen  Zusammen- 
setzung oder  aber  in  Foim  andersartiger 
chemischer  Verbindungen,  welche  meist  die 
Giftigkeit  verloren  haben.  Im  letzteren  Falle 
wird  von  einer  durch  den  Organismus  be- 
wirkten Zerstörung  des  Giftes  gesprochen. 
Beispiele  für  diesen  Vorgang  sind  schon  aus 
dem  normalen  Stoffwechselbetrieb  bekannt. 
Die  aus  dem  Stoffwechsel  der  Proteine  her- 
rührenden giftigen  Ammoniakverbindungen 
werden  durch  die  Tätigkeit  der  Leber  in 
den  harmlosen,  oder  wenigstens  nicht  so 
sehr  giftigen  Harnstoff  verwandelt.  Die 
aus  der  Verdauung  der  Darmbakterien  ent- 
stehenden giftigen  aromatischen  Verbin- 
dungen (Phenolderivate)  werden  im  Körper 
durch    Paarung    mit    Schwefelsäure    in    die 


beinahe    ungiftigen    verkoppelten    Schwefel- 

;  Säureester  verwandelt. 

Nicht   alle    Gifte   erfahren   jedoch   einen 

,  solchen  Entgiftungsvorgang,  bevor  sie  vom 
Körper  ausgeschieden  werden.  Manche 
werden   in   unverändertem   Zustande   elimi- 

'  niert,  wie  z.  B.  das  Curare,  die  Alkaloide, 
die  man  im  Harne  der  vergifteten  Lidividuen 
wieder  findet. 

Für  den  Verlauf  und  den  Ausgang  jeder 
Vergiftung  spielt  nun  offenbar  die  Ge- 
schwindigkeit der  Giftausscheidung 
eine  Hauptrolle.  Dieselbe  hängt  von  mehreren 
Faktoren  ab,  von  denen  einige  in  den  Eigen- 
schaften der  Giftstoffe,  andere  im  Organis- 
mus und  wieder  andere  in  den  im  Orga- 
nismus von  den  Giftstoffen  erlittenen  Aende- 

'  rungen  gelegen  sind.    Die  leicht  diffusiblen 

i  oder  gar  flüchtigen  Stoffe,  die  im  Organis- 
mus keine  feste  chemische  Verbindung  ein- 

,  gehen,  sollten  offenbar  rasch  ausgeschieden 
werden,  sobald  die  Giftkonzentration  in 
der    Umgebung   oder   an    der  Applikations- 

I  stelle  gesunken  ist.  Leider  sind  es  aber  in 
Wirklichkeit  überaus  wenige  Fälle,  bei  denen 
dies  zutrifft.  Meist  treten  auch  die  leicht 
diffusiblen  und  gasartigen  Gifte  in  nähere 
chemische  Beziehungen  zu  den  Zellbestand- 
teilen, worauf  eigentlich  die  Natur  jeder 
Vergiftung  wesentlich  beruht.     Die  daraus 

I  entstehenden  chemischen  Verbindungen  zwi- 

'  sehen  Giften  und  Zellbestandteilen  verhalten 
sich  dann  ihrerseits  verschieden,  indem  einige 
sich  leicht  dissoziieren  lassen  nach  dem 
Gesetze  der  umkehrbaren  Verbindungen  (vgl. 
oben  S.  31),  andere  dagegen  einen  größeren 
Widerstand  entgegensetzen.  Somit  werden 
einige  Gifte  ziemlich  leicht  ausgeschieden, 
andere  hingegen  verbleiben  hartnäckig  im 
Innern  des  Organismus  und  werden  sehr 
langsam  ausgeschieden.  Letzterer  Umstand 
kann  auf  zweierlei  Möglichkeiten  beruhen ; 
entweder  können  die  chemischen  Gift-Zell- 
verbindungen bedeutend  festere  Verbin- 
dungen sein  (etwa  nach  dem  Typus  der  Salz- 
verbindungen, bei  denen  bekanntlich  die 
Massenwirkung  gegenüber  den  starken  Affini- 
täten weniger  zur  Geltung  kommt  als  bei  den 
Esterverbindungen);  oder  aber  sinkt  der  Grad 
der  Giftkonzentration  im  Blut  sehr  lang- 
sam, weil  die  Ausscheidungsorgane  die  im 
Blute  vorhandenen,  ungebundenen  Giftmole- 
küle nur  sehr  langsam  zu  eliminieren  ver- 
mögen.   Letztere  Möglichkeit  sollte  nament- 

\  lieh  für  alle  diejenigen  Gifte  zutreffen,  welche 
schwer  wasserlöslich  sind,  also  für  alle  Ei- 
weißgifte oder  kolloidalen  Giftlösungen. 

Die  langsame  Ausscheidung  kann  eine 
wichtige,  oft  zu  beobachtende  Erscheinung, 
d.  h.  die  Giftanhäufung  oder  die  so- 
genannte kumulative  Wirkung  der  Gifte 
zur  Folge  haben.  Werden  nichttödliche  Gift- 
dosen zu  wiederholten  Malen  nacheinander 


Gifte 


35 


eingenommen,  so  kann  die  Wirkung  jeder 
einzelnen  Gabe  immer  stärker  werden,  weil 
in  der  Zwischenzeit  die  ganze  Giftmenge  der 
vorangehenden  Verabreichung  noch  nicht 
ausgeschieden  wurde.  Dies  gilt  z.  B.  für 
Arsen-,  Phosphor-,  Bleivergiftung.  In  anderen 
Fällen  liegt  die  Ursache  der  Verstärkung 
einer  chronischen  Vergiftung  nicht  so  sehr  in 
der  Schwierigkeit  der  Ausscheidung  als  in 
der  Natur  der  durch  die  wiederholten  Wir- 
kungen des  Giftes  herbeigeführten  Organ- 
läsionen, welche  unreparable  Vorgänge  sein 
können.  Daraus  sind  die  bekannten  schweren 
Folgen  der  chronischen  Alkoholvergiftung 
(Alkoholismus)  oder  Morphiumvergiftung 
(Morphinismus)  leicht  zu  erklären. 

Eine  der  kumulativen  Giftwirkung  ent- 
gegengesetzte Erscheinung  ist  die  auch  oft 
beobachtete  Giftgewöhnung  oder  -anpas- 
sung.  Durch  Wiederholung  kleiner  oder 
mäßiger  Giftwirkungen  entsteht  keine  Wir- 
kungsverstärkung oder  Summation,  sondern 
eine  Veriuinderung  in  der  Wirkung 
Der  Organismus  gewöhnt  sich  allmählich  an 
die  Vergiftung,  so  daß  die  tödliche  Maximal- 
giftdose immer  größer  wird.  Die  Bedingungen 
dieser  Erscheinung  können  ebenfalls  mannig- 
faltig sein.  Dai3  die  Ausscheidungsorgane 
durch  wiederholte  Giftwirkungen  zu  stärkerer 
Ausscheidungstätigkeit  angespornt  werden, 
ist  nich  ausgescUossen,  doch  bisher  noch  nicht 
genügend  erwiesen.  Gewöhnlich  nimmt  man 
an,  daß  die  reagierenden  Zellen  des  elektiven 
Angriffsortes  der  wiederholten  Wirkung  sich 
anpassen,  indem  sie  mit  geringeren  Reak- 
tionserscheinungen  antworten.  Diese  Er- 
klärung ist  eine  vage  hypothetische  Anwen- 
dung von  Begriffen,  die  der  Nervenreiz- 
physiologie entnommen  werden.  Eine  viel 
plausiblere  Erklärung  erblickt  den  Haupt- 
faktor der  Gewöhnung  in  einer  Zunahme 
des  Entgif tungs Vermögens  des  Organis- 
mus. 

Das  Entgiftungsvermögen  ist  die 
Fälligkeit,  die  Wirkung  des  Giftes  zu  neutra- 
lisieren. Diese  Fähigkeit  kann  auf  ver- 
schiedene Weise  erfolgen.  Entweder  ent- 
stehen Gegengifte,  welche  die  Gifte  chemisch 
binden,  und  sie  dadurch  unwirksam  machen, 
oder  aber  entstehen  Stoffe,  die  auf  die  rea- 
gierenden Zellen  antagonistisch  wirken.  Die 
Erzeugung  von  Gegengiften  seitens  des  ver- 
gifteten Organismus  stellt  eine  sehr  be- 
merkenswerte Reaktionserscheinung  dar 
und  wurde  vor  allem  für  die  ,, Toxine" 
sicher  festgestellt.  In  diesem  Falle  heißen 
die  Gegengifte  Antitoxine.  Der  Wirkungs- 
mechanismus der  Antitoxine  ist  noch  ein 
Streitgegenstand,  indem  es  sich  dabei 
für  die  einen  um  eine  wahre  chemische 
Toxin-Antitoxinverbindung,  für  andere 
mehr  um  einen  physikalisch-chemischen  Vor- 
gang handelt.     Einige  Tiere  besitzen  schon 


in  ihrem  Organismus  von  Geburt  an  Gegen- 
gifte (sogenannte  Alexine)  für  gewisse 
Toxine,  welche  hingegen  für  andere  Tiere 
giftig  sind.  Sie  sind  dann  spontan  immun 
gegen  diese  Toxine  und  deren  Erzeuger.  Sonst 
erlangen  die  Tiere  und  der  Mensch  die  Immu- 
nität, nachdem  sie  der  Wirkung  der  Toxine 
ausgesetzt  wurden.  Die  spontane  Genesung 
von  gewissen  Infektionskrankheiten  beruht 
eben  auf  der  Bildung  von  spezifischen  Anti- 
toxinen, welche  die  schädlichen  Giftwir- 
kungen der  Toxine  der  Infektionsbakterien 
aufheben.  Wie  es  auch  für  andere  Reaktions- 
erscheinungen im  Organismus  der  Fall  ist, 
werden  nun  die  Antitoxine  in  weit  größerer 
Menge  erzeugt,  als  sie  für  die  Neutralisierung 
der  vorhandenen  Toxine  streng  erforderlich 
wären.  Dieser  Ueberschuß  an  Antitoxinen 
hat  aber  doch  seinen  praktischen  Wert,  in- 
dem im  Organismus  ein  Vorrat  von  Anti- 
toxinen für  mehr  oder  weniger  lange  Zeit 
bestehen  bleibt.  Dadurch  werden  Wieder- 
infektionen verhindert.  Die  Antitoxine  sind 
ferner  im  Blutplasma  vorhanden,  woraus 
man  sie  leicht  gewinnen  kann,  wie  es  ja 
bei  der  Serabehandlung  geschieht  (s.  unten). 

In  der  Toxinwirkung  gibt  es  eine  Erschei- 
nung, welche  einigermaßen  der  kumulativen 
Wirkung  der  Gifte  entspricht,  das  ist  die 
Anaphylaxie. 

Der  Begriff  der  Anaphylaxie  wurde 
von  Riebet  eingeführt;  er  bezeichnet  einen 
besonderen  Zustand  erhöhter  Empfindlichkeit 
(sogenannte  Sensibilisierung),  der  durch  eine 
erste  Toxinvergiftung  im  Organismus  für 
dasselbe  Toxin  erzeugt  wird.  Den  Zustand 
bekam  Riebet  für  ein  Muscheltoxin  (Mytilo- 
kongestin),  womit  er  bei  den  Versuchstieren 
ein  plötzliches  allgemeines  Krankheitsbild 
(einen  sogenannten  anaphylaktischen  Shock) 
erhielt,  wenn  8  bis  20  Tage  nach  einer  ersten 
unwirksamen  Inokulation  des  Giftes  selbst 
eine  geringere  Menge  Gift  injizierte.  In  seinen 
Folgen  steht  also  der  Zustand  der  Ana- 
phylaxie zu  dem  der  Immunität  im  schroffen 
Gegensatz.  Seitdem  sind  immer  mehr  Fälle 
von  Anaphylaxie  bekannt  geworden.  Es 
können  anaphylaktische  Erscheinungen  durch 
wiederholte  Injektionen  von  heterogenen 
Blutsera  erhalten  werden,  was  ziemlich  oft 
bei  dem  so  verbreiteten  Gebrauch  der  anti- 
toxinhaltigen  Sera  beobachtet  wird  (bei  der 
sogenannten  Serumkrankheit).  Ferner 
können  ähnliche  Erscheinungen  bei  einigen 
Bakterieninfektionen,  sowie  bei  wiederholter 
Einführung  per  os  verabreichter  fremder 
Eiweißkörper  (alimentärer  Anaphylaxie)  zu- 
tage treten. 

8.  Behandlung  der  Vergiftungen.  Die 
Behandlung  wechselt  von  Fall  zu  Fall.  Die 
allgemeinen  Gesichtspunkte  einer  rationellen 
Behandlung,  auf  die  wir  uns  beschränken 
müssen,  sind  etwa  folgende. 

3* 


36 


(xifte 


Die  erste  Maßreü;cl  ist  wohl  die  pro- 
phylaktische, d.  h.  vorschrit'tsinäßif!;c  Fern- 
haltung;  der  Gifte  und  deren  Erzeuger.  Ist 
trotzdem  eine  Vcrf,nt'tun<i;  eingetreten,  so  muß 
der  Arzt  auf  zwei  Hauptpunkte  seine  Auf- 
merksamkeif lenken,  a)  auf  die  moo-lichst 
rasche  und  vollständige  Entfernung  oder 
Entgiftung  der  eingenommenen  Giftmengen, 
und  b)  auf  die  Wiederherstellung  (Repara- 
tion) der  durch  die  Giftwirkung  gestörten 
Organfunktionen. 

8a)  Bei  den  akuten  Vergiftungen  sucht 
man  zunächst  den  weiteren  Uebergang  des 
Giftes  (Resorption)  von  der  Applikations- 
stelle ins  Blut  zu  verhindern.  Bei  den  gas- 
artigen Giften  wird  das  Individuum  an 
diefrischeLuft  gebracht  und  falls  die  spontane 
Atmung  sistiert  oder  langsam  und  flach  von- 
statten geht,  wird  künstliche  Atmung  ein- 
geleitet und  reiner  Sauerstoff  zu  atmen  ge- 
geben. Per  OS  eingenommene  Gifte  sucht 
man  vom  Magen  entweder  mit  der  Sonde 
auszuspülen  oder  durch  Verabreichung 
von  Brechmitteln  (Emetika)  erbrechen  zu 
lassen.  Unter  die  Haut  eingeführte  Gifte 
(Stiche  oder  Bisse  von  Gifttieren)  sucht  man 
ebenfalls  in  der  Inokulationsstelle  möglichst 
aufzuhalten,  indem  das  venöse  Blut  und  die 
Lymphe  durch  feste  Bandagen  darin  auf- 
staut. Sodann  schreitet  man  zur  Entgiftung, 
wenn  eine  solche  möglich  ist.  Säure- 
vergiftungen werden  durch  Verabreichung 
von  nicht  allzustark  wirkenden  Alkalien 
(meistens  wird  Magnesia  hierzu  angewendet), 
Alkalienvergiftungen  durch  Verabreichung 
von  nicht  allzu  starken  Säuren  neutralisiert. 
Eiweißfällende  Gifte  (wie  Sublimat)  sucht 
man  durch  Verabreichung  eiweißhaltiger 
Nahrungsmittel  (Milch,  Eier)  zu  binden  und 
dadurch  der  Resorption  zu  entziehen.  Wirk- 
liche Antidota,  d.  h.  Stoffe,  welche  die 
Wirkung  gewisser  Gifte  zu  neutralisieren 
vermögen,  wie  z.  B.  Atropin-Muskarin,  gibt 
es  leider  nur  ausnahmsweise. 

Zu  der  Reihe  letzterer  Stoffe  gehören 
die  Antitoxine,  die  man  bei  den  Infektionen 
gewisser  Bakterien  zur  Neutralisierung  der 
Gifte  anwendet  (Seratherapie). 

Sowohl  bei  den  akuten  wie  namentlich 
bei  den  chronischen  Vergiftungen  sucht 
man  dann  die  normale  Tätigkeit  der  Aus- 
sehe! du  ngsorgane  zu  unterstützen,  damit 
das  im  Blut  noch  kreisende  Gift  möglichst 
rasch  eliminiert  wird.  Die  Tätigkeit  der 
Nieren  wird  auf  zwei  verschiedenen  Wegen 
befördert,  durch  Verabreichung  von  Stoffen. 
die  die  Sekretion  begünstigen  (Diuretika, 
Wasser,  Koffein  usw\),  oder  von  Stoffen,  die 
auf  das  Herz  wirkend  den  Blutkreislauf  ver- 
stärken. Auf  die  Sekretionstätigkeit  des 
Darmes  einwirkende  Abführmittel  oder  solche, 
die  die  Sekretion  der  Hautdrüsen  befördern 
(Diaphoretika),  werden  ebenfalls  bei  einigen 


Vergiftungen  zu  dem  gleichen  Ziele  ver- 
wertet. 

8  b)  Die  durch  Vergiftungen  herbei- 
geführten Schädigungen  der  Organe  können 
reparable  oder  unreparable  Vorgänge 
sein.  Zu  letzterer  Reihe  gehören  namentlich 
die  sogenannten  Entartungserscheinun- 
gen(Degeneration,  z. B.  Fettdegeneration) 
der  Zellen,  die  einige  chronische  Vergif- 
tungen (z.  B.  Alkoholismus)  in  einigen  Zellen 
bewirken.  Dabei  gehen  die  Zellen  allmählich 
zugrunde  und  werden  vom  Bindegewebe  er- 
setzt (wie  z.  B.  bei  Leberzirrhose).  Selbst 
wenn  die  Vergiftung  aufhört,  können  die 
verschwundenen  Zellen  dann  nicht  mehr 
wieder  ins  Leben  zurückgerufen  werden. 

Die  Mehrzahl  der  überstandenen  Vergif- 
tungen gehört  jedoch  nicht  zu  dieser  Reihe. 
Die  durch  dieselben  entstehenden  Schädi- 
gungen sind  mehr  funktioneller  Natur 
und  werden  durch  Reparations Vorgänge 
früher  oder  später  ausgeglichen.  Auch  diese 
Reparationsvorgänge  gehören  übrigens  zu 
den  Reaktionsvorgängen  der  lebendigen  Sub- 
stanz, die  automatisch  dieselben  bewirkt. 
Wie  es  sonst  oft  der  Fall  ist.  wird  auch  hier 
mitunter  beobachtet,  daß  die  Reparations- 
vorgänge schließlich  nicht  nur  die  Verluste 
ersetzen,  sondern  sogar  kräftigere  und 
leistungsfähigere  Zellen  sichentwickeln  lassen. 

Im  Falle  der  reparablen  Schädigungen 
sucht  der  Arzt  die  von  selbst  eintretenden 
Reparationsvorgänge  durch  geeignete  Er- 
nährung und  Behandlung  der  geschädigten 
Organe  zu  begünstigen  und  zu  unterstützen. 

9.  Nachweis  der  Gifte.  Der  für  die 
gerichtliche  Medizin  so  wichtige  Nachweis 
der  Gifte  erfolgt  wesentlich  nach  zwei 
Methoden: 

a)  chemisch,  wobei  man  die  spezi- 
fischen qualitativen  chemischen  Eigenschaften 
durch  Analyse  der  verdächtigen  Produkte 
oder  der  Organe  festzustellen  sucht.  Dies 
gilt  namentlich  für  die  chemisch  gut  be- 
kannten Giftstoffe  (Aetzgifte,  Arsen,  Phos- 
phor, Metalle); 

b)  biologisch,  wobei  man  die  Gift- 
wirkung der  verdächtigen  Produkte  oder 
der  Organe  an  Versuchstieren  (Kaninchen, 
Meerschweinchen,  Fröschen)  feststellt.  Diese 
Prüfung  gelingt  hauptsächlich  für  die  in 
ihrer  chemischen  Zusammensetzung  kompli- 
zierteren Pflanzen-  und  Tiergifte,  die  anderer- 
seits eine  ausgesprochene  spezifische  Wir- 
kung besitzen,  wie  z.  B.  Strychnin,  Atropin, 
Adrenalin  u.  a.  Die  Empfindlichkeit  und 
somit  die  Tragweite  dieser  Methode  kann 
eine  überaus  große  sein.  Die  am  ausgeschnit- 
tenen Froschauge  geprüfte  Adrenalinwir- 
kung tritt  z.  B.  noch  bei  einer  Verdünnung 

|Von  1  Teil  auf  10000  bis  20000  Teile 
!  Wasser  deutlich  zutage. 


Gifte 


37 


Eine  Abart  dieser  Methode  besteht  in 
der  Züchtung  gewisser,  auf  die  zu  unter- 
suchenden Gifte  spezifisch  reagierender  Mikro- 
organismen (Pilze,  Balvterien)  in  einem  Nähr- 
boden, dem  die  verdächtigen  Produkte 
zugesetzt  wurden.  Arsenspuren  können 
z.  B.  dadurch  festgestellt  werden,  daß  einige 
Pilze  den  eigentümlichen  Knoblauchgeruch 
aus  ihrem  Nährboden  sich  entwickeln  lassen, 
wenn  dieser  nur  Spuren  von  Arsen  ent- 
hält (Gosio). 

10.  Praktische  Anwendungen  der  Gift- 
wirkungen (Arzneimittel).  loa)  Die  erste 
ausgedehnteste  praktische  Giftanwendnng  ist 
die  therapeutische  oder  pharmako- 
logische. Dadurch  werden  die  Gifte  zu 
Arzneimitteln.  Diese  Anwendung  ist  viel- 
leicht so  alt,  wie  die  empirische  Kenntnis  der 
Gifte  überhaupt.  Namentlich  Giftpflanzen 
fanden  den  ältesten  Gebrauch,  außer  zu 
Mordzwecken,  zu  Heilzwecken  bei  Verwun- 
dungen wie  bei  Krankheiten. 

Die  in  der  heutigen  Pharmakologie  noch 
geltenden  rationellen  Prinzipien,  die  den  in 
geringeren  (sogenannten  medizinalen)  Dosen 
stattfindenden  Gebrauch  der  Gifte  leiten, 
sind  etwa  folgende. 

Erstens  wird  die  Eigenschaft  der  Gifte 
benützt,  die  normale  Tätigkeit  besonderer 
Organe  elektiv  anzuregen  bezw.  herabzu- 
setzen. Die  ersteren  Mittel  trugen  einst  den 
Kollektivnamen  Exzitantia,  die  letzteren 
den  Namen  Sedativa.  Ihre  Wirkung  wird 
natürlich  nur  im  Falle  etwaiger  Erkran- 
kungen der  Organe  verwertet,  deren  ver- 
minderte Tätigkeit  man  wieder  auf  den 
normalen  Grad  zu  erhöhen,  oder  deren 
stürmische  Hyperaktivitäten  man  dadurch  zu 
regeln  sucht.  Doch  hat  die  genannte  all- 
gemeine Einteilung  heute  keinen  absoluten 
Wert  mehr,  da,  wie  wir  gesehen  haben,  die 
elektive  Wirkung  der  Gifte  keine  absolute 
ist.  Sie  hängt  vielmehr  von  verschiedenen 
Faktoren  ab,  wie  Giftmenge,  Giftkonzentra- 
tion. Außerdem  äußert  sie  sich  fast  nie  aus- 
schließlich auf  die  entsprechenden  Organe 
allein.  Nebenwirkungen  und  sekundäre 
Wirkungen  spielen  oft  eine  ebenso  große 
Rolle  wie  die  primären  Wirkungen.  Trotz- 
dem können  noch  heute  die  verschiedene!. 
Arzneimittel  nach  einem  rein  physiologi- 
schen Standpunkt,  d.h.  nach  den  Organen, 
deren  Tätigkeit  sie  in  erster  Linie  im  posi- 
tiven oder  negativen  Sinne  beeinflussen, 
geordnet  werden.  Ein  Beispiel  einer  der- 
artigen Anordnung  wird  von  H.  H.  Meyer 
und  R.  Gottlieii  in  ihrem  Lehrbuch  ge- 
liefert, etwa  wie  folgt: 

Pharmakologie  des  Nervensystems. 
Die  Stoffe,  welche  auf  die  motorischen 
Nervenenden  lähmend  (Curare)  oder  er- 
regend (Guanidin)  einwirken,  haben  eigent- 
lich keinen  therapeutischen  Wert.     Um  so 


mehr  besitzen  einen  solchen  die  Zentren- 
gifte, sowohl  die  erregenden  (Strychnin), 
ganz  besonders  aber  die  lähmenden  oder 
deprimierenden  (Narkotika  und  Hypnotika: 
Skopolamin,  Morphin,  Alkohol,  Aether, 
Chloroform,  Chloralhydrat ;  Brom- 
salze usw.).  Ebenso  wichtig  sind  heute  die 
auf  die  sensiblen  Nervenenden  lähmend 
wirkenden  Gifte,  die  sogenannten  Lokalan- 
ästhetika, wie  Kokain  und  die  ähnlich 
wirkenden,  in  ihren  Nebenwirkungen  nicht 
so  giftigen,  künstlich  dargestellten  Ersatz- 
mittel des  Kokains  (Tropakokain,  Eu- 
kain,  Novokain,  Stovain).  Die  Pharma- 
kologie des  vegetativen  Nervensystems 
ist  namentlich  nach  der  Entdeckung  des  wirk- 
samen Prinzips  derNebennieren(Adrenalin) 
in    der    letzten    Zeit    weit    fortgeschritten. 

Pharmakologie  der  spezifischen 
Sinnesorgane.  Am  höchsten  entwickelt 
ist  die  Pharmakologie  des  Auges  und  zwar 
hauptsächlich  in  bezug  auf  die  Funktion  der 
Iris,  und  Ciliarismuskulatur  (sogenannte 
Miotika  bezw.  Mydriatika). 

Pharmakologie  der  Verdauung. 
Hier  sind  namentlich  zwei  Reihen  Mittel 
zu  erwähnen:  die  Brechmittel  (Emetika) 
und  die  Abführmittel  (Laxantia).  Von  den 
ersteren  gibt  es  zwei  Unterabteilungen, 
nämlich  unmittelbar  wirkende  Brechmittel, 
die  die  Brechzentren  selbst  erregen  (Apo- 
morphin)  und  reflektorisch  wirkende  Brech- 
mittel, die  die  sensiblen  Nervenenden  in 
der  Magen-  und  Darmschleimhaut  erregen 
(Ipecacuanha,  Kupfersulfat,  Brech- 
weinstein). Die  Abführmittel  wirken,  in- 
dem sie  entweder  die  peristaltischen  Be- 
wegungen des  Darms  unmittelbar  anregen 
und  beschleunigen,  oder  indem  sie,  sei  es 
durch  Einschränken  der  normalen  Rück- 
resorption, sei  es  durch  Steigern  der  Darm- 
sekretion über  das  Maß  der  Resorption 
hinaus,  den  Inhalt  des  Darms  flüssig  und 
voluminös  erhalten  und  dadurch  die  Peri- 
staltik mittelbar  erhöhen.  Den  Abführmitteln 
entgegenwirkende  Mittel,  welche  also  be- 
stehende Diarrhöe  beseitigen,  werden  als 
Stopfmittel  (Obstipantia)  bezeichnet.  Ihre 
Wirkung  beruht  auf  einer  Hemmung  der 
Magendarmbewegungen  ebenso  wie  der  Darm- 
resorption (Morphium,    Atropin). 

Pharmakologie  der  Uterusbe- 
wegungen. Die  Pharmakologie  der  Uterus- 
bewegungen ist  hauptsächlich  auf  die  wirk- 
samen Substanzen  des  Mutterkorns  und 
Hydrastis  angewiesen. 

Pharmakologie  des  Blutkreislaufs. 
Eine  viel  kompliziertere  und  an  Mitteln 
reichere  Pharmakologie  ist  die  des  Blutkreis- 
laufes indem  es  Mittel  gibt,  welche  elektiv 
auf  die  Herzorgane  lähmend  oder  erregend 
(wie  Kampfer,  Digitalissubstanzen,  Koffein) 
wirken,  und  andere,  die  auf  die  Blutgefäß- 


38 


(litte 


muskulatur  zentral  oder  peripher  (Adrena- 
lin) ihre  Wirkung  ausüben. 

Pharmakologie  des  Blutes.  Die  Phar- 
makologie des  Blutes  beschränkt  sieh  vor  allem 
auf  die  Anwendung  der  Eisenpräparate  zur 
Steigerung  des  Hämoglobingehaltes  bei  den 
verschiedenen  Fällen  der  sogenannten  Blut- 
armut. 

Pharmakologie  der  Atmungsorgane. 
Auch  die  Atmungsorgane  haben  eine  eigene 
Pharmakologie,  die  sowohl  auf  die  Atmungs- 
zentren (Morphin  und  dessen  Derivate)  wie 
auf  die  peripheren  Organe  (die  Bronchial- 
muskeln, Expektorantia)  wirkende  Mittel 
kennt. 

Pharmakologie  der  Nieren  und 
der  Schweißdrüsen.  Ein  anderes  wich- 
tiges Gebiet  der  Pharmakologie  ist  die 
Pharmakologie  der  Nierenfunktion,  wobei 
man  hauptsächlich  mit  den  verschiedenen 
die  Sekretion  befördernden  Mitteln  (Di- 
uretika) zu  tun  hat.  Auch  für  die  Tätigkeit 
der  Schweißdrüsen  kommen  hauptsächlich 
erregende  Mittel  (Diaphoretika,  z.  B. 
Pilokarpin)  zur  Verwendung. 

Pharmakologie  des  Stoffwechsels 
und  des  Wärmehaushalts.  Besondere 
Wichtigkeit  hat  die  Pharmakologie  des  Stoff- 
wechsels und  des  Wärmehaushalts  erlangt. 
Die  erstere  befaßt  sich  mit  den  Mitteln,  die 
den  allgemeinen  Stoffwechsel  vermutlich 
durch  Steigerung  der  Oxydationen  erhöhen 
(Schilddrüsenpräparate,  Jodverbindungen) 
oder  durch  Hemmung  der  Oxydationen  herab- 
setzen (Phosphor-,  Arsen-,  Antimon-,  Eisen-, 
Quecksilberverbindungen).  Die  Pharma- 
kologie des  Wärmehaushalts  befaßt  sich 
fast  ausschließlich  mit  den  Antipyretika, 
d.  h.  den  Mitteln,  die  die  abnorm  hohe 
Fiebertemperatur  bekämpfen. 

Ist  die  Wirkung  der  oben  erwähnten 
Mittel  mehr  eine  symptomatische,  indem 
sie  auf  die  erkrankten  Organe  und  nicht  auf 
die  Krankheitserreger  gerichtet  sind,  so  ist 
die  Wirkung  der  folgenden  mehr  eine  ätio- 
logische, indem  sie  direkt  auf  die  Krank- 
heitserreger (Parasiten,  Bakterien,  Protozoen) 
gerichtet  sind. 

Diepathogenen  Bakterien  sucht  man  durch 
Anwendung  der  Protoplasmagifte  (Sublimat, 
Phenol,  Chlor,  usw.,  Antiseptika)  zu  ver- 
nichten. Gegen  tierische  Parasiten  namentlich 
des  Darmkanals  werden  die  Antiparasitika 
oder  Antihelmintika  verwendet. 

Ein  anderes  modernes  therapeutischesPrin- 
zip  fußt  auf  der  praktischen  Anwendung  der 
Immunität.  JJie  Toxine,  welche  aus  et- 
waigen in  den  Körper  eingedrungenen  und  dort 
gedeihenden  Bakterien  herrühren,  sucht  man 
durch  beförderte  Erzeugung  oder  gar  Verab- 
reichung von  Antitoxinen  zu  neutralisieren 
(Antitoxintherapie).  Man  unterscheidet 
eine  aktive  von  einer  passiven  Immunität, 


indem  die  erstere  der  selbständigen  spontanen 
Reaktion  des  infizierten  Organismus  (s. 
oben)  entspricht,  die  letztere  durch  Verab- 
reichung therapeutischer,  die  Antitoxine  ent- 
haltener fremder  Sera  künstlich  erzielt  wnrd. 

lob)  Die  zweite  praktische  Anwendung 
der  Gifte  hat  wohl  nur  einen  rein  wissen- 
schaftlichen Wert.  Sie  besteht  darin,  die 
elektive  Wirkung  der  Gifte  für  gewisse  Organe 
zur  physiologischen  Analyse  und  Erforschung 
der  Tätigkeit   dieser   Organe  zu   verwerten. 

Das  erste  und  glänzendste  Beispiel  einer 
derartigen  Anwendung  wurde  von  Gl. 
Bernard  und  v.  Kölliker  am  Curare  er- 
halten. Durch  die  Analyse  der  Wirkung  dieses 
Giftes  gelangten  sie  nämlich  zum  Nachweis 
besonderer  Nervenendapparate,  welche  zwi- 
schen den  motorischen  Nervenfasern  und  den 
Muskelfasern  eingeschaltet  sind.  Seitdem 
sind  mehrere  wichtige  Entdeckungen  in  der 
Physiologie  demselben  Verfahren  zu  verdan- 
ken, namentlich  im  Gebiete  des  zentralen  und 
peripheren  Nervensystems.  Auf  diese  Weise 
wurde  gezeigt,  daß  z.  B.  Nikotin  eine  elektiv 
lähmende  Wirkung  für  die  Zellkörper  der 
sympathischen  Ganglienzellen  hat,  Atropin 
eine  ähnliche  Wirkung  für  die  Nervenend- 
apparate des  Vagus,  Strychnin  eine  elektive 
erregende  Wirkung  für  gewisse  afferente 
Ganglienzellen  der  Zentren,  während  Phenol 
(und  seine  Derivate)  eine  ähnliche  Wirkung 
für -die  motorischen  (janglienzellen  usw.  zeigt. 

Literatur,  li.  liobert,  Lehrbuch  der  Intoxi- 
kationen, 2.  Aufl.,  2.  Bd.  Siutigart  1902.  — 
J».  Carnot,  E.  JLancereaux,  Letulle,  Wurtz, 

Iritoxicatioris.  P.  Bro  u ardel  und  A.  Gilbert, 
Traue  de  3Iedecine  et  de  Therapeutique,  t.  XI. 
Paris  1907.  —  «7.  Gadanier,  Lehrbuch  der 
chemischen  Toxikologie  und  Anleiltmg  zur  Alis- 
miltelung  der  Gifie.  Göttingen  1909.  —  «7. 
Sa niu e ly ,  Tic r i^ che  Toxin e.  Opperi  heimers 
Hundbuch  dir  Biochemie,  Bd.  i,  S.  583  bis  59S, 
1909,  —  Th.  A.  Maas,  Tierische  Gifte.  Ebemiort 
Bd.  3.  -S.  742  bis  775,  1910.  —  H.  Sachs, 
C.  Oppenheimer,  L.  Michaelis,  K.  Land- 
steiner und  JP.  Th.  Müller,  Spezifische 
Bindung  und  Antikörper.  Ebendort,  Bd.  2, 
8.  275  bis  715,  1910.  —  H.  H.  Meyer  und 
R.  Gottlieb,  Die  experimentelle  Pharmakologie. 
Berlin  und  Wien  1910.  —  H.  Euler  und 
J.  Lundberg,  Ghikoside.  Abderhaldens 
Biochemisches  Handlexikon,  Bd.  2,  S.  578  bis 
722,  1911.  —  J.  Schmidt,  Alkaloide.  Eben- 
dort, Bd.  5,  S.  1  bis  452,  1911.  —  E.  S. 
Faust,  Tierische  Gifte.  Ebendort,  S.  453 
bis  494.  —  W.  Weichardt,  Antigene  und 
Antikörper.  Ebendort,  S.  510  bis  5S7.  — 
L.  Camus  et  E,  Gley,  Recherches  siir  l'action 
physiologique  des  Ichtyotoxines.  Contributions 
a  l'Etudc  de  l'immvnite.  Paris  1912.  —  W. 
Straub,  Die  Bedeutung  der  Zellmembran  für  die 
Wirkung  chemischer  Stoffe  avf  den  Orgunismus. 
Verhandlungen  der  Gesellschaft  Deutscher  Natur- 
forscher und  Aerzte,  1912. 

S.   Baglioni. 


Giftpflanzen  —  Grigantostraca 


39 


Giftpflanzen  1        Die  Erhaltung  der  Gigantostracen  des  Oeseler 

.  ,       ,        .    ,-,    1      TT     -1  1    ^  •  o         Obersilur  ist  eine  geradezu  ausgezeichnete.    Die 

siehe  den  Artikel  „Heil-  und  G  i  f  t -[  chitinhaut  ist  nicht  verkohlt  und  zeigt  kaum 

pflanze  n".  Spuren  von  Zersetzung,  so  daß  Gerhard  Holm 


fGigantostraca.  ^) 

Paläontologie. 

1.  Organisation.  2.  Uebersicht  über  die 
Genera.  3.  Systematische  Stellung  der  Giganto- 
stracen.   4.  Vorkommen  und  Lebensweise. 

I.  Organisation.  Der  Körper  der  Giganto- 
stracen, die  bis  zu  2  m  groß  werden  können, 
hat  eine  langgestreckte  eilanzettliche  Form. 
Er  ist  flach  und  zeigt  nur  längs  der  Mittel- 
linie eine  stärkere  Wölbung.  Die  Männchen 
scheinen  durchweg  ein  wenig  kleiner  zu 
sein  als  die  Weibchen.  Die  dünne  Chitin- 
haut ist  schuppig  verziert  und  an  ein- 
zelnen Stellen,  namentlich  auf  der  Unter- 
seite des  Cephalothorax  mit  feinen  Härchen 
bedeckt.  Nur  die  beiden  karabrischen  Gat- 
tungenf  Sidneyia  Walcott  undfAmiella 
Wale  Ott  sind  glatt.  Der  gesamte  Körper 
läßt  eine  Gliederung  zu  in  den  einheitlichen 
Cephalothorax  mit  den  Kau-  und  Bewegungs- 
organen und  das  Abdomen.  x\us  der  Zahl  der 
Gliedmaßen  läßt  sich  schließen,  daß  minde- 
stens 6  Segmente  an  dem  Aufbau  des  Cephalo- 
thorax teilnehmen.  Eine  Ausnahme  bilden 
in  dieser  Beziehung  wiederum  die  beiden 
kambrischen  Grattungen  jSidnejna  Wal- 
cott und  f  Amiella  Walcott,  bei  denen 
nur  5  Gliedmaßenpaare  am  Cephalothorax 
beobachtet  sind.  An  den  Cephalothorax 
schließt  das  Abdomen  an,  das  in  ein  Prä- 
und  Postabdomen  geteilt  werden  kann.  Der 
dem  Präabdomen  der  Skorpione  vergleich- 
bare Abschnitt  besteht  meistaus  6  Segmenten, 
denen  auf  der  Unterseite  5  paarige  Platten 
entsprechen,  die  dem  Postabdomen  fehlen. 
Bei  f  Slimonia  Page  tritt  diese  Gliederung 
auch  äußerlich  schon  hervor.  Insgesamt  be- 
steht das  Abdomen  aus  12  Segmenten  und 
einem  Endstachel  oderTelson.  Beif  Sidneyia 
Walcott  beträgt  die  Gesamtzahl  der  Äb- 
dominalsegmente  12,  von  denen  aber  9 
kiemenartige  Anhänge  tragen.  Die  Zahl  der 
Segmente  ist  somit  bei  Slimonia  Page  um 
eins  geringer  als  bei  den  ausgewachsenen 
Eurypteriden.  J.  M.  Clarke  fand  sehr  junge 
Exemplare  vonjEurypterus  mit  11  und  solche 
von  fHughmilleria  Clarke  mit  10  Seg- 
menten. Es  findet  also  bei  den  Gigant- 
ostracen ebenso  wie  bei  den  Trilobiten  onto- 
genetisch  und  phylogenetisch  eine  Vermeh- 
rung der  Segmente  statt. 


n 


TIL.^v^.s^l  I 


I  \  !/ 


Art 


^)  Ein  f  bedeutet  ausgestorbene  Gattung  oder 


Fig.  1.     Eurypterus  Fischeri.     Restaurierte 
Rückenansicht.     Aus  Zittel.     Nach  Schmidt. 


von  diesem  Material  vorzügliche  Präparate 
herstellen  konnte.  Auf  dessen  Darstellung 
beruht  auch  zur  Hauptsache  die  nachfolgende 
Beschreibung    des    Baues    der    Gigantostracen. 

Der  Cephalothorax  hat  einen  vier- 
seitigen Umriß  mit  abgerundeten  Vorder- 
ecken. Den  Rand  bildet  ein  schmaler  er- 
habener Limbus. 

Auf  dem  Cephalothorax  sind  2  Paar 
Augen  vorhanden,  von  denen  die  kleineren 
Nebenaugen,  Ocellen,  immer  dicht  neben- 
einander auf  der  Mitte  des  Kopfschildes 
liegen.  Die  großen  Seitenaugen  stellen  glatte 
wulstartige,  eingekrümmte  Leisten  dar,  auf 
denen  Linsen  nicht  nachgewiesen  sind.  Bei 
fEurypterus  Dekay  und  fStylonurus 
Page  liegen  sie  auf  der  Dorsalseite,  bei 
fSlimonia  Page  und  fPterygotus 
Agassiz  marginal  am  Vorderrande. 

Die  Schale  biegt  auf  der  Unterseite  zu 
einem  schmalen   Umschlag  um,   der   durch 


40 


Grigantostraca 


eine  Naht  von  den  beiden  Randschildern  ge- 
trennt ist.  Diese  sind  durch  eine  Längsnaht 
voneinander  geschieden  und  gehen  ihrer- 
seits in  eine  sehr  i'eiue,  dünne  Haut  über,  in 
welche  die  6  (lliedniaßenpaare  eingefügt 
sind. 

Vor  der  Mundöll'iuuig  liegt  ein  präorales 
Scheren]) aar,  Scherent'ühler,  das  bei  den 
meisten  Formen  (jEurypterus  usw.)  sehr 


Fig.  2.  Eurypterus  Fischeri.  Unterseite  des 
Cephalothorax  eines  Männchens  mit  dem  prä- 
oralen Scherenpaar  (an  der  Mittellinie  vor  der 
Mundöffnung),  den  5  Kaufußpaaren  (4.  und  5. 
unvollständig)  und  dem  Metastom.  Aus  P  o  m  - 
;peckj  (Neues  Jahrbuch).     Nach  Holm. 

klein  ist  und  von  den  älteren  Forschern  über- 
sehen war,  das  bei  fPterygotus  iVgassiz 
dagegen  eine  ungewöhnliche  Länge  hat.  Bei 
jEurypterus  besteht  es  ganz  ähnlich  wie 
bei  Limulus  ans  einem  ßasalglied  und  der 
Schere.  Von  Interesse  ist,  daß  die  kambrische 
Gattung  fSidneyia  keine  Scherenfühler, 
sondern  echte  und  lange  gegliederte  Antennen 
besitzt. 


Die  ö  folgenden  Fuß  paare  sind  in  den 
Hauptzügen  bei  allen  Formen  von  gleichem 
Bau.  Bei  f Eurypterus  Dekay,  fPtery- 
gotus  Agassiz  und  fSlimonia  Page 
nehmen  die  4  ersten  ziemlich  gleichmäßig  von 
vorn  nach  hinten  an  Länge  zu.  DasletzteFuß- 
])aar  ist  dagegen  zu  einem  langen  Schwimm-, 
Wühl-  oder  Kriechfuß  umgewandelt.  Bei 
Stylonurus  Page  sind  die  beiden  letzten 
Fußpaare  sehr  stark  verlängert  und  fast  so 
lang  wie  das  Tier  selbst. 

Die  Kaufußpaare  umgeben  mit  den 
plattenförmigen  Coxalgliedern  den  Mund. 
Diese  greifen  von  hinten  nach  vorn  dach- 
ziegelartig übereinander,  so  daß  sie  zum 
größten  Teile  bedeckt  sind  und  nur  das 
hintere  Coxalglied  frei  liegt,  das  wiederum 
eine  bedeutende  Größe  hat.  Die  Coxalglieder 
sind  mit  ihrem  hinteren  Teile  an  der  Kopf- 
haut befestigt,  wo  außerdem  noch  ein  Epi- 
coxalglied  eingelenkt  ist.  Epicoxalglieder 
sind  bisher  außer  bei  Eurypterus  noch  von 
M.  Laurie  bei  fSlimonia  beobachtet.  Li- 
mulus zeigt  ganz  Analoges:  Epicoxite  am 
zweiten  bis  vierten  Kaufußpaar.  An  dem 
schmaleren,  dem  Munde  zugewandten  Teile 
sind  die  Coxalglieder  zu  kräftigen  Kauladen 
umgewandelt. 

Der  auf  das  Coxalglied  distalwärts 
folgende  Teil  besteht  im  Durchschnitt  aus 
6  bis  8  Gliedern.  Sie  tragen  auf  der  Unter- 
seite kräftige  Stacheln,  das  distale  Glied 
außerdem  einen  Endstachel.  Keine  Stacheln 
zeigen  bei  Eurypterus  das  zweite  Glied  des  zwei- 
ten und  dritten  Kaufußpaares  und  außerdem 


Fig.  3.     Eurypterus  Fischeri.     Restaurierte  Unterseite   des    Weibchens.     Cephalothorax  und 
die  vorderen  4  Blattfußpaare.     Aus  Pompeckj   (Neues  Jahrbucli).     Nach  Holm. 


Giffantostraca 


41 


sämtliche  Glieder  des  vierten  (mit  Aus- '  Anhänge.  Die  Blattfüße  bilden  an  ihrem 
nähme  des  Endgliedes)  und  des  fünften  Vorderrande  einen  sehr  schmalen,  am  Hinter- 
Kaufußpaares.   Beachtenswerte  Unterschiede   rande    einen     breiteren    Umschlag,    mittels 


konnte  Holm  im  Bau  des  zweiten  Kaufuß- 
paares bei  fEurypterus  Fischeri  fest- 
stellen. Es  besteht  insgesamt  aus  8  Gliedern. 
Bei  der  dem  Männchen  eigentümlichen  Aus- 
bildung trägt  das  fünfte  Glied  einen  langen 
schlaucliartigen  Anhang,  der 
dem    Männchen     vermutlich  jk 

zum    Festhalten    des    Weib-  ^      ' 

chens  bei  der  Begattung 
diente.  Dem  Weibchen  selbst 
fehlt  dieser  schlauchartige 
Anhang.  Etwas  abweichend 
ist  das  erste  Kaufußpaar  bei 
fSlimonia  Page  ausge- 
bildet, bei  der  es  keine 
Stacheln  trägt,  sehr  dünn 
und  antennenartig  ist. 

Das  Coxalglied  des    fünf- 
ten    Fußpaares     wird    nach 
der  Mittellinie   des   Cephalo- 
thorax   hin   in   seinen   rand- 
lichen   Partien    vom    Meta- 
st oni  überdeckt,  mit  dem  es 
durch  einen   Umschlag    ver- 
bunden   ist.     Das  Metastom 
selbst     stellt      eine      ovale, 
vorn      ausgeschnittene     und 
gezähnte  Platte  dar,  die  an  den  Seiten  mit 
breitem    Umschlag    in    das    Coxalglied    des 
fünften  Fußpaares  übergeht.     Nur  bei  ein- 
zelnen  Formen   (fEurypterus    Fischeri) 
wurde    bisher    die    Andeutung    einer    Zwei- 
teilung  des    Metastoms    beobachtet.      Des- 
halb vergleicht  es  Holm  auch  mit  den  paa- 
rigen Chilarien  von  Limulus. 

Unter  dem  Metastom  und  mit  diesem  und 
dem  Coxalglied  des  fünften  Fußpaares 
durch  einen  Umschlag  verbunden  liegt  eine 
weitere  dünne,  doppelte  Platte  oder  ver- 
dickte Hautfalte,  das  Endostoma,  das,  von 
außen  nicht  zu  sehen,  die  eigentliche  hintere 
Begrenzung  der  Mundöffnung  bildet.  In  der 
Mitte  ist  es  tief  ausgeschnitten,  aber  nicht 
gezähnelt.  Holm  beobachtete  an  dem- 
selben bei  fEurypterus  Fischeri  Eichw.  noch 
Hautfetzen,  die  er  als  die  Hinterwand  des 
Schlundes  deutete. 

Die  vorderen  6  x\bdominalglieder  (das 
Präabdomen)  sind  auf  der  Unterseite  nicht 
geschlossen.  Sie  bilden  hier  nur  einen  kurzen 
schmalen  randlichen  Umschlag,  der  in  die 
zarte  weiche  Haut  übergeht,  die  die  Unter-  \  Medianzipfel  de 
Seite  des  Tieres  bildet.  Von  der  Haut  der  Männchen!- 
Unterseite  gehen,  senkrecht  zur  Längs- 
erstreckung des  Tieres  gestellt,  Hautdupli- 
katuren  aus,  die  zu  Blattfüßen,  ähnlich  wie 
bei  Limulus,  umgewandelt  sind.  Den  vorderen 
6  Abdominalsegmenten  entsprechen  in  der  Re- 
gel nur  5  Blattfüße.  Bei  f  S i d n  e y i a  tragen 
9  Segmente  auf  der  Unterseite  kiemenartige 


dessen  sie  in  die  Haut  der  Unterseite  über- 
gehen. Diese  Umschlaghaut  oder  Membran 
ist  in  quergestellte  Falten  gelegt,  welche 
bei  der  Atmung  und  der  Aufrichtung  der 
Blattfüße  gestreckt  wurden.  Unter  denBlatt- 


Fig.  4.  Eurypterus  Fischeri.  Cnten  links  in  der  Figur  ein 
Teil  eines  Blattfußes.  Oberhalb  desselben  die  zum  Teil  zu- 
sammengefaltete Membran  der  Innenseite  des  Blattfußes  mit 
einer  ovalen  Kiemenplatte.  Aus  Pompeckj  (Neues  Jahrbuch). 
Nach  Holm. 


fußen  und  an  diesen  befestigt  waren  die  Kiemen 
(Fig.  4).  Alle  5  Blattfüße  zeigen  eine  Median- 
naht oder  sind  in  der  Mittellinie  vielleicht 


Fig.  5.     Eurypterus  Fischeri.     Medianzipfel 

des  Weibchens.  Ans  Pompeckj  (Neues  Jahrbuch). 

Nach  Holm. 


Fig.  6.    Euryp- 
terus Fischeri. 


Aus    Pompeckj 

(Neues  Jahrb.). 

Nach  Holm. 


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""^■f  >-' 


m 


ganz,  wenn  auch  nur  minimal  voneinander 
getrennt.     Während  sie  bei  fEurypterus, 


42 


Gigantostraca 


-j-Pterygotus,  fStyloiiuriis  usw.  immer-   Ohne   Metastoma.      Telson   als   Flosse  aus 
hin  alle  5  in  der  Mittellinie  zusammenstoßen,   gebildet. 

ist  dies  bei  f  Slimonia  nur  bei  den  ersten  Die  präkambrische  Gattung  f  Beitina 
Platten  („genital  operculum")  der  Fall,  Walcott,  Kanada,  ist  sehr  problematischer 
während  die  3  hinteren  Blattl'ußpaare  in  Natur.  fSidneyia  Walcott  undf  Amiella 
der  Mitte  weit  voneinander  getrennt  bleiben.  Walcott,  Mittelkambrium  Nordamerika. 
Das  vorderste  Blatti'ußpaar,  genital  oper-  2b)  Familie  I^urypteridae.  Cephalo- 
culum,  das  zuw^eilen  außer  der  medianen  thorax  etwa  so  lang  wie  breit  mit  6  Glied- 
Naht  noch  eine  falsche  Quernaht  infolge  maßenpaaren,  von  denen  das  erste  scheren- 
dichtstehender  Schuppen  hat,  zeigt  beim  förmig  ist.  Metastoma  vorhanden, 
weiblichen  und  männlichen  Tiere  Ver-  fEurypterus  Dekay  mit  etwa  25  Arten, 
schiedenheiten.  Beim  Weibchen  liegt  un-  bekannt  geworden  aus  dem  Obersilur  von 
mittelbar  am  Vorderrande  in  der  Mitte  jeder-  England,  Gotland,  Oesel,  Podolien,  ist  im 
seits  der  Mittellinie  eine  fünfeckige  Platte,  Devon  selten,  im  Karbon  dagegen  zum  Teil 
die  die  Basalglieder  eines  mittleren  Zipfels  !  wieder  häufiger,  f  Hughmilleria  J.  M. 
bilden.  Auf  diese  Platte  folgen  noch  drei  Clark e  (Obersilur,  Amerika),  mit  marginal 
weitere  unpaare  Glieder,  von  denen  das  gelegenen  Seitenaugen,  leitet  vielleicht  über 
hintere  zweizipfelig  ist.  Bei  dem  männlichen  zu  fPterygotus  Agassiz,  bei  dem  die 
Tiere  fehlen  die  Basalglieder  des  Zipfels,  der  Cheliceren  stark  verlängert  und  vielgliederig 
außerdem  ganz  kurz  und  ungegliedert  ist.  j  sind.  Obersilur  von  Europa,  Nordamerika 
Auch  bei  dem  zweiten  Blattfußpaar  hat  Holm  j  und  im  Oldred  von  Schottland.  fStylo- 
einen  mittleren  Zipfel  beobachtet.  jnurus    Page  fällt  durch  die  Verlängerung 

der  beiden  letzten  Kau- 
fußpaare auf.  Obersilur, 
Devon.  fSlimonia  Page, 
Oldred   Schottland. 

Dazu  kommen  noch  eine 
Reihe  weniger  gut  be- 
kannter Gattungen:  fEu- 
sarcus  Grote  und  Pitt, 
f  Dolichopterus  Hall, 
jEchinognathus  Wal- 
cott aus  dem  Silur  Ame- 
rikas. 

jAnthraconectes  M. 
u.  W.,  Karbon  Nordame- 
rika, fAdelophthalmus 
Jordan  und  v.  Meyer 
(augenlos),  Karbon  Saar- 
brücken. 

3.  Systematische  Stel- 
lung der  Gigantostracen. 
Wenn  die  Eurypteriden 
allein  berücksichtigt  wer- 
den, so  zeigen  die  Giganto- 
stracen mancherlei  Bezie- 
hungen zu  dem  lebenden 
Limulus.  In  der  Zahl  und 
in  dem  Bau  der  Gliedmaßen 
des  Cephalothorax,  so  na- 
mentlich im  Vorhandensein 


7.     Pterygotus   osiliensis.     Obersilur    Oesel      l^nterseite    ^^^   Scherenfühler   und    der 
inert,     a  Lpistoma,    b  Metastoma,  oc  Augen,  I — VI  Glied-    -r;.   •         1  v    1  •    i      •  1 

n    des    Cephalothorax,    F— V   Blattfüße    des    Präabdomens.    -J^piPOxalgliecler,    sind    viele 


Fig. 

restauriert. 

maßen    v...    ^^.,,..^.,.^..^.^^^,    ^       ,      ^,„.^x«^^,    ,.,.,    xi<i..,w..wii.v..o.       -      .  ,_  ,        , 

gemeinsameZüge  vorhanden. 

Unterschiede    ergeben    sich 

abgesehen  von  der  Form  des 

Dann    folgt    das    Postabdomen,    dessen   Abdomens  u.  a.  darin,  daß  das  dachziegel- 

Segmente  auch  auf  der  Unterseite  geschlossen   artige  Uebereinandergreifen  der  Coxalglieder 

sind.  bei   Limulus    gerade    umgekehrt    ist,    und 

2.  Uebersicht   über   die   Genera.      2a)   daß     andererseits    den    Gigantostracen    die 

Familie  Sidneyidae.   Cephalothorax  breit   unpaare    Platte    fehlt,    die    bei    Limulus 

und  kurz.  5  Gliedmaßenpaare,  von  denen  das  j  zwischen     den      Basalgliedern     des     ersten 

vorderste  lange,  gegliederte  Antennen  sind.  1  Kaufußpaares    liegen.       An    einem   gemein- 


G-igantostraca  —  Gii-tanner  ^„^H^^rio^fUu 


A 


^ 


43 


samen  Ursprung  ist  ein  Zweifel  wohl  kaum 
möglich. 

Andererseits  zeigen  sie  Aehnlichkeit  mit 
Skorpionen,  worauf  besonders  Lankester 
hingewiesen  hat,  mit  denen  sie  u.  a.  die 
Zahl  der  Abdominalsegmente,  die  Zahl 
der  Gliedmaßenpaare,  die  Gliederung  in 
Prä-  und  Postabdomen  (Slimonia)  usw. 
gemeinsam  haben.  Demgegenüber  sind  aber 
große  Unterschiede  im  Bau  des  Präabdomens 
vorhanden. 

Auf  nahe  Beziehungen  zu  den  Arach- 
niden  hat  Malcolm  Laurie  hingewiesen. 
Thelyphonus  (vgl.  den  Artikel  „Arach- 
noidea",  Fig.  18)  und  Phrynus  haben  am 
Cephalothorax  6  Gliedmaßenpaare  und  ein 
Abdomen  jnit  12  freien  Segmenten.  Daß  auch 
große  Unterschiede  vorhanden  sind,  nament- 
lich im  Bau  der  Unterseite  von  Thely- 
phonus, beweist  natürlich  nichts  gegen  die 
nahen  Beziehungen. 

Nach  alledem  was  heute  vom  Bau  der 
Gigantostracen  bekannt  ist,  läßt  sich  über 
ihre  systematische  Stellung  sagen,  daß  sie 
zusammen  mit  Skorpionen  und  Limnlus 
von  gemeinsamen  Vorfahren  abstammen. 
Die  Skorpione  stehen  den  Eurypteriden 
wohl  am  nächsten.  Die  kambrischen  Gat- 
tungen, die  Antennen  besitzen,  nähern  sich 
mehr  den  Crustaceen  und  leiten  vielleicht 
zu  den  Trilobiten  über. 

4.  Vorkommen  und  Lebensweise.  Das 
geologische  Vorkommen  der  Gigantostracen 
ist  in  vieler  Beziehung  eigentümlich.  Im 
Kambrium  haben  sie  sich  bisher  nur  in 
marinen,  aber  wahrscheinlich  küstennahen 
Ablagerungen  gefunden,  und  zwar  zusammen 
mit  Crustaceen  und  Würmern.  Mit  Trilo- 
biten, Cephalopoden  und  Graptolithen  sind 
sie  im  Untersilur  Amerikas  gefunden.  Im 
Obersilur  und  Oldred  dagegen  sind  sie 
entweder  auf  küstennahe  Ablagerungen  oder 
gar  auf  kontinentale  Bildungen  (Oldred) 
beschränkt.  Im  produktiven  Karbon  sind 
sie  mit  Landpflanzen,  Skorpionen,  Insekten, 
Fischen  und  Süßwasseramphibien  vergesell- 
schaftet. 

Daraus,  daß  die  Gigantostracen  im  Ober- 
silur, Devon  und  Karbon  in  den  weitverbrei- 
teten nuxrinen  Ablagerungen  ganz  fehlen, 
dort  aber,  wo  es  sich  um  kontinentale  oder 
küstennahe  Bildungen  handelt,  stellenweise 
recht  häufig  sind,  ergibt  sich  der  Schluß,  daß 
sie  zwar  Wasserbewohner  waren,  aber  viel- 
leicht Süßwasserbewohner,  und  daß  sie  nur 
durch  die  Flüsse  in  die  Meere  hinausgetragen 
sind.^)  Für  die  untersilurischen  und  kam- 
brischen Formen  ist  freilich  vorläufig  an 
einer  marinen  Lebensweise  festzuhalten. 


Literatur,  (Vergleiche  die  Zusammenstellung  in 
Ztttels  -Lefirlntt^  der  Palüuntologie.  I.  Teil: 
Inrertebrata,  1910.  —  Atißerdfm  M.  Lanrie, 
Anatomy  and  Relaiinns  of  Euryptcrida,  1S9S. 
—  G,  Holm,  Neue  Bearbeitung  des  Eurypterus 
Fischcri.  Bull.  Acad.  Imperial  Sei.  St.  Peters- 
bnurg  (5J,  4,  1S96.  —  Ch.  D.  Walcott, 
Covibrian  Geology  and  Palaeontology ,  2,  Nr.  2 : 
Middle  Cambrian  Merostomata.  Smiths.  Miscell. 
Collect.,    Vol.  57,   Nr.  2.      Washington  1911. 

R.    Wedekind, 


Gilbert 

William. 

Geboren  am  24.  Mai  1544  in  Colchester,  ge- 
storben am  30.  November  1603  in  London. 
Er  studierte  am  St.  Johns  College  in  London, 
verbrachte  dann  3  Jahre  auf  Reisen,  vorwiegend 
in  Itahen.  1573  ließ  er  sich  in  London  als  Arzt 
nieder,  1599  wurde  er  zum  Leibarzt  der  Königin 
Elisabeth  ernannt.  Gilbert  ist  der  Begründer  der 
Lehre  vom  Magnetismus,  deren  Grundlage  er 
1600  veröffentlichte.  Neben  seinen  magnetischen 
unternahm  er  elektrische  Untersuchungen, 
und  er  war  es,  der  den  Namen  elektrische  Kraft 
für  die  Anziehung  des  Bernsteins  einführte« 
Die  Kopernikanische  Lehre  fand  in  ihm  ihren 
ersten  Verteidiger  in  England.  Seine  Manu- 
skripte und  Apparate  wurden  bei  dem  Brand 
von  London  1666  zerstört. 

E.  Drude. 


1)  Pompeckj  hat  bereits  seit  einer  Reihe 
von  Jahren  diese  Anschauung  in  seineu  Vor- 
lesungen vertreten. 


Girtanner 

Christoph. 

1760  bis  1800.  Er  wurde  geboren  in  _  St. 
Gallen,  studierte  in  Göttingen,  praktizierte 
eine  Zeitlang  in  seiner  Vaterstadt,  machte 
größere  Reisen  durch  die  Schweiz,  Frankieich 
und  England  und  landete  schließüch  in  Göttingen, 
wo  er  sich  durch  Privatvorlesungen  und  eine 
umfangreiche  schriftstellerische  Tätigkeit  be- 
kannt machte.  Anfangs  Anliänger  wurde  er 
später  energischer  Gegner  der  Bro  wuschen 
Lehre,  die  er  in  einem  zweibändigen  Werk  „Aus- 
führliche Darstellung  des  Browiischen  Systems 
der  praktischen  Heilkunde  etc."  (Göttingen  1797 
bis  1798)  mit  Erfolg  bekämpfte.  Seine  ver- 
nichtende Kritik  schloß  er  mit  folgenden  Worten. 
,, Nunmehr,  da  ich  meinen  mächtigen  Gegner 
durch  die  Waffen  der  Vernunft  bekämpft  und 
ihn  so  zu  Boden  geworfen  habe,  daß  er  nicht 
wieder  aufstehen  kann,  trete  ich  mit  dem  ange- 
nehmen Gefühl  des  Siegers  vom  Kampf  platze  ab 
und  hänge  gLdch  den  Gladiatoren  des  alten  Roms 
meine  Watfem-üstung  auf."  Uebrigens  gehört 
Girtanner  zu  den  Anhängern  der  Lehre  vom 
amerikanischen  Ursprung  der  Syphilis.  Außer- 
dem ist  er  einer  der  ersten  gewesen,  die  auf  die 
Entdeckung  des  Sauerstoffes  durch  Lavoi- 
s  ie  r  aufmerksam  gemacht  haben.     Es  geschah 


44 


Girtanner 


Glas 


das  in  der  Schrift  „Anfangsgründe  der  antiphlo- 
gistischen Theorie"  (Göttingen  1792). 
Literatur.     Jiiogr.  Lex.  ed.  Hirsch. 

J.  Pagel. 


Gladstone 

John  Hall. 

Geboren  am  7.  ]\Iärz  1827,  gestorben  am  6.  Ok- 
tober 1902  zu  London,  wo  er  Professor  der  Chemie 
an  der  Royal  Society  war.  Als  Schüler  Liebigs 
hat  er  sich  vielseitig  in  den  verschiedenen  Gebie- 
ten der  anorganischen,  organischen,  physiolo- 
gischen nnd  der  physikalischen  Chemie  betätigt. 
In  letzterer  Hinsicht  sind  seine  Ex]3erimental- 
nntersuchungen  über  Refraktions-  und  Disper- 
sions-Aequivalente,  über  elektrochemische  Gegen- 
stände sowie  über  die  Wirkungsweise  des  ,, Kupfer- 
Zink-Paares"  auf  organische  Stoffe  von  Bedeu- 
tung. Auch  über  die  Bekanntschaft  alter  Kultur- 
völker mit  Metallen  hat  er  Studien  veröffentlicht. 
Wertvoll  ist  seine  Biographie  Farad  ays  (deutsch 
1882).  Seine  zahlreichen  Abhandlungen  erschie- 
nen meist  in  englischen  Zeitschriften,  besonders 
im  Journal  of  the  Chemical  Society,  in  den 
Proceedings  of  the  Royal  Society,  im  Philosophie;  1 
Magazine,  einige  auch  in  deutscher  Bearbeitung 
(in  den  Annalen  der  Chemie,  in  dem  Journal 
für  praktische  Chemie  und  in  den  Berichten 
der  deutschen  chemischen  Gesellschaft). 

E,  von  Meyer. 


Glas. 

1.  Begriff  im  technischen  Sinne.  2.  Dar- 
stellungsverfahren und  Grenzen  des  Glasgebiets. 
3.  Haltbarkeit.  4.  Grenzwerte  der  physikalischen 
Konstanten.  5.  Abhängigkeit  der  physikalischen 
Eigenschaften  von  der  chemischen  Zusammen- 
setzung.    6.  Glasfarbstoffe.     7.  Trübungsmittel. 

I.  Begriff  im  technischen  Sinne.  Glas 
bedeutet  technisch  den  Inbegriff  von 
chemisch  ziemlich  weit  verschiedenen  Stoffen, 
deren  physikalische  Eigenschaften  innerhalb 
konventioneller  oder  durch  den  Gebrauch 
bestimmter  Cirenzwerte  liegen,  die  infolge- 
dessen nicht  wissenschaftlich  zu  begründen 
sind.  Die  charakteristischen  gemeinsamen 
Merkmale,  welche  ,, technische  Gläser" 
haben  sollen,  sind  folgende:  Amorpher  Zu- 
stand (in  diesen  gelangen  die  bis  jetzt  be- 
kannten Gläser  durch  Unterkühlung  aus  dem 
Schmelzfluß);  cliemische  Homogenität  (wie 
Lösungen  z.  B.);  Starrheit  bei  den  gewöhn- 
lichen Gebrauchstemperaturen;  hohe  Licht- 
durchlässigkeit (die  im  Gegensatz  zur  metalli- 
schen Absorption  auch  bei  den  stark  gefärbten 
Gläsern  vorhanden  ist);  geringe  elektrische 
und  thermische  Leitfähigkeit;  endlich  ge- 
nügende Haltbarkeit  an  der  Luft,  in  Be- 
rührung mit  Wasser  und  gewissen  anderen 


Reagenzien.  —  Viele  im  Handel  so  genannte 
,,  Gläser",  wie  ,, Milchglas",  ,, Opalglas", 
,,Aventuringlas"  oder  gar  „Drahtglas"  sind 
demnach  als  mechanische  Gemenge  von  Cilas 
und  anderen  (unter  Umständen  ebenfalls  gla- 
sigen) Stoffen  zu  betrachten,  bei  denen  das 
eigentliche  Glas  auch  dem  physikalischen 
Verhalten  nach  überwiegt  (Porzellan  z.  B.  ist 
zum  Teil  glasig,  aber  überwiegend  ist  hier 
der  kristallisierte  Zusatz).  Neuerdings  ist 
man  bemüht,  wenigstens  für  gewisse  Ge- 
brauchszwecke exakte  Grenzwerte  (vgl. 
,, Haltbarkeit")  festzulegen,  nach  denen  die 
entsprechenden  Produkte  der  Technik  klassi- 
fiziert werden  sollen.  Wichtig  sind  solche 
Bestimmungen  für  die  Materialprüfungs- 
ämter, auch  für  Zollfragen  können  sie  von 
Wert  sein. 

Dis  bis  jetzt  bekannten  Zusammen- 
setzungen enthalten,  unter  Berücksichti- 
gung der  Jenaer  Ciläser:  SiOo,  B0O3,  P0O5; 
ÄI0O3;  LioO,Na20,  K2O;  MgO,CaO;ZnO,BaO 
PbO,  Sb2Ö3,  AsgOg  (geringe  Mengen).  Hierzu 
kann  man  noch  als  verwendbare  Bestandteile 
zur  Bildung  farbloser  oder  wenig  gefärbter 
Gläser  rechnen:  TiO.,,  ZrO,,,  SrO  und  Fluoride 
(Farbstoffe  und  Trübungsmittel  s.  unten). 

2.  Darstellungsverfahren  und  Grenzen 
des  Glasgebiets.  Die  Oxyde  werden  in  ver- 
schiedener Form  zum  Verschmelzen  gebracht. 
SiOj  wird  eingeführt  als  natürlicher  oder 
gesc'hlämmter  Quarzsand  (auch  Quarzit, 
Silikatgesteine,  Silikate  werden  benutzt); 
B2O3  als  Hydrat  oder  Borax;  P2O5  in  flüssi- 
ge*r  Form;  AI.,03  als  Hydrat  oder  Kaolin; 
Li20,  NaoO,  KoO,  MgO,"CaO,  BaO,  ZnO  als 
Karbonate,  zum  Teil  als  Sulfate  oder  (in 
kleinen  Mengen)  als  Nitrate  (Oxydation!),  zum 
Teil  als  Oxyde  (Zn,  Mg,  Ca);  PbO  als 
Mennige  oder  Glätte;  SboOg,  AS2O3  als  solche. 

Die  Mischung  der  "Rohstoffe  (,,Satz", 
,, Gemenge")  wird  entweder  in  Tontiegeln, 
sogenannten  Häfen  oder  in  großen,  für  kon- 
tinuierlichen Betrieb  eingerichteten,  aus 
feuerfesten  Tonsteinen  erbauten  Behältern, 
den  sogenannten  Wannen  geschmolzen 
(Regenerativ(Gas-)ofen  von  Siemens).  Die 
nötigen  Temperaturen  betragen,  gemessen 
mit  dem  optischen  Pyrometer  von  Wanner 
oder  Holborn-Kurlbaum  (nach  dem 
Wien  sehen  Gesetz:  Temperatur  =  a: 
[b  —  log  Intensität  der  Strahlung],  für  Rot  C 
benutzt) : 

Einschmelztemperatur  Glasart 

1000"  Phosphatglas 

iioo"  Schweres  Bleisilikatglas 

1130"  Boratglas 

1320»  SchweresBaryum-Borosilikat- 

glas 
1370"  (iewühnliches   Bleisilikatglas, 

1410»  Gewöhnliches  Kalksilikatglas. 

Diese  Temperaturen  haben  nichts  zu  tun 
mit  einem  ,, Schmelzpunkt".     Das  Glas  hat 


Glas 


45 


keinen  Schmelzpunkt,  sondern  es  ändert 
ganz  allmählich  seine  Zähigkeit  (bei  der  Ab- 
kühlung) oder  seine  Festigkeit  oder  ^Elastizität 
(beim  Erhitzen):  Es  erweicht  mit  zuneh- 
mender Temperatur.  Der  Beginn  der  Er- 
weichung liegt  bei  vielen  Gläsern  schon  sehr 
tief  (unter  SOO»). 

Zur  Läuterung  der  Schmelze  (Blank- 
schmelzen, Vertreibung  der  Gasblasen) 
geht  man  gewöhnlich  50  bis  100'*  über  die 
Einschmelztemperatur.  Um  die  (iaseinschlüsse 
leichter  zum  Entweichen  zu  bringen  wird 
häufig  Arsenik  zugesetzt  (0,2  bis  1%).  Eine 
ganz  andere  Art  der  Behandlung  erfordert 
die  Darstellung  des  Quarzglases.  Man 
schmilzt  den  Quarz  am  vorteilhaftesten  im 
elektrischen  Ofen  bei  über  2000"  C.  Homo- 
gene Stücke  erhält  man  durch  vorsichtiges 
Anwärmen  der  Kristalle  auf  500"  (Muffel) 
und  plötzliches  Einwerfen  in  den  weiß- 
glühenden Ofen. 

Der  Glasbildung  sind  —  abgesehen  von 
der  Einschränkung  auf  die  verfügbaren 
Stoffe  und  Temperaturen  —  ziemlich  enge 
Grenzen  gezogen,  einmal  wegen  der  Fähigkeit 
der  Schmelze  zur  Kristallisation,  sodann 
wegen  der  Zersetzlichkeit.  —  Wie  diese 
beiden  Faktoren  zusammenwirken,  um  aus 
dem  Felde  der  möglichen  schmelzbaren 
Mischungen  die  technisch  brauchbaren  Gläser 
abzugrenzen,  sei  hier  an  der  Natron -Kalk- 
Silikatreihe  betrachtet,  welche  weitaus 
die  größte  industrielle  Bedeutung  besitzt 
(Fensterglas,  Spiegelglas,  Hohlglas).  Nach 
R.  Seh  aller  hat  man  zunächst  die  „obere 
Entglasungstemperatur"  zu  ermitteln, 
d.  h.  die  oberste  Temperatur  des  Gleich- 
gewichts zwischen  dem  abgeschiedenen  Kri- 
stallisierten und  der  Schmelze.  Ferner 
muß  man  die  Größe  der  Zähigkeit  (Visko- 
sität) kennen,  welche  die  flüssige  Glasmasse 
zur  Verarbeitung  an  der  Pfeife  geeignet 
macht ;  diese  muß  oberhalb  der  Entglasungs- 
temperatur den  richtigen  Wert  besitzen, 
denn  wenn  die  Schmelze,  um  genügend 
zähflüssig  zu  sein,  unter  diese  Temperatur 
abgekühlt  w^erden  müßte,  so  würde  die 
Kristallisation  eintreten.  Die  Haltbarkeit, 
d.  h.  die  Verwitterungsfähigkeit  der  gewöhn- 
lichen Gebrauchsgläser  bestimmte  Schaller 
titrimetrisch,  in  relativen  Werten.  In  Figur  1 
sind  dargestellt  für  das  System  NaoO — 
CaO — SiOg  die  Linien  gleicher  Zersetzlichkeit 


(ausgezogen)  und  die  Linien  gleicher  Ent- 
glasungstemperatur (gestrichelt).  Oberhalb 
des  Punktes,  welcher  dem  hypothetischen 
Doppelsilikat  NaaO.CaO.öSiOo  entspricht 
(durch  +  bezeichnet),  sind  die  Zusammen- 
setzungen der  Fenstergläser  zu  suchen. 
Weiter  nach  oben  wird  die  Haltbarkeit  zu 
gering,  die  Glasigkeit  besser,  nach  den  übrigen 
Seiten  nimmt  letztere  ab.  Auf  der  kalkärme- 
ren Seite  scheidet  sich  leicht  SiO.,  ab,  auf 
der  anderen  CaSi().j  (als  WoUastonit),  nach 
der  reinen  Kieselsäure  zu  gibt  es  keine 
Gläser.  Durch  die  Forderung,  ein  haltbares 
Glas  herzustellen,  wird  der  Glasschmelzer 
also    in  den  Einschnitt  hineingedrängt,    der 


Fig.  1. 

durch  die  Linien  gleicher,  für  die  Verarbeitung 
günstig  gelegener  Entglasungstemperatur  und 
gleicher,  noch  zulässiger  Zersetzlichkeit  ge- 
bildet wird.  —  Bis  jetzt  gibt  es  die  folgendien 
chemischen  Klassen  technisch  dargestell- 
ter Glasarten: 

L  Silikatgläser, 
IL  Alumosilikatgläser, 

III.  Borosilikatgläser, 

IV.  Alumo-Borosilikatgläser, 
V.  Boratgläser, 

VL  Alumo-Boratgläser, 
VII.  Phosphatgläser, 
VIII.  Alumo-Phosphatgläser. 
Darin  ergeben  sich  mit  Rücksicht  auf  die 
Alkalien  folgende  Gruppen: 

A.  Natrongläser, 

B.  Kaligläser, 

C.  Natron-Kaligläser, 

D.  Alkalifreie  Gläser. 

Innerhalb  dieser  (iruppen  sind  bis  jetzt 
praktisch  verwertet  worden  folgende  Kom- 
binationen mit  schweren  Metallen: 


A.  Gläser 
mit  1  Metall 

B.  Gläser  mit  2  Metallen 

C.  Gläser  mit  3  Metallen 

1 

2             1           3             i           4 

6 

G                       7 

Mg 
Ca 
Zn 
Sb 
Ba 
Pb 

Mg,  Zn 

Ca.  Zn       I 

Ca,  Ba             Zn,  Ba 
Ca,  Pb             Zn,  Pb 

Ba,  Pb 

Ca,  Zn,  Pb 
Ca,  Ba,  Pb 

Zn,  Ba,  Pb 

46 


Glas 




^ 

-u> 

15 

■^    CO 

0    0 

.52  c 

'S 

imisches 
räteglas 
Kavalie 

glisches 

ronglas 

=  1,52 

11 

< 

'S- 

'^     r/1 

SiO., 

72,3 

70,0 

72,1 

74,5 

76,0 

70,6 

50,2 

B,o; 



— . 

— 

— 

— 



P.Ü5 

— 

— 

— 

— 

— 

— 



Al,03 

1,2 

1,8 

2  2 

1,2 

0,6 





FeoOg 

0,5 

0,5: 

Na^O 

20,8 

18,9 

12,3 

15,9 

7,6 

2,0 



K^O 



— 

0,9 

^ 

7,7 

160 

11,6 

MgO 

— 

— 

— 

0,1 

0,3 

— 

— ■ 

CaO 

5,2 

8,0 

11,5 

8,9 

7,4 

11,0 

— 

Znü 

^ 

— 

— 

— 

— 

— 

Bau 



— 

— ■ 

— 

— 

— 

— 

PbO 



— 

— 

— 

— 

— 

38,1 

Sb,()3 



— 

— 

— 

— ■ 

— 

— 

As.,03 



— 

— 

— 

— • 

0,3 

— 

Mn..()3 



0,5 

— 

— 

Sp. 

0,1 

— 

SO, 



0,6 

— 

— 

— 

— ■ 

Glühvprliist 

— 

— 

0,3 

— ■ 

— 

— 

— 

I      100,0 


100,3 


19,9 


100,6 


99,6 


99,9 


Fig.  2. 

Das  vollständige  System  der  bekannten 
Gläser  und  ihrer  physikalischen  Eigenschaften 
ist  in  Fischers  Handbuch  der  chemischen 
Technologie  gegeben  (E.  Zschimnier,  Glas). 
Die  ))rozentische  Zusammensetzung  einiger 
technischer  Gläser  findet  man  in  der  oben 
stehenden  Tabelle. 

3.  Haltbarkeit,  Jedes  (das  wird  an  der 
Luft  oder  in  Berührung  mit  Wasser  oder 
Losungen  mehr  oder  weniger  stark  zersetzt. 
Den  wesentlichsten  Einl'luü  übt  das  Wasser 
aus,    indem    es    die    Glassubstanz    hydro- 


lytisch spaltet,  ein  Vorgang, 
der,  wie  F.  Mylius  bemerkt 
hat,  ganz  analog  ist  der  Reaktion 
zwischen  Seife  (fettsaures  Al- 
kali) und  Wasser.  Nach  E. 
Warburg  und  T.  Ihmori  (s. 
das  oben  genannte  Handbuch) 
bildet  sich  schon  bei  Berührung 
mit  Wasserdampf  eine  al- 
kalische Schicht,  entsprechend 
der  Gleichung: 

NaoSiOg  +  H2O  = 
2NaOH  +  SiOo. 

Bei  weiterer  Verwitterung 
zieht  das  stark  hygroskopische 
Alkalihydrat  so  lange  Wasser 
an,  bis  der  Dampfdruck  der 
Lösung  dieses  Zersetzungspro- 
duktes gleich  dem  Dampfdruck 
des  äußeren  Raums  ist.  Man 
beobachtet  auf  der  hydroly- 
sierten  Fläche  Tröpfchen  oder 
Kristalle  (s.  Fig.  2),  welche  bei 
Anwesenheit  von  Kohlensäure 
in  der  Luft  wesentlich  aus 
Alkalikarbonat  bestehen. 
Nach  genügend  langer  Verwitterung  oder 
durch  Kochen  in  Wasser  wird  die  Glasmasse 
schließlich  in  ein  weißes,  gipsähnliches,  aus 
zeoiithischen  Verbindungen  und  freier  SiOa 
bestehendes  Produkt  verwandelt.  Umfang- 
reiche Untersuchungen  haben  besonders 
R.  Weber  (,, Salzsäureprobe")  und  F.  Kohl- 
rausch (,, Leitfähigkeitsmethode")  angestellt 
Weber  empfiehlt  als  Normalzusammen- 
setzung die  Mischung 

6SiO.,:lRO:lRoO. 


Glas 


47 


Optisches 
Flintglas 
nn=l,61 

Jenaer 
Geräteglas 
(vor  1910) 

Jenaer  Nor- 
malglas für 
Thermometer 

ö  c 

^^  il 

a>  — H     - 

•+2 
c 
• -;  Ol 

a»  fc^     - 
Ki^  ,-1 
C  0    II 

»-3  C    Q 

Oj      g    T-l 

g  ^  bll 

j-  CO 
*-3   0    Q 

pq  e 

CO 

0   C  <M 

Ä  0  >o 

ä?    II 

gts 

1-3 

45,2 

66,7 

66,7 

70,3 

48,8 

53,5 

34,5 



7,9 

2,0 

10,0 

3,0 

20,0 

10,1 

46,5 

3,0 

— 

— 

— 

— ■ 

— 

— 

— 

— 

70.5 

0,5 

2,8 

2,5 

— 

— 

5,0 

7,5 

10,0 

0,2 

9,0 

14,5 

10,0 

0,8 

— 

— 

— 

— 

7.5 

0,1 

— 

9,5 

<^5 

6,5 

— 

— 

12,0 

— 

4,5 

— 

— 

— 

— 

— ■ 

4,0 

— 

0,3 

7,0 

— 

— 

— 

— 

— 



— 

8,3 

7,0 

— 

15,5 

— 

7,8 

— 

— 

— 

— • 

— 

— 

21,0 

— 

42,0 

— 



46,4 

— 

— 

— 

4,1 

— 

— 

46,0 

— 

— 

— 

— ■ 

— 

— ■ 

20,0 

— • 

— ■ 



0,2 

^ 

— 

0,2 

0,3 

— 

0,5 

0,2 

0,5 

— • 

0,6 

0,3 

— 

— ■ 

— ■ 

0,1 

— 

■ 

— ■ 

— ■ 

— ■ 

— ■ 

— ■ 

— • 

— ■ 

■ 

— 

— 

— 

— 

^ 

— ■ 

— ■ 

— ■ 



100,0  106,2        '      100,0       1     100,0       I      I( 

Zur  Prüfung  der  Haltbarkeit  verwendet  die 
Physikalisch -Technische  Reichsanstalt  die 
Eosinmethode  von  F.  Mj^lius.  Als  Rea- 
genz dient  eine  Lösung  von  0,5  g  Jodeosin 
(C20  J4O5H,)  in  1 1  Aether,  der  mit  Wasser  ge- 
sättigt ist.  Bei  Berührung  mit  zersetz- 
lichen  Gläsern  entstehen  rotgefärbte,  in 
Wasser  lösliche,  in  Aether  unlösliche 
Salze  vom  Typus  C20J4O5H6.R2,  deren 
Menge  in  Milligramm  pro  Quadratmeter 
Glasoberfläche  kolorimetrisch  ermittelt  wird: 

a)  nach  Ttägiger  Verwitterung  der 
frischen  Bruchfläche  in  bei  18°  mit 
Wasserdampf  gesättigter  Luft:  ,,Verwitte- 
rungsalkalität"  =  V.A. 

b)  nach  Einwirkung  eines  wässerigen 
Auszugs  (IL  und  IIL  der  Tabelle)  auf  die  3 
Tage  mit  HoO  vorbehandelte  (L  Auszug)  ge- 
blasene 0  b  e  r  f  1  ä  c  h  e  (geblasene  Ober- 
flächen sind  widerstandsfähiger,  als  Bruch- 
flächen oder  geschliffene  und  polierte 
Flächen:  wahrscheinlich  verdampfen  beim 
Blasen  Alkalien  und  Borsäure  und  es  entsteht 
so  eine  haltbarere  kieselsäurereichere  Schutz- 
schicht): „Lösungsalkalität"  =  L.A. 

Die  Reichsanstalt  setzte  hiernach  folgende 
hydrolytische  Klassen  der  Ver- 
wittert) arkeit  fest: 

(Tabelle  siehe  nebenstehend.) 

Die  Wirkung  anderer  Reagenzien  (Lösun- 
gen von  Alkalien,  Säuren,  Salzen)  muß  in 
jedem  Falle  durch  besondere  Versuche  er- 
mittelt werden  (s.  die  umfangreiche  Literatur 
über  Haltbarkeit  in  dem  oben  genannten 
Handbuch). 

4.  Grenzwerte  der  physikalischen  Kon- 
stanten.    Der  chemischen  Mannigfaltigkeit, 


100,0 


L  Wasserbestän- 
dige Gläser    . 
IL  Resistente 
Gläser     .    .    . 

III.  Härtere     Appa 
ratengläser 

IV.  Weichere  Appa 
ratengläser 

V.  Mangelhafte 
Gläser     .    . 


L.A      • 

IL  Aus-  III.  Aus- 
zug  18",  zug  80» 
7  Tage     3  Std. 


o — -5  o — -20 

5 — -10      5 — -lO      20 — ■61 

10—20      16 — '49        61 — '202 

20 — '40    49 — -202  202 — •809 
>  40      >    202      >    809 


welche  durch  die  von  0.  Schott  her- 
gestellten Jenaer  Gläser  für  wissenschaft- 
liche und  besondere  technische  Zwecke  den 
oben  (s.  2)  angegebenen  Umfang  angenommen 
hat,  entspricht  eine  erheblich  größere  Variation 
der  Konstanten  als  es  bei  den  älteren  ge- 
wöhnlichen Kalk-  und  Bleisilikatgläsern  der 
Fall  war.  Rechnet  man  als  extremste  Zu- 
sammensetzung das  Quarzglas  hinzu,  so 
ergibt  sich  folgende  Uebersicht  der  Grenz- 
werte : 

(Tabelle  siehe  nächste  Seite.) 

5.  Abhängigkeit  der  physikalischen 
Eigenschaften  von  der  chemischen  Zu- 
sammensetzung. Am  besten  untersucht 
(auch  am  genauesten  meßbar)  sind  die  op- 
tischen Konstanten.  Sie  zeigen  am  deut- 
lichsten, daß  die  Form  der  iVbhängigkeit 
keine  lineare  Funktion  darstellt,  vielmehr 
treten  oft  Maxima  oder  Minima  auf,  wo  es 


48 


Glas 


Kigciischaften 

.Minimum 

Maximum 

Maßeinheiten 

Mechanische  Konstanten 

Spezifisches  flewiclit 

2,20 

3,5 

6o 
4700 

0,197 

6,33 
8,5 
120 
7900 

0,319 

Wasser  4"  C 

Zugfestigkeit 

Druckfestigkeit 

kg,  qmm 
kg,  qmm 

Khistizitätsniddul                            

kg,  mm 

Ehistizitätszalil     (\'erh;iltnis    der     (^uerkon- 
traktiiin  zur  Längsdilatation) 

— 

Thermische  Konstanten 

Spezifische  Wärme  zwischen  15  und  lüO"  . 
Absolute  Wärmeleitfähigkeit  bei  15"    .    .    . 
Kubischer  Ausdehnungskoeffizient     .... 

0,0817 
0,03100 
0,0513 
(0  bis  looo") 

0,2318 
0,02332 
0,04328 
(0  bis  100") 

g,  CeLsiusgrade 
cm,  g,  sec,  Celsiusgr. 

Optische  Konstanten 
Mittlerer  Brechungsindex  (Na-Licht)     .    .    . 
Relative  Brechung  (ni)  —  1):  (nF — nc).    .    . 

1,4585 
19,7 

1,9626 
70,0 

Luft  =   1 

Elektromagnetische  Konstanten 

Dielektrizitätskonstante  (1  =  x) 

4,35 

9,14 

Luft  =  1 

j^ich    um    die    Steigoruiig-    eines    Mischungs- ;  Setzung    von    der  Brechung  abhängt,    zeigt 
bestandteils  handelt,  etwa  analog  dem  Ver-   Figur  4.     Die   Kurve  entspricht  der  mitt- 
halten beim  Schmelzen  (Eutektikum).     Die  I 
Wirkung  der  Basen  auf  den  mittleren 
Brechungsindex      (D)      der     Borsäure 
zeigt    Figur   3    nach    Abbe    und    Schott. 

äquival.  Mengen  Pb  0 


Proz.  Bd  0 

äquival   Mengen  Zn  0 


äquival    Mengen  Li^O 


•-      <M      ro 


—  Pro2.Ba  0  auf  100  B^  Oj 

Fig.  ;5. 

Aufgetragen  ist  die  Krliöhung  des  Index 
1,462  der  reinen  Borsäure  durch  x  BaO 
auf  100  B.^O-j  und  äquivalente  Mengen  lA^O 
ZnO  PbO,  (s.  das  oben  genannte  Hand- 
buch). Aehnlich  verhält  es  sich  mit  dem  Kin- 
iluß  der  Basen  auf  Kieselsäureglas  (ud  1,458) 
oder  reines  Alkalisilikatglas.  Wie  die 
Dispersion     bei     wechselndei     Zusammen- 


— -   Mittler  Brechungsmde;«   n 
Fig.  4. 

leren  Dispersion  der  gewöhnlichen 
Alkalisilikatgläser,  die  Wirkung  der 
übrigen  Elemente  ist  unmittelbar  ersicht- 
lich. Auf  diesen  Studien  beruht  die  Steigerung 
der  Leistungsfähigkeit  der  modernen  op- 
tischen Instrumente,  insbesondere  des  Mikro- 
skops, des  Fernrohrs  und  des  photographi- 
schen Objektivs. 

Um  die  Abhängigkeit  der  Lichtdurch- 
lässigkeit zu  erkennen,  ist  zu  bedenken, 
daß  die  aus  den  Hauptbestandteilen  (Kiesel- 
säure, Alkalien  usw.)  erschmolzene  Glas- 
masse fast  ausnahmslos  durch  Eisen,  Titan, 
Mano-an  und  andere  Verunreinigungen  gefärbt 


Glas 


49 


ist.  Mangan  wird  als  ,, Entfärbungsmittel", 
d.  h.  zur  Neutralisationfärbung  gegen  Eisen 
meist  absichtlich  zugesetzt;  neuerdings  auch 
Selen.  Sieht  man  davon  ab,  so  ist  hauptsäch- 
lich die  Gelbfärbung  der  Bleisilikat-  und 
Boratgläser  im  sichtbaren  Teil,  und  der  Ein- 
fluß der  schwereren  Oxyde  auf  den  ultra- 
violetten Teil  des  Spektrums  von  Interesse. 
Die  reinen  Säuren  BoOg  und  SiO.,  besitzen 
eine  hohe  Lichtdurchlässigkeit.  Das  Quarz- 
glas läßt  bei  l  =  210  ///<  in  2,8  mm  Schicht- 
dicke noch  56%  der  Strahlung  durch,  Jenaer 
Uviolglas  bei  l  =  280  /<//  in  1  mm  Dicke 
ebenfalls  56%  (nach  Abzug  der  Reflexion). 
Bleioxyd  wirkt  stark  absorbierend,  ebenso 
die  meisten  Farbstoffe. 

Von  großer  Bedeutung  für  die  Wissen- 
schaft und  Technik  ist  die  Kenntnis  des 
mittleren  thermischen  Ausdehnungs- 
koeffizienten (linear  =  a,  kubisch 
=  3  a).  Dessen  Abhängigkeit  von  der  Zu- 
sammensetzung haben  zuerst  0.  Schott 
und  A.  Winkel  mann  studiert;  aus  den  Ver- 
suchen  von    Schott   gingen   u.    a.    hervor: 


Ein  thermisch  (wie  auch  chemisch)  bedeutend 
widerstandsfähigeres  Geräteglas  für  che- 
mische Zwecke  und  das  bekannte  Jenaer 
Glühlichtzylinderglas;  ferner  zwei  für 
die  Thermometrie  unentbehrliche  Gläser  von 
geringer  Depression  und  säkularer  Hebung  des 
Eispunktes,  nämlich  das  Jenaer  Normal- 
glas 16'ii  und  das  Borosilikat-Thermo- 
meterglas  59iii.  Weitere  systematische 
Studien  an  molaren  Zusammensetzungen 
haben  L.  Grenet  und  Chatenet  durch- 
geführt (s.  das  obengenannte  Handbuch). 

Die  für  den  Ausdehnungskoeffizienten, 
sowie  für  die  übrigen  physikalischen  Kon- 
stanten versuchte  lineare  Darstellung: 

K  =  ajXi  +  «2X3  + 

worin  K  den  betreffenden  Konstantenwert, 
Xj  Xj...  die  Gewichtsprozente  der  beteiligten 
Glasoxyde  und  a^  ag...  Koeffizienten  be- 
deuten, ergibt  als  Resultat  die  in  nach- 
stehender Tabelle  verzeichneten  Zahlen- 
werte : 


ElastizitätsmoduKZugmod.) 

Ausdeh- 
effizient 
0' 

Prozent 

-^S 

-Mo 

W)0 

0 
.5fo 

'-13  0 

Silikatgläser  mit 
oder  ohne  Alkali, 
Ca,  Zn,  Pb,  AI 

gläser 
neAl- 
Zn,Al 

Phos- 
Boro- 
nte 

iL 

So 

Glasbestand- 
teil 

1- 

0 

Borosilikat 
mit  oder  oh 
kali,Mg,Ca, 

Borat-  und 

phatgläser, 

silikatfli 

Kubischer 

nungs-  Ko 

3k.  1 

Absolute 
leitfähi 
k.  1 

SS 

X 

a 

a 

a 

a 

a 

a 

a 

a 

a 

SiO„ 

60,3 

2,3 

9 

123 

70 

70 

70 

0,8 

316 

1913 

B2O, 

70,0 

1,9 

6,5 

90 

— 

60 

25 

0,1 

200 

2374 

P2O5 

142,08 

2,55 

7.5 

76 

— 

^ 

70 

2,0 

— 

1902 

Al.O« 

102,2 

4,1 

5 

100 

180 

150 

130 

5,0 

259 

2074 

Na^O 

62,0 

2,6 

2 

60 

61 

100 

70 

10,0 

70 

— 

K2O 

94,2 

2,8 

I 

5 

40 

70 

30 

8,5 

60 

1860 

MgO 

40,32 

3,8 

I 

HO 

— 

40 

30 

0,1 

371 

2439 

CaO 

56,09 

3,3 

20 

20 

70 

70 

— ■ 

5,0 

95 

1903  8 

ZnO 

81,37 

5,9 

15 

60 

52 

100 

— 

1,8 

120 

12488 

BaO 

153,37 

7,0 

5 

62 

— 

70 

30 

3,0 

126 

672, 

PbO 

223,1 

9,6 

2,5 

48 

46 

— ■ 

55 

3,0 

124 

511, 

Sb.,(), 

288,4 

— 

— 

— 

— 

28 

— 

Beobachter 


Winkelmann 


Pocke        W. 


Die  Uebereinstimmung  zwischen  Beob- 
achtung und  Berechnung  ist  bei  den  meisten 
Konstanten  wenig  befriedigend,  da  die  Ab- 
hängigkeit eben  keine  lineare  Funktion  ist, 
jedoch  gewinnt  man  innerhalb  des  Bereiches 
der  technischen  Zusammensetzungen  immer- 
hin ein  ungefähres  Bild  der  Wirkung.  Wie 
sehr  sich  dieses  mitderx\uswahl  der  Glasarten 
ändert,  wird  aus  den  Koeffizienten  des 
Elastizitätsmoduls  deutlich.  Am  besten 
stimmt  die  Berechnung  beim  spezifischen 
Gewicht  und  der  spezifischen  Wärme,  auch 
für  die  thermische  Ausdehung  erhält  man 
leidliche  genügende  Werte. 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


6.  Glasfarbstoffe.  Zunächst  folgt  hier 
eine  Aufzählung  der  Farben  und  der 
einfachen  Farbstoffe,  mit  welchen  sie  (in 
geeigneten  Gläsern)  hervorgebracht  werden 
können. 

Rot.  a)  Rubinrot  durch  Kupferoxydul 
(wahrscheinlicli  metallisches  Cu)  oder  Selen 
(in  Verbindung  mit  CdS);  b)  Purpur  durch 
metallisches  Gold;  c)  Rosa  durch  Selen  oder 
selenigsaure  Salze  (ohne  CdS);  d)  Violett- 
rot durch  Manganoxyd. 

Gelb,  a)  Reines  Gelb  durch  Schwefel- 
cadmium  und  andere  Sulfide,  Uranoxyd, 
auch   Eisenoxyd;   b)  weniger  rein   durch 

4 


50 


Glas 


Nickeloxyd,  Kohle;  c)  als  Lasurfarbe  durch 
metallisches  Silber. 

Grün  durch  Kupferoxyd  (blaugrün), 
Chromoxyd  (gelbliches  Grün),  Eisenoxyd  und 
Eisenoxydul  (Gelbgrün  bis  Blaugrün). 

Blau  durch  Kobaltoxyd,  Kupferoxyd 
(Farbe  der  CuS04-Lösung  oder  auch  grün- 
liches Blau). 

Violett  durch  Nickeloxyd,  Manganoxyd 
(rötliches  Violett). 

Schwarz  durch  Eisenoxyduloxyd. 

Besonders  reine,  gesättigte  Farben 
erhält  man  in  Grün,  Blau  und  Violett  besser 
durch  Mischungen  gewisser  Farbstoffe, 
z.  B.  Grün  durch  Chromoxyd  +  Kupferoxyd, 
Blau  durch  Kobaltoxyd  +  Kupferoxyd, 
Violett  durch  Nickeloxyd  (oder  Manganoxyd) 
+  Kobaltoxyd. 

A.  Lecrenier  unterscheidet  nach  der 
Wirkungsweise  drei  Klassen  von  Glasfarb- 
stoffen: 

1.  Unmittelbare  Farbstoffe.  Sie  er- 
zeugen schon  in  der  geringsten  Spur  eine 
Färbung,  deren  Intensität  in  einfacher  Be- 
ziehung zu  der  Menge  steht,  in  welcher 
der  Farbstoff  dem  Glase  zugesetzt  wird. 
Zu  dieser  Klasse  gehören  die  Oxyde  der 
Metalle  Co,  Ni,  Fe,  Cu,  Ca,  Mn,  Ur,  ferner 
Eisenoxydul,  Chromsäureanhydrit,  Mangan- 
superoxyd, Manganoxydul,  die  Sulfide  und 
Selenide  der  Alkalien  und  alkalischen  Erden. 

2.  Sättigungsfarbstoffe.  Ihre  Wir- 
kung beginnt  erst  bei  einer  gewissen  Konzen- 
tration und  liegt  im  allgemeinen  nur  innerhalb 
bestimmter  Temperaturgrenzen.  Es  gehören 
in  diese  Hasse  das  Kupferoxydul,  die  Gold- 
verbindungen, die  Silbersalze.  In  der  Glas- 
technik bezeichnet  man  die  von  diesen 
Stoffen  hervorgebrachten  Farben  als  ,, An- 
lauffarben". Um  z.  B.  das  Rubinrot  des 
Kupferoxyduls  zu  erzeugen,  genügt  es 
nicht,  dem  Glasflusse  eine  beliebige  Menge 
CuoO  einzuverleiben.  Das  Glas  bleibt  zu- 
nächst farblos  bis  zu  dem  Augenblicke,  wo 
der  zugesetzte  Farbstoff  einen  gewissen 
Prozentsatz  erreicht  (der  sich  nach  der  Zu- 
sammensetzung des  Glases  richtet).  Ist  dieses 
Minimum  des  Gehaltes  aber  einmal  erreicht, 
dann  wird  die  Färbung  plötzlich  so  intensiv, 
daß  es  praktisch  unmöglich  scheint,  eine 
kontinuierliche  Abstufung  vom  blassen  Rosa 
bis  zum  starken  Rubinrot  zu  erreichen. 
Aehnlich  verhalten  sicli  Gold  und  Schwefel- 
cad mi  um. 

3.  Zementfarbstoffe,  auch  Lasur- 
farbstoffe genannt.  Aehnlich  wie  der 
Zementstahl  aus  Schmiedeeisen  entsteht, 
indem  Kohlenstoff  in  die  Oberflächenschicht 
eindringt  und  chemisch  gebunden  wird,  so 
lassen  sich  durch  Zementation  gefärbte  Gläser 
herstellen.  Bestreicht  man  z.  B.  das  Glas 
mit  einer  in  Wasser  angerührten  Mischung 
von    rotem    Ocker    und    einem    geeigneten 


Silbersalz  (Chlorür,  Sulfür, Phosphat,  Chro- 
mat usw.),  so  zeigt  es  nach  dem  Einbrennen 
in  der  Malermuffel  (bei  schwacher  Rotglut) 
und  Reinigen  eine  goldgelbe  Färbung, 
die  sich  in  die  Glasmasse  hinein  bis  zu  einer 
gewissen  Tiefe  fortsetzt.  Aehnlich  erhält 
man  auch  die  Kupferrubinfärbung. 

Die  Abhängigkeit  der  Absorption  von  der 
Zusammensetzung  des  Glases  hat  R.  Zsig- 
mondy  eingehend  studiert. 

7.  Trübungsmittel.  Feines  Glaspulver 
erscheint  kreideweiß.  Ebenso  wirken  dichte 
Schäume  von  Blasen  im  Glase  oder  fein 
verteilte,  obwohl  durchsichtige  Tröpfchen 
oder  Kristalle  von  anderer  Brechung,  als  die 
Grundmasse  besitzt.  Diese  Erscheinung 
beruht  auf  der  Zerstreuung  oder  Diffusion 
des  Lichtes  durch  vielfache  Reflexion.  Sind 
die  suspendierten  Teilchen  gegenüber  der 
Wellenlänge  1  des  auftretenden  Lichtes 
klein,  dann  folgt  aus  der  Theorie  für  die 
Intensität  i  des  diffus  reflektierten  Lichtes: 


2*' 
wo  C  eine  Konstante  bedeuten  möge,  die 
von  der  Natur  des  Mediums  und  des 
Trübungsmittels  abhängt.  Je  kleiner  l, 
desto  intensiver  die  zurückgeworfene 
Strahlung,  daher  der  bläuliche  Schein 
der  opaleszierenden  Emulsionen.  Für  die 
durchgehenden  Strahlen  folgt  daraus,  daß 
umgekehrt  die  längeren  Wellen  am 
wenigsten  geschwächt  erscheinen,  daher 
die  rote  oder  gelbe  Färbung  des  ,,Milch- 
und  Opalglases"  im  durchfallenden  Licht. 
Diese  mit  der  Absorption  vergleichbare 
Auswahl  des  Spektrums  getrübter  Gläser 
findet  nicht  mehr  statt,  wenn  gröbere 
Teilchen  in  dem  Glase  suspendiert  sind, 
die,  an  sich  weiß  und  undurchsichtig, 
das  Licht  zerstreuen  und,  im  Durch- 
schnitt genommen,  gleichmäßig  schwächen. 
Man  bezeichnet  Glassuspensionen  dieser 
Art  als  ,, Alabasterglas".  Der  Name 
Glas  bezieht  sich  natürlich  nur  auf  die 
Grundmasse,  welche  entweder  teilweise 
entglast  ist  oder  ein  zweites  Glas  suspen- 
diert enthält,  womit  die  Homogenität  auf- 
gehoben wird. 

Zur  Herstellung  von  Opalglas  oder 
Milchglas  bedürfte  es  keiner  besonderen 
Trübungsmittel  in  Form  von  fremden  Zu- 
sätzen zur  Glasmasse,  wenn  diese  die  ge- 
eignete Zusammensetzung  hätte,  um  bei  der 
Arbeit  durch  Entglasung  oder  Ent- 
mischung trüb  anzulaufen.  Darauf  richtet 
man  sich  aber  gewöhnlich  nicht  ein,  vielmehr 
will  man  das  gewöhnlich  geschmolzene 
und  bewährte  ,, Klarglas"  nach  Belieben 
in  Opalglas  („Ncbelglas")  oder  Milchglas 
verwandeln.  Hierzu  dienen  dann  haupt- 
sächlich  Phosphate   oder  Fluoride   und 


Glas  —  Gleichgewicht 


51 


andere  Verbindungen,  die  kristallinische  Aus- 
scheidungen bilden.  Vgl.  die  Ausführungen 
in  dem  untengenannten  Handbuch, 

Literatur.  Chi\  Dralle.  Die  Glasfabrikation. 
München  w.  Berlin  1911.  —  J.  Henrivaux,  Le 
verre  et  le  cristal.  Paris  1897.  —  H.  Hovestadt, 
Jenaer   Glas.     Jena   1900.   —    a.    Tamniann, 

Kristallisieren  und  Schmelzen.  Leipzig  190S.  — 
E,  Zschtninier,  Die  Glasindustrie  in  Jena. 
Jena  1909.  —  Derselbe,  Band  Glas  in  Fi schers 
Handbuch  der  chemischen  Technologie.  Leipzig 
1918. 

E.  Zschininier. 


Körnchen  oder  als  Ausfüllung  in  Foramini- 
ferenschalen  vor  und  bildet  sich  im  Meere 
hauptsächlich  an  flußarmen  Küsten. 


Glaskopf. 


Eigentümliche  konzentrisch-schalige  und 
gleichzeitig  radialfaserige  Texturen  besonders 
bei  Eisen-  und  Manganerzen  (vgl.  den  Ar- 
tikel ,,Sphärolithe"). 


(ilaiilber 

Johann  Rudolf. 

Geboren  1604  zu  Karlstadt  in  Franken  ist 
Glauber  nach  einem  höchst  unsteten  Leben  in 
Oesterreich,  am  Rhein,  in  Holland,  wo  er  den 
iatrochemischen  Bestrebungen  seiner  Zeit  gemäß 
medizinische  und  chemische  Arkana  (Heilniittel) 
herstellte  und  vertrieb,  1668  zu  Amsterdam  ge- 
storben. Während  Glauber  auf  der  einen  Seite 
als  Kind  seiner  Zeit  höchst  phantastischen  und 
abergläubischen  Vorstellungen  zugänglich  war, 
hat  er  sich  andererseits  vielfach  als  nüchterner 
guter  Beobachter  bewährt  und  wichtige  Tatsachen 
zuerst  beschrieben.  Das  Glaubersalz,  sal  mira- 
bile  Glauberi,  trägt  seinen  Namen;  viele 
Metallchloride  hat  er  zuerst  hergestellt,  im 
Gebiete  der  Mineralfarben  und  der  Färberei 
manche  wichtige  Vorschrift  gegeben.  Auch  als 
Nationalökonom  zeigte  Glauber  einen  weiten 
Blick  und  große  Begabung  für  wirtschaftliche 
Fragen,  wie  sein  sechsbändiges  Werk:  ,,Des 
Teutsch-Landes  Wohlfahrth"  (Amsterdam  1656 
bis  1660)  erkennen  läßt.  Seine  zahlreichen 
Einzelschriften  sind  zusammengefaßt  worden  in 
dem  1715  in  Leipzig  erschienenen  Werke 
Glauberus  concentratus  oder  Kern  der  Glauber- 
schen  Schriften. 

E.    von   Meyer. 


Glaukonit. 


Grüns  an  de  =  Sande  mit  Glaukonit. 
Glaukonit  ist  ein  Kalium-Eisen-Aluminium- 
silikat, kommt  in  Form  von  kleinen  grünen 


Gleichgewicht. 

Einleitung.  I.  Gleichgewicht  der  Kräfte. 
1.  Gleichgewicht  an  einem  Massenpunkt.  2.  Be- 
rücksichtigung der  Reibung.  3.  Gleichgewicht 
am  starren  Körper.  Der  Momentensatz.  4.  Statik 
ebener  Kraftsysteme.  5.  Gleichgewichtsbedin- 
gungen eines  starren  Körpers  bei  ebenem  Kraft- 
system. 6.  Statik  räumlicher  Kraftsysteme. 
7.  Gleichgewichtsbedingungen  bei  räumlichen 
Kräften.  8.  Gleichgewicht  beliebiger  Punkt- 
systeme. Deformierbare  Körper.  IL  Prinzip 
der  vhtuellen  Arbeiten.  1.  Das  Prinzip  für  den 
Massenpunkt  und  für  Punktsysteme.  2.  Das 
Prinzip  von  Toricelli.  3.  Virtuelle  Verschiebungen 
eines  starren  Körpers.  4.  Anwendung  des  Arbeits- 
prinzips auf  elastische  Systeme.  III.  Stabilität 
des  Gleichgewichts.  1.  Definition  der  Stabilität. 
Dirichletscher  Satz.  2.  Anwendung  auf  rotierende 
Systeme.  3.  Methode  der  kleinen  Schwingungen. 
IV.  Thermodynamisches  Gleichgewicht.  1.  Die 
beiden  Hauptsätze  der  Thermodynamik  und  die 
Bedingimgen  des  thermodynamischen  Gleich- 
gewichts.    2.  Einfache  Anwendungen. 

Einleitung.  Bleibt  der  Zustand  eines 
mechanischen  Systems  unverändert,  solange 
die  Kräfte,  die  von  anderen  Systemen  aus  ein- 
wirken nicht  geändert  werden,  so  sagt  man,  das 
System  sei  im  ,,  Gleichgewicht"  und  den  Zu- 
stand selbst  bezeichnet  man  als  ,, Gleichge- 
wichtszustand". Der  Ausdruck  ist  auf  die 
Vorstellung  zurückzuführen,  daß  die  Kräfte, 
die  bestrebt  sind  den  Zustand  abzuändern, 
sich  gerade  das  Gleichgewicht  halten,  etwa 
wie  zwei  gleiche  Gewichte,  die  an  einem 
Hebel  in  gleicher  Entfernung  vom  Stütz- 
punkt angreifen.  Zuweilen  wird  der  Begriff 
des  Gleichgewichtszustandes  auch  auf  Be- 
wegungszustände  ausgedehnt,  indem  man 
von  der  Lagenänderung  absieht  und  nur 
gewisse  Größen,  die  bei  der  speziellen  Be- 
wegung unverändert  bleiben,  ins  Auge  faßt. 
So  sagt  man  im  allgemeinen  von  Körpern 
oder  Systemen,  die  eine  geradlinige  gleich- 
förmige Translation  erleitlen,  daß  sie  im 
Gleichgewicht  sind,  da  die  Kräfte  in  diesem 
Falle  denselben  Bedingungen  genügen,  wie 
beim  Ruhezustande.  Weiterhin  wird  aber 
oft  eine  sogenannte  ,, stationäre"  Bewegung, 
die  nicht  in  geradlinig  gleichförmiger  Be- 
wegung besteht,  ebenfalls  als  Gleichgewichts- 
zustand angesehen,  indem  man  z.  B.  bei  dem 
rotierenden  Kreisel  nur  die  Neigung  der 
Kreiselachse  und  die  Rotationsgeschwindig- 
keit als  Zustandsgrößen  betrachtet  und  von 
der    der    Drehung    entsprechenden    Lagen- 


52 


Gleichgewicht 


änderun^  der  einzelnen  Teile  absieht  (die 
Drehung  wird  als  „verborgene  Bewegung" 
betrachtet).  Demnach  ist  z.  B.  ein  um 
die  vertikale  Achse  rotierender  aufrechter 
Kreisel  ebenso  im  „Gleichgewicht",  wie 
ein  in  der  Luft  gleichförmig  fortschreitendes 
Flugzeug.  Eine  noch  weiter  gehende  Verall- 
gemeinerung des  Gleichgewichtbegriffs  ist 
das  „statistische  Gleichgewicht",  bei  dem 
wir  nicht  nur  von  der  „verborgenen  Bewe- 
gung", d.  h.  von  den  Lagenänderung  der 
Systemteile  absehen,  sondern  auch  von 
den  Größen,  die  wir  als  Zustandsgrößen  an- 
sehen, statt  einer  strengen  Konstanz  nur 
einen  konstanten  zeitlichen  Mittelwert  for- 
dern. Als  statisches  Gleichgewicht  von 
Systemen,  die  aus  sehr  zahlreichen  Teilen 
(Molekeln)  bestehen,  wird  namentlich  das 
„thermodynamische  Gleichgewicht"  ange- 
sehen. 

Die  Mechanik  liefert  zwei  Methoden, 
um  zu  entscheiden,  ob  ein  System  den  Gleich- 
gewichtsbedingungen genügt: 

erstens  kann  man  die  Kräfte  betrachten, 
die  auf  das  System  wirken  und  prüfen,  ob 
sie  in  ihrer  Wirkung  sich  gegenseitig  auf- 
heben, 

zweitens  kann  man  ein  Arbeitsprinzip 
anwenden,  indem  man  die  Arbeit  berechnet, 
die  die  Kräfte  bei  einer  gedachten  Verände- 
rung der  Lage  leisten  würden.  Das  Ver- 
schwinden dieser  Arbeit  ist  die  Bedingung 
dafür,  daß  die  Kräfte  sich  das  Gleichgewicht 
halten. 

Die  erste  Methode  —  die  Prüfung  des 
„Kräftegleichgewichts"  —  hat  den  Vor- 
teil der  Anschaulichkeit,  hat  aber  den  Nach- 
teil, daß  jeder  geometrische  Zwang,  jede 
Art  der  Verbindung  durch  besonders  ein- 
geführte Kräfte  (Reaktionskräfte,  innere 
Spannungen)  berücksichtigt  werden  muß. 
Das  Arbeitsprinzip  —  das  als  „Prinzip 
der  virtuellen  Arbeiten"  bezeichnet 
wird  —  hat  demgegenüber  den  Vorteil, 
daß  Reaktionskräfte,  die  keine  Arbeit  leisten, 
überhaupt  außer  acht  gelassen  werden 
können  und  innere  Kräfte  nur  in  der  Form 
von  Arbeit  und  Energie  in  die  Rechnung  ein- 
treten. Das  Arbeitsprinzip  kann  daher  weit 
über  die  Grenzen  der  eigentlichen  Mechanik 
hinaus  verallgemeinert  werden  und  man 
gelangt  in  dieser  Weise  z.  B.  zu  einer  phäno- 
menologischen Theorie  des  ,,t her mo dy- 
namischen Gleichgewichts",  d.  h.  zu 
einer  summarischen  Behandlung  der  Er- 
scheinungen, deren  cigentliclie,  tiefergehende 
Analyse  nur  die  statische  Mechanik 
liefern  kann. 

Damit  ein  System  in  der  Tat  dauernd  in 
einem  Zustand  beharren  kann,  genügt  es  nicht, 
daß  die  Gleichgewichtsbedingungen  erfüllt 
sind.  Man  hat  außerdem  zu  prüfen,  ob  das 
Gleichgewicht  stabil  sei,   d.  h.  ob  eine  ge- 


nügend kleine  Störung  nur  eine  kleine  Modifi- 
kation der  Zustandsgrößen,  also  nur  eine  Be- 
wegung innerhalb  enger  Grenzen  in  der  Nähe 
des  G-leichgewichtzustandes  zur  Folge  hat 
oder  aber  den  Gleichgewichtzustand  zerstört. 
Li  dem  zweiten  Falle  wird  ein  Zustand  — 
wenn  auch  streng  genommen  die  Bedingungen 
des  Gleichgewichts  erfiUlt  sind  —  sich  prak- 
tisch doch  nicht  dauernd  halten  können. 
Die  Stabilitätsfrage  kann  ebenfalls  nach 
zwei  Methoden  entschieden  werden,  indem 
man  entweder  die  Bewegung  berechnet,  die 
bei  einer  geringfügigen  Aenderung  der  Zu- 
standsgrößen eintreten  würde  („Methode 
der  kleinen  Schwingungen")  oder  aber 
durch  Erweiterung  des  oben  erwähnten 
Arbeitsprinzips  („Prinzip  vom  Minimum  der 
potentiellen  Energie"). 

Die  erwähntenFragestellungen  und  Metho- 
den bilden  den  Gegenstand  der  nachfolgenden 
Zeilen. 


I.  Das  Gleichgewicht  der  Kräfte. 

I.  Gleichgewicht  an  einem  Massen- 
punkt. Ein  Massenpunkt  ist  im  Gleich- 
gewicht, falls  die  Resultierende  der  Kräfte, 
die  auf  ihn  wirken,  verschwindet.  Diese 
Aussage  setzt  das  Axiom  voraus,  daß  die 
Wirkung  zweier  Kräfte,  die  an  dem- 
selben Punkt  angreifen,  stets  durch 
die  Wirkung  einer  einzigen  Kraft 
ersetzt  werden  kann,  welche  aus  den 
beiden  durch  Zusammensetzung  nach  der 
Parallelogrammkonstruktion  entsteht.  Ist  die 
durch  wiederholte  Anwendung  des  Parallelo- 
grammsatzes gewonnene  Resultierende  gleich 
Null,  so  halten  die  Kräfte  einander  das 
Gleichgewicht. 

Sind  zwei  Kräfte,  die  an  einem  Massen- 
punkt angreifen,  im  Gleichgewicht,  so  müssen 
sie  demgemäß  gleich  und  dem  Sinne  nach 
entgegengesetzt  sein.  Sind  drei  Kräfte  im 
Gleichgewicht,  so  liefern  je  zwei  von  ihnen 
eine  Resultierende,  die  der  dritten  dem  ab- 
soluten Betrage  nach  gleich  und  entgegen- 
gesetzt gerichtet  ist.  Drei  Kräfte  im  Gleich- 
gewicht liegen  also  stets  in  derselben  Ebene. 
Ln  allgemeinen  bilden  Kräfte,  falls  sie  im 
Gleichgewicht  sind,  einen  geschlossenen 
Linienzug,  wie  dies  aus  wiederholter  An- 
wendung des  Parallelogrammsatzes  un- 
mittelbar folgt  (s.  Fig.  1). 


Fisr.  L 


Gleichgewicht 


53 


Ist  der  Punkt  in  seiner  Bewegungsfrei- 
heit gehindert,  so  muß  der  geometrische 
Zwang  durch  Einführung  besonderer  Kräfte 
berücksichtigt  werden.  Ruhtz.  B.  ein  schwerer 
Punkt  auf  einer  wagerechten  Ebene,  so  muß 
man,  um  mit  dem  obigen  Prinzip  im  Ein- 
klang zu  bleiben,  annehmen,  daß  von 
der  Fläche  aus  auf  den  Punkt  eine  Kraft 
ausgeübt  wird,  die  die  Wirkung  der  Schwere 
aufhebt.  Ist  die  Fläche  sehr  glatt,  so  nimmt 
man  an,  daß  nur  eine  Kjaft  vorhanden 
ist,  die  das  Eindringen  des  Körpers  ver- 
hindert, dagegen  keine,  die  die  Bewegung 
längs  der  Fläche  hindern  würde.  Eine 
solche  Fläche  nennt  man  „reibungslos"; 
sie  ist  dadurch  gekennzeichnet,  daß  sie 
nur  eine  zur  Fläche  ,,sen  kr  echte  Reak- 
tionskraft" auszuüben  vermag. 

Aus  dieser  Festsetzung  folgt,  daß  ein 
Massenpunkt  auf  einer  reibungslosen  Fläche 
dann  und  nur  dann  im  Gleichgewicht  ist, 
falls  die  äußeren  Kräfte  eine  zur  Fläche 
senkrechte  (bei  einseitiger  Hinderung  der 
Bewegungsfreiheit  nach  dem  Innern  der 
Stützfläche  gerichtete)  Resultierende  liefern. 
Die  senkrechte  Reaktionskraft  ist  dann  gleich 
der  Resultierenden  der  übrigen  Ivräfte  und 
ihr  entgegengesetzt  gerichtet. 

2.  Gleichgewicht  eines  Massenpunktes 
mit  Berücksichtigung  der  Reibung,  Die 
Erfahrung  zeigt,  daß  an  jeder  Fläche  außer 
der  normalen  Reaktionskraft  eine  ,, Reibungs- 
kraft" auftritt,  die  die  Bewegung  längs 
der  Fläche  hindert.  Es  wird  im  allgemeinen 
als  empirische  Regel  angenommen,  daß  die 
Reibung  einen  oberen  Grenzwert  nicht 
überschreiten  kann,  der  proportional  ist  mit 
der  zwischen  den  zwei  sich  reibenden 
Flächen  auftretenden  Druckkraft;  der 
Proportionalitätsfaktor  —  Reibungskoeffi- 
zient genannt  —  hängt  von  der  ,, Rauhigkeit" 
der  Flächen  ab.  Im  Falle  eines  Massen - 
punktes,  der  auf  einer  rauhen  Fläche  ruht, 
ist  der  Druck  zwischen  dem  Punkt  und  der 
Fläche  durch  die  senkrechte  Reaktions- 
kraft (N)  gegeben,  so  daß  wir  für  die  Rei- 
bung (R)  die  Ungleichung 
iR^fN 
(f  der  Reibungskoeffizient)  ansehreiben 
können.  Aus  dieser  Ungleichung  folgt,  daß 
die  Resultierende  der  von  der  Fläche  aus- 
geübten Kräfte  stets  einen  Winkel  mit  der 
Flächennormalen  bildet,  der  kleiner  ist,  als 
der  ,,Reibungswinker'  a,  d.  h.  der  Winkel, 
dessen  trigonometrische  Tangente  tga  =  f 
ist.  Während  also  beim  Gleichgewicht  an 
der  reibungslosen  Fläche  die  Resultierende 
der  äußeren  Kräfte  mit  der  Flächennormalen 
zusammenfallen  muß,  genügt  es  bei  der 
rauhen  Fläche,  daß  die  Resultierende  inner- 
halb eines  Kegels  („Reibungskegel")  fällt, 
den  man  mit  der  Oeffnung  a  um  die  Flächen- 
normale beschreiben  kann. 


Die  einfachste  Anwendung  des  letzten 
Satzes  bildet  das  Gleichgewicht  eines  schweren 
Punktes    auf  einer  schiefen  Ebene  (Fig.  2). 


Die  einzige  äußere  —  nicht  von  der  Unterlage 
herrührende  —  Kraft  ist  die  Schwere  vom 
Betrage  mg  (m  Masse,  g  Beschleunigung 
der  Schwere).  Diese  fällt  offenbar  inner- 
halb des  Reibungskegels,  solange  der 
Neigungswinkel  (p  der  schiefen  Ebene 
kleiner  ist  als  der  Reibungswinkel.  Man 
erhält  daher  folgende  Methode  für  Be- 
stimmung des  Reibungskoeffizienten:  man 
bestimmt  jenen  Grenzwert  des  Neigungs- 
winkels, bei  dem  der  Massenpunkt  noch 
gerade  in  Ruhe  bleibt;  dieser  Grenzwert 
liefert  unmittelbar  den  Reibungswinkel  und 
die  trigonometrische  Tangente  den  Reibungs- 
koeffizienten. Fragen  wir  nach  der  Größe 
der  Reaktionskraft  und  der  Reibung,  so 
liefert  die  Zerlegung  der  vertikalen  Schwer- 
kraft die  beiden  Gleichungen 

N  =  mg  cos  cp 

R  =  mg  sin  cp 
und  aus  der  Bedingung 

R<Nf 

folgt 

mg  sin  99  <  f  mg  cos  99 

fcg99<  f 

(p<a, 
wie  wir  bereits  gefunden  haben. 

3.  Gleichgewicht  am  starren  Körper. 
Der  Momentensatz.  Für  die  Gleichgewichts- 
bedingung der  Kjäfte  an  einem  starren 
Körper  brauchen  wir  ein  zweites  Axiom; 
dies  sagt  aus,  daß  zwei  Kräfte,  die  an  zwei 
Punkten  eines  starren  Systems  angreifen, 
sich  das  Gleichgewicht  halten,  falls  sie  in 
die  Verbindungslinie  der  beiden  Punkte 
fallen,  gleich  groß  und  entgegengesetzt  ge- 
richtet sind. 

Das  neue  Axiom  ist  gewissermaßen  eine 
Erweiterung  des  ersten  Axioms,  das  die 
Ersetzung  zweier  Kräfte  durch  die  Resul- 
tierende erlaubt,  falls  sie  an  demselben 
Punkt  angreifen.  Das  zweite  Axiom  er- 
möglicht nun  die  Zusammensetzung  zweier 
Ki'äfte,  sobald  ihreWirliungslinien  sich  schnei- 
den. Es  ist  nämlich  klar,  daß  auf  Grund  des 
neuen  Axioms  jede  Kraft  in  ihrer  eigenen  Wir- 
kungslinie   sich    beliebig    verschieben    läßt, 


54 


GleichgeAvicht 


ohne  das  Gleichgewicht  zu  stören.  Greift 
z.  B.  eine  Kraft  P  im  Punkte  A  an,  und 
wollen  wir  dieselbe  nach  B  verschieben, 
so  können  wir  in  B  zunächst  zwei  gleiche 
und  entgegengesetzt  gerichtete  Kräfte  P  und 
—  P  hinzufügen,  ohne  an  dem  System  etwas 
zu  ändern,  da  diese  sich  nach  dem  ersten 
Axiom  aufheben;  andererseits  heben  sich 
nach  dem  zweiten  Axiom  P  in  A  und  — P 
in  B  ebenfalls  auf,  so  daß  schließlich 
nur  P  in  B  übrig  bleibt;  d.  h.  die  Kraft 
kann  von  A  nach  B  verschoben  werden,  ohne 
daß  an  dem  Sj^stem  irgendwelche  Aenderung 
eintreten  würde. 

Für  das  Gleichgewicht  eines  starren 
Körpers  ist  es  demnach  gleichgültig,  in 
welchem  Punkte  ihrer  Wirkungslinie  eine 
Kraft  angreift.  Während  die  Kraft  im  all- 
gemeinen durch  Größe,  Richtung  und  An- 
griffspunkt gegeben  wird,  kommt  für  die 
Statik  des  starren  Körpers  statt  des  Angriffs- 
punktes nur   die  Angriffslinie  in   Betracht. 

Die  beiden  Axiome  können  auch  in  der 
Form  zusammengefaßt  werden,  daß  die 
Kräfte,  die  an  einem  starren  Körper 
angreifen,  an  ihre  Wirkungslinie  ge- 
bundene Vektoren  sind,  die  sich 
nach  den  Regeln  der  Vektoraddition 
zusammensetzen  lassen. 

Aus  dem  Umstände,  daß  eine  Ki-aft 
in  ihrer  Wirkungslinie  beliebig  verschoben 
werden  kann,  folgt  unmittelbar,  daß  eine 
Kraft  vollständig  gegeben  ist  durch  ihre 
Größe,  Richtung,  und  durch  ihr  ,, Moment" 
in  bezug  auf  einen  beliebigen  Punkt.  Unter 
,, Moment"  einer  Kraft  in  bezug  auf  einen 
Punkt  verstehen  wir  allgemein  einen  Vektor, 
der  senkrecht  steht  zu  der  durch  die  Kraft 
und  den  Bezugspunkt  durchgelegten  Ebene 
und  dessen  Größe  durch  das  Produkt 
der  Kj-aft  mit  ihrem  Hebelarm  (mit  dem 
normalen  Abstand  der  Wirkiingslinie  vom 
Bezugspunkt)  gegeben  ist.  Diese  Größe  ist 
gleich  der  doppelten  Fläche  des  Dreiecks, 
das  man  erhält,  falls  man  Anfangs-  und  End- 
punkt der  Kratt  mit  dem  Bezugspunkt  ver- 
bindet. Man  bezeichnet  das  Moment  als 
„Vektorprodukt"  der  Kraft  und  des  zum 
Angriffspunkt  führenden  Fahrstrahls. 

Wie  die  elementare  Vektorrechnung  zeigt, 
ist  das  Moment  eine  additive  Eigenschaft 
der  Kräfte,  d.  h.  das  Moment  der  Resultieren- 
den (der  ,, Vektorsumme"  der  Komponenten) 
ist  gleich  der  Resultierenden  (Vektorsumme) 
der  Momente  der  Komponenten.  Man  nennt 
diesen  Satz  den  Momentensatz  oder  den 
„Varignonschen"  Satz.  Daraus  folgt,  wie 
wir  es  gleich  zeigen  wollen,  daß  ein  beliebiges 
Kraftsystem  stets  reduziert  werden  kann  auf 
eine  ,, resultierende  Kraft"  und  auf  ein 
,, resultierendes  Moment"  in  bezug  auf  einen 
beliebig  gewählten  Punkt.  Zwei  Ivi'aft- 
systeme  sind  äquivalent,  falls  sie  dieselbe 


resultierende  Kraft  und  dasselbe  resultierende 
Moment  liefern  und  insbesondere  ist  ein 
Kraftsystem,  das  an  einem  starken  Körper 
angreift,  dann  und  nur  dann  im  Gleich- 
gewicht, falls  die  resultierende  Kraft  und  das 
resultierende    Moment    beide    verschwinden. 

Die  Reduktion  von  Kraftsystemen  ist 
besonders  einfach,  falls  alle  Kräfte  in  der- 
selben Ebene  liegen  und  so  wollen  wir  uns 
zunächst  auf  diesen  Fall  beschränken. 

4.  Statik  ebener  Kraftsysteme.  Die 
Reduktion  ebener  Kraftsysteme  kann  ana- 
lytisch oder  graphisch  geschehen. 

a)  Rechnerische  Reduktion.  Be- 
zeichnen wir  die  Kraftkomponenten  mit  X, 
Y,  die  Koordinaten  des  Angriffspunktes 
mit  X,  y  und  rechnen  das  Moment  positiv, 
wenn  die  Ivraft  in  positivem  Sinne  (von 
der  X-Achse  zur  y-Achse)  dreht,  so  ist  das 
Moment  gleich 

M-Yx  — Xy 
Sind  also  n  Kräfte  durch  ihre  Komponenten 
und   ihre   Angriffspunkte   gegeben,   so   sind 
die    „Komponenten     der     resultieren- 
den Kraft" 

11 
Rx  =  .2  Xi 
1 

Rv  =  IY; 

1 

und  das  resultierende  Moment 

M=l(Y,x,-X,y,) 
1 

Daraus  folgt,  daß  sobald  Rx  und  Ry 
nicht  beide  Null  sind,  die  Wirkungslinie  der 
Resultierenden  stets  so  bestimmt  werden 
kann,  daß  ihr  Moment  gleich  ist  dem  Ge- 
samtmoment des  Systems.  Wir  haben  nur, 
falls  die  Koordinaten  des  Angriffspunktes 
der  Resultierenden  mit  |,  7]  bezeichnet 
werden 

R,,^  -  Rv^  =  l(Y,x,  -  X,y,)  =  M. 
1 

zu  setzen  und  diese  Gleichung  bestimmt 
eine  gerade  Linie  als  Wirkungslinie  der  Re- 
sultierenden. 

Einen  Ausnahmefall  liefert  Rx  =  Ry  =0. 
Ist  dann  M  verschieden  von  Null,  so  ist  das 
System  äquivalent  einem  resultierenden  Mo- 
ment, dessen  Größe —  wie  man  leicht  einsieht 
— von  dem  Bezugspunkt  unabhängig  ist.  Man 
sagt  auch,  das  System  ist  gleichwertig  einem 
„Kräftepaar",  d.  h.  zwei  gleichen  und  ent- 
gegengesetzt gerichteten  Kräften,  deren  Ab- 
stand so  bestimmt  ist,  daß  das  Produkt 
Kraft  X  senkrechter  Abstand  (Hebelarm  des 
Kräftepaares)  M  beträgt;  ein  solches  Gebilde 
liefert  augenscheinlich  für  einen  beliebigen 
Punkt  der  Ebene  dasselbe  Moment  M. 

Ist  schließlich  Rx  =  Ry  =  M  =  0,  so 
ist  das  Svstem  im  Gleichgewicht. 


GleichsreAAdcht 


b)  Graphische  Reduktion.  Ein 
sehr  einfaches  graphisches  Verfahren-  zur 
Reduktion  von  ebenen  Kraftsystemen  liefert 
die  Metliode  des  sogenannten  Seilpolygons. 
Wir  nehmen  z.  B.  vier  Kräfte  Pi,  rj,  P3,  P4, 
(Fig.  3)  gegeben  nach  Größe  und  Wirkungs- 
linie. Statt  die  Kräfte  miteinander  zum 
Schnitt  zu  bringen  und  nach  dem  Parallelo- 
grammsatze zusammenzusetzen, 
fügen  wir  Hilfskräfte  Pqi.  .  .  P40 
hinzu  derart,  daß  drei  Kräfte, 
die  in  einem  Punkte  zusammen- 
laufen, stets  im  Gleichgewicht 
sind.  Da  die  Kräfte  Pi2---P34 
in  positivem  und  negativem  Sinne  [|, 
hinzugefügt  werden,  ändern  sie 
an  dem  System  überhaupt  nichts, 
es  bleiben  also  die  erste  und  die 
letzte  Hilfskraft  Pqi  und  P40 
übrig  und  falls  wir  die  Kräfte  so 
bestimmt  haben,  daß  je  drei  in 
einem  Punkte  zusammenlaufen- 
den &äfte  im  Gleichgewicht 
sind,  so  ist  offenbar  das  er- 
weiterte System  im  Gleich- 
gewicht, d.  h.  die  Resultierende 
der  Kräfte  Pm  und  P40  ist  gleich  und  ent- 
gegengesetzt gerichtet  der  Resultierenden 
des  ursprünglich  gegebenen  Ivraftsystems 
und  hat  dieselbe  Wirkungslinie. 

Es  erübrigt  daher  die  Hilfskräfte  so  zu 
bestimmen,  daß  je  drei  in  einem  Punkte 
zusammenlanfenden  Kräfte  sich  das  Gleich- 
gewicht halten.  Dies  geschieht  in  einfachster 
Weise  durch  folgende  Konstruktion;  wir 
tragen  die  Kräfte  Pi,  Pg,  P3,  P4  nach- 
einander in  einem  Linienzug  (nach  Größe 
und  Richtung)  auf,  und  verbinden  Anfangs- 
und Endpunkte  mit  einem  beliebigen  Punkt  0. 
Wählen  wir  die  Hilfskräfte  nach  Richtung 
und  Größe  gleich  den  Verbindungsstrecken, 
so  bilden  je  drei  Kräfte,  die  in  einem 
Punkte  des  ,, Seilpolygons"  zusammenlaufen, 
im  ,, Kraftpolygon"  ein  geschlossenes  Dreieck, 
so  daß  unsere  Bedingung  erfüllt  ist. 

Wir  erhalten  somit  die  Resultierende  nach 
Größe  und  Richtung,  indem  wir  den  Linienzug 
Pi . . .  P4  im  Kj-aftpolygon  schließen  und 
ihre  Wirkungslinie,  falls  wir  die  erste  und 
letzte  Hilfskraft  im  Seilpolygon  zum  Schnitt 
bringen.  Ein  Ausnahmefall  wird  dadurch 
gebildet,  daß  die  Kräfte  einen  geschlossenen 
Linienzug  bilden;  in  diesem  Falle  werden 
die  Hilfskräfte  Poi  und  P40  parallel;  die 
Resultierende  ist  offenbar  ein  Kräftepaar. 
Fallen  insbesondere  die  Hilfskräfte  Pqi  und 
P40  auch  im  Seilpolygon  zusammen,  so  ist 
das  System  im  Gleichgewicht. 

Die  Bedingung  des  Gleichgewichts  ist 
somit  ein  je  in  sich  gesrhlossenes  I{jaft-  und 
Seilpolygon. 

5.  Gleichgewichtsbedingungen  eines 
starren  Körpers  beim  ebenen  Kraftsystem. 


Wirken  auf  einen  starren  Körper  Kräfte,  die  in 
einer  Ebene  liegen,  so  ist  der  Körper  im  Gleich- 
gewicht, falls  die  Kräfte  die  Resultierende 
Null  und  in  bezug  auf  jeden  beliebigen 
Punkt  das  resultierende  Moment  Null  liefern. 
Sind  sämtliche  Kräfte  gegeben,  so  liefern 
diese  Bedingungen  das  Gleichgewichts- 
kriterium,    sind     unbestimmte     Reaktions- 


kräfte vorhanden,  so  werden  diese  durch 
die  Gleichgewichtsbedingungen  bestimmt, 
soweit  die  Anzahl  der  zu  bestimmenden 
Größen  drei  nicht  übersteigt.  Ist  das  letztere 
der  Fall,  so  ist  das  Problem  statisch  unbe- 
stimmt. 

Wir  wollen  einige  wichtige  Sonderfälle 
betrachten: 

a)  Ist  der  Körper  um  eine  Achse  dreh- 
bar, so  ist  er  im  Gleichgewicht,  wenn  das 
Moment  der  Ki'äfte  in  bezug  auf  die  Achse 
verschwindet. 

b)  Ruht  ein  Körper  auf  zwei  reibungs- 
losen Stützflächen,  so  sind  die  Wirkungs- 
linien der  Reaktionskräfte  durch  die  Flächen- 
normalen gegeben;  der  Körper  ist  folghch 
im  Gleichgewicht  falls  die  Resultierende 
durch  den  Schnittpunkt  der  Normalen  geht 
(Fig.  4).     Wird  der    eine    freie   Stützpunkt 


durch  einen  festen  Punkt  ersetzt,  so  ist  der 
Körper  bei  beliebigen  Ki'äften  in  Gleich- 
gewicht und  die  Reaktionskräfte  sind  ein- 
deutig gegeben.    Werden  beide  Stützpunkte 


56 


Gleichgewicht 


durch  feste  Punkte  ersetzt,  so  reichen  die 
Gleichungen  zur  Bestimmung  der  Reaktions- 
kräfte  nicht  aus. 

c)  Ruht  der  Körper  auf  zwei  mit  Reibung 
behafteten  Stützflächen  (Fig.  5),  so  ist  er 
im  Gleichgewicht,  falls  die  Wirkungslinie  der 
Resultierenden  durch  den  gemeinsamen  Teil 
der  beiden  Reibungskesel  geht. 


Fig.  5. 

6.  Statik  räumlicher  Kraftsysteme.  Die 
Statik  räumlicher  Kräfte  wird  dadurch  ver- 
wickelt, daß  zwei  Kräfte  die  sich  nicht 
schneiden  und  auch  nicht  parallel  sind, 
nicht  durch  eine  Resultierende  ersetzt  werden 
können.  Demzufolge  kann  ein  räumliches 
Kraftsystem  im  allgemeinen  nicht  auf  eine 
einzige  resultierende  Kraft  oder  ein  resul- 
tierendes Moment  reduziert  werden,  sondern 
es  ist  im  allgemeinen  gleichwertig  der 
Gesamtheit  einer  Kraft  und  eines  Kräfte- 
paars. Ein  solches  Gebilde  nennt  man  eine 
„Kraftschraube". 

Wir  können  zunächst  leicht  zeigen,  daß 
ein  beliebiges  Karftsystem  auf  zwei  im  all- 
gemeinen sich  nicht  schneidende  Kräfte 
zurückgeführt  werden  kann;  es  genügt  nach- 
zuweisen, daß  drei  Kräfte  stets  auf  zwei  redu- 
ziert werden  können.  Es  seien  P^,  Pj,  P3 
drei  Kräfte;  wir  können  annehmen,  daß 
keine  der  drei  sich  schneiden  oder  parallel 
sind,  da  sonst  die  Zusammensetzung  bereits 
möglich  ist.  Wir  legen  eine  beliebige  Ebene 
durch  P3,  und  nennen  die  Schnittpunkte 
derselben  mit  P^  und  P2O1  und  Og.  Zer- 
legen wir  nun  P3  in  zwei  Komponenten,  die 
durch  Ol  und  Oj  gehen,  so  können  wir  diese 
weiter  mit  P^  und  Pj  zusammensetzen,  wo- 
durch die  Reduktion  bereits  erreicht  ist. 
Setzt  man  das  Verfahren  weiter  fort,  so  muß 
man  bei  beliebig  vielen  Kräften  sclüießlich  zu 
zwei  Kräften  gelangen  und  nach  der  rela- 
tiven Lage  und  Größe  derselben  ergeben  sich 
folgende  Fälle: 

a)  die  beiden  Kräfte  sind  gleich  entgegen- 
gesetzt gerichtet  und  fallen  in  dieselbe  Wir- 
kungslinie: das  System  ist  alsdann  im 
Gleichgewicht, 


ß)  die  beiden  Ivräfte  sind  gleich  und 
entgegengesetzt  gerichtet,  wirken  aber  in 
verschiedenen  parallelen  Geraden:  das 
System  ist  gleichwertig  einem  ein- 
zigen Kräftepaar, 

y)  die  beiden  Kräfte  sind  nicht  gleich 
und  entgegengesetzt  gerichtet,  aber  sie 
schneiden  sich  oder  sie  sind  parallel:  das 
System  hat  als  Resultierende  eine 
einzige  Kraft, 

ö)  die  beiden  Kräfte  schneiden  sich  nicht 
und  sind  auch  nicht  parallel:  die  Resul- 
tierende   ist   eine   Kraftschraube. 

Die  Bezeichnung  ,, Kraftschraube"  stammt 
daher,  daß  zwei  sich  nicht  schneidende 
Kräfte  stets  ersetzt  werden  können  durch 
eine  Kraft  und  ein  Kräftepaar,  dessen  Ebene 
j_  ist  zu  der  Kraft,  so  daß  das  Kräftepaar 
um  die  Wirkungslinie  der  Kraft  dreht.  Die 
Wirkungslinie  der  so  reduzierten  Resultieren- 
den nennt  man  die  ,, Zentrallinie"  des  Kraft- 
systems. Man  erhält  sie  durch  folgende 
einfache  Konstruktion: 

Es  seien  P^  und  Pg  die  zwei  Kräfte; 
fügen  wir  in  einem  beliebigen  Punkt  der 
Wirkungslinie  von  Pi  zwei  gleiche  und  ent- 
gegengesetzt gerichtete  Kräfte  nach  Größe  und 
Richtung  Pg  und  —  P,  hinzu,  so  können  P2 
und  Pi  zusammengesetzt  werden  und  wir  er- 
halten eine  resultierende  Kj-aft  und  ein  Kräfte- 
paar. Nun  legen  wir  eine  Ebene  senkrecht  zur 
Resultierenden  und  zerlegen  beide  Kräfte 
des  Kräftepaars  in  je  zwei  Komponenten, 
die  in  der  Eeben  liegen  bezw.  senkrecht  zur 
Ebene  stehen.  Die  Komponenten  _l  zur 
Ebene  sind  parallel  mit  der  Resultierenden 
!  und  wenn  wir  sie  mit  derselben  vereinigen, 
wird  diese  nach  Größe  und  Richtung  unver- 
ändert bleiben  und  nur  ihre  Wirkungslinie 
verlegt.  Die  Komponenten  in  der  Ebene 
bilden  ein  Kräftepaar,  welches  um  die  Wir- 
kungslinie der  Resultierenden  dreht,  so  daß 
die  durch  die  Verlegung  gewonnene  Wirkungs- 
linie bereits  die  Zentrallinie  liefert. 

7.  Gleichgewichtsbedingungen  bei 
räumlichen  Kräften.  Ein  räumliches  Kraft- 
system ist  durch  sechs  Größen  bestimmt 
(etwa  durch  Größe  der  Resultierenden,  Größe 
des  resultierenden  Moments,  Richtung  und 
Lage  der  Zentrallinie,  wobei  die  beiden  letzten 
Größen  durch  je  zwei  Parameter  gegeben 
sind).  Demzufolge  hat  man  für  einen  starren 
Körper  sechs  Gleichgewichtsbedingungen,  die 
z.  B.  so  ausgesagt  werden  können,  daß  die 
drei  Komponenten  der  Resultierenden  und 
die  drei  Komponenten  des  Moments  in  bezug 
auf  einen  beliebigen  Punkt  verschwinden. 
Ist  der  starre  Körper  irgendwie  gestützt, 
so  liefern  die  Gleichgewichtsbedingungen 
die  Reaktionskräfte.  Wir  wollen  nur  einige 
wenige  Beispiele  angeben. 

a)  Ist  der  Körper  in  einem  Punkte  be- 
festigt,  so    liefern     die   drei    Momentenglei- 


Gleichgewicht 


57 


chungen  in  bezug  auf  den  festen  Punkt 
das  Kriterium  des  Gleichgewichts,  die  drei 
anderen  Gleichungen  bestimmen  die  drei 
Komponenten  der  Reaktionskraft. 

b)  Ein  besonders  wichtiger  Spezialfall  des 
räumlichen  Kraftsystems  ist  der  Fall  paralleler 
Kräfte.  Die  Resultierende  paralleler  Ivräfte 
ist  gleich  der  algebraischen  Summe  der  Kräfte 
und  hat  dieselbe  Richtung.  Soll  der  Körper 
im  Gleichgewicht  sein,  so  muß  er  in  einem 
Punkte  der  Wirkungslinie  der  Resultierenden 
gestützt  werden.  Wird  als  äußere  Kjaft 
die  Schwere  angenommen,  so  ist  die  Re- 
sultierende das  Gewicht  des  Körpers.  In 
diesem  Falle  gibt  es  einen  Punkt  des  starren 
Körpers  (Schwerpunkt,  Massenmittelpunkt), 
der  die  Eigenschaft  hat,  daß  in  beliebiger  Lage 
die  Wirkungslinie  des  Gewichtes  durch  diesen 
Punkt  geht.  Daraus  folgt,  daß  der  Körper 
im  Gleichgewicht  ist,  falls  Schwerpunkt  und 
Stützpunkt  in  derselben  Lotrechten  liegen. 
Liegt  der  Schwerpunkt  unterhalb  des  Stütz- 
punktes, so  ist  das  Gleichgewicht  —  wie  wir 
später  genauer  sehen  werden  —  stabil,  in 
entgegengesetztem  Falle  labil.  Falls  Schwer- 
punkt und  Stützpunkt  zusammenfallen,  heißt 
das  Gleichgewicht  neutral. 

8.  Gleichgewicht  beliebiger  Punkt- 
systeme. Deformierbare  Körper.  Bei 
einem  beliebigen  Körper  hat  man  drei  Gleich- 
gewichtsbedingungen für  jeden  Punkt,  so 
daß  die  Kräfte  bei  n  Punkten  3n  Bedingungen 
genügen  müssen.  Man  unterscheidet  zwischen 
äußeren  und  inneren  Kräften;  die  letzteren 
sind  diejenigen,  welche  zwischen  zwei  Punkten 
des  Systems  wirken,  sie  müssen  —  dem  Prin- 
zip von  actio  und  reactio  zufolge  —  paar- 
weise gleich  und  einander  entgegengesetzt 
gerichtet  sein.  Daraus  folgt,  daß  die  6  Be- 
dingungen für  die  äußeren  Kräfte,  die  für 
das  Gleichgewicht  eines  starren  Körpers 
notwendig  und  hinreichend  sind,  auch  bei 
einem  beliebigen  System  eine  notwendige 
Bedingung  des  Gleichgewichts  bilden.  Man 
leitet  daraus  das  „Prinzip  des  Festmachens" 
ab,  indem  man  bei  einem  beliebigen  Punkt- 
system oder  bei  einem  beliebigen  deformier- 
baren Medium  als  Bedingung  des  Gleich- 
gewichts hinstellt,  daß  die  Kräfte,  die  an 
einem  beliebigen  Teil  des  Systems  an- 
greifen, den  Gleichgewichtsbedingungen  am 
starren  Körper  genügen  sollen. 

Wenn  man  in  dieser  Weise  die  Theorie 
des  Gleichgewichts  von  kontinuierlichen 
Medien  ableiten  wäll,  so  sind  zwei  Wege 
gangbar:  man  kann  einerseits  vom  Punkt- 
system ausgehen  und  so  zu  der  Mechanik 
des  Kontinuums  gelangen,  indem  man  die 
inneren  Kräfte,  deren  Wirkungslinie  durch  ein 
Flächenelement  geht,  zu  einer  Resultierenden 
vereinigt  und  diese  als  Spannung  in  bezug 
auf  das  Flächenelement  definiert;  anderer- 
seits kann  man  die  Spannung  als  etwas  un- 


mittelbar durch  Anschauung  Gegebenes  an- 
sehen. In  beiden  Fällen  muß  man  fordern,  daß 
Spannungen  und  äußere  Ivräfte  einen  be- 
liebigen Teil  des  Körpers  im  Gleichgewicht 
halten  sollen.  Indem  man  außerdem  für  die 
Abhängigkeit  der  Spannungen  von  der  De- 
formation besondere  Annahmen  einführt, 
gelangt  man  zu  der  Statik  der  elastisch  festen 
Körper  (vgl.  den  Artikel  ,, Elastizität") 
und  der  elastischen  Flüssigkeiten  (vgl.  den 
Artikel  ,,Gasbewegung").  Die  Statik  der 
inkompressiblen  Flüssigkeiten  (vgl.  den  Ar- 
tikel ,, Flüssigkeit")  ergibt  sich  schließ- 
lich als  Grenzfall  der  Statik  elastischer  (kom- 
pressibler)  Flüssigkeiten. 

II.  Das  Prinzip  der  virtuellen  Arbeiten, 
I.  Das  Prinzip  für  einen  Massenpunkt 
und  für  Punktsysteme.  Für  einen  freien 
Massenpunkt  ist  die  Aussage  des  Prinzips  der 
virtuellen  Arbeiten  offenbar  gleichbedeutend 
mit  der  Bedingung  des  Kräftegleichgewichts. 
Da  ein  freier  Punkt  nur  dann  im  Gleich- 
gewicht sein  kann,  wenn  die  Resultierende 
der  Ki'äfte  verschwindet,  so  ist  es  klar, 
daß  auch  die  Arbeit,  die  diese  Kxäfte 
bei  einer  beliebigen  Verschiebung  leisten 
würden,  Null  ist.  Die  Formulierung  als 
Arbeitsprinzip  bietet  aber  in  diesem  Falle 
keine  Vorteile,  es  ist  dies  erst  der  Fall,  wenn 
die  Bewegungsfreiheit  des  Punktes  gehindert 
ist,  da  dann  die  Kräfte,  die  den  geo- 
metrischen Zwang  darstellen  und  keine 
Arbeit  leisten,  in  die  Gleichgewichtsbe- 
dingung überhaupt  nicht  eintreten.  Das 
Prinzip  sagt  dann  aus,  daß  Gleichgewicht 
herrscht,  sobald  die  Kräfte  bei  keiner 
gedachten,  geometrisch  möglichen  Ver- 
schiebung Arbeit  leisten  würden.  Die 
denkbaren  geometrisch  möglichen  Verschie- 
bungen nennt  man  ,, virtuell".  Ruht  z.  B. 
ein  Punkt  auf  einer  reibungslosen  Fläche, 
so  folgt  die  bereits  früher  gewonnene  Regel, 
daß  die  Kräfte  eine  zur  Fläche  normale 
Resultierende  liefern  müssen,  unmittelbar 
aus  dem  Arbeitsprinzip,  da  nur  zur  Ver- 
schiebung senkrechte  Kräfte  keine  Arbeit 
leisten. 

Sind  mehrere  Massenpunkte  durch  einen 
unausdehnbaren  Faden  oder  durch  starre, 
gewichtslos  gedachten  Stäbe  verbunden, 
dann  ist  es  ebenfalls  klar,  daß  die  zwischen 
den  Punkten  auftretenden,  durch  die  Ver- 
bindung bedingten  Ki-äfte  keine  Arbeit 
leisten,  folglich  das  System  nur  dann  im 
Gleichgewicht  sein  kann,  falls  die  übrigen, 
die  sogenannten  ,, äußeren"  Kräfte  bei  keiner 
geometrisch  möglichen  Verschiebung  Arbeit 
leisten  würden.  Man  kann  in  dieser  Weise 
z.  B.  die  Gleichgewichtsbedingung  für  zwei 
schwere,  durch  einen  unausdehnbaren  Faden 
verbundene  Punkte  unmittelbar  ableiten,  die 
an  zwei  schiefen  Ebenen  mit  verschiedenen 


58 


Grleichffewicht 


Neigungswinkeln  a  und  ß  rulien  (Fig.  6). 
Die  durch  die  Schwere  geleistete  Arbeit  ist 
gleich  dem  Produkt  aus  Gewicht  x  Höhen- 
änderung.    Erleiden  die  beiden  Punkte  eine 


Fig.  6. 

gemeinsame  Verschiebung  ös,  so  ist  die  Ar- 
beit des  Gewichtes  Gj  gleich  Gi6s  sin  aj  die 
Arbeit  des  Gewichtes  G^  gleich  — Gzös  sin  ß. 
voraus  folgt 

(Gl  sin  a  —  Ga  sin  ß)  ds  =  0 
Gl  sin  a  =  G,  sin  ß 

Rechnet  man  die  Verschiebung  des  gemein- 
samen Schwerpunktes  bei  der  Verschiebung 
der  beiden  Punkte  aus,  so  findet  man,  daß 
sobald  die  obige  Bedingung  erfüllt  ist, 
der  Schwerpunkt  in  der  wagerechten  Ge- 
raden AB  verschoben  wird.  Dies  folgt  am  ein- 
fachsten daraus,  daß  die  Gesamtarbeit  der 
beiden  Gewichte  aus  dem  Produkt  aus  Ge- 
samtgewicht X  Höhenänderung  des  Schwer- 
punktes besteht  und  im  Falle  des  Gleich- 
gewichts bei  der  Verschiebung  verschwinden 
muß. 

2.  Toricellisches  Prinzip.  Das  letzte 
Resultat  kann  für  beliebige  Punktsysteme 
verallgemeinert  werden.  Sind  n  Massen- 
punkte der  Schwere  unterworfen  und  wirkt 
außer  der  Schwere  keine  Kraft,  die  bei 
einer  virtuellen  Verschiebung  Arbeit  leisten 
würde,  so  muß  das  System  im  Falle  des 
Gleichgewichts  eine  Konfiguration  an- 
nehmen, die  so  beschaffen  ist,  daß  bei  jeder 
geometrisch  möglichen  Aenderung  der  Schwer- 
punkt in  wagerechter  Richtung  verschoben 
wird.  Bezeichnen  wir  nämlich  die  Höhen- 
koordination der  einzelnen  Punkte  mit 
ZiZ2..Zn,  die  Massen  mit  mim2..mn,  so  ist 
die  Arbeit  der  Schwere  gleich 

n 

öA  =  —  Zniigözi 

1 

Nun  ist  die  Höhe  des  Schwerpunkts 

1 

Umi 
so  daß  wir  schreiben  können 

ÖA  =  —g{Im\)dz^ 


Im  Falle  des  Gleichgewichts  ist  daher 

dz,  =0 
Man  sagt,  der  Schwerpunkt  hat  bei  jeder 
virtuellen  Verschiebung  eine  ,, stationäre" 
Höhe.  Wir  werden  später  sehen,  daß  im  Falle 
des  stabilen  Gleichgewichts  das  System  ins- 
besondere jene  Lage  einnimmt,  bei  der  der 
Schwerpunkt  am  tiefsten  liegt.  Man  be- 
zeichnet diesen  Satz  oft  als  das  „Toricelli- 
sche Prinzip". 

3.  Virtuelle  Arbeit  am  starren  Körper. 
Da  ein  starrer  Körper  als  ein  System  von 
miteinander  starr  verbundenen  Punkten  auf- 
gefaßt werden  kann,  so  leisten  bei  Lagen- 
änderung eines  starren  Körpers  die  inneren 
Kräfte  (Spannungen)  keine  Arbeit  und 
man  kann  das  Prinzip  in  der  Form  aus- 
sagen, daß  im  Falle  des  Gleichgewichts  die 
Arbeit  der  äußeren  Kräfte  bei  jeder  geome- 
trisch möglichen  Verschiebung  verschwindet. 
Die  geometrische  Analyse  der  Bewegungs- 
verhältnisse des  starren  Körpers  lehrt,  daß 
jeder  momentane  Bewegungszustand  aus 
einer  Drehung  um  eine  momentane  Achse 
und  einer  geradlinigen  Verschiebung  in  der 
Richtung  dieser  Achse  erzeugt  werden  kann. 
Bei  einem  freien  Körper  ist  jede  Gerade 
als  momentane  Drehachse  möglich  und  so 
gelangt  man  unschwer  zu  der  Bedingung,  daß 
im  Gleichgewicht  sowohl  die  Resultierende 
als  das  Moment  des  Kraftsystems  in  bezug 
auf  einen  beliebigen  Punkt  verschwinden 
muß.  Die  Vorteile  des  Prinzips  kommen  auch 
in  diesem  Falle  erst  dann  zum  Vorschein, 
wenn  der  Körper  in  seiner  Bewegungsfreiheit 
gehindert  ist;  alsdann  liefert  die  Einschrän- 
kung der  geometrisch  möglichen  Verrückungen 
sofort  jene  Gleichgewichtsbedingungen,  die 
gerade  nötig  und  ausreichend  sind.  Wir 
wollen  einige  wichtige  Fälle  betrachten: 

a)  Ist  der  starre  Körper  um  eine  feste 
Achse  drehbar,  so  ist  die  Arbeit  der  äußeren 
Kräfte  gleich  dem  Drehmoment  X  Ver- 
drehung. Daraus  folgt,  daß  im  Gleichgewicht 
das  Drehmoment  verschwindet.  Hierher 
gehört  der  historische  Beweis  des  Hebel- 
gesetzes  (Fig.   7).    Die    Arbeit   der   beiden 


Fi-   7. 


Grleichgewicht 


59 


Kräfte  ist  gleich 

Piösi  — P2ÖS2 -0 
Andererseits  verhalten  sich  die  Wege  wie  die 
Hebelarme 

woraus 


folgt. 


Pii-i-Par, 


0 


b)  Jede  ebene  Bewegung  kann  als  eine 
Drehung  um  einen  momentanen  Drehungs- 
mittelpunkt aufgefaßt  werden.  Ist  die  Ver- 
schiebungsrichtung zweier  Punkte  bekannt, 
so  erhält  man  das  momentane  Zentrum, 
indem  man  zwei  auf  die  Verschiebungs- 
richtung senkrechte  Geraden  zum  Schneiden 
bringt.  Die  Arbeit  ist  alsdann  das  Drehmo- 
ment um  den  momentanen  Drehpunkt  X 
Verdrehung.  Es  folgt  daraus  unmittelbar 
unser  früheres  Resultat,  daß  bei  zwei  rei- 
bungslosen Stützpunkten  die  Resultierende 
der  äußeren  Kräfte  im  Gleichgewicht  durch 
den  Schnittpunkt  der  beiden  Flächen- 
normalen gehen  muß,  da  dieser  als  das 
momentane  Zentrum  aufgefaßt  werden  kann. 

4.  Das  Prinzip  der  virtuellen  Arbeiten  für 
deformierbare  Systeme.  Bei  deformierbaren 
Systemen  lautet  das  Gleichgewichtsprinzip 
folgendermaßen:  bei  jeder  virtuellen  (geo- 
metrisch möglichen)  Veränderung  der  Lage 
und  der  relativen  Konfiguration  der  Teile 
ist  die  gesamte  Arbeit  der  inneren  und 
äußeren  Kräfte  gleich  Null.  Da  die  inneren 
Kräfte  im  allgemeinen  mit  der  Konfigura- 
tion sich  ändern,  muß  man  sich  in  diesem 
Falle  auf  infinitesimale  Verrückungen  be- 
schränken. Genauer  kann  man  so  sagen:  man 
entwickelt  die  Arbeit  die  bei  einem  Ver- 
rückungssystem  geleistet  wird,  nach  Potenzen 
der  Verrückungen  und  nun  müssen  die  Aus- 
drücke der  ersten  Näherung  identisch  in  den 
Verrückungen  verschwinden,  sobald  man 
die  geometrischen  Zusammenhänge  berück- 
sichtigt. In  den  wichtigsten  Fällen  (z.  B.  bei 
vollkommen  elastischen  Systemen)  geschieht 
die  Arbeitsleistung  der  inneren  Ivräfte  auf 
Kosten  einer  inneren  Energie  (z.  B.  auf 
Kosten  der  Formänderungsenergie  des  elas- 
tischen Systems) ;  im  Falle  des  Gleichgewichts 
muß  daher  bei  jeder  Verschiebung  von  der 
Gleichgewichtslage  aus  die  Arbeit  der  äußeren 
Ki'äfte  genau  gleich  sein  der  Zunahme  der 
inneren  Energie.  In  diesen  Fällen  ist  das 
Gleichgewicht  gegeben,  sobald  wir  die  Ab- 
hängigkeit der  Energie  vom  Deformationszu- 
stand kennen.  Wird  z.  B.  ein  Balken  durch 
ein  Gewicht  belastet,  so  ist  die  Gleichgewichts- 
gestalt des  Balkens  dadurch  ausgezeichnet, 
daß  l)eini  Uebergang  in  eine  behebige 
andere  benachbarte  Gestalt,  die  man  geo- 
metrisch sich  denken  kann,  die  Arbeits- 
leistung des  Gewichtes  (Gewicht  X  Durch- 
senkung) gerade  gleich  ist  der  Zunahme  der 
elastischen  Energie.  Wir  können  auch 
sagen,  daß  man  die  Gestalt  des  Balkens  so 


zu  bestimmen  hat,  daß  die  Gesamtarbeit 
der  Kräfte  „bei  jeder  Variation"  ver- 
schwindet und  so  gelangt  man  durch  An- 
wendung des  Prinzipes  der  virtuellen  iVrbeiten 
unmittelbar  zu  den  sogenannten  ,,Variations- 
prinzipen"  der  Elastizitätslehre. 

III.  Stabilität  des  Gleichgewichts. 

I.  Die  Definition  der  Stabilität.  Dirich- 
letscher  Stabilitätssatz.  Wir  sagen,  ein 
System  sei  im  stabilen  Gleichgewicht,  falls 
durch  genügende  Einschränkung  der  An- 
fangslage und  Anfangsgeschwindigkeit  die 
Abweichung  von  der  Gleichgewichtslage  und 
die  Geschwindigkeit  sämtlicher  zum  System 
gehörenden  Punkte  für  alle  Zeiten  beliebig 
eingeschränkt  werden  können.  Wie  scharf 
man  auch  die  Umgebung  der  Gleichgewichts- 
lage einschränkt,  in  dem  das  System  für  alle 
Zeiten  sich  befinden  soll,  so  kann  dies  durch 
eine  genügende  Einschränkung  der  Anfangs- 
bedingungen stets  erreicht  werden. 

Das  Kriterium  der  Stabilität  ist  besonders 
einfach,  falls  wir  uns  auf  Ivräfte  beschränken, 
bei  denen  jede  Arbeitsleistung  auf  Kosten  einer 
potentiellen  Energie  geschieht.  Es  genügen 
dieser  Bedingung  z.  B.  unter  den  äußeren  Kräf- 
ten die  Schwere,  die  elektrostatischen  Kräfte 
usw.,  ferner  alle  nach  Richtung  oder  Größe  fest 
gegebenen  Ki-äfte,  unter  den  inneren  Kräften 
die  elastischen  Spannungen.  Das  Gleich- 
gewicht ist  im  allgemeinen  dadurch  be- 
stimmt, daß  bei  allen  möglichen  Verschie- 
bungen keine  Arbeit  geleistet  wird.  Ge- 
schieht jede  Arbeit  auf  Kosten  der  poten- 
tiellen Energie,  so  muß  die  potentielle  Energie 
bei  jeder  kleinen  Verschiebung  unverändert 
bleiben,  sie  muß  einen  stationären  Wert 
haben.  Es  sind  nun  drei  Fälle  möglich: 
die  potentielle  Energie  hat  in  der  fraglichen 
Lage  ein  Minimum  oder  ein  Maximum 
oder  aber  es  tritt,  obwohl  ein  stationärer 
Wert  vorhanden  ist,  kein  Extremum  auf 
(„Minimax").  Man  kann  nun  leicht  zeigen, 
daß  unter  diesen  Fällen  das  Minimum  der 
potentiellen  Energie  die  Stabilität  ge- 
währleistet. 

Wir  wollen  uns  auf  einen  einzigen  Massen- 
punkt beschränken,  aber  es  sei  bemerkt, 
daß  der  Beweis  auf  beliebige  Systeme  leicht 
übertragen  werden  kann.  Wir  können  uns 
ferner  ohne  Einschränkung  der  Allgemein- 
heit den  zweidimensionalen  Fall  vorstellen. 

Wir  bestimmen  die  Gleichgewichtslage, 
deren  Stabilität  untersucht  werden  soll, 
durch  die  Koordinaten  Xq,  yo,  die  potentielle 
Energie  V  sei  eine  Funktion  von  x  und  y 
und  ihr  Wert  im  Punkte  Xq,  yo  sei  Vq.  Wir 
wollen  zeigen,  daß,  falls  V  in  Xq,  y«  einen 
Kleinstwert  hat,  d.  h.  falls  alle  Werte  in 
der  Umgebung  größer  sind  als  Vq,  das 
Gleichgewicht  stabil  ist.  Zu  diesem  Zwecke 
zeigen  wir,  daß  der  Punkt  immer  innerhalb 
eines  beliebig  kleinen  lü'eises  bleiben  muß, 


60 


Gleichgewnc-iit 


falls  mir  die  Anfane:slai?e  t,^eiiüü:('iul  nahe 
zu  x,„  y„  uiul  die  Antiiiii,'sti;c'scli\viiulii(ki'it  t^^c- 
nüiionci  klein  s^ewälilt  wird.  Wir  iieliiuen 
als  rnii,a'biin}^  einen  Kreis  mit  dem  Radius  n; 
da  V  in  Xq,  Vq  ein  Minimum  hat,  sind  alle 
Werte  von  V  an  dem  Kreisumlansf  ;i;rüL)er 
als  \\:  es  sei  der  kleinste  von  ihnen  Vi, 
alsdann  ist  es  klar,  daß,  wenn  der  Anfaiii^^s- 
wert  der  «^^esaniten  Energie  so  gewählt  wird, 
daß  er  kleiner  ist  als  Vj  (d.  h.  zwischen  Vq 
und  Vi  liegt),  der  Punkt  nie  aus  dem 
Kreise  heraus  kann,  da  er  in  dem  Augen- 
blicke, wo  er  den  Kreis  passieren  soll,  wenig- 
stens eine  Energiemenge  Vi  besitzen  müßte, 
seine  Ant'angsenergie  aber,  die  während 
der  Bewegung  konstant  bleibt,  weniger 
als  Vi  beträgt.  Man  kann  sich  die  Werte 
der  potentiellen  Energie  etwa  als  Höhen- 
koordinaten einer  Fläche  denken;  das  Mini- 
mum entspricht  dann  einer  ]\lulde  und, 
wenn  alle  Punkte  in  der  Umgebung  höher 
sind,  so  kann  der  Punkt  eine  bestimmte 
Grenzlinie  nur  dann  überschreiten,  wenn  er 
durch  die  Störung  wenigstens  so  viel  Energie 
erhält,  daß  er  den  niedrigsten  Punkt  der 
Grenzlinie  passieren  kann.  Falls  also  die 
Störung  genügend  klein  ist,  so  bleibt  er 
stets  innerhalb  d^r  vorgeschriebenen  Grenze, 
d.  h.  seine  Gleichgewichtslage  ist  stabil. 

Ein  Punkt  unter  der  Wirkung  der  Schwere 
ist  also  im  stabilen  Gleichgewicht,  falls  seine 
Höhe  gegen  alle  geometrisch  möglichen 
Nachbarlagen  ein  Minimum  bildet;  bei 
einem  System  unter  der  Wirkung  der 
Schwere  gilt  dasselbe  für  den  Schw^erpunkt. 
Ein  interessantes  Beispiel  zeigt  Figur  8:  auf 


geschwindigkeit  um  eine  Achse  rotieren, 
hju  solches  System  kann  man  nämlich  durch 
ein  ruhendes  ersetzen,  falls  die  Zentrifugal- 
kräfte als  äußere  Kräfte  hinzugefügt  werden. 
Man  muß  also  annehmen,  daß  jeder  Massen- 
teil mit  der  Masse  m  eine  Abstoßung  vom 
Betrage  mroj-  von  der  Achse  erleidet  (r  Ent- 
fernung von  der  Achse,  m  Umdrehungsge- 
schwindigkeit). Die  Arbeit,  die  die  Zentri- 
fugallvräi'te  leisten,  falls  die  Masse  von  der 
Achse  auf  eine  Entfernung  r  geschoben  wird, 
ni 


ist  offenbar  ^  r^co 


(gleich  der  kinetischen 

Energie).  Soll  diese  Arbeit  auf  Kosten  einer 
potentiellen  Energie  geschehen,  damit  wir 
unser  Theorem  anwenden  können,  so  müssen 
wir  als  scheinbare  potentielle  Energie  die 
um  diesen  Betrag  verminderte  wahre  po- 
tentielle Energie  ansehen. 

Wir  nehmen  als  Beispiel  eine  Kugel,  die  an 
einer  gewächtloscn  Stange  hängt  und  rotiert 
(Fig.  9a  und  9b).  Wir  fragen,  ist  das  Gleich- 


Fig.  8. 

einen  Kreiszylinder  ist  schief  ein  anderer 
aufgesetzt,  von  dem  wir  annehmen,  daß  er 
nur  rollen  kann  und  daß  sein  Schwerpunkt 
excentrisch  liegt.  Die  Figur  zeigt,  daß  die 
gezeichnete  La^^e  stabil  ist,  weil  der  Schwer- 
punkt beim  Abrollen  nach  beiden  Seiten 
steigen  würde.  Dies  erklärt  die  Erscheinung 
der  sogenannten  Wackelsteine. 


mrü 


Fig.  9. 

gewicht  stabil  oder  nicht?  Die  potentielle 
Energie  der  Schwere  ist  gleich  Gewicht  x  Höhe ; 
falls  wir  also  die  Energie  als  Funktion  des 
Ausschlages  auftragen,  so  ist  sie  durch  einen 
Halbkreis    gegeben.       Von    dieser    Energie 

m 
müssen  wir  die  Größe  y  oj^r^ abziehen,  so  daß 

die  scheinbare  gesamte  potentielle    Energie 
m 
2 

beträgt.      Man     sieht    leicht,    daß    V    für 
r  =  0    ein    Minimum    besitzt,    so    lange 
0)     klein     ist     (Fig.     9  a),      dagegen 
große   CO  (Fig.   9  b). 


V  =  niffh  — 


co'r 


Maximum    für 


ein 
Die 


2.  Anwendung  auf  rotierende  Körper. 
Das  Prinzip  vom  Minimum  der  potentiellen 

Energie  kann  leicht  übertragen  werden  auf    rironyo  i^f  KoJ  ,.      l/^/j-    tt    j    i,  i,i 

Systeme,  die  mit  gleichförmiger  Umdrehungs-    ^''"''  ''^  ^''  ^  =  [/  F  ^^''  Umdrehungszahl 


G-leichffewicht 


61 


stimmt   in   diesem   Falle   mit   der    Schwin- 
gungszahl     der    als     Pendel     aufgehängten 


Kugel    überein). 


-,  so  hat  man 


Ist  co>j    ^ 

das  Minimum  für  einen  von  Null  verschie- 
denen Wert  von  r,  d.  h.  die  vertikale  Lage 
ist  labil  und  das  Gewicht  wird  bei  jeder 
kleinen  Störung  ausschlagen  und  in  die 
stabile  Lage  übergehen. 

Die  Stabilität  einer  rotierenden  Flüssig- 
keitsmasse,   deren    Teile    sich    nach    dem 
Newtonschen   Attraktionsgesetz    anziehen, 
ist  vom  kosmogonischem   Standpunkte  aus 
interessant.      Die    Untersuchung   zeigt   fol- 
gendes: wenn  man  von  der  Kugel  ausgeht, 
die       im      Ruhezustande       die      Gleichge- 
wichtsfigur   bildet,    so    tritt    zunächst   in- 
folge der  Umdrehung  eine  Abplattung  ein; 
bei"  wachsender  Umdrehungsgeschwindigkeit 
wird  aber  die  rotationssymmetrische  Gleich- 
gewichtsfigur instabil  und  die  Masse  nimmt 
eine  birnenförmige  unsymmetrische   Gestalt 
an.     Es  ist  wolü  möglich,  daß  eine  weitere 
Steigerung  der  Umdrehungszahl  zur  Trennung 
führen  kann,  so  daß  man  sich  in  der  Weise  das 
Entstehen  von  Doppelsternen  vorstellen  kann. 
Schließlich    wollen    wir    die    Stabilitäts- 
bedingung für  einen  um  seine  eigene  Achse  in 
aufrechter  Lage  rotierenden  Kreisel  angeben. 
Bezeichnet  oj  die   Umdrehungsgeschwindig- 
keit, Ji  das  Trägheitsmoment  um  die  Kreisel- 
achse, Ja  das  Trägheitsmoment  in  bezug  auf 
eine  zu  der  letzteren  senkrechte  Achse  durch 
den  Stützpunkt,  s  den  Schwerpunktsabstand 
vom  Stützpunkt  gemessen,  so  ist  das  Gleich- 
gewicht stabil,  falls  der  Drehimpuls 
Jioj  >  21J2ings. 
3.  Methode  der  kleinen  Schwingungen. 
Das    energetische    Stabihtätskriterium,    das 
wir   in    i.  auseinandergesetzt  haben,  ist  auf 
die  Fälle  beschränkt,  in  denen  alle  Kjäfte 
auf  Kosten  einer  nur  von  der  Lage  und  Kon- 
figuration abhängigen  Energie  Arbeit  leisten. 
Nun  sind   aber  oft  Widerstandskräfte,   Rei- 
bung usw.  zu  berücksichtigen,  diese  Kräfte 
können  sogar  für  die  Stabilität  maßgebend 
werden.    In  all  diesen  Fällen  kann  man  die 
sogenannte  , »Methode    der    kleinen  Schwin- 
gungen"  anwenden,   d.   h.   unmittelbar   die 
Bewegung  untersuchen,  die  eine  kleine  Ab- 
weichung   von    der    Gleichgewichtslage    zur 
Folge  hat.    Das  Wesen  der  Methode  besteht 
darin,  daß  man  in  den  Ausdrücken  für  die 
Kräfte    nur    die    ersten    Potenzen    der    Ab- 
weichungen der  Koordinaten  von  der  Gleich- 
gewichtslage  und   die   ersten   Potenzen   der 
Geschwindigkeiten  berücksichtigt.     Die  Be- 
wegungsgleichungen des  Systems  werden  mit 
dieser    Annäherung    durch    lineare     Dif- 
ferentialgleichungen  mit   konstanten 
Koeffizienten  ersetzt  und  als  Lösung  kann 
man   im   allgemeinen   vier   Bewegungstypen 
erhalten:    a)   aperiodisch   gedämpfte    Bewe- 


gung gegen  die  Gleichgewichtslage,  b)  Schwin- 
gungen mit  abnehmender  Amplitude  (perio- 
disch gedämpfte  Bewegung),  c)  Schwin- 
gungen mit  zunehmender  Amplitude, 
d)  aperiodisch  wachsende  Entfernung  von  der 
Gleichgewichtslage.  Besitzen  die  Differen- 
tialgleichungen nur  Lösungen  vom  Typ 
a)  oder  b)  (inklusive  Schwingungen  mit  kon- 
stanter Amplitude),  so  ist  die  Gleichgewichts- 
lage stabil,  sonst  labil. 

'  In  manchen  Fällen  genügt  es,  die  Unter- 
suchung der  Bewegung  durch  eine  einfache 
Untersuchung  der  Kräfteverhältnisse  zu 
ersetzen,  indem  man  sich  das  System  aus  der 
Gleichgewichtslage  ein  wenig  entfernt  denkt 
und  prüft,  ob  die  dadurch  entstehenden  Kräfte 
das  System  gegen  die  Gleichgewichtslage 
zurückbringen  oder  die  Abweichung  noch 
vergrößern.  Es  ist  leicht  einzusehen,  daß 
diese  „statische  Stabilität"  nicht  un- 
bedingt gleichbedeutend  ist  mit  der  eigent- 
lichen („dynamischen")  Stabilität,  es 
kann.  z.  B.  wohl  vorkommen  daß  die  Kräfte 
im  ersten  Moment  das  System  gegen  die 
Gleichgewichtslage  bewegen,  dann  aber 
doch  wachsende  Schwingungen  entstehen; 
ebenso  kann  das  System  im  ersten  Moment 
sich  von  der  Gleichgewichtslage  entfernen 
und  dann  z.  B.  durch  Widerstandskräfte, 
die  von  der  Geschwindigkeit  abhängen, 
doch  zurückgebracht  werden. 

IV.  Das  thermodynamische  Gleichgewicht. 
I.  Die  beiden  Hauptsätze  der  Thermo- 
dynamik und  die  Bedingungen  des  thermo- 
dynamischen  Gleichgewichts.  Ein  rein  me- 
chanisches Svstem  ist  im  Gleichgewicht,  faUs 
die  Arbeit  der  äußeren  Kräfte  bei  jeder  virtuellen 
Aenderung  gleich  ist  der  Zunahme  der  -inneren 
potentiellen  Energie.  Für  thermische  Systeme 
muß  zunächst  der  Energiebegriff  übertragen 
werden.  Dies  geschieht  durch  den  ersten 
Hauptsatz  der  Thermodynamik,  namentlich 
durch  die  Festsetzung,  daß  beim  Uebergang 
auf  beliebigem  Wege  zwischen  zwei  Gleich- 
gewichtszuständen des  Systems  die  Summe  der 
von  den  äußeren  Kräften  geleisteten  Arbeit 
lind  der  von  außen  zugeführten  Wärme  nur  vom 
Anfangs-  und  Endzustand  abhängt:  sie  ist  gleich 
der  „Differenz  der  Energien"  der  beiden  Zu- 
stände. Der  zweite  Hauptsatz  beschränkt 
zunächst  den  Uebergang  auf  sogenannte  „re- 
versible" Aenderungen,  d.  h.  auf  Prozesse, 
die  aus  einer  Folge  von  Gleichgewichtszuständen 
bestehen  und  sagt  aus,  daß  bei  solchen  Aende- 
rungen die  Wärme  als  Produkt  der  Temperatur 
und  der  Aenderung  eines  neuen  Zustandspara- 
meters,  der  Entropie  ausgedrückt  werden  kann. 
Die  ,, reversible  Aenderung-  spielt  m  der  Therrno- 
dynamik  die  Rolle,  die  in  der  Mechanik  der 
virtuellen  Verschiebung  zukommt  und  die  Aus- 
'  sage  des  zweiten  Hauptsatzes  über  solche  Aende- 
rungen kann  man  auch  als  Bedingung  des 
Gleichgewichts  auffassen;  man  fordert  dann, 
daß  im  Falle  des  Gleichgewichts  bei  jeder  ge- 
dachten reversiblen  Aenderung  die  geleistete 
Arbeit  und  die  mit  der  Temperatur  multipli- 
zierte Entropieänderung  gleich  der  Zunahme  der 


(52 


Gleichgewicht 


iiiiu'ien  Energie  sei.    In  einer  Formel  ausgedrückt 

hat   man   (T  die  Temperatur.    »^    die   Entropie) 

dA  +  T()/,  =  dE. 

In  dieser  Form  ist  die  Gleichung  gewisser- 
maßen eine  Erweiterung  des  Prinzips  der  vir- 
tuellen Arbeiten,  die  aussagt,  daß  beim  mecha- 
nisclien  Gleichgewicht  die  Arbeit  bei  jeder 
virtneUen  Verschiebung  gleich  ist  der  Zunahme 
der  inneren  Energie,  d.  h. 
dA  =  dE. 

Wenn  an  dem  mechanischen  System  die 
äulieren  Kräfte  keine  Arbeit  leisten,  so  ist  das 
Gleichgewicht  bestimmt  durch  ()E  =  o,  d.  h. 
durch  einen  stationären  Wert  der  potentiellen 
Energie,  das  stabile  Gleichgewicht  durch  das 
Minimum  derselben.  In  analoger  Weise  ist  das 
thermodynamische  Gleichgewicht  durch  einen 
stationären,  im  Falle  der  Stabilität  durch  einen 
kleinsten  Wert  der  Energie  charakterisiert 
gegenüber  allen  Aenderungen,  bei  denen  sowohl 
die  äußere  Arbeit,  als  die  zugeführte  Wärme  ver- 
schwindet, d.  h.  gegenüber  Zuständen  mit  dem- 
selben Volumen  (dA  =  o)  und  derselben  Entropie 
(dr,  =  o).  Nun  ist  aber  die  Fragestellung  bei 
thermoclyna mischen  Problemen  zumeist  etwas 
anders;  man  fragt  nach  dem  Gieichgewichts- 
zust:ind  bei  gegebener  Temperatur  und  nicht  bei 
gegebener  Entropie,  d.  h.  wir  wollen  virtuelle 
Verschiebungen  bei  konstanter  Temperatur  (iso- 
therm) und  nicht  bei  konstanter  Entropie  (adia- 
batisch) vornehmen.  Setzen  wir  dT  =  o,  so 
k(innen  wir  unsere  allgemeine  Gleichung  schreiben 
6A  =  d(E  —  Tri) 

Die  Größe  H  =  E  —  Trj  nennt  man  nach 
Helmholtz  die  freie  Energie  und  man  erhält 
alsdann  folgende  zwei  Sätze  als  Bedingungen 
des  Gleichgewichts: 

a)  bei  jeder  isothermen  reversiblen  Aenderung 
eines  Systems,  das  sich  im  thermodynamischen 
Gleichgewicht  befindet,  ist  die  durch  die  äußeren 
Kräfte  geleistete  Arbeit  gleich  der  Zunahme  der 
freien  Energie; 

b)  bei  isothermer  Verschiebung  bei  konstantem 
Volumen  (dA  =  o)  hat  die  freie  Energie  einen 
stationären  Wert;  im  stabilen  Gleichgewichts- 
zustand hat  sie  ein  Minimum  gegen  alle  benach- 
barten Zustände  mit  derselben  Temperatur  und 
demselben  Volumen. 

2.  Einfache  Anwendungen.  a)  Gleich- 
gewicht zwischen  Flüssigkeit  und  Dampf. 
Als  virtuelle  Verschiebung  kann  die  Überführung 
einer  Menge  dm  vom  flüssigen  in  den  Dampf- 
zustand angesehen  werden.  Ist  die  freie  l^UTgie  | 
der  Flüssigkeit  pro  Masseneinheit  hj,  dieselbe 
des  Dampfes  h,,  so  lautet  die  Gleichgewichts- j 
gleichung  I 

(hj— hl)  6u  =  dA.  \ 

Berechnen  wir  den  Druck,  bei  dem  die  beiden  | 
Aggregatzustände  miteinander  im  Gleichgewicht 
sind  C, Sättigungsdruck")  mit  p,  die  Volumver- 1 
mehrung  der  Masseneinheit  bei  der  Verdampfung  j 
mit  Vj — Vj,  so  ist 

—dA  =  p(v2— vi)(5£i 
oder 

ha— hl  =  —  p  (v,— v,). 
Nach  der  Theorie  von  van  der  Waals 
über  die  Kontinuität  des  flüssigen  und  gas- 
förmigen Zustandes  haben  die  Isothermen  unter- 
halb der  kritischen  Temperatur  die  in  Figur  10 
angegebene  Gestalt.  Sind  A  und  B  die  koexi- 
stierenden Zustände  (A  flüssig,   B  Dampf),  so  i 


ist  offenbar   die   Differenz   der  freien  Energien 

2 

hj— ha  =/pdv, 
1 
d.  h.  gleich  der  Arbeit,  die  wir  erhalten,  falls  wir 
das  System  reversibel  längs  der  Isotherme  von 


A  in  B  überführen.  Die  beiden  miteinander 
im  Gleichgewicht  stehenden  Zustände  sind  also 
durch  die  Gleichung 

P(V2— Vj)  =  Tpdv 
1 
bestimmt,  d.  h.  man  hat  p  so  zu  bestimmen, 
daß  die  beiden  schraffierten  Flächen  gleich  sind, 
b)  Gleichgewicht  zwischen  Lösung 
und  Lösungsmittel;  osmotischer  Druck. 
Eine  verdünnte  Lösung  und  ihr  Lösungsmittel 
seien  durch  eine  halbdurchlässige  Wand  getrennt, 
die  nur  das  Lösungsmittel  durchläßt.  Wir 
wollen  die  Druckdifferenz  an  beiden  Wand- 
flächen berechnen,  falls  Lösung  und  Lösungs- 
mittel im  Gleichgewicht  sind.  Zu  diesem  Zwecke 
denken  wir  uns  die  Wand,  deren  Fläche  F  be- 
tragen soll,  verschoben  gegen  die  Lösung  um  den 
Weg  (3s.  Beträgt  die  gesuchte  Druckdifferenz 
(,, osmotischer  Druck")  p,  so  ist  die  geleistete  Arbeit 

dA  =  pFds. 
Die  Zunahme  der  freien  Energie  entsteht  da- 
durch, daß  bei  der  Verschiebung  das  Flüssigkeits- 
volumen 6V  =  Fds  des  Lösungsmittels  durch 
die  Wand  durchgelassen  wird  und  dadurch  die 
,, Konzentration"  der  Lösung  zunimmt.  Bezeich- 
nen wir  die  ,, molekulare  Konzentration",  d.  h. 
das  Verhältnis  der  Anzahl  Moleküle  der  gelösten 
Substanz  zu  der  Anzahl  der  Moleküle  des 
Lösungsmittels  mit  c,  so  lehrt  die  allgemeine 
Thermodynamik,  daß  die  freie  Energie  einer 
verdünnten  Lösung  gleich  ist  der  freien  Energie 
des  getrennt  gedachten  Lösimgsmittels  und  der 
gelösten  Substanz  vermindert  um  den  Betrag 
T'RTlogc,  wobei  v  die  Anzahl  der  Moleküle 
der  gelösten  Substanz,  R  die  allgemeine  Gas- 
konstante, T  die  Temperatur  bedeutet.  Die 
Aenderung  der  freien  Energie  H  beträgt  somit 

dH  =  rRT  — 
c 
Nun  ist  offenbar 

de  _  _  dV 
,    .     ,  c    ~       T~ 

wobei  \  das  Gesamtvolumen  der  Lösung  be- 
zeichnet.    Aus 


Grleiehffewicht  —  (Tlimmentladuns. 


63 


(5A  =dH 


rRT 


(3V 


folgt  unmittelbar 

— pdV 

oder 

P  =  f  RT 

d.  h. 

pv  =  RT 
analog    der    Boyle -Mariottesehen    Gleichung, 
falls    das    Volumen    pro    Molekül    der    gelösten 

V 

Substanz  —  =  v  gesetzt  wird. 

2C)   In  einfacher   Weise  kann  aus   unserem 
Gleichgewichtsprinzip    das    Massen wirkungs- 
gesetz    als    Gleichgewichtsbedingung    zwischen 
heterogenen      Substanzen      abgeleitet     werden, 
falls  wir  die  chemischen  Aenderungen  als  virtuelle 
Verschiebung  auffassen.     Doch  wollen  wir  hier- 
für   auf    den   Artikel   ,, Chemisches    Gleich- 
gewicht" und  auf  die  Lehrbücher  der  Thermo- 
dynamik und  der  theoretischen  Chemie  hinweisen. 
Literatur,     l.  Allgemeine   Lehrbücher  der 
ßlechanik:  JP.   Appell,    Traue  de  mecanique 
rationelle,    Bd.    I.    —    A.    Föppl,     Vorlesungen 
über    technische    Mechanik,    Bd.    I    und    II.    • — 
G.    Hantel,    Elementare    Mechanik.    —    A,  E. 
H,  Love,  Theoretical  mechanies.  —  U.  Marco- 
lorgo,     Theoretische     Mechanik,     deutsch     von 
Tim  er  ding.    —    A.    G.    Webster,   Dynamics 
of  particles  and  of  rigia,  elastic  and  fluid  bodies. 
2.    Sp e zielte    Lehrbücher    über   Statik : 
C.    Culmann,    Die    graphische    Statik.  —  H, 
Lamb,   Statics.  —  L.  Henneherg,   Statik  der 
starren  Systeme.  —  JT.  Petersen,  Lehrbuch  der 
Statik  fesler  Körper.  —  E.  J.  Roiith,  A  treatise 
on  analytical  statics.    3.  Geschichtliches: 
E.    Mach,     Die   3Iechanik    in    ihrer   Entwicke- 
lung.  —  P.  Duhem,   Les  origines  de  la  statique. 
4-     TJe  bcr    the  rmo  dynamisches     Glc  i  c  h  - 
gewicht:     J.    W.   Gihhs,    Thermodynamischc 
Studien.  —  H.  A.  Lorentz,    Ueber  den  ziveiten 
Hauptsatz  (Abhandlungen  über  theoretische  Phy- 
sik). —  M.   Planck,    Thermodynamik. 

Th.  V.  Kärtndn. 


Gleichgewicht. 

Siehe  den  Artikel  „Chemisches  Gleich- 
fewicht". 


Gletscher. 

Siehe  den  Artikel  „Eis". 


Gliedertiere. 

Arthropoden.  Der  durch  gegliederten  Bau, 
Chitinbedeckung  und  durch  den  Besitz  ge- 
gliederter Anhänge  ausgezeichnete  Tier- 
stamm  (vgl.   den  Artikel  „Arthropod a"). 


Glimmentladung. 

A.  Einleitung.  1.  Bedingungen  des  Auftretens 
der  Glimmentladung.  2.  Das  allgemeine  Aus- 
sehen der  Glimmentladung.  B.  lonentheoreti- 
sches.  1.  Theorie  des  lonenstoßes.  2.  Natürliche 
Leitfähigkeit  der  Gase.  3.  lonisierungsspannung. 
4.  Verzögerung  der  Entladung.  5.  Theorie  von 
J.  S.  Townsend.  C.  Ionisation  und  Leucht- 
erscheinungen bei  der  Glimmentladung.  1.  Der 
allgemeine  Verlauf  der  Glimmentladung.  2.  Die 
einzelnen  Teile  der  Glimmentladung:  a)  Die 
Leuchterscheinung  an  der  Kathode.  ü:)Crookes- 
scher  Dunkelraum,  (i)  Negatives  Glimmlicht. 
y)  Erste  Kathodenschicht,  b)  Die  positive  Licht- 
säule und  der  Faradaysche  Dunkelraum. 
D.  Das  elektrische  Spannungsgefäjle  bei  der 
Glimmentladung.  1.  Der  allgemeine  räumliche 
Verlauf  des  Spannungsabfalls.  Methoden  zu 
seiner  Bestimmung.  2.  Das  Gefälle  in  der  posi- 
tiven Lichtsäule.  3.  Kathodengefälle.  4.  Anoden- 
gefälle. 5.  Zusammengesetzte  Gase  und  Gas- 
gemische. Spektrales  Verhalten.  6.  Die  Schichtung 
der  positiven  Lichtsäule.  7.  Die  Gesamtspannung. 
8.  Ventilröhre.  9.  Glühende  Kathode.  10.  Leit- 
fähigkeit, lonengeschwindigkeit,  Massentransport 
bei  der  Glimmentladung.  11.  Einfluß  eines 
Magnetfelds  auf  die  Glimmentladung. 

A.  Einleitung. 
I.  Bedingungen  des  Auftretens  der 
Glimmentladung.  Erhöht  man  die  elektrische 
Spannung  zwischen  zwei  in  einem  Gase 
befindlichen  Elektroden,  so  tritt  bei  einem 
bestimmten,  von  Form  und  Abstand  der 
Elektroden,  Natur  des  Gases  u.  a.  abhängigen 
Wert  derselben,  den  man  die  Anfangs- 
spannung nennt,  eine  spontane  Entladung 
durch  das  Gas  ein.  Je  nach  den  äußeren 
elektrischen  Bedingungen  kann  die  Entladung 
sehr  verschiedenartigen  Charakter  annehmen. 
Sind  z.  B.  die  Elektroden  metallisch  durch 
Drähte  mit  den  Belegungen  eines  Konden- 
sators verbunden,  so  tritt  bei  einer  ganz  be- 
stimmten Spannung  eine  mehr  oder  weniger 
vollständige  Entladung  des  Kondensators 
durch  einen  kurz  dauernden  Funken  ein. 
Ist  der  Kondensator  nur  von  kleiner  Kapazi- 
tät, also  die  Stärke  des  Entladungsstroms 
nur  gering,  so  hat  der  Funke  ein  schwach- 
leuchtendes rötliches  Aussehen.  Genauere 
Beobachtung  zeigt  auch,  daß  die  Licht- 
erscheinung unterteilt  ist  und  in  verschie- 
denen Partien  im  allgemeinen  auch  ver- 
schiedene Farbe  aufweist.  Spektral  zeigen 
sich  nur  die  Linien  des  Gases.  Anders  wenn 
infolge  größerer  Kapazität  größere  Elektrizi- 
tätsmengen sich  entladen,  besonders  wenn  bei 
größerem  Gasdruck,  etwa  dem  der  Atmo- 
sphäre, die  Entladungsbahn  sich  auf  einen 
sehr  schmalen  Weg  beschränkt.  Infolge 
großer  Erhitzung  zerstäubt  und  verdampft 
das  Elektrodenmetall,  und  der  Metalldampf 
erhält  Temperaturen,  die  ihn  zur  lebhaften 
Beteiligung  an  der  Lichtausstrahlung  be- 
fähigen. Die  Gasstrecke  erhält  in  diesem  Fall 


64 


Glimmentladun'? 


eine  ungemein  liolie  Lcitf<äliip:keit,  welche 
ihr  noch  eine  leicht  wjiliniehmbare  Zeit 
erlialtpn  likMbt.  Erfährt  vor  Abhiuf  dieser 
Zeit  der  Kondensator  eine  neue  Aufladung, 
so  findet  die  neue  Entladung  einen  noch  vor- 
bereiteten Boden  und  erfolgt  bereits  bei 
niedrigerer  Spannung.  (ienügend  schnelle 
Aufeinanderfolge  stronistarker  Entladungen 
bringt  die  Elektroden  schnell  zum  (ilühen 
und  \'erdani])fen.  die  Entladung  nimmt  dann 
den  kontinuierlichen  Charakter  des  Licht- 
bogens an.  In  diesem  ist  es  leicht,  dieschwerst- 
schmelzbaren  Metalle  zur  Verflüssigung  und 
zum  Verdam])fen  zu  bringen.  Je  nach  der 
benutzten  Elektrizitätscjuelle  erlangt  man 
experimentell  die  zum  Umschlag  in  die 
Bogenentladung  nötige  Entladungsfrequenz 
auf  verschiedene  Weise.  Dient  zur  Funken- 
erzeugung eine  intermittierende  Elektrizitäts- 
quelle, etwa  ein  mit  Unterbrecher  oder  mit 
Wechselstrom  betriebener  Funkeninduktor, 
so  hat  man  nur  für  eine  ausreichende  Fre- 
(juenz  zu  sorgen,  die  natürlich  einen  mit  den 
äuLk^en  Bedingungen  (Induktorbelastung, 
Natur  der  Funkenstrecke)  stark  veränder- 
lichen Betrag  hat.  Werden  Kondensator 
und  Funkenstrecke  mit  einer  Quelle  kon- 
stanter elektrischer  Spannung  (Hochspan- 
nungsbatterie, Gleichstrommaschine)  ver- 
bunden, so  ist  der  vor  die  SpannungsqueUe 
geschaltete  Widerstand  für  die  Schnelligkeit 
der  Entladungsfolge  maßgebend.  Verkleinert 
man  ihn  allmählich,  so  kommt  man  mit 
steigender  Entladungsfrequenz  bald  an  die 
Stelle,  wo  die  intermittierende  Entladung 
in  einen  kontinuierlichen  Lichtbogen  um- 
schlägt. Durch  eine  kräftige  Kühlung  der 
Funkenstrecke  kann  man  die  thermische 
Nachwirkung  des  Funkens  auf  äußerst  kleine 
Zeiten  zurückdrängen,  so  daß  es  gelingt, 
sekundlich  50  000  und  mehr  Einzelfunken, 
die  nicht  mehr  die  folgenden  beeinflussen,  zu 
erhalten,  ferner  auch  Funken  oszillatorischen 
Charakters  in  elektrischen  Schwingungs- 
kreisen diesen  Charakter  völlig  zu  nehmen, 
dadurch,  daß  wegen  der  nötigen  aber  fehlen- 
den Erhitzung  der  Funkenstrecke  der  Funke 
bereits  in  der  ersten  Schwingungsperiode  ab- 
reißt. Solche  Abreiß-  oder  Löschfunken  sind 
im  allgemeinen  nur  zwischen  sehr  nahen 
massiven  Elektroden  aus  gut  wärmeleitendem 
und  schwer verdam])fendem  Material  möglich ; 
sie  sind  von  hervorragender  praktischer  Be- 
deutung für  die  modernen  Methoden  der 
Funkentelegraphie. 

Während  der  helle  Entladungsfunke 
größerer  Ka])azitäten  (d.  h.  auch  noch  kleiner 
Leydener  Flaschen)  in  metallischem  Schlie- 
ßungskreise kleinen  Widerstands,  der  meist 
aus  einer  größeren  Reihe  sehr  schnell  auf- 
einander folgender  rartialentladungen  be- 
steht, durchaus  den  Charakter  einer  dis- 
ruptiven  Bogenentladung  aufweist,  zeigt  sich. 


wie  bereits  eingangs  erwähnt,  ein  anderes 
Bild,  wenn  große  Entladungsstromstärken 
durch  eingeschalteten  Widerstand  verhindert 
werden,  oder  wegen  zu  geringer  zur  Ent- 
ladung kommender  Elektrizitätsmengen  über- 
haupt nicht  entstehen  können.  Es  entsteht 
die  sogenannte  Glimmentladung,  welche  als 
schwachleuchtender  Funke  disruptiv  sein 
kann,  bei  ständiger  Elektrizitätszufuhr  aber 
auch  vollkommen  kontinuierlich  zu  er- 
halten ist. 

2.  Das  allgemeine  Aussehen  der  Glimm- 
entladung. Um  bei  größerem  Gasdruck  eine 
Glimmentladung  einzuleiten,  sind  recht  große 
Feldstärken  erforderlich.  Eine  bekannte  Er- 
scheinung ist  der  kontinuierliche  Strom  der 
Spitzenentladung.  Bei  der  negativen  Spitzen- 
ausströmung in  Luft  zeigt  sich  an  der  Spitze 
ein  feiner  bläulichleuchtender  Punkt,  der 
unter  dem  Mikroskop  gesehen  sich  jedoch 
nicht  als  eine  zusammenhängende  Leucht- 
erscheinung erweist,  sondern  etwa  das  in 
Figur  1   dargestellte  Aussehen  hat.      Dicht 


Fig.  1. 


auf  der  Spitze  aufsitzend  eine  bläuliche 
Lichthaut,  ihr  folgend  ein  nichtleuchtendes 
Gebiet,  darauf  ein  rötlicher,  nach  außen 
sich  verlierender  Lichtschein.  Auch  an  größe- 
ren Elektroden  ist  eine  Glimmentladung  bei 
Atmosphärendruck  unter  geeigneten  Bedin- 
gungen leicht  zu  erhalten,  so  zwischen  den 
Kugelpolen  einer  Influenzmaschine,  beson- 
ders wenn  man  dieselben  mit  einer  Schicht 
eines  Halbleiters,  etwa  Holzkalotten,  bedeckt. 
Die  Kathode  überzieht  sich  dabei  mit  einer 
Lichthaut. 

Schöner  und  wichtiger  sind  die  Er- 
scheinungen, die  in  verdünnten  Gasen  beob- 
achtet werden,  wenn  sie  auch  prinzipiell 
von  denjenigen  in  dichten  Gasen  nicht  zu 
scheiden  sind.  Es  mögen,  etwa  mit  einem 
Funkeninduktor,  Entladungen  geringerer 
Stromstärke  zwischen  zwei  Elektroden  er- 
zeugt werden.  Diese  Entladungen  setzen 
bei  Atmosphärendruck  als  Funken  in  einem 
hellen  Punkt  an  der  Kathode  an,  der  von  der 
übrigen  Funkenbahn  durch  einen  kleinen 
dunlden  Teil  getrennt  ist.  Verfolgen  wir 
nunmehr  erst  rein  äußerlich,  was  geschieht, 
wenn  die  p]lektroden  sich  in  einem  Rohr 
befinden,  in  welchem  der  Gasdruck  allmählich 
erniedrigt  ward.  Der  vorher  das  Gas  in  feiner, 
scharfer,  eventuell  blitzartig  gezackter  Bahn 
durchschneidende  Funke  beginnt  verwaschene 


Gli  minentladunc- 


65 


Konturen    anzunehmen     und    wird     immer 
breiter,      je      weiter      ausgepumpt      wird. 
Gleichzeitig  nimmt  die  dunkle  Unterbrechung 
vor  der   Kathode   größere   Dimensionen  an 
und  breitet  sich  als  der  sogenannte  Fara- 
daysche  dunkle  Raum  weit  in  das  Rohr 
hinein  aus,  dabei  das  allmählich  den  ganzen 
Rohrquerschnitt  ausfüllende,   an  der  Anode 
mit  einer  helleren  Schicht  ansetzende  posi- 
tive Licht  immer  weiter  zurückdrängend. 
Die    Kathode    selbst    überzieht    sich    dabei 
allmählich  immer  mehr   mit  einer  in   Luft 
bläulich  gefärbten  Schicht,  dem  sogenannten 
negativen    Glimmlicht.      Dasselbe   sitzt 
jedoch  nicht  unmittelbar  an  der  Kathoden- 
oberfläche auf,    sondern 
es  folgt  nach    ihm    erst 
noch   ein  weiterer  licht- 
loser   Teil,      der     soge- 
nannte      Crookessche 
dunkle      Raum,     und 
dann  erst  direkt  auf  der 
Oberfläche       ansetzend, 
eine  gelblichrot  leuchtende  Schicht,    die  so- 
genannte erste   Kathodenschicht.     Das 
geschilderte   Aussehen    der  Glimmentladung 
wird  durch  Fig.  2  skizziert. 

B.    lonentheoretisches. 

I.  Theorie  des  lonenstoßes.  Da  das 
Verhalten  der  gesamten  Glimmentladung, 
sowie  ihrer  einzelnen  Teile,  wenn  auch  nicht 
in  allen  Punkten,  so  doch  zum  weitaus 
größten  Teil  durch  die  lonentheorie  eine 
gute  Erklärung  findet,  so  ist  zunächst  der 
Mechanismus  der  lonenerzeugung  und  die 
Art  der  lonenbewegung  bei  dieser  Ent- 
ladungsform zu  erörtern.  Die  Glimment- 
ladung bildet  zusammen  mit  der  Spitzen-, 
Funken-  und  Bogenentladung  die  Gruppe 
der  sogenannten  selbständigen  Entladun- 
gen. Bei  ihnen  schafft  das  elektrische  Feld 
sich  selbst  ohne  die  Hilfe  äußerer  Ionisatoren 
die  zum  Eintritt  des  Entladungsstromes  not- 
wendige Leitfähigkeit  des  Gases.  Die 
ursprüngliche,  wohl  von  Maxwell  her- 
rührende Anschauung,  daß  jedes  Gas  eine  ge- 
wisse elektrische  Festigkeit  seiner  Mole- 
küle besitze,  und  daß  zur  Zerreißung  der 
Moleküle  bezw.  Atome  in  die  entgegengesetzt 
geladenen  Ionen  eine  gewisse  Feldstärke 
erforderlich  sei,  bei  welcher  das  Feld  also  selbst 
direkt  das  Gas  in  seinem  molekularen  Gefüge 
zerstört  und  ionisiert,  hat  sich  bald  als 
unhaltbar  erwiesen.  Die  Anschauung,  die 
man  über  diese  Tätigkeit  des  elektrischen 
Feldes  jetzt  allgemein  hat, ist  eine  andere  und 
zwar  die  folgende :  Vorhandene  Ionen  erhalten 
im  elektrischen  Feld  bei  genügender  Stärke 
desselben  eine  ausreichende  kinetische  Energie, 
um  unter  Verlust  derselben  beim  Zusammen- 
prall mit  Gasmolekülen  deren  iVtome  in  Ionen 
zu  zersplittern.    Diese  von  J.  J.  Thomson 

Handwörtcrbnch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


in  die  lonentheorie  zuerst  eingeführte  Hypo- 
these des  lonenstoßes,  nach  welcher  also 
das  Feld  nicht  selbst  die  Moleküle  direkt  zer- 
reißt, sondern  erst  mittelbar  mit  Hilfe  be- 
wegter Ionen  zertrümmert,  setzt  zweierlei 
voraus.  Erstens,  daß  stets  in  einem  Gase 
einige,  wenn  auch  noch  so  wenige  Ionen 
nicht  nur  vorhanden  sind,  sondern  sich  fort- 
während neu  bilden.  Wenn  letzteres  nicht 
wäre,  so  müßte  es  gelingen,  erst  durch  ein 
geringes  elektrisches  Feld  einem  Gasraum 
alle  Ionen  zu  nehmen  und  damit  die  Mög 
lichkeit  des  Eintretens  einer  spontanen  Ent- 
ladung zu  beseitigen.  Zweitens,  daß  jedes 
Ion  bei  ausreichender  Geschwindigkeit  durch 


FiiT. 


Stoß  neue  erzeugen  kann.  Daß  unter  diesen 
Voraussetzungen  sehr  kräftige  elektrische 
Ströme  in  einem  Gase  von  selbst  eintreten 
können,  ist  ohne  weiteres  ersichtlich;  da 
jedes  erzeugte  Ion  sogleich  selbst  zu  einem 
neuen  ionisierenden  Kern  wird,  muß  der 
Strom  in  ähnlicher  Weise  rapid  anwachsen, 
wie  ein  rollender  Schneeball  zur  mächtigen 
Lawine  wird.  Beide  genannten  Voraussetzun- 
gen finden  im  Experiment  ihre  Bestätigung. 
Es  soll  dies  in  den  nächsten  beiden  Ab- 
schnitten behandelt  werden. 

2.  Natürliche  Leitfähigkeit  der  Gase. 
Schon  Coulomb  beobachtete,  daß  die  Elek- 
troden seiner  elektrostatischen  Drehwage 
Elektrizitätsverluste  zeigten,  welche  nicht 
durch  Leitung  längs  cler  festen  Stützen 
erklärt  w'erden  konnten.  Ein  solcher  Elektrizi- 
tätsverlust geladener  Körper  in  Gasen,  der 
in  freier  Luft  wie  auch  in  abgeschlossenen 
Räumen  sich  zeigt,  ist  in  neuerer  Zeit  von  Li  nß 
sowie  von  Elster  und  Geitel  und  anderen 
Beobachtern  nähererüntersuchung  unterzogen 
worden.  Es  zeigte  sich,  daß  Gase  immer  ein, 
w'enn  auch  oft  sehr  geringes,  Leitungsvermögen 
besitzen,  d.  h.  daß  immer  eine  gewisse  Anzahl 
freier  Ionen  sich  in  ihnen  befinden.  Der 
Nachweis  w^irde  in  der  Weise  geführt,  daß 
ein  vollständig  in  einem  fast  allseitig  ge- 
schlossenen, mit  Trockenmitteln  versehenen 
kleinen  Gefäß  befindliches  Elektroskop  ge- 
laden wurde.  Die  Isolation  kann  (mit  Bern- 
stein) so  gut  gemacht  werden,  daß  sich  die 
Ladung  sehr  lange  hält.  Wird  aber  auf  das 
Elektroskop  ein  Metallzylinder,  ein  sogenann- 
ter Zerstreuungskörper,  mittels  'eines  kurzen 
Drahtstifts  durch  eine  kleine  Oeffnung  im 
Gefäß  ohne  Berührung  desselben  aufgesteckt, 
so  zeigt  sich  sogleich  ein  ziemlich  erheblicher 
dauernder  Ladungsverlust  des  Elektroskops. 

5 


6(i 


Glimmentladung 


Dieser  kann  nicht  von  angezogenen  nnd 
wieder  ab'^estoßenen  Staubteilchen  oder 
AVasserbläschen  herrühren,  denn  erstens 
läßt  sich  dies  leicht  ohne  Verminderung  des 
Effekts  vormeiden,  und  zweitens  erweist  er 
sich  sogar  um  so  größer,  je  staub-  und  dunst- 
freier das  umgebende  Gas  ist.  In  der  freien 
Vtmosphäre  schreibt  man  die  vorhandene 
Ionisation  verschiedentlichen  Ursachen  zu. 
Vornehmlich  dürfte  sie  von  radioaktiven 
Einflüssen,  insbesondere  der  dem  Erdboden 
entweichenden  Emanation  radioaktiver  Kor- 
per herrühren.  Indessen  ist  auch  das  Sonnen- 
licht sicherlich  ein  nicht  zu  unterschätzender 
Ionisator,  wie  aucli  die  durch  das  Tageslicht 
stark,  bis  auf  ca.  i/,  bis  V«  ihres  nachtbchen 
Wertes  herabgedrückten  Reichweiten  der 
funkentelegraphischen  Stationen  erweisen. 

3.    lonisierungsspannung.      Die   zweite 
Voraussetzung  der  Thomsonschen  Theorie 
der    selbständigen    Entladung    ist    die    den 
Ionen  zugeschriebene  Eigenschaft,  von  einer 
bestimmten  Geschwindigkeit  ab  durch  Stoß 
neue  bilden  zu  können.     Diese    Hypothese 
bildet    die    ungezwungenste    Erklärung    für 
eine  Reihe  von  Erscheinungen,  ja  man  ist 
wohl  zu  sagen  berechtigt,  daß  ihre  Richtigkeit 
durch  diese  bewiesen  wird.  Die  Tatsache,  daß 
die  korpuskularen  Strahlen  großer  Geschwin- 
digkeit, das  sind  die  Kathoden-  und  Kanal- 
strahlen, die  ß-  und  a- Strahlen  radioaktiver 
Substanzen,  Gase   kräftig  ionisieren,   findet 
durch  sie  eine  elegante  Deutung.  Beweisender 
ist  der  Umstand,  daß  es  stets  gelingt,  durch 
Einwirkung  eines  je  nach  den  Umständen 
mehr    oder    weniger    kräftigen    elektrischen 
Feldes  auf  ein  ionisiertes  Gas  plötzlich  eine 
mit  steigendem  Feld  ungemein  schnell  zu- 
nehmende Ionisation  zu  erzwingen.     Solche 
Versuche  sind  zuerst  an  den  negativen  Ionen, 
welche   durch   Anlagerung   der   beim   licht- 
elektrischen  Effekt   aus   einem   bestrahlten  1 
Metall   frei   werdenden   Elektronen    an   die 
Gasmoleküle  entstehen,  von  E.  v.  Schweid- 1 
1er  und  bald  darauf  von  H.  Kreusler  aus- 1 
geführt,  später  von  anderen  auch  auf  positive 
Ionen  ausgedehnt  worden.    Wird  der  Raum 
zwischen  zwei  einander  gegenüberstehenden  1 
.Metallplatten     z.  B.     mit    Röntgenstrahlen , 
ionisiert  und  dieelektrischeSpannungzwischen  ' 
den  Platten  allmählich  von  Null  an  erhöht, 
so  tritt  nach  einer  erstmaligen  Zunahme  des 
rein  unselbständigen  Stromes  bald  ein  kon- 
stanter Wert  desselben,  der  von  der  Spannung 
unabhängige  Sättigungswert,  ein.     Dies  ge- 
schieht von  dem  Moment  an,  wo  das  elektrische 
Feld  ausreichend  groß  ist,  um  die  erzeugten 
Ionen  aus  dem  Gas  heraus  an  die  Elektroden 
zu  befördern,  ehe  sie   (Jelegenheit  zum  Zu- 
sammenstoß und  zur  Wiedervereinigung  mit 
Ionen  entgegengesetzten  Vorzeichens  haben. 
Der  Strom  beliält  bei  weiterer  Erhöhung  der 
Spannung  diesen   Sättigungswert  lange  bei. 


bis  er  plötzlich  wieder  schnell  zu  steigen 
be<^innt  Dies  tritt  in  dem  Augenblick  des 
Be^'c^inns  der  Stoßionisation  ein,  mit  welchem 
die*'  Strömung  ihren  rein  unselbständigen 
Charakter  verliert  und  anfängt  sich  selbst 
die  erforderlichen  Leitungsionen  zu  schaffen. 
Figur  3  zeigt  einen  solchen  Verlauf  der 
Stromspannungskurve. 


Um  einen  Schluß  auf  die  für  die  Stoß- 
ionisation in  Betracht  kommenden  Größen 
ziehen  zu  können,  sehen  wir  uns  die  Be- 
wegung des  Ions  im  elektrischen  Felde  ge- 
nauer an.  Gasmoleküle  und  Ionen  befinden 
sich  in  der  fortwährenden  ungeordneten 
Bewegung,  die  den  Wärmegehalt  des  Gases 
darstellt,  und  prallen  dabei  fortdauernd  auf- 
einander. Im  elektrischen  Feld  kommt  zu 
dieser  unregelmäßigen  eine  geordnete  Be- 
wegung der  +  Ionen  in  der  Feldrichtung, 
der  —Ionen  in  der  entgegengesetzten  Rich- 
tung. Ist  (S  die  Feldstärke,  e  die  lonenladung, 
so  ist  e  e  die  aufs  Ion  wirkende  beschleuni- 
gende lü-aft.  Legt  unter  der  Wirkung  dieser 
'  Kraft  das  Ion  einen  Weg  1  bis  zum  Zu- 
isammenprall  mit  einem  anderen  Teilchen 
zurück,  so  hat  es  eine  kinetische  Energie 
gewonnen,  welche  der  von  der  Kraft  auf- 
I gewendeten  Arbeit  gleich  ist,  also: 
1  1/,,  mv2  =  e-e.l. 

.Damit  ein  Ion  einen  bestimmten,  zur  Stoß- 
Ionisation  ausreichenden  Geschwindigkeits- 
betrag bekommt,  muß  das  Produkt  G;.l 
'  einen  gewissen  Wert  erreichen.  Nicht  die 
Feldstärke  ©  allein  ist  also  dafür  maß- 
gebend, sondern  neben  ihr  auch  der  im  Felde 
frei  durchlaufene  Weg  1,  der  als  freie  Weg- 
länge des  Ions  im  Felde  bezeichnet  wer- 
den soll.  Die  Größe  g.l  ist  der  Spannungs- 
betrag, den  das  Ion  frei  durchlaufen  muß,  um 
stoßionisieren  zu  können.  Man  nennt  sie 
lonisierungsspannung.  Dieselbe  ist, 
wie  sich  gezeigt  hat,  für  das  positive  und 
negative  Ion  von  verschiedener  Größe,  was 
sich  aus  deren  verschiedener  Masse  erklären 


Glimmentlaclims: 


67 


dürfte.  Die  positiven  Ionen  sind  dnrch- 
weg  Atome  oder  Atomkomplexe,  von 
denen  ein  Elektron  abgespalten  ist;  die  nega- 
tiven Ionen  sind  teils  freie,  teils  an  Atome 
angelagerte  Elektronen.  Vonihnen  kommen  als 
Ionisatoren  vorwiegend  die  freien  Elektronen 
in  Betracht,  bei  niederen  Drucken  oder  bei 
hohen  Temperaturen  fast  ausschließlich,  bei 
den  Edelgasen  nach  neueren  Untersuchungen, 
besonders  von  J.  Franck,  auch  bei  gewöhn- 
lichen Drucken  und  Temperaturen  bereits  in 
über\Nnegendem  Maße.  Das  freie  Elektron 
kann  vermöge  seiner  außerordentlichen  Klein- 
heit —  es  hat  eine  fast  2000  mal  kleinere 
Masse  als  das  leichteste  bekannte  Ion,  das 
Wasserstoffion     —     vielleicht     beim     Stoß 


mehr  in  das  Gefüge  des  gestoßenen  x\toms 
eindringen;  auch  ist,  wie  sich  aus  den  Ge- 
setzen des  unelastischen  Stoßes  ergibt,  für 
eine  bestimmte  kinetische  Energie  des 
stoßenden  Teilchens  der  auf  das  gestoßene 
übergehende  Anteil  derselben,  also  damit  der 
Wirkungsgrad  des  Stoßes  um  so  größer,  je 
kleiner  die  Masse  des  stoßenden  Teilchens  ist. 
Die  lonisierungsspannung  hat  sich  ferner 
an  der  Grenzfläche  von  festen  oder  flüssigen 
Körpern  gegen  Gase  wesentlich  kleiner 
ergeben  als  im  Gasinnern.  Es  ist  dies  ver- 
mutlich einer  auslösenden,  die  Ionisation  er- 
leichternden Wirkung  der  Grenzkörper  zu- 
zuschreiben. Es  beträgt  beispielsweise  die 
lonisierungsspannung    nach    J.    Stark    für 


Luft  im  Innern  des  Gases 
Luft  an  Grenze  gegen  Platin 


lonisierungsspannung 
+  Ion     —  Elektron 
440  Volt      30  Volt 
350  Volt      15  Volt 


lonisierungsgeschwindigkeit 


+  Ion 
■,7.  lo«  cm/sec 


Elektron 
3,3.  lo*  cm/sec 


6,8. 10^  cm/sec        2,4. 10^  cm/sec 


Die  diesen  Spannungswerten  entsprechen- 
den Größen  der  zur  Ionisation  erforderlichen 
Geschwindigkeiten,  aus  der  oben  angeführten 
Formel  berechnet,  sind  daneben  verzeichnet. 
Diese  Geschwindigkeiten  sind  groß  gegen  die 
molekularen  Geschwindigkeiten  der  Wärme- 
bewegung, die  selbst  bei  1000**  C.  erst  von 
der  Größenordnung  2.10' cm/sec  ist.  Darum 
ist  ein  Einfluß  einer  Temperaturerhöhung 
des  Gases  auf  den  Wert  der  lonisierungs- 
spannung nicht  zu  erwarten,  wenn  man  bei 
dem  Versuch  die  Dichte  des  Gases  konstant 
läßt,  und  es  ist  auch  in  der  Tat  ein  solcher 
nicht  bemerkt  worden.  Die  Gasteilchen 
sind  also  gegenüber  den  stoßionisierenden 
Gasionen  als  ruhend  zu  betrachten. 

Da  die  freie  Weglänge  des  Ions  mit  ab- 
nehmendem Druck,  diesem  annähernd  um- 
gekehrt proportional,  zunimmt,  die  lonisie- 
rungsspannung aber  naturgemäß  eine  für 
das  Gasmolekül  charakteristische  Größe  ist, 
so  folgt,  daß  die  zur  Stoßionisation  erforder- 
liche Feldstärke  mit  dem  Druck  gleichzeitig 
abnimmt.  Es  versteht  sich,  daß  die  freie 
Weglänge  1  des  Ions  im  Felde  nicht  für  durch- 
weg alle  Ionen  im  Gase  denselben  Wert  hat, 
sondern  es  werden  alle  mögliehen  Werte  von 
den  kleinsten  bis  zu  den  größten  vor- 
kommen. Indessen  hat  für  einen  bestimmten 
Druck  die  Weglänge  1  und  damit  auch  die 
lonisierungsspannung  6.1  einen  alle  anderen 
Werte  bei  weitem  an  Häufigkeit  des  Vor- 
kommens überragenden  Mittelwert.  Dieser 
ist  es,  der  zur  Beobachtung  gelangt. 

4.  Verzögerung  des  Eintritts  von 
Glimm-  und  Funkenentladung.  Zum  Ein- 
setzen jeder  selbständigen  Entladung  ist 
nach  der  Thomsonschen  Anschauung  wenig- 
stens ein  ursprünglich  vorhandenes  Ion  er- 
forderlich, eine  Bedingung,  die,  wie  bereits 
auseinandergesetzt  wurde,  immer  erfüllt  ist. 


Es  ist  nun  anzunehmen,  daß  die  Ionen  eine 
gewisse  Zeit  zur  Erzeugung  der  für  eine 
stromstarke  Entladung  nötigen  ungeheuren 
lonenzahl  brauchen  werden.  Diese  Zeit  wird 
um  so  länger  sein,  je  weniger  Ionen  ursprüng- 
lich vorhanden  sind.  Wenn  in  einem  ge- 
schlossenen Gefäß  zwei  geladene  Kugeln 
oder  Platten  einander  gegenüberstehen,  so 
mag  es  auch  mitunter  längere  Zeit  dauern, 
bis  von  den  wenigen  vorhandenen  Ionen 
gerade  einmal  eins  in  den  engen  Bezirk 
ausreichender  Feldstärke  gelangt;  die  weitaus 
meisten  werden  von  dem  StreuungsfeM 
an  die  Elektroden  befördert,  ohne  zur  Stoß- 
ionisation ausreichende  Geschwindigkeit  zu 
erlangen.  Hierin  haben  vermutlich  die  merk- 
würdigen Verzögerungserscheinungen  ihren 
Grund,  die  den  Eintritt  einer  spontanen 
Entladung  oft  erheblich  verspäten.  Legt  man 
an  zwei  Elektroden  eine  zur  Entladung 
ausreichende  Spannung,  so  tritt  im  allge- 
meinen die  Entladung  nicht  sofort  ein,  son- 
dern erst  nach  einer  gewissen  Verzögerungs- 
periode. Diese  ist  von  ganz  unregelmäßiger 
Dauer,  kann  bei  einem  Versuch  einen  Bruch- 
teil einer  Sekunde,  bei  dem  nächsten  Anlegen 
einer  selbst  größeren  Spannung  viele  Sekun- 
den, ja  selbst  mehrere  Minuten  dauern.  Sie 
ist  besonders  groß  in  sehr  trockenem  Gas 
und  läßt  sich  daher  an  einer  in  abgeschlosse- 
nem Gefäß  befindlichen  Entladungsstrecke 
besonders  leicht  demonstrieren.  Legt  man 
die  Spannung  mit  HiLfe  eines  Momentan- 
kontakts nur  ganz  kurze  Zeit,  etwa  V^q  Se- 
kunde, an  die  Elektroden,  so  kann  sie 
mehrere  Male  so  groß  sein  als  die  bei  ge- 
nügendem Warten  zur  Entladung  ausreichende 
Spannung,  ohne  daß  Entladung  eintritt. 
Deshalb  finden  die  stoßweisen  Entladungen 
der  Funkeninduktoren  im  allgemeinen  bei 
erheblich    höheren    Spannungen    statt,    als 

5* 


68 


Gliimnentladunü' 


sie  der  eiejentlicheji  ..statischen"  Entladinigs- 
spaiinung  der  Funkeiistrecke  ents])reehen. 
Sobald  man  daü;eu;en  auf  irgendeine  Weise 
Ionen  in  der  Kntladungsbalin  erzeugt,  indem 
man  die  Kathode  ultraviolett  belichtet, 
Köntgenstrahlen  oder  die  Strahlung  radio- 
aktiver Körper  auf  das  Gas  wirken  läßt,  in 
die  iS^ähe  eine  Flamme  oder  einen  glühenden 
Körper  stellt,  so  wird,  wenigstens  bei  kräftiger 
Ionisation,  die  Verzögerungsperiode  auf  eine 
unmeßbar  kleine  Zeit  herabgedrückt.  Diese 
Erscheinungen  sind  in  erster  Linie  von 
E.  "War bürg  aufgeklärt  worden. 

5.  Theorie  von  J.  S.  Townsend.  Eine 
einfache  und  übersichtliche  Theorie  der  durch 
lonenstoß  entstehenden  elektrischen  Strö- 
mungin Gasen  hat  J.  S.  Townsend  gegeben. 
Da  sie  gleichzeitig  vom  ionentheoretischen 
Gesichtspunkt  aus  eine  Anschauung  darüber 
gibt,  wann  zwischen  zwei  Elektroden  eine 
plötzliche  leuchtende  Entladung  einsetzt,  sei 
es  als  eine  disruptive  Funken-  oder  als  kon- 
tinuierliche Glimmentladung,  und  da  die 
experimentellen  Untersuchungen  Towns- 
ends  eine  ausgezeichnete  Bestätigung  seiner 
Theorie  ergeben,  so  sei  dieselbe  hier  in  kurzen 
Zügen  wiedergegeben.  Es  wird  der  Fall  be- 
handelt, daß  zwei  Platten  in  einem  Gas  ein- 
ander gegenüberstehen,  das  elektrische  Feld 
als  gleichmäßig  angenommen,  ferner  voraus- 
gesetzt, daß  aus  cler  Kathodenplatte,  etwa 
infolge  Bestrahlung,  eine  gewisse  xVnzahl  Uq 
von  negativen  Teilchen  pro  Sekunde  hervor- 
kommen. Das  Feld  wird  als  so  groß  voraus- 
gesetzt, daß  sogleich  Ionisierung  durch  Stoß 
eintritt,  und  die  Teilchen  keine  Zeit  zur 
"Wiedervereinigung  haben,  sondern  alle  pro 
Sekunde  erzeugten  Ionen  auch  in  der  Sekunde 
an  die  Elektrode  befördert  werden,  ihre 
Ladung  also  die  Stromstärke  ergibt.  Die  aus 
der  Kathode  kommenden  Uq  Teilchen  er- 
fahren auf  ihrem 
"Wege  nach  der  Anode 
einen  rapiden  Zu- 
wachs, indem  jedes 
Teilchen  fortwährend 
neue  erzeugt,  die  sich 
mitbewegen  und  ihrer- 
seits auch  wieder  neue 
erzeugen.  Es  ist  er- 
sichtlich, daß  die  in 
der  Sekunde  an  die 
Anode  gelangende 
Zahl  negativer  Teil- 
chen bei  konstant  ge- 
haltener Feldstärke 
exponenticU  mit  dem 
Elektrodenabstand  a 
wachsen  muß.  Ist 
links  von  der  in 
Figur  4  herausgegriffenen  Schicht  von  der 
Dicke  dx  die  i)ro  Sekunde  erzeugte  Zahl 
negativer    Teilchen    gleich    ]>    und    erzeugt 


jedes  negative  Ion  auf  der  Längeneinheit 
seiner  Bahn  a  neue  Ionen,  so  wächst  p  auf 
der  Schichtbreite  dx  um 

djp  =  a  (Uo-f  p)  dx, 
weil  durch  die  Schicht  in  der  Sekunde 
Up+p  negative  Ionen  gehen.  Die  Integration 
gibt  das  Gesetz,  nach  welchem  p  mit  x  wächst, 
und  führt  man  sie  über  den  Plattenabstand 
a  aus,  so  erhält  man  die  Gesamtzahl  aller 
zwischen  den  Platten  pro  Sekunde  erzeugter 
negativer  Ionen  zu: 

a.a 
n  =  Ho  e      , 

n  ist  proportional  dem  fließenden  Strom.  J. 
Townsend  maß  nun  J  als  Funktion  des 
Plattenabstandes  unter  Konstanthaltung  der 
elektrischen  Feldstärke,  und  fand,  daß  das 
exponentielle  Gesetz  in  dieser  Form  in  "Wirk- 
lichkeit nicht  bestätigt  wird.  Dies  zeigt  fol- 
gende Zahlenreihe: 


Abstand  a 


J  beob. 
J=noe" 
J  her. 


2  mm      6  mm    '10  mm    11  mm 


2,86 
2,86 

2,87 


24,2 

23,4 
24,6 


373  2250 
190  '  322 
380      2150 


Fig.  4. 


J  wächst  hiernach,  wie  man  sieht,  viel 
schneller  als  die  Exponentialfunktion  an. 
Townsend  fand  den  Grund  dieser  Ab- 
weichung darin,  daß  in  der  angestellten  Be- 
trachtung noch  ganz  von  der  Möglichkeit 
einer  Stoßionisierung  auch  durch  die  posi- 
tiven Ionen  abgesehen  wurde.  Eine  einfach 
durchzuführende  Erweiterung  der  Betrach- 
tung ergibt  unter  Zulassung  auch  dieser 
Möglichkeit  und  unter  der  Annahme,  daß 
jedes  positive  Ion  auf  dem  cm  seiner  Bahn 
die  Zahl  ß,  jedes  negative  Ion  die  Zahl  a  von 
Ionen  beiderlei  "Vorzeichens  bildet,  für  die 
Zahl  n  aller  im  Plattenzwischenraum  ge- 
bildeten Ionen  den  Ausdruck 

a — ^.e 

Dieser  Ausdruck  muß  also  die  Strom- 
stärke als  Funktion  des  Plattenabstandes 
wiedergeben,  wenn  bei  der  Abstandsverände- 
rung durch  jedesmaliges  iVendern  der  Span- 
nung auf  eine  dem  Abstand  proportionale 
Größe  die  Feldstärke  auf  gleichem  Wert 
erhalten  wird.  Die  letzte  Eeihe  obiger  Tabelle 
gibt  unter  Jhor.  die  nach  dieser  Formel 
berechneten  Stromwerte,  die  sich  in  aus- 
gezeichneter Uebereinstimmung  mit  den 
beobachteten  befinden.  Die  experimen- 
tell ermittelten  Konstanten  a  und  ß  haben 
hierbei  die  Beträge  a  =  5,25,  ß  —  0,0141, 
und  zeigen  durch  den  im  Vergleich  zu  ß 
hohen  Wert  von  a,    daß  den  positiven  Ionen 


Cllimnientladimg 


69 


unter  gleichen  Bedingungen  eine  sehr  viel 
kleinere  Fähigkeit  durch  Stoß  zu  ionisieren, 
zukommt,  als  den  negativen  Teilchen.  Deshalb 
ist  auch  bei  der  Glimmentladung  die  Ionisie- 
rung durch  die  im  Crookesschen  Dunkel- 
raum beschleunigten  Elektronen  der  be- 
stimmende Faktor. 

Die  Formel  erlaubt  nun  eine  weitere 
interessante  Anwendung.  Wenn  unter 
Aufrechterhaltung  des  Feldes  der  Abstand 
der  Elektrodenplatten  vergrößert  wird,  so 
nimmt  nach  ihr  der  Strom  immer  schneller 
zu  und  muß  für  einen  bestimmten  Abstand, 
der  durch  Versehwinden  des  Nenners  ge- 
geben ist,  theoretisch  sogar  unendlich  stark 
werden.  Dieser  Fall  J  =  x  tritt  ein  für  den 
Abstand  a,  der  gegeben  ist  durch: 


(«— /5)a 


oder: 


a  =  ße 

log  a — log  ß 
a-ß 


Aus  den  bekannten  Werten  von  a  und 
ß  kann  man  demnach  diesen  Abstand  a 
berechnen,  bei  welchem  die  Entladung  von 
einem  schwächeren,  lichtlosen  Zustand  plötz- 
lich in  eine  stromstarke,  von  Leuchterschei- 
nungen begleitete  Form  übergehen  muß, 
die  je  nach  den  äußeren  elektrischen  Bedin- 
gungen den  Charakter  der  Glimm-  oder  der 
Bogenentladung  hat  und  entweder  kon- 
tinuierlich oder  als  Funken  diskontinuierlich 
sein  kann.  Townsends  Versuche  ergaben 
auch  in  dieser  Beziehung  eine  sehr  be- 
friedigende numerische  •;  Uebereinstimmung 
mit  der  Theorie, 

C.  Ionisation  und  Leuchterscheinungen 
bei  der  Glimmentladung. 
i.^Der  allgemeine  Verlauf  der  Glimm- 
entladung. Wird  an  die  Elektroden  einer 
Entladungsröhre  eine  wachsende  elektrische 
Spannung  angelegt,  so  tritt  bei  einem  be- 
stimmten Wert  derselben,  wenn  Verzöge- 
rungen ausgeschlossen  sind,  also  etwa  durch 
Belichten  der  Kathode  gleich  von  Anfang  an 
für  das  Vorhandensein  einiger  Ionen  an  der 
Kathodenoberfläche  gesorgt  wird,  plötzlich 
eine  stromstarke  Entladung  ein.  Dieselbe 
erfolgt  in  dem  Augenblick,  in  welchem  die 
nach  der  Townsendschen  Theorie  not- 
wendigen Vorbedingungen  erfüllt  sind.  Letz- 
tere sind  theoretisch  übersichtUch,  wenn  die 
Entladung  zwischen  zwei  hinreichend  großen, 
einander  gegenüberstehenden  Metallplatten 
hervorgerufen  wird.  Sobald  die  Entladung, 
die  durch  hinreichende  Elektrizitätszufuhr 
aufrecht  erhalten  werden  möge,  eingesetzt 
hat,  gehen  große  Aenderungen  in  der  Ver- 
teilung des  elektrischen  Feldes  zwischen  den 
Platten  vor  sich.    Der  vorher  lineare  Span- 


nungsverlauf wird  ein  ungleichmäßiger,  an 
beiden  Elektroden,  ganz  besonders  an  der 
Kathode,  wird  das  Spannungsgefälle  ein 
bedeutendes,  während  dasselbe  im  übrigen 
Zwischenraum  sehr  wesentlich  sinkt.  Infolge 
der  dadurch  bedingten  ganz  anderen  Ver- 
teilung der  lonengeschwindigkeiten  ändert 
sich  die  Lage  der  lonisationsherde.  Ueber 
manche  näheren  Einzelheiten  der  Bedeutung 
der  einzelnen  Regionen  bezüglich  der  bei  der 
Stoßionisation  in  Betracht  kommenden  Vor- 
gänge gehen  die  Meinungen  noch  auseinander. 
Im  großen  und  ganzen  dürfte  der  Verlauf 
der  Glimmentladung  der  folgende  sein: 
Die  Hauptmenge  der  den  Stromtransport 
übernehmenden  Ionen  wird  im  negativen 
Glimmlicht  erzeugt  und  zwar  durch  die 
Zertrümmerung  neutraler  Gasatome  infolge 
des  Stoßes  von  Elektronen.  Letztere  erhalten 
in  dem  großen  Spannungsgefälle  des  Crookes- 
schen  Dunkelraums  die  zur  Stoßionisation 
erforderliche  Geschwindigkeit.  Sie  werden, 
sobald  die  Entladung  einmal  eingeleitet  ist, 
teils  aus  dem  Kathodenmetall  selbst,  teils 
wohl  auch  aus  der  der  Kathode  anliegenden 
Gasschicht,  welche  dabei  das  Leuchten  der 
ersten  Kathodenschicht  zeigt,  fortdauernd 
durch  die  positiven  Ionen  erzeugt,  die,  aus 
dem  negativen  Glimmlicht  herkommend, 
ebenfalls  im  Gefälle  des  Crookesraums 
die  erforderliche  Geschwindigkeit  erhalten. 
Die  Länge  des  Crookesschen  Dunkel- 
raunis  gibt  hiernach  direkt  die  Größe 
des  Weges,  den  die  Ionen  ohne  Zu- 
sammenprall in  dem  betreffenden  elek- 
trischen Felde  zurücklegen;  welche  Ionen, 
darüber  ist  man  verschiedener  Meinung. 
Vermutlich  wird  die  J.  Stark  sehe  Ansicht, 
der  Crookessche  Dunkelraum  und  seine 
elektrische  Spannung  seien  die  freie  Weglänge 
der  positiven  Ionen  und  deren  lonisierungs- 
spannung,  den  Vorzug  verdienen.  In  dem  Ar- 
tikel von  E.  Marx  „Elektrizitätsleitung 
in  Gasen"  in  diesem  Handbuch  ist  indessen 
beispielsweise  auch  die  gegenteilige  Ansicht 
vertreten.  Wie  dem  auch  sei,  jedenfalls  stehen 
die  beiden  Stellen  der  Hauptionenerzeugung 
im  Ghmmlicht,  das  sind  negatives  Glimm- 
licht und  die  erste  Schicht  an  der  Kathoden- 
oberfläche, in  direktem,  nahem  Zusammen- 
hang, indem  die  eine  die  andere  bedingt; 
beide  sind  zur  Aufrechterhaltung  des  Glimm- 
stroms nötig.  Ein  Experiment  von  Wehnelt 
läßt  diesen  Zusammenhang  recht  deutlich 
erkennen.  Wird  an  einer  Stelle  des  Crookes- 
schen Dunkelraums  ein  schattenwerfender 
Körper,  etwa  eine  Drahtsonde  eingeführt, 
so  erfolgt  die  Schattenbildung  nach  beiden 
Seiten  hin,  im  negativen  Glimmlicht  und  in 
der  ersten  Kathodenschicht  entstehen  zwei 
einander  gegenüberliegende  dunkle  Partien. 
Die  Sonde  hält  die  nach  der  Kathode  hin 
sich   bewegenden   positiven   Ionen   auf  und 


70 


Glimmentladung 


erzeugt  auf  der  Kathode  eine  Schattenstelle, 
an  welcher  keine  Elektronenerzeuguiiü;  statt- 
findet; in  gleicher  Weise  wird  im  negativen 
Glimmlicht  eine  dunkle  Stelle  durch  die  Ab- 
biendung der  Elektronen  hervorgerufen. 

Die  im  negativen  Glimnüicht  erzeugten 
negativen  Ionen  bewegen  sich  in  der  der 
Kathode  abgewandten  Richtung  wegen  des 
an  Ort  und  Stelle  vorhandenen  sehr  kleinen 
Spannungsgefälles  nur  langsam  weiter  und 
erlangen  erst  nach  Durchlaufung  des  Fara- 
day sehen  Dunkelraums,  in  welchem  die 
Leitfähigkeit  des  Gases  geringer,  das  elek- 
trische Gefälle  wieder  größer  ist,  größere  Ge- 
schwindigkeit, die  an  der  Grenze  des  positiven 
Lichts  gerade  den  zur  Stoßionisation  aus- 
reichenden Betrag  annimmt.  In  der  gesamten 
Länge  des  positiven  Lichts  findet  nunmehr 
eine  Stoßionisation  durch  die  bewegten 
Elektronen  statt,  wobei  je  nach  den  äußeren 
Umständen  gewisse  Periodizitäten  auftreten 
können  oder  nicht  (geschichtete,  ungeschich- 
tete positive  Lichtsäule).  Nahe  der  Anoden- 
oberfläche, wo  die  lonisierungsspannung 
des  Elektrons  durch  die  Nähe  des  Metalls 
herabgesetzt  ist,  findet  durch  die  liinzu- 
wandernden  Elektronen  nochmals  eine  inten- 
sivere Ionisierung  statt,  die  den  Anlaß  zur 
Entstehung  der  leuchtenden  Anodenschicht 
gibt.  Nach  diesem  Ueberblick  über  das 
allgemeine  Verhalten  der  Glimmentladung 
gehen  wir  nun  zur  Besprechung  der  einzelnen 
Teile  derselben  über. 

2.  Die  einzelnen  Teile  der  Glimm- 
entladung. 2a)  Die  Leuchterscheinung 
an  der  Kathode  (Fig.  2,  5, 11).  Sie  besteht 
aus  den  drei  Teilen:  erste  Kathodenschicht, 
Cro  0  k  e  s  scher  Dunkelraum,  negatives  Glimm- 
licht. Die  erste  bildet  eine  in  Luft  gelblichrote 
Lichthaut  auf  der  Oberfläche  des  Metalls, 
welche  stets  die  gleiche  Flächenausdehnung 
hat  wie  das  in  Luft  blaue  negative  Glimmlicht. 
Es  ist  dies  nach  dem  oben  auseinander- 
gesetzten Zusammenhang  der  beiden  Leucht- 
erscheinungen direkt  verständlich.  Die  Ab- 
grenzung des  negativen  Glimmlichts  gegen 
den  Cro okes räum  ist  eine  sehr  scharfe, 
während  nach  der  anderen  Seite  hin  der 
lichterfüllte  Teil  allmählich  in  den  lichtlosen 
Farad ay sehen  Kaum  übergeht.  Bei  nicht 
zu  tiefem  Druck  und  mäßiger  Stromstärke 
des  Entladungsstromes  ist  die  Kathode 
nur  teilweise  von  der  Leuchterscheinung 
bedeckt.  Die  negative  Glimmschicht  ist 
dabei  auch  mir  von  geringer  Dicke,  so  daß 
die  Kathode  teilweise  mit  einer  leuchtenden 
Haut  überzogen  erscheint.  Der  Farad ay- 
rauni  reicht  unter  diesen  Umständen  bis 
nahe  zur  Kathode  heran.  Auf  die  Flächenaus- 
dehnung dos  negativen  Lichts  haben  Druck 
und  Stromstärke  den  dahin  zu  charak- 
terisierenden lunfluß,  daß  Druckerniedrigung 
und    Stromerhühung    den    gleichen    Effekt 


äußern.  Erhöht  man  bei  konstantem 
Druck  die  Stromstärke,  so  nimmt  die 
Flächenausdehnung  des  Glimmlichts  der 
Stromintensität  proportional  zu.  Dabei 
bleibt  die  Dicke  der  Lichthaut,  sowae  ihrer 
Einzelschichten  konstant,  aber  nur  so  lange 
bis  die  ganze  Kathode  vom  Glimmlicht  be- 
deckt ist.  Von  diesem  Moment  an  findet  bei 
weiterer  Erhöhung  der  Stromstärke  eine 
Ausdehnung  der  Leuchterscheinung  in  das 
Rohr  hinein  statt.  Im  ersten  Teil  dieses 
Vorganges,  bevor  also  die  Kathode  ganz 
bedeckt  ist,  bleibt  die  Dichtigkeit  des  Stromes, 
d.  i.  der  aus  dem  Quadratzentimeter  der 
Kathodenoberfläche  austretende  Strom  kon- 
stant. Dieselbe  wird  die  normale  Strom- 
dichte der  Glimmentladung  genannt.  So- 
lange also  der  normale  Zustand  des  Glimm- 
stroms besteht,  ändert  sich  die  Dicke  des  ne- 
gativen Lichts  bei  einer  Aenderung  der  Strom- 
stärke nicht.  Erniedrigt  man  bei  konstanter 
Stärke  des  Glimmstroms  den  Druck,  so 
nimmt  die  Flächenausdehnung  des  Glimm- 
lichts dem  Druck  umgekehrt  proportional 
zu,  bis  die  Kathode  ganz  von  der  leuchtenden 
Schicht  überzogen  ist.  Hierbei  ändern  sich 
auch  die  Schiclitdicken  (vgl.  den  Abschnitt 
Cro  okes  scher  Dunkelraum).  Mit  abneh- 
mendem Druck  p  nimmt  demnach  die 
normale  Stromdichte  j  proportional  ab,  es 
ist  also  i/p  eine  Konstante.  Ihre  Größe  wird 
durch  die  Natur  des  Kathodenmetalls  sowie 
des  Gases  bestimmt.  In  Wasserstoff  ist  sie 
z.  B.  kleiner  als  in  Stickstoff.  Der  Einfluß 
des  Metalls  ist  derart,  daß  unter  sonst  gleichen 
Umständen  die  Konstante  um  so  kleiner  ist, 
je  größer  der  normale  Kathodenfall  (vgl, 
weiter  unten  Abschnitt  D3)  an  dem  Metall 
ist.  So  ist  sie  für  Platin  kleiner  als 
für  Aluminium.  Eine  kleinere  Konstante 
bedeutet:  bei  gleichem  Druck  und  gleicher 
Intensität  des  Glimmstroms  größere  Flächen- 
ausdehnung des  negativen  Lichts.  Nach 
N.  Hehl  hat  die  Konstante  in  Stickstoff 
für  Platin  den  Wert  0,33,  für  iMuminium 
0,467,  wenn  die  Stromdichte  in  Milliampere 
pro  Quadratzentimeter,  der  Druck  in  Milli- 
meter Quecksilber  gerechnet  wird. 

Auch  die  Temperatur  hat  Einfluß  auf 
die  beschriebenen  Erscheinungen,  indem  die 
genannte  Konstante  etwa  proportional  der 
absoluten  Temperatur  zunimmt. 

Die  Eigenschaft  des  negativen  Glimmlichts, 
eine  der  Stromstärke  proportionale  Flächen- 
ausdehnung auf  der  Kathode  anzunehmen, 
findet  nach  E.  G  e  h  r  c  k  e  in  dem  G 1  i  m  m  licht- 
oszillographen  eine  praktische  Verwen- 
dung, in  einem  gestreckten  Glasrohr  stehen 
zwei  längere  Drahtelektroden  so  einander 
gegenüber,  daß  die  eine  die  direkte  Verlänge- 
rung der  andereii  bildet  und  zwischen  beiclen 
nur  ein  kleiner  Zwischenraum  bleibt.  Wird 
die   Röhre   von  Wechselstrom  durchflössen, 


GlünmentlacUma- 


71 


so  gleitet  die  Grenze  des  Glimmlichts  längs 
der  Elektroden  hin  und  her  und  zeichnet, 
im  rotierenden  Spiegel  betrachtet,  die  Kur- 
venform des  Wechselstroms. 

Für  die  Dicke  der  einzelnen  Schichten 
des  Kathodenlichts,  insbesondere  des 
Crookesschen  Dunkelraums,  sind  neben 
der  Natur  des  Kathodenmetalls  sowie  des 
Gases  dessen  Druck  und  Temperatur  sowie 
auch  die  Stromdichtigkeit  bestimmende  Fak- 
toren. 

a)  Crookesscher  Dunkelraum.  Es 
bestehen  hier  erfahrungsgemäß  folgende 
Sätze : 

1.  Bei  normaler  Dichte  des  Glimmstroms 
ist  die  Dicke  des  Crookesschen  Dunkel- 
raums nahezu  umgekehrt  proportional  zum 
Gasdruck.  Sie  ist  ceteris  paribus  für  ein 
bestimmtes  Gas  von  bestimmter  Größe.  Daß 
sie  z.  B.  für  Wasserstoff  größer  als  für  Stick- 
stoff ist,  ist  ebenso  wie  der  eben  genannte 
Satz  bei  der  weiter  oben  geschilderten  Be- 
deutung des  Dunkekaums  als  freier  lonen- 
weglänge  direkt  verständlich.  Bei  Konstanz 
des  Gasdrucks  und  der  Stromstärke  wächst 
die  Dicke  des  Dunkelraums  mit  steigender 
Temperatur. 

2.  Der  Crookessche  Dunkelraum  be- 
sitzt bei  einem  konstanten  Drucke  seine 
größte  Dicke  dann,  wenn  der  Glimmstrom 
der  normale  ist.  Solange  dies  der  Fall, 
erfolgt  keine  Aenderung  derselben  mit  der 
Stromstärke.  Sobald  aber  der  normale 
Zustand  der  Glimmentladung  bei  völlig 
lichtbedeckter  Kathode  aufhört,  also  die 
Stromdichte  bei  Erhöhung  der  Gesamtstrom- 
stärke zu  steigen  beginnt,  nimmt  die  Dicke 

'  des  Dunkelraums  ab,  und  zwar  zuerst  schnell, 
dann  langsamer,  um  einem  konstanten  End- 
wert zuzustreben.  Solange  dieser  nicht  er- 
reicht ist,  ist  also  der  Dunkelraum  bei 
größerer  Stromdichte  kürzer.  Damit  hängt 
die  Erscheinung  zusammen,  daß  bei  nicht 
völlig  vom  Glimmlicht  bedeckter  Kathode 
der  Rand  desselben  von  der  Kathode  ab- 
gebogen erscheint.  Dort  geht  der  stroni- 
durchflossene  Teil  kontinuierlich  durch  ein 
Gebiet  kleinerer  Stromdichte,  also  dickeren 
Dunkelraums,  in  das  stromlose  Gebiet  über. 
Nach  H.  Ebert  und  P.  Ewers  hat  der 
konstante  Endwert  der  Dunkelraumdicke 
bei  1  mm  Gasdruck  an  einer  Aluminium- 
kathode die  Werte: 

in  Wasserstoff 5,59  mm 

in  Kohlensäure 2,61     ,, 

in  Stickstoff 2,11     „ 

in  Sauerstoff 1,41     „ 


aber  auch  gleichzeitig  die  zur  Aufrechterhal- 
tung des  Entladungsstroms  in  diesem  Gebiet 
notwendige  Elektronenerzeugung  an  dem 
der  Glaswand  gegenüber  befindlichen  Teil 
der  Kathode  unterbunden.  Darum  ver- 
schwindet auf  diesem  Teil  der  Kathode 
die  erste  Kathodenschicht  und  es  beschränkt 
sich  die  Entladung  auf  die  Raumteile,  wo 
dem  negativen  Glimmlicht  die  Entstehungs- 
möglichkeit gegeben  ist.  Die  Figuren  5  und  6 
zeigen  das  Aussehen   der  Entladung  bevor 


y/^!i^>^-Jj.>,.J,^^jy-^-.^-----'--^^^^^  ^.^A'^M'Ayy'Mi^im'Aii'A'Ai'^^^^ 


Fig.  6. 


der  Dunkelraum  die  seitlich  der  Kathode  be- 
findliehe Glaswand  erreicht  hat  und  nach- 
dem dies  geschehen  ist. 

Hierdurch  finden  folgende  sehr  bekannten 
Versuche  ihre  direkte  Erklärung:  Wenn  man 
zwei  scheibenförmige  Elektroden  in  einem 
zylindrischen  Rohr  einander  so  gegenüber- 
stellt, daß  sie  den  Querschnitt  des  Rohres 
ausfüllen,  und,  von  Atmosphärendruck  aus- 
gehend, den  Gasdruck  allmählich  erniedrigt, 
so  nimmt  die  zur  Entladung  notwendige 
Spannung  erst  ab  bis  zu  einem  Minimum, 
um  sodann  wieder  erheblich  anzusteigen  und 
ungemein  hohe  Werte  anzunehmen,  wenn  die 
Anodenplatte  ganz  von  dem  Crookesschen 
Dunkelraum  erreicht  wird.  Die  hierfür  not- 
wendige Druckverkleinerung  ist  um  so 
geringer,  je  kleiner  der  Abstand  der  Elektro- 
denplatten ist.  Es  ist  schließlich  überhaupt 
nicht  mehr  möglich,  eine  Entladung  in  dem 
Zwischenraum  der  Platten  zu  erhalten,  weil 
die  Entstehung  des  negativen  Glimmlichts 
und  damit  überhaupt  die  zur  Entladung 
notwendige  lonenbildung  verhindert  ist. 
Bei  sehr  niedrigen  Gasdrucken  bekommt  der 
Dunkekaum  Längen,  die  nach  Zentimetern 
und  Dezimetern  zählen  können.  Auch  bei 
entfernteren  Elektroden  sind  dann  die  Ent- 
ladungsspannungen sehr  hohe,  wie  z.  B.  bei 


Fig. 


Wird  in  einem  Entladungsrohr  der  Gas- 
druck so  weit  erniedrigt,  daß  der  Kathoden- 
dunkelraum  die  Glaswand  erreicht,  so  wird  ,  harten  Röntgenröhren.  In  dem  bekannten 
an  diesen  Stellen  die  Entstehung  des  negati- j  Versuch  von  W.  Hittorf  mit  einem  Ent- 
ven    Glimmlichts    verhindert,    und    damit  l  ladungsrohr  von  der  Form  Figur  7  nimmt,  wie 


72 


Gli  mmentladimg 


es  nach  den  oben  sennichten  Ausfülirungen 
verständlich  ist,  die  Enthulunsi  schon  bei  wenig 
Verdünnnng  des  Gases  nicht  mehr  den  Weg 
zwisclien  den  einander  sehr'  nahe  (1  mm) 
befindlichen  Enden  der  Drahtelektrodcn 
in  dem  kurzen  Verbindungsrohr  der  Kugeln, 
sondern  durch  das  spiralig  gewundene  Rohr, 
selbst  wenn  dieses  mehrere  Meter  lang  ist. 
ß)  Negatives  Glimmlicht.  Die  Aus- 
dehnnng  des  negativen  Glimndichts  ist  weit 
weniger  scharf  definiert  als  diejenige  des 
Dnnkelraums  an  der  Kathode,  weil  es  mit 
allmählich  abnehmender  Helligkeit  in  den 
Faradayschen  Dunkelraum  übergeht.  Da 
das  negative  Glimmlicht  in  der  Gasioni- 
sation seitens  der  von  der  Kathode  her 
fliegenden  Elektronen  seine  Entstehungs- 
ursache hat,  so  reicht  es  naturgemäß  um  so 
weiter  in  das  Rohr  hinein,  je  geringer  der 
Druck  ist.  Je  weiter  evakuiert  wird,  auf 
desto  weitere  Strecken  fliegen  die  Elektronen 
frei,  ohne  Zusammenprall  mit  Gasatomen. 
Sie  zeigen  dann  in  ihrer  geradlinigen  Aus- 
breitung auf  immer  größere  Wegstrecken 
einen  strahlenartigen  Charakter.  Diese 
Entstehung  des  negativen  Glimmlichts  durch 
eine  von  der  Kathode  der  Entladungsröhre 
ausgehende  Kathodenstrahlung,  die  bei 
Druckerniedrigung  sich  immer  weiter  in  das 
Rohr  ausdehnt,  unabhängig  von  der  eigent- 
lichen Bahn  des  die  Röhre  durchfließenden 
Stroms,  um  endlich  bei  genügend  tiefen 
Drucken  selbst  sehr  weite  Wegstrecken  in 
langen  Rohren  zurückzulegen,  ist  mit  einem 
von  Crookes  angegebenen  Entladungsrohr 
zu  demonstrieren.  Ist  die  in  der  Mitte  des 
Rohrs  (Fig.  8)  befindliche,  bis  auf  eine  kleine 


Fi-   8. 


freie  Spitze  mit  Glasrohr  umhüllte  Elektrode 
Anode,  so  biegt  die  an  ihr  ansetzende  positive 
Lichtsäule  dicht  vor  ihr  um  und  nimmt 
als  Lichtband  nach  der  Kathode  hin  gerichtet 
ihren  Weg.  Ist  die  umgebogene  Elektrode 
dagegen  Kathode,  so  dehnt  sich  das  negative 
Glimmlicht  in  den  elektroden-  und  stromlosen 
Teil  des  Rohrs  aus,  dort  wo  es  die  Glaswand 
trifft,  die  bekannte,  bei  gewöhnlichem  Biege- 
glas grüne  Fluoreszenz  hervorrufend. 

y)  Die  erste  Kathodenschicht.  Ihr 
Leuchten  wird  durch  die  positiven  Ionen 
hervorgerufen,  welche  in  großer  Zahl  aus 
dem  negativen  Glimmlicht  heraus  nach  der 
Kathode  hin  eilen  und  dort  das  Gas  ionisieren. 
Diejenigen  positiven  Teilchen,  welche  nicht 
auf  Gasatome  treffen,  werden  von  der  Ka- 
thode selbst  auf  ihrem  Fluge  aufgehalten. 
Bohrt  man  aber  einen  Kanal  in  die  Kathoden- 


scheibe, so  kann  man  es  leicht  erreichen,  daß 
die  positiven  Ionen  durch  diesen  hindurch 
in  den  jenseitigen  entladungsfreien  Teil  des 
Rohrs  fliegen,  und  zwar  auf  weite  Strecken, 
wenn  die  Gasdichte  genügend  klein  ist.  Sie 
bilden  so  die  positiv  geladenen,  von  E.  Gold- 
stein entdeckten  und  nach  ihrer  Entstehung 
von  ihm  so  genannten  Kanalstrahlen.  Wie 
J.  Stark  gezeigt  hat,  rührt  das  Leuchten 
dieser  Strahlenart  sowie  der  ersten  Kathoden- 
schicht nur  zum  Teil  von  der  durch  den  Stoß 
auf  die  Gasatome  hervorgerufenen  Ionisation 
her.  Dieser  Teil  des  Leuchtens  zeigt,  wie  das 
negative  Glimmlicht,  ein  Bandenspektrum. 
Gleichzeitig  tritt  aber  in  dem  Licht  auch  ein 
Linienspektrum  auf,  und  daraus,  daß  dessen 
Linien,  in  der  Flugrichtung  der  positiven 
Ionen  beobachtet,  den  Dopplereffekt  auf- 
weisen, konnte  J.  Stark  den  ungemein 
interessanten  Schluß  ziehen,  daß  ein  Teil 
des  Leuchtens  von  den  schnell  bewegten 
positiven  Teilchen  selbst  ausgesandt  ward. 
Das  im  Kanalstrahl  bewegte  positive  Ion 
wird  oberhalb  einer  gewissen  Geschwindigkeit, 
die  es  dazu  besitzen  muß,  zu  einem  licht- 
aussendenden Zentrum.  Das  ausgesandte 
Licht  zeigt  ein  Linienspektrum,  welches  für 
die  Natur  des  bewegten  Ions  charakteristisch 
ist. 

2b)  Die  positive  Lichtsäule  und 
der  Faradaysche  Dunkelraum.  Das 
positive  Licht  beginnt  auf  der  der  Kathode 
zugew^andten  Seite  dort,  wo  die  im  Glimm- 
licht durch  Stoß  freigewordenen  Elektronen 
nach  Durchlauf ung  des  Faradayschen  dunk- 
len Raumes  genügende  Geschwindigkeit  er- 
langt haben,  um  ihrerseits  auf  das  Gas 
stoßionisierend  zu  wirken.  Es  präsentiert 
sich,  je  nach  äußeren  Umständen,  entweder 
als  eine  kontinuierliche  Lichtsäule  oder  als 
eine  Aufeinanderfolge  einzelner  leuchtender 
Schichten.  Diesen  letzteren  Fall  lassen  wir 
vorerst  beiseite  und  betrachten  zunächst 
das  Verhalten  der  ungeschichteten  positiven 
Lichtsäule.  Die  Länge  derselben  hängt  von 
verschiedenen  Umständen  ab.  In  einem 
Rohr  mit  verschiebbarer  Anode  ist  die  po- 
sitive Säule  lang,  wenn  die  Elektroden  ent- 
fernt sind;  in  dem  Betrage,  um  welchen 
man  die  Anode  auf  die  Kathode  zu  verschiebt, 
verkürzt  sie  sich,  so  daß  es  den  iVnschein 
hat,  als  ziehe  sich  die  Lichtsäule  in  die 
Anode  hinein.  Man  kann  auf  diese  Weise 
das  positive  Licht  ganz  zum  Verschwinden 
bringen,  so  daß  nur  der  negative  Teil  der 
Glimmstromleuchterscheinung   übrig   bleibt. 

Wenn  man  in  einem  längeren  zylindrischen 
Rohr  von  kleiner  Stromstärke  ausgeht,  so  ist 
das  positive  Licht  zuerst  ganz  kurz,  nur  auf 
die  nächste  Umgebung  der  Anode  beschränkt. 
Erhöht  man  die  Stromstärke,  so  dehnt  sich  das 
positive  Licht  in  das  Rohr  hinein  aus  und  bringt 
den  Faradavschen  Dunkelraum  schließlich 


Glimmentladime: 


73 


fast  völlig  zum  Verschwinden,  so  daß  es 
hart  an  das  negative  Glimmlicht  heranreicht. 
Wird  der  Strom  weiter  verstärkt,  so  beginnt 
jetzt  aber  die  positive  Lichtsäule  vor  dem 
sich  ausbreitenden  negativen  Glimmlicht 
zurückzuweichen,  um  schließlich  von  diesem 
völlig  bis  zur  Anodenoberfläche  vertrieben 
zu  werden.  Die  beschriebenen  durch  Er- 
höhung der  Stromstärke  bei  konstantem 
Gasdruck  verursachten  Erscheinungen  werden 
in  gleicher  Weise  auch  durch  eine  Druck- 
erniedrigung  bei  konstant  gehaltener  Strom- 
stärke veranlaßt.  Die  positive  Lichtsäule 
erfüllt  nicht  immer  den  ganzen,  ihr  zur  Ver- 
fügung stehenden  Kaum  der  Entladungs- 
rohre. Besonders  bei  höheren  Drucken 
zieht  sie  sich  vielmehr  in  ein  immer  schma- 
leres Lichtband  zusammen,  um  endlich  das 
Gas  nur  noch  als  ein  feiner  Faden  zu  durch- 
ziehen und  das  Aussehen  des  elektrischen 
Funkens  anzunehmen.  Wie  eine  Druck- 
erniedrigung wirkt  auch  hier  eine  Erhöhung 
der  Stromstärke  gleichartig  auf  das  positive 
Licht  ein,  indem  auch  sie  dasselbe  verbreitert. 

D.  Das  elektrische  Spannungsgefälle  bei 
der  Glimmentladung. 
I.  Der  allgemeine  räumliche  Verlauf 
des  Spannungsabfalles.  Methoden  zu 
seiner  Bestimmung.  In  den  beiden  Figuren 
sind  zwei  typische  Fälle  des  Spannungs- 
verlaufs in  einem  Glimmstrom  wiedergegeben. 
Figur  9  zeigt  nach  W.  P.  Graham  denselben 


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Druck' 0,95Tiun. ,  Strvmstärke^  •  2,  iteMcu. 


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Fig.  9. 


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Stromstärke.  O.SSSMcL.  Druck 2,^5Tnirh, 

Fig.   10. 


in  einer  ungeschichteten  Glimmentladung 
durch  reinen  Stickstoff,  Figur  10  nach 
H.  A.  Wilson  bei  einer  geschichteten  Ent- 


ladung durch  Wasserstoffgas.  Die  Kurven 
geben  das  Gefälle  in  Volt  pro  Zentimeter 
als  Funktion  des  Abstandes  von  der  Anode, 
der  in  der  ersten  Figur  in  Millimetern,  in  der 
zweiten  in  Zentimetern  angegeben  ist. 
Das  allgemeine  Charakteristikum  ist:  große 
Gefälle  an  den  Elektroden,  besonders  an 
der  Kathode  im  Cr ookes scheu  Dunkel- 
raum, mittelstarkes  räumlich  sehr  konstantes 
Gefälle  in  der  positiven  Lichtsäule,  das 
auch  bei  der  geschichteten  Säule,  abgesehen 
von  den  Schwankungen  zwischen  den  ein- 
zelnen Schichten,  sich  auf  einer  gleichen 
mittleren  Höhe  hält.  Schneller  Abfall  des 
Spannungsgefälles  im  F  ar  a  d  a y  sehen  Dunkel- 
rauni  bis  auf  sehr  kleine  Werte  im  negativen 
Glimmlicht. 

Die  meist  verwendete  Methode  ist  die 
elektrometrische  Messung  der  Spannung 
zwischen  zwei  in  bekanntem  Abstand  ein- 
geführten feinen  Sonden.  Um  diese  an 
die  verschiedenen  Stellen  der  Glimment- 
ladung zu  bringen,  kann  man  entweder  be- 
wegliche Sonden  anwenden  oder  bei  festem 
Sondenpaar  Anode  und  Kathode  des  Ent- 
ladungsrohrs verschiebbar  anordnen.  Die 
Verschiebung  wird  zweckmäßig  mittels  eines 
Magneten  bewirkt,  der  ein  mit  der  zu  ver- 
rückenden Elektrode  starr  verbundenes 
Eisenstück  anzieht.  Einige  Worte  müssen 
über  die  Zuverlässigkeit  von  Sonden- 
messungen in  der  Glimmentladung  gesagt 
werden.  Eine  Sonde  nimmt  in  leitender 
Umgebung,  abgesehen  von  Kontaktspannun- 
gen, die  in  der  Größenordnung  eines  Volts 
gegen  das  umgebende  Gas  bestehen  und  in 
der  Oberflächenschicht  des  Metalls  ihren 
Sitz  haben,  die  Spannung  der  Umgebung  an, 
und  zwar  um  so  schneller,  je  besser  leitend 
die  Umgebung  ist.  In  Isolatoren,  wie  z,  B. 
im  unionisierten  Gase,  ist  für  die  Ab- 
leitung der  Influenzelektrizität  zu  sorgen, 
wenn  die  Sonde  die  Spannung  der  Stelle 
annehmen  soll,  an  welcher  sie  sich  befindet. 
Es  geschieht  dies  in  den  sogenannten  Tropf- 
elektroden wie  auch  in  den  Flammen-  oder 
den  Radiumkollektoren.  In  den  gut  leitenden 
Partien  des  Glimmstroms,  also  im  positiven 
und  im  negativen  Glimmlicht,  sind  Sonden- 
messungen unbedenklich.  Die  Kontakt- 
spannungen fallen  bei  der  Differenzmessung 
mit  zwei  Sonden  fort,  sofern  diese  aus  dem 
gleichen,  reinen  Metall  angefertigt  sind. 
Unzuverlässig  werden  dagegen  Sonden- 
messungen im  schlechtleitenden  Crookes- 
schen  Dunkebaum,  in  welchem  der  Sonde 
fortdauernd  durch  das  Bombardement  der  po- 
sitiven sowohl  wie  auch  der  negativen  Ionen  in 
mit  dem  Ort  wechselndem  Betrage  Ladungen 
zugeführt  werden,  für  deren  genügend  schnelle 
Ableitung  die  Leitfähigkeit  des  Gases  an 
dieser  Stelle  nicht  ausreicht.  Dies  muß 
Fehler  bedingen,  selbst  wenn  man  von  der 


74 


(iliniiiitMilladunii: 


Stöniii?  der  Entladung  durch  Schatteii- 
AvertVn  der  Sondo  absiclit. 

Von  W.  Aston  ist  darum  neuerdings  eine 
Methode  anj;e<ieben  worden,  welche  die 
Sondenmessunü:  im  dunkU'n  Kathodonraum 
für  ijowissc  Fälle  zu  ersetzen  imstande  ist. 
Es  wird  parallel  der  Katliodenriiulie,  also 
senkrecht  zum  (lefälle  der  Entlathui'!;  ein 
in  einem  Seitenrohr  erzeugtes  Kathoden- 
strahll)ündel  gesaiuit,  und  dessen  Ablenkung 
durcii  tlas  elektrische  Feld  des  Dunkelraums 
gemessen.  Die  Methode  ist  natürlich  nur 
anwendbar,  wenn  die  elektrischen  Niveau- 
tlächen  zur  Kathode  parallele  Ebenen  sind. 
Man  darf  nach  A.  Wehnelt  sich  hierfür 
nicht  zu  weit  vom  normalen  Zustand  des 
tilimmstroms  entfernen.  Das  von  Graham 
beobachtete  in  Figur  9  sich  zeigende  kleine 
^Maximum  uiul  Minimum  des  (lefälles  im 
Kathodenduiikelraum  ist  nach  Wehnelt 
auf  Fehler  der  Sondenniethode  zurückzu- 
führen. 

2.  Das  Gefälle  in  der  positiven  Licht- 
säule nimmt  mit  wacliseiukn'  Stromstärke 
ab,  in  engen  Rohren  schneller  als  in  weiten. 
Auch  hier  hat  Druckverminderung  bei  kon- 
stant gehaltener  Stromstärke  wieder  die 
gleiche  "Wirkung.  Als  Beispiel  seien  die  posi- 
tiven (Gefälle  in  Stickstoff  und  Helium 
angeführt  (entnommen  aus  Winkelmanns 
Handbuch). 

Stickstoff. 

Röhrendurchmesser  3  cm 

Stromstärke  1,2.10-^  Amp. 


Druck 

Gefälle 

mm 

Volt  auf  1  cm 

8 

156,8 

6 

123,8 

4 

92,2 

2 

55,4 

1,5 

43,6 

Helium. 
Röhrendurchmesser  2,5  cm 
Stromstärke  0,52.10-^  Amp. 


Druck 

Gefälle. 

mm 

Volt  auf  1  cm 

12,53 

34,0 

10,46 

28,9 

8,73 

24,8 

6,68 

19,3 

5,18 

15,2 

Ist  die  Lichtsäule  geschichtet,  so  besitzt, 
wie  ans  Figur  10  ersichtlich  ist,  das  Spannungs- 
gefälle Maxinui  und  Minima.  Diese  liegen 
im  leuchtenden  Anfang,  jene  im  dunklen 
Ende  der  Schichten.  R.  "W.  Wood  stellte 
mittels  des  Bolometers  fest,  daß  auch  die 
Teinperatur  in  der  geschichteten  Entladung 
periodische     örtliche     Schwankungen      auf- 


weist ;  sie  hat  in  dem  hellsten  Teil  der 
Schicht  ihren  maximalen  Wert.  Zwischen 
den  hellen  und  dunklen  Stellen  zeigten 
sich  Temperaturunterschiede  in  der  Größen- 
ordnung 1"C.  Daraus,  daß  die  Stellen 
höchster  Temperatur  und  diejenigen  größten 
Spannungsgefälles  nicht  zusammenfallen,  ist 
der  Schluß  zu  ziehen,  daß  die  elektrische 
Arbeit  nicht  dort,  wo  sie  geleistet  wird,  sich 
in  Wärme  umsetzt.  Die  Ionen  erfahren 
vielmehr  im  dunklen  Teile  der  Schichtung 
Beschleunigungen  und  geben  ihre  erlangte 
kinetische  Energie  erst  nach  Durchlaufung 
ihrer  mittleren  freien  Weglänge  an  das  Gas 
ab,  dasselbe  erhitzend  und  ionisierend.  Auch 
die  Leitfähigkeit  des  Gases  zeigt,  mit  Hilfe 
eines  Qnerstroms  untersucht,  einen  perio- 
dischen Verlauf,  maximale  Beträge  in  den 
leuchtenden,  minimale  in  den  dunklen  Teilen 
der  Schichten. 

3.  Kathodengefälle.  Das  Kathoden- 
gefälle, d.  i.  die  Spannung  zwischen  der 
Kathode  und  dem  Anfang  des  negativen 
Glimmlichts,  in  welchem  die  Spannung  sich 
ja  nur  ungemein  wenig  ändert,  wird  bestimmt, 
indem  man  in  die  negative  Glimmschicht 
eine  Sonde  einführt  und  deren  Spannung 
gegen  die  Kathode  mit  dem  Elektrometer 
mißt.  Normal  heißt  der  Kathodenfall, 
solange  die  Glimmentladung  die  normale 
ist,  d.  h.  solange  das  Glimndicht  noch 
nicht  die  ganze  Kathode  bedeckt.  Der 
normale  Kathodenfall  zeigt  die  sehr  inter- 
essante Eigentümlichkeit,  von  Stromstärke, 
Gasdruck  und  Temperatur  gänzlich  unab- 
hängig zu  sein.  Er  ist  eine  für  das  Kathoden- 
metall und  das  Gas,  in  welchem  die  Ent- 
ladung stattfindet,  charakteristische  Größe, 
die  von  E.  War  bürg  und  einer  Reihe  von 
Schülern  desselben  genau  ermittelt  worden 
ist.  Sie  stellt  wahrscheinlich  die  vom  Metall 
katalytisch  beeinflußte  lonisierungsspannung 
des  positiven  Ions  dar.  Die  Tabelle  gibt 
einen  Ueberblick  über  die  bestimmten  Werte 
des  Kathodengefälles.  Es  ist  bei  solchen 
Messungen  sehr  auf  Reinheit  des  Gases  zu 
achten,  wenn  man  richtige,  reproduzierbare 
Werte  erhalten  will.  Insbesondere  sind 
Spuren  von  Sauerstoffbeimengnngen  von 
bedeutendem  Einfluß,  indem  sie  denKathoden- 
fall  stark  vergrößern.  Den  kleinsten  bis  jetzt 
bekannten  Wert  von  69  Volt  zeigt  eine 
Kaliumkathode  in  Helium.  Die  größten 
Werte  hat  der  Kathodenfall  in  zusammen- 
gesetzten Gasen. 

(Tabelle  siehe  nächste  Seite.) 

Sobald  das  Glimmlicht  die  Kathode 
ganz  bedeckt,  die  Entladung  also  ab- 
normal wird,  nimmt  der  Kathodenfall 
zu,  wenn  die  Stromstärke  wächst,  oder  wenn 
der  Gasdruck  erniedrigt  wird,  zeigt  aber 
mit    der    Temperatur    keine    in    Betracht 


Grlimmentladuni. 


75 


Pt 

Hg 

Ag 

Cu 

Fe 

Zn 

AI 

Mg 

Na 

K 

KNa 

Sauerstoff   .    .    . 

369 

. 



— 

. , 

. . 



310 

_ 

_ 

Wasserstoff     .    . 

300 

— 

295 

280 

230 

213 

190 

168 

i8s 

172 

169 

Stickstoff    .    .    . 

232 

226 

— 

— 

— 

— 

207 

178 

170 

125 

Helium    .... 

160 

142,5 

162 

177 

161 

143 

141 

125 

80 

69 

78,5 

Argon  

167 

— 

— 

— ■ 

— • 

— 

100 

— . 

Ammoniak      .    . 

370 

— 

— 

380 

— 

330 

— 

— 

— 

— 

— . 

Kohlensäure  .    . 

475 

— 

— 

460 

— 

410 

— 

— 

— 

— 

— 

Kathoden  fall  an  Platin   in: 


Quecksilberdampf     .    .  340 

Chlor 320 

Brom 376 

Jod      380 


Quecksilberchlorid    . 

•   365 

,,           bromid   . 

•   395 

,,           Jodid  .    . 

•   432,5 

Stickstoffdioxj'd    .    .    .   387 

Stickoxyd 365 

Stickoxydul 331 


kommende  Veränderung,  sofern  dabei  die 
Gasdichte  konstant  gehalten  wird.  Der  ab- 
normale Kathodenfall  wird  um  so  größer, 
je  mehr  man  die  Ansatzfläche  des  Glimmlichts 
verkleinert.  Das  kann,  wie  weiter  oben  ge- 
zeigt wurde,  außer  durch  Anwendung  einer 
kleinen  Kathode,  auch  dadurch  geschehen, 
daß  man  etwa  die  Glaswand  der  Kathode 
so  nahe  bringt,  daß  sie  innerhalb  des  Crookes- 
schen  Dunkelraums  zu  liegen  kommt. 

Auch  an  der  Kathode  fallen  größtes 
Gefälle  und  größte  Wärmeerzeugung  nicht 
zusammen.  Während  im  Dunkelraum  also 
gerade  dort,  wo  das  Gefälle  sehr  intensiv  ist, 
sehr  wenig  Wärme  produziert  wird,  findet 
im  Glimmlicht  eine  lebhafte  Erhitzung  des 
Gases  statt,  bei  höheren  Drucken,  etwa  bei 
normalem  Glimmstrom,  am  meisten  in  dem 
der  Kathode  zugewendeten  hellsten  Teil  der 
Glimmschicht.  Wenn  das  Glimmlicht  bei 
weiterer  Evakuation  sich  ausdehnt,  so  ver- 
teilt sich  auch  die  Wärmeerzeugung  auf  einen 
größeren  Raum,  um  endlich,  bei  verschwin- 
dendem Glimmlicht  so  gut  wie  völlig  auf- 
zuhören. Durch  die  hinausfliegenden  Katho- 
denstrahlen wird  die  Energie  aus  dem  Glimm- 
lichtgebiet fortgetragen  und  tritt  dort  als 
Wärme  auf,  wo  die  Strahlen  auf  Hindernisse, 
wie  z.  B.  die  Rohrwand,  auftreffen.  Der 
Kathodenfall  setzt  sich  zusammen  aus  dem 
Gefälle  im  Cr ookes sehen  Dunkelraum  und 
einem  Spannungssprnng  an  der  Kathoden- 
oberfläche, der  bei  normalem  Glimmstrom 
nach  W.  H.  Westphal  auch  einen  nor- 
malen, von  Druck  und  Stromstärke  unab- 
hängigen, für  Gas  und  Metall  charakteristi- 
schen Betrag  hat. 

4.  Anodengefälle.  Auch  unmittelbar 
an  der  Anode  findet  ein  Spannungsgefälle 
statt,  das  indessen  kleiner  ist  wie  dasjenige 
an  der  Kathode.  Das  Anodengefälle  ist  nach 
Gl.  A.  Skinner  in  der  Regel  kleiner  für  das 
Metall,  welches  das  größere  Kathodengefälle 
hat.  Es  ist  unabhängig  von  der  Stromstärke 
im  Entladungsrohr,  wie  das  normale  Kathoden- 
gefälle.  Die  Leuchterscheinung  an  der  Anode 


weist  nach  E.  Gehrcke  auch  große  Ana- 
logien zu  derjenigen  an  der  Kathode  auf. 
Das  anodische  Glimmlicht  ist  als  eine  die 
iVnode  bedeckende  Lichthaut  am  besten  zu 
beobachten  in  weiten  Rohren  bei  nicht  zu 
hohen  Drucken  und  Stromstärken.  Die  posi- 
tive Lichtsäule  verschwindet  in  diesem  Fall 
fast  völlig,  und  es  bleibt  von  dem  anodischen 
Licht  nur  diese,  in  Luft  oder  Stickstoff 
rötliche,  in  Wasserstoff  fahl  weißliche  Licht- 
haut übrig.  Wie  das  negative  Glimmlicht 
bedeckt  diese,  dabei  blasser  werdend,  eine 
mit  abnehmendem  Druck  größer  werdende 
Fläche  der  Elektrode;  zwischen  ihr  und  der 
Anodenoberfläche  ist,  besonders  gut  bei 
polierten  Elektroden,  ein  Dunkelraum  zu 
bemerken,  dessen  Dicke  nach  Zehntel- 
millimetern rechnet.  Am  Glimmlichtoszillo- 
graphen ist  ferner  festzustellen,  daß  auch 
das  anodische  Glimmlicht  eine  der  Strom- 
stärke proportionale  Ausdehnung  auf  der 
Anode  besitzt. 

5.  Zusammengesetzte  Gase  und  Gas- 
gemische. Spektrales  Verhalten.  Gase 
mit  zusammengesetzten  Molekülen,  wie  Am- 
moniak, Kohlenoxyd,  Kohlensäure,  Methan, 
Stickoxyde  u.  a.  m.  werden  durch  den  Glimm- 
strom zersetzt.  Sie  sind  auf  ihr  Verhalten  bei 
der  Glimmentladung  von  Caps  tick  zuerst 
geprüft  worden,  der  für  einzelne  derselben 
recht  hohe  Werte  des  Kathodenfalles  fand 
(Wasserdampf  469  Volt,  Ammoniak  582  Volt). 
Er  glaubte,  aus  seinen  Messungen  den  Schluß 
ziehen  zu  dürfen,  daß  sich  der  Kathodenfall 
der  Verbindung  aus  denen  der  Gaskomponen- 
ten in  gleicher  Weise  wie  das  zusammen- 
gesetzte Molekül  aus  den  Atomen  additiv 
zusammensetzt,  so  daß  das  Kathodengefälle 
als  eine  charakteristische  Eigenschaft  des 
Atoms  anzusehen  wäre.  Dieses  Gesetz  hat 
sich  jedoch  nach  weiteren  Untersuchungen 
von  G.Gehlhoff  im  War burgschen  Labora- 
torium nicht  bestätigt;  Diese  Messungen 
wurden,  um  den  störenden  Einfluß  der  Gas- 
zersetzung zu  vermeiden  oder  auf  ein  Mindest- 
maß herabzudrücken,  in  strömendem  Gase, 


(6 


(TlinimentladiiDg 


also  unter  fortwähiondem  Einströmen  frischen 
Gases  und  Arbeiten  einer  sehnellwirkenden 
Oellul'tpunipe,  aus<,'el'iilut.  Die  Resultate 
an  einijren  Gasen  und  Metallen  sind  in  der 
oben  an^eirebenen  Tabelle  für  das  Kathoden- 
1,'efälle  niiti^^eteilt.  Es  zeigte  sich,  daß  in 
diesen  (lasen  bei  den  meist  nach  Millimetern 
zählenden  Drucken  das  Gefälle  im  negativen 
Gliniinlicht  nicht  mehr  klein  gegen  den 
Katlidilenfall  ist.  Unter  letzterem  wurde 
hier  die  Spannung  der  Kathode  gegen  die 
Grenze  von  Glimndicht  und  Crookesschem 
Dunkelraum  verstanden. 

Recht  auffällige  elektrische  und  spektrale 
Erscheinungen  zeigen  sich  bei  der  Glimm- 
enthuhing  durch  Gasgemische,  insbesondere 
solche,  welche  die  eine  Komponente  nur  in 
sehr  geringem  Betrage,  nur  als  ,, Verunreini- 
gung" des  anderen  Bestandteils  enthalten. 
So  wird  der  Kathodenfall  in  Wasserstoff,  mehr 
noch  in  Stickstoff  und  ganz  besonders  in  den 
sogenannten  Edelgasen  bedeutend  erhöht 
durch  spurenweise  Beimengung  von  Sauer- 
stoff. Gleichzeitig  beobachtet  man,  daß  die 
spektrale  Wahrnehmbarkeit,  wieder  ganz 
besonders  der  Edelgase,  sehr  erheblich 
herabgesetzt  wird.  Während  Spuren  von 
Wasserstoff  oder  Sauerstoff,  die  reinem 
Helium  oder  Argon  beigemengt  sind,  hell 
ihr  Spektrum  aussenden  und  dabei  das- 
jenige ihrer  edleren  Gastfreunde  völlig 
in  den  Hintergrund  drängen,  ist  umgekehrt 
erst  ein  sehr  hoher  Prozentgehalt  des  Edel- 
gases in  einem  Gemisch  mjt  einem  der 
gewöhnlichen  Gase  spektral  wahrzunehmen. 
Den  gleichen  Einfluß  spurenweiser  Bei- 
mengungen konnte  AVarburg  an  der  Spitzen- 
entladung wahrnehmen.  Sehr  aufklärend 
für  diese  eigentümlichen  Erscheinungen  sind 
neuere  Untersuchungen  von  J.  Franck 
gewesen,  welchem  der  Nachweis  gelang,  daß 
die  Wirkung  der  Beimengungen  in  einer 
Herabsetzung  der  in  den  Edelgasen  besonders 
großen  Beweglichkeit  des  negativen  Ions 
besteht.  Den  Zusammenhang  mit  den  ge- 
nannten Erscheinungen  hat  man  sich  etw^a 
folgendermaßen  zu  denken:  Man  kann  die 
Gase  nach  ihrer  Affinität  zum  Elektron,  d.  h. 
nach  der  Größe  der  anziehenden  Kraft,  die 
ihre  Moleküle  oder  Atome  auf  das  Elektron 
ausüben,  in  eine  Reihe  ordnen,  in  der,  wie 


m 


Fig.  11. 

man  auch  sagt,  jedes  Gas  einen  clektro- 
negativeren  Charakter  als  das  folgende  hat. 
Es  ist  die  folgende:  Chlor,  Stickoxyd,  Sauer- 
stoff, Wasserstoff,   Stickstoff,  Edelgase.     In 


den  letzteren  ist  die  .\ffinität  zum  Elektron 
jedenfalls  sehr  gering,  was  sich  auch  in  dem 
chemisch  völlig  indifferenten  Verhalten  der- 
selben äußert.  Freie  Elektronen  besitzen 
in  diesen  Gasen  darum  große  Lebensdauer 
und  freie  Weglängen.  Es  ist  in  der  Tat  im 
Zusammenhang  hiermit  die  elektrische 
Leitfähigkeit  der  Edelgase  eine  sehr  beträcht- 
liche, der  Crookessche  Dunkelraum  bei 
gleichen  Drucken  von  erheblich  größerer 
Länge  als  in  den  anderen  Gasen  und  die 
lonisierungsspannung  ist  gering.  Mischt 
man  dem  inaktiven  Gase  ein  stark  elektro- 
negatives  Gas,  wie  Sauerstoff  oder  Chlor  bei, 
so  üben  dessen  Moleküle  erheblichere  An- 
ziehungskräfte auf  die  Elektronen  aus. 
Hierdurch  wird  aber  erstens  die  freie  Weg- 
länge stark  verkleinert,  wodurch  das  aus- 
gezeichnete Verhalten  in  elektrischer  Hin- 
sicht aufhört,  und  zweitens  werden  auf 
Kosten  der  Zusammenstöße  mit  den  Atomen 
des  Edelgases  jetzt  vorwiegend  solche  mit 
denen  des  beigemengten  Gases  erfolgen,  wo- 
durch das  vorzugsweise  Leuchten  dieses 
letzteren  seine  Erklärung  findet.  In  dem 
stark  elektronegativen  Charakter  des  sich 
bildenden  Stickoxyds  liegt  im  Sinne  dieser 
Darstellung  auch  die  Erklärung  dafür,  daß 
der  Kathodenfall  bei  einer  normalen  Glimm- 
entladung durch  Luft  allmählich  (nach  War- 
burg  von  340  bis  auf  400  Volt)  ansteigt. 

Wie  die  Funken-  und  Lichtbogenentladung 
für  die  Spektralanalyse  der  Metalle,  so  bildet 
die  Glimmentladung  das  wichtigste  Hilfs- 
mittel für  die  spektrale  Untersuchung  der 
Gase.  Die  positive  Lichtsäule  wird  in  den 
Spektralröhren  meist  in  eine  Kapillare 
eingeengt,  in  welcher  das  Gas  wegen  der 
großen  Stromdichte  hell  leuchtet.  Zu  be- 
sonderer Lichtausnutzung  dienen  Röhren 
mit  Längsdurchsicht. 

6.  Die  Schichtung  der  positiven  Licht- 
säule. Die  positive  Lichtsäule  kann  entweder 
als  eine  kontinuierliche  Lichterscheinung  auf- 
treten oder  (Fig.  11  j  in  einzelne  Schichten  zer- 
fallen. Ueber  die  Bedingungen,  unter  welchen 
eine  Schichtung  auftritt,  sind  viele  Unter- 
suchungen angestellt,  jedoch  lassen  sie  sich 
bislang  nicht  in  einer  bestimmten  Form 
präzisieren.  Neben  Druck,  Stromstärke, 
Länge  und  Weite  des  Entladungsrohrs 
spielen  noch  andere 
Umstände  wie  Form 
der  Elektroden,  Art  der 
Entladung,  Reinheit 
des  Gases  usw.  eine 
große  Rolle.  Bezüg- 
lich des  letzten 
Punktes  besteht  im 
allgemeinen  der  Satz,  daß  Schichtung  um 
so  schwerer  zu  erhalten  ist,  je  reiner  das  Gas 
ist.  Ob  sie  in  absolut  reinem  Gas  überhaupt 
nicht  auftritt,  diese  Frage  dürfte  wohl  noch 


Grlimmentladuus- 


77 


als  unerledigt  zu  gelten  haben.  Hinsichtlich 
der  Leichtigkeit  des  Auftretens  von  Schichten 
verhalten  sich  die  einzelnen  Gase  verschieden. 
Während  die  Edelgase,  ferner  besonders  auch 
Wasserstoff  sehr  leicht  und  kräftig  Schichten 
bilden,  sind  solche  in  Sauerstoff  nur  sehr 
lichtschwach,  in  reinem  Sauerstoff  wohl 
überhaupt  nicht  zu  erhalten.  Die  schönsten 
Schichten  zeigen  sich  in  organischen  Dämpfen. 

Die  Länge  einer  Schicht,  d.  i.  der  Abstand 
zweier  aufeinanderfolgender  Schichten,  hängt 
von  vielen  Umständen  ab;  neben  Gasdruck, 
Stromstärke,  Rohrform  sind  auch  die  Tempe- 
ratur, sowie  dieEinwirkung  eines  äußeren  Mag- 
netfeldes von  Einfluß.  Im  allgemeinen  ist  die 
Länge  aller  Schichten,  mit  Ausnahme  der 
von  der  Kathode  aus  ersten,  die  meist  etwas 
größer  ist,  längs  der  ganzen  positiven  Säule 
ungefähr  die  gleiche.  Bezüglich  der  einzelnen 
Ergebnisse  experimenteller  Untersuchungen 
über  den  Einfluß  der  die  Schichtlänge  be- 
stimmenden Faktoren  muß  auf  das  ein- 
gehende am  Schluß  zitierte  Referat 
von  R.  Seeliger  verwiesen  werden.  Einzelne 
Gase  verhalten  sich  voneinander  abweichend, 
im  allgemeinen  nimmt  aber  die  Schichtlänge 
mit  wachsender  Stromstärke  bis  zu  einem 
konstanten  Endwert  zu.  Dieser  Endwert 
wächst  mit  abnehmendem  Druck.  Für  die 
Abhängigkeit  der  Schichtlänge  überhaupt 
vom  Gasdruck  ist  ein  einfaches  Gesetz 
eigentlich  kaum  zu  erwarten,  weil  gleich- 
zeitig mit  dem  Druck  die  Entladung  variiert, 
indem  der  Querschnitt  der  positiven  Licht- 
säule und  damit  also  die  Stromdichte  sich 
ändert.  Wenn  die  Schichten  die  Gefäßwände 
nicht  berühren,  soll  nach  Willows  der 
Schichtabstand  dem  Druck  umgekehrt  pro- 
portional, also  l:lo  =  Vo'-V  ^^^^^-  Ein 
älteres,  von  Goldstein  aufgestelltes  Gesetz 
hat  die  Form  I/Iq  =  (Po/p)'",  worin  m  ein 
für  jedes  Gas  charakteristischer  Exponent 
sein  soll,  dessen  Größe  kleiner  als  1  ist. 

Elektrisches  Spannungsgefälle,  Leitfähig- 
keit, Temperatur  schwanken  periodisch  mit 
den  Schichten.  Alle  drei  Größen  haben  in 
den  hellen  Teilen  Maxima,  in  den  dunklen 
Teilen  Minima.  Würde  das  Ohmsche  Gesetz 
für  den  Glimmstrom  gelten,  so  müßte  das 
Spannungsgefälle  dort  ein  Minimum  haben, 
wo  die  Leitfähigkeit  ihr  Maximum  besitzt. 
Die  vorwiegende  Ionisation  findet  in  dem 
hellen  Teile  der  Schichten  statt.  Nach  der 
Anschauung  der  Stoßtheorie  gewinnen  die 
dort  frei  gewordenen  Elektronen  auf  ihrem 
Wege  bis  zur  nächsten  Schicht  die  zur  neuen 
Stoßionisation  erforderliehe  Bewegungs- 
energie. Der  Abstand  zweier  benachbarter 
Schichten  stellt  demnach  die  freie  Weglänge, 
das  Spannungsgefälle  zwischen  denselben 
die  lonisierungsspannung  des  Elektrons  dar. 
Der  Spannungsabfall  zwischen  zwei  Schichten 
strebt  mit  wachsender  Stromstärke  einem 
Minimalwert  zu,  der  im  Helium  15  Volt,  im 


Wasserstoff  13  Volt,  im  Stickstoff  11  Volt 
beträgt. 

Die  Schichtung  ist,  wie  schließlich  be- 
merkt sein  mag,  nicht  immer  eine  einfache. 
In  Gemischen  von  Gasen  treten  zwei-  und 
mehrfache  Schichtsysteme  auf,  die  einfache 
Superpositionen  der  für  die  Einzelgase  be- 
stehenden Schichtfolgen  sind.  In  Wasser- 
stoffgas bewirken  bereits  Spuren  von  Queck- 
silberdampf, daß  jede  Schicht  aus  einer 
blauen,  nach  der  Kathode  zu  gelegenen  und 
einer  dicht  daneben  nach  der  Anode  zu 
gelegenen  rötlichen  Schicht  besteht.  Die 
Entfernung  der  beiden  Komponenten  wächst 
etwas  mit  abnehmendem  Druck  und  ist  größer 
in  weiten  Röhren  als  in  engen.  In  ganz 
reinem  Wasserstoffgas  sind  nach  Pentscheff 
die  Schichten  homogen  gefärbt. 

7.  Gesamtspannung.  Die  Gesamt- 
spannung welche  zwischen  den  Elektroden 
einer  Entladungsröhre  besteht,  setzt  sich  aus 
den  Einzelspannungen  der  verschiedenen  Teile 
zusammen,  und  befolgt  demnach  keine  einfache 
gesetzmäßige  Beziehung  zu  einem  der  Para- 
meter Stromstärke,  Druck  usw.  Erniedrigt 
man,  von  einem  höheren  Betrag  ausgehend, 
den  Druck  in  einem  Entladungsrohr,  so  sinkt 
zunächst  die  Elektrodenspannung,  weil  bei 
konstant  bleibendem  (normalem)  Kathoden- 
fall das  Gefälle  in  der  positiven  Lichtsäule  ab- 
nimmt. Nach  Erreichung  eines  Minimums  er- 
folgt dann  bei  weiterem  Evakuieren  wieder  eine 
Zunahme,  bald  nachdem  die  Entladung  auf- 
gehört hat,  normal  zu  sein,  weil  von  diesem 
Moment  ab  der  nun  abnormale  Kathodenfall 
zu  steigen  beginnt,  und  zwar  so  schnell,  daß 
er  die  Abnahme  des  Gefälles  im  positiven 
Licht  überwiegt.      Figur  12  zeigt  den   all- 


Oasdruck 

Fig.  12. 

gemeinen  Charakter  der  Kurve,  welche  die 
Entladungsspannung  als  Funktion  des  Gas- 
drucks gibt. 

Wird  bei  konstantem  Druck  der  Elektro- 
denabstand durch  Verschieben  der  Anode 
verkleinert,  so  erweckt  es  den  Anschein, 
als  ob  die  positive  Lichtsäule  in  die  Anode 
hineinwanderte.  Es  verschwindet  eine  der 
Verschiebung  gleiche  Länge  derselben.  Gleich- 
zeitig nimmt  die  Entladungsspannung  um 
den  entsprechenden  Teil  des  Gefälles  ab. 
Wenn  die  Anode  in  das  negative  Glimmlicht 
hineinrückt,  so  ist  das  positive  Licht  völlig 
unterdrückt,    und    die    Entladungsspannung 


78 


(lliinnientladuiii;- 


hat  ein  Minimum,  dessen  Betrag  der  Summe 
aus  Kathoden-  und  Anodont'all  gleieli  ist. 
Wird  die  Anode  noch  weiter  genähert,  so 
beginnt  ein  steiler  Anstieg  der  Entladungs- 
spannung, wenn  die  Anode  in  den  Crookes- 
schen  Dunkelraum  einzurücken  anfängt. 

Weil  das  (iei'älle  der  positiven  Lichtsäule 
größer  in  engen  als  in  weiten  Röhren  ist,  so 
erfordern  enge  Entladungsrohre,  insbesondere 
z.  B.  die  zu  spektralen  Zwecken  benutzten 
Kapillarröhren,  hohe  Spannungen.  Von  sehr 
bestimmendem  Einfluß  auf  die  Höhe  der 
Entladungsspannung  ist  endlich  besonders 
die  (Iröße  der  Kathode  und  des  sie  umgebenden 
freien  Raumes.  Je  größer  die  Kathoden- 
fläche, desto  länger  behält  bei  Variation 
von  Stromstärke  und  Druck  der  Kathoden- 
fall seinen  kleinsten,  den  nornuilen  Wert.  Bei 
einer  sehr  kleinen  Kathode  ist  der  Kathoden- 
fall schon  bei  schwachem  Strom  der  ab- 
normale. Dasselbe  ist  der  Fall,  wenn  zw^ar 
die  Kathode  groß  ist,  aber  durch  nahe  feste 
Körper,  z.  B.  die  Rohrwandung,  die  freie 
Entfaltung  des  negativen  Glimmlichts  ge- 
hindert wird.  Die  Anodengröße  ist  von 
verschwindendem  Einfluß  auf  die  Ent- 
ladung. 

8.  Ventilröhre,  Wenn  in  einem  w^eiten 
Kugelrohr    (Fig.     13)    einei     großen    frei- 


Fig.  13 


stehenden  Elektrode  eine  sehr  kleine,  wo- 
möglich noch  von  einem  engeren  Glasrohr 
umhüllte  Elektrode  gegenübersteht,  so  kann 
das  Rohr  in  der  einen  Richtung,  für  w^elche 
die  große  Elektrode  Kathode  ist,  von  einer 
stromstarken  Entladung  durchflössen  werden, 
während  bei  gleicher  Spannung  im  entgegen- 
gesetzten Sinn  keine  Entladung  zustande 
kommen  kann.  Derartige  Röhren  finden  als 
sogenannte  Ventilröhren  zur  Gleichrich- 
tung von  Wechselströmen  Verwendung. 

Verengerungen,  enge  Kanäle,  welche  man 
in  den  Weg  des  Glimmstroms  einschaltet, 
bewirken  wiegen  der  Erhöhung  des  Gefälles 
in  ihnen,  daß  die  positiven  und  negativen 
Teilchen  größere  Geschwindigkeiten  erlangen 
und  noch  außerhalb  der  Verengerung  etwas 
beibehalten.  Sie  wirken  daher  nach  beiden 
Seiten  hin  wie  sekundäre  Kathoden  und 
erzeugen  sekundäre  kathoden-  und  kanal- 
strahlenartige  Lichterscheinungen.  Auch  hier 
kann  man  durch  unsymmetrischeFormderVer- 
i'Mgcrungen  eine  Ventilwirkung  veranlassen. 

9.  Glühende    Kathode.        Der    Haupt- 


widerstand der  Glimmentladung  liegt  in 
ihrem  Crookesschen  Kathodendunkelraum. 
Das  große  Gefälle  in  ihm  ist  begleitet  von 
einer  schnellen  Herausbeförderung  der  Ionen, 
der  Dunkelraum  ist  das  Gebiet  größter 
lonenverarmung.  Jedes  Mittel,  welches 
diesein  Raum  Ionen  zuführt,  muß  eine 
Herabsetzung  seines  Widerstands,  also  des 
Spannungsgefälles  in  ihm  zur  Folge  haben, 
um  so  mehr,  je  ergiebiger  das  Mittel  ist. 
So  kann  man  denn  in  der  Tat,  z.  B.  durch 
eine  kräftige  Belichtung  der  Kathode  ein 
Sinken  des  Kathodengefälles  veranlassen. 
Ein  w^eitaus  wirksameres  Mittel  ist  es  noch, 
die  Kathode  zu  heller  Gelb-  oder  Weißglut 
zu  erhitzen.  Metalloxyde,  insbesondere  die 
Oxyde  der  Erdalkalien,  d.  h.  der  Metalle 
Baryum,  Strontium,  Calcium,  haben  die 
Eigenschaft,  bei  hellem  Glühen  ungemein 
viele  Elektronen  abzugeben.  Durch  Stoß- 
ionisierung erzeugen  diese  eine  so  hohe 
Leitfähigkeit  des  Gases,  daß  der  Kathoden- 
fall fast  völlig  beseitigt  wird,  und  man 
bereits  mit  einigen  w'enigen  Volt  imstande 
ist,  eine  intensive  Glimmentladung  zu  unter- 
halten, selbst  bei  sehr  niedrigen  Gasdrucken, 
Die  schönen  Kathodenstrahlerscheinungen 
der  Glühkathoden  sind  von  A.  Wehnelt 
eingehend  untersucht  worden.  Im  xAnschluß 
an  den  vorigen  Paragraphen  ist  ohne  weiteres 
verständlich,  daß  ein  Rohr  mit  einer  glühen- 
den Oxydkathode  in  hervorragender  Weise  ^Is 
gleichrichtendes  Ventil  zu  wirken  imstande  ist. 
IG.  Leitfähigkeit,  lonengeschwindig- 
keit,  Massentransport  bei  der  Glimment- 
ladung. Eine  qualitative  Bestimmung  der 
Güte  der  Leitfähigkeit  in  den  verschiedenen 
Bezirken  der  Glimmentladung  erlaubt  die 
Methode  des  Querstroms.  Zwei  in  einer 
zur  Rohrachse  senkrechten  Richtung  dia- 
metral gegenüberstehende  Elektroden  kann 
man  mit  einem  Galvanometer  verbinden, 
ohne  daß  ein  Strom  in  diesem  zustande 
kommt,  weil  die  Elektroden  sich  auf  einer 
Niveaufläche  des  Entladungsstromes  be- 
finden. Erst  nach  Einschaltung  einer 
Elektrizitätsquelle,  etwa  eines  galvanischen 
Elements,  zeigt  das  Galvanometer  einen 
Strom  an,  der  ein  Maß  für  die  Leitfähigkeit 
an  der  betreffenden  Stelle  bildet.  Die  Er- 
gebnisse solcher  Messung  sind  im  wesent- 
lichen bereits  genannt.  Sehr  geringe  Leitung 
im  Kathodendunkelraum,  erhebliches  Leit- 
vermögen in  den  leuchtenden  Bezirken  des 
negativen  und  positiven  Lichts.  In  der  un- 
geschichteten positiven  Lichtsäule  nimmt  die 
Leitung  zu  mit  der  Stromdichte  der  Ent- 
ladung und  bei  Erniedrigung  des  Druckes, 
dem  letzteren  ungefähr  umgekehrt  pro- 
portional. Für  geschichtete  Entladung  gibt 
FigUi-  14  nach  H.  y\.  Wilson  ein  Abbild  der 
Leitfähigkeit,  die  in  den  hellen  Teilen  der 
Schichtung  sich  als  größer  erweist  als  in  den 
dunklen. 


(  t1  i  minen  tl  adimg 


79 


Von  einem  konstanten  Leitvermögen 
im  Sinne  des  Ohmsclien  Gesetzes  kann  nicht 
die   Rede  sein,  weil  dieses   Gesetz  für  den 


Zjz/i.  ci^jTn7n,MriLC/c,/,03 AfiULomp.ZdTiffsxrotr' 


Röhreiüariffe  in.  cm,. 

Fig.  14. 

Glimmstrom  keine  Gültigkeit  hat.  Ist  U 
die  GeschAvindigkeit  der  Ionen,  '^  deren 
Zahl  in  der  Volumeinheit,  e  die  Ladung 
eines  Ions,  so  ist  die  Stromdichte  J  gegeben 
durch  die  Summe  der  für  die  beiden  lonen- 
arten  gebildeten,  Produkte  aus  diesen  drei 
Größen : 

J  =  $ReU  +  9JeU 
+  — 

Nur  bei  größeren  Drucken  kann  man  die 
Geschwindigkeiten  U  der  Spannung  (£  pro- 
portional setzen,  also  durch  das  Produkt 
aus  @  in  Volt/cm  und  der  Beweglichkeit 
u  im  Felde  1  Volt/cm  ersetzen,  und  so  für  den 
Strom  den  der  Spannung  proportionalen  Wert 
J=  (5«eu+9Z^u^g_].g 

erhalten,  in  dem  k  das  Lei tungs vermögen 
ist.  Immerhin  geben  aber  die  relativen 
Messungen  des  Querstroms,  wenn  kein  ab- 
solutes, so  doch  ein  relatives  Maß  für  die 
Verteilung  der  lonendichtigkeit.  Die  wirk- 
lichen lonengeschwindigkeiten  im  Glimm- 
strom sind  nach  einer  direkten  experimen- 
tellen Methode  bisher  nicht  bestimmt  worden. 
Die  Größenordnung  geben  die  oben  aus  der 
lonisierungsspannung  für  die  positiven  Ionen 
und  für  die  Elektronen  berechneten  Werte. 
Indirekte  Bestimmungen  der  lonengeschwin- 
digkeiten aus  der  Ablenkung  des  Glimm- 
stroms im  Magnetfeld  hat  Wilson  ausgeführt. 
Es  lassen  sich  indessen  mancherlei  Einwände 
hiergegen  erheben. 

Von  Interesse  ist  noch  die  Frage,  ob  beim' 
Glimmstrom  wie  in  flüssigen  Elektrolyten 
mit  der  lonenbewegung  Massentransporte 
Hand  in  Hand  gehen.  x\usscheidungen  an 
den  Elektroden  in  einem  durch  die  Faraday- 
schen  Gesetze  der  Elektrolyse  gegebenen 
Betrage  sind  nicht  festgestellt  worden.  Da- 
gegen liegen  Beobachtungen  über  materielle 
Bewegungen  vor.  Mischt  man  zwei  Gase, 
z.  B.  Wasserstoff  und  Chlor  und  Läßt  einige 
Zeit  die  Glimmentladung  hindurchgehen, 
so  überwiegt  bald  an  der  einen  Elektrode 


das  Spektrum  des  einen,  an  der  anderen  das- 
jenige des  anderen  Gases.  Kehrt  man  dann 
den  Strom  um,  so  geht  die  Erscheinung  bald 
zurück  und  stellt  sich  im  umgekehrten  Sinn 
wieder  her.  Leitet  man  ferner  durch  ein 
Wasserstoff- Stickstoffgemisch  in  einem  Rohr, 
das  durch  einen  Hahn  in  zwei  Hcälften  geteilt 
ist,  einen  Glimmstrom  und  schließt  nach 
einiger  Zeit  den  Hahn,  so  ist  spektral  leicht 
nachzuweisen,  daß  der  Raum  um  die  Kathode 
mehr  Wasserstoff  enthält  als  der  Anoden- 
raum. Endlich  sind  von  J.  Stark  auch 
Druckdifferenzen  in  dem  vom  Glimmstrom 
durchflossenen  Gase  festgestellt  und  von 
A.  W e  h  n  e  1 1  und  J.  F r  a  n  c  k  genauer  verfolgt 
worden. 

II.  Einfluß  eines  Magnetfeldes  auf  die 
Glimmentladung.  Ein  Magnetfeld  übt 
auf  die  bewegten  Ionen  eine  ablenkende 
Kraft  aus.  Da  die  Gasionen  bei  ihrer  Be- 
wegung durch  das  Gas  eine  relativ  geringe 
!  Reibung  erfahren,  so  nehmen  sie  bei  der  Ab- 
lenkung nicht  die  ganze  neutrale  Menge  des 
Gases  mit  sich,  wie  es  in  Flüssigkeiten  und 
festen  Körpern  geschieht,  sondern  bewegen 
sich  durch  sie  hindurch.  Wegen  ihrer  viel 
kleineren  Masse  werden  die  negativen  Elek- 
tronen durch  dasselbe  Magnetfeld  viel  stärker 
abgelenkt  als  die  positiven  Ionen.  Mit  ihnen 
wird  aber  die  ganze  Strömung  gleichzeitig 
abgelenkt,  weil  es  ja  die  Elektronen  sind,  die 
als  Stoßionisatoren  die  positive  Lichtsäule 
und  das  negative  Glimmlicht  erzeugen. 
Die  Lichterscheinungen  sind  also  an  die 
Bahn  der  negativen  Elektronen  gebunden. 
Die  positive  Lichtsäule  erfährt  durch 
ein  transversales  Magnetfeld  eine  Durch- 
biegung wie  ein  beweglicher  Leiter.  Sie 
erfährt  dabei  eine  Querschnittsverminderung, 
indem  sie  gegen  die  Glaswand  des  Rohrs 
gepreßt  wird.  Verbunden  ist  damit  eine 
Erhöhung  des  Spannungsgefälles  und  eine 
Verminderung  der  Länge  vorhandener  Schich- 
ten. Um  einen  Magnetpol,  der  ein  radiales 
Kraftfeld  erzeugt,  kann  man  dauernde  Rota- 
tion der  positiven  Lichtsäule  erhalten.  Das 
negative  Glimnüicht,  durch  die  von  der 
Kathode  ausgehenden  Elektronen  erzeugt, 
wird  wie  diese  im  transversalen  Feld  ab- 
gelenkt. Im  longitudinal  gerichteten  Magnet- 
feld findet  spiralige  Aufwickelung  um  die 
Kraftlinien  statt.  Länge  des  Kathoden- 
dunkelraums  sowie  Größe  des  Kathoden- 
gefälles werden  beeinflußt.  Letzteres  wird 
durch  ein  transversales  Feld  erniedrigt, 
wenn  die  Entladung  die  abnormale  ist.  Der 
normale  Kathodenfall  ändert  im  Magnetfeld 
seine  Größe  nicht.  Die  Gesamtspannung 
zwischen  den  Elektroden  eines  Entladungs- 
rohres ändert  sich  nach  dem  Gesagten  im  all- 
gemeinen in  einem  Magnetfeld.  Bei  geringen 
Drucken  erfüllt  das  negative  Glimmlicht 
fast  das  ganze  Entladungsrohr  und  drängt 
die  positive  Lichtsäule  bis  auf  eine  auf  der 


so 


(ilimmontladune-  —  Glühelektrisclie  Ersclieiniuigen 


AiukIo  sitzende  Lichthaut  ganz  in  die  Anode 
zuriicli.  Ein  transversales  Magnetfeld  wirft 
das  negative  Glininilicht  zur  Seite  und  zieht 
die  zurückgedrängte  positive  Lichtsäule, 
meist  geschichtet,  gleichsam  aus  der  Anode 
wieder  hervor. 

Literatur.  </.  J'  Thomson,  Conduction  of 
rlrrlricili/  through  gaccs,  2.  cd.  Cambridge  1907. 
Deutsch  'von  E.  Ma  r.i:  Leipzig  1907.  —  J.  Stark, 
Die  Elektrizität  in  Gasen.  Leipzig  1902.  —  Der- 
selbe, Die  Elektrizität  in  Gasen  in  Winkel- 
manns Ilandbnch  der  Physik,  2.  Aufl.,  Bd.  IV, 
S.  454.  Leipzig  1905.  —  R.  Seeliger,  Ueber  die 
geschichtete  GUmmcntUidung :  Sammelreferat  im 
Jahrbuch  der  Radioaktivität  und  Elektronik, 
Bd.  7,  ,S'.  528,  1910. 

H.  Starke. 


V-j 


Glisson^ 

Francis 

(1597  bis  1677)  hervorragender  Arzt,  Anatom  und 
Physiologe;  war  Professor  der  Medizin  in  Cam- 
bridge, lebte  aber  vorwiegend  in  London.  Glisson 
hat  eine  Eeihe  von  anatomischen  und  physiolo- 
gischen Studien  über  che  Leber,  über  die  Bezie- 
hungen der  Lymphgefäße  zum  Verdauungskanal, 
über  den  klagen  usw.  gemacht,  aber  sein  Haupt- 
werk war  füe  Begründung  der  Irritabilitätsielire. 
Seine  Arbeitsrichtung  charakterisierte  am  meisten 
die  ^seigung  zu  philosophischer  Betrachtung  und 
Zergliederung  der  Natui*.  Der  Richtung  seiner 
Zeit  entsprechend  war  diese  philosophische  Ana- 
lyse zum  Teil  recht  spekiüativ-scholastisch,  aber 
sie  verrät  doch  einen  sehr  scharfsinnigen,  kon- 
sequent denkenden,  selbständigen  Geist  und 
eine  durch  Harveys  Schule  geübte  Beobach- 
tungsgabe. Glisson  war  ein  wirklicher  Philosoph 
unter  den  Aerzten  seiner  Zeit.  Das  kommt  be- 
sonders zum  Ausdruck  in  seinem  Hauptwerk 
,,Tractatus  de  natura  substantiae  energetica  seu 
de  vita  naturae  etc."  (London  1672),  in  dem  er 
auf  der  Basis  einer  energetischen  Naturbetrach- 
tung ein  ganzes  System  der  Naturphilosophie 
entwickelt,  das  man  in  gewissem  Sinne  als  einen 
naiveren  Vorläufer  der  heutigen  energetischen 
Weltanschauung  bezeichnen  kann,  wenn  auch  der 
Begriff  der  Energie  bei  Glisson  selbstverständlich 
noch  nicht  die  scharf  herausgearbeitete  Form 
haben  konnte,  die  er  in  der  heutigen  Natur- 
wissenschaft angenommen  hat.  In  seinem  ,,Trac- 
tatus  de  ventriculo  et  intestinis"  (Amsterdam 
1677)  führt  Glisson  zum  ersten  Male  den  Begriff 
der  „Irritabilität"'  ein,  der  in  der  späteren  Ent- 
wickelung  der  Physiologie  Gegenstand  lebhaf- 
tester Streitigkeiten  geworden  ist.  Glissons 
Leistungen  und  Anregungen  für  die  Physiologie 
sind  infolge  des  etwas  scholastischen  (jewandes 
seiner  Schilften  später  vielfach  unterschätzt 
worden,  namentlich  als  sich  Haller  der  Irri- 
tabilitätsfrage  bemächtigte,  der  zwar  npch  mehr 
Konfusion  in  dieselbe  brachte,  aber  durch  seine 
Autorität  alle  früheren  Vorstellungen,  ohne  es  zu 
wollen,  in  den  Hintergrund  drängte. 
Literatur,      fi.   //.  Meyer,    Glissons  Irritabili- 

tüis-    und  Sensibilität-slchi'e.     Im  Archiv  für  die 

gesamte  Medizin  von  Ilaeser,  Bd.  5.  Jena  I84S. 

—    M.    Verworn,    Irritability.      Nctv    Haven. 

Yale   University  Press,  191S. 

M.    Verworn. 


Glühelektrische  Erscheinnngen. 

Allgemeines.  1.  Grundtatsachen.  2.  Unter- 
suchungsmethoden. B.  lonenbildung  an  glühen- 
den Körpern.  —  Spezieller  Teil.  I.  Glühelektri- 
sche Erscheinungen  im  hohen  Vakuum.  A.  Emis- 
sion negativer  Elektrizitätsträger.  1.  Allgemeines. 
2.  Bestimmung  von  e/m.  ?>.  Die  Träger  sind  Elek- 
tronen. 4.  Der  Sättigungsstrom  als  Funktion 
der  Temperatur.  5.  Theorie  von  Richardson. 
6.  Experimentelle  Prüfung.  7.  Bestimmung  der 
Konstanten.  8.  Andere  Ableitungen  der  Ri- 
chardson sehen  Formel.  9.  Gesetz  der  Ge- 
schwindigkeitsverteilung der  ausgestrahlten 
Elektronen.  10.  Energieverlust  der  glühenden 
Kathode.  11.  Bedenken  gegen  die  Richard son- 
sche  Theorie.  B.  Emission  positiver  Elektri- 
zitätsträger. 1.  Allgemeines.  2.  Bestimmung  von 
e/m.  o.  Die  Träger  sind  Atomionen.  4.  Der 
Sättigungsstrom  als  Temperaturfunktion.  5.  Ge- 
setz der  Geschwindigkeitsverteilung.  6.  Analogie 
im  Verhalten  der  positiven  und  negativen 
Emission.  IL  Glühelektrische  Erscheinungen 
bei  höherem  Gasdruck  bis  zum  normalen.  — 
Anwendungen.  —  Ueberblick  über  älterejArbeiten. 


Allgemeines. 

I.  Grundtatsachen.  Ein  von  Luft  oder 
anderen  Gasen  umgebener  isolierter  Leiter 
von  gewöhnlicher  Temperatur  behält  eine 
ihm  mitgeteilte  elektrische  Ladung  dauernd 
bei,  wenn  wir  von  einem  geringen,  der  Dichte 
des  Gases  nahe  proportionalen  Verluste 
absehen,  der  durch  eine  schwache  Leit- 
fähigkeit aller  Gase  infolge  von  radioaktiven 
Einwirkungen  bedingt  ist.  Bei  Erhöhung 
der  Temperatur  des  Leiters  beobachtet  man 
in  der  Nähe  der  Grenze,  bei  der  er  anfängt 
sichtbares  Licht  auszustrahlen,  ein  Ab- 
fließen der  Ladung  von  seiner  Oberfläche 
in  den  umgebenden  Kaum  sowohl  bei  nor- 
maler wie  bei  beliebig  verminderter  Dichtig- 
keit des  ihn  berührenden  Gases.  Schließt 
man  den  erhitzten  Leiter  an  ein  konstantes 
Potentialniveau  an  und  bringt  in  seine  Nähe 
eine  zur  Erde  abgeleitete  Elektrode,  so 
fließt  zwischen  dieser  und  ihm  ein  elektrischer 
Strom.  Ein  in  einem  Gase  von  beliebiger 
Dichtigkeit  glühender  Körper  erteilt  dem- 
nach seiner  Umgebung  eine  elektrische  Leit- 
fähigkeit. Die  Gesamtheit  der  Erscheinungen, 
die  auf  dieser  Eigenschaft  erhitzter  Körper 
beruhen,  faßt  man  als  giühelektrische  zu- 
sammen. 

Im  Gegensatz  zu  der  durch  Röntgen- 
strahlen und  die  Strahlen  radioaktiver 
Stoffe  hervorgerufenen  Leitfähigkeit  in  Gasen 
ist  die  durch  einen  glühenden  Körper  erregte 
im  allgemeinen  von  der  Richtung  des  elek- 
trischen Feldes  abhängig.  Unter  im  übrigen 
gleichen  Versuchsbedingungen  ist  der  glüh- 
elektrische Strom  von  verschiedener  Stärke, 
je  nachdem  der  glühende  Körper  die  Anode 
oder  die  Kathode  bildet;  diese  Eigentüm- 
lichkeit bezeichnet  man  als  ,, Unipolarität". 


Grlühelektrische  Erscheinungen 


81 


2.  Untersuchungsmethoden.  Als  Ver- 
suchskörper, die  leicht  in  den  Glühzustand 
zu  versetzen  sind,  benutzt  man  am  ein- 
fachsten Metalle,  aber  auch  nichtmetallische 
Körper,  wie  Kohle,  feuerbeständige  Metall- 
oxyde, Salze  sind  zur  Hervorrufuug  glüh- 
elektrischer Erscheinungen  geeignet.  Die 
Erhitzung  kann  in  einem  Ofen  oder  einer 
Flamme  erfolgen,  aus  der  man  den  Körper 
in  glühendem  Zustande  zur  Untersuchung 
seines  elektrischen  Verhaltens  herausnimmt; 
diese  Methode  ist  wegen  des  schnellen  Abfalls 
der  Temperatur  nur  zu  qualitativen  Ver- 
suchen' brauchbar.  Zu  quantitativen  Be- 
stimmungen schon  eher  geeignet  sind  die 
Glühstifte  für  die  sogenannte  Brandmalerei, 
nämlich  Hohlkörper  aus  Platin,  in  deren 
Innerm  ein  Gemisch  von  Luft  und  Benzin- 
dampf verbrannt  wird,  oder  auch  Röhren 
aus  Metall  und  anderem  Material,  die  von 
außen  erhitzt  werden  und  in  die  man  eine 
isolierte  Elektrode  einführt;  der  glühelek- 
trische Strom  fließt  zwischen  dieser  und  der 
heißen  Röhrenwand. 

Am  zweckmäßigsten  benutzt  man  Kohlen- 
fäden oder  Metalldrähte  und  -streifen,  so- 
wohl frei  wie  mit  den  zu  untersuchenden 
Substanzen  überzogen,  die  man  durch  einen 
elektrischen  Strom  zum  Glühen  bringt. 
Man  hat  dabei  den  großen  Vorteil,  die  er- 
hitzten Körper  leicht  in  Gasatmosphären 
beliebiger  Natur  und  Dichtigkeit  einführen 


Heizstrom  dem  Drahte  oder  Kohlenfaden  K 
zugeführt.  D  ist  die  gegenüberstehende 
Elektrode,  die  in  dem  einen  Falle  platten- 
förmig  ist,  in  dem  anderen  den  Glühdraht 
zylindrisch  umgibt,  sie  kann  durch  C  mit 
einem  Galvanometer  verbunden  werden, 
durch  das  der  von  dem  geerdeten  oder  auf 
konstantem    Potentiale   gehaltenen    Drahte 


zu  können.   Zwei  einfache  Formen  geeigneter 
Apparate  zeigen  die  nebenstehenden  Figuren. 
Durch   die  in  einen   Glasrezipienten  einge-j 
schmolzenen    Platindrähte    AB    wird    der  | 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


Fig.  Ib. 

K  eingeleitete  glühelektrische  Strom  zur 
Erde  fließt.  E  und  F  sind  Röhren  zum  Zu- 
leiten von  Gasen  oder  zum  Anschluß  an  eine 
Luftpumpe. 

Zu  beachten  ist,  daß  durch  den  Heizstrom 
selbst  schon  Oberflächenladungen  des  glühen- 
den Körpers  eingeführt  werden,  deren  Ein- 
fluß auf  den  glühelektrischen  Strom  in  Be- 
tracht gezogen  werden  muß. 

Die  Messung  der  Temperatur  des  glühen- 
den Körpers  kann  durch  ein  mit  ihm  in 
Berührung  befindliches  geeichtes  Thermo- 
element erfolgen,  dessen  zweite  Lötstelle 
auf  konstanter  Temperatur  gehalten  wird. 
Zu  demselben  Ziele  führt  die  Messung  des 
elektrischen  Widerstandes  des  Heizdrahtes 
sowie  die  Beobachtung  seines  Glühzustandes 
mit  einem  geeigneten  optischen  Pyrometer. 

3.  lonenbildung  an  glühenden  Körpern. 
Elektrische  Ströme  in  Gasen  und  im  so- 
genannten Vakuum  können  nur  bei  Gegen- 
wart freier  Elektronen  oder  Ionen,  die  die 
Träger  der  elektrischen  Ladungen  sind, 
zustande  kommen.  Demnach  wirkt  ein 
glühender  Körper  ionenbildend. 

Die  im  allgemeinen  bestehende  Unipolari- 
tät des  glühelektrischen  Stromes  zeigt,  daß 
nicht  beide  lonenarten  im  gleichen  Maße 
an  dem  glühenden  Körper  erzeugt  werden. 
Ueberwiegt  die  Anzahl  der  positiven,  so  ist 
bei  ang'  legter  elektromotorischer  Ki-aft  die 
Stromstärke  am  größten,  wenn  die  Anode 
glüht,  umgekehrt  ist  bei  glühender  Kathode 
der  Strom  stärker,  sobald  negative  Ionen 
(oder  auch  Elektronen)  im  Ueberschuß  auf- 
treten. Die  in  jedem  Falle  entstehende 
komplementäre  elektrische  Ladung  ver- 
bleibt in  der  glühenden  Elektrode;  ist  daher 

6 


82 


Olühelektrische  Erscheinungen 


keine  elektromotorische  Kraft  angelegt,  so 
nimmt  im  ersten  Falle  der  glühende  Körper 
von  selbst  ein  negatives,  im  zweiten  ein 
positives  Potential  gegen  die  geerdete  Elek- 
trode D  an. 

Nicht  nur  an  der  Oberfläche  des  heißen 
Körpers,  sondern  auch  —  wenngleich  in  weit 
schwächerem  Maße  —  im  freien  Gasraume 
in  seiner  Nähe  kann  eine  Ionisierung  des 
Gases  eintreten,  wobei  als  Ursachen  Tempe- 
raturerhöhung und  vielleicht  Durchstrahlung 
in  Betracht  kommen.  Wie  bei  jeder  Art  von 
Gasentladung,  so  ist  auch  bei  der  glüh- 
elektrischcn  Stoßionisation  möglich,  d.  h. 
die  Neubildung  von  Ionen  beim  Zusammen- 
stoße bewegter  Ionen  oder  Elektronen  mit 
neutralen  Gasmolekülen.  Sie  ist  an  eine 
gewisse  Minimalgrenze  des  Potentialgefälles 
wie  des  Gasdruckes  gebunden,  man  kann 
sie  ausschließen,  indem  man  mit  kleinen  Gas- 
drucken oder  geringen  Feldstärken  arbeitet. 

In  den  allergröbsten  Umrissen  läßt  sich 
die  lonenbildung  an  erhitzten  Körpern  in 
ihrer  Abhängigkeit  von  der  Temperatur  in 
folgender  Weise  kennzeichnen.  In  Luft 
normaler  Dichte  zeigen  sich  schwache  Spuren 
einer  positiven  Ionisierung  schon  bei  Tempe- 
raturen unter  Rotglut,  besonders  deutlich 
an  erhitzten  Salzen.  Noch  bei  Rot-  bis  Gelb- 
glut gibt  ein  Metalldraht  im  wesentlichen 
positive  Ionen  ab,  ladet  sich  also  von  selbst 
negativ  auf,  der  glühelektrische  Strom  hat 
nur  dann  einen  meßbaren  Wert,  wenn  der 
Draht  die  Anode  bildet.  Bei  Steigerung  der 
Temperatur  beginnt  er  auch  negative  Elek- 
trizität abzugeben,  es  läßt  sich  eine  Tempe- 
ratur finden,  für  die  der  Strom  in  beiden 
Richtungen  von  gleicher  Intensität  ist. 
Ueberschreitet  man  diese  Grenze,  so  über- 
wiegt die  Emission  negativer  Elektrizität, 
der  Strom  ist  stärker,  wenn  der  glühende 
Draht  die  Kathode  bildet.  Andere  Materia- 
lien als  Metalle  verhalten  sich  im  großen 
und  ganzen  ähnlich,  im  allgemeinen  ist  bei 
tieferen  Temperaturen  die  Emission  der 
positiven  Ionen,  bei  höheren  die  der  nega- 
tiven bevorzugt.  Auch  in  verdünnter  Luft 
bis  zu  Drucken  von  einigen  Tausendstel 
Millimetern  bleibt  dieses  Verhalten  im  ganzen 
bestehen.  Dagegen  übt  die  Natur  des  um- 
gebenden Gases  einen  wesentlichen  Einfluß 
aus,  so  begünstigt  Wasserstoff  in  hervor- 
ragender Weise  die  Abgabe  negativer  La- 
dungen. Von  A.  Wehnelt  ist  die  Eigen- 
schaft gewisser  Metalloxyde,  speziell  der 
Metalle  der  alkalischen  Erden  entdeckt 
worden,  in  ganz  besonderem  Maße  negative 
Elektrizitätsträger  auszustrahlen. 

Beide  Arten  von  Ionisierung  zeigen  sich 
an  glühenden  Metallen  wie  an  Kohlenfäden 
von  der  Dauer  der  Erhitzung  abhängig.  Die 
positive  nimmt  dabei  andauernd  ab,  be- 
sonders bei  niedrigem  Drucke  des  umgeben- 


den Gases,  die  negative  ist  weit  beständiger, 
sie  nähert  sich  im  allgemeinen  einem  einiger- 
maßen konstanten  Grenzwerte,  der  aber 
bei  den  höchsten  erreichbaren  Verdünnungen 
sehr  tief  hei  absinken  kann. 

Spezieller  Teil. 

I.  Glühelektrische  Erscheinungen   im 

hohen  Vakuum, 

A.  Emission  negativer  Elektronen, 

1.  Allgemeines.  Im  einzelnen  sind  die 
glühelektrischen  Vorgänge  sehr  zusammen- 
gesetzt. Es  ist  daher  erforderlich,  daß  wir 
das  Gebiet,  um  den  Versuch  einer  einheit- 
lichen Darstellung  zu  machen,  in  zweck- 
mäßiger Weise  einteilen. 

Wir  betrachten  zunächst  die  Erschei- 
nungen in  Gasen,  die  so  stark  verdünnt  sind, 
daß  die  mittlere  freie  Weglänge  eines  Ions 
von  gleicher  Größenoidnung  ist  mit  dem 
Abstände  von  der  Oberfläche  des  glühenden 
Körpers  aus  bis  zu  der  gegenüberstehenden 
Elektrode.  In  diesem  Falle  dürfen  wir  den 
Einfluß  der  Stoßionisation  auch  bei  höheren 
Potentialdifferenzen  sowie  den  der  Adsorp- 
tion von  Ionen  an  Gasmolekülen  vernach- 
lässigen. Wir  beginnen  mit  der  Betrachtung 
der   Emission   negativer   Elektrizitätsträger. 

Von  J.  J.  Thomson  ist  der  Nachweis 
geführt,  daß  von  einem  glühenden  Kohle- 
faden im  Vakuum  freie  Elektronen  ausge- 
strahlt werden.  Die  Träger  der  negativen 
Ladungen  sind  also  in  diesem  Falle  nicht 
Ionen  im  eigentlichen  Sinne,  d.  h.  nicht 
Atome  oder  Atomkomplexe,  die  etwa  aus 
dtm  Materiale  des  Glühkö  pers  oder  der 
Gasreste  des  Vakuums  stammen. 

2.  Bestimmung  von  e/'m.  Die  Methode, 
mittels  der  jen(r  Nachweis  gelingt,  ist  der- 
jenigen nachgebildet,  die  man  bei  den  durch 
ultraviolettes  Licht  ausgelösten  lichtelek- 
trischen Elektronen  anwendet. 

Ein     kleiner     Kohlen- 
faden  K  (Figur  2)   glüht        ^ 
im  Vakuum  in  einer  ent- 
sprechenden Oeffnung  in- 
mitten  einer  Metallplatte 
A,    der    eine    zweite  par- 
allele B  aus  gleichem  Ma- 
terial   gegenübersteht. 
Zwischen    den    beiden  so 
erhaltenen     Kondensator-        « 
platten  ist  ein  elektrisches 
Feld     hergestellt.        Der 
Glühfaden  liegt    auf    der 
negativen    Seite    und    ist 
mit   der  zugehörigen  Me-        k 
tallplatte  leitend  verbun- 
den,  daher    mit    ihr    auf 
gleichem  Potentiale.     Die 
Feldstärke  ist  so  groß,  daß 
die  durch  den  Heizstrom  Fig.  2, 


Grlühelektrische  Erschemuiie;en 


83 


auf  K  hervorgebrachte  elektrische  Ladung 
gegen  die  durch  das  Feld  influenzierte  ver- 
nachlässigt werden  kann.  Ein  magnetisches 
Feld  ist  so  gerichtet,  daß  seine  I^raftlinien 
zu  denen  des  elektrischen  senkt  echt  ver- 
laufen. Unter  der  Annahme,  daß  die  von 
dem  Kohlenfaden  ausgehenden  elektrisierten 
Teilchen  eine  so  kleine  Anfangsgeschwindig- 
keit haben,  daß  diese  gegen  die  durch  das 
elektrische  Feld  bewirkte  Beschleunigung 
unberücksichtigt  bleiben  darf,  läßt  sich 
zeigen,  daß  sie  unter  der  gleichzeitigen  Ein- 
wirkung der  elektrischen  und  magnetischen 
Kräfte  Zykloidenbögen  beschreiben.  Der 
Radius  des  Kreises,  bei  dessen  Abrollen  die 
Zykloide  durch  einen  festen  Punkt  der 
Peripherie  beschrieben  wird,  ist  durch  die 
Beziehung 

Xm 
^=eH^ 

bestimmt,  wenn  X   die  elektrische,   H  die 

magnetische    Feldstärke    bedeutet,    m  ist 

die  Masse,  e  die  elektrische  Ladung  des 
Teilchens. 

Die  Beziehung  folgt  aus  den  für  das  Teilchen 
gültigen  Bewegungsgleichungen.  Der  Kohlen- 
faden liege  im  Nullpunkte  eines  Koordinaten- 
systems, die  yz-Ebene  falle  mit  der  Metall- 
platte zusammen,  in  deren  jVIitte  der  Faden 
glüht.  Die  X-Achse  verläuft  dann  senkrecht 
dazu,  d.  h.  in  der  Richtung  des  elektrischen 
Feldes,  das  magnetische  Feld  sei  parallel  der 
z-Achse.  Dann  ist  in  den  angegebenen  Be- 
zeichnungen : 


d^x 
dt2J 


Xe  — He 


dy 

dt 


dx 
dt 


®  Ht  — sin(— Ht 
m 


Hieraus    folgt,    wenn    für  t   =  0    sowohl 

dy 
dt 
des  beweglichen  Teilchens  zur  Zeit  t: 

_Xm    _ 
y~eH2  [m 

Diese  Gleichungen  stellen  eine  Zykloide  der 
angegebenen  Art  dar. 

Der  Scheitel  der  Zykloide  hat  demnach 
von  der  den  Kohlenfaden  umgeben- 
den   Metallplatte    A    den    Abstand    ^tt2  '■> 

über  diese  Entfernung  hinaus  kann  kein 
geladenes  Teilchen  auf  seiner  Bahn  gelangen. 
Sei  zunächst  weder  ein  elektrisches,  noch  ein 
magnetisches  Feld  vorhanden,  so  wird  ein 
negativ  elektrisches  Teilchen,  das  von  dem 
Kohlenfaden  ausgeht,  im  allgemeinen  die 
gegenüberstehende  Platte  erreichen.  Bei 
Erregung   des   elektrischen   Feldes   wird   es 


um  so  mehr  gegen  diese  hingezogen,  da  ja 

die  Richtung  des  Feldes  der  Art  ist,  daß  das 

negative  Teilchen  eine  Beschleunigung  vofl 

dem  Kohlenfaden  fort  erfährt.  Tritt  nun  das 

magnetische   Feld   hinzu,   so   krümmt   sich 

die    Bahn   zu   einem  Zykloidenbögen.      So 

lange   die   Auffangeplatte   nicht   weiter   als 

2Xm  Tr  1 ,     1.    , 

—fp-  vom   Kohlenfaden   entfernt  ist,  wird 

das  magnetische  Feld  keinen  Einfluß  auf  die 
Aufladungszeit  haben,  da  trotz  der  Krüm- 
mung der  Bahn  jedes  Teilchen  die  Auffange- 
platte erreicht.  Wird  aber  dieser  Abstand 
überschritten,  so  müßte,  wenn  die  Anfangs- 
geschwindigkeit der  Teilehen  genau  Null 
wäre,  die  Elektrizitätsübertragung  aufhören, 
in  Wirklichkeit  wird  sie  sehr  verlangsamt. 
Durch  Veränderung  der  Intensität  entweder 
des  magnetischen  oder  des  elektrischen  Feldes 
kann  man  bei  unverändertem  Plattenab- 
stand d  diese  Bedingung  herstellen  und  aus 

2Xm 
der  Gleichung  d  =     „^  ,  in  der  alle  Größen 

außer    dem    Verhältnis  —    durch    Messung 
m  ° 

bekannt  sind,  das  letztere  berechnen.    J.  J. 

Thomson  fand  nach  dieser  Methode  für  die 

Träger   der  negativen  glühelektrischen   La- 

g 

düngen  im  Mittel         =  8,7.10^  in  elektro- 
°  m 

magnetischem  Maße  (spätere  Messungen 
mit  verbesserten  Hilfsmitteln  haben  etwa 
1,5.10'  ergeben).  Für  das  Wasserstoffion 
bei  der  Elektrolyse  des  Wassers  ist  das  Ver- 
hältnis rund  10*.  Setzt  man  die  elektrische 
Ladung  eines  glühelektrischen  Trägers  der 
des  Wasserstoffions  gleich,  so  erhält  man  für 
seine  Masse  etwa  den  löOOsten  Teil  der  des 
letzteren. 

3.  Die  Träger  sind  Elektronen.  Der 
Versuch  zeigt  also,  daß  die  von  einem  glühen- 
den Kohlenfaden  abgeschleuderten  negativen 
Ladungen  nicht  an  Atomionen  gebunden 
sein  können,  es  sind  vielmehr  freie  negative 
Elektronen,  wie  im  Falle  der  gewöhnlichen 
und  der  lichtelektrischen  Kathodenstrahlen. 
Dasselbe  Verhalten  ist  bei  anderen  glühenden 
Materialien,  wie  Metallen  und  Metalloxyden 
nachweisbar. 

4.  Der  Sättigungsstrom  als  Temperatur- 
funktion. Da  nun  erfahrungsmäßig  die 
Menge  der  von  einem  glühenden  Körper 
abgegebenen  negativen  Elektrizität  mit 
steigender  Temperatur  zunimmt,  so  muß 
das  gleiche  von  der  in  der  Zeiteinheit  von  der 
Flächeneinheit  ausgestrahlten  Zahl  von 
Elektronen,  gelten.  Es  erhebt  sich  daher  die 
Frage,  welche  Funktion  der  Temperatur 
diese  Anzahl  ist. 

Experimentell  bietet  die  Beantwortung 
der  Frage  keine  grundsätzlichen  Schwierig- 


84 


Glühelektrische  Erscheinungen 


keiten.    Der  Draht  in  Figur  la  wird  durch 
einige  Akkumiilatürcn  zum  Glühen  gebracht, 
zugleich  wird  an  ihn  ein  negatives  Potential 
mit  Hilfe   einer   zweiten  Batterie   angelegt. 
Der  positive  Pol  der  letzteren  steht  durch 
ein  Galvanometer  mit  der  Zylinderelektrode 
in    Verbindung,   die   den   glühenden   Draht 
umschließt.    Das  in  dem  aus  Glühdraht  und 
Zylinderelektrode    gebildeten     Kondensator 
bestehende  elektrische  Feld  verhindert  den 
Uebergang  der  am  Glühdraht  gebildeten  posi- 
tiven   Ionen,    der    am    Galvanometer    ge- 
messene Strom  wird  daher  allein  durch  die 
negativen    Elektronen    vermittelt,    die    der 
Draht  ausstrahlt.  Bei  genügender  Feldstärke 
ist  die  auf  dem  letzteren  infolge  des  Heiz- 
stroms bestehende  freie  Spannung  wiederum 
zu  vernachlässigen.  Hält  man  nun  die  Tempe- 
ratur konstant,  vermehrt  aber  die  Intensität 
des    elektrischen    Feldes,     so    nähert    sich 
(hohes  Vakuum  im  Apparat  vorausgesetzt) 
die    am    Galvanometer    abgelesene    Strom- 
stärke einem  gewissen  Grenzwerte.    Es  tritt 
sogenannter     Sättigungsstrom    ein,     d.     h. 
alle  von  dem  glühenden  Drahte  in  der  Zeit- 
einheit ausgesandten  Elektronen  treffen  die 
Zylinderelektrode.    Die  Stromstärke  i  ist  in 
diesem   Falle    deren    Gesamtanzahl   n    pro- 
portional.      Da   nun    die    Ladung    e    eines 
Elektrons  bekannt  ist,  so  läßt  sich  aus  der 
gemessenen  Stromstärke  i  =  ne  die  Anzahl 
der   in   der    Sekunde   erzeugten   berechnen, 
aus    der   bekannten    Größe   der    Oberfläche 
des  glühenden  Drahtes  findet  man  sodann 
die  auf  die  Flächeneinheit  entfallende  Menge. 

Messungen  dieser  Art  ergeben  zu  jeder 
am     Glühkörper    durch    Veränderung    des 


mit  Kecht  angezweifelt  wird,  wollen  wir 
vor  der  Hand  die  Erreichbarkeit  dieser  Be- 
dingung annehmen,  da  auf  dieser  Grundlage 
die  theoretischen  Untersuchungen  und  ex- 
perimentellen Arbeiten  beruhen,  die  wir 
0.  W.  Richardson  und  seinen  Schülern 
verdanken. 

Durch  diese  sind  unsere  Kenntnisse  von 
den  glühelektrischen  Erscheinungen  in  den 
letzten  Jahren  in  hervorragender  Weise 
gefördert  worden. 

5.  Theorie  von  Richardson.   Eichard- 
son  ging  von  der  Annahme  aus,  daß  die  im 
Vakuum   von   einem   erhitzten   Leiter   aus- 
gestrahlten  Elektronen   aus    dem   letzteren 
selbst  stammen,  die  noch  vorhandenen  Gas- 
reste und  deren  Einwirkung  auf  die  Ober- 
fläche des  Körpers  spielen  nur  insofern  eine 
Rolle,  als  sie  den  Austritt  der  Elektronen  be- 
einflussen   können.       Auf    Grund    der    von 
E.  Riecke  und  P.  Drude  ausgearbeiteten 
Theorie  der  metallischen  Leitung  wird  ange- 
nommen, daß  in  allen  metallisch  leitenden 
Körpern  freie   Elektronen   vorhanden  sind, 
die  sich  in  ungeordneter  Bewegung  wie  die 
Moleküle  eines  Gases  befinden.    Ihre  Anzahl 
im   Kubikzentimeter  ist  für  jede   Substanz 
eine  bestimmte,  unabhängig  von  der  Tem- 
peratur, ihre  kinetische  Energie  ist  dieselbe 
wie  die  der  Moleküle  eines   Gases  von  der 
Temperatur  des  Metalles.     Die  der  Summe 
der      Elektronenladungen      komplementäre 
Menge  positiver  Elektrizität  ist  an  die  Metall- 
atome gebunden  zu  denken,  letztere  werden 
im  Vergleich  zu  den  Elektronen  als  nahezu 
unbeweglich  gedacht.  An  Stelle  der  elastischen 
Kräfte,  die  man  in  der  kinetischen  Theorie 


Heizstromes    herstellbaren    Temperatur    die  i  der  Gase  zwischen  den  Gasmolekülen  wirksam 
Größe  der  zugehörigen  Elektronenstrahlung,  annimmt,  treten  zwischen  den  Elektronen  die 


sie  lassen  sich  nach  der  angegebenen  Methode 
mit  geringen  Abänderungen  für  verschiedene 
glühende  Materialien  durchführen.  Voraus- 
setzung für  die  Brauchbarkeit  des  so  ge- 
sammelten Beobachtungsmaterials  zur  Be- 
urteilung des  gesuchten  Zusammenhangs  ist, 
daß  die  Elektronenstrahlung  in  jedem  Falle 
als  eine  reine  Temperaturfunktion  betrachtet 
werden  darf;  man  muß  bei  Herstellung  der- 
selben Temperatur  an  demselben  Glühdraht 
immer    wieder    denselben    Sättigungsstrom 


elektrostatischen  Abstoßungskräfte,  die  bei 
sehr  kleinen  Abständen  beliebig  große  Be- 
träge annehmen.  An  dem  Verlassen  der  Ober- 
fläche des  Leiters  werden  die  Elektronen  im 
allgemeinen  dadurch  gehindert,  daß  ein 
gewisser  Grenzwert  an  kinetischer  Energie 
dazu  gehört,  um  ihnen  das  Durchdringen 
der  Grenzschicht  zu  ermöglichen;  zum  Teil, 
aber  nicht  ausschließlich,  ist  dieser  Ober- 
flächenwiderstand auf  die  Anziehung  der 
elektrischen  Bilder  zurückzuführen,  die  den 


erhalten.  Nach  0.  W.  Richardson  ist  Influenzladungen  der  Elektronen  entsprechen, 
dies  für  Platin  und  andere  Materialien  tat-  Die  Wahrscheinlichkeit  dafür,  daß  ein  Elek- 
sächhch  der  Fall,  wenn  das  Vakuum,  in  dem   tron  die  zur  Ueberwindung  des  Uebergangs- 


die  Elektronenstrahlung  vor  sich  geht,  über 
atmosphärischer  Luft  hergestellt  ist,  speziell 
muß  die  Anwesenheit  von  Wasserstoff  aus- 
geschlossen sein  und  ein  stationärer  Zustand 
abgewartet  werden. 

Wenngleich  die  Möglichkeit,  zu  einem 
solchen  Zustande  zu  gelangen,  in  dem  die 
Rlektronenstrahlung  bei  konstant  gehaltener 
Temperatur  sich  nicht  mehr  ändert,   wohl 


Widerstandes  hinreichende  kinetische  Energie 
besitzt,  nimmt  nach  dieser  Vorstellung  mit 
sinkender  Temperatur  ab.  Man  wird  also 
in  Uebereinstimmung  mit  der  Erfahrung 
erst  oberhalb  eines  gewissen  Temperatur- 
niveaus eine  merkliche  Elektronenausstrah- 
lung erwarten  dürfen. 

Zu   der   Aufstellung  eines   quantitativen 
Zusammenhangs  mit  der  Temperatur  kann 


Grlühelektrische  Erscheinuns-en 


85 


i  strahlenden  Elektronen  den  Ausdruck: 


man    nach     Richardson     durch    folgende  j  Ausdrucks  mit  u  und   Integration  in  den  an- 
Ueberlegung  gelangen.  gegebenen    Grenzen    für    die    Gesamtzahl    der 

Es  sein  die  Anzahl  der  Gasmoleküle  im  Kubik-^^^^^^'^i^^^ä^^^'^nheit  in  einer   Sekunde  aus 
Zentimeter,    so    ist    die    Zahl    derjenigen     von 
ihnen,  deren  Geschwindigkeitskomponenten  nach 
drei  aufeinander  senkrechter  Achsen  zwischen  u  |  ^-    /s     /i 

und   u  +  du,    V  und   v  +  dv,    w  und    w  +  dw  1  iv  _  /      /      („„  (      —      i  / "  „      — i-       ,i     j„  j„ 
liegen,    nach    dem  Maxwellschen    Verteilungs- 1         J    J      I  "-Q-Io^-d    t,)     e  au  üv  aw 

gesetze  durch  den  Ausdruck  u'  — oo 


oo  +00  +00 

.i'J\h 


3_        (u2  +  V«  +  W2) 

'A    -2RiT 

\2jtRi  t)     e 


271  Ri  T 


2R,  T 


(u^  +  V-  +  w^) 
du.dv.dw 


Den.  Hierin  bedeutet  m  die  Masse  eines 
Gasmoleküles,  T  die  absolute  Temperatur,  Rj  ist 
die  ,, Gaskonstante  für  ein  einzelnes  Gasmolekül", 
d.  h.  der  Quotient  der  auf  das  Grammolekül 
bezogenen  allgemeinen  Gaskonstante  (R  = 
8,31.10'  Erg/Grad)  und  der  Anzahl  der  im 
Grammolekül  enthaltenen  Moleküle.  Hiernach 
ist  Ri  =  1,346.10-1«  Erg/Grad. 

(Es  ist  demnach  Rj  dieselbe  Konstante,  die  in 
der  Planckschen  Gleichung  für  die  Energie 
eines  Lichtstrahles  von  der  Wellenlänge  l, 
der  von  der  Oberfläche  eines  auf  die  Temperatur 
T  erhitzten  schwarzen  Körpers  ausgesendet  wird: 

e  kXT— 1 

mit  k  bezeichnet  ist.  c  bedeutet  die  Licht- 
geschwindigkeit, h  =  6,548.10-27  Erg.sec.  ist 
der  Betrag  des  ausgestrahlten  Energiequantums 
für  die  Frequenz  1.) 

Wir  wenden  nun  nach  Richardson  das 
Maxwellsche  Verteilungsgesetz  auch  auf  die 
freien  Elektronen  innerhalb  eines  erhitzten 
Leiters  an.  Würden  wir  den  für  n'  angegebenen 
Ausdruck  für  alle  denkbaren  Werte  der  Ge- 
schwindigkeitskomponenten u,  v,w  berechnen  und 
die  gefundenen  Werte  addieren,  d.  h.  würden 
wir  nach  u,  v,  w  zwischen  den  Grenzen  — oo 
und  +00  integrieren,  so  kämen  wir  offen- 
bar (wie  auch  aus  der  bekannten  Gleichung 
+_oo 

leicht    bestätigt    werden    kann) 


Zweckmäßig  führt  man  an  Stelle  der  kritischen 
Geschwindigkeit  u'  den  erforderlichen  Minimal- 
betrag an  kinetischer  Energie  ein,  den  das 
Elektron    enthalten    muß,    um    die    Oberfläche 

zu  durchdringen.  Sei  dieser  qp,  so  ist  cp  =  ^mui^ 


oder  u': 


2qp 


Nach  Einsetzung  dieses  Wertes 


und  Ausführung  der  Integrationen    ergibt    sich 


N  = 


"V 


/RiT 

2m3t 


J         dx=  '   a 


Aus  der  so  berechneten  Zahl  der  in  der 
Zeiteinheit  von  der  Flächeneinheit  ausge- 
strahlten Elektronen  findet  man  leicht  den 
Sättigungswert  des  glühelektrischen  Stromes, 
indem  man  N  mit  der  Ladung  eines  Elektrons, 
dem  sogenannten  elektrischen  Elementar- 
quantum (e  =  4,7.10-"  Elektrostatische 
Einheiten)  multipliziert,  als 


(p 


i  =  eN  =  en. 


Ri  T         RjT 
2m7t    ® 


auf  die  Anzahl  n  der  Elektronen  in  der  Volum- 
einheit zurück.  Um  nun  denjenigen  Bruchteil 
von  n  zu  bestimmen,  der  in  der  Sekunde  mit 
einer  ausreichenden  Geschwindigkeit  von  innen 
her  die  Oberfläche  des  Leiters  trifft,  so  daß 
jedes  dazu  gehörige  Elektron  imstande  ist, 
den  Uebergangswiderstand  zu  brechen,  denken 
wir  uns  das  Achsenkreuz  zunächst  so  gelegt, 
daß  die  zu  der  Richtung  von  u  parallele  Achse 
zur  Oberfläche  senkrecht  steht.  Für  die  Ge- 
schwindigkeitskomponenten der  in  Betracht 
kommenden  Elektronen  nach  der  v-  und  w- Achse 
gibt  es  dann  überhaupt  keine  endlichen  Grenzen. 
Für  die  zur  Oberfläche  senkrechte  muß  ein 
bestimmter  positiver  Betrag  u'  überschritten 
werden.  Nun  werden  die  mit  einer  Geschwindig- 
keit u  senkrecht  zur  Oberfläche  aus  dem  Innern 
gegen  die  Flächeneinheit  stoßenden  Elektronen 
aus  der  Tiefe  u,  d.  h.  aus  einem  Räume  von  u 
Kubikzentimeter  Inhalt  herstammen.  Wir 
erhalten  somit  nach  Multiplikation  des  obigen 


Sowohl  rp,  die  von  einem  Elektron  beim 
Durchdringen  der  Grenzfläche  des  Glüh- 
körpers zu  leistende  Arbeit,  wie  n,  die  Anzahl 
der  im  Kubikzentimeter  seiner  Masse  ent- 
haltenen freien  Elektronen  könnten  im 
allgemeinen  noch  von  der  Temperatur  ab- 
hängen. Nehmen  wir  vor  der  Hand  an,  daß 
dieses  nicht  der  Fall  sei,  so  läßt  sich  der  Zu- 
sammenhang des  Sättigungsstromes  mit  der 
Temperatur  des  elektronenansstrahlenden 
Körpers  durch  eine  Gleichung  von  der  Form: 


i  =  AT^'  e 


darstellen,  in  der  A  und  b  Konstanten  be- 
deuten. 

6.  Experimentelle  Prüfung.  Um  zu 
prüfen,  wie  weit  die  Beobachtungen  durch 
diese  Formel  wiedergegeben  werden,  schreibt 
man  sie  zweckmäßig  in  der  Gestalt: 

log  i  =  log  A  +  V2  log  T  —  ^  oder 

log  i-Va  logT-log  A-^ 
Da    aus    den    direkten    Messungen    sowohl 


S(; 


Grliihelektrische  Erecheinungen 


logi — lo^o^T  wie  auch  pp  bestimmt  werden 

kann,  so  betrachto  man  diese  Werte  als 
die  rechtwinklifcen  Koordinaten  x  nnd  y 
eines  Punktes,  dann  ist  y  =  a  —  b  x,  wenn 
a  =  loffA  gesetzt  wird.  Man  erkennt,  daß  die 
durch  X  nnd  y  bestimmten  Punkte  einer 
Geraden  angehören  müssen,  wenn  die 
Richardsonsche  Formel  zutrifft. 

Die  von  verschiedenen  Seiten  an  Glüh- 
körpern aus  Platin,  Kohle,  Tantal,  den  Fäden 
von  Nernstlampen,  den  Oxyden  der  Metalle 
der  alkalischen  nnd  seltenen  Erden  ausge- 
führten Messungen  haben  durchweg  eine 
vorzügliche  Bestätigung  der  Formel  ergeben, 
wenn  nicht  die  Dauer  des  Glühens  sehr  lange 
ausgedehnt  und  der  Gasdruck  bis  zur  tiefsten 
erreichbaren  Grenze  vermindert  wurde.  Auch 
an  metallischem  Natrium  soll  nach  Richard- 
son  eine  glühelektrische  Emission  von 
Elektronen  stattfinden,  die  demselben  Ge- 
setze gehorcht.  Indessen  werden  hier  die 
Bedingungen  durch  die  Gegenwart  von 
Natriumdampf  verwickelt,  der  nach  J.  J. 
Thomson  selbst  solche  Elektronen  abdbt. 


Man  erkennt,  wie  nahe  die  durch  Punkte 
bezeichneten,  aus  den  Beobachtungen  be- 
rechneten Werte    von  x  und  y  sich  in  eine 

Gerade  einordnen.    Die  Abszissen 


(^  =  t) 


sind,  um  bequem  darstellbar  zu  werden, 
mit  10*  bezw.  10^  multipliziert.  Das  Tem- 
peraturintervall liegt  etwa  zwischen  1000 
bis  1700  absolut  (s.'  Fig.  3a  und  3b). 

7.  Bestimmung  der  Konstanten.  Indem 
man  auf  diese  Weise  die  Konstanten  A  und  b 
der    Richardson  sehen    Formel    für    jedes 


2,0 


1,0 


0,0 


Lanthanoxyd 


55  60  65  70 

Fig.  3  b. 


75 


untersuchte  Material  aus  den  Beobachtungen 
bestimmt,  kann  man  nun  durch  Zurückgehen 
auf  die  Bedeutung  dieser  Größen  im  Sinne 
der  entwickelten  Theorie  nämlich 


A  =  en 


Fig.  3  a. 


Wir  geben  einige  graphische  Darstellungen 
wieder,  die  den  Abhandlungen  von  F.  Dei- 
ninger  und  F.  Jentsch  entnommen  sind. 


sowohl  n,  die  Anzahl  freier  Elektronen  in 
der  Volumeneinheit  des  untersuchten  Mate- 
rials, wie  99,  den  Betrag  der  Austrittsarbeit 
berechnen.  Die  Zahlenwerte  von  e  und  Ri 
sind  schon  angegeben,  für  die  Masse  eines 
Elektrons  ist  0,909.10—"  g  zu  setzen. 

Der  Betrag  von  9?  kann  unmittelbar  in 
Erg  ausgedrückt  werden.  Statt  dessen  läßt 
sich  auch  eine  verzögernde  Potentialdifferenz 
A  an  der  Oberfläche  wirksam  denken,  die 
das  Elektron  durchlaufen  muß  und  gegen 
die  es  eine  Arbeit  von  dem  Betrage  99  leistet. 
Diese  letztere  Angabe  hat  einen  unmittel- 


Glühelektrische  Erscheinune-en 


87 


baren  Sinn,  wenn  man  annehmen  darf,  daß 
die  gesamte  Austrittsarbeit  des  Elelvtrons 
elektrischer  Natur  ist.  Als  Beispiel  mögen 
die  Ergebnisse  der  Arbeit  von  F.  Deininger 
dienen: 


Tl 

(f  (Erg^ 
z/(Volt 


Platin        Kohle 


Tantal 


10,3.10- 
5,1 


7,8.  I02 
9,2.10 

4,6 


,4,5.101 
7,5.10- 

3,7 


CaO 


1, 8.1022 
7,3.10-12 

3,6 


Schon  die  gute  Darstellbarkeit  der  Beob- 
achtungen durch  die  (logarithmierte)  Formel 
von  Richardson  zeigt,  daß  n  und  <p  nicht 
in  erheblichem  Maße  von  der  Temperatur 
abhängig  sein  können.    Eigentümlicherweise 


einer  Austrittsarbeit  qp  beim  Durchgang  durch 
die  Grenzfläche.  Aus  der  Bedingung,  daß  im 
Gleichgewichtszustande  die  Zahl  der  zu  der 
Oberflächeneinheit  zurückkehrenden  wie  die 
der  abgeschleuderten  Elektronen  gleich  dem 
Produkt  aus  der  mittleren  Geschwindigkeit 
senkrecht  zur  Oberfläche  und  der  in  der  Vo- 
lumeneinheit des  Außenraumes  enthaltenen 
Anzahl  ist,  leitet  J.  J.  Thomson  eine  Formel 
für  den  Sättigungsstrom  ab,  die  vöUig,  auch 
in  der  Bedeutung  der  Konstanten,  mit  der 
Richardson  sehen  übereinstimmt. 

H.  A.  Wilson  vergleicht  die  Elektronen - 
und  lonenemission  von  glühenden  Körpern 
mit  der  an  der  Oberfläche  von  Flüssigkeiten 
vor  sich  gehenden  Verdampfung,  wobei  es 
gleichgültig  bleibt,  ob  die  Elektrizitätsträger 
aus  dem  Innern  des  Körpers  kommen  oder 
erst  an  seiner  Oberfläche  gebildet  werden. 
Nimmt  man  an,  daß  die  zur  Befreiung  eines 
Elektrons  erforderhche  Arbeit  eine  lineare 
Funktion    der  Temperatur,   d.  h.  qp=  qPo  +  <^T 


1/0(1  +  ß) 
AT'-^  'e 


RiT 


scheint   99   auch   gegenüber   dem   Materials 

nahezu    konstant    zu    sein,    wie    aus    obiger  !  sei,  so  erhält  man  durch  rein  thermodynamische 

Tabelle  hervorgeht  und  auch  von  anderen  '  Betrachtungen  die  Beziehung: 

Seiten  bestätigt  wird. 

Beachtet  man,  daß  n  (oder  was  dasselbe 
bedeutet,  A)  für  Calciumoxyd  4.10*  mal 
so  groß  wie  beispielsweise  für  Tantal  ist, 
so  erkennt  man  den  großen  Einfluß,  den 
Verunreinigungen  metallischer  Glühkörper 
mit  Metalloxyden  auf  die  Elektronenemission 
ausüben  müssen. 

Aus  der  Uebereinstimmung  der  Formel 
mit  der  Beobachtung  wird  man  schließen 
müssen,  daß  die  Funktionsform  im  wesent- 
lichen richtig  gefunden  ist,  in  der  der  glüh- 
elektrische Sättigungsstrom  von  der  abso- 
luten Temperatur  des  Glühkörpers  inner- 
halb weiter  Grenzen  abhängt. 

8.  Andere  Ableitungen  der  Richard- 
sonschen    Formel.      Wir   werden    dadurch 


also  eine  allgemeinere  Gleichung,  die  die 
von  Richardson  (für  a  =  0)  mit  umfaßt. 
In  dem  Temperaturbereiche,  für  das  die  Be- 
obachtungen keine  Abweichungen  gegen  die 
letztere  erkennen  lassen,  müßte  daher  a  zu 
klein  sein,  um  mit  den  benutzten  Hilfsmitteln 
bestimmbar  zu  sein. 

Man    kann    schließlich   noch    weiter   gehen, 
indem     man    annimmt,    daß    die    Elektronen- 
emission   nur    an  irgendwelche    Veränderungen 
gebunden  ist,  die  an  der  Oberfläche  des  Glüh- 
körpers vor  sich  gehen  und  die  von  der  Tem- 
peratur abhängen;  man  denke  dabei  etwa  an 
chemische   Reaktionen   der    erhitzten    Substanz 
X  v^x^.iv.1                                                  ™^^  ^^^   Gasresten  des  Vakuums.      Wenn  die 
^^/a^Sv^I..^'^  X1V"i'\     u  V-    "'^^"'^"  .  '-'"'""1^'    Realrtionsgeschwindigkeit,  wie  es  im  allgemeinen 
zu  der  Frage  gefuhrt,  ob  diese  experimentelle  für  solcheSorgänge  zutrifft,  auch  in  diesem 
Bestätigung  der  Richardsonschen  Formel   - &  ->?  .  . 


zugleich  als  Bestätigung  der  Voraussetzungen 
gelten  kann,  auf  denen  ihre  Ableitung  beruht, 
d.  h.  ob  sie  als  Beleg  für  die  Existenz  freier 
Elektronen  in  einem  metallischen  Leiter, 
deren  Geschwindigkeiten  nach  dem  Max- 
well sehen  Gesetze  verteilt  sind,  herange- 
zogen werden  darf.  Die  Frage  muß,  wie 
schon  Richardson  selbst  erkannte,  ver- 
neint werden,  da  es  möglichist,  die  Richard- 
sonsche  Gleichung  auch  ohne  Bezugnahme 
auf  die  Geschwindigkeitsverteilung  der  Elek- 


Fahe  durch  eine  Gleichung  von  der  Form  v  = 


f(T)e" 


bestimmt  ist,  in  der  f(T)  im  betrach- 

b 


teten  Intervalle  langsamer  variiert  als  e  T  ^ 
so  bedarf  man  nur  der  Annahme,  daß  die  Elek- 
tronenemission der  Reaktionsgeschwindigkeit 
proportional  sei,  um  auf  eine  Beziehung  zwischen 
Temperatur  und  Sättigungsstrom  zu  kommen, 
die  mit  der  Richardson  sehen  Gleichung  ver- 
träglich ist. 

Wenn  somit  auch  der  von  Richardson 
,  .        ,    1,     1        1  1      1       Tr  I  zwischen   der   Temperatur   und   dem   glüh- 

tronen  innerhalb  des  glühenden  Körpers  zu  j  elektrischen  Sättigungsstrom  gefundene  Zu- 
gewinnen, [sammenhang  aus  der  Annahme  hergeleitet 
So  berechnet  J.  J.  Thomson  das  Verhältnis  '  werden  kann,  daß  die  Elektronenstrahlung 
der  m  der  Volumeneinheit  innerhalb  und  außer- 1  glühender  Körper  aus  dem  Vorrat  freier 
halb  des  Glühkörpers  vorhandenen  Zahl  von  Elektronen  stammt,  die  sie  nach  der  Theorie 
JLJektronen  für  den  Gleichgewichtszustand.  ,,^„  -pin^Vn  ,,r>rl  nrnrlo  uU  mptnlliQphp 
Dieser  ist  dann  erreicht,  wenn  in  der  Zeit-^"^?,  Riecke  und  Drude  als  metallische 
einheitebensovielElektronendenKörperverlassen,  Leiter  enthalten,  so  darf  man  die  Ueber- 
Avie  dorthin  zurückkehren.  Vorausgesetzt  wird  e^stimmung  zwischen  Erfahrung  und  iheorie 
nur  die  Gültigkeitder  Zustandsgieichung  der  Gase:  nicht  umgekehrt  als  einen  Beweis  eben  dieser 
pv  =  R.T  für  die  Elektronen  und  die  Existenz '  auffassen. 


88 


Gliihelektrisclie  Erscheinungen 


9.  Gesetz  der  Geschwindigkeitsvertei- 
lung der  ausgestrahlten  Elektronen.  Die- 
selben gaskinetischen  Vorstellungen,  die  der 
ersten  Ableitung  der  Richards  onsclien 
Formel  zugrunde  lagen,  haben  noch  zu 
weiteren  theoretischen  und  experimentellen 
Untersuchungen  geführt,  die  sich  auf  die 
Verteilung  der  Geschwindigkeit  unter  den 
aus  dem  Glülikörper  austretenden  freien 
Elektronen  beziehen. 

Es    besteht   für    den    Fall    des    stationären 
Austausches    der    Elektronen    des    Innen-   und 
Außenraumes   nach    Richardson   eine    völlige 
Analogie    mit    dem    Verhalten    der    Moleküle 
eines    in    beiden    Räumen    verbreiteten    Gases,  j 
deren    mittlere    kinetische    Energie    für    beide  I 
übereinstimmt,     während     die     potentielle     im : 
Innern    kleiner   ist   als   außen.      Zur   Verdeut- 
lichung  dieser   Analogie    an    einem    bekannten  [ 
Vorgange  denken  wir  uns  eine  vertikale  Luft- ; 
Säule    von    gleichförmiger    Temperatur,    inner- , 
halb  welcher  die  Dichtigkeit  infolge  der  Schwere  ] 
der  Luft  nach  oben  hin  abnimmt.    An  irgend- 
einer Stelle  sei  eine  horizontale  Ebene  gedacht, 
die  die   Gassäule  in   zwei   Räume  trennt.      In 
beiden  ist  die  mittlere  kinetische   Energie  der 
Luftmoleküle    wegen    der    Temperaturgleichheit 
dieselbe,  die  potentielle  ist  im  unteren  kleiner 
als  im  oberen.     Luftmoleküle,  die  vom  unteren 
in  den  oberen  gelangen,  verlieren  an  kinetischer 
Energie    und    gewinnen    potentielle    und    um- 
gekehrt; oben  wie  unten  gilt  das  Maxwellsche 
Verteilungsgesetz.       Die   gedachte    Scheidungs- 
fläche entspreche  nun  der  oberen    Grenze  des 
Glühkörpers,  zwischen  diesem  und  dem  äußeren 
Räume    finde    ein    Elektronenaustausch    statt. 
Der  Verlust  und  Gewinn  an  potentieller  Energie 
erfolgt  jetzt  nicht  wie  in  unserem   Gleichnisse 
allmählich  oberhalb  und  unterhalb  der  Grenz- 
fläche,  sondern    fast    sprungweise   in    dieser 
selbst.     Im  übrigen  haben  wir  bei  Temperatur- 
gleichheit auch  hier  innen  und  außen  dieselbe 
mittlere    kinetische    Energie    der    Elektronen, 
die   potentielle  ist  ebenfalls  innen   kleiner   als 
außen,    da    ein    gewisser    Arbeitsaufwand    er- 
forderlich ist,  um  ein  Elektron  aus  dem  Innern 
herauszuziehen.      Wenn   die    Geschwindigkeits- 
verteilung im  äußeren  Räume  dem  Maxwell- 
schen    Gesetze   entspricht,   so    muß   dies   nach 
Richardson  wegen  der  Analogie  der  Elektronen 
und    Gasmoleküle    auch    innerhalb    des    Glüh- 
körpers  der   Fall  sein.      Man   wird   demnach, 
wenn      man      die      Geschwindigkeitsverteilung 
außerhalb    des    glühenden     Körpers    als    dem 
Maxwellschen    Gesetze    entsprechend     experi- 
mentell   nachweisen    kann,    auf    dieselbe    Art 
der    Verteilung    im    Innern    schließen    dürfen, 
immer    vorausgesetzt,    daß    die    gaskinetischen 
Vorstellungen  auf  die  Elektronen  beider  Räume 
übertragbar  sind. 


Für  die  aus  dem  Glühkörper  (Platin)  aus- 
tretenden Elektronen  ist  nun  in  der  Tat  durch 
Richardson  und  seine  Schüler  das  Bestehen 
des  Maxwellschen  Verteilungsgesetzes  der 
Geschwindigkeiten  durch  den  Versuch  nach- 
gewiesen* 

Am  einfachsten  gehngt  dies  zunächst  für 
diejenige  Komponente  der  Geschwindigkeit, 
die  auf  der  Grenzfläche  des  heißen  Körpers 
senkrecht  steht. 

Sei  Uo  diese  Komponente  der  Anfangsgeschwin- 
digkeit e.ines  Elektrons,  das  aus  einer  glühenden 
Oberfläche  P  im  Vakuum  austritt,  die  einen 
endlichen  Teil  einer  sehr  großen,  auf  dem  Po- 
tentiale NuU  gehaltenen  Ebene  AA  bildet. 
Parallel    zu    dieser    liege    eine    zweite   isolierte 


Fig.  4. 


Ebene  BB.  Durch  die  Emission  der  Elektronen 
ladet  sich  die  zweite  in  einer  gewissen  Zeit  zu 
einem   Potentiale   V  auf.      Ua    muß    dann  der 

Bedingung   ^^  muo^  >  Ve  genügen  (e  ist  wieder 

die  Ladung  des  Elektrons,  m  seine  Masse),  da- 
mit das  mit  dieser  Geschwindigkeitskomponente 
behaftete  Elektron  die  gegenüberstehende  Platte 
erreicht.  So  lange  V  Null  ist,  werden  alle  emit- 
tierten Elektronen  dahin  gelangen;  ist  die  Ge- 
samtanzahl der  von  der  Flächeneinheit  in  der 
Sekunde  ausgestrahlten  gleich  N,  so  ist  die 
Stromintensität  zwischen  den  Platten  io  =  Ne. 
Beim  allmählichen  Aufladen  der  Gegenplatte 
nimmt  die  Zahl  der  hinüberwandernden  in- 
folge der  wachsenden  Gegenkraft  ab.  Es  läßt 
sich  nun  der  Bruchteil  von  N  berechnen,  der 
bei  der  Potentialdifferenz  V  in  der  Zeiteinheit 
noch  übergeht.  Wir  nehmen  zu  diesem  Zwecke 
im  Sinne  des  benutzten  Gleichnisses  an,  daß  die 
austretenden  Elektronen  nach  ihren  zu  AA  senk- 
rechten Geschwindigkeiten  wie  die  Moleküle  eines 
Gases  verteilt  sind,  die  durch  eine  im  Gase 
gedachten  Fläche  (durch  die  Grenzfläche  des 
Glühkörpers)  hindurchf  hegen.  Aus  der  kinetischen 
Gastheorie  folgt  dann  unter  der  Annahme, 
daß  die  mittlere  kinetische  Energie  der  aus- 
tretenden Elektronen  mit  der  von  Gasmolekülen 
bei  der  Temperatur  T  des  Glühkörpers  überein- 
stimmt, für  den  Bruchteil  der  Elektronen,  die 
die  Gegenplatte  erreichen,  durch  eine  ähnüche 
Betrachtung  wie  oben : 


+00   +00 


2R,^T^^J        j      J    u 


m 
'2R 


rp  (U2  +   V2  +  W2) 

dudvdw 


Ve 
RxT 


|/ 


2eV 


Gliüielektrische  Erscheinuns-en 


89 


Daher  ist  der  bei  der  Potentialdifferenz  V  der    erwarten  wären.      Ist  zwischen  A  und  B  eine  so 

beiden  Platten  bestehende  Strom  große      beschleunigende      Potentialdifferenz      V 

^,  angelegt,    daß    die    kinetische     Anfangsenergie 

—  jf^  I  der    Elektronen    gegen    diejenige    zu    vernach- 


i=eN.e 


Ve 
'RiT 


Ri  bedeutete  den  Quotienten  der  auf  das  Mol 
bezogenen  Gaskonstante  durch  die  Anzahl  der 
Gasmoleküle  im  Mol.  Die  Zahl  bleibt  dieselbe, 
wenn  wir  die  Gaskonstante  auf  das  Kubik- 
zentimeter (unter  den  Normalbedingungen) 
beziehen  und  durch  die  Anzahl  der  Gasmoleküle 
im  Kubikzentimeter  dividieren.  Sei  r  die  An- 
zahl der  Atome  eines  einatomigen  Gases  im 
Kubikzentimeter  (bei  0"  und  760  mm)  und 
schreiben  wir: 


eV 
R,T 


LaJ 


Fig.  5. 


>zum  Elektrometer 


so  ist  i'Rj  die  allgemeine  Gaskonstante  R,  be- 
zogen auf  das  Kubikzentimeter,  nämlich 
3,7. 10^  Erg/Grad,  re  ist  die  Elektrizitätsmenge, 
die  von  Va  Kubikzentimeter  des  zweiatomigen 
Wasserstoffes  bei  der  Elektrolyse  übertragen 
wird,  also  eine  bekannte  Größe  (1,2.10^" 
elektrostatische  Einheiten).  Aus  der  vorigen 
Gleichung  folgt 

,      i  ve.Y 

^°Si„=-    RT 

Da  i  und  io  sowie  VundT  direkt  gemessen  werden 
können,    läßt    sich    R    zahlenmäßig    berechnen. 
Ist  das  angenommene  Verteilungsgesetz  richtig 
und  entspricht  die  mittlere   kinetische   Energie 
der    austretenden    Elektronen    der     von     Gas- 
molekülen bei  der  Temperatur  T,   so    muß  der 
Wert  der  Gaskonstanten  herauskommen.     Das 
Ergebnis  von  Versuchen,   in    denen    die  beiden  I 
Ebenen   A  und    B  durch   kreisförmige   Platten ' 
im  Vakuum  gebildet  waren,  führte  zu  numerischen 
Beträgen  von  R,  deren  Mittel  3,5. 10^  war,  die 
Extreme    betrugen   2,9.10*  und   4,2.103.      Die 
Uebereinstimmung    der    Theorie    mit    der    Er- 
fahrung ist  in  Anbetracht  der  experimentellen  j 
Schwierigkeiten  überraschend.  1 

Durch  eine  kompliziertere  Versuchsanordnung 
läßt  sich  auch  für  die  zur  emittierenden  Ober- 
fläche    parallele      Geschwindigkeitskomponente 
das  Maxwellsche  Verteilungsgesetz  nachweisen. 
Wir  beschränken  uns  auf  eine  kurze  Wiedergabe 
des  Prinzips  der  Methode.    Die  Ebene  B  enthält 
parallel  zu  dem  in  der  Ebene  A  liegenden  Streifen  ; 
glühenden  Platinbleches  einen  feinen  Schlitz  S. 
Durch  eine  Mikrometerschraube  kann  dieser  in 
verschiedene  Stellungen  zudemglühenden  Streifen 
gebracht    werden    (Fig.    5).      Befindet   er   sich 
genau  P  gegenüber,  so  werden  die  zu  P  normal 
ausgehenden   Elektronen  den   Schlitz  passieren 
und  ihre   Ladung  an   den  isolierten   Auffange- ! 
Zylinder  G  abgegen,  der  mit  einem  zur  Strom- 
messung eingerichteten  Elektrometer  verbunden 
ist.  Schiebt  man  S  zugleich  mit  G  um  die  Strecke 
X  aus  dieser  Lage  nach  rechts  oder  links,  so 
werden  nur  solche  Elektronen  nach  G  gelangen 
können,    die    eine    seitliche     Geschwindigkeits- 
komponente  haben.      Man    kann   nun   die   für 
einen    bestimmten    Plattenabstand   z    bei   Ver- 
änderung von  X  gemessenen  Stromintensitäten 
mit  denjenigen   vergleichen,   die    bei  Gültigkeit 
des  Maxwellschen  Verteilungsgesetzes  —  für  die 
seitliche  Komponente  der  Geschwindigkeit  —  zu 


lässigen  ist,  die  sie  beim  Durchgang  durch  diese 
Potentialdifferenz  erwerben,  so  ist  nach 
Richardson 

i  Y.v.e.x^ 

^^  io  ^  ~   4RT.z2 

io  ist  die  Stromintensität  für  x  =  0,  alle  übrigen 
Größen  haben  die  schon  erklärten  Bedeutungen, 
Die  Gleichung  ermöglicht  wiederum  eine 
experimentelle  Bestimmung  der  Gaskonstante  R 
für  die  Elektronen,  diese  ergab  sich  im  Mittel 
als  4,6.10=*.  Auch  hier  ist  die  Annäherung  an 
den  richtigen  Wert  3,7. 10^  auffallend  gut.  Legt 
man  keine  beschleunigende  Potentialdifferenz 
an  die  beiden  Platten  A  und  B,  so  wird,  wie  hier 
ebenfalls  nicht  weiter  auszufiüu-en  ist,  die  Be- 
ziehung zwischen  i  und  io  einfach 


+_Z2 
\2 


Auch   diese    Formel   stellt   die    Beobachtungen 
für  V  =  0  ausgezeichnet  dar. 

Die  von  glühendem  Platin  ausgesandten 
Elektronen  besitzen  demnach  die  verschie- 
densten Geschwindigkeiten  nach  allen  mög- 
lichen Richtungen  und  verhalten  sich  in 
dieser  Beziehung  gerade  wie  die  Moleküle 
eines  Gases,  die  eine  Fläche  von  der  Gestalt 
derjenigen  durchflogen  haben,  die  den  glühen- 
den Körper  begrenzt,  und  deren  mittlere 
kinetische  Energie  durch  dessen  Temperatur 
bestimmt  ist. 

Aus  diesen  Versuclisergebnissen  zieht 
Richardson  den  Schluß,  daß,  wenn  die 
Elektronen  im  äußeren  Räume  von  solchen 
herstammen,  die  im  Innern  des  Glühkörpers 
frei  beweglich  waren,  auch  für  diese  letztere 
das  Maxwellsche  _  Verteilungsgesetz  der 
Geschwindigkeiten  bestehen  müsse. 

IO.  Energieverlust  der  glühenden  Ka- 
thode. Da  die  von  erhitzten  Körpern  ausge- 
strahlten Elektronen  eine  gewisse  Austritts- 
arbeit leisten  müssen,  so  folgt,  daß  dem  Körper 
während  der  Ausstrahlung  Energie  entzogen 
wird.  Treffen  die  Elektronen  dagegen  auf 
eine  Elektrodenfläche,  so  führen  sie  ihr 
Energie  zu. 

Man  kann  den  Energieverlust  der   Kathode 
wie   auch  die   Energiezunahme   der   Anode   auf 


00 


Glühelektrische  Erscheinungen 


Grund  der  Richardsonschon  Theorie  berechnen. 
Wir  denken  uns  wiederum  wie  anfangs  einen 
glühenden  Metalldraht  von  einerZylinderelektrode 
ganz  umschlossen.  Zwischen  beiden  bestehe 
ein  elektrisches  Feld  von  der  Richtung  und 
Stärke  daß  die  ausgestrahlten  Elektronen 
sofort  'nach  ihrem  Austritt  entfernt  werden. 
Der  Energieverlust  der  Kathode  zerfällt  dann 
in  zwei  Teile:  Die  Austrittsarbeit  und  die  kine- 
tische Energie,  die  die  Elektronen  noch  besitzen, 
wenn  sie  die  Oberfl.äche  durchsetzt  haben. 
Die  Summe  dieser  beiden  Größen  ist  aber  nach 
dem  Energieprinzip  gleich  der  kinetischenEnergie, 


die  die  Elektronen  innerhalb  des  Glühkörpers 
hatten.  Um  diese  zu  berechnen,  hat  man  die 
Zahl  der  Elektronen  aus  dem  Geschwindigkeits- 
intervalle u,  u  +  du,  V,  v  +  dv,  w,  w  +  dw, 
die  die  Einheit  der  Oberfläche  von  innen  treffen, 
mit  der  kinetischen  Energie  V2m(u^  + v^  +  w^), 
I  die  ein  jedes  besitzt,  zu  multiplizieren  und  das 
Produkt  zwischen  den  Grenzen  zu  integrieren, 
die  diejenigen  Geschwindigkeiten  (der  normalen 
Komponente  u)  einschließen,  bei  welchen  die 
Elektronen  überhaupt  austreten.  Man  findet 
für  den  gesamten  Energieverlust  der  Kathode: 


oo      +OC    +00 


^  =  "(2M'7r 


)''"    I         i        i     "'(u^  +  v^  +  w'^)"- 

7       ff         f'        r'      2 


2RiT 


(U2  +  v2  j_  ^v2) 

du.dv.dw 


—00    —00 


=n    1  + 


2Rit)   |/ 


'2RiaT«        RiT 


Auch  für  die  bei  den  austretenden  Elektronen 
verbleibende  kinetische  Energie  läßt  sich 
eine  Formel  finden.  Es  war  die  Anzahl  der 
Elektronen,  die  in  der  Zeiteinheit  aus  der  Flächen- 
einheit austraten,  oben  berechnet  als 


N  = 


-y 


RiT 

2m7r' 


KT 


Da  ein  jedes  die  Austrittsarbeit  cp  leistet,  so 
ist  deren  Gesamtbetrag  Nqp;  die  außerhalb  des 
Glühkörpers  befindlichen  Elektronen  haben 
also  noch  eine  kinetische  Energie  (abgesehen 
von  der  Beschleunigung  durch  das  etwa  be- 
stehende   elektrische    Feld)    von    dem    Betrage: 


E  — Nqp=n 


2R,3TY/2 


qp 

"RiT 


(Wenn  kein  elektrisches  Feld  angelegt 
ist  und  der  Glühkörper  sich  isoliert  im  freien 
Vakuum  befindet,  so  bleiben  die  Elektronen 
in  seiner  Nähe,  indem  der  Körper  selbst  sich 
positiv  aufladet.  Es  wird  sich  ein  Gleich- 
gewichtszustand herausstellen,  in  dem  eben- 
soviel Elektronen  seine  Oberfläche  ver- 
lassen, wie  von  außen  wieder  eindringen. 
In  Vakuumröhren  läßt  sich  ein  solcher  Zu- 
stand nicht  verwirklichen,  er  kann  aber  bei 
Himmelskörpern  von  hoher  Temperatur  vor- 
kommen, an  deren  Oberfläche  Elektronen- 
emission erfolgt.) 

Setzen  wir  die  Existenz  eines  elek- 
trischen Feldes  voraus,  durch  das  die 
Bildung  einer  solchen  Atmosphäre  von 
Elektronen  vorhindert  wird,  so  verliert  der 
Glühkörper  außer  durch  die  gewöhnliche 
(Wärme-  und  Licht-)  Strahlung  auch  durch 
die  Elektronenemission  den  oben  berechneten 
Betrag  an  Energie.    Da  99  und  n  numerisch 


aus  dem  Verlauf  des  Sättigungsstromes  mit 
der  Temperatur  bestimmt  worden  sind,  so 
läßt  sich  auch  E,  der  Energieverlust  durch 
die  Elektronenstrahlung,  berechnen.  Man 
findet  nun,  daß  dieser  bei  den  gewöhnlich 
angewandten  Temperaturen  (unterhalb  2000°) 
weit  unter  demjenigen  bleibt,  der  an  einem 
schwarzen  Körper  durch  die  Licht-  und 
Wärmestrahlung  bedingt  ist.  Erst  etwas  ober- 
halb 2000"  würden  für  glühende  Kohle  die 
beiden  Beträge  gleich  werden;  für  höhere 
Temperaturen  wächst  dann  der  elektro- 
nische Verlust  schneller  und  über  den  durch 
die  elektromagnetische  Strahlung  verur- 
sachten weit  hinaus. 

!  Man  sieht  daher,  daß  die  Möglichkeit 
vorliegt,  bei  genügend  hoher  Temperatur 
I  den  Energieverlust  direkt  zu  messen,  indem 
man  einmal  die  Elektronen  durch  ein  elek- 
trisches Feld  von  dem  Glühkörper  entfernt, 
das  andere  Mal  durch  Umkehrung  der  Feld- 
richtung sie  in  ihm  zurückhält.  Mit  anderen 
Worten,  ein  im  Vakuum  glühender  Draht 
muß  eine  größere  Energiezufuhr  bean- 
spruchen, um  dieselbe  Temperatur  zu  be- 
wahren, wenn  er  die  Kathode,  als  wenn  er 
die  Anode  für  eine  angelegte  Potential- 
differenz bildet.  Gelingt  es,  diese  Energie- 
differenz für  bestimmte  Temperaturen  zu 
messen,  so  würde  die  Uebereinstimmung  mit 
der  für  E  entwickelten  Formel  eine  Be- 
stätigung der  Kichardson sehen  Theorie 
liefern.  Experimentell  sind  aber  die  Schwierig- 
keiten solcher  Messungen  sehr  groß.  Bei 
niedrigen  Temperaturen  ist  die  zu  erwartende 
Energiedifferenz  sehr  klein  und  unterhalb 
der  Grenzen  der  Nachweisbarkeit.  Geht 
man  mit  der  Temperatur  höher,  so  gibt  der 
Glühkörper  Gase  ab.     In  dem  angelegten 


Grlühelektrische  Erscheinungen 


91 


Felde  tritt  dann  Ionisierung  durch  Stoß  ein; 
es  bilden  sich  im  freien  Räume  positive 
Ionen,  die  durch  das  elektrische  Feld  gegen 
den  Glühkörper  getrieben  werden.  Ihre 
kinetische  Energie  gleicht  den  durch  die 
Elektronenstrahlung  bewirkten  Verlust  aus, 
ja  bewirkt  sogar  eine  Temperaturzunahme. 

Uurch  zweckmäßige  Wahl  des  glühenden 
Materials  (Calciumoxyd  auf  Platin)  haben 
Wehnelt  und  Jentsch  die  Existenz  eines 
Energie  Verlustes  durch  die  Elektronenstrah- 
lung sicher  nachgewiesen.  Der  Glühkörper 
wurde  durch  einen  elektrischen  Strom  ge- 
heizt und  es  zeigte  sich,  daß  der  Heizstrom 
zur  Aufrechterhaltung  konstanter  Tempera- 
tur um  einen  gewissen  Betrag  gesteigert 
werden  mußte,  sobald  dem  Glühkörper  die 
ausstrahlenden  Elektronen  durch  ein  elek- 
trisches Feld  entzogen  wurden,  dessen  Ka- 
thode er  bildete.  Der  entgegengesetzte 
Effekt,  die  Erwärmung  der  kalten  Anode 
durch  lonenabsorption  ist  von  0.  W.  Ri- 
chardson  und  H.  L.  Cooke  experimentell 
verwirklicht. 

Zu  einer  befriedigenden  quantitativen 
üebereinstimmung  der  Ergebnisse  dieser 
Beobachter  unter  sich  und  mit  den  Forde- 
rungen der  zugrunde  gelegten  Theorie  haben 
diese  Arbeiten  nocht  nicht  geführt. 

II.  Bedenken  gegendieRichardsonsche 
Theorie.  So  groß  die  Verdienste  der  Ri- 
chardsonschen  Theorie  um  die  Aufklärung 
der  glühelektrischen  Erscheinungen  sind, 
indem  sie  zuerst  einen  der  experimentellen 
Prüfung  zugänglichen  Zusammenhang 
zwischen  Elektronenstrahlung  und  Tempe- 
ratur aufdeckte  und  zu  weiteren  Frage- 
stellungen anregte,  so  darf  man  andererseits 
das  Gewicht  der  Bedenken  nicht  unter- 
schätzen, die  gegen  sie  erhoben  sind. 

Wenn  die  glühelektrische  Elektronen- 
emission allein  eine  Folge  davon  ist,  daß  bei 
einigen  der  freien  Elektronen  im  Innern  des 
erhitzten  Körpers  die  zur  Oberfläche  senk- 
rechte Geschwindigkeit  einen  gewissen 
Grenzwert  übersteigt,  so  ist  ohne  weitere 
Annahme  noch  nicht  einzusehen,  wie  die 
Menge  der  austretenden  Elektronen  in  so 
hohem  Maße  von  der  Natur  der  Gasreste 
abhängen  kann,  die  das  Vakuum  enthält. 
Besonders  ist  es  der  Wasserstoff,  der  in  den 
kleinsten  Mengen  den  glühelektrischen  Strom, 
vorzugsweise  von  glühendem  Platin  aus, 
in  die  Höhe  treibt.  So  läßt  sich  diese  Strom- 
intensität in  einem  über  Luft  hergestellten 
Vakuum  durch  Einlassen  von  Spuren  Wasser- 
stoffs um  mehr  als  das  Tausendfache  steigern, 
und  umgekehrt  gelang  es  H.  A.  Wilson 
durch  vorheriges  Reinigen  des  zum  Glühen 
bestimmten  Platindrahtes  mittels  reiner  Sal- 
petersäure und  langes  Glühen  im  Vakuum, 
durch  welches  die  okkludierten  Gase  größten- 


teils entfernt  wurden,  den  Sättigungsstrom 
auf  etwa  den  250000  sten  Teil  des  Betrages 
herabzudrücken,  den  Richardson  unter  den 
gleichen  Umständen  beobachtete.  Berechnet 
man  die  Konstanten  A  und  b  der  Richard- 
sonschen  Gleichung  aus  zusammengehörigen 
Wertepaaren  des  Sättigungsstromes  und  der 
Temperatur  für  verschiedene  Drucke  einer 
Atmosphäre  von  Wasserstoff,  so  zeigt  sich 
nach  H.  A.  Wilson  bei  den  äußersten  Ver- 
dünnungsgraden b  vom  Drucke  unabhängig, 
A  dem  Drucke  proportional,  steigert  man 
den  Druck,  so  nehmen  A  wie  b  beide  ab. 
b  ist  ein  Maß  für  die  Austrittsarbeit  der 
Elektronen  im  Sinne  der  Richardson- 
schen  Theorie,  A  ist  der  Menge  der  freien 
Elektronen  im  Kubikzentimeter  der  erhitzten 
Substanz  proportional.  Die  Abnahme  von 
b  würde  eine  Verminderung  der  Austritts- 
arbeit und  dadurch  eine  Vermehrung  der 
ausgestrahlten  Elektronen  bei  Gegenwart 
von  Wasserstoff  bedeuten.  Nun  läßt  sich 
allerdings  die  Annahme  einführen  und  auch 
plausibel  machen,  daß  durch  Adsorption  von 
Wasserstoff  die  Oberfläche  des  Platins,  etwa 
durch  Bildung  einer  elektrischen  Doppel- 
schicht, die  den  Potentialsprung  A  ver- 
mindert, so  verändert  wird,  daß  die  Elek- 
tronen unter  kleinerem  Energieaufwande 
entweichen  können,  dagegen  ist  die  Ver- 
kleinerung von  A,  also  der  Elektronenzahl 
in  der  Volumeneinheit  des  Platins  aus  einer 
Wirkung  der  umgebenden  Gasatmosphäre 
überhaupt  nicht  verständlich  zu  machen. 
H.  A.  Wilson  zieht  daher  aus  seinen  Er- 
fahrungen den  Schluß,  daß  die  Berechnung 
von  n,  der  Anzahl  der  freien  Elektronen  im 
Innern  des  Metalls,  nach  Richardsons 
Verfahren  nicht  zulässig  sei. 

Während  Wilson  bei  Versuchen  an 
glühender  Kohle  keinen  Widerspruch  gegen 
die  Formel  von  Richardson  nachweisen 
konnte,  haben  J.  N.  Pring  und  A.  Parker 
an  reinen  Kohlefäden  neuerdings  ein  Ver- 
halten gefunden,  das  dem  des  gereinigten 
Platins  völlig  analog  ist.  Durch  anhaltendes 
Glühen  im  höchsten  Vakuum  bei  hoher 
Temperatur  trieben  sie  aus  Kohlefäden  die 
eingeschlossenen  Gase  (speziell  Wasserstoff) 
sowie  andere  in  der  Hitze  flüchtige  Stoffe 
nach  Möglichkeit  aus.  Die  so  behandelten 
Kohlefäden  zeigten  bei  niedrigstem  Gasdruck 
und  bis  gegen  2050"  gesteigerter  Temperatur 
weit  kleinere  Sättigungsströme  pro  Flächen- 
einheit, als  es  die  Richardsonsche  Formel 
verlangt.  Die  Abweichungen  sind  ganz  außer- 
ordentlich groß;  es  wurde  z.  B.  bei  2000" 
und  einer  Potentialdifferenz  von  200  Volt 
i  =  4.10~^  Amp.  pro  cm^  gefunden,  während 
die  Formel  10^  Amp.  bei  derselben  Tem- 
peratur verlangt !  Für  Temperaturen  zwischen 
1250»  und  1820"  und  bei  unreinen  Kohlc- 
fäden    war  dagegen  Richardsons  Forme! 


92 


Glühelektrisclie  Erscheinungen 


erfüllt,  d.  h.  die  durch  die  rechtwinkligen 
Koordinaten: 

X  =  7p ,    y  =  log  i  —  2  log  T 

bestimmten  Punkte  lagen  auf  einer  Geraden. 
Auch  aus  neueren  Untersuchungen  von 
K.  Fredenhagen  geht  hervor,  daß  die 
Elektronenemission  erhitzter  Alkalimetalle 
stark  durch  chemisclie  Reaktionen  zwischen 
den  Metallen  und  den  Gasresten  des  Va- 
kuums beeinflußt  wird.  Von  derselben  Seite 
wird  darauf  hingewiesen,  daß  die  Wirksam- 
keit einer  Wehneltkathode  viel  geringer  ist, 
wenn  ihre  Erhitzung  ohne  Anwendung  eines 
Heizstroms,  rein  thermisch,  erfolgt. 

Da  die  Elektronenstrahlung  an  wasser- 
stofffreiem  Platin    wesentlich    geringer    als 
an  gashaltigem   ist,    so    lag    der    Gedanke 
nahe,     daß     die     Diffusion     des     Wasser- 
stoffes   nach     außen     irgendwie     die    Ab- 
gabe   der    Elektronen    etwa    in    der    Strö- 
mungsrichtung  des    Gases    befördere.     Von 
einer  solchen"  Wirkung  ist   aber  nichts   zu 
bemerken ;  nach  Versuchen  von  Richardson, 
bei  denen  Wasserstoff  durch  die  Wände  eines 
glühenden  Platinrohres  in  einer  Menge  von 
2   cm^    (auf  Atmosphärendruck    berechnet) 
auf  das  Quadratzentimeter  in  einen  luftver- 
dünnten Raum  einströmte,  war  keine  Ver- 
mehrung des  glühelektrischen  Stromes  als  Be- 
gleiterscheinvmg  der  Diffusion  nachzuweisen. 
Man  wird  vor  der  Hand  sich  auf  die  An- 
nahme beschränken    müssen,    daß    die  Be- 
rührung derWasserstoffmolekülemit  der  Ober- 
fläche des  heißen  Körpers  die  Elektronen- 
emission bewirkt  oder  erleichtert.    Unter  der 
weiteren  Annahme,  daß  hierzu  ein  Minimal- 
betrag  an    kinetischer   Energie   erforderlich 
wäre,  ließe  sich  durch  Anwendung  des  Max- 
wellschen  Verteilungsgesetzes   auf  die   Ge- 
schwindigkeiten    der     Wasserstoffmoleküle  | 
außerhalb  des  Glühkörpers  ein  Temperatur- 1 
gesetz  von  der  Form  des  Richardsonschen 
gewinnen.      Aber  auch  an  chemische  Vor- 
gänge zu  denken,  die  mit  Elektronenstrah- 
lung verbunden  sind,  liegt  bei  der  Form  der 
Richardsonschen     Gleichung    nach    dem 
oben  Gesagten  wenigstens  für  das  Temperatur- 
intervall nahe,  in  welchem  diese  Gleichung 
den  Sättigungsstrom  gut  darstellt. 

Eine  voll  befriedigende  Theorie  der  Elek- 
tronenemission an  glühenden  Körpern  be- 
sitzen wir  noch  nicht. 

B.  Emission  positiver  Elektrizitätsträger. 

I.  Allgemeines.  Wie  schon  eingangs  be- 
merkt, können  glühende  Körper  auch  dann 
einen  elektrischen  Strom  in  einem  Gase  ein- 
leiten, wenn  sie  die  Anode  bilden,  es  müssen 
daher  in  diesem  Falle  positive  Ionen  an 
ihnen  gebildet  werden. 

Die  Erscheinung  ist  weit  unbeständiger 


als  die  im  vorigen  behandelte  Emission 
negativer  Elektronen,  sie  zeigt  sich  an  Metall- 
drähten am  deutlichsten  bei  den  tieferen 
Temperaturen  der  Rot-  und  Gelbglut  und 
bei  Gegenwart  von  Sauerstoff  oder  atmosphä- 
rischer Luft,  sie  verschwindet  von  selbst  nach 
langem  Glühen  des  Drahtes.  Im  hohen 
Vakuum  ist  sie  an  reinen  Platindrähten  nur 
sehr  kurze  Zeit  (wenige  ]\Iinuten)  bemerkbar. 
Der  flüchtige  Charakter  der  Erscheinung 
läßt  von  vornherein  vermuten,  daß  sie  an 
das  Entweichen  irgendwelcher  verdampf- 
barer Stoffe  gebunden  ist,  die  in  und  auf 
den  Glühkörpern  vorhanden  waren.  Sehr 
anschaulich  wird  dies  nach  Richardson 
dadurch  gemacht,  daß  man  einen  Platin- 
draht, der  durch  langes  Glühen  die  Eigen- 
schaft, positive  Ionen  auszusenden,  verloren 
hat,  dadurch  regenerieren  kann,  daß  man 
ihn  stromlos  einem  noch  frischen  glühenden 
Drahte  im  Vakuum  gegenüberstellt,  es  findet 
offenbar  eine  Sublimation  des  wirksamen 
Materials  vom  heißen  zum  kalten  Körper  statt. 
2.  Bestimmung  von  e/m.  Einen  zu- 
verlässigen Anhalt  zur  Bestimmung  dei 
Natur  dieser  positiven  Elektrizitätsträger 
gewinnt  man  durch  Messung  des  Verhält- 
nisses ihrer  Ladung  zur  Masse. 

Grundsätzlich  kann  man  dasselbe  Ver- 
fahren verwenden,  das  oben  für  die  Be- 
stimmung von  e/m  für  die  negativen  Träger 
angegeben  ist  und  das  auf  der  Ablenkung 
beruht,  die  ein  in  einem  elektrischen  Felde 
sich  bewegendes  geladenes  Teilchen  durch 
ein  Magnetfeld  erfährt,  dessen  Kraftlinien 
die  des  "elektrischen  Feldes  senkrecht  schnei- 
den. Die  experimentellen  Schwierigkeiten 
sind  in  diesem  Falle  aber  wesentlich  größer, 
da  zur  Ablenkung  der  positiven  Träger 
unter  sonst  gleichen  Umständen  viel  kräf- 
j  tigere  Magnetfelder  erforderlich  sind  als  für 
i  die  negativen. 

i  Von  Richardson  ist  eine  den  speziellen 
]  Schwierigkeiten  der  Aufgabe  angepaßte  Methode 
1  angegeben ;  das  wesentliche  der  experimentellen 
!  Anordnung  werde  kurz  beschrieben  (Figur  6).  Zwei 
i  parallele  Metallplatten  AA  und  BB  stehen  im 
\  Abstände  weniger  Millimeter  einander  gegen- 
I  über,  sie  sind  beide  durch  einen  Schütz  in  zwei 
!  gleiche  Teile  geteilt.  In  der  einen  ist  der  Schütz 
durch    den     Platinstreifen     P,    der    galvanisch 


Quadrantelektrometer 
Fig.  6. 

glühend  gemacht  wird,  nahezu  ausgefüUt.    Diese 
Platte   mit   Einschluß  des  glühenden    Streifens 


Glillielektrische  Erseheinmigen 


93 


wird  auf  konstantem  positiven  Potentiale  ge- 
halten. Die  beiden  Teile  der  ihr  gegenüber- 
stehenden Platte,  deren  trennender  Schlitz 
dem  der  oberen  anfangs  gegenüberstehen  möge, 
sind  isoliert  und  mit  den  bei  !en  Quadranten- 
paaren eines  Quadrantelektrometers  verbunden. 
Wenn  kein  magnetisches  Querfeld  erregt  ist,  wird 
jedes  Quadrantenpaar  sich  gleich  stark  auf  laden ; 
das  Elektrometer  beharrt  in  der  NuUage,  wenn 
man  die  anfangs  angelegte  Erdleitung  der 
Quadranten  unterbricht.  Bei  Erregung  des  zu 
der  Schlitzrichtung  parallelen  Magnetfeldes  wird 
durch  Ablenkung  der  positiven  Träger  der 
einen  Hälfte  der  Auffangeplatte  mehr  positive 
Elektrizität  zugeführt,  als  der  anderen,  das 
Elektrometer  gibt  einen  Ausschlag.  Nun  kann  [ 
man  die  unteren  Plattenhälften  zusammen  in  i 
unveränderter  gegenseitiger  Lage  senki-echt  zu  [ 
der  Richtung  des  Schlitzes  verschieben,  bis  das  ] 
Elektrometer  nach  Freigabe  der  Quadranten- 
paare wieder  auf  Null  stehen  bleibt.  Aus  der 
Größe  der  notwendigen  Verschiebung  und  den 
bekannten  Intensitäten  des  magnetischen  und 
des  elektrischen  Feldes  läßt  sich  das  Verhältnis 
e/m  berechnen.  Bei  Umkehrung  des  Magnet- 
feldes muß  die  Verschiebung  der  unteren  Platte 
nach  der  entgegengesetzten  Seite  erfolgen,  bis 
wiederum  gleiche  Elektrizitätszufuhr  zu  beiden 
Quadranten  erreicht  ist. 

3.  Die  Träger  sind  Atomionen.  Auf 
diese  Weise  haben  Richards 011  und  E.  R. 
Hulbirt  das  Verhältnis  e/m  für  die  posi- 
tiven Träger  an  verschiedenen  glühenden 
Metallen  bestimmt.  Die  Ergebnisse  werden 
am  anschaulichsten,  wenn  wir  unter  der 
Annahme,  daß  die  Ladung  der  Träger  gleich 
der  des  elektrischen  Elementarquantums  ist, 
ihr  Massenverhältnis  zum  Wasserstoffatom 
(H)  angeben.  Wir  entnehmen  der  Arbeit  von 
Richardson  und  Hulbirt  fokende  Tabelle: 


m:H 


Platin 

Palladium 

Kupfer 

Silber 

Nickel 

Osmium 

Gold 


25,0 
28,7 
20,4 
28,3 
25,4 
23,0 
21,7 


m:H 


Eisen  1 

Tantal  I 

Messing         j 
Stahl 

Nickelchrom 
Kohle  ! 


19,9 
24,2 
27,0 
28,1 
23,0 
27,6 


In  Anbetracht  der  großen  experimentellen 
Schwierigkeiten  der  Methode  ist  es  auf- 
fallend, wie  gut  diese  Zahlen  sich  um  einen 
Mittelwert  zwischen  20  und  30  anordnen. 
Man  erkennt,  daß  wahrscheinlich  für  alle 
die  untersuchten  Metalle  die  Träger  von 
derselben  Art  sind.  Daß  es  etwa  Wasserstoff- 
-atome  wären,  die  nach  Abgabe  eines  nega- 
tiven Elektrans  die  gleiche  und  entgegen- 
gesetzte positive  Ladung  trügen,  ist  bei  der 
-Größe  der  Zahlen  ausgeschlossen.  Dagegen 
liegt  es  nahe  an  Moleküle  von  Kohlenoxvd. 
(Mol.-Gew.28),  Sauerstoff  (32),  Stickstoff  (28) 
oder  an  Atome  von  Natrium  (23)  zu  denken. 


Bei  der  allgemeinen  Verbreitung  des  Natriums 
in  den  irdischen  Materialien  ist  die  letzte 
Annahme  besonders  wahrscheinlich.  Die 
Frage  läßt  sich  dadurch  entscheiden,  daß 
man  Streifen  von  Platinblech  absichtlich 
mit  geschmolzenen  Salzen  der  Alkalimetalle 
überzieht  und  für  die  in  der  Hitze  ausge- 
sandten positiven  Ionen  das  Verhältnis  e/m 
ermittelt.  Richardson  hat  diese  Unter- 
suchung für  die  Sulfate  durchgeführt  und 
gefunden,  daß  dieses  Verhältnis  tatsächlich 
den  Atomgewichten  der  betreffenden  Alka- 
limetalle umgekehrt  proportional  ist.  Bei 
den  schwer  flüchtigen  Salzen,  wie  Lithium- 
sulfat, muß  die  Erhitzung  lange  Zeit  ■ —  bis  zu 
60  Stunden  —  fortgesetzt  werden,  bis  kon- 
stante Resultate  erhalten  werden.  Die 
Ursache  dieser  letzten  Erscheinung  liegt 
wohl  in  den  Verunreinigungen  durch  flüch- 
tigere Salze  (des  Kaliums  und  Natriums),  die 
erst  durch  Verdampfen  beseitigt  werden 
mußten.  Das  Verhältnis  der  Massen  der 
positiven  Ionen  zu  der  des  Wasserstoff- 
atoms ergab  im  Mittel:  Bei  Lithiumsulfat 
6,2,  Natriumsulfat  22,5,  Kaliumsulfat  36,5, 
Rubidiumsulfat  96  und  Caesiumsnlfat  140. 
Vergleicht  man  mit  diesen  Zahlen  die  Atom- 
gewichte derselben  Alkalimetalle:  Li  7,05, 
Na  23,05,  K  39,15,  Rb  85,5,  Cs  132,9,  so 
kann  kaum  ein  Zweifel  bestehen,  daß  die 
positiven  Ionen  in  diesem  Falle  nichts  an- 
deres als  Atomionen  des  Alkalimet  alles  selbst 
sind.  Für  andere  Salze  der  Alkalien  als 
Sulfate  ergab  sich  dasselbe  Resultat. 

Von  Clinton  J.  Davisson  sind  nach  der- 
selben Methode  die  von  den  Salzen  der  alkalischen 
Erden  emittierten  Ionen  untersucht.  Die  Er- 
gebnisse sind  nicht  so  eindeutig  wie  bei  den 
Alkalisalzen,  weil  auch  hier  wahrscheinlich 
geringe  Verunreinigungen  (durch  Kalium-  und 
Natriumverbindugen)  einen  starken  Einfluß 
ausüben,  indem  die  Ionen  wesentlich  von  diesen 
herrühren,  wenn  die  Erhitzung  nicht  sehr  lange 
fortgesetzt  wird.  Doch  sprechen  die  Ergebnisse 
im  ganzen  zugunsten  der  Annahme,  daß  auch 
bei  den  reinen  Verbindungen  der  Metalle  der 
alkalischen  Erden  die  in  der  Glühhitze  abge- 
gebenen positiven  Ladungen  an  Atomionen 
des  betreffenden  Metalles  gebunden  sind.  Eigen- 
tümlicherweise müßten  aber  diese  die  einfache 
positive  Elementarladung  tragen,  im  Gegen- 
satz zu  den  elektrolytischen  Ionen  derselben 
Metalle,  die  wegen  der  chemischen  Zweiwertig- 
keit die  doppelte  Ladung  mit  sich  führen. 

Durch  diese  Bestimmungen  von  e/m  für 
die  positiven  Elektrizitätsträger  wird  auch 
die  Meinung  hinfällig,  daß  sie  etwa  aus 
staubförmigen  Partikelchen  des  Glühkörpers 
beständen.  Diese  Meinung  hatte  eine  ge- 
wisse Stütze  darin,  daß  beim  Auftreten 
positiver  Träger  meist  eine  Zerstäubung  des 
erhitzten  Materials  beobachtet  wurde. 

4.  Der  Sättigungsstrom  als  Tempera- 
turfunktion. Auch  die  Emission  der  posi- 
tiven Ionen  nimmt  mit  der  Temperatur  zu, 


94 


Olühelektrische  Erscheinungen 


und  zwar  ist  der  Sättigungsstrom  wie  bei  den 
necrativen    Elektronen    durch    eine    Formel 

"  __b 

von  der  Gestalt  i  =  AT^e  ^'darstellbar. 
A  und  b  sind  Konstanten  in  bezug  auf  die 
Temperatur,  aber  nicht  auf  die  Zeit,  und  zwar 
ist,  wie  schon  erwähnt,  die  Veränderung  mit 
der  Dauer  des  Glühzustandes  viel  auffallender 
als  bei  der  Elektronenstrahlung.  Eine  ent- 
sprechende gaskinetische  Begründung  der 
Formel  ist  durch  die  Natur  der  Sache  hier  aus- 
geschlossen. Mit  der  Annahme  irgendwelcher 
ionenerzeugender  Vorgänge  an  der  Oberfläche 
der  Glühkörper,  die  in  der  Art  chemischer 
Reaktionen  von  derTemperatur  abhängen,  ist 
dagegen,  wie  oben  schon  bemerkt,  ein  Gesetz 
von  der  Form  jener  Gleichung  wohl  verträglich. 

5.  Gesetz  der  Geschwindigkeitsver- 
teilung. Es  ist  bemerkenswert,  daß  die 
Analogie  in  dem  Verhalten  der  positiven 
und  negativen  Emission  auch  für  die  Ge- 
schwindigkeitsverteilung der  positiven  Ionen 
zutrifft.  Durch  F.  C.  Brown  ist  für  diese  nach 
der  von  Richardson  angegebenen  Methode 
ebenfalls  das  Maxwellsche Verteilungsgesetz 
als  gültig  nachgewiesen.  Als  Glühkörper 
wurden  Metalldrähte  verschiedener  Art  ver- 
wandt ;  nach  dem  im  vorigen  Gesagten  werden 
aber  dabei  wesentlich  die  anhaftenden  Spuren 
von  Alkaliverbindungen  die  Träger  der  posi- 
tiven Ladungen  geliefert  haben. 

6.  Analogie  im  Verhalten  der  posi- 
tiven und  negativen  Emission.  Die  völlige 
Uebereinstimmung  der  Temperaturfunktion 
für  die  negativen  Elektronen  und  die  posi- 
tiven Ionen  und  ihre  gleichartige  Geschwin- 
digkeitsverteilung beim  Verlassen  des  Glüh- 
körpers legt  den  Gedanken  an  eine  ähnliche 
Entstehungsweise  nahe  und  könnte  daher 
als  ein  Argument  gegen  die  Richardson- 
sche  Theorie  der  Elektronenstrahlung  ge- 
deutet werden.  Als  noch  zu  erledigende 
Aufgabe  bleibt  indessen  die  Feststellung,  ob 
wirklich  in  allen  Fällen  die  glühelektrische 
Emission  der  negativen  Elektrizitätsträger 
mit  abnehmendem  Gasdruck  und  bei  gas- 
freien Glühkörpern  sieh  verschwindend 
kleinen  Beträgen  nähert.  Die  Annahme, 
daß  die  negativen  glühelektrischen  Elektronen 
aus  den  freien  Leitungselektronen  des  Glüh- 
körpers herstammten,  wäre  dann  nicht  mehr 
haltbar.  J)ie  glühelektrischen  Vorgänge 
wären  eine  Wirkung  zwischen  dem  Glüh- 
körper und  den  ihn  umgebenden  oder  von 
ihm  entweichenden  Gasen,  es  bestände  da- 
nach ein  grundsätzlicher  Unterschied  gegen 
die  photoelektrische  Elektronenemission,  die 
auch  im  äußersten  Vakuum  bestehen  bleibt. 

IL    Glühelektrische    Erscheinungen    bei 
höherem  Gasdrucke  bis  zum  normalen. 
Zur  Demonstration   der   positiven    Ioni- 
sierung der  Luft  bei  normalem  Druck  in  der 


Nähe  eines  Glühkörpers  bedient  man  sich  am 
einfachsten  eines  Glühstiftes  für  Brand- 
malerei. Solange  er  auf  Rotglut  gehalten 
wird,  entlädt  er  bei  Annäherung  an  ein  ge- 
ladenes Elektroskop  dieses  nur  im  Falle  es 
negativ  geladen  ist.  Erst  bei  stärkerem 
Erhitzen  auf  Gelb-  bis  Weißglut  beginnt  er 
auch  positive  Ladungen  zu  neutralisieren. 
Nach  Strutt  soll  mit  besonders  empfind- 
lichen Hilfsmitteln  schon  dicht  oberhalb  der 
Temperatur  von  150°  C  die  positive  Elek- 
tronenemission merklich  werden.  Auch  im 
gaserfüllten  Räume  folgt  die  Abhängigkeit 
des  glühelektrischen  Stromes  von  der  Tempe- 
ratur sowohl  für  die  positive  Emission  (in 
Luft)  wie  für  die  negative  (inj^ Wasserstoff) 
dem  Richardsonschen  Gesetze,  solange 
die  Temperatur  eine  gewisse  Grenze  nicht 
überschreitet.  Für  höhere  Temperaturen 
fällt  die  Stromintensität  kleiner  aus,  als  es 
der  Formel  entspricht.  Ein  solches  Zurück- 
bleiben hinter  dem  theoretisch  zu  berechnen- 
den Werte  braucht  nicht  notwendig  darauf 
zu  beruhen,  daß  die  Formel  ungültig  wird. 
Es  kommt  sicher  mit  in  Frage,  daß  mit 
wachsender  Temperatur  die  Erreichung  des 
Sättigungsstromes  in  Luft  von  Atmosphären- 
druck immer  schwieriger  wird.  Oberflächen 
von  Calciumoxyd  geben  auch  in  Luft  nor- 
maler Dichtigkeit  einen  stärkeren  Abfluß 
negativer  Elektrizität  als  solche  von  reinem 
Platin(A.  Wehnelt).  Durch  eine  Atmosphäre 
von  Wasserstoff  wird  der  so  erhaltene  glüh- 
elektrische Strom  noch  weiter  gesteigert. 
Bliebe  der  Strom  auch  bei  hoher  Temperatur 
gesättigt  und  entspräche  seine  Zunahme  der 
Richardsonschen  Formel,  so  würde  er 
schon  bei  1600"  den  enormen  Betrag  von 
1000  Ampere  pro  cm^  an  einer  mit  Calcium- 
oxyd bedeckten  Elektrode  erreichen  (G.  H. 
Martyn). 

Während  im  Vakuum  der  glühelek- 
trische Strom  von  einer  erhitzten  Kathode 
aus  durch  negative  Elektronen,  von  einer 
heißen  Anode  aus  durch  positive  Atomionen 
übertragen  wird,  findet  bei  höherem  Gasdruck 
und  ausreichendem  Potentialgefälle  im  Gas- 
raume  auch  Stoßionisation  statt,  die  den 
von  Townsend  entwickelten  Gesetzen  folgt 
(H.  A.  Wilson  und  Mc  Clelland).  All- 
gemein hat  das  Glühen  der  Kathode  eine 
Erniedrigung  des  Potentialgefälles  an  der 
Kathode  zur  Folge.  Daher  kann  von  einer 
glühenden  Kohle-  oder  einer  mit  Calcium- 
oxyd belegten  erhitztenPlatinkathode  aus  die 
leuchtende  Entladung  in  einem  Geißlerrohr 
schon  unterhalb  des  normalen  Entladungs- 
potentiales  eingeleitet  werden  (Hittorf, 
Wehnelt).  Die  analoge  Erscheinung  läßt 
sich  mit  einer  glühenden  Platinanode  in  ver- 
dünntem Sauerstoff  hervorrufen  (J.  Elster 
und  H.  Geitel);  hier  sind  es  die  positiven 
Atomionen,  die  die  Stoßionisation  bewirken. 


Glühelektrische  Erscheinungoii 


95 


Bei  höherem  Gasdruck  wird  auch  die 
negative  Elektrizität  vorzugsweise  durch  Gas- 
ionen übertragen,  die  durch  Adsorption  der 
glühelektrischen  Elektronen  an  Gasmole- 
külen entstehen.    Ebenso  erfahren  auch  die 


Fii 


positiven  Atomionen  eine  Vergrößerung  ihrer 
Masse,  diese  Veränderungen  geben  sich  in 
allen  Fällen  durch  Verkleinerung  der 
spezifischen  Geschwindigkeit  der  Ionen  zu 
erkennen,  d.  h.  derjenigen  Strecke,  die  sie  in 
einer  Sekunde  bei  einer  Feldstärke  von 
1  Volt/cm  zurücklegen; 

Von  E.  Rutherford  ist  eine  Beziehung 
zwischen  der  Stärke  des  durch  glühendes  Platin 
als  Anode  in  Luft  eingeleiteten  Stromes  und 
der  angelegten  Potentialdifferenz  abgeleitet, 
für  den  Fall,  daß  Stoßionisation  vermieden 
wird.  A  sei  eine  glühende  Platinplatte  auf  dem 
Potentiale  +V,  ihr  stehe  im  Abstände  d  eine 
parallele  kalte  Elektrodenplatte  B  vom  Potential 
Nullgegenüber(Fig.  7).  k  bezeichne  die  spezifische 
Greschwindigkeit  der  positiven  Ionen,  n  ihre 
Anzahl  im  Kubikzentimeter  Luft.  Die  positive 
X-Achse  verlaufe  senkrecht  von  A  nach  B,  der 
NuUpunkt  liege  in  A.  Dann  ist  die  Strom- 
intensität für  das  Quadratzentimeter  der  Ober- 
fläche von  A: 


'.  =  —  kn .  e 


dV 
'dx 


Da  ferner  allgemein 
so  folgt 


d^V 
dx^ 


^d^V  dV 
4c7C  dx^   dx 


oder  durch  Integration 

/'dV\2  ^  8mx 
,dx     ~     k 


+  b. 


Bei  starkem  Glühen  von  A  soll  das  Potential- 
gefälle an  der  Oberfläche  auf  Null  gebracht 
sein,  dann  ist  b  =  0  und 


oder 


=  /y8!^^dx  =  V3d'^7§^• 


Daher   ist   die    Stromstärke    als    Funktion   der 
übrigen  Variabein 

.      9V2k 


32Äd3 


Der  Versuch  zeigt  in  Uebereinstimmung  mit 
der  Formel,  daß  bei  gleichem  Plattenabstand  d 
die  Stromstärke  dem  Quadrate  der  Potential- 
differenz proportional  ist.  Dagegen  ist  sie  bei 
gleicher  Potentialdifferenz  auch  nicht  entfernt  der 
dritten  Potenz  des  Plattenabstandes  umgekehrt 
proportional.  Dies  erklärt  sich  daraus,  daß  k, 
die  spezifische  Geschwindigkeit  der  Ionen,  mit  zu- 
nehmendem Plattenabstande  abnimmt;  die  Ionen 
werden  um  so  träger,  je  länger  die  von  ihnen 
durchlaufene  Strecke  ist.  Durch  direkte  Be- 
stimmung der  spezifischen  Geschwindigkeit 
mittels  der  Methode  des  Wechselfeldes  fand 
Rutherford  für  2,  3,  5  cm  Plattenabstand  k 
durchschnittlich  zu  7,8,  5,8  und  4,7  cm,  also 
eine  erhebliche  Abnahme  der  Beweglichkeit« 
Aehnliche  Messungen  hat  C.  D.  Child  an  heißen 
Platindrähten  in  Luft  und  Wasserstoff  gemacht, 
er  findet  die  spezifische  Beweglichkeit  der 
negativen  Träger  in  Luft  kleiner  wie  die  der 
positiven,  für  Wasserstoff  kehrt  sich  das  Ver- 
hältnis um.  Nach  J.  C.  Pomeroy  kommen 
hierbei  lonenladungen  vor,  die  das  Doppelte 
des  Elementarquantums  betragen  und  die  wahr- 
scheinlich als  solche  schon  an  der  glühenden 
Oberfläche  gebildet  sind.  Analog  wie  die  Ionen, 
die  an  glühenden  Drähten  entstehen,  verhalten 
sich  diejenigen,  die  aus  einer  Flamme  (Mc 
Clelland)  oder  einem  elektrischen  Licht- 
bogen (C.  D.  Child)  herausgesaugt  sind. 


Anwendungen. 

Die  glühelektrische  Elektronenemission 
an  den  Oxyden  der  Erdalkalimetalle  läßt 
sich  nach  Wehnelt  zum  Einleiten  starker 
Ströme  (bis  gegen  zwei  Ampere  pro  cm^  bei 
110  VoltjinGeißlerschen  Röhren  verwenden. 
Schaltet  man  eine  solche  Röhre  in  den 
Schließungskreis  eines  Wechselstromgenera- 
tors ein,  so  wirkt  sie  gleichrichtend,  indem 
der  Strom  nur  während  der  Phase  die  Röhre 
passiert,  in  der  die  Glühelektrode  die  Kathode 
bildet.  Man  kann  von  einer  glühenden  Cal- 
ciumoxydkathode  aus  im  Vakuum  kräftige, 
sehr  weiche  Kathodenstrahlen  herstellen. 
Die  Einrichtung  eignet  sich  ausgezeichnet  zur 
Demonstration  der  Eigenschaften  der  Ka- 
thodenstrahlen. Die  durch  den  Strom  be- 
wirkte Temperaturerhöhung  der  Anode  kann 
zur  Schmelzung  strengflüssiger  Metalle 
(Wolfram)  im  Vakuum  benutzt  werden 
(v,  Wartenberg). 

Eine  weitere  Anwendung  der  glühelek- 
trischen Elektronenemission  hat  Richard- 
son  vorgeschlagen,  nämlich  zur  Thermo- 
metrie  bei  hohen  Temperaturen.  Man  solle 
gemäß  der  Beziehung 

_  jj 
i  =  ATie     ^ 


9G 


(.rlülielektiische  Ersclieinungen  —  Glykoside 


nachdem  die  Konstanten  A  und  b  durch 
Vorversuche  ermittelt  sind,  die  absolute : 
Temperatur  T  aus  dem  £;emessenen  Sätti- 
gun^sstrome  i  bestimmen.  Wegen  der  großen 
Empfindlichkeit  des  Sättigungsstromes  gegen 
kleine  Temperaturschwankungen  würde  die 
Methode  gerade  bei  hohen  Temperaturen 
eine  große  Genauigkeit  gewähren  können, 
wenn 'die  Konstanz  der  Größen  A  und  b 
vorausgesetzt  werden  dürfte.  Nach  dem 
oben  bemerkten  ist  diese  Annahme  aber 
kaum  in  dem  Maße  zutreffend,  daß  sich 
eine  alliremeine  zuverlässige  Meßmethode 
darauf  gründen  ließe.  Geeigneter  ist  viel- 
leicht ein  zweiter  Vorschlag  Kichardsons, 
die  für  den  Stromübergang  zwischen  zwei 
parallelen  Platten,  die  anfangs  auf  gleichem 
Potentiale  gehalten  waren,  gültige  Gleichung 
(vgl.  oben) 

i  ve.Y 

zur  Bestimmung  von  T  zu  benutzen.  Diese 
Beziehung  für  T  hat  den  Vorzug  der  Ein- 
fachheit, die  Größen  ve  und  R  sind  mit  sehr 
großer  Genauigkeit  bekannt,  ebenso  ließen 
sich  V,  i  und  io  mit  geeigneten  Apparaten 
gut  messen.  Allerdings  spielen,  wie  Richard- 
son  selbst  bemerkt,  auch  hier  jene  störenden 
Umstände  mit  hinein,  deren  Natur  noch 
nicht  sicher  erkannt  ist. 

Aeltere  Arbeiten. 


Guthrie  (1873)  bemerkte,  daß  negativ! 
geladene  Körper  in  Luft  durch  genäherte 
glühende  Metalle  entladen  werden,  positiv 
geladene  nicht  W.  Giese  1882  zeigte,  daß 
die  von  Flammen  aufsteigenden  Gase  auch 
nach  längerer  Trennung  von  der  Flamme  ein 
elektrisches  Leitvermögen  haben,  er  führte 
dieses  Verhalten  auf  eine  Leitung  durch 
Ionen  zurück.  T.  A.  Edison  (1884)  beob- 
achtete eine  Unsymmetrie  in  der  Intensität 
eines  Zweigstromes,  den  er  mittels  einer 
Ncbenelektrode  aus  einer  im  Betriebe  be- 
findlichen Glühlampe  entnehmen  konnte. 
Der  Strom  war  stärker,  wenn  er  zum  posi- 
tiven Ende  des  Kohlefadens  ging  als  bei 
umgekehrter  Richtung.  Hittorf  (1884) 
und  Goldstein  (1885)  leiteten  die  leuch- 
tende Entladung  in  einem  Geißl ersehen 
Rohre  mittels  einer  glühenden  Kohlen- 
kathode ein.  Elster  und  Geitel  (1883  bis 
1889)  fanden  die  positive  Aufladung  einer 
kalten  Elektrode  in  der  Nähe  ein.es  glühen- 
den Körpers  in  Luft,  in  Wasserstoff  ladet 
sie  sich  negativ.  Sie  untersuchten  diese  Er- 
scheinungen im  Vakuum  und  fanden  den 
allmählichen  Zeichenwechsel  der  Aufladung 
gegenüber  glühendem  Platin;  in  Wasserstoff 
sowie  den  Kohlenwasserstoffen,  die  durch 
Fettdämpfe  aus  den  Dichtungen  der  Glas- 


schliffe der  Pumpe  in  das  Vakuum  gelangten, 
war  die  Aufladung  negativ.  Im  wesent- 
lichen wie  Platin  verhielten  sich  glühende 
Fäden  aus  Kohle,  Palladium,  Eisen.  Die 
negative  Aufladung  der  Gegenelektrode 
wurde  durch  ein  magnetisches  Querfeld 
aufgehoben,  die  positive  nicht.  Elster  und 
Geitel  versuchten  eine  Erklärung  auf  Grund 
der  Gi  es  eschen  lonenhypothese.  Die  Gas- 
moleküle werden  durch  Kontakt  mit  dem 
glühenden  Körper  dissoziiert,  z.  B.  zerfällt 
Ha  in  -f  H  und  — H.  Einatomige  Gase 
dürften  hiernach  kein  glühelektrisches  Leit- 
vermögen haben.  Die  Einwirkung  des 
Magnetfeldes  auf  die  Bewegung  dieser  Ionen 
wurde  nach  Art  des  Hall-Effektes  gedeutet. 
Ausgehend  von  der  Einwirkung  des  Magnet- 
feldes auf  den  Uebergang  negativer  La- 
dungen von  der  heißen  zur  kalten  Elektrode 
zeigte  dann  J.  J.  Thomson  in  der  oben  an- 
gegebenen Weise  mittels  gekreuzter  magne- 
tischer und  elektrischer  Felder,  daß  die 
Träger  der  negativen  Ladung  nicht  mehr  als 
Viooo  der  Masse  des  H-Atoms  haben 
könnten.  Hierdurch  war  das  Auftreten 
freier  Elektronen  bei  den  glühelektrischen 
Erscheinungen  gefunden;  an  dieser  Stelle 
!  setzt  der  vorstehende  Bericht  ein. 

'  Literatur.     Die  ältere  Literatur  über  den  Gegen- 

\  stand  findet  sich  in  G.  Wiedemanns  Elektri- 
zität, Band  IV,  Abt.  2,  S.  864,  1885.  —  Die 
neueren  Untersuchungen  gibt  J.  J.  Thomson, 
Conduction  of  electricHy  through  gases,    S.  108, 

I      1906.    —    Referate    über    das    Gebiet:     O.     W. 

I  Sichardson ,  Jahrbuch  der  Radioaktivität  und 
Elektronik,  1,  S.  308,  1904  «"'^  Comptes  rendues 
du  ^  congres  international  de  Radiologie  et 
d' Electricite,  S.  522.    Brüssel  1911.  —   Original- 

1      arbeiten:    J.    Elster   und    H.    Geitel,     Wien. 

;       Ber.    97,    Abt.    IIa,    S.    1175,    1888.    —    J.    J. 

i       Thomson,  Phil.  3Iag.  (5),  Bd.  48,  *S\  547,  1899. 

—  O.  W.  Richardson,  Phil.  Transactions 
Royal  Soc.  London  A.  201,  S.  497,  1903  und 
ebenda,  207,  S.  1,  1906.  —  Ferner  zahlreiche 
Abhandlungen  von  O.  W.  Richardson  im 
Philos.  Magazin   aus   den  Jahren  1908  bis  1912. 

—  H,  A.  Wilson,  Phil.  Trans.  London  A.  202, 
*S\  243,  1903.  —  A.  Wehnelt,  Ann.  der  Phys. 
14,  S.  425,  1904.  —  F.  Veininger,  Ann.  der 
Phys.  25,  S.  285,  1908.  —  F.  Jentsch,  Diss. 
Königsberg,  1908.  —  A.  Wehnelt  und  F. 
Jentsch,  Ann.  der  Phys.  28,  Ä.  537,  1909. 


H.   Geitel. 


Glykoside. 

1.  Definition.  2  Komponenten,  a)  Aglykone. 
b)  Zucker.  3.  Konstitution.  4.  Vorkommen. 
5.  Physikalische  Eigenschaften.  G.  Physio- 
logische Eigenschaften.  7.  Spaltung.  c\ 
Isolierung  ans  den  Pflanzen.  il  Synthesen 
natürlicher  Glykoside.  10.  Künstliche  Glykoside. 
11.     Einteilung     der      natürlichen      Glykoside. 


Glykoside 


97 


12.  Beschreibung  der  wichtigsten  Glykoside.  1) 
Pikrokrocin.  2)  Arbutin.  3)  Salicin.  4)  Populin. 
5)  Rcein.  6)  Gaultherin.  7)  Phlorizin.  8)  Iridin. 
9)  Coniferin.  10)  Syringin.  11)  Kaffeegerbsäure. 
12)  Aesculin.  13)  Daphnin.  14)  Fraxin.  15^ 
Krappghikoside.  16)  Aloine.  17)  Frangulin.  18) 
Chrysophanin.  19)  Brasilinglukosid.  20)  Häma- 
toxylinglukosid.  21)  Apiin.  22)  Fustin.  23) 
Quercitrin.  24)  Xanthorhamnin.  25)  Saponine. 
26)  Strophantine.  27)  Digitalisglykoside.  28) 
Antiarin.  29)  Convolvulin.  30)  Amygdalin  und 
Mandelsäurenitrilglukosid.  31)  Prulaurasin. 
32)  Sarabunigrin.  33)  Indican.  34)  Sinigrin.  35) 
Sinaibin.     Anhang:  Glycyrrhizinsäure. 

1.  Definition.  Unter  den  fast  ausschließ- 
lich im  Pflanzenreiche  vorkommenden  Gly- 
kosiden versteht  man  Stoffe,  die  durch 
Hydrolyse  in  ein  oder  mehrere  Kohlehydrate 
und  eine  oder  mehrere  andere  Substanzen, 
die  sogenannten  Aglykone,  gespalten  werden. 
So  zerfällt  z.  B.  das  Arbutin  unter  Wasser- 
aufnahme in  1  Mol.  Glukose  und  1  Mol. 
Hydrochinon,  das  Amygdalin  in  2  Mol. 
Glukose,  1  Mol.  Benzaldehyd  und  1  Mol. 
Cyanwasserstoff,  wie  die  folgenden  Glei- 
chungen veranschaulichen : 

CiaHißO,  +  H2O  ==  CeHi^Oe  +  CeH^iOH)^; 

Arbutin  Glukose      Hydrochinon 

C2oH2,NOii+2H20=2CeHi20e+CeH,.CHO 

Amygdalin  Glukose  Benzaldehyd 

+  HCN. 
Cyanwasserstoff. 

2.  Komponenten.  2a)  Aglykone.  Die 
Aglykone  sind  gewöhnlich  hydroxylhaltige 
Verbindungen,  die  meist  der  aromatischen 
Reihe  angehören,  sehr  häufig  Phenole, 
Phenolalkohole  und  Phenolsäuren;  in  man- 
chen Aglykonen  liegen  farbige  Derivate 
sauerstoffhaltiger  Ringe,  wie  Chromone,  oder 
zusammengesetzter  Kerne,  wie  Oxyanthra- 
chinone,  vor.  Während  die  Mehrzahl  der 
Aglykone  bloß  aus  Kohlenstoff,  Wasserstoff 
und  Sauerstoff  zusammengesetzt  ist,  kennt 
man  auch  verschiedene,  wie  die  Aglykone 
des  Amygdalins  und  Indicans,  die  Stickstoff, 


und  einige,  wie  die  Aglykone  der  Senfglyko- 
side,  die  neben  Stickstoff  noch  Schwefel 
enthalten;  in  letzteren  finden  sich  auch 
anorganische  Bestandteile.  Die  Konstitu- 
tion vieler  Aglykone  ist  noch  nicht  aufge- 
klärt. 

2b)  Zucker,  Die  Zuckerkomponente  der 
Glykoside  ist  gewöhnlich  ein  Monosaccharid, 
in  den  meisten  Fällen  Glukose;  ziemlich 
häufig  ist  auch  die  Rhamnose,  seltener  die 
Galaktose,  die  in  Saponinen  und  Digitonin 
enthalten  ist.  Aber  auch  andere  Mono- 
saccharide sind  bei  der  Spaltung  der  Glyko- 
side beobachtet  worden,  wie  von  Tetrosen 
die  Apiose  beim  Apiin,  von  Pentosen  die 
d-Araijinose  beim  Barbaloin,  von  Methyl- 
pentosen  die  Rhodeose  beim  Convolvulin 
und  die  Antiarose  beim  Antiarin,  wie  die 
Digitalose,  die  wahrscheinlich  eine  Dimethyl- 
pentose  ist,  beim  Digitalin. 

Bisweilen  liefert  ein  Glykosid  mehrere 
verschiedene  Kohlehydrate.  Wenn  meh- 
rere Zuckerreste  in  einem  Glykosidmolekül 
vorkommen,  so  können  sie  als  Di-  bezw. 
Polysaccharide  darin  enthalten  sein.  So 
ist  die  Zuckerkomponente  des  Amygdalins, 
das  bei  der  Spaltung  2  Mol.  Glukose  liefert, 
ein  maltoseähnliches  Disaccharid.  Isoliert 
wurde  ein  Disaccharid  —  in  Form  eines 
Methyläthers  —  bei  der  Hydrolyse  des 
Strophantins,  ein  Trisaccharid  bei  der  Spal- 
tung des  Xanthorhamnins. 

3.  Konstitution.  Die  Glykoside  sind 
aufzufassen  als  ätherartige  Abkömmlinge  der 
betreffenden  Zucker;  je  nachdem  sie  von  der 
Glukose,  Rhamnose,  Galaktose  derivieren 
bezeichnet  man  sie  als  Glukoside,  Rhamnoside, 
Galaktoside.  Da  die  Glukoside  weder  mit 
Phenylhydrazin  direkt  reagieren,  noch  Feh- 
lingsche  Lösung  reduzieren,  so  können  sie 
die  der  Glukose  eigentümliche  Aldehydgruppe 
nicht  mehr  besitzen;  es  kommt  ihnen  eine 
Konstitution  zu,  wie  sie  z.  B.  für  Arbutin 
durch  folgende  Formel    ausgedrückt   wird: 


CH, .  OH— CH .  OH— GH— CH .  OH— CH .  OH— CH .  0 .  C^H^ .  OH. 


0 


Nach  einer  solchen  Formel  ist  die  Exi- 
stenz zweier  von  dem  gleichen  Zucker  stam- 
mender Stereoisomeren  vorauszusehen,  da 
das  Kohlenstoffatom  der  ursprünglichen 
Aldehydgruppe  durch  die  Glukosidbildung 
asymmetrisch  geworden  ist. 

4.  Vorkommen.  Die  Glykoside  sind 
im  Pflanzenreiche  sehr  verbreitet ;  sie  scheinen 
besonders  in  den  Blättern  gebildet  zu  werden, 
in  denen  sie  sich  vorzugsweise  finden,  aber 
auch  in  anderen  Pflanzenteilen,  in  Samen, 
Wurzeln  und  Rinde  kommen  Glykoside  vor.  ] 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


5.  Physikalische  Eigenschaften.  Die 
Glykoside  sind  feste,  meist  kristallisierende 
Verbindungen,  doch  sind  auch  einige  be- 
kannt, die  amorph  und  harzartig  sind;  in 
Alkohol  und  namentlich  heißem  Wasser  sind 
sie  gewöhnlich  mit  neutraler  Reaktion  lös- 
lich, kaum  oder  nicht  löslich  in  Aether. 
Sämtliche  natürlichen  Glykoside  sind  op- 
tisch aktiv  und  zwar  meist  linksdrehend. 

6.  Physiologische  Eigenschaften.  Die 
Glykoside  besitzen  meist  einen  bitteren  Ge- 
schmack und  sind  oft  von  spezifischer  Wir- 

7 


98 


Glykoside 


kunc  auf  den  Oriranismiis.  So  sind  die 
Dicitalisslykoside  und  Strophantine  starke 
Gifte,  so  wirken  die  Glykoside  der  Aloe,  des 
Rliabarbers,  der  Convolvulaceen  purgierend. 

7.  Spaltung.  Einige  Glykoside  werden 
schon  durch  Kuchen  mit  Wasser,  besonders 
unter  Druck,  in  ihre  Komponenten  zerlegt, 
andere  erst  durch  Erwärmen  mit  verdünnten 
Alkalien  oder  Säuren.  Von  Säuren  werden 
meist  Schwefelsäure  oder  Salzsäure  benutzt, 
von  denen  die  letztere  bisweilen  die  Spaltung 
viel  leichter  als  erstere  vollzieht,  z.  B.  bei 
den  Saponinen.  Mehrere  Glykoside  können 
auch  schon  von  starken  organischen  Säuren, 
wie  Oxalsäure  oder  Zitronensäure,  hydroly- 
siert  werden. 

Die  Spaltung  der  Glykoside  wird  ferner 
durch  Enzyme  in  Wasser  bei  gewöhnlicher 
oder  schwach  erhöhter  Temperatur  bewirkt. 
Die  einzelnen  Enzyme  vermögen  nur  ganz 
bestimmte  Glykoside  zu  spalten;  ihre  Wir- 
kung ist  abhängig  von  der  Konfiguration 
des  Glykosidmoleküls.  Es  ist  nach  E. 
Fischer  nötig,  daß  Enzym  und  Glykosid 
wie  Schlüssel  und  Schloß  zueinanderpassen, 
damit  eine  Spaltung  des  Glykosids  statt- 
findet. So  vermag  Emulsin  zwar  das  Amyg- 
dalin,  aber  nicht  das  Gaultherin  zu  hydroly- 
sieren;  umgekehrt  vermag  Gaultherase  zwar 
das  Gaultherin  aber  nicht  das  Amygdalin 
zu  spalten.  Die  natürlichen,  durch  Emulsin 
spaltbaren  Glukoside  sind  sämtlich  links- 
drehend. 

In  den  Pflanzenteilen  sind  die  Glykoside 
häufig  von  Enzymen  begleitet,  die  sie  zu 
spalten  vermögen.  So  findet  sich  in  den 
bitteren  Mandeln  neben  dem  Amygdalin 
das  Enzym  Emulsin,  in  Betula  lenta  neben 
dem  Gaultherin  die  Gaultherase.  So  ist 
ferner  im  Krapp  neben  der  Rubierythrin- 
säure  das  Erythrozym,  im  schwarzen  Senf 
neben  dem  Sinigrin  das  Myrosin  enthalten. 

8.  Isolierung.  Die  Glykoside  ent- 
zieht man  den  Pflanzen  häufig  durch  Aus- 
kochen mit  Alkohol  eventuell  unter  Zu- 
satz von  Calciumcarbonat  zur  Bindung 
freier  Pflanzcnsäuren;  die  in  Alkohol  un- 
löslichen Enzyme  bleiben  zurück.  Aus  der, 
eventuell  imVakuum,  konzentrierten  Lösung 
kristallisieren  die  Glykoside  aus  oder  werden 
durch  Aether  gefällt. 

9.  Synthesen  natürlicher  Glykoside. 
Einige  Glukoside  bekannter  Zusammen- 
setzung sind  mittels  Acetohalogenglukose 
C,H70.(O.CO.CH3)4Hal  synthetisch  dar- 
gestellt worden;  so  wurde  das  Methylarbutin 
durch  Einwirkung  von  Acetochlorglukose 
auf  Methylhydrochinonkalium  in  absolutem 
Alkohol,  das  Helicin  aus  Acetochlorglukose 
und  Salicylaldehyd  erhalten. 

Durch  enzymatische  Verkettung  ist  das 
Salicin  aus  Glukose  und  Saligenin  mit  Hilfe 


von  Emulsin  synthetisiert  worden.  Ferner 
gelang  es,  Amygdalin,  das  durch  Hefemaltase 
in  d-Glukose  und  Mandelsäurenitrilglukosid 
gespalten  wird,  aus  diesen  beiden  Kompo- 
nenten mittels  des  gleichen  Enzyms  aufzu 
bauen : 
C^oHa^NOn+H^O  -  CeHi^Oe+Ci^Hi.NOe. 

10.  Künstliche  Glykoside.  Glukose  und 
andere  Hexosen  können  mit  Alkoholen, 
Phenolen,  Mercaptanen,  Aldehyden  und  Ke- 
tonen  zu  ätherartigen,  in  der  Natur  mcht 
vorkommenden,  Verbindungen  kondensiert 
werden.  Die  Darstellung  dieser  ,, künstlichen 
Glykoside",  die  den  natürlichen  in  den 
meisten  Eigenschaften  recht  ähnlich  sind, 
geschieht  entweder  durch  Erwärmen  der 
Komponenten  mit  verdünnter  Salzsäure 
0 dermittels  der  entsprechenden  Acetohalogen- 
hexose.  Das  einfachste  künstliche  Glukosid, 
das  Methylglukosid,  existiert  in  zwei  stereo- 
isomeren Formen,  die  als  a-  und  /3-Form 
unterschieden  und  folgendermaßen  formu- 
liert werden: 


C— OCH, 


CH,0— C— H 


CHOH 


und 


CHOH 
CH2OH 


CHOH 


CHOH 


CHgOH 


Das  rechtsdrehende  a-Methylglukosid 
wird  durch  Invertiu,  nicht  aber  durch  Emul- 
sin gespalten,  umgekehrt  wird  das  links- 
drehende /3-Methylglukosid  durch  Emulsin, 
nicht  aber  durch  Invertin  hydrolysicrt. 

il.  Einteilung  der  natürlichen  Glykoside. 

Die  Anordnung   der   natürlichen    Gtykoside, 
von  denen  bloß  die  wichtigsten  genannt  und  kurz 
besprochen   werden,   geschieht  nach   der   Natur 
ihrer    Aglykone,    wobei    ich    dem    Einteilungs- 
prinzip von  L.  Rosenthaler  folge.    Im  Anhang 
zu     den    durch     Hydrolyse     Zucker    liefernden 
Glykosiden  wird  das   Glycyrrhizin,  das  bei  der 
Spaltung  Glukuronsäure  gibt,  behandelt. 
A.  Glykoside  mit  stickstofffreien  Aglykonen. 
a)  Aglykon  von  vollständig  oder  im  wesent- 
lichen aufgeklärter  Konstitution. 
a)  Aglykon  hydrozyklisch.  Pikrokrocin. 
ß)  Aglykon  aromatisch. 

ccu)  Derivate  des  Benzols. 

a.  Phenole:  Arbutin. 

b.  Phenolalkohole:   Salicin,  Popu- 
lin. 

c.  Phenolketone:  Picein. 

d.  Phenolsäureester:    Gaultherin, 
Phlorizin,  Iridin. 

ßß)    Derivate  des  Styrols. 

a.  Alkohole:  Coniferin,  Syringin, 


Glykoside 


99 


b.  Phenolsäureii      und      Laktone: 
Kaffeegerbsäure,  Daphnin, 

Aesculin,  Fraxin. 
Tl)    Derivate  des  Anthracens. 

Krappglukoside,        Aloeglukoside, 
Frangulin,  Chi-ysophanin. 
7)    Agiykon  heterozyklisch. 

aa)    Chromonderivate:     Glukoside    des 

Brasilins  und  Hämatoxylins. 
^(3)    Flavone:  Apiin,  Fustin,  Quercitrin, 
Xanthorhamnin. 
b)  Agiykon  unbekannter  Konstitution. 

Saponine,  Digitalisglykoside,  Strophantine. 
Antiarin,  Convolvuhn. 

B.  Glykoside  mit  stickstoffhaltigen   Aglykonen. 

a.  Nitrilglukoside:  Aniygdalin,  Mandelsäiire- 
nitrilglukosid,  Prulaurasin,  Sambunigrin. 

b.  Glykoside,    die    keine    Blausäure    liefern: 
Indican. 

C.  Glykoside  mit  Stickstoff-  und  schwefelhaltigen 
Aglykonen. 

Derivate   der   Alkyliminothiolkohlensäure: 
Sinigrin,  Sinaibin.  j 

Anhang:  Glycyrrhizin.  ' 

12.  Beschreibung  der  wichtigsten 
Glykoside.^) 
i)  Pikrokrocin,  CgäHggOi^,  das  bittere  Prinzip 
des  Safrans,  bildet  farblose  Prismen  vom 
Schmelzpunkt  75";  wird  durch  Erwärmen  mit 
verdünnten  Säuren  gespalten  in  Glukose  und  ein 
nach  Safran  riechendes  Terpen:  Cg^HegOi-  +  H.,0 
=  3CeH,,0«  +  2CioH,e. 

O.CgH^Os 

2)  Arbutin,  C6H4  +  H.O,  findet 

OH 
sich  in  den  Blättern  der  Ericaceen  und  Pirolaceen, 
bildet  weiße,  glänzende  Nadeln  vom  Schmelz- 
punkt 188«;  [k]d  =  — 64,7«.  Durch  Emulsin 
oder  Kochen  mit  verdünnter  Schwefelsäure  tritt 
Spaltung  in  Glukose  und  Hydrochinon  ein. 
Arbutin  wird  in  der  Natur  meist  begleitet  von 
dem  sehr  ähnlichen  Methylarbutin  vom 
Schmelzpunkt  176°;  seine  Synthese  s.  unter  9. 

/O.CeH^.Os 

3)  Salicin,  CsH4<'  ,  in  der  Kinde 

und  den  Blättern  von  Weiden-  und  Pappelarten, 
sowie  im  Castoreum,  bildet  rhombische  Kristalle 
vom  Schmelzpunkt  200";  sehr  bitter ;  die  Lösungen 
sind  linksdrehend.  Emulsin  spaltet  das  Salicin 
in  Glukose  und  Saligenin  und  baut  es  anderer- 
seits aus  diesen  Komponenten  wieder  auf: 

/OH 

C13H1SO,  +  H,0    ^    CeH,,Oe  +  CeH  / 

^CHoOH. 

CH3O    H 

II 


Verdünnte  Säuren  spalten  dagegen  in  Glukose 
und  Saliretin: 

2Ci3Hi,0,  +  H,0  =  2C6Hi30e 
/OH 
+  CeH,/ 

^CHoO— CßH^— CH.OH. 

Saliretin  stellt  eine  harzige,  gelbliche  Masse  dar, 
die  in  Wasser  unlöslich,  in  organischen  Mitteln 
leicht  löslich  ist. 

/O.CeHi.O, 

4)  Populin,    CgHX  ,     Benzoyl- 

^CH^O.C.HjO 

salicin ,  in  der  Rinde  und  den  Blättern  von  Pappeln ; 
feine  süßlich  schmeckende  Nadeln  vom  Schmelz- 
punkt 180";  linksdrehend;  durch  Emulsin 
wird  Populin  nicht  angegriffen;  durch  Kochen 
mit  verdünnten  Säuren  wird  es  in  Glukose,  Benzoe- 
säure und  Saliretin  gespalten.  Populin  läßt  sich 
durch  Zusammenschmelzen  von  Salicin  mit 
Benzoesäureanhydrid  darstellen. 

5)  Picein,  CiiHjgO^  +  H,0,  in  frischen 
Trieben  von  Pinus  picea;  glänzende,  bittere 
Nadeln  vom  Schmelzpunkt  198".  Emulsin  oder 
verdünnte  Säuren  spalten  in  Glukose  und  Piceol, 
d.  i.  p-Oxyacetophenon : 

C14H1SO,  +  H2O  =  CeH,,Os  +  CsHsO^. 

/O.CeH.A 

6)  Gaultherin,  CßHZ  +  H2O,  in 

^COi-CHa 
der  Rinde  von  Betula  lenta.  Bittere  Prismen, 
die  sich  gegen  120"  zersetzen.  Durch  verdünnte 
Mineralsäuren  oder  die  Gaultherase,  nicht  jedoch 
durch  Emulsin  oder  Diastase,  wird  das  Gaultherin 
in   Glukose  und   Salicylsäuremethylester  zerlegt. 

7)  Phlorizin,  CaiHa^Ojo  +  SHaO,  in  der 
Wurzelrinde  und  Knospen  der  Pomoideen. 
Glänzende,  bitterlichsüße  Nadeln ;  linksdrehend ; 
bewirkt  Diabetes;  wird  durch  Kochen  mit  ver- 
dünnten Säuren  gespalten  in  (ilukose  und 
Phloretin:  C2iH,40io  +  H.O  =  CgHi.Oe  + 
C15H14O5;  Phloretin  besitzt  die  Konstitution: 

OH 


-CH, 


-OH 


es  bildet  weiße,  süß  schmeckende  Blättchen  vom 
Schmelzpunkt  180";  durch  Kochen  mit  Kalilauge 
wird  es  hydrolysiert  zu  Phloroglucin  und  Phlore- 
tinsäure,  d.  i.  p-Hydrocumarsäure. 


8)   Iridin,    C2,H2,0,3  =  CH30- 


0    OCH, 


S\  y/         CH2         C CO         <v 

^0    H 


>-0.C6Hn05; 


OHH 


^)  Die  Löslichkeitsverhältnisse  der  einzelnen 
Glykoside  werden  bloß  dann  angeführt,  wenn  sie 
von  den  unter  5  (Physikalische  Eigenschaften) 
angegebenen  wesentlich  abweichen. 


in  der  Veilchenwurzel ;  feine  Nadeln  vom  Schmelz- 
punkt 208";  Mineralsäuren  spalten  in  Glukose 
und  Irigenin;  letzteres  bildet  farblose  Kristalle 
vom    Schmelzpunkt  186",  wird   durch   Erhitzen 


10(1 


Glykoside 


mit  Kalilauge  zerlegt  in  Ameisensäure,   Iridin-[       13)  Daphnin.    Isomer  mit  dem  Aesculin  ist  das 
siiure  '  Daphnin,  das  in  der  Rinde  von  Daphnearten  vor- 

Qjj COoH   kommt;  kristallisiert  in  Prismen  von  bitterem  und 

*  "       adstringiercndem  Geschmack;  zerfällt  durch  Emul- 

sin  oder  beim  Kochen  mit  verdünnten  Säuren  in 
Glukose  und  Daphnetin,  ein  Dioxycumarin  der 
OH 


und  Irotol.  Die  Iridinsäure 


H 


CH, 


Ö4    .L 


H 
OH 


)CH3 


bildet  farblose  Prismen  vom  Schmelzpunkt  118", 
OCH, 


Struktur 


HO-, 


das  Iretol 


HO- 


— OH 


kristallisiert     in 


ÖH 
Nadeln  vom  Schmelzpunkt  186"" 
9)  Coniferin, 

XE  =  CH— CHgOH  (1) 


C,H3^0CH3  (3) 

^O.CÄ,Oa4) 


+  2HoO. 


im  Kambialsaft  der  Nadelbäume,  überhaupt  in 
der  Holzsubstanz.  Glänzende,  schwach  bittere 
Nadeln  vom  Schmelzpunkt  185";  [k]d  =  —  67"; 
Emulsin,  aber  nicht  Invertin,  spaltet  in  Glukose 
und  Coniferylalkohol. 

10)  Syringin,  C17H24O9  +  HjO,  in  der  Rinde 
von  Oleaceen  ist  ein  Oxymethylconiferin ;  ge- 
schmacklose  Nadeln   vom    Schmelzpunkt   192". 


-0  — CO 
-CH=CH' 


das  in  gelb- 


lichen Prismen  vom  Schmelzpunkt  254"  kristalli- 
siert. Daphnetin  wird  synthetisiert,  indem  man 
Pyrogallol  mit  Aepfelsäure  und  konzentrierter 
Schwefelsäure  erhitzt.  Beim  Ersatz  des  Pyrogal- 
lols  durch  Oxyhydrochinon  entsteht  Aesculetin. 
Die  Reaktionen  verlaufen  nach  der  Gleichung; 
CeHeOj  +  C4He05  =  C^H^O^  +  CO  +  SH^O. 

14)  Fraxin,  C^sHigOio,  ist  Methoxyaesculin, 
in  der  Rinde  von  Fraxinus  und  Aesculus.  Bittere 
Nadeln  vom  Schmelzpunkt  320". 

15)  Krappwurzel-Glukoside.  Das  wichtigste 
Glukosid  der  Krappwurzel  ist  die  Rubierythrin- 


saure, 


OC«H„0., 


.CO. 


-OC.HnO, 


\/\co/\/ 


O.CÄiO, 

das  Glulrosid'des  Kaffeesäurelaktons,  findet  sich 
in    dejv^ättern  und  Samen  des  Kaffeebaumes 
'In  den  Brechnüssen;  stellt  eine  amorphe, 


sowie 
«i4stri: 


ästringierend  schmeckende  Masse  dar. 
12)  Aesculin,  CigHigOg  +  2H,0,  in  der  Roß- 
kastanienrinde. Schwach  bittere  Prismen  vom 
Schmelzpunkt  160".  Die  wässerige  Lösung 
reagiert  schwach  sauer  und  zeigt  stark  blaue 
Fluoreszenz,  die  durch  Alkalien  verstärkt,  durch 
Säurezusatz  aufgehoben  wird.  ^"Die  Fluoreszenz 

ist  noch  in  einer  Verdünnung   von er- 
kennbar. '  Verdünnte  Säuren  spalten  in  Glukose 
und   Aesculetin,  ein   Dioxycumarin 
OH 


der  Struktur 


HO- 


-CH  =  CH 


;  dasselbe 


0 CO 

bildet   bittere  Nadeln,  die   über  270"  schmelzen. 


gelbe,  seidenglänzende  Prismen  vom  Schmelz- 
punkt ca.  260",  die  sich  in  Alkalien  mit  dunkel- 
roter Farbe  lösen.  Kochende  verdünnte  Salz- 
säure oder  das  Erythrozym  spalten  in  Glukose 
und  Alizarin: 

C26H28O14  +  2H2O  =  2CeHi20,  +  Ci4H,04. 
Ferner  finden  sich  in  der  Krappwurzel  das 
Purpuringlukosid,  das  äußerst  leicht  in  seine 
Komponenten  zerfällt,  und  das  Rubiadin- 
glukosid  CoiHooOg,  gelbe  Nadeln  vom  Schmelz- 
punkt 270",  das  bei  der  Hydrolyse  Glukose  und 
Rubiadin,  d.  i.  l,3-Dioxy-4-methylanthrachinon 
liefert. 

16)  Aloine  (vgl.  den  Artikel  ,, Pflanzen- 
stoffe  unbekannter   Konstitution",  4). 

17)  Frangulin,  in  der  Rinde  von  Rhamnus 
frangula;  glänzende,  zitronengelbe,  geschmack- 
lose Nädelchen  vom  Schmelzpunkt  228  bis  230", 
die  sich  in  Alkalien  dunkelrot  lösen.  Beim 
Kochen  mit  alkoholischer  Salzsäure  entstehen 
Rhamnose  und  Frangula-Emodin.  Das  Frangula- 
Emodin  ist  ein  Trioxymethylanthrachinon  (oder 
ein  Dioxymethylolanthrachinon  ?),  bildet  rot- 
gelbe Nadeln  vom  Schmelzpunkt  255". 

18)  Chrysophanin,  CaiHaoOg,  ist  ein  Rha- 
barberglukosid ;  es  bildet  gelbe,  geschmacklose 
Nadeln  vom  Schmelzpunkt  ca.  245"  und  löst 
sich  in  Alkali  rotbraun.  Beim  Kochen  mit 
verdünnten  Säuren  entsteht  aus  ihm  neben 
Glukose  Chrysophansäure,  d.  i.  5,8-Dioxy-l- 
methylanthrachinon ;  sie  kristallisiert  in  gold- 
gelben Nadeln  vom  Schmelzpunkt  196",  ihre 
alkalische  Lösung  ist  rot  gefärbt. 

19)  u.  20)  Brasilin-  und  Hämatoxylin- 
Glukoside  (vgl.  den  Artikel  „Pflanzenstoffe 
unbekannter  Konstitution",  5d). 


Grlytoside 


101 


2i)  Apiin,  C26H23O14  +  HjO,  im  Petersilien- 
kraut. Glänzende,  geschmacklose  Nadeln  vom 
Schmelzpunkt  228",  in  Ammoniak  gelb  löslich; 
rechtsdrehend,  durch  Emulsin  nicht  spaltbar. 
Beim  Kochen  mit  1-prozentiger  Schwefelsäure 
zerfällt  es  in  Apiose  und  das  schwachgelbe 
Glukoseapigenin : 
C,«H^Oi,  +  H,0  =  CsH.oO,  +  C,iH,oO,o 

Apiin  Apiose     Glukoseapigenin, 

welch  letzteres  dann  durch  Emulsin  oder  Salz- 
säure weiter  gespalten  wird  in  Glukose  und  Api- 
genin:  C^^H^oO,«  +  H^ü  =  CeHi^Oe  +  C15H10O5. 
Das  in  liellgelben  Blättchen  kristallisierende 
Apigenin  ist  ein  Triox}i:lavon,  das  sich  in  ver- 
dünnter Natronlauge,  ebenso  wie  die  anderen 
Oxyflavone,  mit  gelber  Farbe  löst.  Die  Apiose 
ist  von  sirupöser  Beschaffenheit,  besitzt  die  Kon- 
stitution: 

CH.,OH— CHOH— C0H(CH20H)— CHO. 

22)  Fustin,  an  Gerbsäure  gebunden  im  Fiset- 
holz.  Glänzende  Nadeln  vom  Schmelzpunkt 
220»,  wird  durch  Kochen  mit  verdünnter  Schwefel- 
säure in  Rhamnose  und  Fisetin,  ein  in  gelben 
Nadeln  vom  Schmelzpunkt  330"  kristallisieren- 
des Tetraoxyflavon  gespalten. 

23)  Quercitrin,  C21H20O12  +  SH.O,  in  der 
Quercitronrinde,  .in  Blättern  und  Rinde  der 
Roßkastanie,  im  Hopfen  und  Tee.  Schwefelgelbe, 
glänzende,  in  alkoholischer  Lösung  bitter  schmek- 
kende  Kristalle  vom  Schmelzpunkt  168";  wird 
durch  Emulsin  nicht  angegriffen.  Durch  Ein- 
wirkung verdünnter  Mineralsäure  findet  Spal- 
tung in  Rhamnose  und  Quercetin  statt: 

C21H22O12  +  H2O  =  CeHiA  +  C15H10O,. 
Das  gelbe,  gegen  310"  schmelzende  Quercetin 
ist  ein  Pentaoxjilavon. 

24)  Xanthorhamnin,  C48HJ6O09  +  xH^O,  in 
Rinde  und  Früchten  von  Rhamnusarten,  bildet 
goldgelbe  Nädelchen;  durch  die  Rhamninase 
erfolgt  Spaltung  in  Rhamninose  und  Rhamnetin. 
Das  Rhamnetin,  CigHioO,,  zitronengelbes,  kii- 
stallinisches  Pulver,  ist  ein  Quercetinmethyl- 
äther.  Die  bei  135  bis  140"  schmelzende  Rham- 
ninose C1SH32O14  ist  ein  Trisaccharid,  das  durch 
Einwirkung  verdünnter  Säuren  in  2  Mol.  Rham- 
nose und  1  Mol.  Galaktose  gespalten  ^^^rd. 

25)  Saponine  sind  im  Pflanzenreiche  äußerst 
verbreitet;  es  sind  farblose,  amorphe,  giftige 
Substanzen,  die  im  trockenen  Zustande  zum 
Nießen  reizen  und  kratzenden  Geschmack  be- 
sitzen; in  Wasser  sind  sie  leicht  kolloidal  zu  stark 
schäumenden  Flüssigkeiten  löslich,  aus  denen 
sie  aussalzbar  oder  durch  starken  Alkohol  fällbar 
sind.  In  verdünntem  Alkohol  sind  sie  besonders 
in  der  Wärme  ziemlich  löslich.  Viele  Saponine 
vermögen  die  roten  Blutkörperchen  zu  lösen 
(Hämolyse),  wobei  sie  sich  unter  Zerstörung  des 
Stromas  mit  dessen  Lecithin  und  Cholesterin  ver- 
binden (vgl.  den  Artikel  „Tierstoffe  unbe- 
kannter Konstitution":  Cholesterin).  Inkon- 
zentrierter Schwefelsäure  lösen  sich  die  Saponine 
mit  anfangs  gelber  Farbe,  die  bei  den  meisten 
bald  in  Rot,  bei  einigen  in  Blaugrün  übergeht. 
Die  Zusammensetzung  der  meisten  Saponine 
entspricht  einer  der  beiden  Formeln: 

CnH2n— gOio  oder  CnHan— loOjg. 
Die  Saponine  sind  zum  Teil  schwache  Säuren : 
Saponinsäuren,    die   durch   neutrales    Bleiacetat 


fällbar  sind,  zum  Teil  sind  es  indifferente  Körper: 
Sapotoxine,  die  erst  durch  basisches  Bleiacetat 
oder  Bariumhydroxyd  niedergeschlagen  werden. 

Bei  der  Hydrolyse  mit  verdünnten  Säuren 
entstehen  neben  Glukose,  Galaktose  und  Pen- 
tosen die  Sapogenine,  die  meist  amorph  und  in 
Wasser  unlöslich  sind ;  ilire  Konstitution  ist  nicht 
bekannt.  Im  einzelnen  seien  folgende  Saponine 
angeführt: 

Saponin  aus  Seifenwurzel  CszHj.iO-ig,  QuiUaja- 
säure  CigH^oOio  und  QuiUajasapotoxin  CivHaeOio 
+  H2O  aus  der  Quillajarinde.  Saponin  der 
Kornrade  C^HagO^.  +  H2O.  Die  Sarsaparilla, 
die  Wurzel  verschiedener  Smilaxarten,  die  ein 
Spezifikum  gegen  Syphilis  bildet,  enthält  mehrere 
Saponine. 

26)  Strophantine  sind  die  wirksamen,  gegen 
Herzleiden  angewandten  Bestandteile  der  Samen 
von  Strophantusarten.  Die  Strophantine  ver- 
schiedenen Ursprungs  sind  chemisch  und  physio- 
logisch nicht  identisch.  Beschrieben  sei  nur  das 
k-Strophantin  aus  Strophantus  Kombe  C^nHßgOjg. 
SHjO;  starkes  Herzgift;  bildet  ein  weißes  Kristall- 
pulver vom  Schmelzpunkt  176";  konzentrierte 
Schwefelsäure  löst  smaragdgrün.  Erwärmen  mit 
verdünnter  Salzsäure  spaltet  in  k-Strophantidin 
und  Strophantobiosemethyläther. 

C4oH,60i,  =  [C„H330,  +  2H2O]  +  C,,E,,0,, 
k-Strophantin  k-Strophantidin  Strophantobiose- 
methyläther. 
Ersteres  bildet  bei  170"  schmelzende  Prismen, 
die  leicht  in  Alkohol,  nicht  in  Wasser  löslich  sind ; 
letzterer  stellt  Miki-okristalle  vom  Schmelzpunkt 
207"  dar,  zerfällt  beim  Kochen  mit  verdünnter 
Säure  in  d-Mannose,  Rhanuiose  und  MethylalkohoL 

27)  Die  Digitalisglykoside,  die  im  roten 
Fingerhut  Digitalis  purpurea,  besonders  in 
seinen  Blättern  und  Samen  vorkommen,  wirken 
hämolytisch  uffd  sind  Herzgifte;  sie  werden  als 
Herzmittel  wegen  ihrer  Blutdruck  steigernden 
und  Puls  verlangsamenden  Wirkung  therapeu- 
tisch verwandt.  Die  folgenden  Digitalisglukoside 
wurden  chemisch  rein  oder  fast  rein  isoliert:  Digi- 
talin,  Digitoxin  und  Digitonin. 

D ig i talin,  C3iB.-fi■^^,  bildet  farblose  Körner 
oder  Nädelchen  vom  Schmelzpunkt  217";  leicht 
in  Alkohol,  schwer  in  kaltem  Wasser  löslich.  Die 
Lösung  in  konzentrierter  Schwefelsäure  ist 
orangegelb.  Alkoholische  Salzsäure  spaltet  in 
Digitaligenin  Co^HgoO,  —  Nadeln  vom  Schmelz- 
punkt 221"  — ,  Glukose  und  Digitalose  C7H14O3 
nach  der  Gleichung: 

C35H56O14  =  C22H30O3  +  CßHijOe  +  CtH^iOs. 

Digitoxin,  C34H5,iOii,  wirksamster  Bestand- 
teil der  Digitalisblätter;  kristallisiert  in  Nadeln 
oder  Blättchen,  die  in  Alkohol  leicht,  in  Wasser 
und  Aether  wenig  löslich  sind.  Alkoholische  Salz- 
säure spaltet  sehr  leicht  in  Digitoxigenin  CaiHgaO^ 
vom  Schmelzpunkt  230"  und  Digitoxose  CßHijOi 
im  Sinne  der  Gleichung: 

C34H540n    +    HoO    =    C22H32O4    +   2C6H,204. 

Die  Digitoxose  dreht  nach  rechts;  sie  kristaUisiert 
in  Tafeln  vom  Schmelzpunkt  101"  und  besitzt 
wahrscheinlich  die  Konstitution: 

CH3.(CH0H)3.CH2.CH0. 
Digitonin,  C54H92O08  +  lOHgO.    Nadeln,  die 
wasserfrei  bei  225"  zusammensintern ;  die  Lösung 
in  konzentrierter  Schwefelsäure  ist  rot.    Bei  der 


102 


Glykoside  —  Gmelin 


Spaltung  entstehen  LMgitogenin  CaoHisOg,   Glu- 
kose und  Galaktose. 

28)  Antiar  in,  C, ,114,0 1«  +  4H,0  im  Milch- 
saft von  Antiaris  toxicaria;  ist  ein  Bestandteil 
des  indischen  Pfeilgiftes;  zerfällt  durch  l'-A.nw"- 
kung  von  Säuren  in  Antiarigemn  CaiHsoUä, 
Nadeln  vom  Schmelzpunkt  180»,  und  Antiarose 
CjHjjOs,  eine  .Afethylaldopantose. 

29)  Convolvulin,  findet  sichln  Jalapenknollen 
und'im  Jalapenharz:  weißes  Pulver  vom  Schmelz- 
punkt 150  bis  155».  Drasticum;  zerfällt  durch 
Hydrolvse  in  mehrere  Säuren,  unter  denen  rechts- 
drehenile  Methylätliylessigsäure,  Methylkroton- 
säure,  Üxylaurinsäure  und  Decylensaure  nach- 
gewiesen sind,  sowie  in  folgende  Zucker:  Glukose, 
Rhamnose,  Rhodeose  und  d-Isorhamnose. 

30)  Amygdalin,  C«H5.CH.(CN)(O.Ci.,H.,iOio) 
-f3H,0  (s.  auch  unter  i,  2,  7,  9),  m 
den  Samen  der  Pomoideen  und  Prunoideen, 
besonders  in  den  bitteren  Mandeln;  glänzend 
weiße  Blättchen,  die  in  kaltem  Alkohol  wenig, 
in  Wasser  sehr  leicht  löslich  sind;  sie  verlieren 
bei  ca.  120»  ihr  Kristallwasser  und  schmelzen 
bei  215»:  die  Schmelze  erstarrt  zu  einer  glasigen 
Masse,  die  schon  bei  125»  schmilzt.  Die  wässerige 
Amygdalinlösung sclimeckt  bitter;  [u]o  =  —42». 
Emulsin  oder  Kochen  mit  verdünnten  Säuren 
spaltet  in  Beuzaldehyd,  Cyanwasserstoff  und 
«/3-Diglukose;  dagegen  spaltet  Hefeenzym  in 
Mandelnitrilglukosid  und  «-Glukose: 

C,oH,,KO,,-}-H,0  =  C6H5.CH.(CN).(O.C«H,A) 

-f  CgHi^Og. 

Das  in  der  Natur  in  jungen  Zweigen  von 
Cerasus  Padus  vorkommende  Mandelnit.-il-  \ 
glukosid,  C14H1.NO6,  bildet  feine  Nadeln  vom 
Schmelzpunkt  147  bis  149».  Durch  Emulsin  1 
erfolgt  Spaltung  in  Benzaldehyd,  Blausäure  und  [ 
^-Glukose.  Mit  konzentrierter,  Salzsäure  ent- 1 
steht  1-Mandelsäure.  1 

32)  u.  33)  Prulaurasin  und  Sambunigrin, 
sind  isomer  mit  dem  Mandelnitrilglukosid;  \ 
ersteres  in  den  Blättern  von  Prunus  laurocerasus, 
dünne  Nadeln  vom  Schmelzpunkt  12U»,  letzteres 
in  den  Blättern  von  Sambucus  nigra,  Nadeln 
vom  Schmelzpunkt  151°.  Während  aus  Pru- 
laurasin durch  Einwirkung  konzentrierter  Salz- 
säure racemische  Mandelsäure  gebildet  wird, 
entsteht  dadurch  aus  Sambunigrin  d-Mandelsäure. 

33)  Indican,  Cj^Hi^NO«  +  SHjO,  in  Indigofera 
tinctoria  und  anderen  Arten.  Bitter  schmeckende 
Prismen;  linksdrehend,  wird  durch  Säuren  und 
Enzyme  in  Glukose  und  Indoxyl  gespalten: 

C,4Hi,N0«  +  H,0  =  CeHi,0«  +  C«H,NO. 
0— SO3K 

34)  Sinigrin,  C— S— CeHnO- +[II  0,  (Mvron- 

II 
N-C3H5 

saures  Kalium),  in  den  Samen  des  schwarzen 
Senfs.  Rhombische  Prismen  vom  Schmelzpunkt 
12(5  bis  127»,  bitter,  in  Wasser  mit  neutraler 
Reaktion  leicht,  in  kaltem  Alkohol  schwer  lös- 
lidi,  unlöslich  in  Aether,  Benzol.  [c<:]d  =  —  15»13'. 
Das  ^fyrosin,  welches  das  Sinigrin  im  schwarzen 
Senf  begleitet,  zerlegt  dasselbe  in  d-Glukose, 
AUylsenföl  und  KHSÜ,,,  während  Emulsin  keine 
Spaltung  hervorbringt. 


0— SO.O.CioHo^NOj 

I 
35J  Sinaibin  C— S— CgHuOä 


+  5H,0. 


N— CHo.CÄ.OH 
In  den  Samen  von  Sinapis  alba.  Kristallisiert  mit 
5HiO  in  gelblich  weißen  Nadeln.  Schmelzpunkt 
der  wasserfreien  Substanz  139  bis  140»;  in 
seinen  Löslichkeitsverhältnissen  sehr  älmlich  dem 
Sinigrin.  Wässerige  Lösung  neutral,  sehr  bitter, 
[a]D  =  —  8»23'.  Alkali  färbt  intensiv  gelb. 
Myrosin  spaltet  in  d-Glukose,  p-Oxytolylsenföl 
und  Sinapinbisulfat: 

C,aH42N2S,0i5  +  H2O  =  CeHi.Oe 

/OH 
+  C«H4< 

X^Ho.N:CS  +  C,«H,4N05HS04. 
Das  Sinapin  C^eHj^NOg  läßt  sich  weiter  zerlegen 
in  Sinapinsäure  und^Cholin. 

Anhang:  Glycyrrhizinsäure,  C44Hrt40j9,  findet 
sich  an  Kalium  und  Calcium  gebunden,  als  Gly- 
cyrrhizin,  in  der  Süßholzwurzel;  bildet  farb- 
lose Kristalle  vom  Schmelzpunkt  205»,  ist  sehr 
süß,  optisch  inaktiv,  in  heißem  Wasser,  heißem 
verdünntem  Alkohol  und  Eisessig  löslich;  die 
wässerige  Lösung  wird  beim  Erkalten  gallert- 
artig. JDie"'Glycyrrhizinsäure  ist  eine  dreibasische 
Säure,  deren  primäres  Ammonium-  und  Kalium- 
salz gut  kristallisieren.  Durch  Kochen  mit  ver- 
dünnter Schwefelsäure  wird  sie  gespalten  in 
Glycyrrhetinsäure  und  Glukuronsäure: 

C44He40i9  +  2H,0  -  C33H48O  +  2C«H,oO,. 
Die  Glycyrrhetinsäure  C3iH4,03.(OH)2(C02H), 
bildet  geschmacklose  Nädelchen  vom  Schmelz- 
punkt 210»,  die  wenig  in  Wasser  und  Aether, 
leicht  in  Alkohol  löslich  sind;  bei  der  Zinkstaub- 
destillation liefert  sie  Naphtalin. 

Literatur.    Abderhalden,  Biochemisches  Hand- 
lexikon,   Bd.   2.       Berlin   1911.    —    Beilstein, 

Handbuch    der    organischen    Chemie.     Hamburg 
\       1893  bis  1906.  —  Euler,  Pflansenchemie.    Braun- 
schweig  1908.    —     Oesterle,    Pharmakochemie. 
\      Berlin  1909.   —   van  Jtijn,    Glykoside.     Berlin 
1900.    —    Röhniann,   Biochemie.     Berlin  1908. 

—  Roscoe-Schorlemmer,  Lehrbuch  der  Chemie, 
Bd.  8.  Braunschtceig  1902.  —  Schmidt,  Pharma- 
zeulische    Chemie,    Bd.    2.     Braunschweig    1911. 

—  Von  Originalabhandlnngen  seien  nur  an- 
geführt: E.  Fischer,  Ueber  die  Glukoside  der 
Alkohole.  Berichte  der  D.  ehem.  Ges.,  Bd.  26, 
ä400  (1893).  —  i.  Rosenthaler,  Zur  Ein- 
teilung der  Glukoside.  Pharmas.  Centralhcdle, 
Bd.  48,   949  (1907). 

H.   Lieherinann. 


Crmeliii 

Leopold. 


Gehört  der  großen  schwäbischen  Gelelutenfamiüe 
an,  die  seit  Beginn  des  18.  Jahrhunderts  eine 
Reihe  bedeutender  Männer  der  Pharmazie,  Medi- 
zin und  Chemie  zugeführt  hat.  Gmelin  war  der 
Sohn  von  Johann  Friedrich  Gmelin,  der  zuerst 
Professor  der  Medizin  und  Chemie  in  Tübingen, 
dann  in  Göttingen,  sich  als  Verfasser  enzyklopä- 


Gnielin  —  Croltz 


103 


djscher  Werke,  namentlich  durch  seine  drei- 
bändige Gesclüchte  der  Chemie  1797  bis  1799 
bekannt  gemacht  hat. 

Leopold  Gmelin,  geboren  am  2.  August  1788 
in  Göttingen,  gestorben  am  13.  April  1853  in 
Heidelberg,  wo  er  als  Professor  der  Chemie  und 
Medizin  seit  1814  bis  1851  tätig  war,  hat  durch 
eine  große  Zahl  von  Experimentaluntersuchungen 
sowohl  aus  dem  Gebiete  der  Mineralchemie  wie  der 
organischen  besonders  der  physiologischen  Chemie 
den  Euf  eines  gediegenen  Forschers  erlangt 
(sie  erschienen  in  Leonhardts  Jahrbuch  der 
Mineralogie,  in  Poggendorffs  und  in  Liebigs 
Annalen).  Als  Lehrer  hat  er  sehr  anregend  ge- 
wirkt; durch  sein  zuerst  in  kleinem  Umfange, 
dann  in  6  Bänden  erschienenes  Handbuch  cler 
Chemi3  hat  Gmelin  auf  seine  Zeitgenossen 
erheblichen  Einfluß  geübt.  Dasselbe  ist  in  neuen 
Auflagen  von  Kraut,  Jörgensen  und  anderen 
in  stark  zunehmendem  Umfange  herausgegeben 
worden.  In  dem  der  organischen  Chemie  gewid- 
meten Teile  legte  Gmelin  die  Kerntheorie  Lau- 
rents der  Systematik  zugrunde  und  versuchte 
eine  eigenartige  Nomenklatur  einzufüliren.  Sonst 
theoretischen  Spekulationen  abhold  hat  Gmelin 
sowie  seine  Schule  der  aus  Avogadros  Satz 
sich  ergebenden  Auffassung  von  der  Größe  der 
relativen  Atomgewichte  entgegengewirkt,  da  er 
die  sogenannten  Aecßiivalente  oder  Verbindungs- 
gewichte der  Elemente  für  sicherer  bestimmbar 
hielt.  Durch  seinen  Widerstand  wurde  die  Ein- 
führung der  jetzt  als  richtig  erkannten  Atom- 
ge\Yichte  aufgehalten,  auch  deren  scharfer  Unter- 
schied von  den  Aequivalenten  nicht  erkannt. 

E.  von  Meyer. 


die  ,, Monographie  der  fossilen  Coniferen"  (Leiden 
1850),  die  ,, Beiträge  zur  Tertiärflora  Schlesiens" 
(Kassel  1852);  auch  der  Bernsteinflora  sind  einige 
gewidmet  (Berlin  1845). 

TT.  Ruhland. 


Ooeze 


Goepport 

Heinrich  Robert. 


Geboren  am  25.Julil800  zu  Sprottau  (Schlesien). 
Er  studierte  von  1821  an  zunächst  in  Breslau, 
von  1824  an  in  Berlin  Medizin,  wo  er  1825  zum 
pr.  med.  promovierte.  1826  ließ  er  sich  als  Arzt 
in  Breslau  nieder,  habilitierte  sich  jedoch  schon 
ein  Jahr  später  daselbst  als  Privatdozent  für  Medi- 
zin und  Botanik.  1831  wurde  er  außerordentlicher 
und  1839  ebendort  ordentlicher  Professor.  1852 
erhielt  er  als  Nachfolger  des  abgesetzten  Nees 
von  Esenbeck  den  Lehrstuhl  für  Botanik  und 
die  Direktion  des  botanischen  Gartens.  Er  starb 
nach  langer  die  weitesten  Kreise  anregender 
Tätigkeit  als  einer  der  populärsten  schlesischen 
Gelehrten  in  Breslau  am  18.  Mai  1884.  Von 
seinen  zahlreichen  Arbeiten  seien  erwähnt  die 
wichtigen  Studien  über  das  Gefrieren  der  Pflanzen 
(1830  bis  1883),  diejenigen  über  Wälder,  Wald- 
bäume, deren  Kranklieiten  usw.  (1842  bis  1874), 
über  den  Hausschwamm  (Breslau  1885),  sowie 
zahlreiche,  namentlich  anatomische  deskriptive 
Arbeiten,  z.  B.  über  die  Dracaenen  (1854),  die 
Balanophoreen,  die  Coniferen  usw.  Sein  größtes 
Verdienst  liegt  jedoch  auf  dem  Gebiet  der  Pflan- 
zenpaläontologie, als  deren  Mitbegründer  er  neben 
Brongniart  und  dem  Grafen  Caspar  Stern - 
berg  zu  gelten  hat.  Sein  erstes  Werk  in  dieser 
Richtung  sind  ,,Die  fossilen  Farnkräuter"  (Wien 
1836).     Andere  Schriften  dieser  Art  sind  z.  B. 


Johann  August  Ephraim. 

Geboren  am  28.  Mai  1731  in  Aschersleben,  ge- 
storben am  27.  Juni  1793  zu  Quedlinburg. 
Studierte  Theologie  in  Halle  von  1747  bis  1751 
und  ^n^rde  Prediger  in  Quedlinburg.  Er  war 
zwar  ein  eifriger  Theologe,  hat  aber  sein  Haupt- 
interesse, als  er  durch  Zufall  mit  einem  zu- 
sammengesetzten Vergrößerungsglas  des  Leip- 
ziger Optikers  Hofmann  bekannt  \\Tirde,  der 
Naturforschung  zugewandt.  Seine  ersten  natur- 
wissenschaftlichen Arbeiten  betrafen  die  Insekten, 
er  lieferte  die  ,, Entomologischen  Beiträge  zu 
des  Ritters  Linne  12.  Ausgabe  des  Natursystems" 
(1777  bis  1783,  4  Bde).  Von  großer  Bedeutung 
sind  seine  helminthologischen  Untersuchungen, 
die  er  teils  in  einem  ,, Versuch  einer  Naturge- 
schichte der  Eingeweidewürmer  tierischer  Körper" 
(Dessau  1782)  teils  in  der  Schrift  „Neueste 
Entdeckungen,  daß  die  Finnen  im  Schweine- 
fleisch keine  Drüsenkrankheit,  sondern  wahre 
Blasenwürmer  sind"  (1784),  niederlegte.  In  den 
folgenden  Jahren  gab  er  mit  außerordentlichem 
Fleiße  Uebersetzungen  bedeutender  Werke  von 
ausländischen  Autoren,  besonders  französischen, 
heraus,  so  von  Bonnet  aus  der  Insektenge- 
schichte, von  Trembly  über  die  Polypen,  von 
Lister  über  die  Spinnen  usw. 

Von  seinen  Werken  sind  noch  zu  erwähnen: 
, .Nützliches  Allerlev  aus  der  Natur  und  dem 
gemeinen  Leben"  (1785  bis  1788,  6  Bde),  „Ueber 
Menschenleben  und  Vorsehung  (1789  bis  1794 
6  Bde),  ,, Europäische  Fauna"  (Säugetiere;  die 
Fortsetzung  4.  bis  9.  Bd.  von  Donndorf ;  1791 
bis  1793). 

Literatur.  Allgemeine  Deutsche  Biographie  (Artikel 
von   CarnsJ  Bd.  g,  1879. 

W.   Harms, 


Goltz 

Friedrich  Leopold. 

1834  bis  1902,  seit  1872  Ordinarius  der 
Physiologie  in  Straßburg.  Er  wurde  in 
Posen  geboren,  studierte  in  Königsberg  i.  Pr., 
wo  er  Schüler  von  Helmholtz  war,  wurde  ana- 
tomischer Prosektor  daselbst,  nachdem  er  vorher 
chirurgischer  Assistent  gewesen  war  und  folgte 
1869  einem  Ruf  als  ordentlicher  Professor  der 
Physiologie  nach  Halle.  Goltz'  Arbeiten  be- 
treffen hauptsächlich  die  Physiologie  der  Nerven 
Zentren.  Er  veröffentliche  u.  a.  die  Mono- 
graphie „Beiträge  zur  Lehre  von  den  Funktionen 
der  Nervenzentren  des  Frosches"  (Berlin  1869); 
„Gesammelte  Abhandlungen  über  die  Verrich- 
tungen des  Großhirns"  (Bonn  1881),  sowie  eine 


104 


Goltz  —  Grapliische  Darstellung 


größere  Zahl  von  Aufsätzen  in  Pflügers 
Archiv.  Aus  der  älteren  Königsberger  Zeit 
stammen  Abhamlhmgen  über  Herzfunktion, 
Venentonus  und  ähnliche  Tliemata. 

Literatur.     Biogr.  Lex.  ed.  Pagel. 

J.  Pagel. 


Graben 


=  Grabenbruch,  in  der  Geologie  ein  ein- 
gesunkener Teil  zwischen  zwei  stehengeblie- 
benen oder  gehobenen  Horsten  (vgl,  den  Ar- 
tikel „Gebirgsbau"). 


(fr.aham 

George. 


(iramine 

Z6nobe  Theophile. 

Geboren  am  4.  April  1826  in  Jehay-Bodeguee, 
Provinz  Lüttich,  gestorben  am  20.  Januar  1901  in 
Bois-Colombes  bei  Paris.  Als  der  Sohn  eines 
Tischlers  erlernte  er  die  Schreinerei,  ging  1851 
nach  Lüttich,  1856  nach  Paris,  und  trat  1860  als 
Modellschreiner  bei  der  Compagnie  L'Alliance  ein, 
einer  Firma  zur  Erzeugung  von  elektrischem  Licht. 
Später  arbeitete  er  bei  Rühmkorff  und  Dis- 
deri.  1881  erwarb  er  den  Grand  prix  der  Aus- 
stellung, später  den  Voltapreis.  Unabhängig  von 
Pacinotti,  der  für  wissenschaftliche  Zwecke 
schon  1860  einen  Ringanker  verwendet  hatte, 
konstruierte  Gramme  einen  solchen  in  großem 
Maßstab;  er  ist  unter  den  Namen  Gramme - 
scher  oder  Pacinottischer  Ring  bekannt.  Durch 
Einfügung  desselben  in  die  Siemens  sehe 
dynamoelektrische  Maschine  wurde  diese  um  ein 
Bedeutendes  verbessert. 

Literatur.       Nekrolog     von    J,     Boyer,       Revue 
universelle,  1901. 

E.  Drude. 


Geboren  1675  in  Gratwick  in  Cumberland,  ge- 
storben am  16.  November  1751  in  London.  Er 
war  Uhrmacher  und  Mechaniker,  wurde  1716 
Assistent  of  the  Court  of  the  Compagny  of  Clock- 
makers  of  the  City  of  London,  1721  Master  da- 
selbst; 1728  wurde  er  Mitglied  der  Royal  So-  i,  Darstellung  von  Vorgängen,  die  von  einer 
ciety,  seine  Leiche  ist  in  der  Westminsterabtei  1  Komponente  abhängen :  a)  In  Skalenform,  b)  In 
bestattet  worden.  Graham  erwarb  sich  großes  kartesischen  Koordinaten,  a)  Aufzeichnung  von 
Verdienst  um  die  Verbesserung  der  Uhren;  er  ist    Beobachtungen.      ß)   Bewegungsvorgänge.       7) 


Graphische  Darstellung. 


der  Erfinder  der  ruhenden  Ankerhemmung,  die 
unter  dem  Namen  Grab  am  scher  Anker  bekannt 
ist,  sowie  der  Quecksilberkompensation  der  Pendel, 


Mathematische  Funktionen,  d)  Selbsttätig  re- 
gistrierende Apparate,  e)  Extremwerte,  c)  In 
logarithmischen  Koordinaten,     d)  In  Polarkoor- 


des  Lichtes  entdeckte. 


E.  Drude. 


Graham 

Thomas. 


1721.  Beobachtungen,  die  er  mit  der  Magnetnadel  1  dinaten.  2.  Darstellung  von  Vorgängen,  die  von 
ausführte,  führten  ihn  zur  Entdeckung  der  tag- [  z^vei  Komponenten  abhängen:  a)  Methode  der 
liehen  Pericde  der  magnetischen  Deklination.  \  Schnittkurven,  u)  Bezifferter  Grundriß.  ß) 
Für  die  Greenwicher  Sternwarte  verfertigte  er  Mehrfache  Bezifferung.  7)  Aufzeiclmung  von 
sehr  vollkommene  Instrumente,  u.  a.  den  großen  Beobachtungen,  d)  Anamorphose.  e)  Gerad- 
Mauerquadranten,  womit  Bradley  die  Aberration  I  liiiige  Nomogramme.  t)  Hexagonale  Nomo- 
T.„i,i.         ^j._i-^-  '  gramme.    b)  Methode  der  fluchtrechten  Punkte. 

a)  Parallelkoordinaten,  ß)  Verschiedene  Arten 
fluchtrechter  Nomogramme.  7)  Darstellung  von 
Beobachtungen.  3.  Darstellung  von  Vorgängen, 
die  von  mehr-  als  zwei  Komponenten  abhängen: 
a)  Kombinierte  fluchtrechte  Nomogramme.  b| 
Kombinierte  Schnittkurven-Nomogramme.  c) 
Binäre  Skalen,  d)  Mehrfach  bezifferte  Punkte, 
e)  Nomogramme  mit  beweglichen  Teilen-* 

Die  graphische  Darstellung  findet 
in  fast  allen  Gebieten  der  Naturwissenschaft 
umfangreiche  Verwendung.  Denn  man  ver- 
mag mit  ihrer  Hilfe  alle  quantitativen  Be- 
obachtungen, insbesondere  auch  solche,  die 
sich  vorläufig  noch  in  keine  Formel  fassen 
lassen,  übersichtlich  darzustellen  und  zwar 
läßt  sich  die  Abhängigkeit  des  Vorganges 
von  seinen  Komponenten  dabei  besser  über- 
sehen, als  wenn  man  die  Beobachtung  etwa 

Die  graphische 


Geboren  am  20.  Dezember  1805  in  Glasgow,  ge- 
storben am  16.  September  1869  in  London.  Er 
war  Professor  der  Chemie  zunächst  in  Glasgow, 
dann  am  University  College  in  London  und  wurde 
1855  zum  Direktor  des  königlichen  Münzwesens 
ernannt.  Graham  hat  grundlegende  Unter- 
suchungen über  die  Diffusion  der  Flüssigkeiten 
gemacht,  legte  den  Gegensatz  zwischen  Kolloiden 
und  Kristalloiden  fest  und  gab  zur  Trennung 
derselben  die  Methode  der  Dialyse  an,  1830. 
Weitere  Arbeiten  haben  zum  Gegeftstand  die 
Diffusion  der  Gase  durch  feste  Körper,  der  Kohlen- 
säure durch  Wasser,  die  Ausströmung  sowie  die  \  in   Tabellen    aufzeichnete 


innere  Reibung  der  Gase. 
Literatur.       JloJ'mann,       Gedächtnisrede     auf 
Thomas  G.     Berim  1H70. 

E.  Drude. 


Aufzeichnung  empfiehlt  sich  also  überall  da, 
wo  es  sich  um  Untersuchung  funktioneller 
Zusammenhänge  handelt.  Andererseits  dient 
die  graphische  Darstellung  dazu,  Rechen- 
tafeln, sogenannte  Nomogramme,    herzu- 


Grraphische  Darstellung 


105 


stellen,  aus  denen  man  ohne  jede  Kon- 
struktion oder  Rechnung  den  Wert  einer 
von  gewissen  Daten  abhängigen  Größe  für 
jeden  beliebigen  Wert  dieser  Daten  sofort 
ablesen  kann. 

I.  Darstellung  von  Vorgängen,  die  von 
einer   Komponente    abhängen.        la)    In 
S  kalenf  er  m.  Zunächst  betrachten  wirFunk- 
tionen  zweier  Variablen  oder,  wenn  man 
den  Wert  der  einen  Variablen  als  abhängig 
von  der  anderen  ansieht,  Vorgänge,  die  von 
einer  Veränderlichen  —  etwa  der  Zeit  —  ab- 
hängig sind.    Bisweilen  läßt  sich  der  Verlauf 
derartiger  Erscheinungen  praktisch  in  Form 
einer  Skala  darstellen.    Um  ein  Beispiel  zu 
wählen,  kann  man  irgendeinen  mit  Spiegel 
und  Skala  beobachteten  Vorgang  —  etwa  die 
elastische  Nachwirkung  nach  Torsion  eines 
Drahtes  —  so  darstellen,  daß  man  an  einer  der 
Beobachtungsskala     ähnlichen     Skala     die 
Punkte  markiert,  die  zu  bestimmten  Zeiten 
beobachtet  worden  sind.    Dabei  muß  natür- 
lich an  jedem  Beobachtungsstrich  die  Zeit 
notiert  werden.     Man  wird  so  ein  Bild  er- 
halten, wie  es  Figur  1  zeigt.    Mathematische 
Funktionen   werden   bisweilen    ebenso    dar- 
gestellt.   Auch  hier  schreibt  man  an  die  ein- 
zelnen Teilstriche  nicht  etwa  den  Wert  der 
Funktion,  sondern  den  der  Variablen.   Dabei 
wird  man  die  Variable  in  einem  bestimmten 
Bereich  am  besten  um  gleiche  Größen  wachsen 
lassen,  da  man  dann  nicht  an  jeden  Teilstrich 
den  Wert  der  Variablen  zu  schreiben  braucht. 
Bestimmte  Teilstriche  wird  man  durch  ihre 
Länge    hervorheben,    um    der    Skala   mehr 
Uebersichtlichkeit  zu  geben.  Ferner  empfiehlt 
es  sich,  die  Variable  so  wachsen  zu  lassen,  daß 
die  Teilstriche  nicht  wesentlich  dichter  als 
1  mm  liegen,  was  man  eben  dadurch  erreicht, 
daß  man  den  Zuwachs  der  Variablen  nur  für 
bestimmte  Intervalle  unverändert  läßt;  bei 
einiger  Uebung  vermag  man  dann  noch  den 
zehnten  Teil  des  Zuwachses  zu  schätzen.  Will 
man  eine  solche  Skala  anfertigen,  so  über- 
schlägt man  zunächst  einmal,  wie  groß  die 
Längeneinheit  sein   muß,   damit   die   Skala 
den  zur  Verfügung  stehenden  Raum  ausfüllt ; 
man  wählt  als  Längeneinheit  dann  eine  runde 
Zahl,  die  in  der  Nähe  der  so  gefundenen 
Größe  liegt.   Wie  im  einzelnen  eine  derartige 
Skala  anzufertigen  ist,  zeigt  Figur  2,  die  die 
Funktion  log  x  darstellt,   eine  Darstellung, 
die  man  übrigens  auf  jedem  Rechenschieber 
findet.   Bisweilen  empfiehlt  es  sich  auch,  die 


selben  Richtung  verläuft,  da  die  Zeichnung 
sonst  unübersichtlich  wird  Wächst  und 
fällt  der  Wert  der  aufzuzeichnenden  Größe, 
so  ist  es  übersichtlicher,  auf  einer  Geraden 
den  Wert  der  veränder- 
lichen Komponente  ab- 
zutragen —  etwa  so, 
daß  gleichen  Zunahmen 
gleiche  Strecken  ent- 
sprechen —  und  senk- 
recht dazu  Strecken, 
deren  Länge  dem  Wert 
der  beobachteten  Größe 
in  dem  betreffenden 
Punkte  proportional  ist, 
d.  h.  man  trägt  in  einem 
rechtwinkeligen  Ko- 
ordinatensystem zur 
veränderlichen  Kom- 
ponente als  Abszisse 
diebeobachteteGröße 
als  Ordinate  auf.    Am 


=-9,5 
-9 


^5,5 


^J^^ 


^J.S 


1    ——32" 
=  —  64" 


-2.5 


Fig.  1. 


Fig.  2. 


besten  benutzt  man  dazu  das  überall  käuf- 
liche Millimeterpapier.  Diese  Art  der  Dar- 
stellung wird  bei  weitem  am  häufigsten  ver- 
wandt (vgL  z.  B.  Auerbach,  Physik  in 
graphischer  Darstellung;  Leipzig  1912).  Kann 
man  annehmen,  daß  kleinen  Veränderungen 
der  Komponente  auch  kleine  Veränderungen 
der  beobachteten  Größe  entsprechen  und 
daß  der  Vorgang  nach  einem  einfachen  Gesetz 
verläuft,  so  kann  man,  wenn  die  Beobach- 
tungen genügend  dicht  liegen,  durch  die  End- 
punkte der  Senkrechten  eine  möglichst  glatte 
Kurve  hindurch  legen.  Man  kann  dann  an- 
nehmen, daß  die  Ordinaten  der  Kurve  mit 

^ ,         großer  Annäherung  den  Wert  der  beobach- 

Funktion  mit  äquidistanten  Teilstrichen  auf- Iteten  Größe  auch  für  die  Punkte  geben,  für 


zuzeichnen,  die  Zunahme  der  Variablen  ist 
dann  aber  von  Teilstrich  zu  Teilstrich  eine 
andere,  ihr  Wert  muß  daher  an  jedem  Teil- 
strich notiert  werden. 

ib)  Kartesische  Koordinaten,  a) 
Aufzeichnung  von  Beobachtungen. 
Die  obige  Art  der  Darstellung  ist  nur  zu 
empfehlen,  wenn  der  Vorgang  stets  in  der- 


welche     keine     Beobachtungen      vorliegen 
(„graphische  Interpolation")- 

Beim  Einzeichnen  der  Kurve  hat 
man  zwei  Fälle  zu  unterscheiden.  Erstens 
kann  die  Genauigkeit  der  Beobachtung 
mindestens  gleich  der  Genauigkeit  der  Zeich- 
nung sein.  Dann  hat  man  eine  möglichst 
glatte  Kurve  zu  zeichnen,  die  genau  durch 


106 


Grai)hische  Darstellung 


die  sämtlichen  Punkte  hindurchgeht.  Bei 
Fiiiiir  3  ist  das  doi  F;ill;  sie  zeigt,  wie  in 
dieser  Art  der  Darstellung  eine  Barometer- 
kurve aussehen  würde,  die  nach  3  Tages- 


WÜ<j 
765 

'^ 

\ 

, 

/ 

^^ 

V 

/ 

755' 
750 

^ 

^ 

/ 

f\ 

) 0 

V 

-/ 

"?%2%  2VlS    2%    2%    2%    30;iy      l/y      2/^      3/^      4/^      5/v 

Fig.  3. 

beobachtungen  zusammengestellt  ist.  Der 
zweite  Fall  ist  der,  daß  die  Genauigkeit  der 
beobachteten  Werte  geringer  als  die  der 
Zeichnung  ist.  Dann  werden  die  beobach- 
teten Werte  nicht  auf  der  zu  zeichnenden 
Kurve  liegen,  sondern  teils  oberhalb,  teils 
unterhalb.  Können  wir  annehmen,  die  Be- 
obachtungen seien  frei  von  systematischen 
Fehlern,  es  handle  sichnurumzufällige Fehler, 


so  müßte  genau  genommen  die  Größe  der 
Abweichung  der  Punkte  von  der  Kurve  dem 
I  Gaußschen  Fehlergesetz  folgen.  In  praxi 
wird  man  der  wahren  Form  der  Kurve  nahe 
I  kommen,  wenn  etwa  gleichviel  Punkte  zu 
beiden  Seiten  der  Kurve  liegen. 

Um  nun  aus  beobachteten  Punkten  Punkte 
zu  bekommen,  die  die  gesuchte  Kurve  besser 
annähern,  hat  Berg  er  (Zeitschrift  für  Mathe- 
matik und  Physik  59,  1903)  folgenden  Vor- 
schlag   gemacht:    Man    lege    den    einzelnen 
Beobachtungen     ein     bestimmtes     Gewicht 
bei   und   bestimme  graphisch   den    Schwer- 
punkt je  zweier  Beobachtungspunkte;  mei- 
stens wird  man  dann  Punkte  erhalten,  die 
der  gesuchten  Kurve  näher  liegen,  als  die 
beobachteten.    Im  allgemeinen  wird  man  die 
Beobachtungen   als   gleichwertig   anzusehen 
haben,  so  daß  man  den  Halbierungspunkt  der 
Verbindungslinie  als  Schwerpunkt  zu  nehmen 
hat.  Wie  in  diesem  Fall  Größe  und  Richtung 
der    Schwerpunktsfehler    mit    den    Fehlern 
der  beobachteten  Punkte  zusammenhängen, 
ersieht  man  aus  den  Figuren  4a  bis  4e.    Im 
Falle  a,  der  bei  zufälligen  Fehlern  wohl  am 
häufigsten  eintritt,  ebenso  wie  im  Falle  b 
haben  wir  stets,  im  Falle  d  meistens  eine  Ver- 
besserung, im  Falle  c  dagegen  stets  eine  Ver- 
schlechterung, doch  wird  diese  ebenso  wie 
die  Verbesserung  im  Falle  b  und  d  im  all- 
gemeinen   nicht    sehr    groß 
sein.     Im  Falle    e    kann  der 
Punkt    bald    näher    an    die 
Kurve     heranrücken,     bald 
sich  von  ihr  entfernen.    Die 
Figuren    5  a   und   5  b   zeigen 
ferner,   daß  der  Einfluß  des 
Fehlers     auf     den     Verlauf 
der    Kurve    um    so    größer 
wird,  je  geringer  die  Neigung 
der  Kurve    ist.     Ist    A    der 
Fehler,  so  ist  die  Abweichung 


Fig.  5a. 


Fig.  4a — e. 


Fig.  5b. 


Grraplüsche  Darstellung 


107 


d  der  Kurve  mit  dem  Neigungswinkel  a  be- 
stimmt durch 

d  =  zl  cos  a. 
ß)      Bewegungs  Vorgänge.  Durch 

diese  Art  der  Darstellung  vermag  man  sich 
besonders  leicht  einen  Ueberblick  über  alle 
Bewegungsvorgänge  zu  verschaffen.  Dabei 
trägt  man  als  Abszisse  die  Zeit  auf;  je  nach- 
dem man  dazu  den  Weg,  die  Geschwindigkeit 
oder  die  Beschleunigung  als  Ordinate  auf- 
trägt, erhält  man  Weg-Zeit-,  Geschwindig- 
keit-Zeit- oder  Beschleunigung-Zeit -Dia- 
gramme. Am  häufigsten  findet  man  Weg-Zeit- 
diagramme. In  ihnen  wird  eine  gleich- 
förmige Bewegung  durch  eiue  Gerade,  eine 
gleichmäßig  beschleunigte  Bewegung  durch 
eine  Parabel  dargestellt.  In  Form  eines  Weg- 
Zeitdiagramms  entwirft  man  z.  B.  Eisen- 
bahnfahrpläne. Auch  die  im  Innendienst  ver- 
wandten Fahrpläne  sind  graphisch,  da  man 
mit  ihrer  Hilfe  einen  leichteren  Ueberblick 
über  ,  das  Sicheinholen  und  das  Sichbe- 
gegnen der  Züge  gewinnen  kann,  als  mittels 
der  dem  Publikum  in  die  Hand  gegebenen 
tabellarischen  Fahrpläne.  Auch  über  die 
Schnelligkeit  der  einzelnen  Züge,  die  durch 
die  größere  oder  geringere  Neigung  ihrer 
Geraden  bestimmt  ist,  erhält  man  so  schneller 
Auskunft.  Wie  ein  solcher  Fahrplan  etwa 
aussehen  könnte,  zeigt  Figur  6,  die  aber  nur 
ein  Ausschnitt  ist,  auf  dem  die  Güterzüge 
fehlen. 


Bielefeld  r- 


Brake 


Herford 


Lohen 


10''  ir 
Personenzus 
Lokalzua- 


Fig.  6. 


y)  Mathematische  Funktionen. 
Weiter  vermag  man  sich  am  besten  in  dieser 
Art  der  Darstellung  einen  Ueberblick  über 
den  Verlauf  vieler  Funktionen  zu 
verschaffen,  die  durch  einen  mathematischen 
Ausdruck  gegeben  sind.  Hier  seien  nur  einige 
der  für  die  Naturwissenschaften  wichtigsten 
angegeben.  Die  ausgezogene  Kurve  der 
Figur  7  zeigt  den  Verlauf  von  e^',  während 
die  gestrichelte  Kurve  die  z.  B.  für  alle 
Abklingungserscheinungen  wichtige  Funktion 
e— '^  darstellt.  Sollte  man  die  Funktionen 
a+  e^  oder  a+e-^'  nötig  haben,  so  brauchte 


man  nur  die  x- Achse  parallel  mit  sich  um 
a-Einheiten  ins  Negative  zu  verschieben; 
a— e='  oder  a— e-''  würde  man  erhalten, 
wenn  man  bei  unveränderten  Kurven  die 
positive    Richtung    der    y-Achse    mit    der 


9 

/ 

\ 
\ 

8 

/ 

i 

7 

' 

\ 

6 

5 

4 

i 

\v^ 

3 

// 

\^-^    ^ 

?,.'■'/ 

\.^ 

-^^ 

"~~-- 



Fig.  7. 


negativen  vertauscht  und  dann  eine  Ver- 
schiebung der  X-Achse  nach  y  =  —  a  vor- 
nimmt. Vertauscht  man  die  positive  x- 
und  y-Achse  miteinander,  so  erhält  man 
aus  y  =  e^  die  Funktion  y  =  In  x.  Die 
strichpunktierte  Kurve,  die  durch  Addition 
der  Ordinaten  der  beiden  anderen  ge- 
funden ist,  zeigt  die  Kettenlinie  y  = 
e''  +  e-x.  Man  sieht,  daß  man  eine  neue 
Kurve  auf  rein  graphischem  Wege  ohne 
Rechnung  aus  einer  oder  mehreren  anderen 
Kurven  konstruieren  kann.  Indessen  soll 
hier  auf  die  Methoden  des  graphischen 
Rechnens  nicht  eingegangen  werden.  Figur  8 


'Y 

/ 

0 

-1 

' 

n 

\ 

IT             / 

2Tt 

zeigt  weiter  die  Sinuslinie.  Durch  diese 
selbst  oder  durch  Uebereinanderlagern  meh- 
rerer solcher  Sinuslinien  mit  verschiedenen 
Perioden  und  Phasen  lassen  sich  Annähe- 
rungskurven für  jede  periodische  Kurve 
finden  (vgl.  den  Artikel  ,,Fouriersches 
Theorem"),  insbesondere  lassen  sich  also 
alle  ungedämpften  Schwingungsvorgänge  so 
darstellen.  Endlich  zeigt  Figur  9  eine  ge- 
dämpfte Schwingung.  Mathematisch 
werden  diese  Vorgänge  durch  Formeln 
der    Form   ZAne-^^  sin  bn7r(x  +  Cn)     dar- 


108 


Graphische  Darstellung 


gestellt.  Untenstehende  Kurve  hat  die  |  verbinden,  da  das  leicht  den  Anschein  er- 
Glcichung  e— ^  cos  nx.  Die  angeführten  Bei-  weckt,  als  gäbe  auch  für  die  nicht  beobach- 
spiele  mögen  genügen.  Es  sei  nur  noch  er-  teten  Werte  der  Komponente  die  Ordinate 
wähnt,  daß  man  die  Maßeinheiten  für  die  j  den  Wert  der  veränderlichen  Größe.  Man 
Ordinaten    und    Abszissen    durchaus    nicht  verbindet  hier  lieber  die  Punkte  durch  einen 

gebrochenen  Zug  gerader  Linien.  In  Figur  10 


e^CGS  TiX 

%\ 

■•/2         >y 

'A             \ 

y 

-^ 

0 

1         y 

2 

-v+ 

^ 

"I 


5°$- 


Fig.  9. 

gleich  zu  wählen  braucht,  sondern  dieselben 
unabhängig  voneinander  in  jedem  einzelnen 
Falle  passend  bestimmt.  Die  Diskussion 
einer  großen  Anzahl  auch  für  die  Natur- 
wissenschaften in  Betracht  kommender 
mathematischer  Kurven  findet  sich  in  G. 
Loria,  Spezielle  algebraische  und  trans- 
scendente  Kurven,  2.  Aufl.  Leipzig  1910/1911. 

(5)  Selbsttätigregistrierende  Ap- 
parate. Fast  alle  selbsttätigregistrierenden 
Apparate  zeichnen  ihre  Kurven  in  karte- 
sischen  Koordinaten  auf;  so  gibt  z.  B.  der 
Indikator  den  Druck  im  Zylinder  der  Dampf- 
maschine als  Funktion  des  Volumens.  Bei 
manchen  Apparaten  bedingt  es  allerdings 
die  Konstruktion,  daß  die  Ordinaten  nicht 
längs  zur  Abszissenachse  senkrecht  stehender 
Geraden  zu  messen  sind,  sondern  längs  Kreis- 
bogen von  konstantem  Radius,  so  z.  B.  beim 
Barographen,  Thermographen,  den  meisten 
Seismographen  usw.,  die  Luftdruck,  Tem- 
peratur, Erdbewegung  usw.  als  Funktionen 
der  Zeit  auftragen.  Die  meisten  selbst- 
registrierenden Apparate  zeichnen  übrigens 
die  Vorgänge  als  Fnnktion  der  Zeit  auf,  so 
z.  B.  der  Oszillograph  die  elektrische  Strom- 
stärke oder  Spannung  (vgl.  den  Artikel 
„Elektrischer  Strom"). 

e)  Extremwerte.  Bisher  war  stets 
von  kontinuierlichen  Veränderungen  die 
Rede.  In  gewissen  Fällen  beobachtet  man 
nun  für  einen  bestimmten  Bereich  der  ver- 
änderlichen Komponente  nur  einzelne 
ausgezeichnete  Werte.  Besonders  ist 
das  bei  periodischen  Vorgängen  der  Fall,  bei 
denen  man  oft  nur  den  Minimal-  und  Maxi- 
malwert einer  Periode  aufzeichnet.  Die  so 
gefundenen  Punkte  pflegt  man  nicht  durch 
eine    kontinuierlich    gekrümmte    Kurve    zu 


V.. 


-i' 


/ 


\   \ 


rf 


Y- 


2%25/c    26/b    27/ß,   28/ß,    2%  SO/ß,      1/,       2/^      3/^     4/^      5/y 

Fig.  10. 


ist  so  die  maximale  und  minimale  Tages- 
temperatur aufgezeichnet.  Solche  ge- 
brochenen Kurven  wird  man  besonders 
häufig  bei  Darstellung  von  statistischen  Er- 
gebnissen zu  verwenden  haben,  während  es 
sich  bei  den  für  uns  in  Betracht  kommenden 
Vorgängen  meistens  um  Größen  handelt, 
die  wenigstens  in  bestimmten  Bereichen  sich 
stetig  ändern. 

ic)  Logarithmische  Koordinaten. 
Bei  den  bisher  besprochenen  Arten  der  Dar- 
stellung entsprachen  stets  gleichen  Aende- 
rungen  der  Variablen  auch  gleiche  Strecken 
der  Zeichnung.  Nicht  immer  ist  das  von  Vor- 
teil, sondern  bisweilen  läßt  man  auch  je 
nach  der  Größe  der  Variablen  demselben 
Zuwachs  verschieden  große  Strecken  ent- 
sprechen. Derartige  sogenannte  funktio- 
nale Maßstäbe  kann  man  in  beliebiger 
Zahl  herstellen.  Für  die  Darstellung  be- 
obachteter Größen  kommt  eigentlich  nur 
einer  in  Betracht;  man  trägt  anstatt 
Längen,  die  der  Variablen  selbst  ent- 
sprechen, vom  Nullpunkt  aus  Strecken  auf, 
deren  Länge  proportional  dem  Logarith- 
mus der  Variablen  sind.  Meistens  pflegt  man 
nur  die  unabhängige  Variable  im  logarith- 
mischen Maßstabe  aufzutragen,  während 
man  für  die  beobachtete  Größe  den  gewöhn- 
lichen Maßstab  verwendet.  Da  bei  dieser 
Art  der  Darstellung  gleichen  Werten  der 
Zlx 

Größe  — ,  d.  h.  also  gleichem  prozentualen 

Zuwachs  gleiche  Strecken  entsprechen,  so 
empfiehlt  sie  sich  stets  dann,  wenn  prozen- 
tual gleichen  Zunahmen  der  Komponente 
annähernd  absolut  gleiche  Aenderungen  der 
beobachteten  Größe  entsprechen.    In  diesem 


Grraphische  Darstellung 


109 


Falle  würde  nämlich  die  unter  i  b  besprochene 
Art  der  Darstellung  unübersichtlich  und  un- 
handlich werden,  oder  wenn  man  einen 
kleinerenMaßstab wählen  würde,  in  einzelnen 
Partien  zu  ungenau.  Vorgänge,  die  nach  dem 
Gesetz 

y  =  a  lg  X  +  b 
verlaufen,  werden  in  dieser  logarithmischen 
Darstellung  durch  gerade  Linien  wiederge- 
geben. Koordinatenpapier,  das  auf  einer 
Achse  mit  logarithmischer,  auf  der  anderen 
mit  gewöhnlicher  Einteilung  versehen  ist, 
ist  im  Handel  zu  haben.  Auf  solchem  Papier 
zeigt  Figur  11  eine  Beobachtungsreihe  wieder- 


3      4    5   6  7  691  2 

Fig.  11. 


5      4    5   6  7891 


gegeben,  die  die  Abhängigkeit  des  Ausschlags- 
winkels an  der  Coulombschen  Drehwage  von 
der  Zeit  gibt.  Will  man  derartiges  Koordi- 
natenpapier nicht  benutzen,  so  braucht  man 
die  Intervalle  für  die  unabhängige  Variable 
nur  so  zu  wählen,  daß  sie  eine  geometrische 
Reihe  bilden;  man  kann  dann  gewöhnliches 
Millimeterpapier  verwenden,  wie  es  z.  B. 
in  Figur  12  geschehen  ist,  welche  die  in  Figur  1 


2 1^_ 

1 ^nL 

0  __ 


16      32      64    128    256 


entsprechen,  ist  es  umgekehrt  praktisch, 
jene  in  gewöhnlichem  Maßstabe  dagegen  den 
Logarithmus  der  beobachteten  Größe  ab- 
zutragen. In  diesem  Falle  werden  Vorgängen, 
die  durch  y  =  a  e'J^  dargestellt  sind.  Gerade 
entsprechen,  Beobachtungen  über  Leitungs- 
vermögen usw.  werden  daher  bisweilen  prak- 
tisch in  dieser  Art  dargestellt. 

Auf  den  Fall,  daß  man  sowohl  x  wie  y 
logarithmisch  aufträgt,  werden  wir  weiterhin 
zu  sprechen  kommen.  Auch  für  derartige 
Auftragungen  ist  Koordinatenpapier  im 
Handel  zu  haben.  Es  sei  noch  bemerkt,  daß 
man  bei  der  logarithmischen  Darstellung 
den  Maßstab  der  Kurve  ändern  kann,  ohne 
sie  umzeichnen  zu  müssen,  denn  die  Ver- 
schiebung einer  Achse,  z.  B.  der  y-Achse, 
wenn  x  logarithmisch  aufgetragen  ist,  ist 
hier  gleichbedeutend  mit  einer  Multiplikation 
der  Variablen  x  mit  einem  konstanten  Faktor. 

id)  Polarkoordinaten.  Periodische 
Vorgänge  stellt  man  bisweilen  auch  wohl 
in  Polarkoordinaten  dar.  Eine  einfache 
Sinusschwingung  kann  man  etwa  durch  einen 
Kreis  repräsentieren.  Die  eigentliche  Be- 
wegung erhält  man  dann,  indem  man  die  Be- 
wegung eines  mit  konstanter  Winkelge- 
schwindigkeit auf  diesem  Kreise  laufenden 
Punktes  auf  irgendeine  durch  den  Null- 
punkt gehende  Gerade  projiziert  denkt. 
Eine  Sinusschwingung  mit  der  Amplitude 
a^  und  der  Periode  T^  wird  also  gewisser- 
maßen durch  eine  Kurbel  von  der  Länge  ai 
dargestellt,  die  mit  der  Winkelgeschwindigkeit 

fp-  rotiert.    Man  kann  sich  nun  an  das  Ende 

1 1 

dieser  Kurbel  eine  zweite  angesetzt  denken 

von  der  Länge  aj,  die  mit  der  Geschwindigkeit 

2ji 

™-  rotiert,  an  diese  wieder  eine  dritte  usw. ; 

1  2 

projiziert  man  den  Endpunkt  der  letzten 
Kurbel  auf  eine  durch  den  Nullpunkt  gehende 
Gerade  so  erhält  man  eine  Bewegung  der 
Form 


Fig.  12. 


in  Skalenform  gegebene  Beobachtung  über 
elastische  Nachwirkung  zeigt, 

Wenn  absolut  gleichen  Zunahmen  der 
unabhängigen  Veränderlichen  relativ  gleiche 
Aenderungen  der  beobachteten  Größe  — 
wenisfstens    der     Größenordnung    nach    — 


LiSin|^nR-t  +  9?!  I- 


.      ,27C 

+  agsm  f?r  t+  9?2   +• 


falls  zurzeit  t  =  0  die  Kurbeln  mit  der  festen 
Richtung  die  Winkel  (p^,  (pz-..  bilden.  Ist 
die  Schwingung  gedämpft,  hat  also  etwa  die 
Gleichung  Ae^q^sin  {h(p-\-  c),  so  erhält  man 
keinen  Kreis,  sondern  eine  logarithmische 
Spirale  mit  der  Gleichung 

r  =  Ae'^f 

Eine  solche  Spirale  mit  der  Gleichung  r  =  e-^* 
zeigt  die  Figur  13.  Durch  sie  wird  also  eine  ge- 
dämpfte Schwingung  repräsentiert  ganz 
ähnlich  der  in  Figur  9  dargestellten.  Die 
wirkliche  Bewegung  erhält  man  wieder,  wenn 
man  die  Projektion  eines  mit  konstanter 
Winkelgeschwindigkeit  auf  der  Spirale  laufen- 
den Punktes  auf  eine  durch  den  Nullpunkt 


110 


Grapliische  Darstellung 


aeheiule  Gerade  nimmt  (vgl.  Loria,  Bd.  II, '  gleichen  Abständen  und  wähltfür  ihreHöhen 
'\bschn    VI    Kap.  7).     "  möglichst  runde  Zahlen.    Je  dichter  an  einer 

Fine  andere  «Gelegentlich  vorkommende  Stelle  diese  Höhenlinien  liegen,  desto  stärker 
Kurve  ist  die  A^rchimedische  Spirale  mit  ist  hier  die  Veränderung  der  beobachteten 
der  Glei>hun"-  r  =  a<r,  auf  die  ich  aber  Größe.  In  der  Kartenprojektion  ist  die  Art 
hier  nicht  weiter  eingehe  (Näheres  s.  Loria,   der    Darstellung    durch    Höhenlimen    ganz 

1  gebräuchlich.     Die  Figur  14  gibt  eine  Dar- 


10 
9 
8 
7 
6 
5 
4 
3 
2 

V 

' 

bn 

1 

\  \ 

\    \ 

\  -^ 

\\ 

\\ 

^  \ 

\V^ 

\ 

\\ 

\     \ 

\  \. 

\\ 

y 

C\' 

\\ 

s^. 

\ 

\ 

\^ 

\\ 

V 

vN 

^1^ 

\ 

\    ' 

\^' 

.\ 

V 

s^ 

^ 

v 

\ 

\ 

\ 

\ 

\ 

\^ 

\j 

\ 

"^ 

\d 

\       ' 

\ 

\ 

\^ 

\ 

N 

\ 

\^ 

\ 

\ 

N 

\ 

V 

\ 

"^ 

^ 

^ 

\^ 

\ 

^ 

^ 

::::^ 

V 

"~^ 

--- 

"~ — 

P 

Bd.  II,  Abschn.  VI,  Kap.  4  bis  6).  Erwähnt 
sei  ferner,  daß  man  zu  der  Darstellung  in 
Polarkoordinaten  auch  die  Aufzeichnung 
von  Vektoren  durch  Strecken  von  be- 
stimmter Länge  und  Richtung  rechnen  kann. 
Was  graphische  Zusammensetzung  und  Zer- 
legung von  Vektoren  betrifft,  so  sei  auf  Lehr- 
bdeher der  Vektoranalysis  und  graphischen 
Statik  verwiesen  (vgl.  auch  den  Artikel 
,, Physikalische    Größen"). 

2.  Darstellung  von  Vorgängen,  die  von 
2  Komponenten  abhängen.  2a)  Methode 
der  Schnittkurven.  a)  Bezifferter 
Grundriß.  Sollen  nun  weiter  Beobach- 
tungen von  Vorgängen  dargestellt  werden, 
die  von  zwei  Komponenten  abhängen  — d.h. 
handelt  es  sich,  mathematisch  gesprochen, 
um  Gleichungen  zwischen  drei  Variablen  — , 
so  kann  man  sich  dieselben  räumlich  auf- 
gezeichnet denken.  Dabei  wird  man  die 
beiden  Komponenten  zu  kartesischen  Ko- 
ordinaten der  Ebene  machen  und  senkrecht 
dazu  die  Beobachtungen  auftragen.  Die 
Endpunkte  aller  dieser  Senkrechten  werden 
auf  einer  Fläche  im  Raum  liegen  und  es 
kommt  darauf  an,  diese  Fläche  passend 
zeichnerisch  darzustellen.  An  und  für  sich 
könnte  man  dazu  irgendeine  der  Projektions- 
arten der  darstellenden  Geometrie  nehmen; 
doch  wählt  man  als  praktischste  Darstellungs- 
art fast  stets  den  bezifferten  Grundriß.  Man 
schneidet  die  Fläche  durch  zum  Grundriß, 
in  dem  die  Komponenten  aufgetragen  sind, 
parallele  Ebenen  in  bestimmter  Höhe,  zeich- 
net die  Schnittkurven  im  Grundriß  ein  und 
setz^t  als  Ziffer  die  zugehörigen  Höhen  daran. 
Um  ein  übersichtliches  Bild  zu  erhalten, 
nimmt  man  natürlich  die  Schnittebenen  in 


01         23456789        10 

Fig.  14. 

Stellung  des  Boyle-Mariotteschen Gesetzes 
p.v  =  c;  p  und  v  sind  dabei  als  unab- 
hängige, c  als  abhängige  Variable  betrachtet. 
Hat"  man  zu  einem"  Volumen  v  den  zuge- 
hörigen Druck  p  festgelegt,  ?o  kann  man  dar- 
aus c  finden.  Alle  anderen  Werte  p  und  vsind 
für  diese  Gasmasse,  falls  sich  die  Temperatur 
nicht  ändert,  durch  die  so  gefundene  c-Kurve 
bestimmt.  Die  c-Kurven  sind  Hyperbeln. 
Man  sieht  aus  der  Figur,  wie  man  durch 
stärkeres  und  schwächeres  Ausziehen  der 
Kurven  eine  solche  Darstellung  übersicht- 
licher machen  kann.  Natürlich  kann  man  die 
Kurven  nicht  allzu  dicht  zeichnen,  erhält 
man  einen  Wert  c,  dessen  Kurve  nicht  ein- 
gezeichnet ist,  so  kann  man  durch  Inter- 
polation nach  Augenmaß  diese  leicht  zwischen 
die  vorhandenen  einzeichnen  oder  sich  ein- 
gezeichnet denken.  Blätter,  wie  die  in 
Figur  14  u.  f.  dargestellten,  werden  auch  als 
graphische  Multiplikationstafeln  benutzt. 

ß)  Mehrfache  Bezifferung.  Liegt 
für  irgendein  Gesetz  ein  solches  Blatt,  das 
für  einen  bestimmten  Wertebereich  gilt, 
fertig  vor,  so  beherrscht  man  damit  häufig 
noch  andere  Bereiche  der  Variablen.  Wenn 
man  z.  B.  in  Fig.  14  den  Parallelen  zur  x- 
Achse  statt  der  Werte  v  =  0  bis  10  die  Werte 
0,  10,  20  .  . .  100  zuordnet  und  entsprechend 
die  Werte  von  c  mit  10  multipliziert,  so  gilt 
die  Tafel  jetzt  für  Werte 

0<v<100;  0<p<10;  0<c<1000; 

genau  so  kann  man  dieselbe  Zeichnung  be- 
nutzen für  Bereiche 


Graphische  Darstellung 


111 


0<v<10;    0<p<100;  0<c<1000 
0<v<100;  0<p<100;  0<c<10000 

usw.  Durch  mehrfache  Bezifferung  der 
Kurven  vermag  man  also  bisweilen  den  Be- 
reich, für  welchen  eine  Zeichnung  ange- 
fertigt ist,  zu  erweitern.  In  welcher  Weise  die 
verschiedenen  Bezifferungen  zu  wählen  sind, 
ist  abhängig  von  dem  dargestellten  Gesetz. 
Beim  Gebrauch  des  Blattes  wählt  man 
natürlich  die  Bezifferungsgruppe  immer  so, 
daß  man  die  größte,  mit  der  Zeichnung 
mögliche  Genauigl^eit  erreicht. 

y)  Aufzeichnung  von  Beobachtun- 
gen. Die  Darstellung  im  bezifferten  Grund- 
riß läßt  sich  auch  sehr  gut  zur  Aufzeichnung 
von  Beobachtungen  verwenden.  Das  zeigen 
z.  B.  die  Wetter liarten,  in  denen  der  Luft- 
druck als  Funlvtion  der  geographischen  Länge 
und  Breite  aufgetragen  ist.  Man  verfährt 
da  so,  daß  man  die  Funldion  für  irgend- 
welche Punkte  beobachtet  und  einträgt;  dann 
stellt  man  durch  Interpolation  zwischen  den 
so  erhaltenen  Punkten  fest,  wo  die  Funktion 
runde  Werte  annimmt,  trägt  diese  Punkte 
ein  und  verbindet  die  gleich  bezifferten  durch 
Höhenkurven.  Braucht  die  Darstellung  nicht 
sehr  genau  zu  sein,  so  kann  man  annehmen, 
die  Funktion  variiere  längs  der  geraden 
Verbindungslinie  zweier  Punkte  im  Grundriß 
linear.  Soll  die  Darstellung  genauer  sein,  so 
ordnet  man  die  Punkte  längs  bestimmter, 
stetig  gelirümmter  Kurven  an,  trägt  die  be- 
obachteten Werte  in  einer  Hilfszeichnung 
als  Funktion  der  Bogenlänge  auf,  legt  durch 
die  gefundenen  Punkte  eine  Kurve  und 
schneidet  diese  durch  Höhenlinien.  Die 
Abszissen  der  Schnittpunkte  überträgt  man 
dann  nebst  der  zugehörenden  Höhenziffer 
wieder  in  die  ursprüngliche  Figur.  Hat 
man  das  für  eine  Reihe  von  Kurven  getan, 
so  legt  man  eine  möglichst  glatte  Kurve  als 
Höhenlinie  durch  die  gefundenen  Punkte,  die 
natürlich  dazu  genügend  dicht  liegen  müssen. 
Kann  man  bei  der  Beobachtung  die  Kom- 
ponenten willkürlich  verändern,  so  verfährt 
man  am  besten  so,  daß  man  zunächst  einmal 
die  eine  derselben,  etwa  y,  unverändert  läßt 
und  nur  die  andere,  also  x,  variiert;  man 
kann  so  für  eine  Parallele  zur  x-Achse  Punkte 
finden,  dierunden Bezifferungen  entsprechen, 
dann  gibt  man  y  einen  anderen  Wert  und 
verfährt  genau  so  usw. 

In  etwas  anderer  Form  pflegt  man  Beobach- 
tungen, die  sich  auf  ternäre  Gemische  beziehen, 
aufzuzeichnen.  Auch  hier  hat  man  im  Grundriß 
zwei  Variable  aufzutragen,  nämlich  das  Mischungs- 
verhältnis der  ersten  zur  dritten  und  der  zweiten 
zur  dritten  Substanz.  Doch  wählt  man  hier  meist 
nicht  gewöhnliche  kartesische,  sondern  sogenannte 
baryzentrische  Koordinaten,  wo  dann  die  ganze 
Darstellung  das  innere  eines  —  meist  gleich- 
seitig gewählten  —  Dreiecks  ausfüllt.  Einzel- 
heiten findet  man  z.   B.  in  den  Aufsätzen  von 


Jan  ecke,  Zeitschrift   für  anorganische  Chemie 
1906  (S.  132  bis  159)  1907,  Kali  1911,  1912  usw. 

(5)  Anamorphose.  Soll  man  für  ein 
gegebenes  Gesetz  ein  Rechenblatt,  ein  so- 
genanntes Nomogramm  herstellen,  so 
kommt  es  darauf  an,  x  und  y  so  in  die  Glei- 
chung als  Variable  einzuführen,  das  die 
I^^irven  sich  möglichst  leicht  zeichnen  lassen. 
Für  welche  der  Variablen  man  x  und  y  ein- 
führt, ist  dabei  ganz  gleichgültig,  da  ja  alle 
drei  durch  die  Gleichung  verbundenen 
Größen  für  die  Zeichnung  gleichwertig  sind. 
Die  Kurven,  die  am  befpiemsten  zu  zeichnen 
sind,  sind  der  Kreis  und  vor  allem  die  Gerade. 
Man  sucht  daher  x  und  y  so  in  die  Gleichung 
einzuführen,  daß  diese  die  Form  der  Gleichung 
eines  Kreises  oder  einer  Geraden  annimmt, 
z.  B.  würde  man  in  der  oben  erwähnten 
Gleichung  p.v  =  c;  p  =  x  und  c  =  y  setzen 
können  und  erhielte  x.v  =  y.  Die  Höhen- 
linien V  =  const.  werden  dann  Gerade  durch 
den  Nullpunkt  (vgl.  Figur  15). 


8        9       10 


Fig.  15. 


Um  zu  erreichen,  daß  die  Höhenlinien 
Gerade  werden,  wählt  man  auch  wohl  auf 
der  X-  und  y-Achse  ungleichmäßige  Skalen, 

so  ist  z.  B.  in  Figur  16  p  =  x,  v  =       gesetzt, 

lOx 
so  daß  aus  p.v  =  c  die  Gleichung   —  =  c 

entsteht.  Auch  hier  erhält  man  als  Kurven 
ein  Strahlenbüschel  durch  den  Nullpunkt. 
Die  Wahl  einer  der  verschiedenen  Möglich- 
keiten wird  durch  das  Gebiet  bestimmt,  in 
dem  man  die  größte  Genauigkeit  erreichen 
will.  Sehr  häufig  erhält  man  auch  eine  Ver- 
einfachung der  Kurven,  wenn  man  die 
Gleichung  logarithmiert  und  auf  der  x-  und 
y-Achse  logarithmische  Skalen  benutzt  (ic) 
also  hier  x  =  lg  p,  y  =  lg  v  setzt,  wie  das  in 
Figur  17  geschehen  ist.  Zugleich  hat  man 
damit   den   Vorteil,    daß    der   relative   Ab- 


112 


Graphische  Darstellung 


lesungsfehler  für  alle  Werte  etwa  derselbe 
sein  wird. 

Ganz   aUgemein   ist    das    Prinzip    dieser 
Art  der  Darstellung  das  folgende:  alle  Glei- 


Fig.  16. 


chungen  zwischen  drei  Variablen  können  durch 
drei  bezifferte  Kurvenscharen  dargestellt  wer- 
den, deren  zwei  willkürlich  gewählt  werden 
können.  Drei  Kurven,  von  denen  jede  einer 
der  drei  Scharen  angehören  muß,  geben  zu- 
sammengehörige Werte  der  Variablen,  wenn 


10 

k/^1 

9 

'% 

8 

\\\\\ 

\ 

\ 

V 

, 

■ 

'C'^% 

7 

\\\\\\ 

\ 

\^ 

N 

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^IW^X-vN 

\ 

V 

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6 

^\\\\\ 

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X,  "■  ^ 

\\\\V 

\\\ 

\ 

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■^,  -. "" 

5 

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3 

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2 

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1 

y 

\ 

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\^ 

^ 

^ 

^ 

1 

i 

^ 

1 

1 

^ 

> 

N 

1 

\ 

A 

^ 

^ 

^ 

^ 

\ 
\ 

^ 

N 

1^ 

S 

als  Kurven  Gerade  oder  Kreise  zu  erhalten, 
oder  bisweilen  auch  um  ein  zu  spitzwinke- 
liges Schneiden  der  Kurven  zu  vermeiden, 
was  die  Genauigkeit  der  Ablesung  beein- 
trächtigen würde. 

E)  Geradlinige  Nomogramme.  Be- 
sonders wichtig  sind  ihrer  bequemen  Her- 
stellung wegen  die  geradlinigenNomogramme. 
Jede  Gleichung  zwischen  drei  Variablen  Oi, 
02,  «3  von  der  Form 

fiCaO.falag)  +  f  2(02)973(03)  +  ^^3(03)  =  0 
liefert  ein  solches,  wenn  man 

x=lifi(ai)        7=12^2(02) 
setzt,  wenn  man  also  bestimmte  Funktional- 
maßstäbe für  X  und  y  einführt.      Speziell 
liefern  Gleichungen  der  Form 

f  i(ai)  +  f  2(02^  =  faftta) 

parallele  Gerade  und 

fi(ai).f3(a3)  =^2(02) 
Strahleubüschel    mit    dem    Nullpunkt    als 
Träger.     Durch  Logarithmieren  erhält  man 
allerdings  auch  hier  eine  Gleichung,  die  durch 
parallele  Gerade  dargestellt  wird. 

Auf  diese  nur  parallele  Gerade  enthalten- 
den Nomogramme,  die  sehr  häufig  vor- 
kommen, will  ich  noch  etwas  näher  eingehen. 
In  einem  derartigen  Nomogramm  braucht 
man  nämlich  dieLinien  gar  nicht  auszuziehen, 
sondern  es  genügt,  wenn  man  für  die  drei 


V 

Fig.  17. 

sie  sich  in  einem  Punkte  schneiden.  Diese 
Kurvenscharen  kann  man  nun  irgendwie 
transformieren,  sie  geben  immer  noch  ein 
Bild  der  Gleichung,  wenn  dabei  nur  die 
Schnittpunkte  entsprechender  Kurven  er- 
halten bleiben.  Eine  solche  Umformung,  die 
auch  rein  zeichnerisch  vorgenommen  werden 
kann,  bezeichnet  man  nach  Laianne  als 
An  amorphes  e.     Man  wendet  sie  an,  um 


c 


^ 

1 

II    1  1  1    i  i|i|i|i| 

1 

l            1  3         4        5      6     7     8   9   10 

1          n 

Fig.  18. 

Variablen  drei  Skalen  zeichnet.  Die  Ablesung 
erfolgt  dann  mittels  eines  Transparentes. 
Figur  18  zeigt  die  drei  der  vorhergehenden 
Figur    entsprechenden    Skalen    und    durch 


Graphische  DarsteUung 


113 


die  gestrichelten  Linien  ist  das  Transparent  j  vorgenommen.    Wie  sich  die  Gleichung  p.v 


angedeutet.  Dasselbe  besteht  etwa  aus  einem 
Blatt  Gelatine,  auf  das  diese  drei  Linien  ein- 
gezeichnet sind;  es  wird  mittels  an  den  Rand 
angelegter  Lineale  so  verschoben,  daß  diese 
drei  Linien  sich  immer  parallel  bleiben.  Sind 
z.  B.  c  =  19,5  und  p  =  2,75  gegeben,  so 
stellt  man  zunächst  die  senkrecht  zur  p- 
Skala  laufende  Linie  des  Transparentes  auf 
den  gegebenen  p-Wert  ein,  darauf  durch 
Verschiebung  parallel  zur  v-Skala,  die  zur 
c-Skala  senkrechte  Linie  auf  den  gegebenen 
c-Wert;  wie  man  sich  an  der  Hand  von 
Figur  18  überzeugt,  schneidet  dann  die  dritte 
Linie  des  Transparentes  auf  der  v-Skala  den 
zugehörigen  Wert  v  =  7,1  heraus. 

;)  Hexagonale  Nomogramme.  Die 
Figur  18  hat  insofern  noch  etwas  Spezielles, 
als  die  p-  und  v-Skala  zwar  dieselbe  Maß- 
einheit haben,  die  c-Skala  aber  eine  Aus- 
nahmestellung einnimmt.  Wenn  ich  auch  auf 
die  Bestimmung  der  Maßeinheiten  im  ein- 
zelnen hier  nicht  eingehen  will,  so  sei  doch 
erwähnt,  daß  man  für  alle  drei  Skalen  die- 
selben Maßeinheiten  erhält,  wenn  sie  sich 
unter  Winkeln  von  60°  schneiden,  wie  das 
Figur  19  andeutet.  Alle  drei  Skalen  sind  dort 


=  c  in  dieser  Form  darstellt,  zeigt  Figur  21. 


Fig.  20. 

Als  Transparent  dazu  sind,  wie  oben  erwähnt, 
drei  sich  unter  einem  Winkel  von  60"  schnei- 
dende Gerade  nötig. 


Fig.  19. 

vollkommen  gleichwertig.  Derartige  Dar- 
stellungen bezeichnet  man  als  hexagonale 
Nomogramme.  Das  Transparent  dazu  trägt 
drei  sich  unter  Winkeln  von  60°  schneidende 
Gerade  und  hat  am  besten  die  Form  eines 
gleichseitigen  Dreiecks,  dessen  Seiten  senk- 
recht zu  den  Transparentlinien  stehen,  um 
die  Lineale  zur  Parallelverschiebung  bequem 
anlegen  zu  können.  Da  es  sich  bei  diesen  i 
Nomogrammen  ja  nur  um  parallele  Linien  j 
handelt,  so  kann  man  die  Skalen  parallel 
mit  sich  irgendwie  verschieben,  wie  das 
Figur  20  zeigt,  wo   die  drei   Skalen  AjB^, 

A2B2  und  A3B3  so   nach  AiBi,   A2B2  und 

A3B3  verschoben  sind,  daß  sie  auf  den 
Seiten  des  strichpunktierten  gleichseitigen 
Dreiecks  liegen.  Eine  geringe  Verschiebung 
der  Maßstäbe  ist  übrigens  schon  in  Figur  18  i 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


Fig.   21. 

2b)  Methode  der  fluchtrechten 
Punkte.  In  den  letzten  Nomogrammen 
kommen  nur  gerade  Linien  vor.  Nun  kann 
man  bekanntlich  solche  Figuren  durch  eine 
sogenannte  duale  Transformation  so  um- 
formen, daß  jeder  Geraden  ein  Punkt  und 
jedem  Punkt  eine  Gerade  entspricht.  Statt 
der  Tatsache,  daß  sich  drei  entsprechende 
Gerade  in  einem  Punkt  schneiden,  hat 
man'  dann  die,  daß  drei  entsprechende 
Punkte  auf  einer  Geraden  liegen,  daß  sie  also 
fluchtrecht  sind.  Darstellungen  dieser  Art 
bezeichnet  man  daher  kurz  als  f  1  u  c  h  t  r  e  c  h  t  e 
Nomogramme.  Bei  Betrachtung  derselben 
wollen  wir  hier  ganz  elementar  vorgehen. 

a)  Parallelkoordinaten.  Es  sei  in 
Figur  22  OX  und  OY  ein  Koordinatensystem, 
in  dem  ein  Punkt  R  die  Koordinaten 


114 


Graphische  Darstellung 


hat.  Im  Abstände  d  sind  auf  beiden  Seiten 
der  Y-Achse  zu  dieser  Parallele  <jezogen,  die 
die  X-Achse  in  Ai  und  Bj,  die  Parallele  zur 


Fig.  22. 

X-Achse  durch  R  in  A  und  B  schneiden. 
Ferner  sei  durch  R  eine  beliebige  Gerade 
gezogen,  die  die  beiden  Parallelen  in  P  und  Q 
schneidet.  Man  bezeichnet  dann  A^P  =  u 
und  BiQ  =  V  als  Parallelkoordinaten 
der   Geraden.    Nun  besteht  die  Proportion 

AP:BQ  -  AR:BR 
oder 
(u  —  f  3(a3))  :  (v  —  f  3(03))  = 

(^^sCtta)  +  <5) :  ((p^ias)  —  6) 
ausmiiltiplizieit  und  geordnet,  wird  das 

Falls  irgend  welche  Werte  u,  v  dieser  Glei- 
chung genügen,  so  geht  die  die  Gleichung 
darstellende  Gerade  durch  den  Punkt  R; 
man  bezeichnet  daher  diese  Gleichung  als 
Gleichung  eines  Punktes  R  in  Par- 
allelkoordinaten UV.  Man  sieht  nun 
leicht,  daß  man  jeder  Gleichung 

u$3(a3)+ v'/3(a3)+F3(a3)  =  0 
die   obige   Form  geben   kann.      Setzt  man 
darin  u  =  Fi(ai),  v  =  Fo(ao),  so  kann  man 
also    auf    diese    Weise    Nomogramme    der 
Gleichung 

F^{a,)Ma3)  +  F2{az)'J\{a,)  +  FgCag)  =  0 
erhalten,  bei  denen  die  Werte  von  aitto  auf 
den  beiden  Parallelen  zur  Y-Achse  liegen, 
während  a^  auf  der  durch  diese  beiden  Punkte 
bestimmten  Geraden  liegt.  Einzelne  Nomo- 
gramme werden  das  genauer  verdeutlichen. 
ß)  Verschiedene  Arten  flucht- 
rechter Nomogramme.  Wenii  man  von 
der  Gleichung 

ausgeht,  so  sieht  man  zuucächst  einmal  sofort 
aus  Figur  22,  daß,  wenn  993(03)  eine  Kon- 
stante X  ist,  alle  der  Gleichung  genügenden 
Punkte  R  auf  einer  Geraden  liegen,  die 
parallel  zu  den  u-undv-Skalen  läuft  1111  d  deren 


Entfernungen  von  diesen  sich  mey.-\-  6:x —  ö 
verhalten.  Man  hat  also  .  dann  Nomo- 
gramme mit  drei  parallelen  Skalen, 
durch  die  Gleichungen  der  Form 

f  i(ai)  +  f  2(02)  +  f3(a3)  =  0 
darstellbar  sind.     Setzt  man  hierin 

"=lifi(ai),  V  =  l2f2(a2) 
so  wird  die  Gleichung 

UV 
T"  +    1~  +  1303  =  0- 

Trägt  man  dann  auf  der  dritten  Parallelen 
w  =  UfsCaa)  ab,  so  muß  zwischen  den  drei 
Maßstäben  die  Relation   bestehen 


während 
23    sich 


li  '    I2   '    h 
die  Abstände    der    Skalen    13 
wie    liila    verhalten.      Figur 


zu 
23 


R-IO^ 
10000 


-6 
■7 
-8 
-9 
-10 

Fig.  23. 

gibt  ein  Beispiel  für  diesen  Fall.     Um  die 
Schwingungsdauer  eines  Pendels  oder  einer 
Magnetnadel    mit    endlicher    Amplitude    a 
auf  die  bei  verschwindend  kleiner  Amplitude 
zu  reduzieren,  hat  man  von  der  gemessenen 
Schwingungsdauer  t  das  Glied 
R  =  t(V4  sin^  V4  a  +  V64  sin^  1/4  «...)-  0 
abzuziehen.     Das  gibt  logarithmiert 
log  R  —  log  t  —  log  (V4  sin-  V2  a 
+  V.34sin''V4a...)  =  0 
setzt  man  nun 

Ui  =  R,  Qz  =  t,  ttg  =  a 
und  wählt,  um  passendeMaßstäbezu  erhalten 
u  =  3  Vs  log  R 
V  =  —  12  V2  log  t 

w  =  2  V2  log  (V4  sin^  72«+ V64sin^V4a+  •  •) 
so  sieht  man,  daß  man  eine  Gleichung  von 
obiger  Form  erhält.  DieLängen  sind  in  ^/aCm 
aufgetragen.    Dabei  ist  die  Skala  für  t  von 


Graphische  Darstellung- 


HO 


oben  nach  unten  abgetragen,  damit  die 
für  a  zwischen  den  beiden  für  R  und  t  liegt. 
Auf  die  Wahl  der  Maßst<äbe  kann  ich  hier 
ebensowenig  eingehen,  wie  auf  die  Art  der 
praktischsten  Anfertigung  der  Nomogramme 
in  einzelnen  Fällen.  Erwähnt  sei  nur,  daß 
man  bei  der  Wahl  der  Maßstäbe  darauf  zu 
achten  hat,  daß  die  Fluchtgerade  selbst 
in  den  extremsten  Lagen  die  Skalen  nicht 
unter  zu  spitzem  Winkel  schneidet. 

Eine  andere,  häufig  verwandte  Form 
der  fluchtrechten  Nomogramme  hat  zwei 
parallele  Skalen,  während  die  dritte 
zwar  geradlinig,  aber  irgendwie  zu 
den  beiden  anderen  geneigt  ist.  Rech- 
net man  von  dieser  dritten  Geraden  aus 
die  u  und  v,  so  sieht  man  aus  Figur  22,  daß 
fsCcts)  =  0  ist.  Die  Gleichung  nimmt  daher 
die  Form  an 

Diese  Art  der  Darstellung  ist  also  auf  Glei- 
chungen 

F,(a,).F,(a,)=F3(a3) 
anwendbar.     Setzt  man 

u  =  l^Fi(ai)        v  ^  UF,(a,), 
so  wird 

u  =  v,-^F3(a3). 

Wie  man  leicht  findet,  ist  daher  auf  der 
dritten  Geraden 

als  Skala  abzutragen.  Ein  Beispiel  entnehme 
ich  den  Büchern  von  d'Ocagne  (s. Literatur), 
denen  auch  mehrere  andere  hier  gegebene 
Beispiele  entnommen  sind.  Bezeichnet  man 
mit  e  die  Korrektion,  die  von  dem  bei 
t  Grad  abgelesenen  Barometerstand  p  abzu- 
ziehen ist,  um  ihn  auf  0  Grad  zu  reduzieren, 
so  gilt  die  Formel 

e  -  0,0001(5  p.t, 
die  in  der  Form 

0,00016  p  —  ^  =  0 

geschrieben  werden  kann.     Li  Figur  24  ist 
u  =  104.0,00016  p 

V  =  —  £ 

gesetzt   und   die    Skalen   soweit  gezeichnet. 


wie  sie  für  den  Gebrauch  in  Betracht  kom- 
men: p  und  e  sind  dabei  in  mm  angegeben. 
Sind  in  der  allgemeinen  Gleichung 

h{ui){fpz{(^z)  —  ö)  +  f  2(a2)(9?3(a3)  +  <3) 
+  m,{a,)  =  0 

die  Funktionen  von  a^  nicht  linear,  so  er- 
hält man  für  Us  irgendeine  krummlinige 
Skala,  während  man  für  aj  und  a.,  wieder 
zwei  einander  parallele  Skalen  hat. 
Auch  hier  mag  ein  den  Büchern  von 
d'Ocagne  entnommenes  Beispiel  stehen. 
Bezeichnet  man  mit  /t  die  mittlere,  mit  a 
die  exzentrische  Anomalie  einer  Planeten- 
bahn, beide  in  Bogenmaß  gemessen,  und 
ist  e  die  Exzentrizität,  so  gilt  die  Kepl er- 
sehe Gleichung 

a  —  e  sin  a  =  pi 
Damit    man    ungefähr    gleichgroße    Skalen 
für  u  und  v  erhält,  setzt  man 
w  =  jii        V  =  8  e. 
Wie  die   Konstruktion  der  gekrümmten 
Skala  leicht  durchgeführt  werden  kann,  soll 
hier  nicht  erörtert  werden.  Li  dem  in  Figur  25 


M 


550°  Aw    40"c-o 
340°   >>-  '    =°  Rl 
350° 
520°, 


Fig.   24. 


I  I  I I I  I  I  I I I  I  II  I  I  I  M  I  I  {  I  I  I  I  I  I I  I  I  I  I  I  I  I I I  I  II  I 
0  0,1  02  03  0.4 

Fig.  25. 


gegebenen  Nomogramm  gehören  die  unteren 
und  die  oberen  M'^erte  der  Skalen  für  a  und  fi 
zusammen.  Soll  das  Nomogramm  wirklich 
brauchbare  erste  Annäherungen  für  die 
Lösung  obiger  Gleichung  geben,  so  muß 
es  allerdings  in  genügender  Größe  ausgeführt 
werden. 


IIG 


Urapliische  Darstellung- 


Auf  Nomogramine  mit  drei  beliebig  ge- 
krümuiteu  Skaloii  —  insbesondere  kommen 
hier  Skalen  auf  Kegelschnitten  in  Betracht  — 
möchte  ich  hier  nicht  eingehen,  verweise 
vielmehr  auf  die  am  Schluß  angegebene 
Literatur.  Nur  sei  erwähnt,  daß  allgemeine 
Gleichungen  der  Form 

(pi{ai)  ^i(ai)  fi(a,)| 
(fzictz)  ^'-i^ct-i)  ^-zia-z)}  =  0 
9^3(03)  ^^3(03)  fslaj)! 

sich  durch  diese  Methode  darstellen  lassen, 
denn  da 

ucp^ia^)  +  vifiitti)  +  f  i(ai)  =  0 

die  Gleichung  eines  Punktes  in  Parallel- 
koordinaten ist,  so  stellt  obige  Determinante 
die  Bedingung  dafür  dar.  daß  drei  Punkte 
auf  einer  Geraden  liegen.  Hierher  gehört  der 
bisweilen  vorkonunender  Fall,  daß  man  drei 
zwar  geradlinige  Skalen  hat,  die  aber  irgend- 
welche Winkel  miteinander  bilden.  Dieser 
Fall  läßt  sich  aus  dem  Satz  des  Menelaos  ab- 
leiten, nach  dem  für  nebenstehende  Figur  26 
gilt 

AP  CQ  BR 

CP'BQ'AR  ~  -^ 


fi(ail 


1  n"  —  l 
4  n^  +  2 

2  , 


^3(03)     =     JQ 


Die  Faktoren  sind  wie  bei 
verschiedenen  der  vorher- 
gehenden Tomogramme  bei- 
gefügt, um  der  Zeichnung  be- 
cj[ueme  Dimensionen  zu  geben. 

y)  Darstellung  von  Be- 
obachtungen. Erwähnt  sei 
schließlich  noch,  daß  sich  die 
Darstellung  durch  fluchtrechte 
Punkte  auch  zur  Aufzeichnung 
von     Beobachtungen      eignet, 


Fig.  ^6. 


bringt  man  nun  auf  AC,  BC  und  AB  der- 
artig Skalen  an,  daß 

AP        f,    ,    CQ       ^.     ^         BR         1 
=  ii(ai);  RH  =  ^2(«2)  und  .^  = 


CP 


BQ       ^2v^2;"..^AR     f3(a3) 

ist,  schreibt  an  die  gefundenen  Punkte  die 
a-Werte  an  und  führt  oben  diese  Werte 
ein,  so  erhält  man  eine  Darstellung  der 
Gleichung 

fi(ai).f2(a2)  =f3(a3), 

wo  die  f  irgendwelche  Funktionen  der  a 
sein  können.  Mittels  eines  Lineals  oder  eines 
gespannten  Fadens  vermag  man  also  auch 
hier  zu  zwei  gegebenen  Werten  a^  und  a^ 
den  zugehörigen  Wert  as  finden.  Ein  Beispiel 
dieser  Art  der  Darsteliung  zeigt  Figur  27. 
Bezeichnet  man  den  Brechnngsindex  mit  n, 
die  Dichte  mit  d,  so  gilt  für  das  spezifische 
Brechungs  vermögen 

^^~  d    n2  +  2 
In  Fignr  27  ist  gesetzt 


Flg.  27. 


wenn  man  weiß,  daß  der  Vorgang  einem 
Gesetz  der  Form 

f  1(01)993(03)  +  f  2(a2)V'3(a3)  +  f3(a3)  =  0 

folgt,  oder  wenn  er  durch  ein  solches  Gesetz 
angenähert  werden  soll.  Durch  den  Versuch 
wird  man  eine  große  Zahl  zusammenge- 
höriger Werte  Ol,  02,  «3  festlegen.  Man  wird 
dann  in  irgendwelchem  Maßstab  fi(ai)  und 
f2(a2)  auf  zwei  parallelen  Skalen  auftragen 
und  wird,  da  man  für  jeden  Punkt  03  nieli- 
rere  Wertepaare  a,  a.,  haben  muß,  alle  da- 
durch festgelegten  Geraden  einzeichnen. 
Wären  die  Werte  genau  und  folgte  der  Vor- 
gang einem  Gesetze  obiger  Form,  so  würden 
sich  alle  demselben  Wert  Og  entsprechenden 
Geraden  in  einem  Punkt  schneiden.  In 
Wirklichkeit  wird  das  nur  angenähert  der 
Fall  sein  und  man  hat  daher  einen  Punkt 
auszuwählen,  der  allen  Geraden  möglichst 
nahe  liegt.  So  werden  möglichst  viel  Punkte 
der  Skala  für  n^  festgelegt,  eine  Kurve  mög- 
lichst glatt  durch  die  gefundenen  Punkte 
hindurchgezogen  und  durch  Interpolation  mit 
einer  Skala  versehen.  Aus  dieser  Darstellung 
— insbesondere,  wenn  a.-,einegeradlinige  Skala 
hat  —  vermag  man  dann  die  Form  der  in 


Graphische  Darstclluiii: 


117 


der  Gleichung  auftretencien  Funlvtionen  zu 
bestimmen.  Beispiele  dafür  finden  sich  in 
dem  Traite  de  Nomographie  von  d'Ocagne. 

3.  Darstellung  von  Vorgängen,  die  von 
mehr    als   zwei    Komponenten    abhängen. 

3a)  Kombinierte  fluchtrechte  No mo- 
gramme. Um  Vorgänge,  die  von  drei  und 
mehr  Komponenten  abhängen,  d.  h.  also 
um  Gleichungen  zwischen  vier  u n  d  m e  h  r 
Variablen  darzustellen,  kann  man  die 
beiden  im  vorigen  Abschnitt  besprochenen 
Methoden  erweitern.  Wir  beschäftigen  uns 
zunächst  mit  den  Rechentafeln  mit  flucht- 
rechten Punkten.  Haben  wir  z.  B.  eine 
Gleichung 

fi(ai)  +  i,{a,)  +  f3(a3)  +  h{a,)  =  0, 

so  läßt  sich  diese  in  zwei  Gleichungen  zer- 
legen 

f  i(ai)  +  U_(a,)  =  o 
—  i^iaa)  —  f  4(01)  =  o. 

Jede  der  Gleichungen  läßt  sich  durch  ein  No- 
mogramm  mit  fluchtrechten  Punkten  dar- 
stellen und  zwar  läßt  sich  die  Skala  der  o 
für  beide  gemeinsam  wählen.  Die  Skalen 
für  aia2  legt  man  dann  auf  die  eine,  die  für 
a^a^  auf  die  andere  Seite  der  Skala  für  0, 
oder  man  kann  auch,  wenn  man  Platz 
sparen  will,  alle  vier  Skalen  auf  eine  Seite 
der  o-Skala  legen.  Mit  Hilfe  der  gegebenen 
Werte  Oi,  0.2  bestimmt  man  dann  den  flucht- 
rechten Wert  von  o,  die  durch  diesen  und 
den  gegebenen  Wert  us  gelegte  Gerade 
schneidet  auf  der  vierten  Skala  den  zuge- 
hörigen Wert  at  aus.  Man  brauchte,  wie  man 
sieht,  auf  der  o-Linie  gar  keine  Skala  anzu- 
bringen, da  man  die  Fluchtlinie  nur  um 
einen  Punkt  dieser  Skala  zu  drehen  braucht. 
Immerhin  ist  es  praktisch,  um  sich  diesen 
Drehpunkt  merken  zu  können,  irgendeine 
ganz  beliebige  Skala  auf  dieser  Geraden  an- 
zubringen. Die  Ausführung  eines  solchen 
Nomogrammes  zeigt  Figur  28.  Bezeichnet 
man  mit  Emden  (Grundlagen  der  Ballon- 
führung, Leipzig  1910)  die  Tragkraft  eines 
Ballons  in  kg  mit  G,  sein  Volumen  in  cbm 
mit  V,  die  Tragkraft  eines  cbm  des  Gases 
bei  normalem  Barometerstand  in  kg  mit  T 
und  die  Normalhöhe  mit  n,  so  gilt  für  eine 
Temperatur  von  0"  die  Gleichung 

VT 

n 


logG  + 


ha— hb 
18400 


log  T„  =  log  Vr 


log  V  +  log  7p-  =  log  Vr 

Die  Normaltragkraft  To  ist  in  der  Figur 
zu  0,7  kg  angenommen.  Die  Skala  Vr  hätte, 
wie  oben  erwähnt,  fehlen  können. 


V 

. 

M                                                                Gl 

r 

700-1 

—  0 

-1600                                    J-2300 

- 

-1500 

-2200 

80C^ 

^1000 

^ro           ^='°° 

-1200                                   -r2000 

900- 

E" 

-1100 

-1900 

^2000 

- 1000                                   - 

-1800 

^ 

-900                                     - 

-1700 

1000- 

1-3000 

-800 

-1600 

j. 

-700                                     1 

^1500 

1100- 

p4000                           j 

-600 

-1400 

1200- 

\                               0.783 

- 

1300- 

l-  5000                       0,70f 

-500 

-1300 

l-                              0.62  = 

-1200 

UOO- 

r-6000 

1500- 

-IIOO 

1600- 

!-7000 

-1000 

1700- 

=- 

1800- 

H8000 

-900 

1900^ 

E. 

2000^ 

i-9000 

-800 

2100-^ 

2200— 

~ 

2300— 

^  10000 

- 

-700 

Die  Höhenzahl    n   ist    darin 


8000 


bb 

vT  =  e 

Da 

wo  ba  der  Barometerstand  in  der  Höhe  ha 
ist.  Logarithmiert  man  die  Gleichung,  so  wird 


log  G  —  log  V  —  log  T  -f 


-hb 


18400 


=  0. 


Diese  Gleichung  kann  man  dann  zerlegen  in 


Fig.  28. 

Da  derartige  Nomogramme  nichts  anderes 
als  zwei  kombinierte  fluchtrechte  Rechen- 
tafeln sind,  so  sieht  man  nach  dem  oben 
erwähnten  (2b;ö),  daß  alle  Gleichungen,  die 
durch  Elimination  von  a  aus  den  beiden 
Gleichungen 

fi(«i)  (piiai)  V'i(ai) 
f2(a2)  (Pzio-z)  ^^2(02)    =  0 
i  f  (a)    (p  (a)    if  (a  ) 

und 

fsCtta)  (Psias)  ^3(03) 
f4(a4)  994(a4)  ^4(04) 
f  (a  )  cf  (a  )  yj  {a) 

entstehen,  sich  auf  diese  Art  darstellen  lassen. 
Ferner  sieht  man  sofort,  daß  diese  Methode 
sich  noch  weiter  verallgemeinern  läßt;  hat 
man  z.  B.  eine  Gleichung 

U{a,) +  L{a2)+  ...+fn(a„) 
so  kann  man  dieselbe  zerlegen  in 
f  i(ai)  +  f  2(a2;)  =  öl 
Oi  +  f3(a3)        =  Ö2 
Ö2+  {4(04)        =  Ö3 


0 


0, 


0,1-3  +  fn-l(an-i)  =  —  fn(an) 

Man  braucht  also  nur  n— 2  gewöhnliche 
fluchtrechte  Nomogramme  mittels  der  Dreh- 
punktsgeraden miteinander  zu  koppeln. 

3b)  Kombinierte  Schnittkurven- 
no mogramme.  Wie  die  fluchtrechten 
Nomogramme,  so  lassen  sich  auch  die  kar- 
tesischen   Rechentafeln  aneinander  kuppeln 


118 


Grapliische  Darstellung 


und  zwar  läßt  sicli  durch  Kduibiiiation 
zweier  kartesiselier  Xoino^raniine  uanz  all- 
gemein eine  (rleicliuiiii' 

F(ai.  a.,,  Us,  aj  =  0 
darstellen,  die  durch  Kliminatiou  von  a  aus 
zwei  Gleichungen 

f(ai,  a2,  a)  =  Ü  und  (p  [a^,  04,  a)  =  0 
entstanden  ist.  Man  zeichnet  zunächst  für 
f(ai,  a.2,  a)  =  0  in  gewöhnlicher  Art  eine 
Rechentafel  (2a).  Da  dazu,  wie  wir  gesehen 
haben,  zwei  der  Kurvenscharen  beliebig  ge- 
wählt werden  können,  so  können  wir  wenig- 
stens für  die  Kurven  a  =  const  eine  be- 
stimmte Kurvenschar,  etwa  zur  X-Achse 
parallele  Gerade,  vorschreiben.  Neben  diesem 
Nomogramm  wird  ein  zweites  für  die  Glei- 
chung ^^(aaaja)  =0  so  konstruiert,  daß  man 
dieselbe  Kurvenschar  a  =  const  wie  im 
ersten  Nomogramm  benutzt.  Das  Schema 
eines  solchen  Nomogrammes  zeigt  Figur  29. 


sogenannten  binären  Skala,  auf  Benutzung 
solcher  binären   Skalen  beruht  die  Ausdeh- 


Fig.  29. 


Ist  etwa  zu  gegebenen  Werten  ai,  Uo,  aa  ein 
Wert  ai  zu  bestimmen,  so  sucht  man  die  zu 
Ol,  a-i  gehörenden  Kurven  links  auf,  durch 
ihren  Schnitt  wird  eine  Kurve  a  =  const 
bestimmt,  die  sich  in  dem  zweiten  System 
mit  der  gegebenen  Kurve  03  in  einem  Punkte 
schneidet,  durch  den  die  gesuchte  Kurve  rxi 
geht.    Figur  30  gibt  wieder  eine  Darstellung 

VT 

der   Gleichung  G  =  — ,  die  wir  genau  wie 

für  Figur  28  in  zwei  Gleichungen  zerlegen. 
In  der  Zeichnung  ist  wie  oben  H  =  ha — hinge- 
setzt. Ein  ausführliches  Nomogramm  dieser 
Art  findet  sich  in  dem  oben  erwähnten  W^erk 
von  Emden,  doch  ist  dort  die  Temperatur 
als  Variable  eingeführt,  während  die  Trag- 
kraft des  Gases  konstant  T«  =  0,7  kg  ge- 
wählt ist.  Besser  wie  die  Anordnung  in 
obiger  Figur  würde  die  in  Form  eiiies  hexa- 
gonalen  Nomogrammes  sein. 

3c)  Binäre  Skalen.  Betrachtet  man 
nun  in  Figur  30  das  Nomogramm  aus  G,  H 
und  Vr  als  das  wesentlidhe,  so  kann  man 
annehmen,  daß  die  Kurven  Vr  mit  zwei 
Ziffern  versehen  sind,  nämlich  mit  einem 
Wert  T  und  einem  Wert  \q.  Die  Werte  dieser 
Kurven  bestimmen  sich  dann  mittels  einer 


H 

500 

700 

900 

1100 

1300 

1500 

7002JOO 

/   / 

'/ 

/ 

~Y 

/ 

/' 

/ 

/ 

/ 

• 

rm 

'/■./ 

/ 

/ 

/ 

/ 

/ 

/ 

/ 

/ 

/ 

•2100 

' 

/ 

/   , 

^       / 

/ 

/ 

/ 

/' 

/ 

/' 

-■200c 

'-■':-. 

9000 

/  / 

/ 

/ 

/ 

/ 

/ 

/ 

/ 

-1900 

/ 

/ 

/      , 

^    / 

/ 

/ 

/ 

/ 

t 

/ 

-1800 

7 

/  / 

/ 

/ 

/ 

/ 

/ 

/ 

-1700 

.'.'... 

/ 

/ 

/      , 

/ 

/ 

/ 

/ 

-1600'/  / 

7000 

/ 

/  / 

/ 

/ 

/ 

/ 

/ 

-isoc'/'.  , 

/ 

/ 

/     , 

/    , 

/ 

/ 

/ 

-1400 

' 

/  / 

/ 

/ 

/ 

/' 

VrUOO 

5000 

/ 

/      / 

^     / 

'    / 

/ 

1200 

/ 

V^ 

/ 

/. 

/ 

"1100/'  /j 

/ 

// 

/ 

/ 

- 

1000/'  /' 

3000 

/ 

// 

/      / 

- 

"900 

/  / 

V 

// 

^ 

- 

800'      /' 

1000 

/ 

/ 

700 

Vo 

2100 
2000 
1900 
1800 
1700 

leoo 

1500 
1400 
1500 
1200 
1100 

;jiooo 

900 
800 
700 


0,62  0.70  0,78 
T 


Fig.  30. 

nung  der  Nomogramme  auf  Gleichungen 
mit  mehreren  Variablen.  Versieht  man  z.  B. 
jede  der  Kurvenscharen  eines  kartesischen 
Rechenblattes  mit  einer  binären  Skala,  so 
daß  jede  eine  Bezifferung  trägt,  die  sich  aus 
zwei  Variablen  zusammensetzt,  so  könnte 
man  auf  diese  Art  Gleichungen  zwischen 
sechs  Variablen  darstellen.  Das  Schema  einer 
hexagonalen  Rechentafel  mit  binären  Skalen 
zeigt  Figur  31.    Während  man  durch  ein  ge- 


Fig.  31. 


dieser    Art    Glei- 


wöhnliches    Nomogramm 
chungen  der  Form 

fi(ai)+f,(a;)-f  f3(a3)  =  0 
darstellen  kann,  lassen  sich  hier  Gleichungen 

f  i(ai,  ^x)  -f  f  2(a,,  ^2)  +  f  3(a3,  h)  =  0 
wiedergeben.  Als  Beispiel  ist  die  Erweiterung 
der  oben  Figur  28,  30  benutzten  Gleichung 
für  den  Fall  gewählt,  daß  Luft  und  Gas  die 


Grrapliisclie  Darstellung 


119 


gemeinsame  Temperatur  t  haben.  Ist  a  der 
Äusdehnune:skoeffizient  der  Luft,  so  hat 
man  die  Gleichung 

VT 

G  =  — ^  (1-at). 
n    ^ 

Für  H  ist  in  Figur  32  eine  gewöhnliche  Skala 
aufgetragen,  während  T  und  V  zu  der  einen 


Fig.  32. 

G  und  t  zu  der  anderen  Skala  kombiniert 
sind.  Zum  Gebrauch  ist  natürlich  ein  Dia- 
positiv mit  drei  sich  unter  60"  schneidenden 
Geraden  nötig,  die  immer  senkrecht  zu  den 
Skalen  verschoben  werden  müssen,  z.  B. 
wird  man  den  einen  Strahl  etwa  durch  das 
gemessene  H  führen,  den  anderen  durch  den 
Schnitt  der  gegebenen  T-  und  V-Kurven, 
dann  schneidet  der  dritte  die  gegebene  t- 
Kurve  in  einem  Punkte,  durch  den  die  ge- 
suchte G-Kurve  geht. 

Genau  wie  in  hexagonalen  und  anderen 
Schnittkurvennomogrammen  kann  man  auch 
die  Skalen  eines  fluchtrechten  Nomogrammes 
mittels  binärer  Skalen  beziffern,  wie  das 
schematisch  Figur  33  andeutet.  Ein  der- 
artiges Nomogramm  mit  parallelen  Skalen 
würde  dann  ebenfalls  zur  Darstellung  einer 
Gleichung  der  Form 

verwandt  werden  können. 

Nun  ist  man  natürlich  nicht  an  binäre 
Skalen  gebunden,  sondern  man  könnte  jede 
der  beiden  Kurvenscharen  einer  binären 
Skala  wieder  durch  eine  binäre   Skala  be- 


ziffern, so  daß  man  auf  jeder  Kurve  des 
Schnittkurven-  oder  auf  jedem  Punkt  des 
fluchtrechten   Nomogiamms    vier    Variable 


(rfvf.) 


,X  Y^ 

' 

\X  V 

ym 

5 

4 

YV'S;'' 

>/-vV 

3 

V  y  ^ 

/A 

2 

^ 

1 

ny-. 

Fig.  33. 


(«■jfj) 


kondensiert  hätte  und  so  fort:  doch  würde 
das  kaum  noch  praktische  Bedeutung  haben. 

3d)  Mehrfach  bezifferte  Punkte. 
Ebenso  wie  man  doppelt  bezifferte  Linien  be- 
nutzt, kann  man  auch  mehrfach  bezifferte 
Punkte  verwenden.  Nehmen  wir  wieder 
die  oben  (2b a)  besprochenen  Parallelkoor- 
dinaten und  betrachten  die  Gleichung  eines 
Punktes,  unter  der  Annahme,  daß  die  drei 
Funktionen  von  zwei  Variablen  abhängen 

u  f(a  ß)  +  y(p  (a,  ß)  +  ^j  (a,  ß)  =  0, 
so  erhält  man  für  jedes  konstante  a  und 
variable  ß  eine  Kurve,  die  sich  zu  einer  a- 
Schar  ordnen,  ebenso  erhält  man  für  jedes 
konstante  ß  und  variable  a  eine  Kurve  einer 
zweiten  /3-Schar.  Jeder  Punkt  trägt  als 
Schnitt  einer  a-  und  /?-Kurve  die  betreffen- 
den Ziffern  a,  ß.  Hat  man  drei  solche  ver- 
schiedene Systeme  von  a-  und  /5-Kurven 
konstruiert,  wie  das  Figur  34  andeutet,  so  ist 


die  Bedingung,  daß  drei  Punkte  auf  einer 
Geraden  liegen 

U(a^,ß^)  (pi(a^,ßr)  y>r(a,.  ß,) 
i,ia.„ß,J  (p^{a^,ß2)  ^2(02-/^2)    =  0. 
^3(03:  ßs)  (Psias,  /j?)  V^3(a3,  /^s) 
Gleichungen,  die  sich  auf  diese  Form  bringen 
lassen,   können  also  so   dargestellt  werden. 
Besonders  brauchbar  ist  diese  Methode,  wenn 
zwei  der  Skalen  gewöhnlicher  Art  sind  und 


120 


Graphische  Darstelkmg 


mir  die  mittlere  aus  ilui)|)olt  kotierten  Punkten 
besteht.  In  diesem  Fall,  wo  man  eine  Glei- 
ehum;  der  Form 

V'2(a2.  ßi)  =  0 
hat.  setzt  man 

u  ^-  lifi(ai)        V  =l3f3(a3). 
Für  u  und  v  erhält  man  parallele  geradlinige 
Skalen,  während  die  Schar  der  doppelt  be- 
zifferten Punkte  die  Gleichung 

!'  f^ic/a.  ß-z)  +  r  9'2(«2,  ß^)  +  V'äCa-a,  ß2)  =  0 

hat.  Vielfach  werden  in  dieser  Form  Kechen- 
tafeln    zur    Lösung    von     Gleichungen 

p 

10-= 
9-| 

fiJ 

7 

6-| 
5-| 
4^ 

2 

1 
0-| 

-ä^ 
-4-1 
■5 

-a-| 

-9-1 
-10^ 


(■9K-S)    (0) 


Fig.  35. 


lassen.  Um  nun  eine  Wurzel  einer  allge- 
meinen Gleichung  dritten  Grades  zu  finden,  hat 
man  ein  Lineal  auf  die  durch  das  p  und  q 
der  Gleichung  bestimiuten  Punkte  der  beiden 
parallelen  Skalen  zu  legen:  die  Vertikale, 
die  durch  den  Schnitt  des  Lineales  mit  der 
durch  die  (deichung  bestimmten  n  Kurve 
geht  —  die  n-Werte  sind  eingeklammert  — , 
gibt  eine  AVurzel  z  der  Gleichung.  Es  sind 
in  der  Figur  nur  die  zwischen  den  p-  und  q- 
Skalen  liegenden  positiven  Wurzelwerte  ein- 
getragen. Will  man  auch  die  negativen  Werte 
haben,  so  ersetzt  man  z  durch  —  z  und  erhält 
die  Gleichung 

z^  —  nz-  +  pz  —  q  =  0, 
die,  genau  wie  die  obere  behandelt,  die  nega- 
tiven Wurzeln  liefert.    Hat  man  Werte  von 
n,  p,  q,  die  in  der  Figur  nicht  enthalten  sind, 

so  setzt  man  z  =  —  und  bestimmt  m  so,  daß 
m 

die  in  der  Gleichung 

z'3  +  m .  nz'-  +  m-pz'  +  ni^q  =  0 

auftretenden  Koeffizienten  in  der  Zeichnung 
enthalten  sind.  Die  hier  abgedruckte  Figur 
gibt  nur  das  Schema  einer  solchen  Rechen- 
tafel. Bei  für  den  Gebrauch  bestimmten  grö- 
ßeren Tafeln  sind  viele  der  n-Kurven  noch 
mit  Skalen  für  z  versehen,  um  die  Wurzel- 
werte genauer  bestimmen  zu  können. 

3e)  Nomogramme  mit  beweglichen 
Teilen.  Zum  Schluß  sei  noch  kurz  auf 
Nomogramme  mit  beweglichen  Teilen  hin- 
gewnesen.  Der  einfachste  Fall  ist  da  der,  daß 
mehrere  Skalen  gegeneinander  parallel  ver- 
schiebbar sind.    Aus  Figur  36  liest  man  so- 


1 1 1  i°i r ip? f°i  iffo  f^o 

f,(Xl) 


I      I      I     I     I     I     I     I     I     I    I    I    I    I    I    I    I 


III    I       I      I    I    I 


J I L 


1°    I     I    I   I   P°iii  fn.i(.'^n-i) 
„1 IIIIJ    I   I  I  lllllllllll'l'jl   I  l|  fnC^n) 


hergestellt,  die  vier  Glieder  haben.  Figur  35 
zeigt  ein  solches  Nomogramm  für 

z^  -f  nz2  -j-  pz  -j-  q  =  0, 
dort  ist  u  =  p,  V  =  q  gesetzt,  so  daß  man 
für  die  beiden  Kurvenscharen  die  Gleichung 

z^  -f  nz-  +  uz  +  V  =  0 
erhält,   oder   in   gewöhnlichen    Koordinaten 
,  1  —  z  z^  +  nz2 

1  -f-  z  1  +  z 

Kurven,  die  sich  sehr  einfach  konstruieren 


Fig.  36. 

fort  ab,  daß  es  sich,  falls  man  n — 2  gegen  2 
feste  verschiebbare  Skalen  hat,  um  Dar- 
stellung einer  Beziehung  der  Form 

fo(x„)+fi(Xi)  +  f2(X2)  +  -  +  fn-l(Xn-l)=fii(Xn) 

handelt.  Das  bekannteste  Beispiel  dieser  Art 
ist  der  gebräuchliche  logarithmische  Rechen- 
schieljer,  bei  dem  es  sich  um  Gleichungen 

fl(Xl)+f2(X2)   -fsCXg) 

handelt,  wo  f(x)  =  logx,  logsinx  usw.  ist. 
Statt  der  einfachen  Skalen  kann  man  hier  auch 
binäre  Skalen  verwenden  und  so  Gleichungen 
der  Form 

fi(ai,  ß^)+Ua„  ß,)  .  .  .  +fn-i(an-:,  ß^^-^) 


Graphische  Darstellung  —  Greff 


121 


darstellen.  Ein  Beispiel  dafür  findet  sich 
in  der  Zeitschrift  für  Mathematik  und  Physik 
6i,  1913.  Es  ist  ein  Rechenstab  mit  zwei 
festen  und  zwei  verschiebbaren  Skalen,  deren 
eine  binär  ist.  Es  handelt  sich  dort  um  die 
Berechnung  der  Tragfähigkeit  eines  Frei- 
ballons; für  diese  Rechnung  kommen  die 
drei  Gleichungen 


sind:    G.    Loria,    Spezielle    ahgebraische   und 
transzendente  Kurven,  2.  Aufl.     Leipzig  IQlOjll. 

Fr.  A.   Willers. 


Gt 


=  iT(l-at) 


G.t  =Gt    1  + 


gs 
1^ 


At 


AI 


Gt    =nni+i: 


in  Betracht,  von  denen  die  erste  oben  sehen 
in  anderer  Art  dargestellt  ist.  Die  zu  den 
einzelnen  Gleichungen  gehörenden  binären 
Skalen  sind  auf  einem  Schieber  vereint, 
während  die  einfachen  Skalen  für  alle 
drei  Gleichungen  gelten. 

Die  Rechenstäbe  kann  man  auch  so  ab- 
ändern, daß  man  die  Skalen  auf  zwei  gegen- 
einander drehbaren  konzentrischen  Kreisen 
anbringt.  Auch  Rechenschieber  dieser  Art 
sind  im  Handel  zu  haben.  Schließlich  kann 
man  zwei  Nomogramme,  von  denen  das  eine 
auf  durchsichtiges  Papier  gezeichnet  ist, 
aufeinander  verschiebbar  oder  umeinander 
drehbar  machen.  Man  hat  so  z.  B.  Tafeln 
mit  einer  drehbaren  Skala  zum  Aufsuchen 
der  Logarithmen  hergestellt  (Werkmeister, 
Ueber  graphische  Tafeln  für  Funktionen 
einer  Veränderlichen  usw.,  Zeitschrift  für 
Mathematik  und  Physik  59,  1911).  Auch 
sind  Tafeln  dieser  Art  zur  graphischen  Be- 
rechnung sphärischer  Dreiecke  im  Handel  zu 
haben.  Auf  derartige  Nomogramme  einzu- 
gehen, würde  aber  hier  zu  weit  führen. 

Literatur.  Zu s a m m e nfa s sende  Arbeiten  :  ^ 
31.  d'Ocagne,  Nomographie.  Paris  1891.  — 
Derselbe,  Traite  de  Nomographie.  Paris  1899. 
—  U.  3Iehm1ce,  Beispiele  graphischer  Tafeln 
mit  Bemerkung  über  die  llethode  der  flucht- 
rechten Punkte.  Zeitschr.  f.  llath.  und  Phys.,  44, 
1899.  —  F.  Schilling,  Ueber  die  Nomographie 
von  31.  d''Ocagne.  Leipzig  1900.  —  G,  Pesci, 
Cenni  di  Nomografici,.  Livorno  1901.  —  Ricci, 
La  JVomografla.  Born  1901.  —  H,  Filhrle, 
Bechenblätter.  Berlin  1902.  —  M.  d'Ocagne, 
Calcul  simplifle,  2.  Aiifl.  Paris  1905.  —  li. 
de  Beaupaire,  Graphs  and  Abacuses.  Prin- 
ciplcs  and  application.  Madras  1907.  —  31. 
d'Ocagne,  Calcul  graphique  et  Nomographie. 
Paris  1908.  —  Grundleg  ende  Arbeiten:  L, 
Lalanne,  ilethodes  graphiqucs pour  l'expression 
des  lois  ä  trois  variables  (gelegentlich  der 
Pariser  Weltalisstellung  durch  das  Jliiiisterium 
der  öffentlichen  Arbeiten  gesammelte  Abhand- 
lungen). Paris  1878.  —  J.  3Iassav,  Memoire 
sur  l'integration  graphique  et  ses  applications. 
Gant  1885.  —  Betreffend  Kurven,  die 
d  u r c h  m athe m atische  Fo rmeln  gegeben 


Oray 

Asa. 

Greboren  am  18.  Xovember  zu  Paris,  Oneida 
County,  im  Staat  New  York.  Er  widmete  sich, 
nach  anfänglichem  Studium  der  Medizin,  der 
Botanik,  bereiste  von  1838  bis  1839  Europa  und 
wurde  1842  Professor  der  Naturgeschichte  am 
Harvard  College  in  ffew  Cambridge  (Massachu- 
setts). Er  starb  dortselbst  am  30.  Januar  1888. 
Er  hat  sich  durch  die  Erforschung  und  Dar- 
stellung der  Flora  von  Nordamerika  (vgl.  u.  a. 
,,The  Flora  of  North  America",  mit  Torrey 
1838  bis  1842,  3  Bde., ,, Genera  Boreali-Americana 
illustrata",  1848  bis  1849,  2  Bde.,  „Synoptical 
Flora  of  North-America",  New  York  1878  bis 
1884,  2  Bde.)  um  dieses  Land  große  Verdienste 
erworben.  Außerdem  ist  er  der  Verfasser  vieler 
Lehrbücher,  kleinerer  sj'stematischer  u.  a.  Schrif- 
ten, die  nach  seinem  Tode  in  Auswahl  von 
C.  S.  Sargent  (2  Bde.,  Boston  1888)  heraus- 
gegeben wurden. 

W.  Bnhland. 


Oreeff 

Richard. 


Geboren  am  14.  März  1829  in  Elberfeld,  gestorben 
am  30.  August  1892  in  Marburg.  Studierte 
Medizin  und  Naturwissenschaft  namentlich 
Zoologie  und  unternahm  nach  seinem  Staats- 
examen wissenschaftliche  Reisen;  so  besuchte 
er  1856  die  adriatische  Küste  und  1857  Ungarn 
und  Serbien.  1559  ließ  er  sich  in  Elberfeld  als 
praktischer  Arzt  nieder.  Seiner  Neigung  für 
Zoologie  folgend  ging  er  1862  nach  Bonn  und 
habilitierte  sich  hier  als  Privatdozent  für  Zoologie 
und  vergleichende  Anatomie.  1866  bis  1867 
unternahm  er  eine  Reise  nach  den  kanarischen 
Inseln,  als  deren  Frucht  er  1868  die  Reisebeschrei- 
bung und  im  folgenden  Jahre  ,, Untersuchungen 
über  einige  merkwürdige  Tiergruppen  des  Arthro- 
poden-und  ^Yurm-Typus"  (Berlin  1869)  veröffent- 
lichte. 1870  wairde  er  als  Professor  der  Zoologie 
und  vergleichenden  Anatomie  nach  Marburg  a.  L. 
berufen.  1874  besuchte  er  die  zoologische  Station 
zu  Neapel  und  veröffentliche  die  Resultate 
seiner  dortigen  Studien  unter  dem  Titel:  ,, Ueber 
das  Auge  der  Alciopiden",  (Marburg  1876).  In 
den  Jahren  1879  bis  1880  unternahm  er  wieder 
größere  Reisen  nach  der  Schweiz,  Portugal  und 
den  kanarischeu  Inseln,  welche  ihn  zu  der 
Schrift:  ,, Studien  über  die  pelagischen  Anneliden 
der  kanarischen  Inseln"  in  der  Zeitschrift 
für  wissenschaftliche  Zoologie  Bd.  32,  1879, 
veranlaßte.  Ferner  schrieb  er  noch  „Die 
Echiuren",  Nova  Acta  der  Kais.-Leop.-Carol.- 
Akademie  der  Naturforscher,  Halle  1879.  Zu 
erwähnen  ist  weiter  noch  seine  Bearbeitung 
der  Echinodermen- Fauna  Japans  in  Reins 
„Japan  nach  Studien  zusammengestellt"  (1881). 


122 


Greeff  —  Grothuss 


Von  bleibendem  Werte  sind  außen! ein  noch  seine 
aneikaiint  tüchtigen  Protozoenarbeiten. 
Literatur.  Allgemeine  Detünchc  Biographie,  Bd.  49, 
1904.  —  E.  Korscheit,  Veber  die  Entstehungs- 
geschichte und  weitere  Entwickeluvg  der  Zoolo- 
gischen Instituts  der  Universität  Marburg.  Ver- 
handlungen der  deutschen  zoologischen  Gesell- 
schaft, 1906. 

M.   Ifdrniü, 


Grew 

Nehemia. 

Geboren  1628in  Covcntry  (l^ngland).  Er  studierte 
Jledizin  und  ließ  sich  darauf  als  Arzt  in  seiner 
Vaterstadt  nieder,  wo  er  in  seinen  Mußestunden 
physiologische  Studien  an  Pflanzen  betrieb. 
Die  Royal  Society,  der  er  seine  Ergebnisse  mit- 
teilte, nahm  diese  so  günstig  auf.  daß  er  1672 
veranlaßt  wurde,  nach  London  überzusiedeln. 
Hier  erwarb  er  sich  eine  ausgedehnte  Praxis 
als  Arzt,  wurde  zum  Mitglied  und  1677  zum 
Sekretär  der  Royal  Society  gewählt.  1682  faßte 
er  seine  Arbeiten  in  dem  berühmten  Werk  ,,Ana- 
tomy  of  plants"  (London)  zusammen,  durch  das 
er  zum  Begründer  dieser  Wissenschaft  wurde. 
Er  erkannte  die  Zusammensetzung  des  Pflanzen- 
körpers aus  Zellen,  unterschied  clas  Parenchym 
von  den  langgestreckten  Fasern  und  (jefäßen, 
und  beschäftigte  sich  auch  mit  den  Winde- 
pflanzen und  der  pflanzlichen  Sexualität.  Er 
starb  zu  London  am  15.  März  1711. 

W.   Ruhland. 


öffentlicht.  Ueber  seinen  Lebenslauf ,  seine  Eigen- 
art und  seine  Leistungen  gibt  der  ausführliche 
Nekrolog  Auskunft,  in  dem  A.  W.  Hof  mann 
sein  Leben,  Emil  Fischer  und  H.  Caro  seine 
Verdienste  um  Wissenschaft  und  Technik  liebe- 
voll geschildert  haben  (s.  Ber.  d.  ehem.  Ges.  24, 
1007,  R.  1). 

E.  von  Meyer. 


Griffelschiefer. 

Die  Griffelung  der  Schiefer  ist  ein  dyna- 
misches Phänomen,  entstanden  dnrch"  Zu- 
sammenwirken der  Schichtnng  und  der 
irgendwie  dagegen  geneigten  transversalen 
Schiefernng.  Bei  der  Verwitterung  zerfallen 
die  Gesteine  in  griffelähnliche  Splitter.  Es 
gründet  sich  darauf  die  Griffelindustrie  z.  B. 
des  Thüringer  Waldes  (vgl.  den  Artikel 
, ,  G  e  s  t  e  i  n  s  a  b  s  0  n  d  e  r  u  n  g  "). 


Grieß 

Peter. 

Geboren  am  6.  September  1829  in  Kirchhosbach 
(Hessen),  gestorben  am  30.  August  1888  in 
Bournemouth.  Auf  seine  Entwickelung  als 
Forscher  im  Gebiete  der  organischen  Chemie 
haben  H.  Kolbe  (Marburg)  und  A.  W.  Hof  mann 
(damals  in  London)  den  größten  Einfluß  geübt. 
Grieß  zeigte  sich  aber  bald  als  durchaus  origineller, 
bahnbrechender  Beobachter.  Seine  wichtigsten 
Arbeiten  waren  der  Erforschung  der  von  ihm  in 
Marburg  1858  entdeckten  Diazoverbindungen  ge- 
widmet. Diese  originellen,  weithin  sich  erstrecken- 
den Untersuchungen  gehören  zu  den  klassischen 
Leistungen  im  Bereiche  der  Chemie  und  haben, 
nachhaltig  wirkend,  reiche  Früchte  gezeitigt. 
Grieß  selbst  fand  den  Uebergang  von  Diazo- 
verbindungen in  Azokörper;  aber  die  technische 
Ausdehnung  dieser  Reaktion,  die  zur  Begründung 
der  hlülieiiden  Industrie  der  Azofarbstoffe  führte, 
wurde  von  anderen  ausgeführt.  Ihr  geistiger  I 
Vater  ist  Grieß  gewesen.  Alle  nicht  zur  Gruppe^ 
der  obigen  Arbeiten  gehörenden  Untersuchungen 
zeigen  ihn  als  genialen  Beobachter.  Trotz  seiner  \ 
verantwortlichen  arbeitsreichen  Stellung  in  der  ! 
Technik  (in  der  Großbrauerei  von  AUsopp  Sons 
zu  Burton  on  Trent)  vermochte  Grieß  die 
spezielle  organische  Chemie  mit  ausgezeichneten 
Beobachtungen  zu  t)ereichern.  Seine  Haupt- 
arbeiten sind  in  Liebigs  Annalen,  in  den  Be- 
richten der  deutschen  cheniisclu'ii  Gesellsciiaft 
und    im    Journal    lür    praktisi-l;e    Chemie     ver- 


Griseb.ich 

August. 

Geboren  am  17.  April  1814  in  Hannover.  Er 
studierte  von  1832  ab  in  Göttingen  und  von 
1834  bis  1836  in  Berlin  Medizin  und  Natur- 
wissenschaften. 1841  wurde  er  in  Göttingen 
außerordentlicher  und  1847  ebendort  ordentlicher 
Professor  für  allgemeine  Naturgeschichte.  Seine 
Vorlesungen  wurden  später  auf  systematische 
und  physiologische  Botanik  eingeschränkt.  Be- 
rufungen nach  anderwärts  lehnte  er  ab.  Nach 
mannigfachen  wissenschaftlichen  Reisen  durch 
Europa  starb  er  zu  Göttingen  am  9,  Mai  1879. 
—  Griesebach  nahm  in  seiner  wissenschaftlichen 
Tätigkeit  die  Anregungen  A.  v.  Humboldts  in 
pflanzengeographischer  Beziehung  auf  und  suchte 
die  Zusammensetzung  der  Pflanzendecke  vor 
allem  aus  den  klimatischen  und  Bodenverhält- 
nissen abzuleiten.  Diese  Studien,  in  denen  die 
wissenschaftliche  Bedeutung  von  Grisebach  liegt, 
faßte  er  in  dem  zweibändigen  Werk  ,, Vegetation 
der  Erde  nach  ihrer  klimatischen  Anordnung" 
(Leipzig  1872)  zusammen.  Minder  bedeutend  sind 
seine  Leistungen  alsSj'stematiker  und  Florist,  als 
welcher  er  u.  a.  die  Floren  von  Westindien  — 
diese  im  Auftrag  der  britischen  Regierung  (1859 
bis  1864)  —  und  von  Argentinien  (1879)  auf 
Grund  von  Herbarmaterial  bearbeitet  hat. 
Literatur.  J.  Iteinke,  in  der  Botanischen  Zeitung, 
Bd.  37,  1S79.     Hier  atich  ein  Schrift env er zeichns. 

W.   liiihland. 


(irothiiss 

Theodor,  eigentlich  Christian  Johann  Dietrich, 
Freiherr  von. 

Geboren  am  20.  Januar  1785  in  Leipzig  von  Kur- 
länder Kitern.  gestorben  am  14.  März  1822  auf 
seiner  Besitzung  Geddutz  in  Litauen.  Er  lebte  in 
den  Jahren  1803  bis  1808  zu  seiner  Ausbildung 


Grothuss  —  Grrunchvasser 


123 


in  Leipzig,  Paris,  Rom,  Neapel,  übernahm  dann 
das  Erbgut  Geddutz  und  widmete  sich  da  wissen- 
schaftlidien  Untersuchungen  auf  physikalisch- 
chemischem Gebiet.  Im  Jahre  18Ö5  veröffentlichte 
er  Untersuchungen  über  die  Zersetzung  des 
Wassers  durch  den  elektrischen  Strom  und  gab 
daran  anschließend  die  erste  Theorie  der  elektro- 
Ivtischen  Dissoziation. 

E.   Drude. 


Grove 

Sir  William  Robert. 

Geboren  am  14.  Juli  1811  in  Swansea,  gestorben 
am  2.  August  1896  in  London.  Er  war  Jurist 
und  praktizierte  fünf  Jahre  als  Rechtsanwalt 
in  London,  wandte  sich  alsdann  der  Physik  zu 
und  wirkte  von  1840  bis  1846  als  Professor  der 
Physik  an  der  London  Institution.  Seit  1840 
war  er  Mitglied  der  Royal  Society,  1875  wurde 
er  Richter  am  High  Court  of  Justice.  Grove 
konstruierte  1839  ein  konstantes  galvanisches 
Element,  unter  dem  Namen  der  Grov eschen 
Batterie  bekannt,  und  eine  galvanische  Gas- 
batterie. 1847  gelang  ihm  die  Feststellung  der 
thermischen  Assoziation  des  Wassers.  Weithin  be- 
kannt machten  ihn  seine  Vorlesungen  über  ,,Corre- 
lations  of  physical  forces";  sie  sind  in  deutscher 
Uebersetzung  von  Schaper,  Braunschweig  1871, 
erschienen . 

E.  Drude. 


Grundwasser. 

1.  Definition.  2.  Bewegung  des  Grundwassers 
3.  Grundwasserspiegel.  4.  Artesisches  Wasser. 
5.  Herkunft  des  Grundwassers.  6.  Beschaffenheit 
von  Grund-  und  Flußwasser.  7.  Chemische 
Wirkungen  des  Grundwassers. 

I.  Definition.  Von  verschiedenen  Autoren 
wird  Verschiedenes  unter  der  Bezeichnung 
Grundwasser  verstanden.  Während  Keil- 
hack ,, unter  Grundwasser  im  Gegensatz 
zum  Oberflächenwasser  alles  unter  der  Erd- 
oberfläche befindliche,  auf  natürlichem  Wege 
dorthin  gelangte  flüssige  Wasser"  ver- 
steht, will  Haas  diese  Bezeiehnuug  ledig- 
lich auf  Wasseransammlungen  in  lockeren 
und  losen  Gesteinen  beschränkt  wissen.  Alles 
auf  den  Schichtflächen  und  Klüften  fester 
Gesteine  angesammelte  Wasser  wird  zum 
Quellwasser  gerechnet.  Noch  weitere  Tren- 
nungen werden  von  Steuer  ausgeführt. 
Die  Gesamtheit  des  flüssigen  Wassers  unter 
der  Erdoberfläche  nennt  Steuer  Boden- 
wasser und  wie  Haas  nur  den  Teil  Grund- 
wasser, der  in  lockeren  und  losen  Ablage- 
rungen vorkommt  und  eine  zusammen- 
häugende  Masse  bildet.  Die  in  durchlässigen, 
aber  nicht  lockeren  und  losen,  sondern  festen 


Schichten  vorkommende,  zusammenhängende 
Wassermasse  wird  Schichtwasser,  das  auf 
Klüften,  Schichtfugen  und  Spalten  im 
festen  undurchlässigen  Gestein  angesammelte 
Kluftwasser  genaunt.  Keil  hack  verwirft 
alle  diese  Uuterscheidungen,  da  es  unmöglich 
sei,  Grenzen  zwischen  den  einzelnen  Be- 
griffen zu  zieheu.  ,,  Wie  nennt  man  ein  Wasser, 
welches  in  porösem  und  zugleich  klüftigem 
Gestein  euthalten  ist?"  Unzählige  Male 
trete  Schicht-  und  Kluftwasser  aus  festem 
Gestein  in  lose  Trümmergesteine  über  und 
umgekehrt.  Auch  hänge  die  chemische 
Zusammensetzung  eines  Wassers  nicht  davon 
ab,  ob  die  Gesteine  aus  lockeren  Trümmern 
oder  festen  Felsen  bestehen.  Gerade  der 
zuletzt  genannte  Einwand  zeigt,  daß  die 
Unterscheidungen  iu  der  Tat  keine  idealen 
sind,  da  so  wichtige  Eigenschaften  wie  die 
chemischen  nicht  in  ihnen  berücksichtigt 
werden,  aber  sie  scheinen  mir  dennoch  zweck- 
mäßig, da  sie  auf  erhebliche  Verschieden- 
heiten in  den  x\nsammlungsformen  der  Boden- 
wässer gegründet  sind.  Während  Grund- 
und  Schichtwasser  (im  Sinne  Steuers) 
zusammenhängende  Niveaus  bilden,  ist  dies 
bei  Kluftwässern  zumeist  nicht  der  Fall, 
sondern  unmittelbar  benachbarte  Spalten 
können  nach  Herkunft,  Bewegung,  Tempe- 
ratur und  Zusammensetzung  der  gelösten 
Stoffe  völlig  verschiedene  Wässer  führen. 
Schichtwasser  ist  vom  Cirundwasser  durch 
das  häufigere  Auftreten  hydrostatischer 
Druckerscheinungen  (artesische  Wässer) 
unterschieden.  Doch  entsprechen  Steuers 
Bezeichnungen  nicht  ganz  den  allgemein 
üblichen,  denen  wir  uns  hier  insofern  an- 
schheßen  wollen,  als  wir  Steuers  Grund- 
wasser als  Grundwasser  im  engeren  Sinne  und, 
dem  allgemeinen  Sprachgebrauche  gemäß, 
mit  dem  Schichtwasser  als  Grundwasser 
im  weiteren  Sinne  zusammenfassen  wollen. 
Demgemäß  wird  uns  das  in  Keilhacks 
Definition  zum  Grundwassergerechnete  Kluft- 
wasser hier  nicht  näher  beschäftigen  (davon 
wird  im  Artikel  „Quellen"  gehandelt).  — 
Unter  Grundwasserspiegel  oder  Grundwasser- 
welle versteht  Keil  hack  ,,die  Oberfläche 
des  flüssigen  Wassers  unter  der  Erdoberfläche". 
Wir  definieren  hier  den  Grundwasserspiegel 
als  die  Oberfläche  der  Grundwasseransamm- 
lungen in  der  Erdrinde.  Als  Grundwasser- 
scheide sei  mit  Keilhack  entsprechend  der 
Flußwasserscheide  die  Linie  bezeichnet, 
welche  die  jeweiligen  höchsten  Punkte  des 
Grundwasserspiegels  miteinander  verbindet. 
2.  Bewegung  des  Grundwassers.  AVasser- 
ansammlungen  finden  im  Erdboden  in 
'  wasserdurchlässigen  Gesteinen  über  undurch- 
i  lässigen  statt.  Sie  stehen  im  ganzen  nicht 
i  still,  sondern  verhalten  sich  ähnlich  wie  die 
Ansammlungen  von  Wasser  an  der  Erd- 
'  Oberfläche.  In  Hohlformen  der  undurch- 
lässigen    Ciesteinsschichten    stehen     Grund- 


124 


Grunchvasser 


Wasserbecken,  oder  es  bewegen  sich  in  Tälern 
und  Schluchten  breite  oder  schmale  Grund- 
wasserläule,  oder  das  Grundwasser  folgt 
als  Strom  dem  allgemeinen  Schichten- 
gefälle,  es  fließt  vom  höheren  zum  tieferen 
Niveau.  Im  Gegensatz  zu  den  Oberflächen- 
gewässern ist  jedoch  das  Grundwasser  in 
der  Bewegung  stark  von  den  Besonderheiten 
des  Wirtsgesteins  und  anderen  Faktoren  ab- 
hängig. Slichter  findet  vier  Momente, 
welche  auf  die  Bewegung  einwirken:  1.  die 
Gestalt  der  Poren  des  beherbergenden  Ge- 
steins (die  Kapazität,  Wasser  zu  übermitteln, 
ist  für  große  Poren  größer  als  für  kleine), 

2.  die  Porosität  des  Gesteins  (bei  gleichen 
anderen  Bedingungen  ist  die  Bewegung 
stärker  bei  hoher  als  bei  niedriger  Porosität), 

3.  die  Neigungsfläche  des  Einfalls  oder  der 
Wechsel  im  Einfall  oder  Gefälle,  durch  die 
Längeneinheit  in  der  Bewegungsrichtung 
gemessen  (der  Fluß  ist  naturgemäß  bei  hohen 
Neigungsflächen   größer   als   bei   niedrigen), 

4.  die  Wassertemperatur  (für  höhere  Tempe- 
raturen ist  die  Fließbewegung  größer  als 
für  niedrige).  Auf  Grund  solcher  Ueber- 
legungen  haben  verschiedene  Forscher  ver- 
sucht, die  Geschwindigkeit  der  Bewegung 
mit  Hilfe  von  Formeln  zu  erfahren.  So  nahm 
Darey  an,  daß  die  Bew^egung  des  Wassers  einer 
Bodensäule  in  einer  bestimmten  Richtung 
proportional  ist  dem  Unterschied  im  Gefälle 
an  den  Enden  der  Säule  und  entgegengesetzt 
proportional  der  Länge  der  Säule.     Daraus 

P 
ergab  sich  die  Formel  v  =  k  y ,  wobei  k  die 

Korngröße  der  Bodenteile,  p  die  Neigungs- 
differenz an  den  Enden  der  Bodensäule, 
h  die  Länge  der  Säule  darstellt.  Hazen  kon- 
struierte dieFormel  v^cd^  y  (0,70  + 0,003t), 

wobei  c  eine  Konstante,  d  die  effektive 
Korngröße  des  Bodens,  h  der  Gefällunter- 
schied, 1  die  Mächtigkeit  der  Gesteinsschicht, 
t  die  Temperatur  ist.  Beobachtet  wird  die 
Bewegung  mit  Hilfe  von  Bohrlöchern  oder 
Brunnen,  indem  man  Salz  in  das  stromauf- 
wärts gelegene  Bohrloch  schüttet  und  ent- 
weder nach  der  Methode  von  Thiera  aus 
dem  abwärts  gelegenen  Bohrloch  regelmäßig 
Proben  bis  zur  Feststellung  des  Auftretens 
des  Salzes  entnimmt  oder  nach  Slichter 
mit  Hilfe  der  Elektrolyse  die  Ankunft  des 
salzigen  Wassers  konstatiert.  Anstatt  der 
Salze  werden  auch  Farbstoffe  verwendet. 
Thiem  fand  in  den  feinen  Sauden  von 
Stralsund  bei  einer  Neigung  des  Grund- 
wasserspiegels um  2«  0  (20  mm  auf  1  m)  eine 
Geschwmdigkeit  von  3,5  bis  4  m  in  24  Stun- 
den, Heim  im  Kies  des  Emmentals  bei  7"/oo 
Gefälle  8  m,  im  Limmattal  bei  V^Voo  Gefälle 
4  bis  6  m. 

Von    den    (Jberflächenformen    des    vom 
Grundwasser  durchströmten  Gebietes  braucht 


keinerlei  Abhängigkeit  in  der  Bewegungs- 
richtung und  Geschwindigkeit  zu  bestehen. 
Nicht  selten  bewegen  sich  Grundwasser- 
ströme unter  Hügeln  von  deren  einem  Fuß 
zum  entgegengesetzten.  Grundwasserscheide 
und  Oberflächenwasserscheide  fallen  also 
hier  nicht  zusammen. 

Vielfach  bewegen  sich  Grundwasser- 
ströme in  toten,  von  durchlässigen  Gesteinen 
ausgefüllten  Tälern  des  Untergrundes,  die 
in  keiner  Beziehung  zu  heutigen  Tälern  oder 
Flußläufen  zu  stehen  brauchen.  Fig.  1  zeigt 
ein  Beispiel  aus  der  Umgebung  von  Leipzig 
nach  den  Untersuchungen  von  Thiem. 
Alte  Mulde-  und  Elstertäler  sind  hier  mit 
Schottern  erfüllt,  in  denen  Grundwasser- 
ströme gewaltige  Wassermengen  nördlich 
schicken.  Durch  das  4  bis  5  km  breite  Mulde- 
tal bei  Naunhof,  das  eine  Mächtigkeit  des 
Wasserträgers  von  12  bis  18  m  besitzt,  fließen 
täglich  80000  cbm. 

Bemerkenswert  ist  die  Bewegung  des 
Grundwassers  im  Rheintal  zwischen  Basel 
und  Mainz,  die  Daubree  eingehend 
beschreibt.  Hier  fließt  der  Rhein  auf 
den  sehr  mächtigen  Schuttmassen,  die  den 
Rheintalgraben  bis  über  100  m  erfüllen. 
Diese  Schuttmassen  sind  zum  Teil  durch- 
lässig (Sande  und  Kiese)  und  beherbergen 
starke  Grundwasserströme,  die  in  Verbin- 
dung mit  dem  Rhein  stehen.  ,,Wenn  der 
Rhein  steigt,  so  erfolgt  eine  Aufstauung  des 
Grundwassers  nach  den  Seiten  hin,  und  die 
Grundwasseroberfläche  in  der  Tiefebene  läßt 
in  den  Brunnen  ein  Ansteigen  wahrnehmen, 
welches,  je  näher  dem  Flusse,  um  so  mehr 
zeitlich  mit  dessen  Steigen  übereinstimmt, 
je  weiter  entfernt  von  ihm,  sich  um  so  später 
und  in  um  so  abgeschwächterem  Maße  sich 
zu  erkennen  gibt"  (Keilhack).  Die  Wasser- 
führung des  Rheins  ist  von  dei  Witterung 
in  den  Alpen,  nicht  von  der  in  der  ober- 
rheinischen Tiefebene  abhängig,  die  Wasser- 
führung seiner  Nebenflüsse  dagegen  von 
lokalen  Faktoren.  Führt  der  Rhein  Hoch- 
wasser, die  ihm  streckenweise  parallel  im 
Rheintal  laufenden  Nebenflüsse  wie  die  111 
dagegen  nicht,  so  tritt  eine  Grundwasser- 
welle vom  Rhein  in  die  111  über  und  bringt 
auch  dieser  das  Hochw^asser.  Entsprechend 
ist  es  im  umgekehrten  Falle.  Auch  im  Ge- 
fälle und  in  der  Geschwindigkeit  bestehen 
Beziehungen  zwischen  dem  Rhein  und  den 
Grundw'ässern. 

Die  Beziehungen  zwischen  Grundw^asser 
und  Meerwasser  in  durchlässigen  Küsten- 
gebieten sind  namentlich  von  Seiten  hol- 
ländischer Forscher  untersucht.  Hier  kommt 
unter  dem  süßen  Grundwasser  salziges  Meer- 
wasser vor.  Spezifisch  leichteres  Süßwasser 
schwimmt  auf  dem  schwereren  Salzwasser. 
Auf  den  ostfriesischen  Liseln  ist  ersteres  aus 
den  atmosphärischen  Niederschlägen  ge- 
bildet.   Es  reicht  nur  etwa  50  bis  60  m  tief 


Gri'undwassei' 


125 


hinunter,  so  daß  es  bei  der  starken  sommer- 1  3.  Grundwasserspiegel.  Form  und 
liehen  Wasserentnahme  der  Seebäder  oft  j  Lage  des  (Irundwasserspiegels  sind  vom 
mit  Salzwasser  gemischt  heraufgepumpt  äußeren  Reliefdes  Gebietes,  von  der  Zertalung, 
wird.      Der    Grundwasserspiegel  liegt   etwa   von  der  Porosität  des  Gesteins,  vom  atmosphä- 


'000  0     123t56      7e9    10> 


Schkeudit2    rÄ?t?:NW-^r-^\f'' 

^-.^»J    1 ..V^  ^    >   \vv\X  vN  .^    .  >y 


.-'  Nord 


Preussen 


Bf'andis 


Fig.  1.     Die  Grundwasserströme  der  Umgegend  von  Leipzig.     Nach  Thiem. 


undurchlässig 


Fig.  2.  ,  Rückstau  und    Quellbildung  des   Grundwassers  infolge  von  Ueberlagerung  eines  durch- 
lässigen Grundwasserträgers  durch  undurchlässige  Schichten.     Nach   Slichter. 


IV2  m  höher  als  der  Meeresspiegel,  infolge- 
dessen findet  beständiger  i\bfluß  nach  dem 
Meere  statt.  Hierdurch  wird  die  Diffusion 
zwischen  Salz-  und  Süßwasser  in  der  Tiefe 
stark  beeinträchtigt. 

Merkwürdig  sind  Grundwasserbewegungen 
an  Stellen,  die  eine  Ueberlagerung  von  un- 
durchlässigen Schichten  über  die  bisher  die 
Oberfläche  einnehmenden  durchlässigen 
zeigen.  Fig.  2  veranschaulicht  eine  solche  Be- 
wegung, die  sich  in  einem  Rückstau  des  Wassers 
und  starker  Quellenbildung  äußert.  Die 
Verhältnisse  der  Paderquellen  bei  Paderborn, 
die  im  Artikel  ,, Quellen"  ausführlich  dar- 
gestellt w^erden,  entsprechen  diesem  Schema, 
wenn  auch  hier  nicht  eigentliches  Grund- 
wasser vorliegt,  sondern  Kluftwasser,  jedoch 
in  stark  zerklüftetem  Gestein. 


rischen  Niederschlag  und  noch  anderen 
Faktoren  abhängig.  Je  bewegter  das  Relief, 
desto  größer  ist  im  allgemeinen  der  Abstand 
zwischen  der  Oberflächenerhebung  und  dem 
Grundwasserspiegel.  In  Dünengebieten, 
die  aus  feinkörnigen  Sauden  bestehen,  folgt 
nach  Keil  hack  die  Oberfläche  des  Grund- 
wasserspiegels recht  genau  der  des  Dünen- 
gebietes. Unter  Dünenhügeln  findet  man 
Grundw^asseranschwellungen  und  unter  den 
Tälern  Grundwasserrinnen.  So  wird  an  der 
Ostsee  in  der  hohen  Stranddüne  kaum 
100  m  von  der  Küste  entfernt  aus  Wasser- 
löchern klares  Dünenwasser  geschöpft, 
dessen  Oberfläche  mehrere  Meter  über  dem 
Ostseespiegel  liegt.  In  grobkörnigen  Grund- 
wasserträgern läßt  sich  ein  solcher  Zusammen- 
hang der  Oberfläehenformen  nicht  in  gleicher 
Weise  feststellen. 


12(i 


Grundwasser 


Gegen  tief  einjjeschnittene  Täler  mit 
ol'lonen  Wasserläuleii  senkt  sieh  der  Spiegel 
und  geht  in  den  Fhißs])iegel  über. 

Slichter  liat  das  nachstehende  allgemeine 
Schema  (Fig.  3)  der  Form  eines  Cirundwasser- 
spieijels  gegeben,  das  nach  den  zahlreichen 
Beobachtungen  der  (Teologischen  Landesan- 
stalt der  Vereinigten  Staaten  gebildet  ist.  In 
Preußen  sind  von  geologischer  Seite  nament- 
lich durch  Keil  hack  Beobachtungen  über 
(iruiul Wasserspiegel  veröffentlicht  worden. 

Schwankungen  des  Grundwasser- 
spiegels. Außer  den  seitlichen  Bewegungen 
des  Grundwassers  finden  noch  senkrecht 
verlaufende  Schwankungen  des  Wasser- 
standes statt.     Auch  hierin  ist  das  Grund- 


Absenken  auftretenden  Schwankungen  finden 
noch  innerhalb  des  Grundwassers  Strö- 
mungen statt,  die  durch  d'Andrimont  mit 
Hilfe  der  Anfärbung  beobachtet  wurden. 
Es  ergab  sich,  daß  aus  der  Tiefe  Wasser 
heraufgebracht  wird,  während  zugleich  von 
oben  seitlich  solches  hinabfließt.  Der  tiefste 
Teil  des  Grundwassers  bleibt  in  Ruhe. 

Van  Hise  hat  gefunden,  daß  ganz  all- 
gemein die  Schwankungen  des  Grund- 
wasserspiegels von  6  Faktoren  abhängen; 
diese  sind:  1.  Niederschlag  und  Verdunstung, 
2.  Hebung  und  Senkung,  3.  Denudation  und 
Aufschüttung,  4.  menschliche  Tätigkeit, 
5.  Luftdruck,  6.  Temperatur.  Die  von 
Niederschlagsänderungen  abhängigen  Schwan- 


Fig.  3.      Skizze  zur  Veranschaulifhung  der  Wellen  eines  Grundwasserspiegels,  des  mutmaßlichen 
Grundwasserabzuges  (Pfeülinien)  und  der  Drainwege  (dicke  Linien).    Nach  Slichter. 


Wasser  durchaus  dem  Oberflächenwasser 
zu  vergleichen.  Die  Schwankungen  sind 
periodisch  und  werden  in  Brunnen  an  Wasser- 
standsmarken gemessen.  Ihre  Ursachen  sind 
zum  Teil  wne  bei  den  Flüssen  und  Seen 
Witterungsänderungen.  Aber  sie  können 
auch  künstlich  hervorgerufen  werden.  Wird 
aus  einem  Brunnen  Grundw^asser  herauf- 
gepumpt, so  sinkt  der  Wasserstand  zunächst 
im  Brunnen.  Aber  bei  fortschreitendem 
Pumpen  auch  in  der  Umgebung  und  dann 
in  immer  weiteren  Gebieten.  Gleichzeitig 
vermindert  sich  die  geförderte  Wassermenge. 
Schließlich  tritt  ein  Beharrungszustand  ein. 
Die  Wassermenge  bleibt  konstant,  ebenso 
der  Wasserstand  in  den  Brunnen.  Das  Ab- 
senken des  Grundwasserspiegels  kann  so 
weit  gehen,  daß  auch  Oberflächengewässer 
in  Mitleidenschaft  gezogen  werden.  So 
führt  Keilhack  das  erhebliche  Sinken  der 
Grunewaldseen  bei  Berlin  auf  die  Grund- 
wasserentnahme durch  die  Charlottenburger 
Wasserwerke   zurück.      Außer   diesen    beim 


kungen  haben  verschiedenes  Ausmaß,  das 
sich  zwischen  der  Einwirkung  allgemeiner 
Klimaänderungen  und  der  des  täglichen 
Niederschlagsweehsels  bewegt.  Hebung  und 
Senkung  sind  Vertikalbewegungen,  die  das 
Resultat  epeirogenetiseher  oder  orogene- 
tischer  Vorgänge  darstellen.  Hebung  bringt 
Fallen,  Senkung  Steigen  des  Grundwasser- 
spiegels hervor.  Denudation  verwandelt 
den  oberen  Teil  des  Sättigungsgürtels  in  den 
Verwitterungsgürtel.  Der  umgekehrte  Vor- 
gang ist  die  Folge  der  Aufschüttung.  Die 
Menschenarbeit,  welche  den  Grundwasser- 
stand beeinflußt,  ist  verschiedener  Art:  Ent- 
oder  Bewaldung,  Bewässerung,  Bodenkultur. 
Im  allgemeinen  befördert  Entwaldung  den 
Ablauf  der  Niederschlagswässer-;  desgleichen 
schlechte  Bodenkultur,  während  gute  diesen 
vermindert.  Im  allgemeinen  wird  der  Grund- 
wasserstand durch  Kultur  erniedrigt.  Baro- 
meterdruck hat  nur  geringen  Einfluß,  nach 
King  handelt  es  sieh  um  Schwankungen  des 
Spiegels    von    Zentimetern.        Temperatur- 


Grundwasser 


rn 


erhöhuiig  vermindert  die  Viskosität  des 
Grundwassers  und  befördert  damit  das  Ab- 
fließen in  Quellen,  wodurch  eine  negative ; 
Aenderung  des  Wasserstandes  hervor- 
gerufen wird.  Ferner  wird  bei  Erwärmung  der 
Gasdruck  erhöht,  der  ebenfalls  stärkeren 
Abfluß  bewirkt.  Doch  ist  auch  der  Einfluß 
von  Temperaturänderung  auf  den  Grund- 
wasserspiegel nur  gering.  Von  allen  diesen 
Faktoren  findet  van  Hise  die  Menschen- 
arbeit als  den  bedeutendsten.  > 
Tiefe  des  Grundwasserspiegels.  AU-; 
gemein  läßt  sich  feststellen,  daß  der  Grund- 
wasserspiegel in  Gebieten  mit  mittlereniNieder- 
schlag,  mäßiger  Erhebung  über  dem  Meeres- 
spiegel und  mäßiger  Unebenheit  des  Reliefs 
etwa  3  bis  30  m  unter  der  Oberfläche  liegt. 
Näher  der  Oberfläche  findet  man  ihn  in 
Gebieten  mit  reichem  Niederschlag  und  einer 
mächtigen  Decke  von  loser  Aufschüttung 
oder  Verwitterungsschutt.  In  höher  gelegenen 
und  unregelmäßig  geformten  Gegenden  liegt 
die  Fläche  der  Grundwasseransammlungen 
häufig  30  bis  90  m  unter  der  Oberfläche, 
zumal  bei  geringer  jährlicher  Niederschlags- 
höhe. In  hochgelegenen  trockenen  oder 
wüsten  Regionen  kann  der  Spiegel  sogar 
300  m  oder  tiefer  liegen.  Im  ,,Treatise  on 
Metamorphism",  dem  auch  vorstehende 
Zahlen  entnommen  sind,  gibt  van  Hise 
Zahlen  über  die  Lage  des  Grundwasser- 
spiegels in  den  Vereinigten  Staaten  wieder. 
In  der  humiden  Region  der  östlichen  Staaten 
liegt  er  0  bis  27  oder  30  m  unter  der  Ober- 
fläche. Im  größeren  Teil  der  von  Glazial- 
diluvium bedeckten  Region  ist  der  Spiegel 
weniger  als  15  m  tief  gelegen,  nur  in  höheren 
Hügelgeländen  liegt  er  zwischen  15  und  30  m. 
Im  Schutt  der  südlichen  Appalachen  wird  er 
in  einer  Tiefe  von  weniger  als  30  m  an- 
getroffen. Im  größeren  Teil  der  Golf-  und 
Küstenebenen  findet  man  Wasser  in  weniger 
als  15  m.  Im  hohen  Kalkgebiet  von  Kentucky 
und  Tennessee  liegt  der  Spiegel  60  bis  90  m 
unter  der  Oberfläche.  Im  westlichen  Teil 
der  großen  Plateaus  östlich  von  den  Kordil- 
leren trifft  man  ihn  in  30  bis  75  m  Tiefe,  nur 
in  den  Flußtälern  höher  an.  In  den  ariden 
Regionen,  die  von  tiefen  Canyons  zerschnitten 
sind,  kann  das  Grundwasser  tief  unter  der 
Oberfläche  liegen.  Bisweilen  hat  man  dessen 
völliges  Fehlen  angenommen.  Daß  dies 
nicht  der  Fall  ist,  zeigen  die  zahlreichen 
Quellen  an  den  Flüssen  auf  dem  Grunde  der 
Canyons.  So  entspringen  im  Großen  Colorado- 
Canyon  zahlreiche,  zum  Teil  starke  und  kalk- 
reiche Quellen.  Im  ariden  Westen,  der  von 
tiefen,  steilen  Canyons  zerschnitten  ist,  liegt 
der  Grundwasserspiegel  an  manchen  Stellen 
mehr  als  1000  m  unter  der  Erdoberfläche. 
Die  durchschnittliche  Tiefe  des  Grundwasser- 
spiegels in  den  Vereinigten  Staaten  beträgt 
30  bis  50  m. 

Ueber  dem  eigentlichen  Spiegel  liegt  die 


Zone  der  Fluktuation,  die  bei  feuchter 
Witterung  eine  iVbwärtsbewegung  des  Ober- 
flächenwassers, bei  trockener  eine  Auf- 
wärtsbewegung von  Teilchen  aus  der  Grund- 
wasseransammlung erkennen  läßt. 

Die  Tiefe  der  ganzen  Grundwasser- 
ansammlung ist  weniger  begrenzt.  Sie  kann 
bis  zu  den  Stellen  reichen,  welche  noch  eine 
kapillare  oder  stärkere  Porosität  der  Ge- 
steine aufweisen,  das  ist  in  etwa  10  bis  12000m 
Tiefe,  unterhalb  dieser  Tiefe  sind  nach  van 
Hise  alle  Poren  geschlossen. 

4.  Artesisches  Wasser.  Nach  der  franzö- 
sischen Landschaft  Artois,  in  der  in  Europa 
1126  zuerst  ein  Brunnen  gegraben  wurde, 
dessen  Wasser  unter  eigenem  Druck  bis  an 
die  Oberfläche  stieg,  nennt  man  Druck- 
wasser auch  artesisches.  Im  Artikel,, Qu  eilen" 
ist  eine  häufige  Lagerungsform  von  Druck- 
wasser in  Fig.  6  wiedergegeben.  Es  handelt 
sich  um  eine  Mulde,  in  welcher  durchlässige 
und  undurchlässige  Schichten  wechsellagern. 
Das  Wasser  sammelt  sich  unter  den  undurch- 
lässigen Schichten  im  tiefsten  Teile  der  Mulde 
an,  bis  vollständige  Sättigung  der  wasser- 
führenden Schicht  eingetreten  ist.  Bringt 
man  nun  in  diese  Schicht  ein  Bohrloch  nieder, 
so  dringt  das  Wasser  je  nach  der  Höhe  seiner 
Säule  im  Muldenschenkel  hoch.  Druck- 
wasser tritt  jedoch  nach  Richert  auch  schon 
auf,  wenn  ein  Grundwasser  durch  eine  im 
Wasserträger  eingelagerte,  sich  nach  beiden 
Seiten  hin  auskeilende,  undurchlässige,  ge- 
neigte Schicht  streckenweise  in  zwei  Stock- 
werke zerlegt  wird.  Nach  Keil  hack  können 
selbst  Unterschiede  in  der  Leitungsfähigkeit 
und  Durchlässigkeit  in  einem  petrographisch 
gleichartigen  Schichtenkomplexe  zur  Ent- 
stehung von  artesischem  Wasser  führen.  ,,In 
Flußtälern  mit  kräftigem  Gefälle  nimmt  von 
der  Oberfläche  nach  der  Tiefe  die  Korn- 
größe der  Ablagerungen  und  damit  ihre 
Durchlässigkeit  gewöhnlich  zu  und  der 
Druckverlust  des  Wassers  durch  Reibung 
nimmt  nach  der  Tiefe  ab.  Daher  beobachtet 
man  in  solchen  Fällen  ein  mit  der  Tiefe  der 
Brunnen  oder  Bohrlöcher  wachsendes  Auf- 
steigen des  Wassers."  Auch  x\nlagerung 
undurchlässiger  Schichten  an  einen  Komplex 
durchlässiger,  wasserführender;  ferner  die 
I  geneigte  Lagerung  oder  Aufbiegung  des 
Wasserträgers  bringen  Druck  hervor. 

Der  hydrostatische  Druck,  der  auf  eine 
Grundwasseransammlung  ausgeübt  wird,  ist 
an  den  verschiedenen  Stellen  verschieden. 
Gemessen  wird  der  Druck  mit  Hilfe  von 
Manometern,  die  man  in  die  Bohrlöcher  oder 
Brunnen  eines  Gebietes  mit  artesischem 
Wasser  bringt.  In  einem  Gebiet  mit  zahl- 
reichen Bohrungen  kann  man  durch  Ver- 
bindung der  einzelnen  Druckpunkte  zu 
Linien  auf  die  topographische  Karte  Wasser- 
drucklinien eintragen,  die  ein  übersicht- 
liches  Bild  der  Druckverhältnisse  in  einem 


128 


Gnmdwasser 


Druckwassergebiet  geben.  Keil  hack  hat 
eine  solche  Wassonlruckkarte  lür  die  Gegend 
zwischen  Ruhlaiul  nnd  Elsterwerda  auf- 
genoninien,  die  in  nachstehender  Fig.  4 
Wietlergegeben  ist.  ,,Dort  sitzen  die  arte- 
sischen Wasser  innerhalb  der  Braunkohlen- 
formation und  sind  nach  oben  hin  von  un- 
durchlässigen tertiären   Schichten  bedeckt." 


Wasserdampfes  in  der  Grnndluft,  ihren  Aus- 
druck gefunden.  Autoren,  welche  beiden  An- 
sichten eine  gewisse  Berechtigung  zu- 
gestehen, sind  z.  B.  Thiem,  Kichert  und 
keilhack. 

Wenn  Grundwasser  aus  atmosphärischen 
Niederschlägen  hergeleitet  ist,  so  kann  aller- 
dings )uir  im  höchsten  Falle  ein  kleiner  Teil 


Fig. 


4.     Drucklinien  des  artesischen  Wassers  von  Kl.  Leipisch.     ^Maßstab  1:50  000. 
Nach  Keilhack. 


Wo  die  Kurven  dieser  Karte  sich  zusammen- 
drängen, bewegen  sich  die  Grundwasser 
in  schwer  durchlässigen  Schichten.  Wo  das 
Druckniveau  in  großer  Fläche  konstant 
bleibt,  ist  der  Grundwasserträger  gleich- 
mäßig. Im  südwestlichen  Teil  der  darge- 
stellten Fläche  liegt  eine  tiefe  Depression 
des  Druckniveaus.  Diese  fällt  mit  starken 
Schichtenstörungen  der  Braunkohlenfor- 
mation zusammen.  Durch  derartige  Stö- 
rungen kann  der  artesische  Druck  völlig  aus- 
gelöscht werden. 

5.  Herkunft  des  Grundwassers.  Seit 
alten  Zeiten  stehen  zwei  Grundwassertheorien 
einander  gegenüber.  Die  eine  läßt  alles 
Grundwasser  aus  den  atmosphärischenNieder- 
schlägen  herkommen,  die  andere  betrachtet 
es  mehr  als  eine  profunde  Bildung.  In 
moderner  Form  hat  jene  durch  Petten- 
kofers  Satz:  ,, Alles  Wasser  in  der'  Erde 
rührt  her  von  Regenwasser",  diese  durch 
Volgers  Anschauung,  alles  Wasser  in  der 
Erde  sei  das  Produkt  der  Kondensation  des 


der  Niederschläge  in  das  Grundwasser  über- 
treten, da  deren  Hauptmenge  wieder  ver- 
dunstet. Nach  Versuchen  in  Krakau  ver- 
dunsteten dort  von  667  mm  Jahresnieder- 
schlag 546  mm,  im  Gebiet  der  böhmischen 
Elbe  von  692  mm  592,3  mm.^)  Murray 
berechnete  für  33  der  größten  Stromgebiete 
der  Erde  sogar  eine  Verdunstung  von  fast 
80%.  Allerdings  entsprechen  diese  Zahlen 
nicht  den  natürlichen  bezw.  den  für  lokale 
Grundwasseransammlungen  in  Betracht 
kommenden,  da  in  der  Natur  Gesteins- 
unterschiede, Bodendecke,  Pflanzenwuchs 
eine  zum  Teil  einander  entgegengesetzte 
Wirkung  ausüben.  Durchlässige  Gesteine 
lassen  zwar  Niederschlag  leichter  eintreten 
als  undurchlässige  und  entziehen  ihn  da- 
durch der  Verdunstung,  aber  nur  größere 
Mächtigkeiten   bringen   diese   Wirkung   her- 


1)  Diese  Zahlen  sind  dem  Werke  von  E. 
G  e  n  n  e  r  i  c  h.  Die  Flüsse  Deutschlands,  Dres- 
den 1908,  entnommen. 


Grrunchvasser 


129 


vor,  während  aus  wenig  mächtigen  durch- 1  anderes  Beispiel  einer  solchen  Bachversicke- 
lässigen  Schichten  auch  eine  recht  erheb-  rung  hat  v.  L instow  vom  Graf enhainichen- 
liche  Verdunstung  stattfindet.  Die  Ver-  Schmiedeberger  Plateau  bekannt  gemacht, 
dunstung  verhält  sich  bei  unbedecktem  Hier  verschwindet  zwischen  Kemberg  und 
Boden  zu  der  eines  mit  5  cm  Fichten-  und  Düben  ein  Bach  auf  einer  Strecke  von  380  m 
Buchenstreu  bedeckten  und  der  eines  gras-  vollständig  im  Boden.  Nach  Seubert  zeigt 
bewachsenen  Bodens  wie  100  :  11  :  243.  die  Wurm  auf  der  Münchener  Schotter- 
Während  außerdem  eine  Grasdecke  nur  un-  fläche  eine  ähnliche  Erscheinung.  In  diesen 
bedeutende  Niederschlagsmengen  vom  Boden  beiden  Fällen  handelt  es  sich  um  eine  vorüber- 
fernhält, sind  diese  bei  einem  Waldbestand  !  gehende  Umwandlung  von  Flußwasser  in 
erheblich.  Außer  diesen  verdunstenden  Grundwasser.  Die  vieKachen  Wechsel- 
und  vom  Boden  angehaltenen  Mengen  fließt   beziehungen    zwischen    dem    Rhein,    seinen 


noch  ein  beträchtlicher  Teil  der  Niederschläge 
oberflächig  ab  und  in  die  offenen  Wasser- 
läufe liinein.     Bei  dem  oben  zitierten  Bei- 


Nebenflüssen und  dem  Grundwasser  in  der 
oberrheinischen  Tiefebene  wurden  schon 
oben     erwähnt.       Eine    Zeit     lang    wurde 


spiel  aus  dem  Gebiet  der  böhmischen  Elbe  j  in  primitiver  Weise,  neuerdings  in  kompli- 
wurde  ein  solcher  Abfluß  von  192  mm  be-  zierterer  Art  zu  Zwecken  der  Wasserver- 
obachtet.  Bei  der  gleichzeitig  auftretenden  sorgung  von  Städten  künstlich  Flußwasser 
starken  Verdunstung  kann  demnach  die  in  Grundwasser  verwandelt.  Entweder 
zum  Grundwasser  gelangende  Wassermenge  \  wurde  dem  Ufer  entlang  eine  Sammel- 
nur  gering  sein.  Für  das  Gebiet  der  Saale :  galerie  angelegt  und  deren  Wasserspiegel 
hatUle  Beträge  von  je  15"/n  für  Versickerung  unter  das  Niveau  des  Flusses  gesenkt.  Da- 
durch   trat    beim   Pumpen    eine   natürliche 


und  offenen  Abfluß  und  70  "/n  für  Verdunstung 
berechnet 


Filtration  ein.    Ein  Beispiel  ist  das  Wasser- 


Außer  dieser  unmittelbaren  Herleitung  |  werk  von  Schweinfurt.  Oberhalb  eines  Wehres 
des  Grundwassers  aus  den  Niederschlägen  j  geht  ein  ständiger  Strom  in  das  Ufer  und 
ist  eine  mittelbare  aus  den  oberflächig  ab-  unterhalb  des  Wehres  wieder  in  den  Fluß 
geflossenen  Niederschlagsmengen,  den  offenen  hinein.  Häufig  wurden  solche  natürlichen 
Wasserläufen,  möglich.  Vielfache  Wechsel-  [  Filteranlagen  jedoch  durch  Flußschlamm 
Wirkungen  sind  zwischen  Grund-  und  Ober-  j  verstopft.  Oder  Flußwasser  wird  nach  einem 
flächenwasser  festgestellt.  In  den  meisten  ,  Ueberrieselungsfeld  geleitet,  wo  es  versickern 
Fällen  mündet  der  Grundwasserstrom  in 'kann;  Infiltrationsbecken  und  Infiltrations- 
einen  offenen  Wasserlauf,  zuweilen  fließt  das  brunnen  tun  in  ähnlicher  Weise  bessere 
Grundwasser  unter  einem  solchen,  ohne  mit '  Dienste  als  Ueberrieselungsfelder. 
diesem  in  Berührung  zu  kommen.  Nicht  selten         Die  Volgersche  Theorie  der  Entstehung 


jedoch  wird   es   auch   aus   offenen   Wasser- 
läufen gespeist.    In  Karstgebieten  sind  Fluß- 


von    Grundwasser    aus    dem    kondensierten 
Wasserdampf  der   Grundluft  geht  von  den 


versickerungen  häufig.  Das  versickerte  zwei  .Tatsachen  aus,  daß  die  Atmosphäre 
Wasser  würde  nach  A.  Grund  in  ein  Grund-  nur  eine  bestimmte  Menge  Wasserdampf 
wasser  übertreten,  während  Katz er  die  An-  aufzunehmen  vermag,  die  von  der  Tempe- 
nahme  von  Grundwasser  im  Karst  verwirft  ratur  abhängig  ist,  und  daß  die  Atmosphäre 
und  nur  das  Bestehen  einzelner  Karstgerinne  sich  unter  der  Erdoberfläche  fortsetzt  und 
gelten  läßt.  Auch  nach  unserer  Definition  die  Hohbäume  der  Gesteine  erfüllt.  Wenn 
würde  es  sich  im  Karst  nicht  um  Grund-,  nun  eine  wärmere,  mit  Wasserdampf  be- 
sondern um  Kluftwasser  handeln,  doch  kann  ladene  Luft  in  kühlere  Erdschichten  ein- 
dieses  sicherlich  in  stark  zerklüfteten  seichten  tritt,  so  müßte  eine  teilweise  Verdichtung 
Karstgebieten  zu  Wasserständen  führen,  des  Wasserdampfes  erfolgen.  Durch  Experi- 
Es  kommen  jedoch  in  Gebieten  mit  lockeren,  mente  kann  man  die  Berechtigung  dieses 
durchlässigen  Gesteinen,  die  Grundwasser-  Schlusses  zeigen.  x\ber  bei  dieser  Konden- 
ströme  führen,  ebenfalls  Flußversickerungen  sation  wird  Wärme  abgegeben,  die  imstande 
vor.  So  entwässert  nach  Keilhack  ein  ;  sein  dürfte,  die  angenommene  Verflüssigung 
ziemlich  wasserreicher  Bach  das  Becken  von  zum  größten  Teil,  wenn  nicht  vollständig, 
Wiesenburg  im  Fläming.  Nach  kurzem  Fließen  umzukehren.  Nach  Aßmann  bestehen  je- 
verschwindet  aber  das  Wasser  vollständig;  doch  die  Wolken  aus  feinverteiltem,  flüssigem, 
es  fließt  in  den  sehr  mächtigen  groben  Sanden  nicht  gasförmigem  Wasser,  und  das  gleiche 
und  Kiesen  wahrscheinlich  dem  mindestens  nimmt  Meydenbauer  für  die  normale 
50  m  tief  erst  auftretenden  Grundwasser  zu.  Luftfeuchtigkeit  an.  Falls  diese  Annahme 
„Das  Meßtischblatt  Stackelitz,  an  dessen  richtig  ist,  könnte  in  der  Tat  die  Konden- 
Nordrande  der  Flecken  Wiesenburg  liegt,  sation  der  Grundluft  zur  Bildung  von  Grund- 
gehört infolgedessen  zu  den  wenigen  Gebieten  wasser  führen.  Ein  Beispiel  für  solche 
Norddeutschlands,  in  die  zwar  erhebliche  Kondensation  ist  das  Eiswachstum  in  den 
Wassermengen  hineinfließen,  aus  denen  aber  Eishöhlen.  Für  eine  andere  Ursache  der 
oberirdisch  nicht  ein  Tropfen  abfließt."    Ein  i  Grundwasseransammlung  als  die  Infiltration 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V.  " 


13U 


Crrundwasser 


von  Nicderschläs^'cn  spriclit  jedenfalls  auch  ]  Bedeutung.  Für  München  zeigen  folgende 
der  Umstand  daß  in  gewissen  Fällen  bei  Kurven  (Fig.  5)  das  Verhältnis  von  Nieder- 
Talsperren  und  Quollen  eine  größere  Wasser-  schlag,  Sättigungsdefizit  und  Grundwasser 
menge  abläuft,  als  ihrem  Einzugsgebiet  an 


Niederschlag  zukommt.  Nach  Haedicke 
haben  die  Quellen  der  Lahn,  Sieg  und  Lenne 
ein  sehr  beschränktes  Einzugsgebiet.  Den- 
noch liefern  sie  auch  in  niederschlagsarmen 
Zeiten  dauernd  Wasser. 

Mezger  hat  die  Volgersche  Theorie  so 
modifiziert,  daß  es  die  aus  der  Tiefe  auf- 
steigenden Dämpfe  seien,  welche  kondensiert 
würden,  daß  also  gewissermaßen  auch  das 
Grundwasser  juvenil  im  Süßschen  Sinne  sei. 
Die  Theorie  von  Novak  will  das  Grundwasser 
hauptsächlich  vom  Meereswasser  herleiten, 


35,0 


018 


515,402 


^5,8  cm 


HuiTi  <z:r)0  <c/^ozQO^x:^<znn<(.^o 
Fig.  5.      Schwankungen  des  Grundwasserstandes  in  München 
verglichen  mit  denen  des  Niederschlages  und  des  Sättigungs- 
defizits.   Nach  Soyka. 


das  vom  Meeresboden  aus  in  das  Innere  der 
Erde  eindringe. 

In  manchen  Fällen  haben  die  Unter- 
suchungen des  Schwankens  im  Grundwasser- 
spiegel gute  Uebereinstimmung  mit  dem 
Schwanken  des  atmosphärischen  Nieder- 
schlages ergeben.  Das  berühmteste  Bei- 
spiel dieser  iVrt  ist  das  Verhalten  des  Grund- 
wasserspiegels in  München  im  Vergleich  zum 
Niederschlag  und  zum  Sättigungsdefizit. 
Als  Sättigungsdefizit  wird  nach  Soyka  die- 
jenige !Menge  Wasserdampf  bezeichnet,  welche 
von  der  Luft,  ents])rechend  ihrem  vorhan- 
denen Feuchtigkeitsgrade  und  ihrer  Tempe- 
ratur noch  aufgenommen  werden  kann, 
also  die  Differenz  zwischen  der  Sättigung  der 
Luft  mit  Wasserdampf  bei  der  bestimmten 
Temperatur  und  der  tatsächlich  vorhandenen 
Feuchtigkeit.  Es  ist  der  Maßstab  für  die 
Verdunstungsvorgänge  und  infolgedessen  als 
Ergänzung  zur  Niederschlagsgröße  von  großer 


Letzteres  erreicht  danach  seinen  höchsten 
Stand  einen  Monat  später  als  der  Nieder- 
schlag. Das  Minimum  des  Grundwassers 
ist  schon  im  November  erreicht,  während  es 
bei  den  Niederschlägen  erst  im  Februar  ein- 
tritt. Das  Sättigungsdefizit  bewegt  sich  zwar 
dem  Grundwasser  und  Niederschlag  ent- 
sprechend, aber  die  absolute  Niederschlags- 
menge ist  doch  zu  groß,  als  daß  die  Ver- 
dunstung den  Niederschlag  absorbierte. 
Gleichzeitig  mit  dem  geringsten  Niederschlag 
ist  auch  das  Sättigungsdefizit  im  Winter  am 
geringsten,  d.  h.  also  die  Verdunstung  ist 
fast  vollständig  aufgehoben, 
so  daß  ein  größerer  Teil  des 
Niederschlages  in  den  Boden 
übergehen  kann  als  im 
Sommer.  Auch  der  Isar- 
spiegel  schwankt  in  ähnlichem 
Rhythmus  wie  Niederschlag 
und  Grundwasser,  wenn  auch 
bedeutend  schwächer  als 
letztere.  Doch  wird  seine 
Bewegung  in  erster  Linie 
durch  die  Witterung  des 
Hochgebirges,  ans  dem  sie 
entspringt,  modifiziert. 

Im  Gegensatz  zu  dem  Ver- 
halten von  Grundwasser  und 
Niederschlag  in  München  ste- 
hen die  Verhältnisse  in  Berlin 
(Fig.  6).  Hier  ist  kein  Zu- 
sammenhang zwischen  beider 
Schwanken  zu  konstatieren. 
Die  Niederschlagsmenge  ist 
geringer  als  die  in  München, 
das  Sättigungsdefizit  dagegen 
w'esentlich  höher,  also  die 
Verdunstung  erheblich  stärker. 
In  Berlin  besteht  gute  Uebereinstimmung  im 
Schwanken  des  Grundwasserspiegels  mit  dem 
des  Spreespiegels,  nur  gehen  die  Aenderungen 
des  Flusses  denen  des  Grundwassers  um  einen 
Monat  voran.  Grundwasser-  und  Spreegebiet 
sind  aus  durchlässigen  Gesteinen  aufgebaut. 
Das  Gefälle  des  Grundw^assers  zur  Spree  ist 
gering.  Ihr  Steigen  bringt  eine  seitliche 
Infiltration  zum  Grundwasser  mit. 

Dem  Typus  München  entspricht  nach  den 
Untersuchungen  von  Soyka  das  Grund- 
wasser in  Innsbruck,  Salzburg  und  Graz, 
dem  Tvpus  Berlin  das  in  Bremen,  Brunn  und 
Frankfurt  a.  M. 

Der  trockene  Sommer  des  Jahres  1911 
hat  sich  in  den  Grundwasserständen  Nord- 
deutschlands bis  in  das  Jahr  1912  hinein 
stark  fühlbar  gemacht.  Keil  hack  hat  dar- 
über mit  den  Zahlen  der  Landesanstalt  für 
Gewässerkunde  Berechnungen  angestellt, 
die  für  1912  ein  durchschnittliches  Zurück- 


0.22,  ram 


\^515.3S5L< 


Grunchvasser 


131 


bleiben    gegenüber    dem    normalen    Grund- 
wasserstande  zeigen : 

im  unteren  Havelgebiete  um  15  bis  30  cm 

bei  Spandau  „  40        ., 
im  unteren  Spreegebiet: 

in  Berlin  ,,  50        ,, 

,,   Wilmersdorf  ,,  72        ,, 

,,   Fürstenwalde  „  35  bis  50  ,, 

im  oberen  Spreegebiet:  „  25    ,,   30  ,, 

,,  Xeißegebiet  bei  Görlitz  ,,  25    ,,   50  ,, 

„  Elsterbezirk  ,,     Senftenberg   „  30   ,,   50  ,, 

,,  Saalegebiet    „    Halle  „  150 

,,  Eibgebiete      ,,    Dresden  ,,  35    ,,    70  ,, 

6.  Beschaffenheit  von  Grund-  und  Fluß- 
wasser. So  oft  in  geologischer  Hinsicht 
enge  Beziehnngen  zwischen  Grund-  und 
Flußwasser  herzustellen  sind,  so  werden 
doch  durchgehende  beträchtliche  Unter- 
schiede in  ihrer  Gebrauchsfcähigkeit  be- 
obachtet. Grundwassser  ist  klar,  frisch, 
wohlschmeckend  oder  von  Eisengeschmack, 
hart,  hat  einigermaßen  konstante  Tempe- 
ratur und  bisweilen  Schwefelwasserstoff- 
geruch; in  biologischer  Beziehung  ist  es 
steril.  Daher  ist  es  zumeist  ein  gutes  Trink- 
wasser. Flußwasser  ist  dagegen  trübe  von 
Schlammpartikeln,  grau  oder  bräunlich,  fade 
und  eisenfrei,  weich,  warm  im  Sommer,  kalt 
im  Winter.  In  biologischer  Hinsicht  ist  es 
reich  an  Bakterien.  Danach  ist  es  schlechteres 
Trinkwasser,  aber  für  technische  Zwecke 
und  zur  Wäsche  besser  verwendbar.  Infolge 
des  Durchsickerns  durch  den  Humushorizont 
des  Bodens  oder  infolge  der  Kondensation 
des  Wasserdampfes  der  Grundluft  in  diesem 


wird  eine  gewisse  Menge  Kohlensäure  im 
Drainwasser  gelöst,  die  zur  Auslaugung  der 
über     dem     Grundwasserspiegel     gelegenen 


tG,2,  cra 


32.12 


32,5  cm 
0,59  ta-m 


c  (_i  S"^  -:  c-=:  5^D- 


l_    M    i-i    JL^    -r    £^  . — '     ::i'*-i-s^j    >    N    *—    f-»   t!^    i-»  üi    *- "ZZ    ^    U--^-    -*    fN 

O-OO   S-O   ^3   =!aj^6^c3-^2  Q-O  3   3  3  tu -£  O  q, 

Fig.  6.     Schwankungen  des  Grundwasserstandes 

in  Berlin  verglichen  mit  denen  des  Niederschlages 

und  des  Sättigungsdefizits.     Nach   Soyka. 


Schichten  beiträgt.  Dieser  Auslaugung 
unterliegt  besonders  leicht  sichtbar  im 
Bodenprofil  der  Kalkgehalt.  Rani  an  n  hat 
in  seiner  Bodenkunde  eine  Anzahl  Analysen 
von  Drainwässern  zusammengestellt,  denen 
nachstehende  drei  entnommen  sind.  Ein 
Liter  Wasser  enthält  in  Milligramm: 


K,0 

Na^O 

CaO 

MgO 

FeO 

P.O, 

SO3 

Cl 

SiO^ 

3 

6 

6 
23 

53 
68 

9 
3 

6 
6 

Spur 

0 
29 

27 

39 

II 
9 

2 

14 

134 

32 

2 

122 

5 

7 

Strenger  Lehmboden  von 
Schlan,  Böhmen      .    . 

derselbe  gedüngt.    .    .    . 

Toniger  Boden  mit  Kalk- 
untergrund, Proskau  . 


124 
183 

318 


Im  Vergleich  hiermit  enthält  z.  B.  die  im  Liter  und  im  einzelnen,  z.  B.  bei  Melink, 
Elbe  zwischen  Celakowitz  und  Tetschen  in  mit  205  mg  im  Liter  ungefähr  folgende 
Böhmen  nach  Hanamann  148  bis  221  mg   Mengen  (in  Milligramm): 


Na 


Ca 


Mg         (FeAl),03        CO, 


SO. 


Cl 


SiO, 


NO. 


lö 


90 


17,7 


7 


Danach  liegt  der  Hauptunterschied  zwi- 
schen den  Schlauer  Drainwässern  und  dem 
Eibwasser  im  wesentlich  stärkeren  Eisen- 
gehalt der  Drainwässer.  Die  Kohlensäure 
ist  bei  diesen  anscheinend  nicht  bestimmt 
worden.  Dagegen  ist  das  Proskauer  Drain- 
wasser reicher  anKalk,  Magnesia  und  Schwefel- 
säure, und  nach  ersteren  Bestandteilen  als  sehr 
hart  zu  bezeichnen.     Es  braucht  hier  keine 


Sulfatdüngung  vorzuliegen,  da  Kalksteine  zu- 
meist eine  beträchtliche  Menge  Gips  abgeben. 
Eisenhaltiges  Grundwasser  ist,  wenn  es 
zutage  tritt,  "klar  und  farblos,  aber  in  der 
Berührung  mit  dem  Luftsauerstoff  wird  das 
Eisen  oxydiert,  das  W^asser  wird  trübe,  schließ- 
lich fällt'ein  gelblich-bräunlicher  Niederschlag 
der  kolloiden  Form  des  Eisenoxydes.  In 
Rohrleitungen   sollen  mit  dem  Eisen   auch 

9* 


1H2 


rTriiudwasser 


Grnndwasseralgeii  auftreten,  die  eine  Ver- 
sto])fung  eng:er  Eülircn  herbeiführen  können. 
Mangan  begleitet  nicht  selten  das  Eisen  und 
bringt  ähnliche  Erscheinungen  hervor  wie 
dieses. 

7.  Die  chemischen  Wirkungen  des 
Grundwassers.  Für  die  Chemie  des  Grund- 
wassers gilt  im  ganzen  der  chemische  Teil 
des  Artikels  „Quellen".  Namentlich  nach 
van  Hises  Untersuchungen  ist  jedoch  das 
Grundwasser  ein  wichtiger  Faktor  der 
Umsetzungen  in  der  Erdrinde.  Von  oben 
bis  zum  Grundwasserspiegel  reicht  der 
Verwitterungsgürtel,  tiefer  befindet  sich 
der  Sättigungs-  oder  Zementierungsgürtel. 
Im  Verwitterungsgürtel  ist  das  Wasser 
hauptsächlich  imbibiert.  Nur  bisweilen  ist 
selbst  in  humiden  Regionen  hier  Sättigung 
vorhanden.  In  ariden  dagegen  sind  der 
Boden  und  darunter  liegende  Schichten 
häufig  staubtrocken  und  enthalten  nur  sehr 
geringe  Wassermengen.  Das  imbibierte 
Wasser  unterliegt  einer  gewissen  Bewegung, 
die  abhängig  ist  1.  von  der  Schwerkraft, 
2.  von  mechanischen  Einflüssen,  3.  von  der 
Molekularanziehung,  4.  von  Pflanzenwurzeln. 
Die  Gravität  ist  vertikal  und  abwärts  ge- 
richtet. Die  mechanischen  Einflüsse  ver- 
ändern die  Porengröße  namentlich  im  Sinne 
einer  Verdichtung,  wobei  das  Wasser  aus- 
getrieben wird  und  nach  oben  oder  unten 
abfließt.  Die  Molekularattraktion  zieht 
Wasser  von  stärker  zu  schwächer  befeuch- 
teten Gebieten.  Diese  macht  sich  geltend, 
sobald  der  Niederschlag  auf  den  Boden  ge- 
fallen ist.  Dann  wird  das  Wasser  nach  unten 
gezogen.  Ist  der  Boden  oben  ausgetrocknet, 
so  tritt  ein  Aufwärtssteigen  ein.  Pflanzen- 
wurzeln ziehen  das  Wasser  nach  oben. 
Diese  verschiedenen  Faktoren  kompensieren 
oder  ergänzen  einander. 

Im  Verwitterungsgürtel  kommen  so- 
wohl mechanische  wie  chemische  Umwand- 
lungen vor.  Die  chemischen  Umwandlungen 
werden  von  Organismen,  Lösungen  und  Gasen 
hervorgerufen.  Sie  bestehen  aus  Oxydation, 
Karbonatbildung,  Hydratbildung,'  Auf- 
lösung und  Ablagerung.  Oxydation  erleiden 
besonders  stark  die  organischen  Stoffe, 
die  in  Säuren,  schließhch  in  Kohlensäure 
umgewandelt  werden.  Hierbei  wirken  stark 
Mikroben  mit.  Auch  bei  der  Umwandlung 
des  Stickstoffs  sind  diese  tätig.  Stickstoff- 
verbindungen werden  schließlich  in  Nitrate 
umgewandelt.  Von  anorganischen  Stoffen 
unterliegt  am  stärksten  das  Eisen  der  Oxy- 
dation. Alle  Eisenverbindungen,  Oxyde, 
Kfirbonat,  Silikate,  Sulfide,  gehen  schließ- 
lich in  Brauneisen,  in  den  Tropen  auch  in  Gelb- 
und Roteisen  über.  Auch  Mangan,  Kupfer, 
Zink,  Blei  u.  a.  werden  oxydiert.  Im  Durch- 
schnitt tritt  bei  der  Oxydation  eine  Volum- 
abnahme ein,  da  namentlich  Karbonate  und 


Sulfide  an  Volumen  verlieren.  Bei  allen 
Oxydationsvorgängen  wird  Wärme  frei.  Unter 
dem  Einfluß  organischer  Substanzen  kommen 
jedoch  auch  in  beträchtlichem  Maße  Reduk- 
tionen vor.  Besonders  Eisenoxyde  werden 
reduziert  und  nehmen  dann  leicht  als  Oxydul 
Kohlensäure  auf  unter  Karbonatbildung. 
Ohne  Reduktion  werden  viele  andere  Basen 
ebenfalls  in  Karbonate  verwandelt.  So  be- 
sonders solche,  die  mit  Kieselsäure  verbunden 
waren.  Auf  die  Dauer  erleiden  wohl  alle 
Silikate  in  der  Verwitterungszone  Zersetzung, 
nur  bei  wenigen  Stoffen  bleibt  eine  Bindung 
mit  der  Kieselsäure  bestehen.  Bisweilen 
tritt  jedoch  auch  Verkieselung  von  Stoffen 
und  Silikatbildung  in  der  Verwitterungs- 
zone auf.  Die  Hydratation  ist  bei  weitem  die 
extensivste  Wirkung  der  Verwitterung. 
Oxyde,  Sulfate,  Silikate  werden  in  stärkstem 
Maße  hiervon  ergriffen.  Das  Volumen  er- 
fährt erhebliche  Vergrößerung.  Von  den 
neugebildeten  Stoffen  sind  namentlich  viele 
Karbonate,  Sulfate,  Nitrate,  ferner  orga- 
nische Stoffe  leichtlöslich;  auch  die  bei  der 
Entkieselung  freiwerdende  Kieselsäure  ist 
zum  Teil  löslich.  Ferner  werden  Chloride  in 
Lösung  übergeführt.  Es  tritt  eine  Aus- 
laugung und  Fortführung  ein,  welche  die 
Alkalien  stärker  als  die  Erdalkalien,  diese 
stärker  als  Eisen,  dieses  wieder  mehr  als 
die  Tonerde  betrifft.  Gegenüber  dieser  Auf- 
lösung und  Fortführung  ist  der  Absatz  von 
Massen  in  der  Verwitterungszone  geringer. 
Es  handelt  sich  besonders  um  die  Wieder- 
ausscheidung gelöster  Stoffe.  Aus  dem  Boden- 
profil ist  namentlich  ein  Absatz  von  Kalk, 
Gips,  Eisenoxyd,  Tonerde,  Kieselsäure  er- 
sichtlich. In  ariden  Regionen  kommen  auch 
lösliche  Salze  zum  Absatz,  Nitrate,  Sulfate, 
Karbonate,  Chloride. 

Im  Gegensatz  zur  Verwitterungszone  ist 
die  tiefer  gelegene  Sättigungszone  gerade- 
zu die  Zementationszone  genannt  worden.  Es 
ist  das  Hauptcharakteristikum  der  unter  dem 
Grundwasserspiegel  gelegenen  Gesteine,  daß 
allmählich  ihre  Poren  geschlossen  werden: 
Sand  wird  in  Sandstein  umgebildet.  Aber 
nicht  nur  die  Poren  werden  geschlossen. 
Auch  Spalten,  Brüche,  Höhlen  werden  aus- 
gefüllt. Diese  Ausfüllung  ist  jedoch  nicht 
ein  Beweis  von  geringerer  Lösungsfähigkeit 
des  Grundwassers.  Dagegen  sprechen  Be- 
funde wie  die  im  Calumet-  und  Hecla-Kon- 
glomerat,  dessen  Porphyrgerölle  häufig  völlig 
aufgelöst  und  gelegentlich  durch  gediegen 
Kupfer  ersetzt  sind.  Sondern  neben  der 
Zementation  ist  auch  die  Auflösung,  ferner 
die  Hydratbildung  von  Bedeutung.  Oxy- 
dation und  Karbonatbildung  treten  dagegen 
zurück.  Sicherlich  ist  jedoch  auch  die  Auf- 
lösung nicht  gleicherweise  erheblich  wie  in 
der  Verwitterungszone.  —  Die  Oxydation 
tritt  dort  ein,   wo  sauerstoffhaltiges  Wasser 


Grunchvasser  —  Grruppen 


133 


der  oberen  Zone  vorhanden  ist.     Höchstens 
einige  Meter  tief  unter  dem   Grundwasser- 
spiegel findet  sich  in  der  Regel  noch  Sauer- 
stoff.   Freie  Kohlensäure  ist  in  großer  Ver- 
breitung im   Grundwasser  vorhanden,  doch 
nicht  von  gleicher  Wirkung,  da  die  inten- 
sivste  Kohlenscäurequelle   des   oberen   Hori- 
zontes, das  organische  Leben,  fehlt.    Hydra- 
tation   hat    in    weitestem    Umfange    unter 
Volumvermehrung   um   20   bis    25%   statt. 
Die    Zementationszone    ist    die    Zone    der  i 
Ghmmer,     Chlorite,     Zeolithe,     Serpentine, 
Epidote,    von   Limonit   und    Gibbsit.      Die 
Hauptwirkung  der  Auflösung  und  des  Ab- 
satzes sind  Verkittung  und  metasomatische 
Vorgänge,   Umwandlung  von  Mineralien  in 
andere.      Die  Lösungsfähigkeit  des   Grund- 
wassers ist  bei  dem  mit  der  Tiefe  zunehmen- 
den höheren  Druck  und  der  höheren  Tempe- 
ratur  wesentlich   beträchtlicher   sowohl  für 
Gase  wie  für  feste  Körper.    Bei  der  vorhan- 
denen   beständigen    Strömung    im    Grund- 
wasser  werden    die   gelösten    Stoffe   immer 
wieder  ausgetauscht.     Es  finden  beständig 
Reaktionen   statt,    die   vielfach   zu    Nieder- 
schlägen führen.  —  Neben  diesen  chemischen 
Vorgängen    sind    auch    mechanische    vor- 
handen ;  unter  dem  Druck  der  überlagernden 
Gesteinsmassen    werden    die    Gesteine    der 
Zementationszone  diesem  Druck  entsprechend 
verändert    oder    zertrümmert.       Von    dem 
Grundw\isser    selbst    ist    mechanische    Wir- 
kung  insofern    vorhanden,    als    außer    dem 
Gerölledruck    der    einzelnen    Teile    durch- 
lässiger Gesteine  der  gleichmäßige  Druck  der 
zusammenhängenden  Wassermasse  hinzutritt. 
Literatur.     Ch.  van  Hise,   A   Treatise  on  Meta- 
morphism.  3Ionograph  U.S.  Geological  Survey  /^J. 
Washington  1904.  —  ^-  Höfer  von  Heimhalt, 
Grundwasser      und       Quellen.         Hydrogeologie 
des    Untergrundes.     Braunschweig    1912.    —  K. 
JLeilhack,     Lehrbuch    der    Grundwasser-    und 
Quellenkunde.     Berlin  1912.  —  J.  G.  Richert, 
Die     Grundwasser,      mit     besonderer     Berück- 
sichtigung der  Grundwasser  Schwedens.  München 
und  Berlin  1911.  —  Ch.  Slichter,    The  Motions 
of    Ground    Waters.      ü.    S.    Geolog ical    Sxryey. 
Water  Supply  and  Irrigation  Paper  67.    Washing- 
ton    1902.     —     Water    Supply    and    Irrigation 
Papersof  the  U.S.  Geological Survey.  Washington. 
—  S.  auch  im  Artikel  „Quellen". 

H.  Strenittie. 


Gruppen. 

1.  Homogene  und  heterogene  Atomgruppen. 
2.  Gruppen  als  selbständige  Stoffe.  3.  Reaktivie- 
rende Gruppen.  4.  Richtung  des  Einflusses  reak- 
tivierender Gruppen.  5.  Aeußerung  des  Ein- 
flusses. 6.  Der  Grad  der  Reaktionsfähigkeit 
induzierter  Atome.  7.  Theorien  über  die  Wir- 
kungsursachen reaktivierender  Gruppen. 

In  dem  Artikel  „Radikale"  sind  die 
Auffassungen  desBegriff  esRadikal  (=  Rest) 


entwickelt  und  der  Wert  der  Radikale 
für  die  Erkenntnis  der  rationellen  Zusammen- 
setzung chemischer  Verbindungen  —  vor 
allem  organischer  —  erörtert  worden.  Hier 
sollen  die  wichtigsten  Gruppen  von  Atomen, 
die,  wie  z.  B.  die  —OH  und  CHgCO-Gruppe, 
bei  einer  Reihe  von  Umsetzungen  unver- 
ändert von  einer  Verbindung  in  die  andere 
übertragen  werden  können,  im  Zusammen- 
hang abgehandelt  werden. 

1.  Homogene  und  heterogene  Atom- 
gruppen. Gruppen,  die  aus  gleichartigen 
Atomen  bestehen  sind: 

_0— 0— ,  — S— S— ,  -S— S— S-, 
_S-S-S-S-;  -N  =  N— , 

_N<  II,  >C  =  C<, -CeeeC-, 
^N 
— C=C— C=C— ; 
zu  den  Gruppen,  die  aus  2  verschieden- 
artigen   Atomen    zusammengesetzt   sind, 
zählt  man: 

— CIO2,  — 0— H,  — 0— 0— H,  >S0,  >S02, 
-SH,  —NC,  -NO,  — NO2,  =NH,  — NH2, 
— NH— NH2,  >C0,  — CN,  — CH3,  >CH.„ 
=CH,  — CH=CH— CH=CH—  (in  den  „kon- 
jugierten    Systemen"),    — CeH-c^     — CeHn 

-C,oH,  (Naphtyl); 
aus  3  verschiedenartigen    Atomen  be- 
stehen die   Gruppen: 

>N-OH;  —NGO,  -N  =  C-S,  -N=CH— , 
— N(OH)E^N  und  — N  =  NOH  und  — NHNO 
(in  den  Diazokörpern),  — 0— CH3,  —ONO, 
— CHO,  -COOH,  -CO-CH3,  — COOCH3, 
— SO2OH  usf. 

2.  Gruppen  als  selbständige  Stoffe. 
Einige  der  Atomgruppen  können  auch 
als  selbständige  Stoffe  auftreten,  wie 
CIO2,  O2,  Sx,  SÖ2,  N2,  NO,  NO2,  Cx,  CO; 
andere  polymerisieren  sich  bei  den  Ver- 
suchen, sie  darzustellen,  zu  Molekülen,  wie 
z.  B.  (0H)2,  (NHa)^,  (CN)2,  (CH3)2,  (CH^)^, 
(CH)2,  (CeHä)^,  (CH3CO)2.  Das  Auftreten 
von  Atoragruppen  wie  — OH  (Hydi'oxyl- 
gruppe  oder  Wasserrest),  —  SH  (Sulfhydryl 
oder  Schwefelwasserstoffrest),  — NH2(Amido- 
gruppe  oder  Ammoniakrest),  — CH3  (Methyl 
oder  Methanrest)  u.  a.  an  Stelle  eines  Wasser- 
stoffatomes  ist  mit  mehr  oder  weniger  großer 
Veränderung  des  Charakters  der  von 
solchen  Radikalen  freien  Stoffen  verbunden: 

Benzol,     Karbolsäure,     Thiophenol, 
CeHe,  CsHsOH,  CsHsSH, 

Anilin,  Toluol. 
C6H5NH2,  CeHjCH, 
3.  Reaktivierende  Gruppen.  In  den 
meisten  Fällen  ist  eine  größere  Reaktions- 
fähigkeit der  Abkömmlinge  festgestellt 
worden  und  zwar  kömmt  die  Reaktions- 
fähigkeit der  Atomgruppe  selbst,  wie 
ihr  Einfluß  auf  die  Beweglichkeit 
anderer  Atome  der  Verbindungen  in  Be- 


134 


Gnippen 


traclit.  (riiiii])cn,  die  im  letzteren  Sinne 
iiuiuzioren,  nennt  man  „reaktivierende 
Grujjpen".  Im  ^lethanabkümmlinii-  CH,- 
(CN),:  Metliylendicyanid  oder  Malonitril 
zeij2:en  einerseits  die  Cyanc;rnppen  — CK  eine 
Reaktionsfähiukeit  ähnlich  wie  das  Cyan 
(CX),  dem  H,  H2O,  H,S,  Alkohol  nsw. 
gegenüber,  andererseits  sind  die  Wasser- 
stoffatome der  Methylengruppe  >CH2 
infnli;e  der  Induktion  der  Cyangruppen 
reaktionsfäliitier  als  im  Methan.     Die  reak- 


tionsfähige Methylengruppe  kann  man  als 
„reaktive  Gruppe"  bezeichnen.  Ueber  das 
Verhalten  der  „Gruppen"  aufweisenden 
Stoffe,  wie  der  Chlorsäure  CIO2OH, 
Schwefelsäure  (HO)2S02,  der  Alkohole 
CgHsOH,  Amine  CßHjNHo,  Nitroso-  und 
Kitroverbindungen  CeHgNÖ  und  C6H5KO2 
vergleiche  man  die  Sonderartikel,  hier  möge 
nur  über  die  „reaktivierenden  Gruppen" 
Ausführlicheres  gesagt  werden. 

Zu  ihnen   sind   zu   zählen  die  Gruppen: 


— HC=CH— 

Vinylen 

— C=N,  — HC=K— 
Cyan        Carbim 


— N=CH 

Carbim 

— N-N— 
Azo 


Sulfcarbid 


>C  =  0  — N  =  0, 


-N: 


^0 

sO 


\ 


S=0, 


Carbonvl 


Kitroso      Nitro 


die  in  folgenden  Verbindungen  vertreten  sind: 

HC=CH  HO— CN 

H2C<  I  ><      .. 

X     ^HC=CH  Cyansaure 

Cyclopentadien 


H3C— CN 

X 
Acetonitril 


H3C.COH 
X 
Acetaldehvd 


H3C  .  COOK 

X      .  X 

Essigsäure 


HC— CH 

II      II 
HC    N 


HN< 

X 


.^0 


Sulfoxyd    Sulfon 


^0     _c,|o 

Chlordioxvd  Chlortrioxvd 


-Cl 


CH 

HC/VCH 


HC 


!C — CH3 

X 


N 


a-Methylpyridin 

'N  HO— NO 

II    oder  X  „ 

]\j-  salpetrige  Saure 


HO-NO. 

Salpeter - 
säure 


HC 


^ 


SO-CeHs 
S    — CgHs 


H,C; 


NH 
X 
Pyrazol 

/SO.CgHj 

^SO.CÄ 


HN=N=N 

X 
Stickstoffwasser- 
stoffsäure 


H 


^/ 


SO., 


H3C— N02 

X. 
Nitromethan 


OH 

X 
Diphenylsulfoxydmethan 

HO-ClOo 
X  ' 

Chlorsäure. 


HO. 

X     >S0. 
HO/       -  HO/      ^ 

Schweflige  Säure    Schwefel- 
säure 


X  >S02 
H3C/  ' 
X 

Dimethyl- 
sulfon 


HO— CIO3 

X 

Ueberchlorsäure 


4.  Richtung  des  Einflusses  reakti- 
vierender Gruppen,  Unter  dem  Einfluß  der 
reaktivierenden  (iruppen  werden  Atome, 
die  in  3-Stellung  zu  den  Gruppen  stehen, 
reaktionsfäliig  und  zwar  hauptsächlich 
Wasserst  offatome,  die  an  Sauerstoff, 
Stickstoff  oder  Kohlenstoff  gebunden  sind: 


I.  HgCe-CCO) 
H 
III.  H.C« 


IL 


H5C6(C0)0H 

X 


(C0)0— OH. 


Im  Benzaldehyd  (I)  und  in  der  Benzoe- 
persäure  (III)  sind  die  in  2-  und  4-Stellung 
zur  Karbonylgriippe  befindlichen  Wasser- 
stoffatome wenig  beweglich  im  Gegen- 
satz zu  dem  in  3-Stellung  befindlichen  der 
Benzoesäure  (II). 

Die  Unbeständigkeit  der  Ester  von  Säuren 
im  Gegensatz  zu  Aethern  kann  im  Sinne 
der  erörterten  Anschauungen  so  erklärt 
werden,  daß  im  Ester  das  in  .3-Stellung  zur 
— CO-Gruppe  befindliche  C-Atom  induziert 
wird. 


Gruppen 


135 


CH3.C-O.CH2.CH3,   CH3.C-O.CH2.CH3 

II  ^  II 

0  H, 

Ester  Aether. 

5.  Aeußerung  des  Einflusses.  Die 
Keaktionsfähio-keit  der  an  0,  N  oder  C  ge- 
bundenen Wasserstoffatome,  die  unter  dem 
Einfluß  reaktivierender  Gruppen  stehen, 
äußert  sich  zum  Teil  in  der  Fähigkeit  des 
Wasserstoffs  in  Lösungen  als  Ion  aufzutreten, 
vgl.  Benzoesäure   (II)    und    Nitroparaffine : 

CH3  CH3 

CH2NO2   ^   CH=N  =  0 

OH 

oder  im  leichten  Ersatz  durch  Halogen,  bei 
der  Einwirkung  von  Natrium+Halogen- 
alkyl,  salpetriger  Säure,  Diazonium- 
hydroxvd,  Aldehyden,  Estern  usf. 
Aethvlnitrolsäure  entsteht  aus  salpetriger 
Säure  und  Nitroäthan:  CHaCH^NOo+ONOH 
->CH3.C(:NOH).N02;  CHCUCOOR)^,  H3C. 
CH(C00R)2,  H0N=C(C00R)2,  CeH,NH- 
N  =  C(C00R)2,  CH3CH  =  C(COOR)2  bilden 
sich  auf  diese  Weise  leicht  aus  CH2(COOR)2 
Methandikarbonester  oderMalonester;  ebenso 
Acetessigester  CH3CO.CH2  COOR  aus  Essig- 
ester  +'Essigester:  CH3C0[0R  +  HJH,  C. 
COOR. 

6.  Grad  der  Reaktionsfähigkeit.  Der 
Grad  der  Reaktionsfähigkeit  hängt  von  der 
Art  und  der  Anzahl  der  reaktivierenden 
Gruppen  ab.  Die  Nitrogruppe  dürfte  eine 
stärkere  Induktion  verursachen  als  die  Cyan- 
Gruppe  und  diese  als  die  CO-Gruppe.  In 
den  Verbindungen  CH3.COOR,  CH2(COOR)2, 
CH(C00R)2  Methan-mono-di-trikarbonester 
nimmt  manchen  Reagentien  gegenüber  die 
Beweglichkeit  des  Wasserstoffs  mit  der  Zu- 
nahme der  Karboxalkylgruppen  zu. 

7.  Die  Theorien  über  die  Wirkungs- 
ursachen der  reaktivierenden  Gruppen. 
Geraume  Zeit  schrieb  man  den  Einfluß  der 
reaktivierenden  Gruppen  allein  dem  Vor- 
handensein sogenannter  negativer  Eb- 
mente  wie  N  und  0  zu.  Von  diesem  Gesichts- 
punkte aus  ließ  sich  jedoch  das  Ausbleiben 
der  Reaktionen  in  Körpern  wie  CHCI3  und 
CH2CI2  nnd  anderen  die  ..negativen"  Halo- 
gene besitzenden  Gruppen  nicht  erklären. 
Weiteren  Aufschluß  versprachen  sich  eine 
Reihe  von  Forschern  von  dem  Studium 
der  Beweglichkeit  des  mit  Sauerstoff  ver- 
bundenen Wasserstoffs  in  Säuren,  die  die 
verschiedensten  negativeuElemente  oder  Radi- 
kale aufweisen.  Es  hatte  den  Anschein,  daß 
der  eingeschlagene  Weg  zum  Ziele  führen 
würde,  da  die"  Dissoziationskonstanten  der 
Chlor-,  Rhodan-  und  Cyanessigsäure  0,155, 
0,265  und  0,370  die  größere   Wirkung  des 


Cyans  wie  des  Rhodans  dem  Chlor  gegen- 
über zeigen,  die  Benzolsulf osäure  sich  stärker 
als  die  Benzoesäure  erweist;  aber  es  ist  doch 
auch    eine   große    Reihe    von   Fällen   beob- 
achtet,  wo    die   Messungen   entgegengesetzt 
den  Erwartungen  ausfielen  (Thioglykolsäure 
ist  stärker  als   Glykolsäure,  aber  Diglykol- 
säure  stärker  als  Thiodiglykolsäure,  so  daß 
die    Ansicht    Vorländers,    daß    ,,eine    all- 
gemein   gültige     Beziehung     zwischen     der 
Natur  der  Radikale  und  dem  elektrolytischen 
Leitvermögen  von  Basen  und  Säuren  nicht 
besteht",  Berechtigung  hat.    Henrich  sieht 
den  Grund  der  Wirkung  der  von  ihm  noch 
als  „negative"  Gruppen  bezeichneten  Atom- 
gruppierungen   in    deren    ungesättigtem 
Zustande,    erklärt    damit    die    Reaktions- 
unfähigkeit der  Wasserstoff  atomeiniMethj^len- 
chlorid    und    Chloroform    und    spricht    den 
Satz  aus:  Für  ein  negatives  Radikal  ist  es 
charakteristisch    —   ja   für   sein    Zustande- 
kommen bestimmend  — ,  daß  in  ihm  homo- 
gene   oder    heterogene    Atome    in    engerer 
Gruppierung    z.  B.    doppelt    oder    dreifach 
untereinander  gebunden  sind.    Kötz  schließt 
seine     Betrachtungen     über    reaktivierende 
Gruppen  an  einen  zweiten  Satz  Henrichs 
an:     „Diejenigen    Atomgruppen,     die     den 
höheren  E  n  e  r g i  e  w  e r  t  repräsentieren ,  sind 
es  auch,   die   die  stärksten  negativen   Wir- 
kungen  zeigen"   und   sagt,   daß   die    Reak- 
tionen  erleichternde   Wirkung   einer   Atom- 
gruppe in  einer  chemischen  Verbindung  von 
der    Menge    der   ihr   innewohnenden    freien 
Energie    abhängt,    die    dadurch    mehr   oder 
weniger  verausgabt  wird,  daß  die  Gruppe  — 
falls    sie    nicht    selbst    in    Reaktion    tritt: 
(CH3)2C0+  H2NOH==H20  +  (CH3)2CN0H 
—  Elemente  ihrer  Umgebung  induziert: 
CHaCO.CHHTTQJHC  .  CsHs  ->  CH3COCH 
=  CHCgHs.      Darin   sieht  er   das   Maß  für 
den   Grad  der  Sättigung,  nicht  nur  in  der 
doppelten    oder    dreifachen   Bindung.      Für 
diese  Ansicht  sprechen   Versuche  mit   Sulf- 
oxvden  von  Kötz: 


CO 


SO 


und 


CH3  CH3 

Aceton 


CH3  CH3 
Dimethylsulfoxyd 


verhalten  sich  völlig  verschieden. 

Im  Aceton  ist  die  CO-Gruppe  reaktions- 
fähig HCN,  H2SO3  usw.  gegenüber,  und  auch 
die  Methylgruppen  zeigen  Beweglichkeit 
ihrer  Wasserstoff atome ;  die  Sulfoxyde  rea- 
gieren mit  ihrer  SO-Gruppe  nicht  einmal  nach 
Grignard  gemäß  der  Gleichung: 
CH, 


^\ 


CH3 


S0-f-MgJCH3   — >► 


CH3 
CH, 


/OMgJ 
XH3 


H^o 


(CH3)3S0H. 


136 


Gruppen  —  von  Gümbel 


Die  SO-Griippe  hat  keine  freie  Energie 
und  kann  denuuich  auch  ihre  Umgebung 
nicht  induzieren,  was  in  der  Unbeweglich- 
keit  der  H-Atomo  ihrer  Methyl-  undMethj^len- 
gruppen  zum  Ausdruck  kommt  (vgl.  da- 
gegen H  i  n  s  b  e  r  g). 

Literatur.  V-  Henrich,  Theorien  der  organischen 
Chemie,  6'.  <S"5.  Leipzig  1912.  —  A.  Kots,  Be- 
trachtungen über  die  Reaktivität  schwefelhaltiger 
Atomgrnppierungen.  Ne rnst  Festschrift,  S.  227, 
Halle  1912.  —  O.  Hinsberg,  lieber  die  Sulf- 
o.vyd-  und  Sulfongruppe,  Journal  für  praktische 
Chemie.  Neue  Folge,  Band  85,  S.  S37.  Leip- 
zig 1912. 

F.   A.  Kötz. 


Grus 

bezeichnet  die  Zerfallprodukte  grobkörni- 
ger Gesteine  z.  B.  Granitgrus. 


T.  Guericke 

Otto. 


Geboren  am  20.  November  1602  in  Magdeburg, 
gestorben  am  11.  Mai  1686  in  Hamburg.  Er  war 
der  Sohn  eines  Magdebui'ger  Patriziers,  besuchte 
zunächst  die  Stadtschule  seiner  Vaterstadt,  ging 
dann  als  Student  der  Rechte  nach  Leipzig,  später 
nach  Helmstedt  und  Jena  und  schließlich  nach 
Leyden,  wo  er  sich  der  Mathematik  und  Physik 
zuwandte.  Nach  Reisen  durch  Frankreich  und 
England  kehrte  er  in  seine  Vaterstadt  zurück  und 
wurde  dort  1627  Ratsherr.  Nach  der  Zerstörung 
Magdeburgs  1631  ging  Guericke  als  schwedischer 
Oberingenieur  nach  Erfurt,  kehrte  1636,  als  Magde- 
burg wieder  in  den  Händen  der  Schweden  war, 
zurück,  und  beteiligte  sich  tatkräftig  an  dem 
Aufbau  und  der  Wiederbefestigung  der  Stadt. 
1646  wurde  er  zum  Bürgermeister  gewählt  und 
unternahm  im  Interesse  der  Stadt  eine  Anzahl 
Reisen  zu  diplomatischen  Zwecken.  1681  legte 
er  sein  Amt  nieder  und  verbrachte  die  letzten 
Lebensjahre  bei  seinem  Sohn  in  Hamburg;  seine 
Leiche  wurde  nach  Magdeburg  überbracht.  Der 
alte  philosophische  Streitüber  den  ,, Horror  vacui" 
gab  Guericke  Anlaß,  die  Frage  des  leeren  Raumes 
auf  experimentellem  Wege  zu  untersuchen  und 
führte  ihn  zur  Erfindung  der  Luftpumpe  (wahr- 
scheinlich im  Jahre  1652),  die  er  auf  dem  Reichs- 
tag zu  Rogensburg  1654  zunächst  einem  Kreis  von 
Freunden,  daraufhin  dem  Kaiser  und  denversam- 
melten Fürsten  vorführte.  Die  dabei  verwendeten 
kupfernen  Halbkugeln  sind  unter  dem  Namen  der 
Guericke  sehen  oder  Magdeburger  Halbkugeln 
bekannt.  Erst  dort  in  Regensburg  hat  Guericke 
Torricellis  ßaroraeterversuch  kennen  gelernt, 
war  also  in  seiner  Vorstellung  vom  Luftdruck  da- 
von nicht  beeinflußt.  1661  konstruierte  Guericke 
ein  Manometer  und  1663  eine  primitive  Elektrisier- 
maschine, bestehend  aus  einer  rotierenden 
Schwefelkugel,  der  als  Reibzeug  die  flache  Hand 
diente,  und  entdeckte  damit  die  elektrische  Ab- 
stoßung, Leitungsfähigkeit  und  Induktion.    1663 


vollendete  er  sein  großes  Werk  ,,Experimenta  Nova 
Magdeburgica  De  Vacuo  Spatio  etc.",  das  aber 
wegen  Ungunst  der  Verhältnisse  erst  1672  er- 
schien. Guericke  war  in  erster  Linie  ein  geschick- 
ter, Experimentator,  doch  zeichnen  sich  seine 
Untersuchungen  durch  große  theoretischeGesichts- 
punkte  aus.  Auf  mehr  als  einem  Gebiet  hat  er 
die  Wissenschaft  bereichert,  zu  einer  Zeit  kriege- 
rischer Würen  und  tiefster  Erschöpfung  des 
Vaterlandes. 

Literatur.  Hoffmann,  Otto  von  G.  Magde- 
burg 1874.  —  F.  Poske,  Verhayidlungen  der 
Deutschen  Physikalischen  Gesellschaft,  4,  S.  S62, 
1902.  —  A.  Slabxj,  0.  v.  G.,  Festvortrag. 
Berlin  1907. 

E.  Drude. 


Gufferlinie 

=  Mittelmoräne  (vgl.  den  Artikel  ,,Eis" 


V.  (ifümbel 

Karl  Wilhelm. 


Er  stammte  aus  einer  Försterfamilie  und  wurde 
am  11.  Februar  1823  zu  Dannenfels  in  der  Rhein- 
pfalz geboren,  bezog  1843  die  Universität 
München,  um  sich,  seiner  Neigung  folgend,  dem 
Studium  der  Naturwissenschaften  und  der  Berg- 
baukunde, insbesondere  der  Geologie  zu  widmen, 
hörte  in  Heidelberg  bei  C.  v.  Leonhard  und 
bestand  ]848  das  bergmännische  Staatsexamen. 
1851  erhielt  er  einen  Ruf  als  ,, leitender  Geognost" 
an  die  General-Bergwerk-  und  Salinen-Admini- 
stration in  München.  47  Jahre  lang  hat  er  diese 
Stellung  bekleidet  und  sich  um  die  geologische 
Erforschung  Bayerns  ein  hervorragendes  Ver- 
dienst erworben.  1862  verlieh  ihm  die  Univer- 
sität Jena  den  Ehrendoktor,  1863  wurde  er 
Bergrat;  zugleich  gab  man  ihm  eine  Ehren- 
professur für  Geologie  und  Markscheidekunst  an 
der  Universität  München.  1868  wurde  er  Pro- 
fessor der  Geologie  an  der  dortigen  technischen 
Hochschule  und  nach  Knorrs  Tod  Direktor  des 
königlichen  Oberbergamts.  Die  Stadt  München 
verlieh  ihm  1889  das  Ehrenbürgerrecht  in  An- 
erkennung seiner  Verdienste  um  das  Zustande- 
kommen der  Wasserversorgung.  Er  starb  am 
18.  Juni  1898. 

V.  Gümbel  war  ein  Geologe  von  ungewöhn- 
licher Bedeutung  und  bezüglich  seiner  publi- 
zistischen Tätigkeit  enorm  fruchtbar.  Ueber  200 
Nummern  umfaßt  das  Verzeichnis  seiner  Werke, 
das  die  Ergebnisse  seiner  allerdings  54jährigen 
W^irksamkeit  darstellt.  Er  war  ,,der  anerkannte 
Geologe  Bayerns".  Sein  bedeutendstes  Werk 
ist  die  ,,Geognostische  Beschreibvmg  des  bayrischen 
Alpengebirges  und  seines  Vorlandes",  die  1861 
erschien  im  Anschluß  an  fünf  große  geologische 
Uebersichtskarten  im  Maßstab  1:100000.  Die 
darin  enthaltene  Gliederung  der  mesozoischen 
und  tertiären  Ablagerungen  lieferte  die  Grund- 
lage für  die  Erforschung  der  gesamten  Ostalpen. 
Ebenso  grundlegend  sind  die  ,,Geognostische  Be- 
schreibung des  ostbayrischen  Grenzgebirges  oder 
des  bayrischen  und  oberpfälzischen  Waldgebirges", 


von  Gümbel  —  Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


137 


die  1868,  unddie,,Geognostische  Beschreibung  des 
Fichtelgebirges  mit  dem  Frankenwalde  und  dem 
westlichen  Vorlande",  die  1879  erschien.  Sein 
Lebenswerk  krönte  er  mit  seinem  1894herausgege- 
benenWerke  ,, Geologie  von  Bayern",  das  die  Ge- 
samtergebnisse seiner  langjährigen  Forschungen 
enthält.  Die  geologischen  Verhältnisse  des  ganzen 
Landes  sind  darin  in  ausführlicher  Weise  klar- 
gelegt. Es  zeigt  uns,  wie  bewandert  V.  Gümbel 
auf  den  verschiedenartigsten  Gebieten  wie 
Mineralogie,  Petrographie,  Paläontologie,  Strati- 
graphie  und  Tektonik  war.  Weniger  erfolgreich 
war  seine  Lehrtätigkeit,  da  er  im  Vortrag  nicht 
glänzend  war  und  durch  seine  unpädagogische 
Ueberf  ülle  des  dargebotenen  Stoffes  die  Studieren- 
den abschreckte. 

Literatur.  C.  Voit,  Nekrolog  auf  Wilhelm  Gümbel. 
Sitzungsberichte  der  Akademie  der  Wissenschaften. 
München  1899.  —  A.  v.  Amnion,  Nekrolog  mit 
vollständigem  Schriftenverzeichnis.  Geognostische 
Jahreshefte,  1898.  —  Allgemeine  Deutsche  Bio- 
graphie, Bd.  49,  S.  623  bis  627. 

O.  Marschall. 


Giiyton  de  Morveaii. 

Geboren  am  4.  Januar  1737  zu  Dijon,  gestorben 
am  2.  Januar  1816  zu  Paris,  war  zunächst 
in  seiner  Vaterstadt  Generaladvokat,  dann 
zugleich  Professor  der  Chemie  an  der  dortigen 
Akademie,  bis  er  1787  infolge  seines  Versuches, 
eine  chemische  Nomenklatur  einzuführen,  mit 
Lavoisier  zusammentraf,  als  dessen  Mitarbeiter 
er  an  der  Ausgestaltung  des  neuen  antiphlogisti- 
schen Systems  tätigen  Anteil  nahm".  Abgesehen 
von  einer  Reihe  von  Experimentaluntersuchungen 
auf  analytischem  und  technischem  Gebiete  sind 
seine  Bemühungen,  den  Luftballon  für  kriege- 
rische Zwecke  (in  der  Schlacht  von  Fleurus)  zu 
verwenden,  erwälmenswert.  Seine  politische  Tätig- 
keit in  der  Nationalversammlung  und  im  Kon- 
vent der  Revolution  war  wenig  rühmlich.  Seine 
Abhandlungen  sind  in  den  von  ihm  mitbegrün- 
deten Annales  de  Chimie  und  früher  in  den 
Memoires  de  Dijon  veröffentlicht. 

E.  von  Meyer. 


Gymnospermae. 

Nacktsamige  Pflanzen. 

Einleitung.  L  Ordnung,  Cicadinae,  IL  Ord- 
nung, Ginkgoinae.  IIL  Ordnung,  Coniferae. 
IV.  Ordnung,  Gnetinae. 

Einleitung.  Die  Gymnospermen  tragen 
ihre  Samenanlagen  frei  auf  der  Oberfläche 
ihrer  Fruchtblätter,  sie  sind  in  dieser  Hinsicht 
weniger  hoch  organisiert  als  die  mit  geschlos- 
senen Fruchtknoten,  welche  die  Samenanlagen 
bergen,  ausgerüsteten  Angiospermen.  Sie 
sind  phylogenetisch  älter  als  diese  und  die 
jetzt  lebenden  Gymnospermen  stellen  die 
Ueberreste    einer   in   früheren    Erdperioden 


weit  mächtiger  entwickelten  Pflanzenklasse 
dar.  Man  unterscheidet  vier  Ordnungen, 
die  untereinander  so  große  Unterschiede 
besitzen,  daß  sie  vorteilhaft  getrennt  bespro- 
chen werden.  Diese  Ordnungen  sind  die 
Cycadinae,  Ginkgoinae,  Coniferae  und  Gne- 
tinae. Allen  gemeinsam  ist  das  Merkmal 
der  Nacktsamigkeit  und  daß  sie  ausschließ- 
lich Holzgewächse  von  freilich  sehr  verschie- 
denem Habitus  darstellen. 

Die  Gymnospermen  schließen  sich  nach 
unten  an  die  Pteridophyten  an,  mit  denen 
sie  ihrer  Mehrzahl  nach  den  Besitz  von 
Archegonien  und  zum  Teil  auch  denjenigen 
von  beweglichen  Spermatozoiden  als  männ- 
licher Organe  teilen,  wie  bei  der  Fortpflanzung 
der  Gymnospermen  näher  dargelegt  wird 
(vgl.  den  Artikel  ,, Fortpflanzung  der 
Pflanzen").  Der  Anschluß  an  die  Angio- 
spermen wird  vermittelt  durch  die  Gattung 
Gnetum,  der  Archegonien  als  w^eibliche  Organe 
fehlen,  und  deren  Embryosack  dadurch  dem- 
jenigen der  Angiospermen  mehr  ähnelt,  als  der 
irgendeiner  anderen  gymnospermen  Pflanze. 

I.  Ordnung  Cycadinae. 

Vegetationsorgane.  Die  Cycadeen 
stellen  mehr  oder  weniger  ansehnliche  Holz- 


Fig.  1.     Cycas   Normanbyana,  links.     Die 

beiden    Pflanzen    rechts:    Cycas  media.     Aus 

Engler-PrantL 


138 


Gyinnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


gewächse  dar,  die  gegenwärtig  ausschließlich 
in  tropischen  oder  subtropischen  Liuidern 
beheimatet  sind.  Ihr  stattliclier  Stamm  er- 
reicht bei  einigen  Arten  erhebliche  Höhe 
und  schließt  "mit  einer  Rosette  steifer, 
lederiger  Fiederblätter  ab,  die  vielfach  1  bis 
3  m  Länge  erreichen  können  (Fig.  1). 

Stanun.  Der  Stamm  zeigt  im  Querschnitt 
einen  mächtigen  i\larkköri)er,  umgeben  von 
einem  King  koIlaterakM- (iefäßbündel  mit  Spi- 
ral-und  Treppentracheiden  im  Ilolzteil(Fig.2). 
Ein  in  normaler  Weise  auttretendes  Kambium 
vermittelt  das  Dickemvachstum.  Bei  vielen 
Arten    tritt    nach    einiger    Zeit    außerhalb 


flächliche  oder  aufwärts  wachsende  Wurzeln 
verschiedener  Cycadeen  werden  von  Ana- 
baenakolonien  bewohnt,  die  auch  wohl 
an  den  Deformationen  solcher  AVurzeln  be- 
teiligt sein  dürften. 

Blätter.  Die  Blätter  entstehen  bei  der 
Mehrzahl  der  Cycadeen  zu  vielen  in  einem  ge- 
meinsamen Triebe,  seltener  einzeln  in  Aufein- 
anderfolge. Sie  sind  in  der  Jugend  mit  ihren 
Fiederchen  gegen  die  Oberlläche  hin  einge- 
krümmt oder  eingerollt.  Der  anatomische  Auf- 
bau der  Blätter  zeigt  eine  sehr  dickwandige 
und  zweischichtige  Epidermis,  der  in  erster 
Linie   die   lederie;  derbe   Beschaffenheit   der 


des  primären  Kambiums  ein  neuer  Kambium-    Blätter  zuzuschreiben  ist.  Darunter  folgt  eine 
ring  auf,  so  daß,  wenn  der  Vorgang  sich  wieder- 1  im   Querschnitt   lang   gestreckte    Pahsaden- 

schicht  und  in  der  Mittellinie 
finden  sich  bisweilen  noch 
längere,  farblose  Zellen,  die 
rechtwinkehg  zur  Palisaden 
Schicht  verlaufen.  Dann  erst 
folgt  das  Schwammparenchym. 
Die  Spaltöffnungen  sind  auf  die 
einfach  ausgebildete  Epidermis 
der  Unterseite  beschränkt  und 
tief  ins  Blattgewebe  eingesenkt. 
Die  Blattnervatur  besteht  ent- 
weder nur  aus  einer  Mittelrippe 
oder  es  finden  sich  daneben  seit- 
liche Abzweigungen  oder  das 
Blatt  wird  von  mehreren  parallel 
laufenden  Rippen  durchzogen, 
die  alle  einander  gleichwertig 
sind.  Gefäßbündel  der  Rippen 
sind  kollateral  gebaut  (vgl. 
Fig.  2).  Abwechselnd  mit  diesen 
großen  Laubblättern  treten 
kleine  Niederblätter  auf,  die 
persistieren  und  zusammen  mit 
den  Basairesten  der  abgestor- 
benen Laubblätter  die  Stamm- 
oberfläche  bedecken.  Die  Lebens- 
dauer der  Laubblätter  ist  eine 
mehrjährige,  wenigstens  kann 
man  an  Gewächshausexemplaren  drei  oder 
auch  vier  derartige  Blatttriebe  in  der  Gipfel- 
rosette vertreten  finden 

Stammverzweigung.  Eine  Verzwei- 
gung der  Stämme  ist  bei  den  weiblichen  Cycas- 
pflanzen,  die  ihre  Sporophylle  abwechselnd  mit 
den  Laub-  und  Niederblättern  hervorbringen, 
fast  ausgeschlossen.  Bei  den  zapfentragenden 
übrigen  Arten  setzt  eine  unter  dem  terminalen 
Zapfen  hervorbrechende  Knospe  den  Stamm 
fort, der  dannalsoein Sympodiumbildet.  Offen 
zutage  tretende  Verzweigung  ist  verhältnis- 
mäßig selten,  tritt  aber  etwa  nach  Verletzung 
des  Stammscheitels  oder  durch  Gabelung  des 
Vegetationspunktes  auf. 

Blüten.  Die  Cycadeenblüten  sind 
stets  eingeschlechtig  und  diöcisch  verteilt. 
Sie  besitzen  keinerlei  Hüllblätter,  sondern 
bestehen  nur  aus  den  meist   in  Zapfen   zu- 


Fig.  2.  Kollaterales  Bündel  von  Cycas  revoluta  (Blatt- 
stiel), t  Treppentracheiden,  sp  Spiraltracheiden  a  ver- 
einzelte innere  Treppentracheiden,  s  Siebteil,  c  Scheide 
des  Bündels,  p  obliterierte  Siebrühren.    Aus  Engler-Prantl. 


holt,  schließlich  eine  Anzahl  sich  ringförmig 
umgebender  Kambiumringe  vorliegen.  Eine 
dicke  parenchymatöse  Rinde  umhüllt  den 
relativ  schmächtigen  Holzkörper.  Innerhalb 
der  Rinde  sind  in  allen  Richtungen  durch- 
tretende Blattspurstränge  sichtbar.  Schleim- 
gänge sind  besonders  im  Mark  und  in  der 
Rinde  häufig. 

Wurzel.  Die  Wurzel  besitzt  einen  axilen, 
meist  diarchen  Gefäßbündelring  mit  denselben 
Holzelementen  wie  der  Stamm.  Bei  Ver- 
folgung des  Gefäßbündelverlaufes  im  Hypo- 
cotyl  zeigt  sich,  daß  von  den  vier  oder  sechs 
Strängen,  die  sich  aus  den  Cotyledonen  im 
Hypocotyl  vereinen,  zwei  oder  vier  blind 
auslaufen  und  nur  zwei  in  die  Wurzel  sich 
fortsetzen.  Ein  Dickenzuwachs  der  Wurzeln 
findet  durch  ein  auf  der  Innenseite  der  Sieb- 
teile auftretendes    Kambium    statt.      Ober- 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


139 


}^J^^7^i^ifCn    " 


Fig;.  3.    Cvcas  revoluta.     Aus  dem  Bomier  Lehrbuch. 


sammentretenden  Spo- 
rophylleii.  Nur  die 
weiblichen  Cycaspflanzen 
(Fig.  3)  lassen  ihre,  den 
Laubblättern  noch  in  der 
Form  ähnelnden  Sporo- 
phylle,  wie  diese,  rosettig 
in  großer  Menge  am 
Scheitel  hervorsprossen 
(Fig.  3).  Die  Samen- 
anlagen stehen  in 
größerer  Zahl  randstän- 
dig am  basalen  Teil  dieser 
Sporophylle. 

Alle  übrigen  Cycadeen 
treiben  terminale  Zapfen, 
oft  von  gewaltiger  Größe, 
deren  Sporophylle  ent- 
weder flache  hexagonale  pj,,  4  Weibliche  Sporophylle,  die  mehr  und  mehr  reduzierte 
Felder  auf  der  Zapfen-  Lamina  zei^-en.  A  Cycas  revoluta,  B  Cycas  circinalis, 
Oberfläche  bilden  oder  c  Cycas  Normanbyana,  D  Pioon  edule.  Aus  Engler- 
noch  in  Fortsätzen  ver-  "  Prantl. 


140 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


schiedener   Form   und   Länge    Andeutungen 
der  reduzierten  Laniina  zeigen  (Fig.  4).     Die 


IL 

Fig.  5.  Ceratozamia  robusta.  I  Junges,  noch  flaches 
Sporophyll.  Samenanlagen  ganz  am  Grunde.  II  Aelteres 
Sporophyll  mit  zwei  Samenanlagen.  A  Anschwellung 
unter  der  Samenanlage.  III  Außenansicht  dreier  Sporo- 
phylle.      Aus  Goebel,   Organographie. 


Samenanlagen  stehen  dann  auf  dem  gegen 
die  Achse  hin  nach  innen  gebogenen  Rand 
der  Sporophylle,  meist  in  Zweizahl  (Fig.  5). 
Zur  Zeit  der  Blüte  weichen  die  Sporo- 
phylle soweit  auseinander,  daß  freier  Zutritt 
für   den   Pollen   ermöglicht  wird  (Fig.  5b). 


ganz  ähnlich  sehen.  Im  fertigen  Zustande 
zeigen  sie  aber  ihre  ganze  untere  Fläche  mit 
einer  großen  Menge  von  Pollen- 
säcken bedeckt,  die  zu  dreien 
oder  vieren  gruppiert  zu  sein 
pflegen  und  sich  bei  der  Reife 
mit  einem  quer  über  den  Scheitel 
verlaufenden  Risse  öffnen,  um 
den  Pollen  zu  entlassen  (Fig.  6 
und  7). 

Ueber  weitere  Entwickelung 
der  Samenanlagen  und  Pollen- 
körner vgl.  den  Artikel  ,,Fort- 
Pflanzung  der  Gymno- 
spermen". 

Samen  und  Keimung. 
Aus  der  Samenanlage  entwickelt 
sich  nach  stattgehabter  Befruch- 
tung der  Samen.  Sein  äußeres 
Gewebe  ist  häutig  etwas  fleischig 
und  wohl  meist  lebhaft  gefärbt, 
was  mit  der  Samenverbreitung 
durch  angelockte  Tiere  in  Be- 
ziehung stehen  dürfte.  Der 
Samen  umschließt  einen 
großen,  von  massigem  Nährgewebe,  dem 
Endosperm,    umgebenen   Embryo   (Fig.   8), 


Fig.    6.       Staubblatt    von    Cycas    circinalis. 

Lnterseite    mit    Pollensäcken.       Aus    Engler- 

Prantl. 


Ö 


Fig.  5a.      Geschlossener  \\eiblicher  Zaplen  von 
Encephalartos     H  i  Id  e  b  r  an  d  1 1 1.        Aus 

Engler-Prantl. 
Fig.  5b.     Zur  Bestäubung  geöffneter  weiblicher 
Zapfen   von    Encephalartos    villosus.      Aus 

Enirler-Praiit  1. 


Die  männlichen  Sporophylle  stehen  auch  bei  pig,  7,  z^mia  integerrima.  a  Staubblatt 
Cycas,  wie  bei  allen  übrigen  Gattungen  m  von  unten,  b  Gruppe  von  Pollensäcken  von  oben, 
Zapfen,  die  in  unreifen  Stadien  den  weiblichen  :  c  von  der  Seite. 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


141 


an    dem    ein    Wurzelende,    zwei    Kotyledo- 
nen    und     das     dazwischen     eingeschobene 
Hypocotyl,     in    die    scheitelständige    Piu- 
mula    endend,    zu 
erkennen  sind.  Eie 
beiden     Kotyledo- 
nen pflegen  mitein- 
ander     zu      ver- 
wachsen.   Bei  der 
Keimung    bleiben 
sie  im  Samen  und 
fungieren  als  Nähr- 
stoffzuleiter      aus 
dem     Endosperm. 
Der  erste  Austritt 
Fig.  8.  Cycascircinalis.   fes    Embryos    er- 
Samenlängsschnitt.       end    folgt  am  Orte  der 
Nährgewebe,  e  Embryo,      früheren       Mikro- 
pyle ,       wo      das 
Wurzelende   des  Embryos   die   Samenschale 
durchbricht    und,    ins    Freie    gelangt,    sich 
alsbald  abwärts  krümmt.    Die  ersten  Blätter 
sind   meist  Niederblätter,    das   erste   Laub- 
blatt   besitzt    zunächst    erheblich    weniger 
Fiederchen  als  an  der  erwachsenen  Pflanze 
zu  beobachten  sind  (Fig.  9). 

Systematik  und  geographische 
Verbreitung.  Nach  der  Eigenart  ihrer 
weiblichen  Sporophylle  könnte  man  eine 
Familie  der  Cycadaceen  mit  rosettig  ge- 


Fig.  9.  Zamia  spiralis.  Keimung.  B  Kei- 
mungsbeginn, B'  das  erste  gefiederte  Blatt, 
C  Keimpflanze,  et  Cotyledonen  an  ihrer  Spitze 
verwachsen,  w  Hauptwurzel,  e  Endosperm, 
b  Blatt,  XX  Anlage  später  aufwärts  wachsender 
Seitenwurzeln. 


stellten  Sporophyllen,  deren  jedes  zwei  bis  sechs 
Samenanlagen  führt,  von  den  Zamiaceen 
unterscheiden,  welche  zapfenförmige  weib- 
liche Blüten  mit  stets  nur  zwei  Samenanlagen 
an  jedem  Sporophyll  besitzen.  Die  Gattungen 
Cycas,  mit  mehreren  Arten,  Bowenia  undMa- 
krozamia  sind  die  wichtigsten  südostasiatisch- 
australischen  Gattungen;  Stangeria  und 
Encephalartos  gehören  Südafrika  an ;  Zamia, 
Ceratozamia,  Dioon  und  Microcycas  sind  in 
Zentralamerika  (Mexiko,  Kuba)  zu  Hause. 
Ihre  Individuenzahl  ist  nirgends  groß;  es  ist 
deutlich  eine  langsam  aussterbende  Ordnung, 
die  in  den  Cycadinen  vorliegt. 

II.  Ordnung  Ginkgoinae. 

V  e  g  e  t  a  t  i  0  n  s  0  r  g an e.  Zu  den  Gink- 
goinae gehört  nur  die  eine  überlebende  Art 
Ginkgo  biloba  Ginkgo  ist  ein  im  west- 
lichen China  noch  waldbildender,  stattlicher 
Baum,  der  seit  langer  Zeit  in  Japan  kulti- 
viert, jetzt  auch  in  Europa  weit  verbreitet 
ist  und  mit  seinem  sich  jährlich  erneuernden, 
schönen,  Adiantum-ähnlich  geformten  Laub 
von  besonders  lebhaftgrüner  Färbung,  eine 
Zierde  unserer  Gärten  bildet  (Fig.  lÖ). 

Gliederung.  Ginkgo  erreicht  eine  Höhe 
von  ca.  30  m,  seine  Aeste  sind  fast  horizontal 
weit  ausgebreitet  und  gliedern  sich  in  Lang- 
und  Kurztriebe.  Die  Langtriebe  vermitteln 
die  eigentliche  Verzweigung  des  Baumes,  sie 
sind  mit  wechselständigen  Blättern  besetzt; 
in  den  Blattachseln  entstehen  die  im  nächsten 
Jahre  zu  Kurztrieben  auswachsenden 
Knospen.  Die  Blätter  der  Kurztriebe  stehen 
büschelig  beisammen  und  geben  dem  Baume 
das  charakteristische  Aussehen. 

Stamm.  Der  anatomische  Aufbau 
des  Baumes  ist  dem  der  Cycadeen  gegenüber 
sehr  abweichend,  vielmehr  dem  der  Coniferen 
gleichend,  zu  denen  Ginkgo  lange  Zeit  ge- 
rechnet ward,  bis  das  Auffinden  der  Sperma- 
tozoiden  im  Pollenschlauch  ihm  eine  Stellung 
neben  den  Cycadeen  anwies.  An  ein  schmäch- 
tiges zentrales  Mark  schließen  sich  die  in  ein- 
fachem Ringe  liegenden  primären  Gefäß- 
bündel kollateraler  Art  an,  deren  Kambium 
beim  Beginn  des  Dickenwachstums  in 
Tätigkeit  "tritt  und  in  normaler  Weise  nach 
und  nach  einen  mächtigen  Holzkörper  auf- 
baut. Die  Rinde  bleibt  demgegenüber 
verhältnismäßig  dünn,  sie  führt  Bastfasern 
und  wird  bereits  im  ersten  Jahre  durch  ein 
unter  dem  Hypoderm  entstehendes  Periderm 
ersetzt.  Harzgänge  kommen  in  der  Rinde 
und  im  Marke  vor. 

Wurzel.  Die  Wurzel  geht  aus  einer  di 
archen  Keimlingswurzel  durch  normales 
Dickenwachstum'hervor;  diediarche  Struktur 
der  Keimlingswurzel  steht,  wie  bei  den  Cyca- 
deen, mit  vier  Strängen  innerhalb  jedes  der 
beiden  Kotyledonen  in  Verbindung,  die  durch 


142 


Gymnospermae  (Xacktsamige  Pflanzen) 


Verzweisunt;;  aus  dem  ziiiiäclist  in  sie  ein-  eine  einziiie  Sanipiiaiila?e  auf  sich  trägt.1  Bis- 
tretenden einfachen  Straiii^e  liervoriichen.  weilen  sind  eine  iirößere  Zahl  von  Sainen- 
Blcätter.  Das  Blatt  von  (Hidii^^o  besitzt  be-    anlai^en  auf  i;eineinsamein  Stiele  vereinie;t,  die 


>underes  Interesse.  Es  ist  mehr  oder  minder 
lang2;estielt  und  verbreitert  sich  aus  dem  Stiel 
plötzlich  zu  einer  Adiantum-ähnlich  ge- 
stalteten Spreite,  die  am  leicht  gewellten 
Außenrande  gerade  in  der  ]\Iittc  einen  mehr 
oder  minder  tiefen  Einschnitt  aufweist.  An 
den  auch  in  der  Grüße  oft  etwas  zurück- 
bleibenden  Blättern    der   Kurztriebe   pflegt 


alsdann  noch  jede  einzeln  mit  kurzem  Stiele, 
der  dem  Sporopliyll  zuzurechnen  wäre,  am 
gemeinsamen  Blütenstiel  sitzen.  Derartige 
weibliche  Blüten  stehen  oft  zu  vielen  an  einem 
Kurztrieb  zusammen,  sie  bestehen  zur  Zeit  der 
Blüte  nur  aus  einem  winzigen,  vom  Integu- 
ment  umhüllten  Nucellus. 

Die    mänidichen    Blüten    stellen    kurze 


der  Einschnitt  minder  tief  zu  sein  oder  zu    Aehrchen  dar,  an  deren  Spindel  die  einzelnen, 
fehlen.     Der  anatomische  Bau   des   Blattes    ebenfalls      sehr      reduzierten      Sporophylle 


weist  unter  der  ziendich  derben  Epidermis 
eine  Palisadenschicht  auf.  darauf  folgt  ein 
lockeres  Schwammparenchym,  dessen  Zellen 


sitzen,  deren  jedes  zwei  Pollensäcke  seitlich 
angeheftet  trägt.  Auch  die  männlichen 
Blüten  brechen  oft  in  größerer  Zahl  auf  ein 
und  demselben  Kurztrieb 
hervor.  Die  Pollensäcke 
öffnen  sich  durch  einen 
der  Länge  nach  über  den 
Scheitel  verlaufenden  Biß 
(über  die  w^eitere  Ent- 
wickelung  vgl.  denArtikel 
,,Fort  Pflanzung"). 

Der  Samen  gleicht 
dem  der  Cycadeen  in 
seiner  fleischigen  äußeren 
und  der  vom  Fleisch  um- 
schlossenen Steinschale. 
Die  Entwickelung  des 
Embryo  findet  erst  nach 
Abfall  des  Samens  vom 
Baum  statt  und  der 
reife  Samen  enthält  dann 
einen  großen,  mit  zwei 
Kotyledonen  versehenen 
Embryo  von  Endosperni 
umgeben.  Die  Keinuing 
erfolgt  hypogäisch;  der 
Keimsproß  trägt  zu- 
nächst einige  kleine 
Schuppenblätter,  bevor 
die  charakteristische 
Blattform  in  zuerst  be- 
sonders tief  gespaltenen 
zwischen    den   Nerven  oft  länger  gestreckt  j  Blättern  einsetzt. 

sind.  Die  Spaltöffnungen  bleiben  auf  die  |  Ginkgo  war  früher  ein  weit  verbreiteter 
Epidermis  der  Unterseite  beschränkt.  Die  |  Baum,  wie  aus  den  zahlreichen  paläophyto- 
Nervatur  ist  eine  streng  dichotome,  von  ;  logischen  Resten,  besonders  der  charakteristi- 
einem  in  das  Blatt  eintretenden  doppelten  sehen  Blätter  hervorgeht,  die  sich  bereits  in 
Bündelstrang  ausgehend.  Abweichend  von  der  Kohlenformation  beginnend  durch  alle 
der  Mehrzahl  der  Gymnospermen  ist  es,  daß  jüngeren  Schichten  verbreitet  finden.  So  ist 
die  Blätter  jährlich  vom  Baume  abgeworfen  '  erwiesen,  daß  Ginkgo  oder  nahe  Verwandte 
werden.  des    Baumes    früher    in    Europa,    Sibirien, 

Blüten.    Die  Blüten  von  Giidvgo  sind  di-  China,  Japan,  Australien  und  Nordamerika 
öcisch  verteilt,  sie  gehen  bei  beiden  (fcschlech-   gelebt  h;d)eii. 
fern  aus  Kurztrieben  hervor,  wo  sie  in  den 

Achseln  der  obersten  Niederblätter  oder  der  HI.  Ordnung  Coniferae. 

Laubblätter  entstehen.  Die  weiblichen  Blüten  Morphologie.  Die  größte  Ordnung  der 
sind  laug  gestielt,  nuM.'-t  zu  zweien  auf  je  einer  jetzt  lebenden  Gymnospermen,  diejenige  der 
flachtelierfö!'niigen,Cupula-ähnIicheii  Bildung  Coniferen,  wird  nach  der  Form  ihrer  Blätter 
inseriert.  I\lan  betrachtet  diesen  Teller  am  wohl  unter  der  Bezeichming  der  Nadel- 
besten wohl  als  Rest    des  Sporopliylls,    das  ,  hölzer  zusammengefaßt.   Und  in  der  Tat  ist 


Fisr.  10.       (Hnkgo 


Kurztrieb    mit    Blüte. 


]\[;üinlicher 

a,  b  Staubblätter,  c  weibliche  Blüte,  d  Frucht,  e  Steinkern  daraus, 

f  derselbe    im    Querschnitt,    g  im   Längsschnitt   nach  Ausbildung 

des    Embryo,    h    weibliche    Blüte    mit    ausnahmsweise  zahlreichen 

Samenanlagen.     Aus  Engler-Prantl. 


CTymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


148 


die  Belaiibinio;  durchweg  nadelartig,  nur  die 
Gattung  Agatliis  und  vielleicht  auch  ein  paar 
Species  der  Gattungen  Ai'aucaria  und  Podo- 
carpus  haben  breitere  Blätter,  die  nicht  mehr 
gut  als  Nadeln  bezeichnet  werden  dürften. 
Abgesehen  von  der  Form  der  Blätter  ist  ein 
ebenso  durchgreifendes  Merkmal  ihre  ver- 
längerte Lebenszeit:  die  Nadelhölzer  sind 
immergrüne  Bäume  oder  Sträucher,  deren 
Blätter  meist  ca.  4  Jahre,  bei  Araucarien, 
Agathis  u.  a.  sogar  10  Jahre  auszuhalten 
pflegen;  nur  Larix,  Taxodium  distichum  und 
Glyptostrobus  werfen  ihr  Laub  alljährlich 
von  sich. 

Ein  ebenso  allgemeines  Kennzeichen 
der  Coniferen  ist  die  Gliederung  in 
Kurz-  und  Langtriebe,  die  den  charak- 
teristischen Habitus  bediugt,  der  außerdem 
von  dem  korrelativen  Wachstumsausmaß  und 
der  Wachstumsrichtung  des  Hauptsprosses 
und  seiner  Seitensprosse  abhäugt.  So  ist  der 
streng  pyramidale  Aufbau  der  Araucarien, 
Picea,  Abies  und  Pinus,  solauge  wenigstens  die 
unteren  Seitenzweige  erhalten  sind,  ja  be- 
kannt. Aeltere  Bäume  pflegen  dagegen  eine 
schirmförmig  ausgebreitete  Ivi'one  über  ihrem 
relativ  schlanken  und  hohen  Stamme  auszu- 
breiten. 

Anatomie.  Wie  der  morphologische  Auf- 
bau, so  ist  auch  die  Anatomie  der  Coniferen 
sehr  einheitlich.  Die  Keimlinge  zeigen  auf 
dem  Stammcpierschmtt  einen  Ring  von 
kollateralen  Gefäßbündeln  um  einen  schmäch- 
tigen Markkörper.  Die  Siebteile  der  Gymno- 
spermen entbehren  freilich  der  bei  den  Angio- 
spermen allgemein  vorhandenen  Geleitzellen. 
Durch  ein  zwischen  Sieb-  und  Gefäßteil  auf- 
tretendes Kambium  werden  nach  innen  ein 
mächtiger  Holzkörper,  nach  außen  neue 
Sieb-  und  Parenchymelemente  als  Rinde 
entwickelt,  deren  äußere  Bekleidung  nach 
Absterben  der  Epidermis  durch  reich- 
liches Periderm  gebildet  wird.  Charakte- 
ristisch ist,  daß  das  sekundäre  Holz  keiner- 
lei Gefäße  besitzt,  sondern  ausschließlich 
aus  Holzfasern  und  Tracheiden  mit  be- 
höften  Tüpfeln  auf  ihren  Radialwänden, 
neben  Holzparenchym  und  Markstrahlgewebe 
aufgebaut  wird.  Somit  ist  das  Coniferenholz 
außerordentlich  einheitlich,  nur  in  der  Weite 
der  einzelnen  Elemente,  Einreihigkeit  oder 
(bei  einigen  Cupressineen)  Zweireihigkeit  der 
Markstrahlen,  Vorhandensein  von  Spiral- 
leistenverdickungen  in  den  Tracheiden  (bei 
Taxus  und  Verwandten)  und  anderen 
kleineren  Abweichungen  lassen  sich  Coni- 
ferenhölzer  voneinander  unterscheiden. 

Im  Bau  der  Rinde  sind  größere  Ver- 
schiedenheiten zu  beobachten,  doch  stimmen 
alle  Coniferen,  mit  alleiniger  Ausnahme  von 
Taxus,  in  dem  Besitze  von  großen,  mit 
Epithelzellen  ausgekleideten  Harzgängen  in 
der  Rinde  überein.    Bei  den  Abietineen  sind 


sie  auch  im  Holze  vorhanden  und  hier  stehen 
mit  den  durch  den  Jahreszuwachs  längs 
durchlaufenden  Harzgängen  diejenigen  der 
Seitenzweige  und  auch  der  Blätter  in  Ver- 
bindung, während  sonst  in  der  Regel  die 
Rindenharzgänge  die  Endigungen  der  aus  den 
Blättern  kommenden  Gänge  darstellen.  Ihre 
Entstehung  ist  durchweg  schizogen,  daneben 
bilden  sich  bei  verschiedenen  Arten  weiterhin 
lysigene  Harzräume  aus  (Fig.  11  bis  14). 


Fig.  11.  Querschnitt  durch  das  Kiefernholz 
mit  Jahresgrenze  g,  f  Frühholz,  s  Spätholz, 
t  Hoftüpfel,  h  Harzgaiig,  m  Markstrahl,  a, bis a  eine 
sich  nach  außen  verdoppehide  Tracheidenreihe. 
Aus  dero  Bonner  Lehrbuch, 


Fig.  12.  Querschnitt  durch  Kambium  c,  Spät- 
holz s  und  Rinde  der  Kiefer,  v  Siebröhren, 
p  Rindenparenchym,  zum  Teil  mit  Kristallen  k, 
cv  obliterierte  ältere  Siebröhren,  m  Markstrahl. 
Aus  dem  Bonner  Lehrbuch. 


144 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


em 


sm 


Fig.  13.      Radialer  Längsschnitt  durch  den  Kiefernstamm.     Mit   dem   Kambium   c,    den    Holz- 
tracheiden  s  mit   ihren   Hoftüpfeln    t   und    den    Siebröhren    v;    vt    Siebtüpfel,   tm    tracheidale 
Markstrahlzellen,   sm  stärkeführende   Markstrahlzellen  im   Holz,   sm'  in    der  Rinde,  em  eiweiß- 
führende Markstrahlzellen.     Aus  dem  Bonner  Lehrbuch  der  Botanik. 


WurzeL  Die  Wurzel  der  Coniferenkeim-j  mit  einer  Wurzelhaiibe  bedeckt,  der  Zentral- 
linge entwickelt  sich  meist  als  Pfahlwurzel   zylinder  mit  einer  der  Zahl  der  Kotyledonar- 


weiter.  Sie  ist  von  normalem  Bau,  der  Scheitel 


Fig.  14.  Tangentialer  Längsschnitt  durch  das 
Spätholz  der  Kiefer,  t  Iloftüpfel,  tm  tracheidale-, 
sm  stärkeführende  Markstrahlzellen,  et  einseitig 
behüfte  Tüpfel,  i  Interzellularräume  am  Mark- 
strahl.    Aus  dem  Bonner  Lehrbuch. 


gefäßbündel  entsprechenden  Zahl  abwechselnd 
liegender  Holz-  und  Siebteile  versehen,  wenn 
nicht  vor  Eintritt  in  die  Wurzel  sich  zwei  Ge- 
fäßbündel vereinigen,  wie  bei  Araucaria.  Der 


Fig.  15.  Blattquerschnitte.  Schematisiert, 
Avon  Pinus  Pinaster,  B  von  Abies  pecti- 
nata,  e  Epiderniis,  es  Hypoderm,  sp  Spaltöff- 
nungen ,  p  Blattparenchym ,  h  Harzgänge, 
g  Gefäßteil,  b  Siebteil  der"^  Gefäßbündel.  Aus 
Engler-Prantl. 


Grymilospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


145 


Dickenziiwachs  wird  durch  ein  normales,  zu- 
nächst an  der  lunenseite  der  Siebteile  ent- 
stehendes Kambium  vermittelt.  Vielfach  wird 
jedoch  später  die  Pfahlwurzel  durch  starke 
Seitenwurzeln  ersetzt. 

Blätter.  Die  Blätter  der  Coniferen  sind 
von  einer  dickwandigen  sehr  kleinlumigen  Epi- 
dermis überzogen,  unter  der  vielfach  noch 
eine  vollständige  oder  unterbrochene  Lage 
von  dickwandigen,  ii\  Längsrichtung  des 
Blattes  gestreckten  Fasern,  Hypoderm,  hegt. 
Dann  folgt  das  Chlorophyllgewebe,  das  bei 
den  nadeiförmigen  Blättern 
vielfach  isodiametrisch  ist  mit 
rechtwinkelig  gegen  die  Ober- 
fläche gestellten  Wänden  in 
der  obersten  Schicht.  Die  mehr 
flachen  Blätter  haben  dagegen 
ein  richtiges  Pahsadenparen- 
chym  an  der  Oberfläche  und 
ein  lockeres  Schwammgewebe 
an  der  Unterseite,  in  anderen 
Fällen  ringsherum  Palisaden, 
und  Schwammparenchym  in 
der  Mitte. 

Gefäßstränge  besitzen  die 
Nadelblätter  meist  nur  einen, 
der  sich  bei  den  flacheren 
Blättern  aber  auch  mehrfach 
verzweigen  kann.  Bei  den 
Abietineen  ist  wiederum  eine 
Abweichung  zu  registrieren, 
daß  nämlich  der  Strang  sich 
in  zweie  teilt,  die  in  geringer 
Entfernung  voneinander  und 
um  einen  gewissen  Winkel 
gegeneinander  beiderseits  der 
Längsachse  verlaufen.  Allge- 
mein ist  dagegen  die  Um- 
säumung der  Bündel  durch 
einen  Belag  von  Tracheiden, 
die  behöft  getüpfelte  und  ver- 
dickte Wände  besitzen  und 
sich  am  Ende  zu  einer  dicken 
Kappe  verstärken.  Harzgänge 
sind  entweder  in  Einzahl  unter 
dem  Bündelstrang  oder  in 
Zweizahl  an  den  beiden  Kanten 
vorhanden,  oder  sie  verteilen 
sich  in  größerer  Zahl  rings  im 


unterbrochen,  stets  Spaltöffnung  neben 
Spaltöffnung  m  der  Längsrichtung  des  Blattes 
hegt.  Auf  weitere  Einzelheiten  kann  hier 
nicht  eingegangen  werden. 

Außer  den  Laubblättern  finden  sich  viel- 
fach Niederblätter,  z.  B.  als  Knospenschup- 
pen vor,  bei  den  erwachsenen  Exemplaren 
von  Pinus  vertreten  sie  die  Laubblätter  voll- 
kommen, in  ihren  Achseln  entstehen  dort  erst 
die  assimiherenden  Kurztriebe  mit  einer  je 
nach  der  Art  verschiedenen  Zahl  von  Nadel- 
blättern im  Trieb. 


Fig.  16.  Weibliche  Blüten  von  Taxus  baccata.  A  Habitus- 
bild  bei  zwei  Samenanlagen,  B  Blatt  mit  achselständiger 
Samenanlage,  C  Längsschnitt  durch  die  gemeinsame  Mediane 
des  Seitensprosses  und  der  Samenanlage,  v  Vegetationspunkt 
des  Sprosses,  n  Nncellus,  i  Integument^  m  Miki-opyle,  a 
Arillusanlage,  e  Embryosackanlage.  Aus  dem  Bonner 
Lehrbuch. 


Mesophyll;    nach    ihrer    Lage 

lassen  sich  Unterabteilungen  der  Gattungen  Für  viele  Coniferen  ist  ein  Herablaufen  der 
aufstellen.  Nur  die  Bläfter  von  Taxus  be-  Blätter  am  Sproß  charakteristisch,  so  daß  bei 
sitzen  keinerlei  Harzgänge  (Fig.  15).  ,  der  dichten  spiraligen  oder  wirteligen  Stellung 

Die  Verteilung  der  Spaltöffnungen  ist  sehr  der  Blätter  kaum  noch  freie  Oberfläche  an 
verschieden,  bei  vielen  Arten  sind  beide  Seiten  j  der  Sproßachse  übrigbleibt, 
gleichmäßig  damit  versehen,  bei  anderen  ist  i  Auf  die  bei  zahlreichen  Coniferen  vor- 
nur  die  Unterseite  oder  nur  die  Oberseite  kommenden,  von  der  erwachsenen  Pflanze 
spaltöffnungführend.  Charakteristisch  ist  derselben  Art  wesentlich  abweichenden 
z.  B.  für  Abies  und  andere  Abietineen  das  Jugendformen  ist  bei  Besprechung  der  Samen- 
Vorkommen  von  reihenweise  hegenden  Spalt-  keimung  zurückzukommen. 
Öffnungen  in  sogenannten  Spaltöffnungs-  Blüten.  Die  Blüten  der  Coniferen  sind  so 
bahnen,    wo  durch  je  eine  Epidermiszelle   verschiedenartig,  daß  es  vorteilhaft  sein  wird, 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  Y.  1^ 


146 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


sie  nach  den  verschiedenen  Faniilieii  gesondert  |  gebildete  Höhlung  wie  in  einen  aufgespannten 
zu  besprechen.  Nach  der  Form  der  Blüten  I  Regenschirm  hineinfällt,  wo  sie  vom  Winde 
unterscheidet  man  die  Familie  der  Taxa- 1  fortgefübrt  werden.  Die  Pollenkörner  sind 
ceen,  deren  weibliche  Blüten  nur  eine  oder  |  glatt.  Auch  die  weibliche  Blüte  entsteht  an 
wenige  Samenanlagen  führen,  die  in  der  Regel  der  Unterseite  der  Zweige,  jedoch  erst  als 
mit  Arillus  ausgerüstet  sind;  die  Taxaceen  sekundärer  Seitensproß  aus  der  Achsel  der 
haben  außerdem  meist  diöcische  Blütenver-  obersten  Schuppe  der  Knospe,  die  damit  ihr 
teilung.   Dagegen  sind  die  Pinaceen  ausge-   Wachstum  einstellt.   Die  Blüte  besteht  ledig- 


zeichnet durch  mehrere  oder  zahlreiche 
Samenanlagen  in  jeder  weiblichen  Blüte, 
die  aus  zahlreichen,  an  gemeinsamer  Achse 
vereinigten     Sporophyllen    gebildet      wird. 


Fig.  17.  Podocarpus  Totara.  Männlicher  und  weiblicher 
Bliitenzweig.  d,  e  P.  macrophylla,  d  zwcisamige  weibliche 
Blüte,  e   einsamige,    im   Längsschnitt.       Aus   Engler-Prantl. 


Arillusbildungen  fehlen  und  die  Geschlechts- 
verteilung ist  meist  monöcisch. 

1.  Taxaceae.     Die  männlichen  Blüten 
von  Taxus  entstehen  auf  der  Zweigunterseite    Scheitel  der  einzeln  am  Gipfel  kurzer  Zweige 


lieh  aus  einer  geraden  Samenanlage,  che  von 
einfachem  Tntegument  umhüllt  ist  (Fig.  16). 
Durch  einen  zur  Blütezeit  aus  der  Mikropyle 
ausgeschiedenen  Tropfen  wird  der  Pollen 
aufgefangen.  Bei  der  Samen- 
entwickelung bildet  sich  an 
der  Basis  dicht  über  dem 
Stiel  ein  ringförmiger  Aus- 
wuchs, der  mit  dem  sich 
entwickelnden  Samen  zu 
gleicher  Länge  heranwächst, 
fleischig  wird  und  durch 
seine  intensiv  rote  Farbe 
und  das  genießbare  Fleisch 
Vögel  anlockt,  die  damit 
die  Samen  verbreiten.  Dies 
Gebilde  heißt  Arillus. 

Aehnlich  verhalten  sich 
die  Gattungen  Cephalo- 
taxus  und  Torreya,  die 
neben  Taxus  und  einigen 
kleineren,  kaum  bekannten 
aus  Neu-Kaledonien,  die 
Unterfamilie  der  Taxineae 
bilden. 

Durch  anatrope  Samen- 
anlagen unterschiedene  For- 
men der  Taxaceen  werden 
in  der  Unterfamilie  der 
Podoearpineae  zusam- 
mengefaßt, deren  Haupt- 
vertreter die  in  zahlreichen 
Arten  auf  der  Südhemi- 
sphäre vertretene  Gattung 
Podocarpus  selbst  neben 
mehreren  nahe  verwandten 
anderen  ist.  Bei  Podo- 
carpus (Fig.  17)  sind  die 
männlichen  Blüten  einzeln 
oder  in  ährenförmigen 
Blütenständen  vereinigt, 
deren  einzelne  Staubblätter 
in  dreieckiger  Endigung  aus- 
laufen. Die  Pollenkörner  sind  mit  seitlich 
anhängenden  Flugblasen  ausgerüstet.  Die 
weiblichen    Blüten    sitzen    umgewendet    am 


als  Achselsproß  einer  vorjährigen  Nadel 
Dieser  entwickelt  mehrere  Schuppenblätter, 
welche  etwa  zehn  schildförmige  Staubblätter 
umhüllen,  deren  jedes  5  bis  9  Pollensäcke 
trägt.  Die  Blüten  hängen  nach  unten  und  die 
Pollensäcke  eines  Staubblattes  öffnen  sich 
durch  gleichzeitige  Lösung  an  den  Seiten,  so 
daß  der  reife  Pollen  in  die  von  den  Wänden 


stehenden  Fruchtblätter,  oder  man  findet 
hier  zwei  bis  vier  Fruchtblätter  beisammen, 
die  als  Receptakulum  bezeichnet  werden 
und  je  eine  Samenanlage  tragen  können, 
von  denen  jedoch  iiiur  eine  oder  zwei  aus- 
gebildet zu  werden  pflegen.  Die  Samen- 
anlagen haben  hier  zwei  Integumente,  von 
denen  das  innere   bei  der  Reife  holzig,   das 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


147 


äußere,  wie  auch  das  Receptakiüum  fleischig 
werden. 

Eine     gesonderte    Stellung    nimmt    die 
eigenartige     Gattung    Pliyllocladus     ein, 


deren  Langsproß  zahlreiche  als  Phyllo- 
cladien,  d.  h.  blattähnliche  Sprosse  ausge- 
bildete Kurztriebe  trägt,  während  die  Blätter 
auf  Lang-  wie  Kurztrieben  zu  kleinen  Schup- 


Fig.  18.       Phyllocladus  trichomanoides.    Männ- 
licher Blütenzweig.     Aus  Engler-Prantl. 


Fig.    19.      Phyllocladus   glauca. 

WeiblicherBlütenzweig.  AusEn'gler- 

Prantl. 


Fig.    20.      Juniperus  communis.     Zweig   mit  Früchten   und    Zweig    mit  männlichen  Blüten. 

Aus  dem  Bonner  Lehrbuch. 

10* 


148 


Gyninospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


pen  verkümmert  sind.  Die  älirenförmigen 
männlichen  Blütenstände,  mit  zwei  ver- 
wachsenen Pollcnsäcken.  wie  die  zu  Recepta- 
kulen  verwachsenen  Fruchtblätter  deuten  auf 
die  Podocarpineae,  die  atropen  Samenanlagen 
auf  die  Taxineae  hin.  Phyllocladus  ist  eben- 
falls auf  die  Südheniisphäre  beschränkt 
(Fig.  18,  19). 

2.  Pinaceae.  Weit  nmfangreicher  als  die 
kleine  Familie  der  Taxaceen  ist  die  zweite, 
vorher  genannte  Familie  der  Pinaceen.  Schon 
nach  dem  äußeren  Habitus,  der  sich  in  der 
Stellung  und  Form  der  Blätter  kundgibt,  lassen 
sich  hier  zwei  Unterfamilien  auseinander  hal- 
ten. Alle  Formen  mit  gegenständigen  oder 
quirlständigen  Blättern,  die  zugleich  in  zahl- 
reichen Fällen  weit  mit  der  Sproßachse  ver- 
wachsen sind  und  dadurch  ein  schuppen- 
artiges Aussehen  annehmen,  gehören  zu  der 
Unterfamilie  der  Cupressineae.  Dagegen 
werden  die  mit  wechselständigen  und  mehr 
oder  minder  nadeiförmigen  Blättern  ver- 
sehenen Formen  als  Abietineae  zusammen- 
gefaßt. 

a)  Cupressineae.  Die  Blüten  der  Cupres- 
sineen  sind,  bis  auf  diejenigen  der  Gattung 
Juniperus,  monöcisch  verteilt,  der  Wacholder 
(Fig.  20)  dagegen  und  seine  Verwandten,  wie 
der  Sadebaum,  haben  diöcische  Geschlechts- 
verteilung. Die  männlichen  Blüten  des 
Wacholders  sind  kleine  blattachselständige 
Sprosse,  die  mit  einigen  Wirtein  von  Schup- 
penblättern beginnen,  auf  die  alsdann  Wirtel 
von  dreieckig  spitz  endenden  Sporophyllen 
folgen,  deren  jedes  unterseits  3  bis  4  Pollen- 
säcke trägt  (Fig.  21).  Auf  den  weiblichen 
Exemplaren  des  mit  dreizähligen  Wirtein 
von  stechend  spitzen  Nadelblättern  besetzten 
Wacholders    sitzen     auf    ähnlichen  Achsel- 


sprossen die  weiblichen  Blüten,  deren  jede 
aus  einem  Wirtel  von  drei  Fruchtblättern  mit 
je  einer  schräg  vor  dem  Fruchtblatt  stehenden 
aufrechten  Samenanlage  besteht.  Die  Be- 
stäubung geschieht  ebenso  wie  vorhin  für 
Taxus  beschrieben.  Bei  weiterer  Entwicke- 
lung  der  Frucht  wuchert  aus  dem  Grunde  der 
Fruchtblätter  Gewebe  hervor,  das  die  drei 
Samenanlagen  völlig  umhüllt  und  bei  der  erst 
im  zweiten  Jahre  erfolgenden  Reife  fleischig 
wird.  Die  Frucht  ist  eine  Beere  von  dunkel- 
blauer, durch  Wachsbelag  bereift  aussehender 
Färbung.    Der  Sadebaum  (Fig.  22)  hat  zwei- 


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«jfs^-. 


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.    22.    Zweig   von    Juniperus    Sabina   mit 
Früchten.     Alis  dem  Bonner  Lehrbuch. 


XL. 


Fig.  21.  Juiiipenis  communis.  A  mäimliclie 
Blüte,  B  fertiler  Sproß  mit  wcibliclier  ]>lütc, 
C  weibliche  Blüte,  ein  Fruchtblatt  zurück- 
gebogen, D  Beerenfrucht.  Aus  dem  Bonner 
Lehrbuch. 


zählige,  dekussiert  stehende  Schuppenblätter. 
Dementsprechend  sind  auch  seine  sich  sonst 
ebenso  verhaltenden  Blüten  in  durchweg 
zweizähligen  Wirtein  aufgebaut.  Weitere 
Vertreter  der  Gattung  sind  teils  im  Mittel- 
meergebiet, wie  J.  Oxycedrus,  J.  phönicea, 
teils  in  Nordamerika,  J.  virginiana,  verbreitet. 
Alle  sonstigen  Gattungen  der  Cupressineae 
haben  holzige  Zapfen,  deren  Samenanlagen 
wie  die  von  Juniperns  aufrecht  sind.  Hierher 
gehören  die  afrikanische  Gattung  Callitris 
mit  2-  bis  4-zähligen  Blattquirlen  und  zwei 
Fruchtblattquirlen,  die  clurcli  ungleiche 
Größe  scheinbar  nur  einen  Quirl  bilden; 
ferner  Libocedrus,  Thuja  und  Cypressus. 
Libocedrusarten  sind  stattliche  Bäume, 
wie  z.  B.  L.  decurrens,  der  in  Californien  in 
den    Gebirgswäldern    mit    der   Zucker-   und 


Grymnospermae  (Nacktsainige  Pflanzen) 


149 


Gelbkiefer  zusammenlebt.  Die  Blattpaare 
stehen  in  zusammengedrückten  vierzähligen 
Quirlen ;  sie  laufen 
weit  an  derSproßachse 
hinab,  wie  dies  ja 
in  dem  Speciesnamen 
decurrens  auso-edrückt 
wird  (Fig.  23).  Die 
männlichen  Blüten 
sind  kleine  endstän- 
dige Zäpfchen,  die 
einzelnen  Sporophylle 
tragen  4  Pollensäcke. 
Die  auf  denselben  In- 
dividuen stehenden 
weiblichen  Blüten  be- 
sitzen zwei  zwei  ■ 
zählige  Fruchtblatt- 
quirle, von  denen  nur 
der  obere  weit  längere 
Samenanlagen  trägt. 
Ganz  ähnlich  verhält 
sich  Thuja,  ein  in 
unseren  Gärten  viel- 
kultivierter, baum- 
förmiger  Strauch, 
dessen  flachgedrückte 
Sprosse  dekussierte 
Blattpaare  besitzen. 
Die  weibliche  Blüte 
besteht  aus  drei  bis 
vier  Fruchtblatt- 
quirlen ,  von  denen 
nur  die  mittleren 
fruchtbar  sind,  wäh- 
rend die  oberen  steri- 
len zu  einer  soge- 
nannten öffnungs- 
unfähigen C  0 1  u  m  e  11  a 
zusammentreten  (Fig. 

24).  Thuja  occidentalis,  der  Lebensbaum  ist 
aus  dem  östlichen  Nordamerika  und  Thuja 
Orientalis  aus  China  und  Japan  bei  uns 
eingeführt.  Endlich  ist  auch  die  bekannte 
Cj'presse,  Cupressus  sempervirens ,  eine 
hier  sich  anreihencle  Vertreterin  der  Cupres- 
sineen.  Ihre  Zweige  tragen  dekussierte 
schuppenförmige  Blätter,  die  Sprosse  sind 
nicht  abgeplattet  und  der  ganze  Wuchs  des 
bis  zu  20  m  Höhe  erreichenden  Baumes  ist 
steil  kegelförmig  oder  pyramidal.  Die  Pflanze 
ist  ursprünglich  im  östlichen  Mittelmeer- 
gebiet und  westlichen  Asien  einheimisch,  wird 
jetzt  aber  und  schon  seit  langer  Zeit  im  ge- 
samten Mittelmeergebiet  vielfach  kultiviert. 
Männliche  Blüten  in  Form  endständiger 
kleiner  Zäpfchen  aus  schildförmigen,  unter- 
seits  Pollensäcke  tragenden  Sporophyllen 
gebildet.  Weibliche  Blüten  am  gleichen  In- 
dividuum; sie  bestehen  aus  zwei  bis  sechs 
Paaren  schildförmiger,  je  mit  mehreren 
Samenanlagen  ausgerüsteten  Fruchtblättern, 
die   klappig    aneinander   schließen,    bei    der 


Fruchtreife  aber  auseinanderklaffen  (Fig.  25). 
Die  nahe  verwandte  Trauercypresse,  Cupres- 


Fis;.  23.     Libocednis  decurrens.     Aus  Engler-Prantl. 


sus  pendula,  mit  hängenden  Zweigen  ist  in 
China  einheimisch. 


Fig.  24.     Thuja  orientalis.     Zweig  mit  einer 

geschlossenen  und  einer  offenen  Frucht.      Aus 

Engler-Prantl. 


150 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


Fig.    25.       Cupressus    sempervirens. 
Engler-Prantl. 


Aus 


Fig.  26.    Agathis  Dammara.     A  Frucht  mit  hinterliegendem 
Blattzweig,  B  männliche  Blüte.    Aus  Engler-Prantl. 


b)  A  b  i  e  t  i  n  e  a  e.  Als  zweite  Unterfamilie  der 
Pinaceen  hatten  wir  die  Abietineen  kennen 
gelernt,  deren  Kennzeichen  wechselständige, 
nadeiförmige  Blätter  sind.  Hier  wird  es  sich 
empfehlen  bei  der  großen  Verschiedenheit  der 
Formen,  die  vorliegen,  eine  weitere  Unter- 
einteilung vorzunehmen  in  Gruppen,  von 
denen  wir  drei  als  Araucariinae  (Agathis  und 
Araucaria),  Taxodiinae  (Taxodium,  Sequoia, 
Sciadopitys,  Cunninghamia,  Cryptomeria, 
Glyptostrobus)  und  Abietinae  im  engeren 
Sinne  (Abies,  Tsuga,  Picea,  Larix,  Cedrus, 
Pinus)  unterscheiden  wollen. 

a)  Araucariinae.  Agathis  Dammara 
ist  ein  ca.  30  m  hoher,  steil  pyramiden- 
förmiger Baum,  der  in  den  mittleren  Gebirgs  ■ 
lagen  der  Malayischen  Inseln  und  der  Philip- 
pinen Wälder  bildet.  Ausgezeichnet  durch 
seine  breiten  Laubblätter  ist  Agathis  eine 
höchst  eigenartige  Erscheinung  unter  den 
Coniferen;  eine  minder  ansehnliche  Form 
findet  sich  in  der  Kaurifichte  Neuseelands. 
Agathis  australis  benannt,  vor,  deren 
Blätter  nur  etwa  die  halbe  Größe  erreichen. 
Die  Blüten  sind  meist  diöcisch  verteilt 
und  bilden  Zapfen  von  ansehnlicher  Größe. 
Die  männlichen  Zapfen  sind 
blattwinkelständig  und  be- 
stehen aus  einer  großen  Zahl 
von  spirahg  an  der  Achse 
sitzenden  Sporophyllen  mit 
vierkantiger  Außenfläche,  die 
eine  große  Zahl  (5  bis  15)  von 
Pollensäcken  an  ihrer  Unter- 
seite führen.  Diese  öffnen  sich 
durch  Längsrisse  und  ent- 
lassen eine  Menge  rundlicher 
PoUenzellen,  Die  weibhchen 
Zapfen  sind  aus  breiten 
Fruchtblättern  von  lederig 
holziger  Struktur  in  spirahger 
Anordnung  aufgebaut,  die  je 
eine  Samenanlage  an  ihrer 
Innenseite  tragen.  Diese  ist 
umgewendet,  anatrop,  jedoch 
nicht  mit.  der  Schuppe  ver- 
wachsen. Der  Zapfen  er- 
reicht bei  der  Samenreife  er- 
heblicheDimensionen(Fig.26). 
Ganz  ähnlich  sind  die 
Blüten  der  verschiedenen 
Araucaria  arten  gestaltet. 
Bei  der  hier  wiedergegebenen 
Araucaria  brasiliensis 
(Fig.  27)  ist  die  Länge  der 
männlichen  Zapfen  auf- 
fallend ,  die  Sporophylle 
tragen  8  bis  15  Pollensäcke. 
Die  weibhchen  Zapfen,  wie 
diejenigen  von  Agathis  end- 
ständig an  kurzen  Seiten- 
achsen sitzend,  gleichen  im  all- 
gemeinen ebenfalls  denen  von 


Gyinnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


151 


Agathis,  doch  sind  sie  ihnen  an  Größe  schließ- 
lich allerdings  erheblich  überlegen.  Sie  haben, 
wie  jene,  je  eine  median  stehende  Samen- 
anlage anf  der  Innenseite.  Neu  tritt  liier  bei 
einigen  Arten  ein  auf  der  Innenseite  befind- 
licher pfriemlicher  Auswuchs  unter  der  Spitze 
hervor,  der  bei  Agathis  fehlt.  Außerdem  ist 
die  Samenanlage  fest  mit  der  Fruchtschuppe 


gezogenen  Arten,  wie  besonders  A.  excelsa, 
ferner  A.  Bidwilli  und  Cunninghamii 
sind  im  austrahschen  Gebiet,  Neukaledonien 
(A.  Cookii)  und  der  Insel  Norfolk  (excelsa) 
zu  Hause. 

/3)Taxodiinae.DieTaxodiinen  sind  minder 
einheithch  als  die  vorige  Gruppe  und  man  kann 
in  ihnen  eine  Ueberleitung  zu  den  Abietineen 


Fig.  27.  Araucaria  brasiliensis.  Männlicher  Blüten- 
zweig.     Aus  Engler-Prantl, 


Fig.   28.     Araucaria   brasilien- 
sis.   WeibHcher  Blütenzweig.    Aus 
Engler-Prantl. 


verwachsen,  was  bei  Agathis  ebensowenig  der 
Fall  war.  Beide  Abweichungen  werden  uns 
später  weiter  beschäftigen  (Fig.  28). 

Die  Araucarien  sind  prächtige,  bis  50,  ja 
60  m  hohe  Bäume  von  außerordentlich  regel- 
mäßigem Etagenwuchs,  da  ihre  Seitenzweige 
stets  in  vollständigem  vier-  bis  sechszähligem 
Quirl  entspringen  und  sich  weiter  überaus 
gleichmäßig  entwickeln.  Das  Ueberwiegen 
der  Hauptachse,  die  allein  kerzengerade  senk- 
recht emporwächst,  ist  so  stark  eingeprägt, 
daß  bei  Verlust  der  Hauptachse  kein  anderer 
Seitenzweig  die  Führung  zu  übernehmen  ver- 
mag, es  muß  erst  adventiv  eine  neue  Haupt- 
achse gebildet  werden,  die  alsdann  die  alte 
fortsetzt. 

Araucaria  brasiliensis  bildet  im  süd- 
hchen  Brasilien  große  Wälder,  deren  alte 
Bäume  durch  die  Schirmform  ihrer  Krone 
eigenartig  aussehen,  A.  imbricata  ist  im 
südlichen  Chile  ebenfalls  waldbildender 
Baum;  die  übrigen  in  Gewächshäusern  viel 


anerkennen.  Beginnen  wir  mit  der  Gattung 
S  e  q  u  0  i  a.  In  zwei  Arten  in  ihrer  Verbreitung 
auf  Kalifornien  beschränkt,  repräsentieren 
beide  die  gewaltigsten  Baumformen,  die  man 
neben  Eucalyptus  kennt.  Die  schönen  Wälder 
der  Küstengebirge  werden  in  gewissen  Gegen- 
den fast  ausschließlich  von  der  Sequoia 
sempervirens  gebildet,  deren  mächtige 
Stämme,  die  nach  Absterben  oder  Zerstörung 
des  Hauptstammes  die  Fähigkeit  ausgiebiger 
Vermehrung  durch  Wurzelschößlinge  be- 
sitzen, einen  Hauptanteil  an  der  Holzproduk- 
tion Kaliforniens  haben.  Die  Bäume  sind 
übermäßig  schlank,  da  die  ziemlich  tief  be- 
ginnenden Seitenzweige  niemals  ansehnlichere 
Dimensionen  erreichen.  Die  Blätter  sind 
zarte  breitere  Nadelblätter,  die  sich  flach  in 
einer  Ebene  ausbreiten.  Der  Baum  erreicht 
die  Höhe  von  ca.  90  m  und  der  Stammdurch- 
messer bis  ca.  5  m.  An  Höhe  scheint  diesen 
Baum  noch  zu  übertreffen  die  nächst  ver- 
wandte   Sequoia    gigantea,    die   in  den 


152 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


Zügen  der  Sierra  Nevada  in  einer  Höhe  von 
ca.  1000  bis  1500  m  noch  größere  Bestände 
bildet,  wo  sie  untermischt  mit  Pinus  Lam- 
bertiana  undP.  ponderosa.  wieLibocedriis  dc- 
currcns  und  anderen  Conifcren  lebt  und  jetzt 
vom  amerikanischen  Staate  sorgfältig  vor  Ver- 
nichtung coschiitzt  wird.  IJer  mächtige,  mit 
rötlicher  Rinde  bedeckte  Stamm  erhebt  sich 
kerzengerade  bis  zu  50  und  mein-  ]\leter,  ohne 
sich  merklich  zu  verjüngen  und  ohne  irgend- 
welche Auszweigung  zu  bilden,  erst  dann  tritt 
eine  im  Verhältnis  zur  gewaltigen  Längenaus- 
dehnung des  Stammes  spärliche  Verzweigung 
auf.  Die  Gesamthöhe  des  Riesen  wird  bis  zu 
100  m  angegeben.  An  gefällten  Stämmen 
konnte  das  Alter  auf  1100  bis  2400  Jahre 
festgestellt  werden  (Fig.  29). 

Die  Blüten  der  Sequoiaarten  sitzen  end- 
ständig an  kurzen  Seitenzweigen  in  Form 
kleiner  Zapfen.    Die  männlichen  Sporophylle 


nur  diese  eine  Art,  die  einen  10  bis  12  m 
hohen  Baum  darstellt.  Ueber  den  Bau  der 
Blüten  ist  als  Abweicluing  von  Sequoia  nur 
zu  sagen,  daß  die  Schuppen  der  weiblichen 
Blüten  einen  niedrigen,  auf  der  Innenseite 
oberhalb  der  Samenanlagen  querüberlaufen- 
den Auswuchs  tragen  (vgl.  Fig.  31,  4). 

Bei  Cryptomeria  japonica,  einem 
ebenfalls  moiu)typischen  Baume  der  Gebirge 
Chinas  und  Japans,  der  bis  40  m  Höhe  er- 
reicht, ist  dieser  Auswuchs  der  Schuppe  zu 
einem  diese  selbst  an  Höhe  überragenden  Ge- 
bilde geworden,  und  dasselbe  ist  für  Taxo- 
dium anzuführen,  wenn  hier  das  Verhältnis 
auch  erst  bei  der  Fruchtreife  deutlich  hervor- 
tritt. Bei  Taxodium  sind  auch  die  männlichen 
Blüten  eigenartig.  Sie  sitzen  ährenförmig  am 
Ende  vorjähriger  Zweige  zusammen;  die  ein- 
zelnen kleinen  Blüten  tragen  in  einer 
Schuppenhülle  eine  Anzahl  (6  bis  10)  Sporo- 


Fig.  29.     Sequoia  gigantea.    Fruchtzweig.    Aus  Englei-Prantl. 


tragen  drei  bis  vier  Pollensäcke.  Die  Schuppen 
der  weiblichen  Zapfen  schließen  klappig  an- 
einander, sie  sind  außenseits  in  eine  obere 
und  untere  Hälfte  geteilt,  die  durch  eine  Art 
Querleiste  gesondert  werden.  Samenanlagen 
sind  vier  bis  neun  vorhanden,  die  anfangs  an 
der  Basis  inseriert,  fast  aufrecht  sind,  später 
an  der  Schuppe  hinauf  wachsen  und  dann 
umgewendet,  also  anatrop  werden.  Die  bei 
der  Samenreife  darin  enthaltenen  Embryonen 
wechseln  in  der  Zahl  der  Keimblätter  von 
zwei  bis  sechs.  Sequoia  gigantea  wird  im  west-' 
liehen  Deutschland  und  in  Oberitalien  viel- 
fach in  Anlagen  gezogen,  wo  die  20-  bis  50- 
jährigen  Bäume  durch  die  starke  Ver- 
jüngung des  unten  alsbald  sich  verdickenden 
Stammes  auffallen,  der  freilich  bei  frei 
stehenden  Exemplaren  bis  auf  den  Boden  von 
grünenden  Seitenzweigen  verdeckt  ist. 

Cunninghamia    sinensis  ist  nur  aus 
Langtrieben  aufgebaut,  die  Gattung  besitzt 


phylle  mit  dreieckigem  Endschild  und  fünf 
bis  acht  Pollensäcken.  Abweichend  von 
Sequoia  ist  für  Taxodium  wie  für  Crypto- 
meria hinzuzufügen,  daß  die  am  Grunde  der 
weiblichen  Zapfenschuppe  in  Zwei-  (Crypto- 
meria in  Drei-)  Zahl  inserierten  Samenanlagen 
aufrecht  bleiben,  sich  nicht  wie  dort  zu  ana- 
tropen  umwenden.  Aus  diesem  Grunde  kann 
man  Taxodium  auch  als  Verbindungsglied  zu 
den  ausnahmslos  mit  aufrechten  Samenan- 
lagen ausgerüsteten  Cupressineen  betrachten. 
Ebenso  wie  Sequoia  ist  die  Gattung 
Taxodium  auf  Amerika  beschränkt,  wo  Taxe  - 
dium  distichum  große  Wälder  am  Missis- 
sippi, etwa  von  Saint  Louis  abwärts  bis  an  den 
Golf  von  Mexiko  bildet,  den  die  Taxodium- 
waldungen mit  mächtigen  Tillandsiaschweifen 
behangen  nordwärts  von  Florida  an  rings 
umsäumen.  Diese  Art  ist  laubabwerfend,  und 
zwar  fallen  die  zarten,  laubartigen  Nadel- 
blättchen  nicht  einzeln  ab,  vielmehr  werden 


Grymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


153 


Iniienauswuchs  schließlich  bei  Taxodiuiu  und 
Sciadopitys  als  ein  die  eigentliche  Schuppe 
weit  überragendes  Gebilde  angetroffen  wird. 
Es  mag  hier  auch  noch  darauf  hingewiesen 


die  ganzen  Kurztriebe,  an  denen  sie  sitzen, 
vom  Stamme  geworfen.  Taxodium  distichum 
liebt  sumpfigen  Boden  und  sendet  in  solchem 
von  seinen  Wurzeln  aus  Pneumatophoren 
über    die    Oberfläche    empor. 
Die    Stämme   erreichen    einen 
Umfang  von    12  m    bei  einer 
Höhe  des  Baumes  von  ca.  30  m. 

Durch  immergrüne  Belau- 
bung und  größere  Dimensionen 
unterschieden  ist  die  mexi- 
kanische Art,  T.  Mexicanum, 
die  in  einer  Höhe  von  1500 
bis  2300  m  in  Mexiko  wald- 
bildend auftritt,  z.  B.  in  dem 
schönen  Hain  von  Chapultepec 
bei  der  Hauptstadt  vorherrscht 
und  in  dem  berühmten  Baum 
von  Tule  bei  Oaxaca  die  unge- 
heueren Dimensionen  von  über 
30  m  Stammdurchmesser  bei 
nur  40  m  Höhe  erreicht  und 
von  Alexander  von  Hum- 
boldt auf  ein  Alter  von  4000 
Jahren  geschätzt  worden  war, 
somit  die  Secpioien  um  mehr 
als  1000  Jahre  an  Alter  über- 
treffen würde. 

Da  Glyptostrobus,  mit 
zwei  Arten  in  China  be- 
heimatet, so  vollkommen  mit 
Taxodium  übereinstimmt,  daß 
es  von  einigen  Autoren  mit 
ihm  vereinigt  werden  konnte, 
so  bleibt  von  den  genannten 
Taxodiinen  noch  S  ci  a d o  p i t y s 
zu  besprechen,  die  japani- 
sche Schirratanne.  clie  dort  vielfach  in  werden,  daß  die  allerersten  Anfänge  dieses 
den  Tempelhainen  angepflanzt  wird.  Der  Innenauswuchses  bereits  bei  der  Gattung 
30  bis  50  m  Höhe  erreichende  Baum  ist  durch  Araucaria  als  ein,  wenn  auch  nicht  bei  allen 
seine  merkwürdigen  Doppel  nadeln  aus-  Arten  vorkommendes  pfriemliches  Gebilde 
gezeichnet,  die  zwei  mit  ihren  Hinterrändern   nachgewiesen  werden  konnte.    Bei  der  jetzt 


Fiar. 


Sciadopitys    verticillata.     Männlicher    Blüten- 
zweig und   Zapfen.     Aus  Engler-Prantl. 


verwachsenen  Nadeln  entsprechen,  w^elche 
sich  alsdann  in  einer  Ebene  ausgebreitet 
haben.  Diese  Nadeln  stellen  nun  Kurztriebe 
dar,  die  in  den  Achseln  von  Schuppenblättern 
entstehen,  mit  denen  die  Langtriebe  als 
einziger  Blattbildung  versehen  sind  (Fig.  30). 

Die  männlichen  Blüten  stehen  zu  mehi'eren 
beisammen,  ihre  Sporophylle  tragen  je  zwei 
PoUensäcke  che  sich  mit  Längsrissen  öffnen. 
Die  weiblichen  Blüten  sind  zapfenförmig.  Die 
Zapfenschuppen  zeigen  einen  am  Rande  ein- 
gekerbten Innenausw'uchs,  der  die  eigentliche 
Schuppe  weit  überragt.  Die  Samenanlagen 
sind  wiederum  anatrop  und  in  Zahl  von  ca. 
sieben  vorhanden. 

Sehen  wir  jetzt  die  aufgeführten  Ange- 
hörigen der  Taxodiinen  durch,  so  tritt  die 
Scheidung  der  Zapfenschuppe  in  zwei  ver- 
schiedene Teile  von  kleinen  unbedeutenden 
Anfängen,  wie  bei  Cunninghamia  und  Secpioia 
ausgehend,  immer  deutlicher  hervor,  bis  der 


folgenden  Gruppe,  den  eigentlichen  Abie- 
tinen,  werden  wir  eine  noch  weiter  gehende 
Ausbildung  nachzuw^eisen  haben.  So  mag 
hier  eine  Zusammenstellung  der  Entwncke- 
lung  dieses  inneren  Auswuchses  Platz  finden 
(Fig.  31),  welche  von  der  Agathis  (ohne 
solchen)  über  Araucaria,  Cunninghamia, 
Cryptomeria  führt  und  schließlich  mit  Pinus 
endet,  wo  der  definitive  Zustand  der  Abie- 
tinae  erreicht  ist. 

y)  Abietinae.  Die  Frage  der  weiblichen 
Blüten  mag  also  hier  zunächst  erledigt  werden, 
da  sie  für  alle  Angehörigen  der  Gruppe  gleich- 
artig liegt.  Wie  bei  den  Taxodiinen  festge- 
stellt werden  konnte,  gelangt  die  Wucherung 
auf  der  Oberseite  der  Zapfenschuppe  zu  immer 
größerer  Ausbildung  (Fig.  31,  3  bis  ei.  Der 
Unterschied  der  eigentlichen  Abietinen  be- 
steht nun  darin,  daß  die  Wucherung  zu  einem 
vollständig  selbständigen  Gebilde  neben  der 
Zapfenschuppe  geworden  ist,  man  bezeichnet 


154 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


die  ursprüngliche  Zaptenschuppe  als  Deck- 
schuppe,  die  an  ihrer  inneren  Fläche  vorge- 
lagerte, der  Wucherung  bei  Sciadopitys  ent- 
sprechende innere  Sciuippe  als  Frucht- 
schuppe —  die  Fruchtschuppe  trägt  die 
stets  in  Zweizahl  vorhandenen  und  stets  um- 
gewendeten SanuMianlagen  am  Grunde  fest 


Fig.  31.  Zusammenstellung  einiger  weiblicher 
Zapfonschuppen.  1  Agathis  australis, 
Schuppe  mit  einer  von  geflügeltem  (fl)  Integu- 
ment  (Int)  umgebenen  Samenanlage  M.  2  Längs- 
schnitt derselben.  3  Arancaria  excelsa, 
Lcängsschnitt,  innerer  Auswuchs  der  Schuppe  i. 
4  Cunninghamia  sinensis,  Zapfenschuppe 
mit  drei  Samenanlagen,  innerer  Auswuchs  i  er- 
streckt sich  über  die  ganze  Fläche.  öCrj'pto- 
meria  japonica,  Längsschnitt  durch  eine 
weibliche  Blüte.  Innerer  Auswuchs  der  Zapfen- 
schuppe d  tritt  deutlicher  hervor.  6  Pinus 
silvestris,  Fruchtschuppe  mit  zwei  Samen- 
anlagen, überragt  vollkommen  die  nur  von  der 
Rückseite  kenntliche  Deckschuppe.  1  bis  5 
aus  Engler-Prantl,  7  Aus  dem  Bonner 
Lehrbuch. 

angewachsen,  wie  das  zuerst  bei  Araucaria 
festgestellt  werden  konnte.  Es  wird  hier  also 
der  ganze,  oft  sehr  zahlreiche  Fruchtschuppen 
tragende  Zapfen  wie  bisher  als  weibliche  Blüte 
bezeichnet  werden.    Damit  bleibt  die  bereits 


bei  den  Cycadeen  angewandte  Bezeichnung 
den  gleichartigen  Formen  gewahrt. 

Es  soll  aber  nicht  verschwiegen  werden, 
daß  gegenüber  dieser  besonders  von  Sachs, 
Eichler  und  Göbel  vertretenen  An- 
schauung Widerspruch  laut  geworden  ist, 
der  von  Celako wsky.  Strasburger  und 
Wettstein  erhoben,  den  Standpunkt  be- 
tont, daß  die  Fruchtschuppe  ein  in  der  Achsel 


Fig.  32.    Männliche  Blüte,  Zapfen  und  Zapfen- 
schuppen  von    Abies   pectinata.      Aus   dem 
Bonner  Lehrbuch. 

der  Deckschuppe  entstandener  Sproß  sei,  daß 
also  der  Zapfen  keine  weibliche  Blüte,  son- 
dern eine  Infloreszenz  darstelle,  mit  vielen, 
von  je  einem  Fruchtblatt  gebildeten  Einzel- 
blüten. Ich  kann  nicht  leugnen,  daß  es  vor 
allem  die  Homogenität  der  ganzen  Gymno- 
spermenreihe ist,  die  mir  die  vorgetragene 
Auffassung  des  Zapfens  als  weiblicher  Blüte, 
als  die  bessere  der  beiden  Deutungen  erschei- 
nen läßt,  ohne  die  Zulässigkeit  der  anderen 
bestreiten  zu  wollen. 

Nach  Klarstellung  dieser  Differenzen  und 
des  hier  eingenommenen  Standpunktes  sollen 
die  wesentlichen  Gattungen  der  Abietinen 
einzeln  besprochen  werden. 

Abies,  die  Tanne.  Die  Tanne  ist  bei  uns 
vertreten  durch  die  in  unseren  Gebirgen,  be- 
sonders im  Schwarzwald  und  den  Vogesen, 
häufige  E  d  el  t  a  n  n  e,  ihrer  weißen  Rinde  wegen 
auch  wohl  W e i ß t a n n e  genannt  Abies  pec- 
tinata.   Der  Baum  wächst  in  pyramidaler 


Grymnosperiiiae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


155 


Form,  die  vor  allem  an  freistehenden 
Exemplaren  bis  ins  Alter  gewalu-t  wird,  zu- 
letzt freilich  in  mehr  schirmförmigen  Habitus 
übergeht.  Die  Nadeln  der  Gattung  Abies  sind 
abgeflacht  mit  deutlicher  Mittelrippe,  ober- 
seits  vertieft,  unterseits  vortretend,  mit  zahl- 
reichen, als  weiße  Punkte  schon  makrosko- 
pisch wahrnehmbaren  Spaltöffnungen,  die 
dem  dunklen  Laub  den  für  Edeltannen 
charakteristischen  blaugrünen  Farbenton 
verleihen.  Die  einzelnen  Nadeln  sind  nicht 
stechend,  sondern  an  der  Spitze  ausgerandet, 
und  die  Zweige,  von  denen  nur  Langtriebe 
vorhanden  sind,  deutlich  gescheitelt  (Fig.  32). 
Männliche  Blüten  entstehen  unterseits  als 
Achselsprosse,  sie  bestehen  aus  zahlreichen 
emporschauenden 
Sporophyllen  mit 
je  zwei  Pollen- 
säcken an  der 
Basis,  deren  ge- 
flügelter Pollen  aus 
den  schräg  nach 
unten  stehenden 
Längsrissen  des  ge- 
öffneten Sackes 
leicht  herausfallen 
kann.  Weibliche 
Blüten  dagegen 
entstehen    an    der 

Zweigoberseite. 
Die  Deckschuppe 
wird  von  der 
größeren  Frucht- 
schuppe verdeckt, 
bis  auf  das  letzte 
scharf  zugespitzte 
Ende,  das  über  die 

Fruchtschuppe 
hinausschaut.  Der 
zur  Zeit  der  Be- 
stäubung seine 
Schuppe  ausein- 
ander klaffen 
lassende  Zapfen 
schließt  alsdann 
fest  zusammen.  Er 
behält  seine  auf- 
rechte Stellung  bei 
und  zerfällt  bei  der 
Reife,  so  daß  die 

durch  ein  von  der  Fruchtschuppe  ab- 
springendes Häutchen  geflügelten  Samen  ins 
Freie  gelangen  können. 

Die  Gattung  ist  durch  die  Hinfälligkeit 
der  Zapfenschuppen  charakterisiert.  Flache 
Nadeln  haben  auch  noch  die  amerikanischen 
Formen  wie  A.  Nordmanniana  (Fig.  33),  bal- 
samea,  concolor  u.  a.,  während  z.  B.  die 
spanische  A.  pinsano  rings  abstehende, 
scharf  stechende  Nadeln  führt.  Die  Gattung 
ist  in  allen  drei  Erdteilen  der  Nordhemisphäre, 
aber  auch  noch  im  nördlichen  Afrika  ver- 


treten, reicht  jedoch  nicht  über  den  Wende- 
kreis hinaus  nach  Süden. 

Durch  mehr  oder  minder  flache  Blätter 
mit  oben  eingesenkter,  unten  vortretender 
Mittelrippe,  wie  durch  die  schmale,  aber  der 
Länge  nach  über  die  Fruchtschuppe  hervor- 
sehende Deckschuppe  (bei  der  Untergattung 
Pseudotsuga)  ist  Tsuga  die  sich  zunächst  an 
Abies  anschließende  Gattung.  Tsuga  cana- 
densis,  die  Hemlockstanne,  20 bis  25  m 
hoch,  ist  in  Nordamerika  weit  verbreitet,  man 
findet  sie  auch  häufig  in  europäischen  Gärten 
und  Parkanlagen,  wo  sie  durch  den  hängenden 
Habitus  ihrer  jungen  Zweige  sich  von  anderen 
Coniferen  leicht  unterscheidet.  Die  weiblichen 
Zapfen   sind   sehr   klein   und    die   größeren 


Fiff.  33. 


Abies  Nordmanniana  mit  reifen,  zum  Teil  zerfallenen  Zapfen. 
Aus  Engler-Prantl. 


Fruchtschuppen  verdecken  die  Deckschuppen 
vollständig.  Männliche  Blüten  mit  einer  Hülle 
von  Schuppenblättern  an  der  Basis,  Sporo- 
phylle  mit  zwei  Pollensäcken,  die  sich  mit 
schief  verlaufendem  Riß  öffnen.  Pollen  ohne 
Flugblasen.  Die  unter  Pseudotsugazusammen- 
gefaßte  Untergattung  hat  längere,  zwischen 
den  Fruchtschuppen  hervorschauende  drei- 
zipfelige Deckschuppen  im  weibhchen  Zapfen 
(Fig.  34),  die  Nadeln  sind  schmäler,  besitzen 
aber  trotzdem  eine  deutliche  Mittelrippe, 
Pseudotsuga    Douglasii   ist   eine   statt- 


156 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


liclio.  bis  100  in  lioch  wordoiulo  kaliluniisclie 
Baiunfonn,  die  in  den  Schluchten  der  Sierra 
Nevada  mit  zahlreichen  Pinusarten.  Abies 
coiico]or,Libocedrus  u.a.oroße Wälder  bildet. 
Eine  deutlieiie  Untersclieiduni;-  von  Kurz-  und 
Langtrieben  fehlt  der  Gattung  Tsnga  ebenso, 
wie  sie  bei  Abies  nicht  nacliweisbar  war. 

Picea,  die  Fichte.  Die  Gattung  Picea 
unterscheidet  sich  von  den  beiden  vorgenann- 
ten durch  ihre  vierkantigen  Nadeln  mit 
scharfer  Spitze.  Die  Nadeln  sind  s])iralig  ge- 
stellt und  meist  nur  wenig  gescheitelt.  Unter- 
scheidung von  Lang-  und  Kurztrieben  fehlt 
der  Fichte.  Die  Nadeln  sind  ringsum  gleich- 
farbig oder  sie  besitzen  eine  etwas  hellere 
Oberseite. 


blichen  und  mit  Flechten  rings  behangen.  Als 
monströse  Form  ist  die  durch  spärliche  oder 
fehlende  Weiterverzweigung  der  Seitenäste 
ausgezeichnete  sogenannte  Schlangen- 
fichte  zu  erwähnen. 

Die  männlichen  Blüten  der  Fichte  sitzen 
in  einzelnen  kleinen  Zäpfchen  blattachsel- 
ständig  nahe  den  Sj)itzen  der  unteren  Zweige. 
Sie  erscheinen  vor  Austreiben  der  von  zahl- 
reichen Knospenschuppen  umhüllten  Sproß- 
knospen. Die  einzelnen  Sporophylle  tragen 
je  zwei  Pollensäcke  auf  der  Unterseite,  die 
Sporophyllspitze  ist  aufwärts  gekrümmt.  Die 
Oeffnung  geschieht  durch  einen  Riß  an  der 
Unterseite,  so  daß  der  mit  Flugblasen  aus- 
gerüstete Pollen  leicht  ausfallen  kann,  da  die 


Fig.  34.     Tsuga  (Pseudo- 
tsuga) Douglasii.  Zapfen. 
Aus  Engior-Prantl. 


Fig.    35.     j\lännliche    und    weibliche    Blüten,     Zapfen,     Staub- 
blatt, Fruchtblatt  und  Samen  von  Picea  excelsa.      Aus  dem 
Bonner  Lehrbuch. 


Die  einheimische  Fichte,  Picea  excelsa, 
ist  in  ganz  Mtteleuropa  bis  in  den  hohen 
Norden  und  weit  ins  Gebirge  hinauf  ver- 
breitet, sie  erreicht  ca.  50  m  Höhe  und  ist 
streng  pyramidal  gebaut,  bei  freiem  Stand 
bis  zum  Boden  hinab  belaubt.  An  der 
oberen  Grenze  der  Fichte  besitzt  sie  oft  die 
Form  sogenannter  Wetter  flehten,  auch 
Wettertannen  genannt,  d.  h.  nach  Ab- 
sterben der  Krone  oder  des  Stammes  bleiben 
nur  die  untersten  Zweige  am  Leben  und  der 
Stamm  verwittert  nach  und  nach,  ist  ausge- 


Blüten  aufwärts  gekrümmt  sind  (Fig.  35). 
Weibliche  Zapfen  sind  endständig  an  kurzen 
Seitentrieben;  sie  sind  zur  Blütezeit  auf- 
wärts gerichtet  mit  abwärts  gebogenen 
Fruchtschuppen,  unter  denen  die  Deck- 
schuppen nicht  hervorschauen.  Ihre  Farbe 
ist  ein  lebhaftes  Rot.  Nach  der  Bestäubung 
erfolgt  eine  Umdrehung  der  Zapfen  und  in 
hängender  Lage  reifen  die  Samen  im  gleichen 
Jahre.  Die  verholzten  Fruchtschuppen 
weichen  alsdann  auseinander  und  lassen  die, 
wie  bei  Abies,  geflügelten  Samen  ausfallen. 


Gyinnüspermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


157 


Später  fällt  der  Zapfen  als  Ganzes  vom 
Baum. 

Die  Fichte  wird  in  Nordamerika  vertreten 
durch  Picea  alba  und  Picea  nigra. 
Habituell  auffallend  ist  die  mit  spärlichen 
und  kürzeren  Seitenästen  steil  aufwachsende 
Picea    Omorica  in  Serbien  und  Bosnien. 

Larix,  die  Lärche.  Die  Lärche  be- 
sitzt eine  scharf  ausgesprochene  Gliederung 
in  lang  fortwachsende,  mit  weehselständiger 
Benadelung  versehene  Langtriebe,  die  den 
Baum  aufbauen,  und  in  den  Achseln  vor- 
jähriger Nadeln  stehende,  von  Niederblättern 
eingeleitete  Kurztriebe  mit  gestauchter  Achse 
und  Büscheln  etwas  kürzerer  Nadeln.  Bis- 
weilen, insbesondere  nach  Beschädigungen  des 
betreffenden  Langtriebes  können  Kurztriebe 
nachträglich  zu  Langtrieben  auswachsen. 


finden  sich  an  der  polaren  Baumgrenze,  wo 
Lärchen  noch  fortkommen  (Larix  sibirica), 
vielfach  verkrüppelte  Bäume  mit  zahlreichen 
abgestorbenen  Aesten.  Die  hinfäUigen  Nadeln 
sind  lichtgrün  und  viel  weicher  als  die  aller 
anderen  Nadelbäume.  An  den  Langtrieben 
werden  sie  bis  3  cm  lang,  an  den  Kurztrieben 
zu  30  bis  40  im  Triebe  erreichen  sie  nur  2  cm 
Länge  (Fig.  36). 

Die  Blüten  sitzen  stets  am  vorjährigen 
Langtrieb  an  Stelle  von  Kurztrieben.  Die 
männlichen  Blüten  sind  von  Niederblättern 
umhüllt,  der  betreffende  Kurztrieb  entwickelt 


Fig.  36.    Larix.    Vorjährige  Langtriebe,  rechts 

vegetative  Kurztriebe  tragend,  links  männliche 

und    weibliche    Blüten    an    ihrer    Stelle.      Alis 

Engler-Prantl. 

Die  einheimische  Lärche,  Larix  deci- 
dua,  hat  ihre  eigentliche  Heimat  im  Ge- 
birge zwischen  900  und  3000  m,  in  der 
Ebene  wird  sie  nur  ihres  besonders  wertvollen 
Holzes  halber  kultiviert.  Die  Lärche  ist 
überall  ein  sommergrüner,  laubabwerfender 
Baum  von  schöner  Pyramidenform ,  der 
wohl  40  m  Höhe  erreichen  kann.  Im  Alter 
wird  er  mehr  schirmförmig,  wenn  auch  nicht 
so  stark  wie  die  Fichte  und  Tanne.  Im  Hoch- 
gebirge trifft  man  Lärchenwälder  und  als 
Eeste  solcher  vereinzelte  mächtige,  zum  Teil 
abgestorbene    Exemplare    an,    und    ebenso 


Fig.  37a.     Habitus  von  Cedrus  atlantia. 

keine  Nadeln  mehr.  Die  Staubblätter  führen 
je  zwei  Pollensäcke,  die  in  den  abwärts  ge- 
krümmten Blüten  aufwärts  schauen  und  sich 
mit  schrägem  Risse  öffnen.  Die  weiblichen 
Zapfen  bestehen  ausFruchtblättern  von  breiter 
Form,  über  die  die  Deckschuppen  ein  wenig 
hinausschauen,  die  Farbe  des  Zapfens  ist  zur 
Blütezeit  hellrot.  Die  Zapfen  sind  aufwärts 
gekehrt,  sie  behalten  diese  Richtung  bei.  Bei 
der  Reife  der  alsdann  granbraunen  Zapfen 
müssen  die  Schuppen  weit  auseinander 
weichen,  so  daß  der  Wind  die  Samen  heraus- 
wehen kann.  Die  Zapfen  bleiben  erhalten  und 
sitzen  oft  noch  mehrere  Jahre  am  Baume. 
Samenflügelung  wie  bei  der  Fichte  und  Tanne. 
Die  weiter  unterschiedenen  Lärchenarten 
wie  L.  sibirica,  L.  pendula  (Amerika).  L. 
leptolepus  (Japan)  gleichen  habituell  unserer 
Lärche.  Die  als  Gattung  unterschiedene 
Pseudolarix,  mit  der  einzigen  Art  Pseudo- 


158 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


larix  Kaempferi,  ist  durch  den  in  seine  schuppen  sind  vüllii^  verdeclct.  Naeli  der 
Schuppen  zerfallenden  Zapfen  von  erheblich  Samenreife  zerfallen  die  Zapfen.  Die  Samen 
c;rößeren  Dimensionen  unterschieden.  sind  auch  hier  ejefliiojelt  und  der  Schuppen- 

Cedrus,  die  Zeder.    Die  Zeder  ist  ein   form  entsprechend  sehr  viel  l^reiter  als  bei 
immersiTüner  Baum  von  ca.  40  m  Höhe.    Im  '  anderen  Coniferen. 

Aufbaudes  Baumes  aus  Dans;- und  von  Nieder-  Cedrus  Libani,  in  Höhen  von  1300  bis 
blättern umhülltcnKurztriebenderLärche sehr  2400  m  im  Libanon  vorkommend,  ist  ein  alt- 
gleichend ist  die  Wuchsform  durch  die  weiter  [  berühmter  Baum,  dessen  Bestände  jetzt  aber 

sehr  gelichtet  sind,  bis  auf 
etwa  400  Stämme.  Im  Hima- 
laya  Ivommt  Cedrus  Deo- 
dara  in  Höhen  von  1300  bis 
3900  m  vor,  ein  Baum  mit 
längeren  und  heller  gefärbten 
Nadeln  (Fig.  37  b),  endlich 
lebt  im  Altas  Cedrus  at- 
lantica  mit  steiferen  und 
mehr  blaugrünen  Nadeln, 
alle  drei  sind  in  Westeuropa 
vielfach  in  Kultur. 

Pinus,  die  Kiefer.  Am 
weitesten  verbreitet  von  allen 
Nadelbäumen  ist  zurzeit  wohl 
zweifellos  die  Gattung  Pinus. 
Die  Zahl  ihrer  verschiedenen 
Arten  ist  eine  außerordent- 
lich große  und  das  Areal, 
das  sie  im  univultivierten  wie 
im  forstlich  bewirtschafteten 
Walde  einnehmen,  wird  von 
keiner  der  anderen  Nadel- 
baumgattungen erreicht. 

Die  Tracht  der  Kiefer  ist 
eine  eigenartige  durch  die 
Verteilung  der  Lang-  und 
Kurztriebe.  Die  Langtriebe 
erwachsener  Kiefern  sind  nur 
mit  schuppenartigen  Nieder- 
blättern besetzt,  die  häutig 
und  farblos  sind.  In  den 
Achseln  dieser  Niederblätter 
stehen  die  Kurztriebe,  die 
allein  Laubblätter  führen. 
Die  Kurztriebe  sind  in  der 
Zahl  ihrer  Nadeln  bei  den 
einzelnen  Arten  ganz  genau 
bestimmt,  so  führen  unsere 
Pinus  silvestris,  die  gemeine 
Kiefer  mit  ihren  näheren  Ver- 
wandten, der  Zwergkiefer, 
der  Pinie,  der  Schwarzkiefer  usw.  je  zwei 
Nadeln  im  Kurztrieb,  nordamerikanische 
Kiefern    wie    P.    taeda    und    P.    ponderosa 


Fig.  37b.     Cedrus    Deodara.     Fruchttragender    Zweig     oben 
nicännliche  Blüten.     Aus  Engler-Prantl. 


ausladenden  unteren  Seitenzweige  doch  habi- 
tuell verschieden  (Fig.  37a),  wie  man  beim 
Vergleich  junger  Zederbäume,  die  im  west- 
lichen Deutschland  ja  vielfach  in  Gärten  und 
Parkanlagen  zu  finden  sind,  mit  jungen 
Lärchen  leicht  feststellen  kann.   Die  immer- 


haben drei,  und  die  Weymutskiefer  wie 
die  Zuckerkiefer  mit  anderen  haben  fünf 
Nadeln,   ebenso   die    hochalpine   Arve    oder 


grünen   Kurztriebe  der  Zeder  wachsen  mit  |  Zirbel.     Mit  der  Zahl  der  Nadeln  im  Trieb 
einer  Zentralknospe  mehrere   Jahre  weiter,   hängt    auch    ihre    Form    zusammen.      Es 


bei  der  Blütenbildung  wird  diese  Knospe  auf- 
gebraucht.   So  stehen  die  männlichen  Blüten 


ist    natürlich,    daß    paarweise    Vereinigung 
von  Nadeln  im  Kurztrieb  eine  Abplattung 


hier  von  Nadeln  umhüllt,  sie  gleichen  denen  !  der  gegeneinander  gekehrten  Nadelseiten  zur 
der  Lärche.  Die  weiblichen  Zapfen  haben  j  Folge  hat;  der  Querschnitt  ist  hier  also 
auffallend  breite  Fruchtschuppen,  ihre  Deck-   halbkreisförmig,   bei   den  wenigen   und  sei- 


GyiTuiosperaiae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


159 


tenen  Arten  mit  nur  einer  Nadel  kreisförmig,  [  sprechen  je  einem  Knrztrieb  und  in  der 
bei  den  mit  drei  und  fünf  Nadeln  versehenen  Regel  sind  es  die  basalen  Kurztriebe  des 
dagegen  dreikantig,  da  sich  die  Nadeln  auf  Jahreszuwachses,  die  in  mehr  oder  minder 
dem  in  der  engen  Knospenlage  stets  kreisför- 1  großer  Zahl  sich  zu  männlichen  Blüten  um- 


Fig.  38.    Pinus  silvestris.    1  Sproß  mit  männ- 
lichen  Blüten.     2    Sproß  mit  diesjährigen  und 
vorjährigen  Zapfen.     3    reifer    aufgesprungener 
Zapfen.     Aus  dem  Bonner  Lehrbuch. 


migen  Querschnitt  des  Triebes  nebeneinander 
zurecht  lagern  müssen.  Diese  Kurztriebe 
stellen  nach  Hervorbringung  der  bestimmten 
Zahl  von  Nadeln  ihre  Tätigkeit  normaler- 
weise ein,  doch  kann  ihr  Vegetationspunkt 
durch  äußere  Einflüsse  zu  erneutem  Wachs- 
tum angeregt  werden,  wenn  nämlich  der 
Hauptsproß  verletzt  oder  entfernt  wird. 
Die  Blüten  (Fig.  38)  von  Pinus  treten 
stets  gleichzeitig  mit  den  neuen  Jahres- 
sprossen auf.     Die  männlichen  Blüten  ent- 


wandeln. Jede  männliche  Blüte  beginnt 
mit  einer  Anzahl  von  schuppigen  Nieder- 
blättern, auf  die  alsdann  die  mit  je  zwei 
Pollenfächern  ausgerüsteten  Staubblätter 
folgen,  die  in  großer  Zahl  die  Blüte  darstellen. 
Die  Pollenfächier  sind  nach  unten  gekehrt 
und  das  Sporophyll  schließt  mit  einer  kleinen 
aufwärts  gekehrten  Spitze  ab.  Pollen  mit 
Flugblasen  (Fig.  39).  Die  weiblichen  Blüten 
dagegen  entstehen  an  der  Spitze  des 
Jahressprosses     an    Stelle    eines    der    dort 


160 


Gymnospennae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


angelegten   Langsprosse  für   die   kommende  [  Nucelliis  gelangt,  treibt  er  den  Pollenschlauch 
Vegetationsperiode.     Sie  stellen  kleine  auf- 1  in  das  Nucellusgewebe.     Damit  bleibt  aber 

die         Ent  Wickelung 

einstweilen  stehen,  da 

die  Samenanlage  mit 

der  Ausbildung  ihrer 

Organe  im  Rückstand 

ist.    Erst  im  nächsten 

,  lif       w  12        Frühjahre    wird    die 

/i  1^1  p        Entwickelung  wieder 

/,'^':  f   i    IV.  y7         aufgenommen       und 

nach  der  Befruchtung 
der  Samen  ausge- 
bildet. So  erklärt  es 
sich,  daß  die  Samen- 
entwickelung aller 
Pinusarten  zwei  volle 
Jahre  in  Anspruch 
nimmt,  und  daß  nach 
Entwickelung  der 
diesjährigen  Zapfen 
drei  Jahresgenera- 
tionen zugleich  am 
Baume  sitzen.  Die 
Zapfen  sind  feste 
holzige  Gebilde,  die 
bei  einigen  Arten, 
z.  B.  der  amerika- 
nischen Zuckerkiefer, 
ca.  Y2  1^1  lang  werden. 
Bei    der    Samenreife 


/ 


Fig.  39.      Pinus   montana.     A   Längsschnitt  durch   eine    männliche 

Blüte,  B  Längsschnitt  durch  ein  Staubblatt,  C  Querschnitt  durch  ein 

solches.  D  ein  Pollenkorn.     Ans  dem  Bonner  Lehrbuch. 


gerichtete  Zapfen  dar,  deren  Achse  eben- 
falls mit  einer  Anzahl  von  Niederblättern 
besetzt  zu  sein  pflegt.  Die  Zapfen  selbst 
bestehen  der  Hauptsache  nach  nur  aus  den 
Fruchtschuppen,  die  Deckschuppen  sind  zu 
Ideinen  winzigen  Anhängen  verkümmert 
(Fig.  40).    Zur  Zeit  der  Bestäubung  weichen 


Fig.  40.   Frucht- 
schuppe fr, 
Samenanlagen  s. 
Kiel  der  Frucht- 
schuppe    c,    da- 
hinter Deck- 
schuppe b.m  zwei 
Integumentfort- 
sätze.     Aias  dem 
Bonner        Lehr- 
buch. 


,   ^A 


*, — m 


^feii- 


J ',  »5« 


die'^Fruchtschuppen  soweit  auseinander,  daß 
der  in  Massen  in  die  Luft  entführte  Pollen 
zwischen  ihnen  zu  den  am  Grunde  jeder 
Schuppe  liegenden  umgewendeten  Samen- 
anlagen gelangen  kann,  wo  er  zwischen  den 
langen  Fortsätzen  (m)  durch  ausgeschiedene 
Feuchtigkeit   festgehalten   wird.      Auf   den 


klaffen  die  Fruchtschuppen  auseinander  und, 
da  sie  sich  schon  bald  nach  erfolgter  Bestäu- 
bung nach  unten  umgewendet  haben,  können 
die  Samen  ausfallen.  Bei  der  Mehrzahl  der 
Pinusarten  sind  che  Samen  klein  und  mit 
einem  aus  abgespaltenen  Oberflächenschich- 
ten der  Fruchtschuppe  bestehenden  Flug- 
apparat ausgerüstet;  diese  Samen  werden 
durch  den  Wind  verbreitet.  Pinus  pinea, 
P.  Cembra  und  P,  Lambert! an a  dagegen 
haben  große  schwere  Samen  mit  dicker 
Steinschale  und  großem  Kern,  der  von  der 
Arve  und  Pinie  wenigstAis  als  Pignolen 
in  Handel  kommt  und  als  mandelähnliches 
Nahrungsmittel  Verwendung  findet.  Für 
die  Verbreitung  dieser  schweren  Samen 
kommen  Tiere,  bei  der  Arve  wohl  haupt- 
sächlich Hoher  und  Eichhörnchen,  allein  in 
Betracht.  Die  Verbreitung  der  Gattung  er- 
weist sich  als  im  wesentlichen  auf  die  Nord- 
hemisphäre beschränkt,  nur  wenige  Gebirgs- 
arten  gelangen  über  den  Wendekreis  hinaus. 
Die  wichtigste  europäische  Art  ist  die  in 
ganz  Mitteleuropa  bis  in  den  hohen  Norden 
verbreitete  und  als  Waldbaum  kultivierte 
Pinus  silvestris,  die  gemeine  Kiefer, 
deren  Holz  als  Bau-  wie  Brennholz  Ver- 
wendung findet,  die  uns  Terpentin,  Kolo- 
phoniumharz, Teer  usw.  liefert.  Im  süd- 
lichen Europa  tritt  teils  die  Pinie,  deren 
Bestände  in  Italien  freilich  sehr  gelichtet 
sind,  teils  P.  Laricio,  die  Schwarzkiefer, 


Gjniinospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


161 


und  Pinus  halepensis  die  Aleppo- 
kiefer,  an  Stelle  von  P.  silvestris.  Im  Ge- 
birge herrscht  in  höheren  Regionen  die 
Zwergkiefer  P.  montana  und  bis  an  den 
Rand  der  Gletscher  geht  die  Arve,  P.  Cem- 
bra.  In  Nordamerika  mit  seinem  großen 
Holzreichtum  sind  im  Osten  P.  Strobus, 
die  Weymutskiefer,  und  P.  T  a  e  d  a  ,  die 
Weihrauchkiefer,  im  Westen  die  Riesen- 
formen von  P.  Lambertiana,  die  Zucker- 
kiefer, P.  Ponderosa,  die  Gelb-  oder 
Pechkiefer,  die  das  Pitchpineholz 
liefert,  und  P.  Coulteri,  im  warmen  Flach- 
lande Kaliforniens  P.  S  a  b  i  n  i  a  n  a  die 
wichtigsten  Formen,  zu  denen  viele  andere 
minder  hervortretende  sich  hinzugesellen. 
Samenkeimung  und  Jugendformen 


Fig.  41.  Pinus  Pinea.  I.  Samenlängsschnitt, 
y  Mikropylenende,  IL  Keimungsbeginn,  s  Samen- 
schale, e  Endosperm,  \v  Haiiptwnrzel,  x  der 
von  dieser  ausgestülpte  Embryosack  (zerrissen), 
r  rote  Samenhaut  innerhalb  der  Schale.  III.  Ende 
der  Keimung.  Cotyledoiien  verlassen  den  aus- 
gesogenen Samen,  hc  Hypocotyl,  w,  Neben- 
wurzel. Aus  Engler-Prantl,  IL  Bd.,  nach 
Sachs. 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


der  Coniferen.  Beginnen  wir  mit  der  letzt- 
besprochenen Gattung  Pinus,  so  ist  z.  B. 
in  den  großen  Samen  von  P.  Pinea  (Fig.  41) 
ein  großer  wohlentwickelter  Embryo  von 
Endosperm  umgeben  zu  erkennen,  der  mit 
seinem  Wurzelende  gegen  die  frühere  Mikro- 
pyle  schaut.  Bei  Beginn  der  Keimung 
zwängt  sich  dieses  durch  die  beim  Aufquellen 
entstandene  kleine  Spalte  hindurch  und 
drängt  die  Schale  allmählich  ganz  auseinander. 
Das  Hypokotjd  folgt  bald  der  Wurzel  und 
nur  die  Kotyledonen  bleiben  noch  im  Endo- 
sperm stecken,  das  sie  nach  und  nach  voll 
kommen  aussaugen,  um  sich  alsdann  frei 
auszubreiten.  Dabei  erkennt  man,  daß 
zahlreiche  Keimblätter  vorhanden  sind,  im 
angezogenen  Beispiel  etwa  8  bis  12,  und  daß 
diese  bereits  grün  aus  der  Schale  kommen, 
daß  sie  also  schon  im  Dunkeln  Chlorophyll 
gebildet  hatten,  welches  im  allgemeinen 
sonst  für  seine  Entstehung  ja  an  Belichtung 
gebunden  ist. 

Vergleichen  wir  nun  hiermit  die  Keimung 
bei  den  verschiedenen  vorhin  unterschie- 
denen Familien  und  Unterfamilien,  so 
stimmen  sie  im  allgemeinen  mit  dem  Vorgang, 
wie  er  beschrieben,  überein,  nur  die  Zahl 
der  Keimblätter  wechselt.  So  besitzen  die 
Taxaceen  meist  zwei,  die  Cupressineen 
wechseln  von  zwei  bis  sechs,  bei  den  Abieta- 
ceen  zeigen  die  Araucariinen  zwei  bis  vier, 
die  Taxodiinen  drei  bis  neun  und  die  Abie- 
tinen  drei  bis  fünfzehn  Keimblätter. 

Die  Keimpflanzen  entwickeln  nach  Aus- 
breitung ihrer  Kotyledonen  alsbald  weitere 
Blätter,  die  bei  vielen  Formen  sogleich 
denen  der  erwachsenen  Pflanze  gleichen, 
bei  anderen  jedoch  zunächst  abweichend  ge- 
staltet sind.  So  sind  z.  B.  bei  Abi  es  so- 
gleich die  normalen  nadeiförmigen  Blätter 
zu  beobachten,  wie  die  erwachsene  Pflanze 
sie  trägt.  Pinus  dagegen  verhält  sich 
anders.  Die  ersten  auf  die  Keimblätter 
folgenden  Blätter  sind  nadeiförmig,  ziem- 
lich lang,  und  derartige  einzelne,  spiralig 
stehende  lange  Nadeln,  die  von  erheblich 
weicherer  Beschaffenheit  sind  als  die- 
jenigen der  betreffenden  Kurztriebe  werden 
längere  Zeit  weiter  entwickelt,  in  manchen 
Fällen  viele  (vier  bis  sieben)  Jahre  lang, 
Pinus  Pinea  z.  B.  und  P.  canariensis  be- 
halten diese  ihren  Habitus  vollkommen  ver- 
ändernde Beblätterung  solange  bei.  Die 
anatomische  Untersuchung  lehrt  uns  gleich- 
zeitig, daß  der  bei  den  Pinusnadeln  der 
Kurztriebe  hochentwickelte  Verdunstungs- 
schütz  bei  den  Nadeln  der  Jugendform 
viel  weniger  ausgebildet  ist.  Es  wird  hier 
darauf  hinauslaufen,  daß  eben  die  im 
Schatten  des  Waldes  aufwachsenden  Keim- 
linge ganz  andere  Vegetationsbedingungen 
finden  als  die  frei  allen  Einflüssen  der 
Außenwelt    ausgesetzten    erwachsenen     In- 

11 


1G2 


Gymnosiierinae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


dividuen.  Erst  nach  Ablauf  mindestens 
eines  Jahres  pflegen  die  Pinusarten  zu  der 
Ausbildunif  von  Niederblättern  am  Sproß 
und  Hervorbrin2;unf!;  von  Kurztrieben  in 
deren  Achseln  überzujiehen,  während  manche 
Arten  noch  einiii;e  weitere  Jahre  die  Juf^^end- 
tracht  beibehalten.  AVenn  man  daraus 
schließen  kann,  daß  die  einfache  Benadelung 
der  ursprüngliche  Blattypus  der  Gattung 
Pinus  ist,  der  erst  unter  dem  Einfluß 
äußerer  Verhältnisse  einer  anderen,  den 
Lebensbedingungen  besser  entsprechenden 
gewichen  ist,  so  wird  man  voraussetzen 
dürfen,  daß  andere,  von  der  typischen  Be- 
nadelung abweichende  Coniferenblätter  eben- 
falls Anpassungsformen  sind,  und  daß  an 
den  Keimlingen  die  ursprünglichen  Nadel- 
blätter wieder  zum  Vorschein  kommen 
werden. 

Das  gleiche  Verhalten  wie  bei  Pinus 
liegt  bei  Sciadopitys  vor,  deren  Doppel- 
nadeln ja  auch  Kurztrieben  entsprechen. 
Am  Keimling  sieht  man  auch  hier  zunächst 
einfache  Nadeln  mit  nur  einfachem  Gefäß- 
bündel auftreten.  Und  dasselbe  ist  für  die 
Phyllocladien  von  Phyllocladus  zu  sagen. 
Auch  diese  weichen  an  den  Keimpflanzen 
zunächst  einer  einfachen  Benadelung,  che 
im  zweiten  Jahre  noch  erhalten  bleibt,  im 
dritten  aber  in  die  Form  der  farblosen 
Schuppenblätter  übergeht,  die  an  den  sich 
alsdann  verbreiternden  Sproßachsen  stehen. 
Bei  der  Gattung  Juniperus  war  in  den 
verschiedenen  Arten  ein  Wechsel  zwischen 
Nadelblättern  bei  J.  communis  (Fig.  20,  22) 
und  Schuppenblättern  bei  J.  Sabina  zu 
beobachten.  Keimlinge  dieser  Pflanze  zeigen 
nun  ebenfalls  Nadelblätter  an  Stelle  der 
Schuppenblätter  auf  und  in  der  auch  bereits 
vorher  genannten  Art  J.  virginiana  sieht 
man  sogar  an  erwachsenen  Exemplaren 
noch  häufig  einen  Wechsel  von  schuppiger 
und  nadehger  Beblätterung  eintreten.  Für 
alle  Formen  mit  anliegenden  Schuppen- 
blättern läßt  sieh  nachweisen,  daß  die 
Schuppen  eine  spätere  Anpassungsform  dar- 
stellen, aus  dem  Bedürfnis  der  Verdunstungs- 
ersparnis erklärbar,  denn  alle  Keimlinge 
von  Cupressus,  Thuja,  Callitris  usw. 
schlagen  in  den  ersten,  auf  die  Kotyledonen 
folgenden  Blättern  auf  Nadelformen  zurück. 

Diese  Nadclformen  der  normal  schuppig 
beblätterten  Cupressineen  lassen  sich  nun 
auch   dauernd   erhalten,   wenn   man    Steck- 1 
linge    der    Jugendform    nimmt    und    diese 
weiter  kultiviert.    Derartige  in  der  Garten-  [ 
kunst  sehr  beliebte  dauernde  Jugendformen, 
von    Thuja    besonders,    gehen    unter    dem 
Namen    Retinospora.      Sie   haben    durch 
ihre  zarteren  Nadeln  ein  sehr  zierliches  Aus- ' 
sehen   und   können   zu   ansehnhchen   Exem-  i 
plaren   herangezogen   werden.      Außer   von 
Thuja  werden  Retinosporaformen  besonders ' 


von  Chamaecyparis  gewonnen.  Es  bleiben 
diese  fixierten  Jugendformen  nun  zwar  in 
der  Regel  unfruchtbar,  doch  kommt  an 
älteren  Individuen  auch  Bildung  von  männ- 
lichen oder  weiblichen  Blüten  gelegentlich 
vor,  so  daß  nicht  zu  zweifeln  ist,  daß  man 
auch  Samen  der  fixierten  Jugendform  unter 
geeigneten  Vorsichtsmaßregeln  würde  ge- 
winnen können.  Ebenso  soll  es  gelungen 
sein,  von  den  vorerwähnten  Pinusjugend- 
formen  Stecklinge  zu  machen,  die  dauernd 
ihren  Jugendhabitus  behielten,  doch  ist  es 
dort  offenbar  schwieriger,  geeignete  Vor- 
bedingungen zu  schaffen. 

IV.  Ordnung  Gnetinae. 
Familie  Gnetaceae. 

Die  Familie  der  Gnetaceen,  die  einzige 
der  Ordnung,  besteht  aus  drei  einander 
sehr  unähnlichen  Gattungen  Ephedra, 
Welwitschia  (Tumboa)  und  Gnetuni,  die 
übereinstimmen  in  dem  Besitze  gegen- 
ständiger Blätter,  richtiger  Gefäße  im  se- 
kundären Holze  und  dem  Vorhandensein 
einer  Blütenhülle  um  die  diöcisch  ver- 
teilten Einzelblüten,  endlich  dem  Fehlen  von 
Harzgängen.  Die  drei  letztgenannten  Merk- 
male geben  zugleich  die  wesentlichen  Unter- 
schiede gegenüber  den  Coniferen  an.  In 
allem  übrigen  sind  die  drei  Gattungen  so 
verschieden  wie  möglich,  so  daß  sie  einzeln 
besprochen  werden  müssen. 

Ephedra  ist  diejenige  Gattung  der 
Gnetaceen,  die  den  Coniferen  noch  am 
nächsten  steht.  Sie  ist  mit  einer  größeren 
Zahl  von  Arten  in  den  wärmeren  und 
trockenen  Gegenden  der  nördlichen  Hemi- 
sphäre vertreten,  erreicht  jedoch  in  einer 
Art  die  Anden  Südamerikas.  Nördlich 
kommt  sie  noch  in  der  Südschweiz  und  Süd- 
tirol, Kalifornien,  endlich  Altai  und 
Himalaya  vor.  Der  Habitus  von  Ephedra 
ist  der  eines  aufrechten  oder  auch  klettern- 
den Strauches  mit  assimilierenden  jungen 
Trieben,  deren  Blätter  zu  kleinen  Schuppen 
reduziert  sind.  Die  Blüten  stehen  blatt- 
achselständig  in  mehr  oder  weniger  großen 
Infloreszenzen  und  diöcischer  Verteilung. 
Die  männlichen  Blütenstände  sind  Aehren, 
sie  bestehen  aus  einer  verschieden  großen 
Zahl  von  Hochblattpaaren,  die  je  eine  aus 
Blütenachse  mit  zwei  bis  acht  Pollensäcken 
und  einer  zweiblätterigen  unscheinbaren 
Blütenhülle  bestehende  Einzelblüte  in  der 
Achsel  führen.  Die  Pollensäcke  öffnen  sich 
mit  einem  schrägen  Längsriß,  um  den  rund- 
lichen glatten  Pollen  zu  entlassen  (Fig.  42 
bis  45). 

Die  weiblichen  Blütenstände  beginnen 
ebenfalls  mit  Hochblattpaaren.  Die  Einzel- 
blüte besitzt  eine  vom  Fruchtblatt  umhüllte 
aufrechte  Samenanlage,  deren  Integument  am 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


163 


Scheitel  lang  hervorsieht.  Die  Bestäubung 
geschieht  wie  bei  den  Coniferen  durch  Auf- 
fangen der  Pollenkörner  in  einem  aus  der  Mi- 


Fig.  42.  Ha- 
bitus vonEphe- 
d  r  a  a  1 1  i  s  s  i  m  a. 
1  Männliche  In- 
floreszenz, 2  un- 
reifer Frucht- 
stand. Aus  dem 
Bonner  Lehr- 
buch. 


Fig.  43.    Männlicher  Blütenstand  von  Ephedra 
altissima.       Aus  -  Engler-Prantl,    II.    Bd. 


Fig.  44.    Ephe- 
dra   altissima.' 

Einzelblüte. 
b  Blatt,  pg  Peri- 
gon.      Aus    dem 

Bonner  Lehr- 
buch. 


Flg.  45.  Ephedra  al- 
tissima. Längsschnitt 
durch  einen  weiblichen 
Blütenstand,  p  Blüten- 
hülle, i  Integument.  Aus 
Engler-Prantl,    IL    Bd. 


kropyle  ausgeschiedenen  Flüssigkeitstropfen. 
Bei  Ephedra  campylopoda  mit  zweige- 
schlechtigen  Infloreszenzen  ist  Insekten- 
bestäubung nachgewiesen  (vgl.  den  Artikel 
,, Fortpflanzung"). 

Bei  der  Samenreife  schwellen  die 
obersten  Hochblätter  fleischig  an  und  färben 
sich  rot,  beides  dürfte  der  Verbreitung  nützen. 
Sie  verdecken  die  Samen,  die  von  der  ver- 
holzten HüUe  des  Fruchtblattes  umschlossen 
ein  aus  Perisperm  bestehendes  Nährgewebe 
bergen,  das  Endosperm  und  Keimling  in 
sich  enthält.  Der  Keimling  hat  zwei  Ko- 
tyledonen, er  durchbricht  mit  dem  Wurzel- 
ende die  Samenschale  und  entfaltet  die 
Keimblätter,  die  lange  Zeit  an  der  Keim- 
pflanze erhalten  bleiben.  Der  junge  Sproß 
trägt  von  vornherein  seine  Schuppenblätter. 

Welwitschia  mirabilis  (Tumboa  Bai- 
nesii)  ist  eine  der  merkwürdigsten  aller 
lebenden  Pflanzen.  Aus  dem  Keimling  gehen 
außer  den  beiden  im  Samen  bereits  an- 
gelegten Kotyledonen  nur  noch  zwei,  mit 
jenen  gelaeuzte  Blätter  hervor,  die  für  die 
ganze  Lebenszeit,  der  wohl  100  Jahre  Alter 
erreichenden  Pflanze  ausreichen  müssen  und 
stetig  am  Grunde  nachwachsen.  Sie  sind 
parallelnervig  und  von  sehr  derberBeschaffen- 
heit.  Der  Stamm  bleibt  lediglich  aus  dem 
Hypocotyl  bestehen,  er  ragt  nur  sehr  wenig 
über  den  Boden  hervor,  erreicht  schließlich 
einen  ziemlich  bedeutenden  Umfang  durch 
normales  Dickenwachstum  und  zeigt  sich 
in  der  Mitte  eingesunken,  an  dem  Rande 
bei  den  Blattachseln,  aus  denen  die  Blüten- 
sprosse hervorgehen,  erhöht.  Die  Wurzel 
erreicht  mächtige  Länge  und  erhebliche 
Stärke;  so  sitzt  die  Pflanze  tief  im  stei- 
nigen Wüstensande  ihrer  Heimat,  die  auf 
Damaraland  und  Deutsch -Südwest -Afrika 
beschränkt  ist. 

Die  Blüten  sind  diöcisch  verteilt  und  in 
zapfenförmigen  Infloreszenzen  vereinigt,  die 
blattachselständig  entstehen.  Die  männ- 
lichen Blüten  sitzen  in  den  Achseln  der 
Zapfenschuppen  einzeln.  Sie  bestehen  aus 
einer  Blütenhülle,  die  sich  aus  zwei  Paaren 
dekussierter  Blättehen  zusammensetzt  und 
einem  am  Grunde  verwachsenen  Kranz  von 
sechs  Staubblättern,  deren  jedes  eine  drei- 
fächerige Anthere  trägt.  In  der  Mitte  der 
Blüte  ist  eine  nicht  funktionsfähige  aufrechte 
Samenanlage  mit  einfachem  Integument 
vorhanden."  Dieses  bildet  eine  längere  ge- 
bogene Röhre,  die  oben  in  eine  narben- 
ähnliche, verbreiterte  Fläche  endigt.  Die 
Pollenkörner  sind  eUiptisch  (Fig.  46  bis  48). 

Die  weiblichen  Blüten  sitzen  ebenfalls 
einzeln  in  den  x\chseln  der  Zapfenschuppen 
ihrer  weit  größeren  weiblichen  Zapfen.  Das 
Fruchtblatt  umschließt  die  Samenanlage 
fast  vollständig,  nur  das  stark  verlängerte 
Integument  sieht  hervor.    Die  Samenanlage 

11* 


164 


Gyinnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


ist  aufrecht,  atrop.  Ihre  Bestäubung  durch  |  sperm  hinein,  der  es  aussaugt  und  die  Nähr- 
insekten ist  liier  sichergestellt,  sie  werden  Stoffe  dem  Keimling  zuführt.  Später  ist  von 
durch  den  zuckerhaltigen,  aus  der  Mikropyle  ihm  nichts  mehr  zu  erkennen.  Den  Koty- 
ausgeschiedenen    Tropfen    angelockt.       Die  |  ledonen  folgen  alsbald  die  beiden  einzigen 


Fig.   46.      Welwitschia  mirabilis.     Blühende  jüngere  Pflanze.    Aus  Engler-Prantl,  IL  Bd. 

Blätter  und  der  Stammscheitel  beginnt 
ebenfalls  sich  zweilappig  zu  verbreitern,  wie 
es  am  älteren  Stamme  so  charakteristisch 
hervortritt. 

Gnetum  ist  in  zahlreichen  klimmenden 
Lianen  in  den  Tropen  Asiens,  Afrikas  und 
Amerikas  in  feuchteren  Wäldern  verbreitet, 
Gnetum  Gnemon  der  einzige  Baum  der 
Gattung  als  Fruchtbaum  in  Java  und 
Niederländisch  -  Indien    vielfach   in    Kultur. 

Die  Pflanzen  sind  mit  großen  netzaderigen 
dekussierten  Laubblattpaaren  ausgerüstet, 
die  ganz  den  Eindruck  von  Blättern  angio- 


Fig.  47.    Welwitschia 

mirabilis.  Stückeines  Fig.  48.  Welwitschia 

männlichen        Blüten-  mirabilis.     Ein  weib- 

standes.    Aus  Engler-  lieher     Zapfen.        Aus 

Prantl,  II.  Bd.  Engler-Prantl, II.Bd. 

reifen  Samen  sind  von  dem  flügelartig  ver- 
breiterten und  verholzten  Fruchtblatt  um- 
schlossen. Die  Fruchtzapfen  werden  intensiv 
rot,  so  daß  wohl  auf  Verbreitung  durch 
Tiere  geschlossen  werden  darf. 

aus^der  S-mlSr.!?.]!'  1™*  "^'"^  ^^I^ '^'"?' ^  Fig.   49.      Gnetum   scandens.      Stück   eines 
Kpin.hl  -tt  *'''?''•  ^'    ^°^^'"  /^"    Stammquerschnittes    mit   3   konzentrischen  Zu- 

Keimbldtter,  die  sich  ausbreiten;  aus   dem  ^  ^vachszonen,   1  bis  3   r   Riiule,   m   Mark.     Aus 
llypocotyl   wächst  ein   Fortsatz  ins   Endo-  Engler-Prantl,  II.  Bd. 


Gymnospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


165 


speriner  Pflanzen  hervorrufen.  Der  Stamm 
wächst  bei  Gnetum  Gnemon  regelmäßig  in 
die  Dicke.  Bei  den  klettern- 
den Vertretern  der  Gattung 
findet  sich  wiederholte  Kam- 
bi Umbildung,  wie  es  ja  für 
Lianen  vielfach  bekannt  ist. 
So  sind  diese  Kletterstämme 
mit  mehreren  konzentrischen 
Holzringen  versehen  (Fig.  49). 

Die  Blüten  sitzen  in  ähren- 
artigen Infloreszenzen  ver- 
einigt, die  blattachselständig 
entstehen,  verzweigt  oder 
unverzweigt  sein  können. 
Wirtel  von  Hochblättern 
teilen  die  Blütenstandsachse 
in  Abschnitte  und  über  jedem 
Hochblattwirtel  stehen  in  den 
männlichen  Infloreszenzen  zu- 
nächst ein  Wirtel  von  un- 
fruchtbaren weiblichen 
Blüten,  darüber  eine  mehr- 
fache Reihe  männlicher 
Blüten  in  akropetaler  Ent- 
stehungsfolge. Die  Blüten 
sind  rings  von  Haaren  um- 
ringt und  jedes  Staubblatt 
wird  von  einfacher,  aus  zwei 
verwachsenen  Hochblättchen 
gebildeter  Hülle  umgeben. 
Die  Staubblätter  öffnen  sich 
durch  einen  cjuer  über  den 
Scheitel  verlaufenden  Riß, 
die  Pollenkörner  sind  kugelig 
rund.  Die  funktionslosen 
weiblichen  Blüten  der  männ- 
lichen Infloreszenzen  besitzen 
innerhalb  des  sie  umhüllen- 
den Fruchtblattes  (oder  Perigons)  nur 
ein  Integument,  während  wir  bei  den 
normalen  fertilen  Samenanlagen  deren 
zwei  finden,  eine  Tropfenausscheidung  an 
der  Mikropyle  ist  trotzdem  auch  bei  ihnen 
wahrnehmbar  und  ihre  Rolle  ist  vielleicht  die 
von  Nectarien  geworden,  die  bestäubende 
Insekten  herbeilocken  sollen  (Fig.  50).  Die 
weiblichen  Infloreszenzen  von  (jnetum  sind 
den  männlichen  vollkommen  ähnlich,  nur 
steht  in  dem  Winkel  der  ringförmig  ver- 
wachsenen Hochblätter  hier  lediglich  ein 
Wirtel  weiblicher  Blüten.  Jede  wird  von 
ihrem  Perigon  (oder  Fruchtblatt)  umhüllt 
und  von  zwei  Integumenten  bekleidet,  deren 
Inneres  weit  aus  der  Hülle  vorgestreckt  ist. 
Die  Tropfenausscheidung  läßt  einen  deutlich 
süßen  Geschmack  erkennen  (Fig.  51,  52). 

Die  Samen  werden  von  einer  aus  dem 
äußeren  Integument  hervorgegangenen  Stein- 
schale umhüllt,  während  das  Fruchtblatt 
fleischige  Beschaffenheit  angenommen  hat. 
Die  Samen  werden  durch  Tiere  verbreitet  und 
zwar  die  ovalrundlichen  durch  Affen,  deren 


Darmkanal  sie  passieren,  während  die  lang- 
gestreckten und  scharf  gerippten  derMolukken 


Fig.  50.     Gnetum  Gnemon.    Männlicher  Blütenzweig.     Aus 
dem  Bonner  Lehrbuch. 


von  den  großen  Nashornvögeln  verschleppt 
werden,  die  die  fleischige  Schicht  verzehren. 


Fig.  51.  Gne- 
tum latifo- 
lium.  Stück 
einer  weib  "' 
liehen  Inflore- 
szenz. Aus 

Engler 
Prantl,II.Bd. 


Fig.  52.  Längsschnitt 
durch  eine  Einzelblüte 
von  GnetumGnemon. 
n  Nucellus,  ii,  ai  die 
Integumente,pg  Blüten- 
hülle. Aus  dem  Bonner 
Lehrbuch. 


166 


Gyninospermae  (Nacktsamige  Pflanzen) 


Die  Samenkeimung  läßt  das  vorangehende 
Wurzelende  und  zwei  Kotyledonen  erkennen. 
Das   Hypocotyl  wird  hier  stark  entwickelt 


Fig.  53.  Keimung  bei 
Gnetum  Gnemon.  D  iso- 
lierter Keimling  mit  dem 
Saugfortsatz,  E  Keimpflanze. 
Aus  Engler-Prantl,  IL  Bd. 


und  bildet  (wie  bei  Welwitschia,  jedoch  in 
noch  stärkerem  Grade)  einen  das  Endosperm 
aussaugenden    Fortsatz,    der  diesen  beiden 


Gnetaceen  allein  eigen  ist.  Die  auf  die  Keim- 
blätter folgenden  Blattpaare  zeigen  bei 
Gnetum  Gnemon  sofort  die  typische  Form  der 
Blätter,  bei  den  schlingenden  Arten  dagegen, 
oder  doch  bei  einigen  von  ihnen,  werden 
zunächst  nur  Niederblätter  von  Schuppen- 
form gebildet,  wie  ja  schlingende  Pflanzen 
auch  in  anderen  Fällen  erst  sogenannte  Vor- 
läuferspitzen bilden,  welche  bei  den  Winde- 
bewegungen dem  windenden  Sprosse  minder 
hinderlich  sind,  als  die  normalen  weit  ab- 
spreizenden Laubblätter,  die  nach  Um- 
schlingen der  Stütze  auch  an  den  Gnetum- 
keimhngen  erscheinen  (Fig.  53). 

Literatur.  Engler  und  Prantl,  Natürliche 
PflanzcnfamiUen,  Bd.  II,  1.  Abt.  Leijizig  1889. 
—  Strasbnrgev,  Jost,    Schench,    Karsten, 

Lehrbuch  der  Botanik  für  Hochschulen,  11.  Aufl. 
Jena  1911.  —  H.  v.  Wettsteiny  Handbuch  der 
Systematischen  Botanik,  2.  Aufl.  Leipzig  und 
Wien  1911.  —  John  M.  CouUer  and  Charles 
J,  Chaniherlain,  3Iorphologie  of  Gymno- 
sperms.  The  Unirersity  of  Chicago  Press. 
Chicago  III.  1910.  —  In  diesen  hier  zitierten 
neuesten  Quellen  sind  alle  in  Betracht  kommenden 
Spezialarheiten,  deren  Anführung  ühermäßigen 
Raum   beanspruchen    würde,    leicht   aufzufinden. 

G,  Karsten. 


H. 


Haar. 

Anthropologisch. 

I.  Die  Behaarung  im  ganzen.  IL  Rassenunter- 
schiede. 1.  Die  Haarform.  2.  Haarquerschnitt, 
Imnlantation  und  Größenverhältnisse.  3.  Haar- 
farbe, 

Die  Anthropologie  des  Haares  —  ein  Teil 
der  „Rassenmorphologie"  (s.  Bd.  8.  S.  106)  — 
betrachtet  einerseits  die  Behaarnng  des 
Menschen  im  Rahmen  der  Primatenmorpho- 
logie, also  Entstehung  bezw.  Reduktion  der 
Gesamtbehaarung  und  der  einzelnen  regio- 
nalen Haarsorten  und  andererseits  die  Rassen- 
unterschiede nach  Haarform  und  Haarfarbe. 
Eine  sehr  eingehende  und  vielseitige,  aus- 
gezeichnete und  glänzend  ausgestattete  Be- 
arbeitung des  Menschenhaares  hat  Frieden- 
thal  (1908)  vorgelegt,  auf  die  ganz  besonders 
verwiesen  werden  muß;  die  morphologische 
Seite  erfährt  bei  Wiedersheim  (1908) 
eingehende  Würdigung.  —  Waldeyer  (1884) 
gab  einen  prächtigen  und  unentbehrlich  ge- 
wordenen Haaratlas  heraus  und  Fritsch 
(1912)  eine  weitgehende  und  prächtige 
Rassenbeschreibung. 

I.  Die  Behaarung  im  ganzen. 

Die   Haararmut,   die  den  Menschen  vor 

.  allen  Primaten  spezifisch  auszeichnet,   ent- 

4  steht  erst  kurz  vor  der  Geburt.  Vorher,  vom 
^  Ende  des  5.  Schwangerschaftsmonates  an, 
^  hat  der  menschliche  Fetus  eine  dichte,  aus 
N  feinen     Härchen      bestehende     Haardecke, 

5  bei  uns  meist  farblos  (?)  öfter  schwarz 
i  (?  Bei  anderen  Rassen?),  die  sogenannte 
$V  „Lanugo"  (Wollhaarkleid).  Diese  Haare  sind 
^  vjin  sogenannten  ,,  Strömen"  angeordnet  (vgl. 
\  Schwalbe  [1911]  und  besonders  Wieders- 
J  heim  [1908]  und  Fried enthal  [1908]),  sie 
0  bilden  mehrfach  Wirbel,  deren  morphologisch 
^  wichtigster  der  Eckersche  Vertex  coccygeus, 
^  der  Steißhaarwirbel  ist,  dessen  Ausbildung  mit 
i  der  Reduktion  des  Schwanzes  zusammenhangt. 
)  Später,  gegen  die  Geburt,  entsteht  dort  eine 

kleine  Steißbeindatze  und  oft  ein  Steißbein- 


grübchen (vgl.  Lehrbücher  der  Entwicke- 
lungsgeschichte  des  Menschen,  z.  B.  Keibel 
und  Mall,  Leipzig  1910,  ferner  Wieders- 
heim 1.  c).  Gegen  die  Geburt  fällt  die 
Lanugo  großenteils  aus,  ein  Teil  bleibt  aber 
bis  gegen  die  Pubertät  als  feine  Flaum- 
härchen einzeln  zerstreut  stehen.  An  Wimpern, 
Brauen  und  Kopfhaut  tritt  das  (Sekundär- 
haar) Dauerhaar  auf,  zuerst  die  kindliche 
Form,  das  Kinderhaar  (dünner  und  weicher), 
dann  die  Erwachsenenform,  das  ,, Terminal- 
haar". Es  sprießt  bei  der  Frau  an  Achsel- 
gegend und  Schamberg,  hier  quer  nach  oben 
abgegrenzt,  dann  hier  und  da  (selten)  auch 
am  Brustwarzenhof  und  an  den  unteren 
Extremitäten,  beim  Mann  an  Achsel,  Scham- 
gegend, und  als  Streifen  bis  zum  Nabel  herauf- 
reichend, am  Damm  und  After,  im  Gesicht 
als  Bart,  an  Brust,  Armen  und  Beinen. 
Die  drei  oder  vier  zuletzt  genannten  Stellen 
sind  aber  nur  bei  haarreichen  Rassen  be- 
haart (s.  unten). 

Die  Phylogenese  dieses  typischen  und 
eigentümlichen  Haarwuchses  ist  nicht  klar. 
Warum  der  nach  Ausweis  von  vergleichender 
Anatomie  und  Embryologie  (Lanugo)  sicher 
behaarte  Vorfahr  des  Menschen  sein  Haar- 
kleid verlor,  ist  völlig  rätselhaft;  daß  er  es 
verlieren  konnte  und  die  Blutzirkulation 
der  Haut  wärmeregulierend  eintrat,  erklärt 
natürlich  nichts.  — ■  Ob  an  den  beim  Menschen 
stark  behaarten  Stellen  das  alte  Haarkleid 
erhalten  oder  nachher  ein  neues  erworben 
wurde,  ist  nicht  fertig  ausgemacht.  Die 
sexuell  verschiedene  Behaarung  (Bart,  Scham) 
düi-fte  sekundär  durch  sexuelle  Zuchtwahl 
erworben  sein;  schon  Darwin  zeigt,  daß 
solche  Merkmale  dann  auch  bei  nahen  Ver- 
wandten (hier  Rassen)  stark  variieren.  Auf 
die  verschiedenen  Erklärungsversuche  kann 
hier  nicht  eingegangen  werden  (s.  Frieden- 
thal,  Wiedersheim). 

Der  Haarreichtum  nimmt  im  Alter 
meistens  zu  (oft  sehr  stark,  buschige  Brauen, 
Körperbehaarung) ;  Glatzenbildung  hält 
Friedenthal    für    normal,    beschreibt    sie 


108 


Haiir  (Antliropologisch) 


auch  beim  Affen  (in  Gefangenschaft!)  — 
beides  dürfte  aber  sicher  und  stets  patho- 
logisch sein  —  nur  die  Entfärbung  der  Haare 
im  Alter  ist  normal. 

Von  Anomalien  der  Behaarung  inter- 
essiert am  meisten  die  Ueberbehaarung. 
Wiedersheini  unterscheidet  mit  anderen 
eine  Pseudohypertrichosis  lanuginosa  (das 
Wort  Pseudo  würde  man  besser  weglassen), 
deren  Wesen  darin  besteht,  daß  das  fetale 
'  AVollhaarkleid  statt  zu  verschwinden  exzessiv 
auswächst;  so  entstehen  Haarmenschen,  so- 
"^■^  genannte  ,  Jluiidemeiischen"  deren  eine 
Menge  bekannt  geworden  sind.  Dagegen  wird 
als Hypertrichosis  vera  (vielleicht  wäre  besser: 
Hypertrichosis  terminalis)  ein  exzessives 
Wachstum  des  Terminalhaares  benannt. 
Dieses  zeigt  sich  besonders  in  mächtiger 
Bartentwickelung  bei  Weibern,  in  pferde- 
mähnenartigen  Haarbüschen  am  Kücken 
oder  Brust  usw.,  so  daß  auch  hier  auf  Jahr- 
märkten gezeigte  Monstra  entstehen.  —  Auch 
der  Altersbart  der  Frauen  starkbehaarter 
Kassen  muß  hier  erwähnt  werden.  Diese 
Baltbildung  hängt  mit  Funktionseinstellung 
oder  Aenderung  der  Eierstöcke  zusammen. 
Daß  umgekehrt  der  Männerbart  bei  früh- 
zeitig kastrierten  Individuen  nicht  sprießt, 
ist  bekannt.  Daß  das  rassenmäßig  —  also 
nicht  als  Anomalie  wie  obige  Fälle  —  ent- 
stehende feine  Haarkleid,  das  Klaatsch  an 
australischen  Kindern,  S  t  u  h  1  m  a n  n  an  Akka- 
kindern  fand,  als  Hypertrichosis  lanugi- 
nosa bezeichnet  werden  darf,  ist  sehr  w^ahr- 
scheinlich.  Dagegen  dürfte  die  bei  Aino 
gelegentlich  zu  einer  locker-pelzartigen  Haar- 
decke führende  Körperbehaarung  eine  termi- 
nale sein,  wie  es  besonders  starke  Bart-  und 
Körperhaarbildung  bei  uns  ist. 

Das  Gegenteil,  Hypotrichosis,  angeborener 
Haarmangel,  sogenannte  Haarlosigkeit  oder 
besser  Haararmut  ist  eine  Mißbildung,  bei 
der  Sekundärhaare  ganz  fehlen,  am  Kopf 
findet  sich  nur  etwas  lanugoartiger  Flaum, 
öfter  gar  kein  Haar,  Brauen,  Wimpern, 
Körperhaare  fehlen.  Die  Erscheinung  ver- 
erbt sich  (nach  Mendelscher  Kegel?  s. 
Fischer  1910)  auch  ein  haarloses  Australier - 
Geschwisterpaar  ist  einmal  beobachtet  worden 
(Zeitschr.  Ethn.  Verh.  1881). 

II.  Rassenunterschiede. 

1.  Die  Haarform.  Unter  den  Kassen- 
merkmalen der  Menschen  dürfte  die  Haar- 
form eines  der  besten  sein;  wir  dürfen  an- 
nehmen, daß  sie  von  direkter  Umwelt  Wirkung 
unbeeinflußt  ist,  daher  einen  wirklichen 
erblichen  Kassencharakter  darstellt. 

Unter  ,,Haarforni"  versteht  der  Anthro- 
pologe die  Art  und  Weise  wie  das  Einzel- 
haar an  der  menschlichen  Haut  hängt  und 
wie  es  sich  zu  seinen  Nachbaren  verhält.  — 
Fritsch  (1912),   der   die  anthropologische 


Wichtigkeit  besonders  betont,  nennt  das 
,, Haartracht".  —  ]\Ian  kann  folgende  Haar- 
formen unterscheiden  (etwas  modifiziert 
nach  Kanke,  Topinard,  Waldeyer  u.  a.): 
1.  gerade,  a)  straff,  b)  schlicht, '2.  wellig, 
a)  flachwellig,  b)  engwellig,  c)  lockig, 
3.  gekräuselt,  a)  lockerliraus,  b)  dicht- 
kraus, c)  engspiralig,  (d.  ,,fil-fir').  Bei 
den  ,, geraden"  Haarformen  hängen  die 
Einzelhaare  einander  parallel  ohne  stärkere 
Biegungen  und  ohne  gegenseitige  Bezie- 
hungen vom  Körper  ab;  dabei  kann  jede 
Spur  einer  Biegung  fehlen,  bedingt  durch 
Derbheit  und  Dicke  des  Einzelhaares,  dann 
ist  das  Haar  ,, straff",  oder  aber  das  Haar 
ist  dünner,  weicher,  biegt  sich,  sich  der 
Unterlage  anschmiegend,  es  ist  „schlicht". 
Die  wellige  Haarform  ist  dadurch  aus- 
gezeichnet, daß  das  Einzelhaar  welligen 
Verlauf  hat;  je  die  Haare  ganzer  Kegionen 
haben  etwa  denselben  Wellengang,  so  daß 
eine  gemeinsame  Wellung  entsteht;  nach 
Zahl  und  Tiefe  der  welligen  Biegungen  spricht 
man  von  flach-  und  engwellig.  Bei  engster 
Wellung,  die  für  alle  benachbarten  Haare 
gleichmäßig  ist,  legen  sich  die  AVellenkämme 
je  ineinander,  wie  man  etwa  gleichartige 
Stücke  W^ellblech  fest  aufeinander  schichten 
kann.  Denkt  man  sich  nun  solche  mehr- 
schichtige Wellblechbeuge  senkrecht  zu  den 
Wellen  (von  beiden  Enden  her)  zusammen- 
gedrückt, so  daß  die  Wellen  sehr  hoch  und 
sein-  schmal  werden  —  ja  an  der  Wellen- 
wurzel schmaler  als  nahe  am  Wellenrücken  — 
dann  haften  die  einzelnen  Wellbleche  so 
fest  aneinander,  daß  man  sie  nicht  mehr 
ohne  neue  Verbiegung  auseinanderbringt ;  jede 
Welle  ist  von  der  darüberliegenden  zwingen- 
artig umfaßt  und  packt  ihrerseits  ebenso  die 
darunterliegende.  Dasselbe  kommt  bei  enger 
Haarwellung  zustande;  die  Haare  haften  an- 
einander. Derartig  enge  Wellung  erreicht 
beim  Menschen  nie  hohe  Grade,  so  daß  nur 
ein  recht  lockeres  Aneinanderhaften  gelegent- 
lich zustande  kommt.  Beim  Schaf  dagegen 
erreicht  die  Wellung  jene  höchsten  Grade, 
das  Einzelhaar  hat  also  die  Form  eines  ganz 
engen  Mäanders;  die  Mäanderbiegungen 
der  Nachbarhaare  greifen  ineinander,  so  daß 
alle  Haare  zusammenhalten  —  ,,  Stapel- 
bildung" —  man  kann  also  die  „Schur" 
oder  das  ,, Vlies"  im  ganzen  abschneiden; 
derartig  engwellige  Haarform  nennen  wir 
wollig.  Wolliges  Haar  kommt  beim  ]\Ienschen 
nicht  vor,  wie  besonders  Fritsch  wieder 
mit  Kecht  betont.  Der  Neger  hat  spiral- 
gedrehtes Haar  (s.  unten).  Endlich  lockig 
nennen  wir  ein  Haar  mit  weiteren  Wellen- 
gängen und  einer  Endspiraldrehung  oder 
auch  schlichtes  Haar  mit  einigen  Wellen- 
biegungen des  Endes  oder  einer  Spiral- 
biegung des  Endes;  die  ,, lockige"  Form  paßt 
nicht  ganz  in  das  ,, Schema",  sie  zeigt,  daß 


Haar  (Antlu'opologisch) 


169 


eben  das  Schema  zur  kurzen  Beschreibung 
ganz  praktisch,  daß  aber  die  Formen  keine 
Gegensätze,  keine  starren  Typen  sind,  son- 
dern auseinander  entstanden  und  mit  Ueber- 
gangsformen  verbunden  sind.  Die  dritte,  die 
krause  Haarform,  ist  dadurch  gekennzeichnet, 
daß  das  Einzelhaar  eine  Spirale  beschreibt. 
Der  Wellen  verlauf  des  Einzelhaares  geht 
gewöhnlich  in  einer  einzigen  Ebene  vor  sich, 
das  Spiralhaar  geht  aus  einer  solchen  heraus. 
Lockerkrauses  Haar  hat  dabei  keine  Bezie- 
hungen zwischen  den  Einzelhaaren,  jedes 
Haar  dreht  sich  für  sich  zu  einer  Spirale  mit 
großem  Kadius  und  geringer  Tourenzahl. 
Das  ist  die  Haarform  der  „Ivrausköpfe", 
die  man  bei  uns  sieht.  Je  enger  die  Spiralen 
werden,  desto  mehr  werden  die  von  benach- 
barten Haaren  ineinandergreifen.  Eng- 
spiralige  Haare  tun  das  derart  innig,  daß 
auch  hier  eine  Stapelbildung  eintritt;  die 
engen  Spiralhaare  verflechten  sich  wie  das 
Haar  einer  Roßhaarmatratze.  Die  Haar- 
form des  Negers  ist  typisch  derart;  was  das 
Negerhaar  also  mit  Schafwolle  vergleichen 
läßt,  was  dem  Neger  die  Bezeichnung  ,, Woll- 
kopf" eingebracht  hat,  ist  die  Stapelbildung, 
die  Möglichkeit,  das  ganze  abgeschnittene 
„Vlies"  an  einem  Stück  zu  belassen;  aber 
die  Form  von  Negerhaar  und  Wolle  ist  recht 
verschieden.  Ist  engst  spiralgedrehtes  Haar 
zugleich  sehr  kurz  und  nicht  allzu  dicht 
gestellt,  so  legen  sich  die  Spiralen  je  benach- 
barter Haare  zu  kleinen  Kugeln  zusammen, 
dazwischen  sieht  man  die  Haut;  so  ist  der 
Kopf  mit  kleinen  Haarbällchen  bedeckt, 
von  Pfefferkorn-  bis  Erbsengröße.  Diese 
Haarform  (der  Buschmänner  und  Hotten- 
totten) wird  fil-fil  genannt;  ,,Pepperköppe" 
nennen  die  Buren  jene  Eingeborenen. 

Auf  Grund  der  Haarform  hat  man  mehr- 
fach Rasseneinteilungsversuche  der  Mensch- 
heit unternommen  (Fritz  Müller,  Haeckel 
und  viele  andere),  man  spricht  von  Lisso- 
trichen  (gerade  Form),  Kymotrichen  (wellige) 
und  Ulotrichen  (krause).  Eine  Einteilung 
nur  nach  der  Haarform  ist  unnatürlich,  ein 
künstliches  System. 

Die  lissotrichen  Rassen  verteilen  sich 
auf  die  Völker  der  Mongolen,  Eskimo,  Indianer 
Malayen,  die  kymotrichen  auf  Europäer, 
Vorderasiaten,  indische  Stämme,  Wedda, 
Australier;  engwellige  auf  gewisse  melane- 
sische  und  mikronesische  Stämme,  und  auf 
nubisch-abysinische  Stämme;  die  ulo- 
trichen auf  Neger,  Negrittos,  gewisse  papua- 
nisch-melanesische  Stämme.  Fr  i t  s  c h  (1912) 
zeigt,  daß  die  Chinesen  das  straffste  kräftigste 
Haar  aller  Rassen  haben. 

Wie  sich  die  Haarformen  genetisch  zu- 
einander verhalten,  ist  nicht  bekannt;  am 
wahrscheinlichsten  dürfte  sein,  daß  die 
schlichtwellige  Form  die  Urform  war,  denn 
kein  anderer  Primate  hat  heute  ganz  straffes 


oder  richtig  krauses  Haar;  vom  schlichten 
Haar  aus  hätte  sich  dann  engwelliges  und 
krauses  und  nach  der  anderen  Seite  straffes 
herausgebildet.  Daß  krauses  Haar  bei 
Rassenkreuzung  gegen  schlichtes  dominant 
ist  (Darenport -Fi scher),  spricht  dafür; 
ebenso  die  sehr  wahrscheinliche  Dominanz 
auch  des  straffen  Haares  (Bean),  so  daß 
die  Neuerwerbungen  dominant  wären,  wie 
manche  Erfahrungen  bei  Tier  und  Pflanze 
lehren  (s.  Fischer,  Rehobother  Bastards, 
Jena  1913,  S.  145). 

2.  Haarquerschnitt,  Implantation  und 
Größenverhältnisse.  Mit  der  Form  des 
Einzelhaares  hängt  seine  Querschnittform, 
Implantation,  Dicke  und  zum  Teil  Länge  aufs 
engste  zusammen. 

Das  menschliche  Haar  ist  nicht  etwa  stets 
drehrund,  sondern  zum  Teil  abgeplattet.  Der 
Querschnitt  ist  bei  straffem  und  schlichtem 
Haar  annähernd  kreisrund,  gelegentlich  (bei 
straffem)  fast  viereckig  mit  abgerundeten 
Ecken  oder  leicht  abweichend  vom  &eis 
gegen  die  Ellipse.  Bei  schlichtem,  welligem 
und  krausem  Haar  tritt  dann  aber  die  ovale 
und  Ellipsenform  immer  stärker  hervor. 
Pruner  Bey  hat  (1864  und  65)  zuerst  ge- 
nauer darüber  gearbeitet  (s.  Fritsch,  Wald- 
eyer,  Friedenthal,  Lehrbücher  von  Topi- 
nard,  Ranke).  Bei  Neger  haar,  noch  mehr 
bei  Hottentotten-  und  andererseits  Papuahaar 
sind  die  Querschnitte  schmaleUiptisch,  so 
daß  die  Ellipsenachsen  sich  wie  60:  ja  wie  50: 
und  wie  35  :  100  verhalten.  Die  betreffen- 
den Querschnittsformen  sind  je  für  einzelne 
Rassen  zwar  charakteristisch,  aber  es  be- 
stehen keine  scharfen  Grenzen  und  die 
Variabilität  innerhalb  der  Rasse  ist  recht 
groß.  Die  Flachheit  je  des  betreffenden 
Haares  ist  mit  ein  Grund  für  seine  Biegung. 
Der  zweite  ist  die  Art  der  Implantation. 
Schlichtes  Haar  sitzt  unter  einem  Winkel 
von  etwa  45°  bis  90°  in  der  Haut,  das  straffe 
Haar  —  und  schlicht  und  straff  gehen  ja  in- 
einander über  —  bevorzugt  die  oberen  Werte, 
ja  zeigt  oft  nur  solche.  Die  Richtung  des 
Haares  geht  innerhalb  der  Haut  geradlinig 
weiter.  Aber  ebenso  geht  die  Spiraldrehung 
des  Ki-aushaares  innerhalb  der  Haut  weiter. 
Auf  dem  mikroskopischen  Schnitt  sieht  man 
daher  Negerhaare  und  andere  Ki-aushaare 
sichelförmig  gebogen  in  der  Haut  verlaufen; 
gelegentlich  ist  die  Haarzwiebel  nochmals 
besonders  abgebogen  (s.  Bloch  et  Vigier 
1904,  Fredefic  1906,  Fritsch  1912).  Beim 
Mongolen  ist  das  Haar  am  tiefsten  ein- 
gepflanzt, beim  Hottentotten  am  wenigsten 
tief  (Fritsch). 

Auch  die  Zahl  der  Talg-  und  Schweiß- 
drüsen ist  rassenmäßig  verschieden,  sie  sind 
am  stärksten  ausgebildet  bei  nigritischen 
Völkern;  bei  braunen  Rassen  (Nordafrika) 
sind  sie  oft  fast  rudimentär  (Fritsch).  Auch 


170 


Haar  (Anthropologiscli) 


die  Dicke  des  Haares  wechselt  nach  Rassen. 
Zunächst  ist  innerhalb  der  Rassen  die  Dicke 
individuell  sehr  variabel.  Stets  ist  Bart-  und 
Schamhaar  dicker  als  Kopfhaar;  am  dicksten 
sind  die  Wimpern.  Dicke  Tasthaare  (,.Siiius- 
haare")hat  der  Mensch  nicht,  auch  embryonal 
keine  JReste  mehr  (Frederic  1905).  Die 
durchschnittliche  Dicke  des  ^länncrkopf- 
haares  (s.  Scheffelt  1912)  beträgt  im  Mittel 
für: 

Hottentotten  (Fritsch)  0,05— 0,08  mm 

Bantuneger  (Scheffelt)  0,05—0,08    „ 

Melanesier  (Scheffelt)  0,093 

ilittela  merikanische  Indianer 

(Scheffelt)  0,097 

Europäer  (versch.  Autoren)  0,09 — 0,11    „ 

Malaven   von   Boeroe   und  Nias 

(Scheffelt)  0,097—0,11    „ 
Malaven   von    Sumatra 

{E:  Fischer)  0,08—0,15    „ 

Japaner  (Baelz)  0,09—0,14    „ 

Ueber  die  natürliche  Länge  des  Haares 
wissen  wir  wenig.  Geschlechtsunterschied 
besteht  darin  nicht.  Bei  Hottentotten  und 
Buschmännern  scheint  tatsächlich  die  natür- 
liche Gesamtlänge  des  Kopfhaares  oft  nur 
10  bis  15  cm  zu  betragen;  bei  Negern  ist  es 
länger,  aber  gewiß  nicht  so  lang  wie  bei 
Europäern  und  Mongolen,  wo  %  bis  ^/^  m 
der  normale  Durchschnitt  sein  dürfte,  und 
Indianer  haben  noch  längeres  Haar.  Indi- 
viduelle Fälle  von  2,  ja  3  m  langem  Haupt- 
haar sind  Ausnahmen. 

Schließlich  muß  bezüglich  Rassenunter- 
schiederi  noch  auf  die  große  Ungleichheit  des 
Körperhaares  hingewiesen  werden.  Brauen 
und  Wimpern  scheinen  gleich.  Das  übrige 
Körperhaar,  Bart,  Scham,  Achsel,  männliche 
Brust  und  Extremitäten,  ist  relativ  reich-ent- 
wickelt bei  Europäer,  Australier  und  Aino, 
(nur  hier  bestehen  z.  B.  echte  große  „Voll- 
barte"). Bei  der  südlichen  europäischen 
Rasse  ist  auch  bei  der  Frau  ein  leichtes 
Schnurrbärtchen  normales  Rassenmerkmal. 
Schon  etwas  weniger  stark  behaart,  aber 
immerhin  noch  ziemlich  gut  sind  manche 
melanesischen  Stämme,  manche  indischen 
Gruppen  (Toda)  —  alle  anderen  sind  haar- 
ärmer, so  daß  eine  ziemliche  Kluft  besteht. 
Buschmänner  und  Hottentotten  haben  fast 
gar  kein  Körperhaar,  Indianer,  Eskimo 
ebenfalls,  vorab  keinen  Bart.  Bei  Mongolen 
kommt  der  Bart  offenbar  in  späterem  Alter 
als  bei  uns.  Auf  die  eigenartige  Form  des 
Bartes  bei  Wedda  machen  P.  und  F.  Sarasin 
(Weddawerk  1892)  aufmerksam;  der  Bart 
läßt  die  eigentlichen  Wangen  frei,  auch  die 
Vorderseite  der  Unterlippe  (unsere  „Mücke") 
und  bedeckt  fast  nur  die  Unterseite  ^des 
Kinnes,  den  Mundboden,  um  in  Form  eines 
sehr  lichten  Ziegenbartcs  abwärts  zu  hängen; 
auch  sonst  im  malayischen  Archipel,  Öst- 
asien  und  Südsee  konimt  diese  Bartform  vor. 


I  3.  Haarfarbe.  Die  Haarfarbe  des  Men- 
scheu  (deren  anatomische  Grundlage  in 
,  anatomischen  Lehrbüchern  nachzusehen  ist 
und  bei  Fritsch)  schwankt  von  fast  weiß 
über  gelbliche,  braune,  rotbraune,  satt- 
braune, schwarzbraune  oder  von  fast  weiß 
über  silbergraue,  graue,  dunkelgraue  bis 
wirklich  schwarze  Töne. 

Die  Haarfarbe  des  einzelnen  Kopfes  ist 
je  fast  einheitlich;  nur  das  Haar  an  Vorder- 
kopf und  Schläfen  ist  gelegentlich  etwas 
heller  als  das  am  Hinterhaupt.  Fleckung 
kommt  nur  in  Form  von  partiellem,  sich  auf 
ein  oder  mehrere  kleine  Haarsträhnen  er- 
streckendem Albinismus,  also  als  normale 
Erscheinung  nicht  vor.  Auch  in  sich  ist  das 
Einzelhaar  gleichmäßig  gefärbt.  Dagegen 
bestehen  bei  Blond-  und  Braunhaarigen 
(in  Europa)  sehr  oft  Unterschiede  —  oft 
recht  starke  —  zwischen  der  Farbe  von 
Kopf-  und  Körperhaar  (s.  Fischer  1907). 
Das  Bart-  und  Schamhaar  ist  bei  braunem 
oder  dunkelblondem  Kopfhaar  sehr  oft  hell- 
blond oder  noch  öfter  rotblond  oder  aus- 
gesprochen rot.  Lenz  (Die  idioplasmatische 
Vererbung  beim  Mann,  Jena  1913)  macht  einen 
besonderen  Vererbungsmodus  bei  Rassenkreu- 
zung als  Grund  dafür  sehr  wahrscheinlich, 
ebenso  dafür,  daß  in  einer  Mischbevölkerung 
(Europa)  die  Frauen  etwas  häufiger  dunkel- 
haarig sind  als  die  Männer.  Ebenso  möchte 
E.Fischer  (Rehobother  Bastards,  Jena  1913) 
zeigen,  daß  das ,, Nachdunkeln"  auf  Dominanz- 
wechsel beruht,  also  stets  eine  Bastardierungs- 
erscheinung darstellt.  Unter  Nachdunkeln 
versteht  man  die  Erscheinung,  daß  (bei  uns 
in  Zentraleuropa  etwa  V4  ^-ller  Individuen) 
blonde  Kinder  im  Laufe  ihres  zweiten 
Lebensdezennium  allmählich  brünett  werden. 
Als  besonders  auffällige  Farbe  muß  das 
Rot  noch  erwähnt  werden.  Nach  Fischer 
(1907)  gibt  es  förmlich  zwei  Farbreihen,  wie 
oben  schon  angedeutet,  deren  eine  das  Rot 
enthält,  während  es  in  der  anderen  völlig 
fehlt.  Davenports  (1909)  Schluß  aus 
seinen  Vererbungsstudien,  daß  Rot  und 
Schwarz  zwei  unabhängige  Erbfaktoren 
sind,  scheint  das  zu  bestätigen.  Dagegen 
wissen  wir  gar  nichts  darüber,  warum  und 
wie  nun  in  einer  Bevölkerung  mit  blonden, 
braunen,  schwarzen  Haaren  wirklich  rein 
rote  mit  brennendem  Fuchsrot  auftreten. 
Man  spricht  von  ,, Rutilismus"  als  besonderer 
Erscheinung  (parallel  zu  Melanismus,  Albinis- 
mus) zumal  bei  Rothaarigen  so  oft  eine 
besondere  Neigung  zu  sonstigen  Pigment- 
anomalien, vor  allem  Sommersprossen  be- 
steht. Auf  was  Rutilismus  beruht,  ist  völlig 
unbekannt.  Die  anatomische  Grundlage 
ist  ein  roter  körniger  Farbstoff  an  Stelle 
der  gewöhnlichen  Pigmentkörner.  Auch 
diffuse  rote  Farbe  wird  bescln-ieben  (Fred  er  ic 
[1907],   Fritsch  [1912],   nach  dem   sie    die 


Haar  (Aiitliropologiscli) 


171 


ganze  Haarsubstanz  durchtränkt).  —  In  j  der  Südrand  Europas,  braun  Zentraleuropa, 
Deutschland  fand  die  große  Virchowsche  |  Nordeuropa  (s.  Karte,  Bd.  8  S.  100),  während 
Statistik     0,25 °o    Rothaariger    (wohl    eine   Blondheit     einigermaßen     geschlossen     nur 


zu  niedrige  Ziffer!  [Bolk])  —  dabei  sind 
z.  B.  in  Elsaß -Lothringen  deren  1,34%, 
in  Mecklenburg  -  Schwerin  0,09  %  (aus 
Frederic),  Holland  hat  (Bolk  1907)  deren 
2,45°o,  Italien  hat  0,580;  _  qIj  Zusammen- 
hans:  mit  bestimmten  normalen  Haarfarben 


stellenweise  in  Nordeuropa  (Schweden)  sitzt 
und  von  da  ausstrahlend  Nordeuropa  und 
Mitteleuropa  durchsetzt. 

Zur  statistischen  Untersuchung  sind  ein- 
fache Farbworte  kaum  brauchbar,  da 
z.  B.  unter  ,, Blond"  recht  Verschiedenes  ver- 


besteht; ist  noch  unsicher  Heute  durfte  |  ^^^^^^1^^^  ^^.j^.^^  ^-^^^  ^^^^^^^^  ^^^^^^  gewisser 
man  am  ersten  dciran  deniven,  daß  bei  der  gj^^^^.  ^^  ßj..^^^^^  ^^j^j^^  ^^g^^j^^  Anstelle 
betreffenden  elterlichen  Kreuzung  ein  taktor  ;  ^j^^.  .^^^^^^^^  papierenen  Farbtafeln  hat  Gray 
ganz  wegbleibt  oder  sich  zwei  sonst  seltene   ^^^^^^  -^ggg^         ^-^^^  „Tintometer"  angegeben, 


g 


Faktoren  treffen,  wodurch  die  rote  Farbe 
ausgelöst  wird;  Untersuchungen  über  den 
Vererbungsmodus  wären  höchst  wichtig. 
Vielleicht  steht  in  einem  gewissen  Zu- 
sammenhang mit  der  Rothaarigkeit  der 
Albinismus  (halbalbinotische  Neger  haben 
stets  rötliches  Haar).  Total  albinotische 
Haare  sind  weiß  (s.  auch  „Haut"),  zeichnen 
sich  durch  gänzlichen  Mangel  des  Pigmentes 


das  aber  wegen  Preis  und  Umfang  nur  im 
Laboratorium  verwendbar.  Sonst  ist  die 
neueste  Farbtafel  von  E.  Fischer  (1907) 
vorgelegt  und  wird  viel  benützt.  Sie  besteht 
aus  künstlichen  Haaren  (30  Nummern)  in 
Etuis  und  ist  durch  P.  Hermann  in  Zürich 
für  25  Mk.  zu  beziehen. 

Anmerkung.      Von    künstlicher    Beeinflus- 
sung des  Haares  sei  auf  die  Sitte  des  Epilierens 


aus;  halbalbinotische  haben  etwas  diffuses  hii^gewiesen,  der  viele  Völker,  besonders  haar- 
Pigment,  eventuell  auch  rötliche  Körnchen  arme  huldigen,  indem  die  Körperhaare  entfernt 
(Frederic).  _Total  albinotische  Individuen  werden;  allenthalben  werden  Haare  verschnitten 
zeio-en  ^spl^  sich  häufig  besonders  hinfällig,  oder  rasiert;  kaum  hierhergehörig  sind  Frisuren, 
schwächlich.  Der  Pigmentmangel  ist  eine  ,  da  sie  meist  das  Haar  als  solches  mtakt  lassen. 
rein  individuelle  Hemmungsmißbilduiig,  eine  Dagegen  sei  noch  künstliche  Färbung  u'id  Ent- 
xcu    luuiviLjiic  c  j,  TD,-,„uj>.Vig„„    farbung  bei  Kultur-  und  Naturvölkern  erwähnt 

wirkliche  Rasse  bezw.  deren  Ruchschldge  ^^^^^  ^^  posthume  Entfärbung  muß  man  denken 
darf  man  kemenfalls  dann  sehen.    Die  Ver- j  ^^g-  ^^^.  'geiu-teilung  von  Haaren  aus  der  Ver- 


erbung    erfolgt    nach     den     Mend  eischen 
Regeln  (rezessiv)  Pearson  u.  a.  (1911). 

Schließlich  muß  noch  die  normale  Ent- 
färbung der  Haare  im  Alter  erwähnt  werden, 
in  neu  sprießenden  Haaren  bildet  sich  kein 
Pigment  mehr,  so  werden  allmählich  beim 
normalen  und  unvermerkt  vorsichgehenden 
Haarwechsel  immer  mehr  farbige  Haare 
durch  weiße  ersetzt.  (Der  Glanz  des  weißen 
Haares  ist  durch  Gasbläschen  im  Haar 
bedingt.)  Der  Ersatz  der  farbigen  Haare 
kann  bei  sehr  raschem  Haarwechsel,  z.  B. 
nach  schweren  Ki-ankheiten,  relativ  schnell 
und  plötzlich  weiß  oder  wenigstens  grau 
erscheinen  lassen.  Ob  es  auch  wirklichen 
Pigmentverlust  im  stehenbleibenden  fertigen 
Haares  gibt,  also  wirklich  vollständig  plötz- 
liche Zerstörung  des  Pigmentes  und  Weiß- 
werden ist  noch  nicht  ganz  sicher  (s.  z.  B. 
Balz,  Anthr.  Korrespbl.  1908). 

Wirft  man  nun  einen  Blick  auf  die  Ver- 
teilung der  Haarfarben  über  die  Erde,  so 
muß  man  sagen,  der  Mensch  ist  ganz  vor- 
wiegend dunkelbraun,  schwarzbraun  und 
schwarz.  Schwarz  und  schwarzbraun  sind 
ganz  Amerika,  Australien,  Südsee,  Afrika 
und  Asien  mit  der  Ausnahme  der  spora- 
dischen Blonden  im  afrikanischen  Atlas- 
gebirge (s.  Rassenbeschreibung  Bd.  8,  S.  102) 
und  blonder  Elemente  nachweisbar  europäi- 
scher Einwanderung  im  Kaukasus  und  Vorder- 
asien.    Schwarzbraun  und  dunkelbraun  ist 


gangenheit,  so  ist  z.  B.  ägyptisches  Mumienhaar 
oft  gebleicht. 

Literatur.  Bloch  et  Vigier,  Eecherches  histol. 
sur  le  follicule  inleux  et  le  cheveu  de  dvux 
JVegres.  Bull.  Soc.  Anthr.  Paris  1904.  —  Bolk, 
Verbreitung  der  Rothaarigen  in  den  Nieder- 
landen. Zeitschr.  Morph.  Anthr.  XI,  1907.  — 
Davenport,  Hercdity  of  Hair  color  in  Man. 
Am.  Natural.  43.  1909.  —  E.  Fischer,  Be- 
stimmung der  menschlichen  Haarfarben.  Anthr. 
Korrespbl.  1907.  Erbliche  Haararmut  usiv. 
Ar  eh.  Rasse7i-Ges.  Biol.  1910.  —  Fr4d^ric, 
Si7iiishaare  der  Affen  usw.  Zeitschr.  3Iorph. 
Anthr.  1905.  Rasscmmterschiede  der  mensch- 
lichen Kopfhaare,  ebenda  1906.  Albinismus, 
ebenda  1907.  —  Friedenthal,  Beiträge  sur 
Naturgeschichte  des  ßlenschen.  Jena  1908  (Lit.). 
—  Fritsch,  Eingeborene  Südafrikas.  Breslau 
1872.  —  Derselbe,  Das  Haupthaar  und  seine 
Bildungsstättr  bei  den  Russen  des  Menschen. 
Berlin  1912  (Lit.).  —  Pearson,  Nettleship 
and  Usher,  A  Monograph  on  Albinism  in 
3Ian.  London  1911.  —  Schwalbe,  Richtung 
der  Haare  bei  Affenembr-yonen.  (Selen  ka 's 
„Menschenaffen"  X)     Wiesbaden  1911.  —   Wal- 

deyer,    Atlas   der   menschlichen Haare 

usiv.     Lahr  IS84.  —  Wiedersheivi,  Der  Bau 
des  ßlenschen  tmv.     Tübingen  1908. 

Eugen  Fischer. 


X' 


172 


Haffe  — HaU 


So    werden 


Haffe. 

durch    Strandwälle, 


Sand- 


eine Metallplatte  mit  viereckiger,  mit 
den  Kanten  den  Rhomboederdiagonalen 
paralleler    Oeffnung    gesetzt    ist,    die    man 


harren  oder  Dünen   ahgedämmte   Teile  des   ^,;^^.^.j^  jg,^  Kalkspat  doppelt  sieht.    Vor  diese 
Meeres  genannt.    Vgl.  den  Artikel  „Meere  .    q^v  .,-.., 


Hagenbach-Hischoff 

Eduard. 

Geboren  am  20.  Februar  1833  in  Basel,  gestorben 
am  23.  Dezember  1910  ebenda.  Er  studierte  in 
Basel,  Genf,  Berlin  und  Paris,  wurde  1856 
Lehrer  der  Physik  und  Chemie  an  der  Gewerbe- 
schule in  Basel,  1862  Professor  der  ^Mathematik 
und  1863  der  Physik  an  der  Universität  Basel, 
1874  Direktor  der  physikalischen  Anstalt  des 
Beniouillanums  1860  gab  er  eine  Korrelation 
des  Poiseuüleschen  Gesetzes  —  Strömung  in 
Kapillaren  —  wegen  der  lebendigen  Kraft  der 
Flüssigkeiten  heraus. 

Literatur.     Biogr.   Notiz   über   E.    H.-B.,    Arch. 
de   Genvve  31,  1911. 

E.  Drude. 


Haidillger 

Wilhelm  Karl  Ritter  von. 

Geboren  am  5.  Februar  1795  in  Wien,  gestorben 
am  19.  ]\Iärz  1871  ebenda.  Er  studierte  seit  1812 
in  Graz  und  Freiberg  Mineralogie ;  von  1822 — 1826 
lebte  er  im  Ausland,  zumeist  im  Hause  des 
Bankiers  Thomas  Allan  in  Edinburg,  mit  dessen 
Sohn  er  Reisen  nach  Skandinavien,  Deutschland, 
Frankreich  und  Italien  unternahm.  1827 — 1840 
lebte  er  in  Einbogen  in  der  Porzellanfabrik  seiner 
Brüder,  kam  dann  als  Bergrat  nach  Wien, 
wurde  Sektionsrat  im  Ministerium  für  Landes- 
kultur und  Bergwesen  und  an  der  geologischen 
Reichsanstalt.  Die  Berliner  Akademie,  zu  deren 
Gründung  er  1846  wesentlich  mitgewirkt  hatte, 
ernannte  ihn  zu  ihrem  Mitglied.  1866  trat  er  in 
den  Ruhestand.  Haidinger  veröffentlichte 
eine  große  Reihe  kristallographischer,  optischer 
und  mineralogischer  Untersuchungen.  Er  ist  der 
Entdecker  des  Dichroismus.  Seinen  Namen 
tragen  die  Haidinger  sehen  Büschel,  eine  Er- 
scheinung, die  durch  Einwirkung  von  polarisier- 
tem Licht  auf  die  Netzhaut  entsteht. 

Literatur.     Rose,  Erimnerungen  an  H.,  1871. 

E.  Drude. 


Haidingersche  Lupe. 

Ein  Apparat  zur  Untersuchung  des 
Pleochroismus.  Er  besteht  aus  einem  Kalk- 
spatrhomboeder,    vor    dessen    eine    Fläche 


Oeffnung  wird  das  zu  untersuchende  Mineral 
gehalten  und  gedreht.  Vgl.  den  Artikel 
,, Kristalloptik". 


Haies 

Stephan. 


Geboren  am  7.  oder  17.  September  1677  in 
Beckesbourne  in  Kent.  1696  begann  er  seine 
Studien  in  Cambridge,  die  theologischer, 
aber  auch  mathematischer  und  naturwissen- 
schaftlicher Art  waren.  1709  wurde  er  Pfarrer 
von  Teddington  in  Middlesex,  wo  er  sein  ganzes 
Leben  trotz  mehrerer  Berufungen  nach  ander- 
wärts blieb.  1717  wurde  er  zum  Mitglied  der 
Royal  Society  erwählt,  die  ihm  1739  die  Copley- 
Medaille  verlieh.  1733  wurcle  er  Doktor  der 
Theologie  von  Oxford  und  1753  auswärtiges 
Mitglied  der  Pariser  Akademie.  Er  starb  in 
Teddington  am  4.  Januar  1761.  Er  ist  namentlich 
als  Pflanzenphysiologe  berühmt  und  einer  der 
Begründer  der  experimentellen  Physiologie  über- 
haupt. In  seinem  Werke:  ,,Statical  Essays" 
(London  1727,  3.  Aufl.  1738)  behandelt  der  erste 
Band  ,,Vegetable  Statistiks"  unter  Anführung 
vieler  neuer  Versuche  die  Transpiration  der 
Pflanzen,  das  Wachstum,  den  Wurzeldruck  usw. 
Sehr  bemerkenswert  war  sein  Hinweis,  daß  ,,die 
Blätter  einen  Teil  ihrer  Nahrung  der  Luft"  ent- 
nehmen müßten,  und  seine  Erörterungen  darüber, 
welcher  Anteil  Luft  in  tierischen,  pflanzhchen 
und  mineralischen  Substanzen  verarbeitet  er- 
scheine. Der  zweite  Teil  (1733)  ,,Haemostaticks" 
bringt  Versuche  über  den  Blutdruck  usw.  Seine 
Untersuchungen  über  ,, verdorbene"  Luft  führten 
ihn  übrigens  zur  Erfindung  eines  Ventilators, 
der  in  Krankenhäusern  usw.  eingeführt  wurde. 

W.  Buhland. 


Hall 

James. 

Geboren  am  12.  September  1811  zu  Ilingham 
in  ^Massachusetts;  gestorben  am  7.  August  1898 
zu  Albany.  Von  1831  bis  1836  studierte  er  am 
polytechnischen  Institut  zu  Troy  (New  York), 
wo  er  selbst  danach  als  Lehrer  der  Chemie  und 
Naturwissenschaften,  später  auch  der  Cieologie 
tätig  war.  1837  erhielt  er  die  Leitung  der  4.  Sek- 
tion der  geologischen  Aufnahmen  im  Staate  New 
York  und  späterhin  bis  zu  seinem  Tode  die  der 
ganzen  Geological  Survey  of  the  St.  of  N.  Y. 
1858  erhielt  er  von  der  "Londoner  geologischen 
Gesellschaft  die  Wollaston-Medaille.  Seit 
1866  war  er  auch  Direktor  des  naturhistorischen 


Hall  —  Halogene  und  Halogenveiiiindungen 


173 


Museums  zu  Albany.  1897  nahm  er  noch  am 
Geologenkongreß  in  St.  Petersburg  und  an  der 
Exkursion  in  das  Uralgebirge  teil. 

Durch  Veröffentlichung  der  Jahresberichte 
der  geologischen  Landesaufnahmen  von  New 
York- (1838  bis  1843),  von  Iowa  (1858  bis  1859) 
und  Wisconsin  (1862),  worin  er  besonderen 
Wert  auf  die  sorgfältige  Beschreibung  der  pahäo- 
zoischen  Versteinerungen  dieser  Staaten  legte, 
hat  er  eine  paläontologische  Grundlage  für  das 
gesamte  Paläozoikum  des  westlichen  Kontinents 
geschaffen.  Außer  seinen  Experimenten  über  die 
Erstarrung  der  Eruptivgesteine  verdient  die  von 
ihm  zur  Erklärung  der  Gebirgsbildung  (1859) 
aufgestellte  ,, Gravitationstheorie"  Erwähnung, 
wonach  durch  die  allmähliche  Anhäufung  von 
Sedimenten  in  Senkungsgebieten  der  Erdkruste 
Faltungen  und  Risse,  also  Kettengebirge,  ent- 
stehen müßten. 

Literatur.  C.  Hovey,  Life  and  Work  of  James 
Hall.  Amer.  Geol.  23,  137  (1S99).  —  Encyclo- 
paedia  Britannica.  —  Ä.  v.  Zittel,  Geschichte 
der  Geologie  und  Paläontologie. 

K.  Spangenberg. 


Haller 

Albrecht  von. 


1708  bis  1777,  der  berühmte  Begründer  der  neu- 
zeitlichen Gesamtphysiologie.  Er  stammte 
aus  einer  vornehmen  Berner  Familie,  zeigte 
schon  als  Kind  seine  große  Begabung,  stu- 
dierte in  Tübingen  und  als  Schüler  von  B  0  e  r  - 
h  a  v  e  in  Leiden,  machte  wissenschaftUche  Reisen 
und  ließ  sich  in  Bern  nieder,  wo  er  anatomische 
Privatkurse  erteilte,  bis  er  1736  auf  Werl- 
h  0  f  s  Veranlassung  an  die  neubegründete  Uni- 
versität Göttingen  berufen  wurde,  wo  er  in 
zwanzigjähriger  universeller  Tätigkeit  nicht  allein 
die  junge  Fakultät  zu  ganz  ungewöhnlichem  Auf- 
schwung brachte,  sondern  auch  den  Grundstein 
zu  einer  Reformation  der  Physiologie  (und  Patho- 
logie) legte  mit  seiner  berühmten  Abhandlung 
Sermones  de  corporis  humani  sentientibus  et 
irritabilibus,  die  er  in  den  von  ihm  begründeten 
Commentarii  societatis  regiae  Gottingensis  II 
1753  veröffentlichte.  Diese  Abhandlung  gab  den 
Anstoß  zu  einer  Reihe  von  Systemen,  die  die 
Aerzte  bis  zum  ersten  Drittel  des  19.  Jahrh.  be- 
schäftigten und  durch  den  Vitalismus  schließlich 
zur  Begründung  der  allgemeinen  Anatomie  durch 
Pinel,  Bichat  u.  a.  führten.  In  seinem 
Riesenwerk  von  8  Quartbänden  Elementa  physio- 
logiae  corporis  humani  (1757  bis  1766)  lieferte 
H  a  1 1  e  r  eine  literarhistorisch-kiitische  Zu- 
sammenstellung der  damals  bekannten  gesamten 
Biologie,  nachdem  er  bereits  1747  mit  einem 
kurzen  Abriß  unter  dem  Titel  Primae  lineaephysio- 
logiae  hervorgetreten  war.  Bezüghch  der  übrigen 
immensen  literarischen  und  praktischen  Leis- 
tungen Hallers  als  Botaniker,  Bibliograph, 
belletristischer  Schriftsteller  usw.  sei  auf  die 
bekamite       historischen       Quellen       verwiesen. 


H  a  1  le  r  verließ  Göttingen  nach  zwanzigjähriger 
akademischer  Tätigkeit,  in  der  er  seinen  Geist 
dem  ganzen  Zeitalter  aufzuprägen  verstanden 
hatte,  und  siedelte  nach  seiner  Vaterstadt  über, 
wo  er  hauptsächhch  sich  literarisch  bschäftigte 
und  an  einen  schweren  Magenleiden  starb. 

Literatur.     Biogr.  Lex.  ed.  Hirsch. 

J.  Paget. 


Halley 

Edmund. 

Geboren  am  29.  Oktober  1656  in  Haggerston  bei 
London,  gestorben  am  14.  Januar  1742  in  Green- 
wich.  Er  war  der  Sohn  eines  wohlhabenden 
Seifensieders,  studierte  in  Oxford;  1676  unter- 
nahm er  eine  Reise  nach  St.  Helena,  um  die 
Sterne  des  südlichen  Himmels  zu  beobachten. 
1678  wurde  er  Mitglied  der  Royal  Society,  1703 
Professor  der  Geometrie  in  Oxford,  1720  Direktor 
der  Sternwarte  in  Greenwich.  In  den  Jahren 
1698  bis  1700  machte  er  Reisen  nach  Amerika 
und  Afrika,  um  magnetische  Messungen  zu  unter- 
nehmen und  gab  1700  die  erste  Karte  der  ma- 
gnetischen Isogonen  heraus.  In  einer  1705  ver- 
öffentlichten Abhandlung  berechnete  er  die 
Bahnelemente  der  Kometen;  er  nahm  an,  daß 
die  Kometerscheinungen  von  1531,  1607  und 
1682  von  ein  und  demselben  Kometen  herrührten 
und  berechnete  dessen  Wiederkehr;  dieser  wird 
der  Halleysche  Komet  genannt. 

i:.  Drude. 


Halogene 

und 

Halogenverbindnngen. 

Als  „Halogene"  d.  h.  ,,  Salzbildner" 
(«Ic  =  Salz)  bezeichnet  man  die  Elemente 
Fluor,  Chlor,  Brom  und  Jod  (vgl.  den 
Artikel  ,, Fluorgruppe"). 

Die  salzartigen  anorganischen  Verbin- 
dungen dieser  Elemente  mit  Metallen 
und  metallähnlichen  Radikalen,  sowie  die 
Halogenverbindungen  der  Nichtmetalle 
werden  in  den  die  betreffenden  Elemente 
oder  Gruppen  behandelnden  Abschnitten, 
die  Halogenw^asserstoff-  und  Halogensauer- 
stoffsäuren im  Artikel  „Fluorgruppe"  be- 
sprochen. 

Die  HalogensLibstitutionsverbindungen 
der  organischen  Stoffe  sind  in  den  die 
Muttersubstanzen  beschreibenden  Kapiteln, 
also  z.  B.  in  den  Artikeln  „Aliphatische 
Kohlenwasserstoffe",  „(Organische) 
Säuren",  „Benzolgruppe"  u.  a.  nachzu- 
sehen. 

Die  organischen  Derivate  der  Halogen- 
sauerstoffsäuren    findet    man     im    Artikel 


174 


Halogene  und  Halogenvevbindungen  -^  Harn 


„Ester",  die  „Säurechloride"  im  Artikel 
„Säuren".  Vgl.  auch  den  Artikel  „Che- 
mische  Typen". 


Hamilton 

Sir  William  Rowan. 

Geboren  am  4.  August  liSUö  in  Dublin,  gestorben 
am  2.  September  1865  in  Dunsink  bei  Dublin. 
Er  studierte  seit  1824  in  Dublin,  wurde  1827 
Professor  der  Astronomie  in  Dublin,  1837  Präsi- 
dent der  Royal  Irish  Aeademy.  1832  entdeckte 
er  auf  theoretischem  Wege  die  konische  Refrak- 
tion des  Lichts,  1834  fand  er  das  nach  ihm  be- 
nannte Prinzip  der  Kräftefunktion. 

Literatur.     Graves,  Life  of  Sir  William  Rowan 
Hamilton.     Diihlin  1882 — 1889. 

E.  Drude. 


Hammada. 


Eine  steinige  Wüstenform,  Kieswüste 
Nordafrikas.  Vgl.  den  Artikel ,, Geologische 
Wirkungen  der  Atmosphäre". 


Hankel 

Wilhelm  Gottlieb. 

Geboren  am  17.  Mai  1814  in  Ermsleben,  Regie- 
rungsbezirk Merseburg,  gestorben  am  17.  Februar 
1899  in  Leipzig.  Er  studierte  in  Halle  Natur- 
wissenschaften, wurde  dort  1836  Lehrer  der 
Naturwissenschaften  an  den  Frankeschen  Stif- 
tungen, 1840  Privatdozent  für  Physik  und  Che- 
mie an  der  dortigen  Universität,  1847  außerordent- 
licher und  1849  ordentlicher  Professor  der  Physik 
in  Leipzig,  1887  legte  er  die  Direktion  des  physi- 
kalischen Instituts  nieder.  Er  lieferte  zahlreiche 
Untersuchungen  über  Pyroelektrizität,  ferner 
über  das  elektrische  Verhalten  der  Flammen. 
Er  gab  die  erste  Idee  eines  Hitzdrahtstrom- 
messers und  konstruierte  ein  sehr  empfindliches 
Goldblättchenelektrometer. 

Literatur.  Nekrologe  von  C.  Neumann  und 
P.  Drude,  Leipz.  Ges.  d.  Wissensch.,  Ber.  51. 
—  C.    Voit,  ilünchen,  Äkad.  S.-B.  30. 

E.  Drude. 


sächlich  Naturwissenschaft.  Er  war  darauf 
einige  Jahre  als  Lehrer  in  Berlin  tätig  und  habili- 
tierte sich  1855  als  Privatdozent  der  Botanik 
an  der  dortigen  Universität,  1861  wurde  er  Kustos 
am  kijniglichen  Ilerbar  daselbst  und  1865  als 
Nachfolger  Schachts  Professor  und  Direktor 
des  Botanischen  Gartens  in  Bonn,  wo  er  am 
27.  August  1880  starb.  Seine  Bedeutung 
liegt  in  morphologischen  und  entwickelungs- 
geschichtlichen  Arbeiten,  so  über  den  Bau  und 
die  Entwickelung  der  Baumrinde  (1853),  über 
den  Zusammeidiang  der  Blattstellung  mit  dem 
dikotylen  Holzringe  (1858),  über  ,,Die  Milchsaft- 
gefäße und  die  verwandten  Organe  der  Rinde" 
(1864),  besonders  aber  über  den  Vegetationspunkt 
(1868)  und  die  Arbeit  ,,Ueber  die  Entwickelung 
des  Keimes  bei  ^lono-  und  Dikotylen"  (1870). 
In  seinen  allgemeinen  Vorstellungen  erscheint 
er  von  A.  Brauns  Naturphilosophie  und 
vitalistisch  beeinflußt. 

Literatur.     H.     Vöchting     in    Botan.    Zeitung, 
Bd.  39,  Jahrg.  1881,  S.  S33—S42. 

W.   Buhland. 


Hausteiu 

Johannes  Ludwig  Emil  Robert. 

Geboren  am  15.  Mai  1822  in  Potsdam  bei  Berlin. 
Er  studierte  von  1844  bis  1848  in  Berlin  haupt- 


Harn. 

1.  Einleitung.  2.  Die  Ausscheidung  des  Harns: 
a)  Anatomie  der  Harnorgane,  b)  ]\lechanik  der 
Absonderung  des  Harns,  c)  Die  Entleerung  des 
Harns.  3.  Die  Zusammensetzung  des  Harns  bei 
den  verschiedenen  Tierarten.  4.  Die  ciuantitative 
Zusammensetzung  des  normalen  Menschenharns. 
5.  Die  allgemeinen  und  physikalischen  Eigen- 
schaften des  Harns.  6.  Uebersicht  über  die  im 
Harn  vorkommenden  chemischen  Substanzen. 
7.    Die   anorganischen   Bestandteile   des    Harns: 

a)  Basen,  a)  Kalium  und  Natrium.  ß)  Am- 
moniak,   y)  Calcium  und  ^lagnesium.     d)  Eisen. 

b)  Säuren,  a)  Chloride,  ß)  Sulfate,  y)  Phosphate. 
(5)  Selten  vorkommende  Säuren,  c)  Gase.  8.  Or- 
ganische Bestandteüe:  a)  Harnstoff,  b)  Gesamt- 
stickstoff, c)  Carbaminsäure.  d)  Purinkörper. 
a)  Harnsäirre.  ß)  Purinbasen.  e)  Allantoin. 
f)  Kreatin  und  Kreatinin.  g)  Hippursäure. 
h)  Phenacetursäure.  i)  Gepaarte  Säuren,  a) 
Aetherschwefelsäuren.  aa)  Phenol-  und  p-Kresol- 
schwefelsäure.  ßß)  Breuzkatechin-  und  Hydro- 
chinonschwefelsäure.  yy)  Indoxylschwefelsäure. 
öd)  Skatoxylschwefelsäure.  ß)  Gepaarte  Glu- 
kuronsäuren.  k)  Aromatische  Oxysäuren.  1) 
Aminosäuren  und  Amine,  m)  Schwefelhaltige 
Verbindungen,  n)  S-  und  N-haltige  Verbindungen 
unbekannter  Konstitution.  o)  Harnfarbstoffe. 
a)  Urochrom.  ß)  Urobilin.  y)  Uroerythrin. 
d)  Urorosein.  e)  Hämatoporphyrin.  p)  Organi- 
sche Säuren,  a)  Oxalsäure.  //)  Bernsteinsäure. 
y)  Milschäure.  ö)  Flüchtige  Fettsäuren.  q\) 
Acetonkörper.  r)  Eiweiß,  Fett  und  Kohlehy- 
drate, s)  Fermente.  9.  Harnsedimente  und 
Harnknnkremente.  10.  Pathologische  Harn- 
bestandteile: a)  Eiweiß,  b)  Blut  und  Blutfarb- 
stoffe, c)  Galle  und  Gallenbestandteüe.  d) 
Kohlehydrate. 

I.  Einleitung.  Von  den  Endprodukten 
des  tierischen  Stoffwechsels  gelangt  der 
größte  Teil  des   Kohlenstoffs  in  Form  von 


Harn 


175 


Kohlensäure  durch  die  Lungen,  ein  Teil  des 
Wassers  durcli  Verdunstung  durch  die  Haut 
zur  Ausscheidung.  Der  übrige  Teil  des 
Kohlenstoffs,  ein  großer  Teil  des  auf- 
genommenen Wassers,  die  Salze,  die  stick- 
stoffhaltigen Endprodukte  des  Stoffwechsels, 
Gifte  und  Medikamente  werden  durch  die 
Nieren  aus  dem  Körper  entfernt.  Das 
Sekretionsprodukt  der  Nieren,  der  Harn, 
enthält  also  in  wässeriger  Lösung  den  größten 
Teil  der  Endprodukte  des  Stoffwechsels,  so 
weit  dieselben  nicht  durch  die  Lungen,  die 
Haut    und    den    Darm    eliminiert    werden. 

2.  Die  Ausscheidung  des  Harns. 
2a)  x\natomie  der  Harnorgane.  Die 
Harnorgane  der  Menschen  und  der  höheren 
Säugetiere  bestehen  aus  den  beiden  Nieren, 
den  eigentlichen  Absonderungsorganen.  An 
diese  schließen  sich  die  Ureteren  an,  welche 
die  Fortleitung  des  gebildeten  Harns  in  ein 
Sammelorgan,  die  Harnblase,  übernehmen. 
Aus  der  Harnblase  wird  der  Harn  durch  die 
Harnröhre  nach  Außen  befördert. 

Die  Nieren  sind  bohnenförmige  Organe, 
welche  zu  beiden  Seiten  der  Wirbelsäule 
gelegen  sind,  und  zwar  die  rechte  gewöhn- 
lich tiefer  als  die  linke.  Die  Oberfläche  der 
Niere  ist  glatt  und  von  dunkelbraunroter 
Farbe.  Am  inneren  konkaven  Rand  befindet 
sich  ein  Einschnitt,  Hilus,  für  den  Ein-  und 
Austritt  der  Nierengefäße.  Auf  dem  Längs- 
durchschnitt der  Niere  und  des  zugehörigen 
Ureteranfangs  (Fig.   1)  sieht  man,  daß  der 


Fig.  1.  Niere  im  frontalen  Längsdurchschnitt,  -/s. 

Ureter  sich  nach  der  Niere  hin  zu  einem 
Hohlraum,  dem  Nierenbecken,  erweitert. 
Das  Nierenbecken  setzt  sich  in  eine  Reihe 


von  Nierenkelchen  fort,  in  welche  pyramiden- 
förmige Gebilde,  Mal pighi sehe  Pyramiden, 
hineinragen,  deren  Spitzen  von  den  Nieren- 
kelchen umgriffen  werden.  Diese  Pyramiden 
besitzen  kleine  Oeffnungen,  aus  denen  der 
Harn  ausgeschieden  wird.  Diese  Teile,  Mark- 
substanz, werden  von  der  Rindensubstanz 
umgeben,  die  zwischen  die  Pyramiden  Fort- 
sätze entsendet. 

Ihrem  mikroskopischen  Bau  nach  ge- 
hört die  Niere  zu  den  zusammengesetzten 
tubulösen  Drüsen.  Sie  besteht  aus  einer 
Reihe  von  Röhrchen,  den  Harnkanälchen, 
die  in  der  Rindensubstanz  gewunden  und  in 
der  Marksubstanz  gestreckt  verlaufen  (Fig.  2). 
Jedes  Harnkanälchen  beginnt  in  der  Rinde 
mit  einer  kugeligen  Auftreibung,  dem 
Mal  pighi  sehen  Körperchen,  welches  sich 
in  das  gewundene  Kanälchen,  Tubulus 
contortus,  fortsetzt.  Dieses  geht  in  einen 
gestreckten,  im  Mark  liegenden  Teil,  Tubulus 
rectus,  über,  der  anfangs  nach  dem  Nieren- 
beclven  hin  verläuft,  dann  aber  umbiegt 
und  die  Henlesche  Schleife  bildet.  Der  auf- 
steigende Teil  dieser  Schleife  geht  in  ein 
gewundenes  Schaltstück  über,  das  wieder 
nach  dem  Nierenbecken  umbiegt  und  in 
Sammelröhrchen  endigt.  Die  Sammel- 
röhrchen  vereinigen  sich  und  münden  in 
den  Spitzen  der  Nierenpapillen  in  das  Nieren- 
becken. 

Die  Malpighischen  Körperchen  bestehen 
aus  einem  Gefäßknäuel,  dem  Glomerulus, 
der  in  das  sackförmig  erweiterte,  blinde  An- 
fangsstück des  Harnkanälchens,  die  Kapsel, 
so  eingestülpt  ist,  daß  er  von  der  Kapsel  fast 
vollständig  umfaßt  wird.  Das  dem  Gefäß- 
knäuel anliegende  innere  Blatt  des  Glomerulus 
besteht  aus  einer  vielkernigen  Protoplasma- 
schicht,  das  äußere  Blatt  aus  glatten,  poly- 
gonalen Zellen;  das  äußere  Blatt  setzt  sich 
in  das  gewundene  Harnkanälchen  fort.  Das 
gewundene  Harnkanälchen  besitzt  Zellen  mit 
körnigem  Protoplasma,  das  radiär  zum 
Drüsenlumen  gestreift  ist:  die  Henlesche 
Schleife,  das  Schaltstück,  die  Sammelröhr- 
chen haben  niedrige,  dachziegelförniig  neben- 
einanderliegende, polygonal  abgeplattete 
Zellen. 

Was  die  Blutversorgung  der  Niere  be- 
trifft, so  ist  dieselbe  entsprechend  ihrer 
Funktion  sehr  reichlich.  Die  Zweige 
der  Ai-teria  renalis  gehen  vom  Hilus  bis 
zur  Grenze  zwischen  Rinde  und  Mark  ohne 
Anastomosen;  dann  lösen  sie  sich  in  die 
Arteriae  interlobulares  auf,  welche  die  Vasa 
afferentia  an  die  Glomeruli  abgeben.  Diese 
bilden  dort  die  Gefaßknäuel  und  verlassen 
als  Vasa  efferentia  (noch  arteriell),  die  enger 
sind  als  die  Vasa  atferentia,  die  Malpighi- 
schen Körper.  Diese  lösen  sich  jetzt 
in  Kapillaren  auf  und  gehen  in  die  Venae 
interlobulares  über.    Ein  Teil  des  arteriellen 


17G 


Ham 


Blutes  geht  als  Arteriolae  rectae  direkt  des  Blutplasmas,  aus  dem  er  durch  die  T.ätig- 
an  die  Grenze  der  Markschicht  und  löst  sich  :  keit  der  Niere  abgesondert  wird,  unter- 
in pinselförmige  Kapillaren  auf,  welche  die  scheidet.  Er  enthält  einerseits  eine  ganze 
Harnkanälchen  umziehen.   Aus  diesen  Kapil-  [  Keihe  von  Stoffen  (wie  Harnstoff,  40  bis  öOmal 


Läppchen 


Läppclien 


Veibindungsstücke  -.^ 


Sclialtstück-, 


Tulnilus  contortus- 


Xierenkörperchen-,, 


Schaltstüek'^ 

Dicker  ^Abschnitt  der — 7 

/  Henleschen 
Dünner'       Schleife      __^ 


Sammelröhrchen-  - 


' Tunica  allmsinea 


■  Vena  stellata 


-—Arteria  interlolnilaris 
— Vena  interloljularis 


.Arteria  arciformis 
.Vena  arciformis 


— Arteria  interlobiilaris 
— Vena  interlobularis 


Ductus  papillaris — 

■Papille 

Fig.  2.     Schema  des  Verlaufs  der  Harnkancälchen  und  der  Nierengefäße.     Nach  Stöhr. 


laren  bilden  sich  die  Anfänge  der  Venen,  aus 
denen  durch  Vereinigung  allmählich  die 
Venulae  rectae  zusammenfließen,  die  dann 
in  den  unteren  Teil  der  Venae  interlobulares 
einmünden. 

2b)  Mechanik  der  Absonderung  des 
Harns.  Eine  Theorie  über  die  Mechanik 
der  Harnabsonderung  hat  die  Tatsache  zu 
berücksichtigen,  daß  die  Niere  nicht  die 
Stoffe,  die  sie  absondert,  auch  bildet,  sondern 
daß  diese  in  anderen  Organen  bereitet 
und  durch  das  Blut  der  Niere  zugeführt 
werden,  oder  aber  zum  Teil  schon  fertig  aus 
der  Nahrung  stammend,  in  den  Nieren  zur 
Ausscheidung  gelangen.  Mit  alleiniger  Aus- 
nahme der  Hippursäure  werden  z.  B.  die 
wichtigsten  stickstoffhaltigen  Bestandteile 
des  Harns  wie  Harnstoff,  Harnsäure,  Purin- 
derivate,  Phenolabkömmlinge  nicht  in  der 
Niere,  sondern  zum  größten  Teil  in  der  Leber 
aus  einfachen  Verbindungen  aufgebaut  oder 
gepaart.  Ferner  ist  zu  berücksichtigen, 
daß  die  Zusammensetzung  des  Harns  sich 
in  vieler  Hinsicht  von  der  Zusammensetzung 


so  konzentriert),  Kochsalz  (2  mal  so  konzen- 
triert), Harnsäure  in  viel  stärkerer  Konzen- 
tration als  das  Blut  und  andererseits  ist  eine 
Reihe  von  Stoffen,  die  im  Blut  vorkommen, 
wie  Eiweiß  und  Traubenzucker,  in  ihm 
normalerweise  gar  nicht  oder  nur  in  ganz 
geringen  Mengen  vorhanden.  Um  dieses 
eigentümliche  Verhalten  zu  erklären,  sind 
verschiedene  Theorien  aufgestellt,  von  denen 
aberkeine  in  völligeindeutigerund  befriedigen- 
der Weise  die  Sekretion  des  Harns  in  der 
Niere  aufklärt.  Man  hat  versucht  die  Harn- 
absonderung auf  rein  physikalisch-chemische 
Kräfte  wie  Filtration  und  Osmose  zurück- 
zuführen, aber  eine  Reihe  von  Erscheinungen 
lassen  sich  durch  diese  Annahme  nicht 
deuten.  Man  sah  sich  deshalb  gezwungen, 
ebenso  wie  bei  der  Sekretion  der  Verdauungs- 
drüsen, eine  aktive  Tätigkeit  der  Zellen  an- 
zunehmen, ohne  dabei  aber  einen  näheren 
Aufschluß  über  die  Art  und  Weise  dieser 
Zelltätigkeit  gewinnen  zu  können.  Die 
Theorie,  die  die  Absonderung  des  Harns 
auf     rein      physikalisch-chemische      Kräfte 


Hai-n 


177 


zurückzuführen  sucht,  ist  von  Ludwig  1844 
aufgestellt  worden.  Nach  ihm  wird  in  den 
Glomerulis  der  Harn  mit  allen  seinen  Be- 
standteilen in  starker  Verdünnung  durch 
Filtration  unter  der  Einwirkung  des  Blut- 
drucks ausgeschieden  und  in  den  Harn- 
kanälchen  findet  dann  eine  Rückresorption 
von  Wasser  statt  und  der  Harn  wird  dadurch 
eingedickt.  Eine  zweite  Theorie,  1842  von 
B  0  w  m  a  n  aufgestellt  und  später  von  Heiden- 
hain  näher  begründet,  nimmt  an,  daß 
in  den  Glomerulis  nur  das  Wasser  ausge- 
schieden wird,  die  spezifischen  Harnbestand- 
teile dagegen  in  den  Epithelzellen  der 
gewundenen  Harnkanälchen  durch  aktive 
Zelltätigkeit  sezerniert  werden. 

Ausführliche  xVuseinandersetzungen  über 
die  Theorien  der  Harnabsonderung  finden 
sich  bei  Metzner  ,,Die  Absonderung  und 
Herausbeförderung  des  Harns"  in  Nagels 
Handbuch  der  Physiologie  Bd.  II,  S.  205  und 
bei  Magnus  ,,Die  Tätigkeit  der  Nieren"  in 
Oppenheimers  Handbuch  der  Biochemie 
Bd.  III,  Teil  1,  S.  477. 

Wir  wollen  hier  nur  in  Kürze  die  einzelnen 
Tatsachen,  die  für  die  Richtigkeit  der  einen 
oder  der  anderen  Theorie  gefunden  sind, 
besprechen.  Die  Abhängigkeit  der  Harn- 
sekretion vom  Blutdruck  erschloß  man  aus 
folgenden  Versuchen.  Verminderte  man  den 
Blutdruck  auf  40  bis  50  mm  Quecksilber, 
so  hörte  die  Harnausscheidung  auf.  Diese 
Verminderung  des  Blutes  erreichte  man  durch 
Aderlaß  oder  durch  Reizung  des  Vagus 
oder  durch  Durchschneidung  des  Rücken- 
marks in  der  Halsgegend.  Steigerte  man  den 
Blutdruck  durchVerschließen  großer  Ai'terien- 
stämnie  oder  durch  Reizung  vasomotorischer 
Nerven,  so  nahm  die  Harnsekretion  zu. 
Ferner  hatte  man  beobachtet,  daß  durch 
Reizung  gewisser  Nierennerven,  die  vom 
Splanchnicus  major  ausgehen,  eine  Vermeh- 
rung der  Harnmenge  eintrat ,  oder  nach 
deren  Durchschneidung  eine  Verminde- 
rung. Aber  direkte  Sekretionsnerven  für ; 
die  Nieren  gibt  es  nicht.  Denn  diese  Tat-  ■ 
Sachen  lassen  sich  alle  als  Folge  von  vaso- 
motorischen Einflüssen  deuten.  Auch  dauert  | 
die  Harnsekretion,  wenn  auch  in  verminderter 
Menge  fort,  wenn  sämtliche  zur  Niere 
gehenden  Nerven  durchschnitten  werden. 
Dagegen  spricht  auch  die  Möglichkeit,  die 
Niere  eines  Tieres  in  ein  anderes  einzupflanzen 
(Correl  und  Gurthrie)  und  dort  funktions- 
fähig zu  erhalten.  Außerdem  nimmt  die 
Nierensekretion  zu,  je  größer  der  Gehalt  des 
Blutes  an  harnfähigen  Substanzen,  Wasser, 
Kochsalz,  Harnstoff  ist.  Spritzt  man  solche 
Stoffe  ins  Blut  ein,  so  vermehrt  sich  die  \ 
Harnmenge  (Diurese)  in  dem  zuweilen 
die  Durchblutung  der  Niere  zunimmt.  Die- ; 
selbe  kann  aber  auch  vollständig  fehlen  und 
trotzdem  Diurese  eintreten.   Eine  Steigerung  . 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


des  Blutdrucks  tritt  nicht  auf.  Besonders 
die  sogenannte  Salzdiurese  ist  in  dieser  Hin- 
sicht genauer  erforscht  worden. 

Daß  es  sich  aber  nicht  allein  um  einen 
Filtrationsprozeß  handeln  kann,  geht  schon 
daraus  hervor,  daß  die  Niere  nur  mit  Aus- 
wahl im  Blute  gelöste  Stoffe  ausscheidet,  z.  B. 
Harnstoff  in  jeder  Menge,  Zucker  und  Eiweiß 
normaler  Weise  nicht  oder  nur  in  Spuren; 
außerdem  sind  gewisse  Gifte  imstande,  die 
Tätigkeit  der  Epithelzellen  zu  steigern, 
z.  B.  Codein  und  Alkohol,  und  andere, 
wie  Atropin,  ihre  Tätigkeit  herabzu- 
setzen. Deshalb  ist  man  heute  der  An- 
sicht, daß  die  Ausscheidung  des  Harns  durch 
aktive  Zelltätigkeit  bewirkt  wird.  Diese 
Ansicht  wird  durch  eine  Reihe  von  Ueber- 
legungen  und  Versuchen  gestützt.  Wenn 
die  Ausscheidung  des  Harns  ein  einfacher 
Filtrationsvorgang  wäre,  so  dürfte  man  nur 
ein  Filtrat,  also  einen  Harn  erwarten,  dessen 
osmotischer  Druck  gleich  oder  kleiner  als 
der  des  Blutes  ist.  In  Wirklichkeit  ist  aber 
der  osmotische  Druck  des  normalen  Harns 
(24  Atmosphären),  gemessen  durch  die 
Gefrierpunktserniedrigung,  viel  größer  als 
der  des  Blutes  (7  Atmosphären).  Bei  sehr 
konzentrierten  Harnen  kann  er  bis  auf 
40  Atmosphären  steigen;  bei  reichlichem 
Wassertrinken  kann  er  bis  auf  2  Atmosphären 
sinken,  ohne  daß  die  Konzentration  des 
Blutserums  sich  hierbei  wesentlich  ändert. 
Daraus  geht  also  hervor,  daß  die  Niere 
osmotische  iVrbeit  leistet  und  zwar  sowohl 
bei  wasserreichem  Harn,  wo  die  osmotische 
Druckdifferenz  um  4,8  Atmosphären  größer 
ist  als  der  arterielle  Blutdruck,  als  auch  bei 
konzentriertem,  wo  die  ^Arbeit  noch  größer  ist, 
weil  die  Zellen  dem  arteriellen  Blutdruck 
entgegenarbeiten  müssen.  Auch  die  Sekre- 
tion eines  Harns,  dessen  osmotischer  Druck 
gleich  dem  des  arteriellen  Blutes  ist,  er- 
fordert osmotische  xArbeit,  weil  die  einzelnen 
Bestandteile  des  Harns  in  anderer  Konzen- 
tration darin  enthalten  sind  wie  im  Blute. 

Versuche  von  Brodle  und  Bar  er  oft  über 
den  Gasgehalt  des  venösen  und  arteriellen 
Blutes  bei  der  arbeitenden  und  nicht  arbeiten- 
den Niere  unter  gleichzeitiger  Bestimmung 
der  Blutmenge,  die  in  einer  gewissen  Zeit 
durch  die  Niere  fließt,  haben  ferner  ergeben, 
daß  die  Werte  des  Sauerstoffverbrauchs  und 
der  Kohlensäureproduktion  der  stark  arbeiten- 
den Niere  um  das  zwei-  bis  dreifache  höher 
sind  als  die  entsprechenden  Werte  der  nicht 
arbeitenden  Niere.  Ebenso  kann  die  Tempe- 
ratur des  Harns  um  0,4"  höher  sein  als  die 
des  Blutes. 

Was  nun  die  Funktion  der  einzelnen 
Bestandteile  des  sezernierenden  Apparates 
der  Nieren  betrifft,  so  nimmt  man  heute 
wohl  allgemein  an,  daß  die  Ausscheidung  des 
Wassers  in  den   Glomerulis  erfolgt.     Diese 

12 


178 


Harn 


Ansicht  ist  schon  von  Bowinan  und  Ludwig; 
aiisgesproclion  worden  mit  der  Be,<i;ründunif, 
daß  die  reichliche  KapiUarcntwickehing  im 
Cdomeruhis  und  die  Stauung  des  Bhites 
durch  Enge  des  Vas  eft'erens  den  Wasser- 
austritt begünstige. 

Nußbaum,  D  res  er  u.  a.  liaben  an 
Fröschen  die  Nierenarterie,  die  ausscldießlicli 
die  ^lalpighi sehen  Körperchen  versorgt, 
^vähren(l  die  Nieren  ])fortader  die  gewundenen 
HarnkaniUchen  mit  Kapillaren  umspinnt, 
unterbunden  und  beobachteten  ein  Versiegen 
dei  Wasserausscheidung,  während  einge- 
spritzte Farbstoffe,  wie  indigschwefelsaures 
Natrium  in  den  gewundenen  Kanälchen  aus- 
geschieden werden.  Nach  Aetzung  eines  Teiles 
der  Rinde  mit  Höllenstein  bei  Kaninchen 
(Heidenhain)  und  dadurch  Zerstörung  der 
zugehörigen  Glomeruli  bleibt  der  in  das 
Blut  injizierte  Farbstoff  in  den  von  diesen 
abwärts  gelegenen  Tubuli  contorti  liegen, 
während  in  den  Tubuli  contorti,  deren  Glome- 
ruli erhalten  sind,  der  Farbstoff  heraus- 
gespült wird.  Erstere  erscheinen  ganz  dunkel- 
blau, letztere  hellblau  oder  schon  farblos. 
Ein  Teil  der  Pyramiden,  der  die  Tubuli  recti 
enthält,  bleibt  imterhalb  der  abgeätzten  Stelle 
ganz  farblos.  Nach  hoher  Rückenmarks- 
durchschneidung  sinkt  der  Blutdruck  in- 
folge Durchschneidung  der  Vasokonstriktoren 
und  die  Sekretion  von  Harn  hört  auf.  Der 
eingespritzte  Farbstoff  bleibt  dann  in  den 
Epithelzellen  der  gewundenen  Harnkanälchen 
liegen  und  die  Glomeruh  erscheinen  frei  von 
Farbstoff.  Ferner  beobachtet  man  bei 
Nierenerkrankungen,  die  man  bei  Tieren 
durch  Kantharidinvergiftung  hervorruft,  die 
Absonderung  eines  spärlichen  und  sehr 
konzentrierten  Harns  und  die  mikroskopische 
Untersuchung  zeigt,  daß  durch  das  Kantha- 
ridin  hauptsächlich  die  Glomeruli  verändert 
werden. 

Aus  allen  diesen  Versuchen  geht  also 
hervor,  daß  die  Glomeruli  der  Hauptaus- 
scheidungsort für  das  Wasser  sind.  Damit  ist 
natürlich  nicht  bewiesen,  daß  nicht  auch  in 
den  Harnkanälchen  Wasser  zur  Ausscheidung 
gelangt,  oder  daß  in  den  Glomerulis  außer 
dem  Wasser  nicht  auch  feste  Bestandteile 
ausgeschieden  werden. 

Der  Hauptausscheidungsort  der  festen 
Bestandteile  sind  die  Epithelzellen  der 
gewundenen  Harnkanälchen.  Das  wird 
zunächst  für  gewisse  Farbstoffe  durch  Ver- 
suche von  Heidenhain  bewiesen.  Er 
spritzte  Tieren  indigschwefelsaures  Natrium 
ein,  einen  Farbstoff,  der  sich  mikroskopisch 
leicht  in  den  Zellen  fixieren  läßt,  und  fand, 
daß  die  Glomeruli  und  Tubuli  recti  farb- 
los waren,  dagegen  die  Epithelzellen  der 
Tubuli  contorti  gefärbt.  In  einzelnen  Zellen 
konnte  er  sogar  das  Auftreten  von  blauen 
Kristallen  nachweisen.     Wurde  auf  irgend- 


eine Weise  die  Funktion  der  Glomeruli,  und 
damit  die  Wassersekretion  austreschaltet, 
so  blieb  der  Farbstoff  im  Lumen  der  Harn- 
kanälchen liegen  und  wurde  nicht  abgeführt. 
Wurde  beim  Frosch  die  Nierenpfortader 
unterbunden,  und  damit  die  Blutversorgung 
der  Tubnli  contorti  ausgeschaltet,  so  wurde 
der  Farbstoff  nicht  ausgeschieden,  während 
die  Sekretion  von  Wasser  durch  die  Glome- 
ruli, die  ja  von  der  Nierenarterie  versorgt 
werden,  fortdauert.  Diese  Versuche  sind 
dann  für  andere  Farbstoffe,  für  Harnsäure, 
für  Eisen  und  Kalk  in  demselben  Sinne  ent- 
schieden. Ebenso  findet  man  Harnsäure- 
infarkte nur  in  den  Epithelzellen  der  Tubuli 
contorti.  Daß  auch  die  Ausscheidung  der 
übrigen  festen  Bestandteile  wie  Harnstoff, 
Chloride  usw.  durch  die  Zellen  der  Tubuli 
contorti  erfolgt,  ist  bis  jetzt  nicht  bewiesen, 
aber   als   sehr  wahrscheinlich    anzunehmen. 

Fassen  wir  zum  Schlüsse  nochmals  die 
Ergebnisse  aller  Versuche  zusammen,  so 
kommen  war  zu  folgender  Vorstellung  über 
die  Mechanik  der  Harnabsonderung:  1.  Die 
Sekretion  des  Harns  erfolgt  durch  aktive 
Zelltätigkeit.  2.  Die  Ausscheidung  des 
Wassers  erfolgt  in  den  Glomerulis.  3.  Die 
Ausscheidung  der  festen  Bestandteile  ge- 
schieht in  den  Epithelzellen  der  Tubuli 
contorti. 

2c)  Die  Entleerung  des  Harns.  Aus 
den  Sammelröhrchen  wird  der  Harn  durch 
nachrückendes  Sekret  infolge  des  Sekretions- 
drucks in  das  Nierenbecken  entleert  und 
gelangt  von  dort  durch  die  Ureteren  in  die 
Harnblase.  Die  Fortbewegung  des  Harns 
durch  die  Ureteren  erfolgt  durch  peristal- 
tische  Bewegungen  der  Muskelschichten  der- 
selben. Diese  Bewegungen  erfolgen  reflekto- 
risch durch  den  eintretenden  Harn  und  zwar 
mit  einer  Schnelligkeit  von  20  bis  30  mm  in 
der  Sekunde  und  immer  nach  abwärts.  Die 
Schnelligkeit  der  Bewegung  ist  abhängig 
von  der  Spannung  des  Ureters  durch  dien 
Harn.  Eine  Rückstauung  des  Harns  aus  der 
Blase  in  die  Ureteren  ist  nicht  möglich,  weil 
durch  den  Druck  in  der  Blase  die  Ureteren, 
die  die  W^and  der  Harnblase  schräg  durch- 
setzen, verschlossen  werden. 

Der  Harn  sammelt  sich  in  der  Blase  an 
und  bleibt  dort  längere  Zeit.  Unter  normalen 
Verhältnissen  ist  das  Epithel  der  Blase  un- 
durchgängig für  die  im  Harn  gelösten  Stoffe, 
eine  Resorption  von  Harn  findet  also  nicht 
statt.  Nur  wenn  das  Epithel  verletzt  ist, 
können  Gifte,  Medikamente  usw.  resorbiert 
werden.  Normalerweise  wird  nach  den 
Versuchen  von  Völtz,  Baudrexel  und 
Dietrich  (Pflügers  Archiv  Bd.  145, 
S.  209,  1912)  Alkohol  von  der  Blase  resor- 
biert. In  1  Stunde  werden  ca.  25  bis  35%, 
in  2  Stunden  ca.  50%,  in  längerer  Zeit  bis 
6  Stunden  ca.  95%  durch  die  Blase  resor- 


Harn 


179 


biert.  Auch  von  per  os  eingegebenem  Alkohol 
wird  etwa  die  2  bis  Stäche  Menge  des  xVlkohols, 
welche  wirklich  sezerniert   wird,   resorbiert. 

Der  Verschluß  der  Harnblase  gegen  die 
Harnröhre  ist  bedingt  durch  den  Tonus  des  aus 
glatten  Muskelfasern  bestehenden  Sphincter 
vesicae  trigonahs.  Unterstützt  wird  dessen 
Wirkung  durch  quergestreifte  Muskulatur 
(Sphincter  vesicae  externus),  die  beim  Manne 
besonders  stark  entwickelt  ist.  Die  übrige 
Blasenmuskulatur  (Detrusor  vesicae)  besteht 
aus  quergestreifter  Muskulatur,  die  aus  drei 
verschiedenen  Schichten  besteht. 

Die  Innervation  der  Blase  erfolgt  einer- 
seits durch  ein  autonomes  Gangliennetz, 
andererseits  durch  Nerven,  die  teils  aus 
dem  Lumbal-,  teils  aus  dem  Sakralmark 
stammen.  Der  Lumbaiteil  kommt  aus  der 
2.  bis  5.  Lumbalwurzel.  Die  Nerven  verlaufen 
durch  den  Grenzstrang  des  Sympathicus,  die 
Nervi  mesenterici,  den  Plexus  mesentericus, 
die  Nervi  hypogastrici  und  den  Plexus  hypo- 
gastricus  zur  Blase.  Die  aus  dem  Sakralteil 
stammenden  Nerven  verlaufen  in  den  Nervi 
pelvici  durch  den  Plexus  hypogastricus 
ohne  Einschaltung  von  Ganglienhaufen  direkt 
zur  Blase.  Die  Zentren  für  diese  Nerven 
liegen  im  Rückenmark,  im  Sakral-  und 
Lendenmarkteil,  und  zu  ihnen  laufen  Bahnen 
vom  Großhirn.  Reizung  der  Nervi  pelvici 
bewirkt  starke  Kontraktion  der  gleichseiti- 
gen Blasenmuskulatur;  Reizung  der  Nervi 
hypogastrici  schwache  Kontraktion  oder 
sogar  Hemmung  und  Erweiterung  der  Blase. 

Die  Entleerung  der  Blase  kommt  nun  auf 
folgende  Weise  zustande.  Unter  gewöhn- 
lichen Verhältnissen  verschheßt  der  Tonus 
der  Sphincteren  die  Blase  gegen  die  Harn- 
röhre. Sammelt  sich  nun  Harn  in  der  Blase 
an,  ohne  daß  gleichzeitig  eine  stärkere  Span- 
nung der  Blasenwand  und  höherer  Druck 
in  der  Blase  entsteht,  so  ist  dieser  Tonus 
genügend,  um  ein  Ausfließen  zu  verhindern. 
Wird  die  Spannung  der  Blasenwand  und  der 
Druck  in  der  Blase  größer,  so  kommt  es 
durch  Reizung  der  sensiblen  Blasennerven 
zu  einer  Retlexwirkung  in  den  Zentren, 
der  Sphinctertonus  läßt  nach  und  der  Harn 
fließt  ab.  Während  beim  Kinde  auf  diese 
Weise  reflektorisch  bei  einer  gewissen  Fül- 
lung die  Harnentleerung  erfolgt,  so  ist  es 
beim  Erwachsenen  durch  Erziehung  möglich, 
die  Zentra  im  Rückenmark  dem  Einfluß 
des  Großhirns  zu  unterstellen  und  willkür- 
lich die  Harnentleerung  zu  verhindern.  Wenn 
durch  die  Anfüllung  der  Blase  die  sensiblen 
Nerven  gereizt  werden,  so  tritt  dies  im 
Bewußtsein  als  Gefühl  des  Harndrangs  auf 
und  der  Reflex,  der  die  Harnentleerung  zur 
Folge  hat,  kann  unterdrückt  werden.  Der 
Harndrang  kann  bei  verschiedenster  Füllung 
der  Blase  auftreten  und  ist  bei  den  einzelnen 
Individuen  und  zu  verschiedenen  Zeiten  ver- 


schieden. Schließlich  hört  aber  die  Fähig- 
keit, den  Reflex  zu  unterdrücken,  auf  und 
es  erfolgt  die  Harnentleerung  durch  will- 
kürhche  Erschlaffung  des  äußeren  Sphincters 
und  Hemmung  des  Sphincterentonus,  auf 
welche  dann  reflektorisch  eine  Kontraktion 
des  Detrusor  vesicae  erfolgt. 

3.  Die  Zusammensetzung  des  Harns 
bei  den  verschiedenen  Tierarten.  Unsere 
Kenntnisse  über  die  Zusammensetzung  des 
Harns  der  niederen  Tiere  oder  des  Exkrets, 
welches  dem  Harn  des  Menschen  oder  der 
höheren  Säugetiere  entspricht,  sind  sehr 
gering  und  weisen  große  Lücken  auf.  Im 
Jahre  1903  stellte  v.  Fürth  (Vergleichende 
chemische  Physiologie  der  niederen  Tiere, 
Jena  1903,  S.  258  bis  303)  die  damaligen 
Kenntnisse  über  die  Zusammensetzung  des 
Harns  der  niederen  Tiere  nach  kritischer 
Sichtung  der  Literatur  zusammen  und 
kommt  dabei  bezüglich  der  wirbellosen 
Tiere  zu  folgenden  Ergebnissen. 

Ueber  den  Chemismus  der  Exkretion  bei 
den  niedersten  Tierformen  ist  nach  seiner 
Ansicht  nichts  Sicheres  bekannt.  Die  An- 
gaben über  das  Vorkommen  von  Harnsäure 
bei  Protozoen,  von  Guanin  bei  Coelenteraten 
und  Würmern  ist  nicht  sicher  gestellt.  Bei 
den  Echinodermen,  bei  einzelnen  Mollusken- 
arten, Gastropoden  und  Cephalopoden  ist 
das  Vorkommen  von  Harnsäure  nach- 
gewiesen. „Es  ist  eine  biologisch  interessante 
Wahrnehmung,  daß  der  Eiweißabbau  im 
Organismus  relativ  niedrig  stehender  Tiere 
schließlich  zu  demselben  Endprodukte  zu 
führen  scheint  wie  der  Stoffwechsel  eines 
Wirbeltieres."  Bei  den  Gastropoden  hat 
man  bisweilen  Guanin  gefunden  und  bei  den 
Cephalopoden  Hypoxanthin.  Unter  den 
Arthropoden  scheiden  die  Insekten  und 
Myriapoden  regelmäßig  Harnsäure  aus, 
während  bei  den  Crustaceen  an  deren  Stelle 
die  Carcinursäure  tritt.  Bei  den  Arachnoiden 
überwiegt  bald  die  Harnsäure,  bald  das 
Guanin.  Ueber  die  Verhältnisse  bei  Mollus- 
koiden  und  Tunikaten  ist  nichts  bekannt. 
Das  Vorkommen  von  Harnstoff  soll  nach 
V.  Fürth  bei  Wirbellosen  in  keinem  Falle 
sicher  erwiesen  sein.  Neuere  Untersuchungen 
von  Sanzo  haben  zwar  Harnstoff  bei 
Echinodermen,  Mollusken  und  Crustaceen 
nicht  als  solchen  identifiziert,  aber  einen 
Stoff  bei  denselben  nachgewiesen,  der  sich 
bezüglich  seiner  Löslichkeit  und  seiner 
Reaktion  wie  Harnstoff  verhält.  Größere 
Ammoniakmengen  sind  im  Harn  von  Oktopus, 
bei  den  Larven  von  Calliphora,  beim  Blut- 
egeln gefunden,  während  der  Regenwurm  nur 
geringe    Mengen    Ammoniak    ausscheidet. 

Bei  den  niederen  Wirbeltieren  ist  der 
Harn  der  Selachier  näher  untersucht  worden. 
Der  Schwefel  ist  ebenso  wie  bei  Säugetieren 
in  verschiedenen  Formen  vorhanden.    Harn- 

12* 


180 


Harn 


Stoff  und  Ammoniaksalze  kommen  in  größerer 
Menge  vor,  während  Harnsäure  und  Kreatinin 
fehlen.  Kürzlich  ist  von  Denis  (Journ. 
of  biological  ehomist.  t.  13,  i).225, 1912  bis  13) 
nacli  der  Folin sehen  mikrochemischen  Me- 
tliode  eine  Untersuchung  über  die  Verteilung 
des  Stickstoffs  beim  Hnndshai  (Mustelus 
canis)  und  von  Lophius  piscatorius  ausgeführt 
worden.  Bei  ersterem  wurde  durch  eine 
besondere  Operation  der  24stündige  Harn 
gesammelt. 

Die  Menge  betrug  21,5  ccm  im  Mittel. 
Eiweiß  und  Zucker  fehlten,  Harnsäure  und 
Kreatinin  waren  vorlianden.  Der  Harn  von 
10  hungernden  Tieren  wurde  gesammelt, 
gemischt  und  analysiert.  Das  spezifische  Ge- 
wicht war  1030.  Im  Liter  waren  vorhanden : 


Gesamtstickstoff            4,2    g 

Harnstoffstickstoff        3,39  „ 

=  80,7% 

des  Gesamt-N. 

Ammoniakstickstoff      0,31  ,, 

=  7,3% 

des  Gesamt-N. 

Chloride  als  NaCl        12,86  „ 

Phosphate  als  P2O5      4,52  ,. 

Gesamtschwefel  als  SO3  7,08  ,, 

Sulfate  als  SO3             3,40  „ 

Von  Lophius  piscatorius,  einem  Teleostier, 
wurden  158  ccm  Harn  aus  der  Blase  eine 
Stunde  nach  dem  Tode  entleert.  Spezifisches 
Gewicht  1013.  Reaktion  sauer.  Harnsäure 
war  nach  keiiier  Methode  nachweisbar;  eben- 
so kein  Kreatin  und  Kreatinin. 

Zusammensetzung  pro  Liter: 


Gesamt-N.      400 

Harnstoff-N.   248 

des  Gesamt-N. 

Ammoniak-N.  52 

des  Gesamt-N. 


=  62°, 


/o 


13% 


Der  Harn  der  Knochenfische  enthält  z.  B. 
beim  Karpfen  Harnstoff,  aber  keine  Harn- 
säure; in  anderen  Fällen  Harnsäure,  aber 
keinen  Harnstoff.  Unter  den  Amphibien 
enthält  der  Froschharn  Harnstoff,  keine 
Harnsäure,  aber  Salzsäure,  Schwefelsäure  und 
Phosphorsäure.  Der  Harn  von  Schlangen  und 
ebenso  von  Sauriern  enthält  Harnsäure  in 
größerer  Menge.  Im  Harn  einer  mit  Fleisch 
gefütterten  P'ythonschlange  fand  man  ca. 
46%  Harnsäure.  Die  Resultate  der  Ana- 
lysen von  Schildkrötenharn  widersprechen 
sicli.  Einmal  wurde  das  Vorkommen 
von  Harnstoff  festgestellt,  ein  andermal 
fehlte  er  und  es  kamen  Harnsäure  und 
Hippursäure  vor.  Als  Endprodukt  des 
Einweißstickstoffwechsels  findet  sich  im 
Vogelharn  hauptsächlich  Harnsäure,  welche 
die  Hauptmasse  der  Kügelchen  ausmacht, 
aus  denen  wenigstens  bei  Hühnern  der  Harn 
besteht.  Außerdem  kommen  Harnstoff, 
Kreatin,  Kreatinin,  Ammoniak,  Milchsäure, 
Guanin,  Aetherschwefelsäure  usw.  vor.    Von 


anorganischen  Bestandteilen  wird  in  der 
Literatur  nur  das  Vorhandensein  von  Kalk 
erwähnt.  Von  den  niederen  Säugetieren  ist 
nur  die  Zusammensetzung  des  Harns  des 
Tümmlerwals,  des  Harns  vonEchidna  aculeata 
und  der  P^xkremente  der  ägyptischen  Fleder- 
nuuis  untersucht  worden.  Im  ersteren  konnten 
qualitativ  Harnstoff,  Harnsäure  und  Ivre- 
atinin  erkannt  werden.  Bei  Echidna  war  die 
Reaktion  des  Harns  bei  Fleisch-  und  Eier- 
fütterung neutral  oder  schwach  alkalisch.  Der 
Stickstoff  des  Harns  bestand  zu  7%  aus 
Ammoniak  und  81,4%  aus  Harnstoff,  Harn- 
säure und  Kreatinin  fehlten.  Die  Exkre- 
mente der  ägyptischen  Fledermaus  enthielten 
77,8%  Harnstoff,  1,25%  Harnsäure,  2,55% 
Kreatin,  13,45%  Na2HP04,  0,575%  wasser- 
unlöslichen  Rückstand  uncl  3,66%  Wasser. 

Was  die  Zusammensetzung  der  Harne 
der  höheren  Säugetiere  und  des  Menschen 
betrifft,  so  zeigen  diese  keine  prinzipiellen 
Unterschiede,  wenn  man  die  Ernährung  in 
Betracht  zieht,  von  der  die  Zusammensetzung 
des  Harns  im  weitesten  Umfange  abhängig 
ist.  Als  Hauptendprodukt  des  Eiweißstoff- 
wechsels wird  bei  allen  höheren  Säugetieren 
Harnstoff  ausgeschieden.  Der  Harn  der 
Pflanzenfresser  und  der  der  Fleischfresser 
unterscheiden  sich  zwar  durch  ihre  Reak- 
tion, durch  den  größeren  oder  geringeren 
Gehalt  an  aromatischen  Substanzen  infolge 
der  verschiedenen  Länge  des  Darmtraktus, 
in  welchem  die  Fäulnisprozesse  vor  sich 
gehen,  durch  den  Gehalt  der  Hippursäure, 
durch  die  verschiedene  Verteilung  der  stick- 
stoffhaltigen Substanzen.  Wenn  man  aber 
beide  Gruppen  auf  gleiche  Ernährung  setzt, 
oder  beide  hungern  läßt,  dann  gleichen  sich 
diese  Unterschiede  zum  größten  Teil  aus. 
Bei  den  Säugetieren  kann  man  nach  Porcher 
(Ellenberger  und  Scheunert,  Lehrbuch 
der  vergleichenden  Physiologie  der  Haus- 
säugetiere, Berlin  1910,  S.  197)  drei  große 
Gruppen  unterscheiden:  1.  Den  Harn  der 
Carnivoren.  2.  Den  Harn  der  Omnivoren. 
3.  Den  Harn  der  Herbivoren. 

Der  Carnivorenharn  (Hund  und  Katze) 
ist  klar  durchsichtig,  dunkelbernsteinfarbig, 
riecht  nach  Fleischbrühe  oder,  wie  Katzen- 
harn, sehr  unangenehm,  reagiert  deutlich 
sauer  und  ist  reich  an  harnsauren  Salzen. 

Der  Omnivorenharn  (Mensch  und  Schwein) 
ist  klar,  blaßgelb  bis  bernsteingelb,  weniger 
sauer,  enthält  Urate  und  w'enig  Hippursäure. 
Zwischen  beiden  Typen  können  je  nach  der 
Lebensweise  Uebergänge  vorkommen. 

Der  Herbivorenharn  ist  alkalisch,  und 
man  kann  in  bezug  auf  Klarheit  und  Kon- 
sistenz den  Harn  der  Einhufer  von  dem  der 
Wiederkäuer  unterscheiden.  Der  erstere 
ist  trübe,  dicklich,  fadenziehend;  er  sedimen- 
tiert  normalerweise.  Die  Farbe  ist  gelb- 
lich, aber  sie  dunkelt  beim  Stehen  sehr  schnell 


Ham 


181 


nach.  Er  enthält  viel  Hippursäure,  aber 
wenig  Urate.  Der  letztere  ist  klar  und  nicht 
fadenziehend,  ist  aber  in  seinem  sonstigen 
Verhalten  dem  Einhuferharn  ähnlich. 

4.  Die  quantitative  Zusammensetzung 
des  normalen  Menschenharns.  Die  quan- 
titative Zusammensetzung  des  Menschen- 
harns, der  uns  weiterhin  in  diesem  Artikel 
beschäftigen  soll,  ist  von  der  Ernährung  und 
der  Größe  der  Nahrungszufuhr  abhängig. 
Die  Menge  der  innerhalb  24  Stunden  ausge- 
schiedenen festen  Bestandteile  ist  aber  bei 
gleichmäßiger  Lebensweise  auch  bei  wechseln- 
der Harnmenge  verhältnismäßig  konstant. 
Ein  erwachsener  Mensch  scheidet  bei  ge- 
mischter Kost  innerhalb  24  Stunden  un- 
gefähr 60  g  feste  Bestandteile  aus,  und  zwar 
ungefähr  25  g  anorganische  und  35  g  orga- 
nische. Von  Mayer  (in  Neuberg  ,, Der  Harn" 
Berlin  1911  Bd.  I,  S.  4)  sind  die  Durchschnitts- 
werte für  die  wichtigsten  Harnbestandteile 
im  24stündigen  Harn  (1500  ccm)  in  folgen- 
der Tabelle  zusammengestellt. 

Anorganische  Bestandteile  ca.  25  g: 

Chlornatrium  ClNa ca.  15  g 

Phosphorsäure  P2O5    .    .    .    .  ,,  2,5  ,, 

Schwefelsäure  SÖ4H0  ....  ,,2,5  ,, 

Kali  K2O "  .    .    .    .  „   3,3  „ 

Ammoniak  NH3 ,,   0,7  ,, 

Kalk  CaO '  .  „   0,3  „ 

Magnesia  MgO „   0,5  „ 

Weitere  anorganische  Stoffe  ,,   0,2  ,, 

Organische  Bestandteile  ca.  35  g: 

Harnstoff ca.  30  g 

Harnsäure ,,   0,7  ,. 

lüeatinin ,,   1,5 ,, 

Hippursäure ,,   0,7  „ 

Uebrige  organische  Stoffe  .    .      „   2,1 ,, 

Genauere  Zahlen  über  die  Gesamtzu- 
sammensetzung  des  Harns  sind  von  Folin 
angegeben  worden,  der  30  24stündige  Harn- 
mengen von  6  Personen  untersuchte,  die 
folgende  Nahrung  erhielten: 

500  ccm  Vollmilch, 

300  ccm  Sahne  mit  18  bis  22%  Fettgehalt, 

450  g  Eier, 

200  g  Horlicks  Malzmilch, 

.  20  g  Zucker, 

6  g  Kochsalz, 
Wasser  Ad  2000  ccm, 
900  ccm  Trinkwasser. 

Die  Nahrung  enthielt  119  g  Eiweiß  mit 
ungefähr  19  g  Stickstoff,  148  g  Fett,  225  g 
Kolüehydrate,  ca.  6  g  Chlor,  ca.  3,7  g  SO3, 
ca.  5,9  g  P.3O5. 

Die  mittlere  Zusammensetzung  des  Harns, 
und  die  Maximal-  und  Minimalwerte  sind  in 
der  Tabelle  S.  182  und  183  zusammengestellt. 

5.  Die  allgemeinen  und  physikalischen 
Eigenschaften  des  Harns.     Der  Harn  des 


Menschen  ist  eine  klare,  mehr  oder  weniger 
gefärbte  Flüssigkeit,  deren  Farben  ton  von 
strohgelb  bis  dunkelrot  gehen  kann.  Die 
Intensität  der  Färbung  ist  abhängig  von  der 
Konzentration  des  Harns.  Sehr  verdünnte 
Harne  von  niedrigem  spezifischen  Gewicht, 
zeigen  eine  hellgelbe  Farbe,  während  kon- 
zentrierte mit  hohem  spezifischen  Gewicht 
besonders  bei  fieberhaften  Erkrankungen, 
starkem  Schwitzen  eine  dunkelgelbe  bis 
braunrote  zeigen.  Eine  Ausnahme  macht 
der  Diabetikerharn,  der  trotz  des  hohen 
spezifischen  Gewichts  hellgelb  gefärbt  ist. 
Pathologisch  kann  die  Harnfarbe  sehr  ver- 
schieden sein.  Der  Harn  ist  blaß  bei  Diabe- 
tikern, milchig  bei  Chylurie,  burgunderrot 
bei  fieberhaften  Erkrankungen  durchUrobilin, 
rot  oder  braunrot  bei  Uebergang  von  Blut 
oder  Hämoglobin  in  den  Harn,  gelbbraun 
bis  bierbraun  bei  Uebergang  von  Gallen- 
farbstoffen, dunkelbraun  bis  schwarz  durch 
Melanin  oder  bei  Alkaptonurie.  Bei  starkem 
Indikangehalt  kann  der  Harn  durch  den 
oxydierenden  Einfluß  der  Luft  durch  Aus- 
scheiden von  Indigo  nachdunkeln.  Zuweilen 
beobachtet  man  dann  einen  blauen  Farben  ton, 
besonders  bei  Pferde-  und  Kaninchenharn. 
Auch  durch  Arzneimittel  kann  die  Harnfarbe 
verändert  werden.  Durch  gewisse,  auch 
äußerlich  angewandte,  aromatische  Körper, 
Phenole,  Teerpräparate,  Resorcin,  Kreosot 
kann  die  Farbe  des  Harns  grün  bis  schwärz- 
lich werden ;  Chrysophansäure  in  Aloe,  Senna, 
Rheum  färbt  denselben  rötlich,  Santonin 
gelblich.  Methylenblau  und  Eosin  gehen 
direkt  in  den  Harn  über.  Nach  Einnahme 
von  größeren  Dosen  von  Schlafmitteln,  wie 
Trional,  Sulfonal,  Veronal  kommt  es  zu 
Hämatoporphurie,  d.  h.  der  Harn  ist  durch 
Hämatoporphyrin  blutrot  gefärbt. 

Zuweilen  zeigen  die  Harne  eine  deutliche 
Fluoreszenz.  Frisch  gelassene  Harne  sind 
klar  und  durchsichtig.  Beim  Stehen  bildet 
sich  aber  stets  eine  leichte  Trübung,  Nube- 
cula,  die  sich  in  Form  eines  Wöllcchen,  all- 
mählich zu  Boden  senkt  und  aus  Blasen- 
schleim, einem  Mukoid  besteht.  Wenn  nor- 
maler und  saurer  Harn  längere  Zeit  steht, 
so  scheiden  sich  harnsaure  Salze  und  Harn- 
säure in  Kristallform  ab.  Sind  sehr  viel 
Harnsäure  und  harnsaure  Salze  vorhanden 
und  ist  der  Harn  sehr  konzentriert,  so  kommt 
es  schon  beim  Abkühlen  zur  Ai'sscheidung 
derselben,  Sedimentum  lateritium,  das  sich 
beim  Erwärmen  wieder  löst. 

Der  Geruch  ist  aromatisch,  an  Fleisch- 
brühe erinnernd.  Derselbe  wird  besonders 
deutlich,  wenn  Harn  eingedampft  wird.  Bei 
Zersetzung  außerhalb  und  innerhalb  der 
Blase  nimmt  der  Harn  einen  stechenden 
Geruch  durch  Ammoniak  und  andere  un- 
bekannte Stoffe  an.  Bei  starken  Azeton- 
gehalt riecht   der   Harn   obstartig.      Durch 


182 


Harn 


Harnmenge 
ccm 

Gesamt- 
stickstoff in 

Ammoniak                          ' 

Harnstoff               ^               Kreatmm       Harnsäuie 

g             ccmj^NHj             g                      g 

Harnstoff       Ammoniak 

N                    N 

Kreatinin        Harnsäure 

N                     N 

.Mittel  .... 
I\Iiniraum    .    . 
Maximum  .    . 

143" 
1196 
1812 

I(),0 

14,8 
18,2 

2g, 8 
13,9 

27,3 
12,8 

34,7 
16,2 

500 
0,70 

392 
0,55 
608 
0,85 

^■55                    ",3  7 
0,58                    0,12 

1,36                    0,24 
0,50                    0,08 

1,77         1          ",4'J 
0,60                   0,15 

Gesamt- 
schwefel 
als  SO3 

"S" 

Unorganisch 

SO3 

Aether-SOg 

"So" 

,, Neutral" 

SO3 

"S3" 

In  Prozenten  des 
schwefeis 

Gesamt- 

S, 

Sj                             Sg 

Mittel  .    .    . 
Minimum     . 
Maximum    . 

3,31 
3," 
3,73 

2,92 
2,67 
3,25 

0,22 
0,19 
0,25 

0,17 

0,13 
0,19 

87,8 

84,7 
89,6 

6,8 

5,5 
8,0 

5,1 
4,1 

6,1 

Einnahme  gewisser  Nahrungs-  und  Arznei- 
mittel verändert  sich  der  Geruch  ganz 
charakteristisch.  Der  Geruch  nach  Spargel- 
genuß soll  durch  Methylmerkaptan  oder 
durch  ein  ätherisches  Oel  bedingt  sein. 
Nach  Einatmen  von  Terpentin  riecht  der 
Harn  veilchenartig,  nach  Einnahme  von 
Menthol  pfeffermünzartig,  nach  Einnahme 
von  Copaivabalsam,  Perutalsam,  Safran  usw., 
angenehm  würzig,  aber  nicht  dem  Geruch 
des  Medikaments  entsprechend. 

Der  Geschmack  des  Harns  ist  salzig, 
schwach  bitterlich,  durch  den  Gehalt  an 
Kochsalz  und  Harnstoff  bedingt.  Diabetiker- 
harn kann  bei  hohen  Zuckergehalt  einen 
süßlichen  Geschmack  annehmen. 

Die  Menge  des  Harns  ist  großen  Schwan- 
kungen imterW'Orfen  und  ist  abhängig  von  der 
Größe  der  Wasserzufuhr  in  der  Nahrung 
und  der  Größe  der  Wasserabgabe  durch  die 
Haut.  Die  durchschnittliche  Harnmenge 
beträgt  beim  gesunden  Mann  1500  bis  2000  ccm, 
bei  Frauen  2ÖÜ  bis  300  ccm  weniger.  Kinder 
scheiden  weniger  Harn  aus  als  Erwachsene. 
Die  Harnmenge  ist  vermehrt  bei  reichlicher 
Flüssigkeitszufuhr  und  bei  herabgesetzter 
Wasseraiisscheidung  durch  die  Haut,  ver- 
mindert bei  verminderter  Wasserzufuhr, 
starken  Schweißausbrüchen,  Muskelanstren- 
gungen und  profusen  Diarrhöen.  Pathologisch 
beobachtet  man  eine  Vermehrung  der  Harn- 
menge (Polyurie)  bei  Diabetes  mellitus, 
Diabetes  insipidua  (10  bis  20  1),  bei  gewissen 
Nervenerkrankungen,  bei  Resorption  von 
Exsudaten,  Nierenentzündungen  usw.;  eine 
Verminderung  im  Fieber,  bei  Nierenerkran- 
kungen, bei  Bildung  von  Exsudaten  usw. 
Ein  völliges  Versiegen  der  Harnausscheidung 


zeigt  sich  bei  Verschluß  der  Harnwege  und 
bei  Urämie. 

Das  spezifische  Gewicht  des  Harns 
ist  abhängig  von  dem  Verhältnis  der  festen 
Bestandteile  zu  der  Menge  des  ausgeschie- 
denen Wassers.  Das  spezifische  Gewicht 
des  normalen  24 stündigen  Harns  ist  1017 
bis  1020.  Auch  unter  physiologischen  Be- 
dingungen ist  das  spezifische  Gewicht  großen 
Schwankungen,  je  nach  der  Flüssigkeits- 
zufuhr und  der  Wasserabgabe  auf  anderem 
Wege  als  durch  die  Nieren,  unterworfen. 
Es  kommen  Werte  von  1002  bis  1040  vor. 
Beiiu  Hunde  sind  bei  Fütterung  mit  großen 
Mengen  Fleisch  spezifische  Gewichte  von 
1052  beobachtet  worden  (Schöndorff). 
Pathologisch  beobachtet  man  besonders  eine 
Erhöhung  des  spezifischen  Gewichts  beim 
Diabetikerharn  bis  zu  1060. 

Die  Reaktion  des  Harns  vom  Menschen 
und  vom  Fleischfresser  ist  sauer  gegen 
Lakmus,  die  des  Pflanzenfressers  neutral  oder 
alkalisch.  Die  Reaktion  ist  also  abhängig 
von  der  Nahrung.  Die  Reaktion  des  Menschen- 
harns kann  alkalisch  werden  1.  bei  Zufuhr  von 
alkalischen  Wässern  oder  größeren  Mengen 
von  Karbonaten;  2.  bei  Pflanzennahrung, 
weil  die  pflanzensauren  Alkalien  im  Organis- 
mus zu  kohlensauren  Alkalien  mit  alka- 
lischer Reaktion  verbrennen;  3.  bei  Gärung  in 
der  Blase,  indem  durch  Bakterien  (Micrococcus 
ureae)  der  Harnstoff  in  kohlensaures  Ammo- 
niak, das  alkalisch  reagiert,  verwandelt  wird ; 
4.  während  der  Verdauung,  weil  dem  Blut 
zur  Bildung  von  saurem  Magensaft  Wasser- 
stoffionen entzogen  werden.  Durch  starke 
Muskelarbeit  soll  die  saure  Reaktion  des  Harns 
zunehmen,    durch    starke    Schweißabsonde- 


Harn 


183 


In  Prozenten  des  Gesamt-N 

Rest- 
stickstoff 

Harnstoff 

Ammoniak      Harnstoff  + 
Ammoniak 

Kreatinin 

Harnsäure 

Rest- 
stickstoff 

0,60 
0,41 
0,85 

87,5 
86,2 

89,4 

4,3 
3,3 
5,0 

91,85 
90,70 
92,60 

3,6 

3,2 

4,5 

0,8 
0,6 
1,0 

3,75 
2,70 
5,30 

Acidität  in  -^  ccm 

Gesamt- 
phosphor- 
säure als 
P2O5 

Chloride 
in  g 

Indikan 
(Fe  hl  ing- 
sche  Lösung 

=  100) 

Gewicht 
der  Versuchs- 

Gesamt- 
menge 

Mineral- 
säure 

Organische 
Säure 

personen 
kg 

617 

554 
669 

304 
204 

417 

313 
252 

378 

3,87 
3,44 
4,50 

0,1 
5,6 
6,9 

77 

12 

140 

<J3,4 
56,6 

70,9 

rung  abnehmen.  Der  Harn  des  Pflanzen- 
fressers kann  andererseits  sauer  werden, 
wenn  das  Tier  hungert  oder  mit  Hafer, 
welcher  wenig  pflanzensaure  Salze  enthält, 
gefüttert  wird.  Die  saure  Reaktion  des 
Harns  ist  nach  einer  von  Liebig  begründeten 
Auffassung  durch  die  Gegenwart  von  Mo- 
natriumphosphat  und  Monokaliumphosphat 
bedingt.  Nach  der  neueren  Auffassung  der 
physikalischen  Chemie  über  die  Acidität 
ist  es  als  bewiesen  anzunehmen,  daß  alle 
Säuren,  die  bei  der  Verbrennung  im  Organis- 
mus aus  neutralen  Substanzen  entstehen 
und  in  den  Harn  übergehen  nach  Maßgabe 
ihrer  Dissoziation  an  der  sauren  Reaktion  des 
Harns  beteiligt  sind.  Die  Acidität  ist  bedingt 
durch  die  Menge  der  Wasserstoffionen,  die 
von  allen  dissoziierten,  organischen  und  an- 
organischen   Säuren    des    Harns    stammen. 

Der  normale  menschliche  Harn  ist 
optisch  aktiv  und  zwar  dreht  er  die  Ebene 
des  polarisierten  Lichtes  nach  links.  Dieses 
optische  Drehungs  vermögen  beträgt  un- 
gefähr 0,05"^  und  ist  durch  die  Anwesenheit 
von  geringen  Mengen  von  Eiweiß  und 
gepaarten  Glukoronsäuren  bedingt.  Außer- 
dem enthält  der  normale  Harn  immer  Spuren 
von  rechtsdrehendem  Traubenzucker,  aber 
so,  daß  die  Linksdrehung  überwiegt.  Nach 
Vergärung  des  Traubenzuckers  beträgt  die 
Linksdrehung  etwa  0,1*'. 

Der  osmotische  Druck  des  Harns 
ist  außerordentlich  wechselnd.  Die  Gefrier- 
punktserniedrigung schwankt  zwischen  den 
Werten  A  =  —0,3"  und  —  2,2o. 

Wenn  man  Harn  von  Menschen  oder 
Tieren  anderen  Tieren  intravenös  injiziert, 
so  ruft  derselbe  eine  Giftwirkung  hervor, 


die  sich  in  gesteigerter  Diurese,  Zittern, 
Myosis,  Tränenfluß,  Krämpfen  und  Koma 
äußert.  üeber  die  Ursachen  dieser  Gift- 
wirkung  sind    die    Ansichten    noch   geteilt. 

6.  Üebersicht  über  die  im  Harn  vor- 
kommenden chemischen  Substanzen.  Wie 
wir  aus  der  Zusammenstellung  über  die 
quantitative  Zusammensetzung  des  Menschen- 
harns ersehen  haben,  scheidet  der  Mensch 
in  24  Stunden  ungefähr  60  g  feste  Sub- 
stanzen aus  und  zwar  ca.  25  g  anorganische 
und  ca.  35  g  organische  Substanzen.  Im 
Harn  kommen  also  vor:  1.  anorganische 
Bestandteile,  2.  organische  Bestandteile. 
Unter  den  anorganischen  Bestandteilen  sind 
zu  erwähnen:  A.  Säuren  und  zwar  Salz- 
säure, Schwefelsäure,  Phosphorsäure,  Kohlen- 
säure, seltener  Flußsäure,  Kieselsäure,  Sal- 
petersäure, salpetrige  Säure,  schwefhge  Säure, 
Schwefelwasserstoff;  B.  Basen  und  zwar 
Kalium,  Natrium,  Calcium,  Magnesium, 
Ammoniak,  Eisen;  C.  Gase  und  zwar 
Kohlensäure,  Stickstoff  und  Sauerstoff. 

Von  organischen  Bestandteilen  sind 
folgende  nachgewiesen  worden:  Harnstoff, 
Karbaminsäure,  iVmmoniak,  Ki'eatinin, 
Purinkörper  und  zwar  Harnsäure,  Purin- 
basen,  Xanthin,  Guanin,  Hypoxanthin,  Ade- 
nin, Paraxanthin,  Heteroxanthin  (=  Methyl- 
xanthin),  AUantoin,  Hippursäure,  Glykokoll 
und  andere  Aminosäuren,  Aetherschwefel- 
säuren,  aromatische  Oxysäuren,K)murensäure, 
gepaarte  Glykuronsäuren,  Oxalsäure,  Bern- 
steinsäure, Glyoxylsäure,  Cystin,  Aceton  in 
Spuren,  ]\Iilchsäure,  Proteinsäuren,  Enzyme, 
Harnfarbstoffe,  Traubenzucker  in  Spuren, 
Milchzucker  (bei  Wöchnerinnen),  Glycerin- 
phosphorsäure,  Mucin,  Fett  usw.    In  patho- 


184 


Harn 


logischen  Fällen  kommen  dazu:  Aceton, 
Acetessigsäure,  Albumosen,  Aminosäuren, 
Arabinose,  Blutfarbstot't'e,  Cholesterin,  Chol- 
säure,  Diamine  (Putrescin,  Kadaverin),  Ei- 
weißstoffe, Fette,  Gallenfarbstoffe,  d-Ghi- 
kose  (vermehrt),  Glykocholsäure,  Taurochol- 
säure,  Hämatin,  Hämatoporphyrin,  Homo- 
gentisinsäure,  Lecithin,  Melanine,  /5-Oxy- 
buttersäure,  Peptide,  Peptone,  Tyrosin, 
Fruktose,  Pentosen. 

7.  Die  anorganischen  Bestandteile  des 
Harns.  7a)  Basen,  a)  Kalium  und  Na- 
trium. Im  normalen  Harn  wird  von  Er- 
wachsenen Natrium  stets  in  größerer  Menge 
ausgeschieden  als  Kalium.  Die  mittlere 
Ausscheidung  beträgt  3,2  g  K2O  und  5,23  g 
NagO  oder  2,66  g  K  und  3,88  g  Na.  Das 
Verhältnis  des  ausgeschiedenen  KaOzuNa^O 
beträgt  1 : 1,54.  Die  im  Harn  ausgeschiedene 
Alkalimenge  wird  durch  die  Art  der  Nahrung 
im  liöchsten  Maße  beeinflußt.  Fleischnahrung 
erhöht  die  Kaliausscheidung,  vegetabilische 
Nahrung  setzt  sie  herab.  Im  Hunger  nimmt 
die  Kaliausscheidung  zu,  was  von  dem  Fehlen 
der  NaCl-Zufuhr  und  dem  Einschmelzen 
kalireicher  Gewebe  herrührt.  Auch  im 
Fieber,  bei  akuten  Infektionskrankheiten  soll 
die  Kaliausscheidung  zunehmen,  nach  dem 
Aufhören  der  Krise  wieder  abnehmen; 
ebenso  soll  Muskeltätigkeit  die  Ausscheidung 
von  Kali  erhöhen.  Die  Bestimmung  von 
Kalium  und  Natrium  erfolgt  nach  den  bei 
der  Gewichtsanalyse  gebräuchlichen  Me- 
thoden in  der  Asche  des  Harns.  Natrium 
kommt  gewöhnlich  als  Natriumchlorid  zur 
Ausscheidung,  Kalium  in  Verbindung  mit 
Phosphorsäure. 

ß)  Ammoniak.  Die  tägliche  Ammoniak- 
menge beträgt  etwa  0,7  g  NH3  und  beträgt 
etwa  4  bis  5%  des  Gesamtstickstoffes.  Da 
das  Ammoniak  vom  abgebauten  Eiw^eiß 
herrührt,  so  ist  die  Menge  bei  eiweißreicher 
Nahrung  erhöht,  bei  vegetabilischer  Nahrung 
herabgesetzt.  Man  nimmt  an,  daß  die  im 
Organismus  zirkulierenden  Säuren  die  Am- 
moniakausfuhr steigern  und  dieselben  einen 
Teil  des  Ammoniaks  neutralisieren  und  die 
Umwandlung  desselben  in  Harnstoff  ver- 
hindern. Das  Ammoniak  ist  also  als  eine 
entgiftende  Substanz  aufzufassen.  Auf 
dieselbe  Weise  erklärte  man  auch  die  ge- 
steigerte Ammoniakausscheidung  bei  Fieber 
und  anderen  Erkrankungen,  die  mit  einer 
erhöhten  Acidosis  einhergehen.  Zufuhr 
voll  kohlensauren  und  pflanzensauren  Al- 
kalien setzt  die  Ammoniakausscheidung 
herab.  Die  Bestimmung  des  Ammoniaks 
erfolgte  früher  nach  der  Schlösingschen 
Methode  durch  Absorption  durch  Kalkmilch 
im  abgeschlossenen  Raum,  neuerdings  durch 
Destillation  im  Vakuum  oder  nach  Folin 
mittels  Luftstrom. 

y)  Calcium  und  Magnesium.       Die 


alkalischen  Erden  Calcium  und  Magnesium 
werden  im  Harn  hauptsächlicli  an  Phosphor- 
säure gebunden  ausgeschieden.  Durch  den 
Harn  verläßt  aber  nur  der  kleinere  Teil 
den  Organismus,  ca.  V3,  der  größere  Teil 
kommt  im  Darm  zur  Ausscheidung.  Nach 
Bestimmungen  von  Neubauer  sind  im 
Mittel  0,16  g  CaO  und  0,23  g  MgO  im  Harn. 
Neuere  Untersuchungen  ergaben  aber  höhere 
Werte  0,33  bis  0,6  für  CaO  und  0,16  bis  0,24 
für  MgO.  Auch  hier  zeigt  sich  wieder  die 
Abhängigkeit  von  der  Nahrung,  besonders 
bei  Genuß  von  kalkhaltigem  Wasser.  Ueber 
Veränderungen  in  der  Ausscheidung  von 
Ca  und  Mg  bei  Krankheiten  ist  wenig  Sicheres 
bekannt.  Die  Bestimmung  erfolgt  als 
Calciumoxalat  und  Magnesiumammonium- 
phosphat. 

Ö)  Eisen.  Eisen  kommt  im  Harn  nur 
in  organischer  Verbindung  vor  und  läßt  sich 
nach  der  Neumannschen  Methode  der 
Säuregemischveraschung  darin  leicht  nach- 
weisen. Die  Angaben  über  die  ausgeschiede- 
nen Mengen  sind  sehr  schwankend.  Nach 
den  meisten  Analysen  dürfte  die  24stündige 
Menge  etwa  1  mg  betragen.  Das  Eisen  findet 
sich  wahrscheinlich  als  eisenhaltiger  Farb- 
stoff darin. 

7b)  Säuren,  a)  Chloride.  Die  Haupt- 
menge der  im  Harn  ausgeschiedenen  Salz- 
säure ist  an  Na  gefunden,  obschon  kein 
Zweifel  darüber  besteht,  daß  ein  Teil 
des  Chlors  auch  auf  anderen  Basen  verteilt 
ist.  Ein  ganz  geringer  Teil  soll  organisch  ge- 
bunden vorkommen.  Man  drückt  deshalb 
allgemein  die  Menge  der  Chloride  als  NaCl 
aus.  Pro  Tag  werden  ungefähr  15  g  Chlor- 
natrium ausgeschieden.  Die  Schwankungen 
sind  je  nach  der  Zufuhr  von  Kochsalz  in 
der  Nahrung  sehr  groß.  Beim  Hunger  kann 
die  Kochsalzausscheidung  auf  ein  Minimum 
herabsinken,  0,2  bis  0,3  g,  ja  bis  auf  unbe- 
stimmbare Spuren.  Die  Chlorausscheidung 
steht  auch  in  zeitlicher  Beziehung  zur  Nah- 
rungsaufnahme und  zur  Verdauung.  Kurz 
nach  den  Mahlzeiten  steigt  dieselbe  wegen  der 
Resorption  der  Chloride  durch  dieMagenwand. 
Kurz  darauf  folgt  eine  4  bis  5  Stunden 
dauernde  Verminderung  wegen  des  Ver- 
brauchs von  Chlor  für  die  Salzsäurebildung 
im  Magen.  Darauf  folgt  wiederum  eine 
Steigerung  durch  die  Resorption  der  Cliloride 
durch  den  Darm.  Bei  fieberhaften  Erkran- 
kungen, besonders  bei  Pneumonie  mitExsudat- 
bildung  kann  es  zu  einer  Kochsalzretention 
kommen  und  der  Kochsalzgehalt  des  Harns 
fast  den  Wert  Null  erreichen.  Neuerdings 
hat  man  auch  bei  Nepliritis  diese  Kochsalz- 
retention nachgewiesen  und  dieselbe  in  Be- 
ziehung zur  Oedembildung  gebracht.  Bei 
innerlicher  Verabreichung  von  organischen 
Chlorverbindungen,  z.  B.  Chloroform  hat 
man   eine   Vermehrung  des    Kochsalzes   be- 


Harn 


185 


obachtet.  Der  Nachweis  der  Chloride  beruht 
auf  ihrer  Eigenschaft  mit  Silbernitrat  einen 
weißen  käsigen  Niederschlag  von  Chlor- 
silber zu  geben,  der  in  Salpetersäure  unlös- 
lich ist.  Die  quantitative  Bestimmung  kann 
in  der  Asche  nach  der  Titrationsmethode 
von  Mohr  unter  Anwendung  von  Kalium- 
chromat  als  Indikator,  oder  im  Harn  selbst 
nach  der  Volhard sehen  Methode  erfolgen. 
Diese  beruht  darauf,  daß  man  in  dem 
mit  Salpetersäure  angesäuerten  Harn  das 
Chlor  mit  überschüssigem  Silbernitrat  aus- 
fällt, abfiltriert  und  den  Ueberschuß  an 
Silbernitrat  mit  Rhodankalium  unter  An- 
wendung von  Eisenammoniakalaun,  welches 
mit  Rhodan  eine  blutrote  Färbung  gibt,  als 
Indikator  bestimmt. 

ß)  Sulfate.  Die  Schwefelsäure  des 
Harns  stammt  nur  zum  kleinsten  Teile  aus 
den  Sulfaten  der  Nahrung.  Der  größte  Teil 
derselben  wird  durch  Oxydation  des  schwefel- 
haltigen Eiweißes  gebildet.  Es  wird  aber 
nicht  aller  Schwefel  bis  zu  Schwefelsäure 
oxydiert,  sondern  ein  Teil  desselben  wird  in 
unvollständig  oxydierter  Form  ausgeschieden, 
,, neutraler  Schwefel"  genannt.  Dazu  gehören 
die  Thioschwefelsäure,  der  Rhodanwasser- 
stoff,  Abkömmlinge  des  Taurins  und  Cystins, 
Oxyproteinsäure,  '  AUoxyproteinsäure  und 
Antoxyproteinsäure ,  Diäthylmethylsulfi- 
niumbase  (Neuberg  und  Grosser).  Die 
Menge  des  ,, neutralen  Schwefels"  kann 
nach  S  a  1  k  0  w  s  k  i  17  bis  46%  der  Ge- 
samtschwefelausscheidung betragen.  Die 
Schwefelsäure  kommt  in  zwei  Formen  im 
Harn  vor  1.  als  Sulfatschwefelsäure,  wie 
sie  in  den  schwefelsauren  Salzen  enthalten 
ist,  2.  als  Aetherschwefelsäure  in  Ver- 
bindung mit  aromatischen  Alkoholen,  wie 
Phenol,  p-Kresol,  Indoxyl  und  Skatoxyl. 
Die  Gesamtschwefelsäureausscheidung  des 
Menschen,  auf  SO3  berechnet,  ist  abhängig 
vom  Eiweißumsatz.  Sie  beträgt  nach  Folin 
beim  Hunger  ca.  1,6  g,  bei  gemischter  Kost 
(119  g  Eiweiß)  im  Mittel  3,3  g,  bei  fast 
eiweißfreier  Diät  ca.  0,7  g.  Die  Verteilung 
auf  die  3  Gruppen  der  Schwefelsäure, 
SuLfatschwefelsäure  (A),  Aetherschwefel- 
säure (B),  neutralen  Schwefel  (C)  ist  bei 
eiweißreicher  Diät  A  87,8: B  6,8:C  5,5, 
bei  eiweißarmer  Diät  sehr  schwankend, 
A  50,6  bis  80,0:  B  14,7  bis  8,0 :C  37,4  bis  11,8. 
Weil  die  Schwefelsäure  zum  größten  Teil 
aus  dem  Eiweiß  stammt,  so  geht  die  Schwefel- 
ausscheidung zuweilen  der  Stickstoffaus- 
scheidung parallel,  aber  ein  vollständiger 
Parallelismus  ist  nicht  vorhanden,  weil 
die  Eiweißkörper  verschiedenen  Schwefel- 
gehalt haben,  und  die  zeitlichen  Verhältnisse 
bei  der  Ausscheidung  von  Schwefelsäure 
und  Stickstoff  verschieden  sind.  Die  Menge 
der  Aetherschwefelsäure  hängt  von  der 
Größe  der  Fäulnis  im  Darm  ab. 


Die  Bestimmung  der  Schwefelsäure  beruht 
auf  der  Eigenschaft,  mit  Bariumchlorid 
eine  unlösliche  Verbindung  von  Barium- 
sulfat einzugehen.  Die  Bestimmung  der 
Gesamtschwefelsäure,  sowie  der  einzelnen 
Anteile  derselben  (Sulfatschwefelsäure, 
Aetherschwefelsäure,  neutraler  Schwefel)  er- 
folgt nach  besonderen  Methoden,  deren 
Einzelheiten  in  den  Handbüchern  der  Harn- 
analyse nachzusehen  sind. 

y)  Phosphate.  Die  Phosphorsäure 
kommt  im  Harn  in  zweierlei  Formen  vor, 
als  zweifach  saures  Salz  NaH2P04  oder  als 
einfach  saures  Salz  NagHPO^.  Dieselbe 
stammt  zum  größten  Teil  aus  den  phosphor- 
sauren Salzen  der  Nahrung,  zum  geringeren 
Teil  aus  phosphorhaltigen  Substanzen  wie 
Lecithin,  Nukleoproteiden,  Phosphatiden, 
die  bei  der  Oxydation  im  Organismus 
Phosphorsäure  liefern.  Die  Menge  der 
Phosphorsäure  im  Harn  vom  Menschen 
und  Fleischfresser  ist  größer  als  die  im  Harn 
vom  Pflanzenfresser,  weil  bei  letzterem  der 
größte  Teil  der  Phosphorsäure  als  unlös- 
liche Kalk-  oder  Magnesiaverbindung  durch 
den  Darm  ausgeschieden  wird.  Ein  Teil 
des  Phosphors  wird  auch  als  organischer 
Phosphor  im  Harn  ausgeschieden  und  zwar 
höchstens  bis  zu  6%.  Die  Menge  der  normaler- 
weise ausgeschiedenen  Phosphorsäure  be- 
trägt 1  bis  5  g,  als  P2O5  berechnet.  Ange- 
strengte Muskelarbeit  erhöht  die  Phosphor- 
säureausscheidung. 

Der  Harn  hat  zuweilen  die  Eigenschaft 
spontan  oder  erst  beim  Kochen  einen  Nieder- 
schlag von  Phosphaten  der  alkalischen  Erden 
(Ca  und  Mg)  abzusetzen.  Die  Ursachen 
dieser  Erscheinung  (Phosphaturie)  und 
die  Bedeutung  derselben  sind  noch  nicht 
genügend  geklärt.  Bei  Anwesenheit  von  Ca 
und  Mg-Phosphaten  kommt  es  im  Harn,  wenn 
derselbe  einen  gewissen  Alkaleszenzgrad  er- 
reicht, zu  einer  Trübung  durch  Ausfallen 
derselben.  Dies  tritt  besonders  auf  bei  der 
ammoniakalischen  Harngärung,  wo  sich 
außerdem  noch  unlösliches  Ammonium- 
magnesiumphosphat bildet. 

Die  Bestimmung  der  Phosphorsäure  im 
Harn  erfolgt  meistens  durch  Titration  der- 
selben mit  IJranacetat  in  essigsaurer  Lösung. 
Phosphorsaure  Salze  geben  nämlich  mit 
Uransalzen  einen  weißlich  gelben  Nieder- 
schlag von  Uranphosphat,  der  in  Mineral- 
säuren löslich  ist.  Man  setzt  deshalb  bei  der 
Titration  ein  Gemisch  von  freier  Essigsäure 
und  essigsaurem  Natrium  hinzu,  auch  damit 
der  Harn  nur  zweifach  saure  Salze  enthält. 
Der  Endpunkt  der  Reaktion  wird  entweder 
durch  Cochenilletinktur,  die  mit  überschüssi- 
gen Uransalzen  einen  grünen  Niederschlag 
bildet,  oder  durch  Ferrocyankahum,  das 
mit  Uransalzen  eine  rotbraune  Färbung  durch 
Ferrocyanuran  gibt,  bestimmt.     Eine  Treu- 


186 


Harn 


iiung  der  an  Alkali  oder  an  alkalische  Erden 
gebundenen  Phosphorsäure  kann  man  da- 
durch heibeit'ühreii,  daß  man  den  Harn 
durch  Ammoniak  alkalisch  macht,  24  Stun- 
den stehen  läßt  und  von  den  ausgeschiedenen 
Erdalkaliphosphaten  abfiltriert. 

d)  Seltener  vorkommende  Säuren. 
Die  im  Harn  vorkommende  Kohlensäure 
ist  teils  physikalisch  gelöst  in  demselben, 
teils  chemisch  gebunden  als  Karbonate. 
Pfltiger  fand  in  einem  Morgenharn  14,39% 
auspumpbare,  0,7%  gebundene  COg,  in  einem 
sauren  Nachtharn  13,6';/o  untl  0,15%.  Nach 
van  Nuys  und  Lyon  betrug  bei  gemischter 
Kost  die  Gesamtmenge  in  24  Stunden 
0,588  g,  bei  Pflanzenkost  im  alkalischen 
Harn  1,09  g. 

In  geringen  Mengen  kommen  auch 
Fluoride,  Nitrate  und  Nitrite, 
Wasserstoffsuperoxyd,  Schwefel- 
wasserstoff vor.  Quantitativ  untersucht 
ist  auch  neuerdings  die  Ausscheidung  von 
Kieselsäure.  Schulz  (Pflügers  Archiv 
Bd.  144  S.  357, 1912)  hat  nach  einer  von  ihm 
angegebenen  Methode  die  lüeselsäureaus- 
scheidung  im  Menschenharn  bestimmt.  Die- 
selbe beträgt  in  24  Stunden  als  SiOa  berechnet 
0,1  bis  0,2  g  und  ist  abhängig  von  d"em  Kiesel- 
säuregehalt der  Nahrung,  von  der  ein  großer 
Teil  resorbiert  und  durch  den  Harn  wieder 
ausgeschieden  wird. 

je)  Gase.  Außer  der  gelösten  Kohlensäure 
sind  auch  geringe  Mengen  von  Stickstoff 
und  Sauerstoff  gefunden.  Pflüg  er  fand 
im  Liter  Harn  0,7  bis  0,8  ccm  0  und  8,8 
bis  9,2  ccm  N.  Nach  Berthelot  kommt 
im  Harn  kein  freier  Sauerstoff  vor,  die  Stick- 
stoffmenge betrug  12  bis   14  ccm  im  Liter. 

8.  Organische  Bestandteile.  8a)  Harn- 
stoff. Von  den  stickstoffhaltigen  End- 
produkten des  Stoffwechsels,  die  im  Harn 
ausgeschieden  werden,  ist  der  wichtigste 
der  Harnstoff,  weil  der  größte  Teil  des 
Harnstickstoffs  aus  Harnstoff  besteht.  Der 
Harnstoff  ist  im  Jahre  1773  von  Rouelle 
dem  Jüngeren  entdeckt  und  von  Vauquelin 
und  Fourcroi  1799  rein  dargestellt.  Der 
Harnstoff  ist  nicht  nur  ein  Bestandteil 
des  Harns,  sondern  kommt  auch  im  Blut 
und  allen  Geweben  vor.  Nach  den  Unter- 
suchungen von  Schöndorff  ist  beim  Hunde 
der  Harnstoffgehalt  der  Organe  ungefähr 
derselbe  wie  der  des  Blutes,  mit  Ausnahme  der 
Muskeln,  des  Herzens  und  der  Nieren.  Auch 
aus  normalen  Säugetiermuskeln,  wo  man 
ihn  trotz  eifriger  Bemühungen  nicht  nach- 
weisen konnte,  ist  er  von  Schöndorff 
in  Substanz  dargestellt  und  durch  Elementar- 
analyse, Schmelzpunkt  usw.  identifiziert 
worden.    Der  Harnstoff  ist  das  Diamid  der 

/NH. 
Metakohlensäure  C0(  und  ist  im  Jahre 

NH2 


1828  von  Wühler  zuerst  synthetisch  durch 
Eindampfen  einer  wässerigen  Lösung  von 
Ammoniumisocyanat,  wobei  eine  intramole- 
kulare Atomverschiebung  eintritt,  dargestellt 
worden.  Harnstoff  kristallisiert  in  langen 
rhombischen  Prismen.  Er  ist  löslich  in 
Wasser  und  Alkohol,  unlöslich  in  Aether; 
er  schmilzt  bei  132°.  Künstlich  kann  der 
Harnstoff  außer  nach  der  Wöhlerschen 
Synthese  auch  durch  eine  Reihe  anderer 
chemischer  Methoden  dargestellt  werden. 
Aus  dem  Harn  kann  man  ihn  darstellen, 
indem  man  den  Harn  bei  niedriger  Tempe- 
ratur stark  eindampft,  unter  Abkühlen 
konzentrierte  Salpetersäure  zusetzt.  Der 
ausgeschiedene  salpetersaure  Harnstoff  wird 
in  Wasser  gelöst,  mit  Tierkohle  entfärbt  und 
durch  Bariumkarbonat  zerlegt.  Das  Filtrat 
wird  eingedampft,  mit  absolutem  Alkohol 
extrahiert.  Aus  der  eingedampften  alko- 
holischen Lösung  kristallisiert  der  Harnstoff 
aus  und  kann  durch  Umkristallisieren  aus 
Alkohol  gereinigt  werden. 

Wird  Harnstoff  trocken  über  132"  erhitzt, 
so  entsteht  Biuret,  indem  2  Mol.  Harnstoff 
unter  Abgabe  von  1  Mol.  NH3  zusammen- 
treten. Biuret  gibt  mit  Kalilauge  und 
Kupfersulfat  eine  rotviolette  Färbung.  Bei 
weiterem  Erhitzen  bildet  "sich  Cyanursäure. 
Beim  Erhitzen  mit  Barytwasser  oder  Alkali- 
lauge, oder  beim  Erhitzen  mit  Säuren,  Phos- 
phorsäure, Schwefelsäure,  durch  Einwirkung 
gewisser  Mikroorganismen  wird  der  Harnstoff 
unter  Wasseraufnahme  in  Kohlensäure  und 
x\mnioniak  gespalten.  Läßt  man  auf  Harn- 
stoff salpetrige  Säure  einwirken,  so  wird 
derselbe  in  COg  +  2N2  +  H.,0  zerlegt.  Durch 
unterbromigsaures  Natrium  wird  Harnstoff 
in  CO2  +  N2  +  3NaBr  zersetzt.  Geht  die 
Zersetzung  in  alkalischer  Lösung  vor  sich, 
so  wird  die  COo  absorbiert  und  man  kann 
den  Stickstoff,  wenn  die  Reaktion  in  ge- 
eigneten Apparaten  verläuft,  volumetrisch 
bestimmen.  Auf  dieser  Reaktion  beruht  die 
Knop-Hüfnersche  Methode  der  Harn- 
stoffbestimmung, die  aber  keine  Harnstoff- 
bestimmungsmethode ist,  sondern  eine  Ge- 
samtstickstoff bestimmungsmethode  und 
außerdem  mit  so  viel  Fehlercpiellen  behaftet 
ist,  daß  sie  heute  wohl  kaum  noch  für  wissen- 
schaftliche Zwecke  angewendet  wird.  Der 
Harnstoff  bildet  als  einsäurige  Base  durch 
direkte  i\ddition  an  die  Säuren  Salze. 
Von  diesen  sind  die  wichtigsten  der  salpeter- 
saure und  Oxalsäure  Harnstoff,  die  sich 
durch  ihre  Schwerlöslichkeit  und  eine  be- 
sondere Kristallform  auszeichnen.  Ebenso 
bildet  er  mit  Mercurinitrat  einen  weißen 
Niederschlag,  dessen  Zusammensetzung  nicht 
genau  bekannt  ist.  Auf  dieser  Verbindung 
beruht  die  Titrationsmethode  des  Harnstoffs 
von  Liebig-Pflüger. 

Der  Harnstoff  ist  deshalb  das  wichtigste 


Harn 


187 


stickstoffhaltigeEndproduktdes  Stoffwechsels, 
weil  wenigstens  beim  Menschen  und  Fleisch- 
fresser der  Harnstoff  nicht  nur  prozentisch 
die  größte  Menge  des  Stickstoffs  ausmacht, 
sondern  weil  auch  sein  prozentischer  Anteil 
am  Gesamtstickstoff  der  größte  ist.  Beim 
Pflanzenfresser  ist  dieser  Anteil  etwas  ge- 
ringer, weil  ein  großer  Teil  des  Stickstoffs 
in  Form  von  Hippursäure  ausgeschieden 
wird.  Daß  der  Harnstoff  nur  aus  der  Zer- 
setzung des  Eiweißes  herstammen  konnte, 
war  schon  Liebig  bekannt  und  ist  von 
Voit  weiter  bewiesen.  Ebseno  wies  Voit 
nach,  daß  die  Menge  des  Harnstoffs  ab- 
hängig ist  von  der  Größe  der  Eiweißzufuhr. 
Beim  Hungern  sinkt  der  Harnstoffgehalt 
des  Harns,  bei  Fütterung  mit  Fleisch  steigt 
er  auf  das  10  bis  15  fache.  lieber  den  pro- 
zentischen Anteil  des  Harnstoffs  an  der  Ge- 
samtstickstoffausscheidung liegen  sowohl  für 
den  Hund  als  auch  für  den  Menschen  eine 
Reihe  von  Untersuchungen  vor,  die  diesen 
Anteil  mittels  einer  Methodik  der  Harn- 
stoffbestimmung sicherstellen,  die  unseren 
heutigen  Kenntnissen  über  die  Harnstoff- 
bestimmung entspricht;  und  nur  der- 
artige Untersuchungen  können  bezüglich 
ihrer  Ergebnisse  miteinander  verglichen 
werden.  Es  möge  an  dieser  Stelle  darauf 
hingewiesen  werden,  daß  ein  großer  Teil 
der  früheren  Untersuchungen  über  die  Harn- 
stoffphysiologie ziemlich  wertlos  geworden 
ist,  weil  sie  nach  Methoden  ausgeführt 
worden  sind,  die  wie  die  Knop-Hüfnersche 
und  Liebigsche  überhaupt  keine  Harnstoff- 
bestimmungsmethoden, sondern  Gesamtstick- 
stoffbestimmungsmethoden  sind,  oder  mit 
solchen  Fehlerquellen  behaftet  sind,  daß 
ihre  Resultate  einer  wissenschaftlichen  Ivritik 
nicht  standhalten.  Wir  kommen  bei  der 
Besprechung  der  Methoden  der  Harnstoff- 
bestimmung nochmals  darauf  zurück. 

Für  den  Menschen  hat  neuerdings  Folin 
die  Ergebnisse  früherer  Forscher,  wie  P  f  1  ü  g  e  r , 
Bohland,  L.  Bleibtreu,  Bödtker,  be- 
stätigt, daß  bei  eiweißreicher  Nahrung 
(16  g  N)  87,5%  Stickstoff  in  Form  von 
Harnstoff  ausgeschieden  werden,  bei  eiweiß- 
armer Kost  (1  g  N)  ungefähr  60%.  Dafür 
steigt  die  Ammoniak-  und  Kreatininaus- 
scheidung  von  3  und  4  g  auf  12  und  17  g. 
Beim  Hunger  fand  Cathcart  72%  des  N 
im  Harnstoff,  bei  Neugeborenen  Sjöqvist 
73   bis   76%. 

Für  den  Hund  wies  Schöndorff  nach, 
daß  mit  steigendem  Eiweißgehalt  der  Nahrung 
der  Stickstoff  des  Harnstoffs  zunehmen  kann 
bis  zu  einem  Maximalwert  von  97,98%  des 
Gesamtstickstoffs  und  beim  Hunger  bis  zu 
einem  Minimalwert  von  75,44 ')o  sinken  kann, 
daß  derselbe  bei  gemischter  Nahrung  einen 
Wert  von  91,71  °/o,  bei  ausschließlicher 
Kohlehydrat-  oder  Fettnahrung  (Reis  oder 


Schweineschmalz)  einen  W^ert  von  85  bis  86% 
annimmt.  Howe,  Matill  und  Hanek 
(Journ.  of  biol.  ehem.  T.  11  p.  103,  1912) 
haben  an  einem  Hunde  während  einer  Hunger- 
periode von  117  Tagen  die  Stickstoffver- 
teilung im  Harn  untersucht.  Bei  Fütterung 
mit  gemischter  Nahrung  wurde  86"/o  des 
Stickstoffs  als  Harnstoff  ausgeschieden.  In 
den  ersten  48  Tagen  im  Mittel  81,5%,  dann 
stieg  die  Harnstoffausscheidung  während 
der  nächsten  12  Tage  auf  85%,  dann  sank 
sie  wieder  für  30  Tage  auf  den  Wert  von 
81,5%  und  stieg  zum  Schluß  wieder  auf 
85%. 

Was  den  Ort  der  Harnstoff bildung  be- 
trifft, so  ist  in  dem  Artikel  ,, Leber"  dieses 
Handwörterbuches  auseinandergesetzt  wor- 
den, daß  die  Leber  der  wahrscheinliche  Ort 
für  die  Harnstoffbildung  ist,  wenn  auch 
bemerkt  werden  muß,  daß  sie  nicht  in 
allen  Fällen  der  einzige  Ort  für  sie  sein 
kann. 

Ueber  die  Art  der  Entstehung  des  Harn- 
stoffs sind  wir  noch  nicht  vollständig  aufge- 
klärt. Es  besteht  kein  Zweifel  darüber,  daß 
der  Harnstoff  im  Stoffwechsel  aus  Eiweiß  ent- 
steht. Versuche,  aus  Eiweiß  direkt  Harnstoff 
zu  gewinnen,  haben  zu  keinem  Ergebnis 
geführt.  Aber  wir  kennen  eine  Reihe  von 
hydrolytischen  Spaltungsprodukten  des  Ei- 
weißes, die  Harnstoff  liefern  können.  Dazu 
gehören  GlykokoU,  Leucin  und  andere 
Monaminosäuren,  Arginin,  Di-  und  Tri- 
peptide.  Unter  diesen  Stoffen  nimmt  das 
Arginin  =  Guanidino-Ornithin  deshalb  eine 
besondere  Stellung  ein,  weil  Kossei  und 
Dakin  nachgewiesen  haben,  daß  in  der  Leber 
ein  Ferment,  die  Arginase,  vorkommt, 
welche  aus  Arginin  Harnstoff  abspaltet. 
Thompson  hat  dann  bei  Verfütterung  mit 
Arginin  eine  bedeutende  Vermehrung  der 
Harnstoffausscheidung  nachweisen  können. 
Die  Menge  des  Harnstoffs,  die  auf  diese 
Weise  entstehen  konnte,  kann  aber  nur  ein 
geringer  Bruchteil  des  gesamten  Harnstoffs 
sein,  etwa  10%.  Auch  aus  Kreatin,  den  Purin- 
körpern  und  den  Pyrimidinbasen  könnte 
bei  der  Zersetzung  Harnstoff  entstehen, 
es  liegen  aber  keine  Beweise  vor,  daß  dies 
auch  im  Organismus  gescnieht.  Wie  wir 
bei  der  Erörterung  der  Frage  des  Orts  der 
Harnstoffbildung  gesehen  haben,  ist  die 
überlebende  Leber  befähigt,  aus  Ammonium- 
karbonat und  Aminosäuren  Harnstoff  zu 
bilden.  Ferner  ist  durch  eine  große  Reihe 
von  Versuchen  bewiesen,  daß  Verfütterung 
von  i\jjimoniumkarbonat  und  anderen  x\m- 
moniaksalzen,  von  Aminosäuren  eine  Ver- 
mehrung der  Harnstoffausscheidung  zur 
Folge  hat.  Man  darf  also  wohl  annehmen, 
daß  das  Ammoniumkarbonat  als  eine  natür- 
liche Vorstufe  des  Harnstoffs  zu  betrachten 
ist  und  daß  dasselbe  durch  einen  Desami- 


188 


Harn 


dieruiigsprozeß  aus  den  Aininosäuren  stammt. 
Diese  Aniialime  der  Abspaltung  von  Am- 
moniak aus  Aminosäuren  bietet  keine 
Schwierigkeiten,  denn  wir  wissen  aus  Unter- 
suchungen von  Bau  mann  und  Bender- 
mann, Neuberg  und  Langstein,  Mayer, 
Lang,  daß  derartige  Desamidierungen  vor- 
kommen. 

Das  abgespaltene  Ammoniak  findet 
im  Blut  und  den  Geweben  die  zur  Bildung 
von  Ammoniumkarbonat  notwendige  Kohlen- 
säure und  wird  dann  der  Leber  zugeleitet. 
Ob  die  Bildung  des  Harnstoffs  aus  Am- 
moniumkarbonat durch  einfache  Wasser- 
entziehung erfolgt,  oder  ob  aus  den  Amino- 
säuren zuerst  Carbaminsäure  und  Ammo- 
niumkarbamat  entsteht,  oder  ob  der  Harnstoff 
durch  eine  Oxydationssynthese  aus  Amino-  j 
säuren  und  anderen  komplizierten  Stickstoff-  i 
haltigen  Verbindungen  gebildet  wird,  läßt 
sich  bis  jetzt  noch  nicht  entscheiden  und  es 
bedarf  noch  weiterer  Untersuchungen,  um 
diese  Fragen  aufzuklären. 

Die  heute  gebräuchlichen  Metho- 
den der  Harn  Stoffbestimmung 
sind  alle  indirekte  Methoden,  d.  h.  sie 
bestimmen  den  Harnstoff  nicht  als  sol- 
chen, sondern  sie  bestimmen  die  Menge 
der  Zersetzungsprodukte  COg  und  NH3, 
die  sich  bei  der  Behandlung  "mit  Alkalien 
und  Säuren  ergeben  und  berechnen  da- 
raus den  Harnstoff.  Meistens  wird  nach 
den  gebräuchlichsten  Methoden  die  Be- 
stimmung des  Ammoniaks  benutzt.  Da 
nun  der  Harnstoff  nicht  der  einzige  stick- 
stoffhaltige Körper  im  Harn  ist,  der  bei 
der  Behandlung  mit  Säuren  und  Alkalien 
Ammoniak  abspaltet,  so  bedarf  es  einer 
Trennung  desselben  von  den  übrigen  stick- 
stoffhaltigen Körpern  des  Harns."  Bei  der 
Methode  von  Pflüger,  Bleibtreu  und 
Schöndorff  erfolgt  die  Trennung  durch 
Phosphorwolframsäure  und  die  Zersetzung 
des  Harnstoffs  durch  Erhitzen  mit  Phosphor- 
säure bei  150°,  wobei  nur  der  Harnstoff 
zersetzt  wird.  Das  gebildete  Ammoniak 
wird  nach  den  gebräuchlichen  Methoden 
abdestilliert.  Nach  der  Methode  von  Mörner 
und  Sjöqvist  erfolgt  die  Isolierung  des 
Harnstoffs  durch  eine  gesättigte  Chlor- 
bariumlösung mit  5%  Bariumhydrat  und 
der  Harnstoff  wird  dann  durch  Aether- 
Alkohol  in  Lösung  gebracht.  In  dem  Rück- 
stand der  Aetheralkohollösung  wird  der 
Stickstoff  bestimmt  und  daraus  der  Harnstoff 
berechnet.  Nach  der  Folinschen  Methode, 
die  neuerdings  verschiedentlich  verbessert 
vmd  mit  der  Pflüger- Schöndorff  sehen 
kombiniert  ist  (Haskins),  erfolgt  die  Zer- 
setzung des  Harnstoffs  ohne  Vorbehandlung 
durch  Erhitzen  des  Harnes  mit  kristallisiertem 
Magnesiumchlorid    und    Salzsäure,    welches 


bei    112   bis  115"  in   seinem  Kristallw-asser 
schmilzt  und  bei  160"  siedet,  und  Destillation 
;  des  gebildeten  Ammoniaks. 

8b)  Gesamtstickstoff.  Die  Bestim- 
mung des  Harnstoffs  allein  kann  uns  kein 
{  Maß  über  die  Größe  des  Eiweißstoffwechsels 
!  geben,  da  außer  dem  Harnstoff  noch  eine 
Reihe  von  anderen  stickstoffhaltigen  Körpern 
aus  der  Zersetzung  des  Eiweißes  stammt.  Nur 
die  Bestimmung  des  Gesamt  Stickstoff  es 
im  Harn  und  Kot  kann  uns  also  ein  Bild 
über  die  Größe  der  Eiweißzersetzung  geben, 
wenn  auch  dieses  Bild  nicht  vollständig 
zutreffend  ist,  da  ein  Teil  der  im  Harn 
ausgeschiedenen  Stickstoff  Substanzen  am 
Eiweißstoffwechsel  gar  nicht  teilnimmt. 
Ueber  die  engere  Beziehung  des  Eiweiß- 
stoffw^echsels  zur  Stickstoffausscheidung  vgl. 
den  Artikel  ,,Stoffw^echsel  (Spezielle 
Physiologie  des  tierischen  Stoff- 
wechsels)". Ein  erwachsener  Mensch 
scheidet  bei  gemischter  Nahrung  ungefähr 
10  bis  16  g  N  aus. 

Von  allen  Methoden  zur  Bestimmung 
des  Stickstoffs  im  Harn  verdient  die  Kjel- 
dahlsche  Methode  den  Vorzug,  w^eil  sie 
zuverlässige  Resultate  gibt,  leicht  auszu- 
führen ist  und  eine  große  Reihe  von  Analysen 
gleichzeitig  gemacht  werden  kann.  Das 
Prinzip  der  Methode  ist  folgendes:  Die  zu 
untersuchende  Substanz  wird  mit  konzen- 
trierter Schwefelsäure  unter  Zusatz  eines 
Katalysators,  Quecksilber  oder  Kalium- 
sulfat oder  Kupfersulfat,  zur  Beschleunigung 
der  Reaktion  erhitzt.  Dadurch  wird  aller 
Stickstoff  in  Ammoniak  verwandelt  und  an 
Schwefelsäure  gebunden.  Die  Flüssigkeit 
wird  alsdann  abgekühlt,  mit  Natronlauge 
überneutralisiert  und  das  Ammoniak  in 
eine  vorgelegte  titrierte  Schw^efelsäure  über- 
destilliert. Bei  richtiger  Anwendung  gibt 
die  Methode  für  alle  im  Harn  vorkommenden 
stickstoffhaltigen  Substanzen  nach  den  Unter- 
suchungen von  Schöndorff  richtige  Werte. 

8c)  Carbaminsäure.  Die  Carbamin- 
säure NH2— COOH  kommt  im  freien  Zu- 
stande im  Harn  nicht  vor.  Sie  ist  zuerst  im 
Pferdeharn  entdeckt,  aber  auch  später  im 
alkalischen  Harn  von  Hunden  nach  starker 
Kalkfütterung,  auch  im  sauren  Menschenharn 
nachgewiesen  worden.  In  größerer  Menge 
kommt  sie  im  Harn  von  Hunden  mit  Eck- 
scher  Fistel  vor.  Auf  ihre  Bedeutung  als 
Zwischenprodukt  bei  der  Entstehung  von 
Harnstoff  ist  im  vorigen  x\bschnitt  schon 
hingewiesen. 

8d)  Purinkörper.  Unter  Purinkörpern 
verstellt  man  eine  Reihe  von  Verbindungen, 
die  nach  den  Untersuchungen  von  Emil 
E'ischer  sich  alle  von  einem  gemeinsamen 
Kern  dem  Purin  durch  verschiedenartige 
Substitution  ableiten  lassen: 


Harn 


189 


,N  =  «CH 


II      II 


NR 


^ 


CH« 


3x1      4V7      X19 

Um  die  Stellung  der  Substituenten  in 
den  verschiedenen  Purinkörpern  leicht  an- 
geben zu  können,  ist  von  Emil  Fischer 
obige  Nummerierung  eingeführt.  Unter 
den  Purinkörpern  des  Harns  unterscheidet 
man  die  Harnsäure  von  den  Purinbasen, 
früher  auch  Alloxurbasen  genannt. 

a)  Harnsäure.  Die  Harnsäure  2-,  6-, 
8-Trioxypurin,  C5H4N4O3 

NH  — CO 


CO  — C  — NH 

I  II 

NH  —  C  —  NH 


)C0 


wurde  1776  von  Scheele  entdeckt  und 
aus  Blasensteinen  gewonnen.  Sie  ist  auf 
verschieaene  Weise  synthetisch  dargestellt 
und  ihre  Konstitution  von  E.  Fischer 
aufgeklärt.  Im  Menscheuharn  und  dem 
Harn  der  höheren  Säugetiere  kommt  sie 
nur  in  geringer  Menge  vor,  im  Mittel  0,8  g 
pro  Tag.  In  sehr  reichlicher  Menge  kommt 
sie  im  Harn  der  Vögel,  der  Reptilien, 
Schlangen  und  Insekten  vor,  bei  welchem 
die  Hauptmasse  des  Stickstoffs  in  Form 
von  Harnsäure  erscheint.  Im  Harn  der 
fleischfressenden  Säugetiere  kommt  sie 
manchmal  vor,  manchmal  fehlt  sie  auch. 
Bei  den  Pflanzenfressern  wird  sie  regel- 
mäßig in  geringen  Mengen  ausgeschieden. 
Die  Harnsäure  ist  ein  weißes,  farbloses 
Pulver,  schwer  löslich  in  reinem  Wasser, 
unlöslich  in  Alkohol  und  Aether.  Sie  ist 
löslich  in  konzentrierter  Schwefelsäure.  Von 
Alkalien,  organischen  Basen  wird  die  Harn- 
säure gelöst  unter  Bildung  von  harnsauren 
Salzen.  In  wässerigen  Lösungen  von  Salzen, 
schwachen  Säuren  wie  Phosphorsäure, 
Kohlensäure,  Borsäure  löst  sie  sich  leichter 
wie  in  reinem  Wasser,  weil  sich  teilweise 
lösliche  harnsaure  Salze  bilden.  Die  Harn- 
säure ist  eine  einbasische  Säure.  Sie  bildet 
aber  mit  Basen  zwei  Reihen  von  Salzen,  saure 
primäre  Salze  und  neutrale  sekundäre  Salze. 
Die  ersteren  sind  leicht  löslich  in  Wasser, 
die  letzteren  in  kaltem  Wasser  schwer,  in 
warmem  leichter.  Die  sogenannten  Quadri- 
urate  sind  Gemische  von  freier  Harnsäure 
und  Uraten.  Von  den  Alkaliuraten  ist  das 
Lithiumsalz  am  leichtesten,  das  Ammonium- 
salz am  schwersten  löslich.  Die  sauren 
Salze  der  Harnsäure  mit  Alkalien  scheiden 
sich  aus  konzentrierten  Harnen  leicht  aus 
(Sedimentum  lateritium).  Sie  schließen 
den  Farbstoff  des  Harns  ein  und  sehen 
ziegelmehlartig    aus.        Durch    Einwirkung 


von  Alkalien  und  Säuren  wird  die  Harn- 
säure leicht  zersetzt.  Für  den  qualitativen 
Nachweis  der  Harnsäure  ist  wichtig  die 
Zersetzung  der  Harnsäure  durch  Salpeter- 
säure in  der  Wärme.  Es  entsteht  dabei 
Alloxantin,  welches  mit  überschüssigem 
Ammoniak  purpursaures  Ammoniak  = 
Murexid,  einen  rotvioletten  Farbstoff  liefert. 
Die  Harnsäure  reduziert  alkalische  Kupfer- 
sulfatlösung. 

Die  quantitative  Bestimmung  der  Harn- 
säure erfolgt  entweder  nach  der  Ludwig- 
Salkowskischen  Methode,  indem  man  die 
Harnsäure  mit  ammoniakalischem  Silber- 
nitrat aus  dem  mit  Magnesiamischung  ver- 
setzten Harn  fällt  und  aus  dem  Nieder- 
schlag die  Harnsäure  frei  macht  und  wiegt. 
Oder  man  wendet  die  Hopkins-Folinsche 
Methode  an,  indem  man  die  Harnsäure  als 
Ammoniumurat  fällt,  und  das  in  Schwefel- 
säure gelöste  Salz  mit  Kaliumpermanganat 

titriert,  wobei  1  ccm  ^  Permanganatlösung 

durch  7,5  mg  Harnsäure  oxydiert  werden. 

Was  die  Entstehung  der  Harnsäure  beim 
Menschen  und  bei  den  Säugetieren  betrifft, 
so  nahm  man  früher  an,  daß  die  Harnsäure 
die  Vorstufe  des  Harnstoffs  im  intermediären 
Stoffwechsel  des  Eiweißes  sei.  Neuere 
Untersuchungen,  besonders  von  Kos  sei  und 
seinen  Schülern,  von  Horbaczewski  und 
anderen  haben  aber  bewiesen,  daß  die  Harn- 
säure ein  Endprodukt  des  Stoffwechsels 
der  Nukleoproteide  oder  der  Nukleinbasen 
ist,  und  zwar  unterscheiden  wir  nach  den 
Untersuchungen  von  Burian  und  Schur 
eine  exogene  Harnsäureausscheidung,  die 
aus  den  mit  der  Nahrung  eingeführten 
Nukleinen  oder  Purinbasen  stammt  und  eine 
endogene,  die  vom  Stoffwechsel  der  Zell- 
kerne des  Körpers  herrührt.  Der  endogene 
Anteil  hat  nach  Burian  und  Schur  für 
jedes  Individuum  auch  zu  verschiedenen 
Zeiten  einen  konstanten  Wert  und  kann 
durch  Ernährung  mit  purinfreier  Kost 
bestimmt  werden.  Diese  Werte  schwanken 
zwischen  0,075  bis  0,245  g  in  24  Stunden. 
Der  exogene  Anteil  ist  nur  von  dem  Purin- 
gehalt  der  Nahrung  abhängig.  Eine  synthe- 
tische Bildung  von  Harnsäure,  wie  sie 
Wiener  behauptet,  ist  nach  der  Ansicht 
von  Burian    und  Schur    nicht    erwiesen. 

Anders  verhält  es  sich  bei  den  Vögeln 
Hier  ist  die  LIarnsäure  das  Hauptendprodukt 
des  Eiweißstoffwechsels;  durch  die  Ver- 
suche von  Minkowski  an  entleberten 
Gänsen  und  durch  Durchblutungsversuche 
von  Salaskin  und  Kowalewsky  ist  be- 
wiesen, daß  die  Vogelleber  synthetisch  aus 
milchsaurem  Ammoniak  Harnsäure  aufbauen 
kann.  Das  Nähere  vgl.  in  dem  Artikel  „Leber". 
x\ber  auch  bei  Vögeln  findet  außerdem  eine 


190 


Harn 


oxydative  Bildung  von  Harnsäure  aus  Purin- 
basen  statt. 

Beim  Menschen  und  beiden  höheren  Säuge- 
tieren ist  die  Bildung  der  Harnsäure  nicht  an 
die  Leber  gebunden,  vielmehr  ist  in  einer  Reihe 
von  Organen,  Milz,  Lunge,  Leber,  Darm, 
Muskeln,  Niere  die  Bildung  von  Harnsäure 
nachgewiesen.  Bei  den  verschiedenen  Tier- 
arten zeigen  sich  aber  große  iVbweichungen. 
Diese  Harnsäure-Bildung  ist  wahrscheinlich 
enzymatischer  Natur  durch  Oxydasen  ver- 
anlaßt. Und  zwar  geschieht  durch  die  Wir- 
kung der  Nuklease  die  Abspaltung  der 
Nukleinbase  aus  dem  Nukleinsäuremolekül. 
Infolge  eines  Desamidierungsprozesses  durch 
Adenase  oder  Guanase  entsteht  aus  Adenin 
(6-Aminopurin)  Hypoxanthin  (6-Oxypurin), 
aus  Guanin  (2-Amino-,  6-Oxypurin)  Xanthin 
(2.6-Dioxypurin),  durch  einen  Oxydations- 
prozeß vermittels  der  Xanthinoxydase  wird 
Hypoxanthin  zu  Xanthin,  Xanthin  zu 
Harnsäure  (2.6.8-Trioxypurin)  oxydiert. 
Die  aus  den  Nukleinbasen  stammende 
Harnsäure  wird  nicht  vollständig  ausge- 
schieden, sondern  ein  Teil  wird  wieder  zer- 
stört und  in  Harnstoff  übergeführt.  Als 
Zwischenprodukt  tritt  beim  Hunde  das 
AUantoin  auf.  Diese  Zerstörung  der  Harn- 
säure, Urikolyse,  findet  hauptsächlich  in  der 
Leber,  Niere,  Muskeln,  Knochenmark  statt 
und  ist  wahrscheinlich  auch  enzymatischer 
Natur. 

/?)  Purin b äsen.  Außer  der  Harnsäure 
gibt  es  noch  eine  Reihe  von  Purinkörpern  im 
Harn,  die  man  als  Purinbasen  oder  auch 
Alloxurkörper  bezeichnet.  Es  sind  bis  jetzt 
folgende  nachgewiesen:  Adenin  (6-Amino- 
purin), Hypoxanthin  (6-Oxypurin),  Guanin 
(2-Amino-6-Oxypurin),  Xanthin  (2-6-Dioxy- 
purin),  1-Methylxanthin,  Heteroxanthin 
(7-Methylxanthin),  Paraxanthin  (1-7-Di- 
methylxanthin),  Epiguanin  (7-Methyl- 
guanin),  Episarkin,  Carnin.  Ihre  Menge  im 
Harn  ist  sehr  gering  und  sehr  schwankend. 
Wir  unterscheiden  auch  hier  einen  endogenen 
und  einen  exogenen  Anteil  in  der  Hariipurin- 
ausscheidung.  Der  endogene  Anteil  stammt 
aus  dem  Zerfall  der  in  der  Kernsubstanz 
enthaltenen  Nukleoproteide  und  hat  wie 
der  endogene  Anteil  der  Harnsäure  für  jedes 
Individuum  einen  konstanten  Wert,  der 
aber  bei  verschiedenen  Individuen  etwas 
wechselt.  Der  exogene  Anteil  stammt  aus 
den  mit  der  Nahrung  eingenommenen  Nuklein- 
säuren. Die  methylierten  Xanthine  stammen 
von  den  in  der  Nahrung  aufgenommenen 
Genußmitteln  (Coffein  =  1-3-7-Trimethyl- 
xanthin,  Theobromin  =  3-7-Dimethyl- 
xanthin,  Theophyllin  =  1-3-Dimethyl- 
xanthin),  die  zum  Teil  als  solche  in  den  Harn 
übergehen,  zum  Teil  als  einfach  und  zweifach 
methylierte   Xanthine   im    Harn    auftreten. 


8e)  AUantoin.  Das  Allan  toi  n(Glyoxyl- 
diureid  (^4H6N4()3)  ist  im  Jahre  1749  in 
der  Amniosflüssigkeit  bei  Kühen  gefunden 
worden  und  auch  später  im  Harn  von  neu- 
geborenen Kälbern  nachgewiesen.  Nach 
den  neueren  Untersuchungen  von  Wie- 
chowski  kommt  das  AUantoin  nicht  nur 
im  Harn  von  Hunden,  Katzen  und  Kanin- 
chen vor,  sondern  init  verbesserter  Methodik 
konnte  er  das  AUantoin  auch  als  einen 
normalen  Bestandteil  des  Menschenharns 
feststellen.  Es  handelt  sich  aber  nur  um 
geringe  Mengen,  8  bis  15  mg  pro  Tag.  Das 
AUantoin  ist  ein  Zersetzungsprodukt  der 
Harnsäure  und  stammt  in  letzter  Linie 
von  den  Purinkörpern.  So  findet  man  auch 
die  AUantoinausscheidung  nach  Verabrei- 
chung von  Harnsäure,  Hypoxanthin  und 
nukleinreicher  Nahrung  vermehrt.  Beim 
Hunde  erscheint  per  os  eingeführtes  x\llantoin 
fast  quantitativ  im  Harn  wieder,  beim 
Menschen  wird  es  im  Organismus  zum  größten 
Teil  zerstört. 

8f)  Kreatiu  und  Kreatinin.  Kreatin 
(Methylguanidinoessigsäure)  und  Kreatinin 
(Methylguanidinoessigsäureanhydrid)  kom- 
men bei  gemischter  Kost  beide  vor,  aber  in 
überwiegender  Menge  das  Kreatinin.  Man 
nahm  früher  an,  daß  das  Kreatinin  aus 
dem  Kreatin  der  Muskeln  in  der  Nahrung 
des  Körpers  stamme.  Aber  neuere  Unter- 
suchungen mit  der  Folinschen  kolori- 
metrischen  Methode  zeigten,  daß  sowohl 
die  Ausscheidung  wie  die  Entstehung  des- 
selben noch  nicht  genügend  geklärt  sind. 
Kreatin  ward  bei  Kfeatin-,  d.  h.  fleischfreier 
Kost  gar  nicht  oder  nur  in  minimaler  Menge 
ausgeschieden.  Im  Hungerharn  ist  dasselbe 
regelmäßig,  aber  in  geringer  Menge  vorhanden, 
ebenso  tritt  solches  bei  vielen  Krankheiten, 
besonders  des  Muskelsystems  in  verschiedenen 
Mengen  auf. 

Die  Kreatininausscheidung  des  nor- 
malen Menschen  liat  bei  fleischfreier  Kost 
für  jedes  Individuum  einen  konstanten 
Wert,  der  unabhängig  von  der  Gesamt- 
stickstoffausscheidung ist.  Dieselbe  beträgt 
nach  neueren  Untersuchungen  1,8  bis  2,4  g 
pro  Tag;  im  Mittel  bei  einem  Menschen 
von  70  kg  1,75  g  pro  Tag.  Ueber  die  Einflüsse 
auf  die  Kreatininausscheidung,  über  die 
Muttersubstanzen  desselben,  über  den  Ort 
der  Bildung  (wahrscheinlich  die  Leber)  sind 
die  Ansichten  noch  nicht  geklärt. 

Das  Kreatinin  ist  in  Wasser  und  Alkohol 
leicht  löslich  und  bildet  Kristalle  des  rhombi- 
schen Systems.  Es  bildet  mit  Chlorzink  eine 
ganz  charakteristische  Verbindung,  die  auch 
zum  Nachweis  dient.  Es  reduziert  alkalische 
Kupfersulfatlösuiig.  Qualitativ  kann  man 
es  durch  folgende  Farbenreaktionen  nach- 
weisen : 


Harn 


191 


1.  Reaktion  nach  Weyl:  Versetzt  man 
Harn  mit  einigen  Tropfen  einer  Lösung  von 
Nitroprussidnatrium  und  setzt  dann  tropfen- 
weise Natronlauge  zu,  so  erhält  man  eine 
schöne  rubinrote  Farbe,  die  aber  nach  einiger 
Zeit  in  strohgelb  übergeht. 

2.  Reaktion  nach  Jaffo:  Versetzt  man 
Harn  mit  etwas  wässeriger  Pikrinsäurelösung 
und  einigen  Tropfen  verdünnter  Natronlauge, 
so  färbt  sich  der  Harn  intensiv  rot. 

Auf  dieser  Reaktion  beruht  die  von 
Folin  angegebene  quantitative  Methode 
zur  Bestimmung  des  Kreatinins,  die  eine 
kolorimetrische  ist,  indem  die  bei  der 
Einwirkung  der  Pikrinsäure  entstehende 
Farbe  mit  einer  ^2 ""Lösung  von  Kalium- 
bichromat  verglichen  wird,  die  in  einer  be- 
stimmten Dicke  eine  bestimmte  Menge 
Kreatinin  anzeigt. 

8  g)  Hi  p p u r s  äu r e.  Die  H i  p  p  u  r s  ä u  r  e 
(Benzoylaminoessigsäure  =  CgHg.CO.NH. 
CH2.COOH)  kommt  im  Harn  der  Pflanzen- 
fresser in  größerer  Menge  vor;  im  Harn 
des  Menschen  und  der  Fleischfresser  nur 
in  geringen  Mengen.  Die  Tagesmenge  beträgt 
beim  Menschen  0,1  bis  2  g.  Bei  reichlicher 
vegetabilischer  Nahrung,  besonders  Gemüse, 
Obst  (Beeren),  kann  sie  über  2  g  betragen. 
Beim  Pflanzenfresser  kann  sie  zuweilen  den 
in  größter  Menge  vorhandenen  stickstoff- 
haltigen Bestandteil  ausmachen.  Beim  Pferde 
schwankt  die  Menge  zwischen  10  und  25  g 
pro  Liter,  bei  der  Kuh  und  Ziege  ist  sie  oft 
noch  größer.  Die  Tagesmenge  beträgt  beim 
Pferde  60  bis  160  g,  beim  Rinde  10  bis  100  g, 
beim  Schaf  3  bis  30  g.  Bei  Heufütterung  ist 
ihre  Menge  viel  größer  als  bei  Haferfütterung. 
Was  die  Entstehung  der  Hippursäure  angeht, 
so  hatte  man  beobachtet,  daß  eingeführte 
Benzoesäure  nicht  als  Benzoesäure,  sondern 
als  Hippursäure  im  Harn  wieder  erscheint. 
Ferner  war  sichergestellt,  daß  Benzol- 
abkömmlinge,  welche  durch  Oxydation  oder 
Reduktion  in  Benzoesäure  übergehen,  eben- 
falls im  Organismus  sich  zu  Hippursäure 
paaren.  Dadurch  fällt  die  Frage  nach  der 
Entstehung  der  Hippursäure  mit  der  Frage 
nach  der  Entstehung  der  Benzoesäure  zu- 
sammen, lieber  die  Entstehung  des  zweiten 
Paarlings,  des  GlykokoUs  (Aminoessigsäure), 
als  ein  Zersetzungsprodukt  des  Eiweißes 
herrscht  kein  Zweifel  (s.  den  jVrtikel  ,, Ei- 
weißkörper"). Da  man  nun  Hippursäure  im 
Harn  hungernder  Hunde  und  bei  ausschließ- 
licher Fleischkost  gefunden  hat,  so  nimmt 
man  in  diesem  Falle  an,  daß  sie  aus  Pro- 
dukten der  Eiweißfäulnis  im  Darm  entsteht. 
Bei  derselben  entsteht  das  Phenylalanin 
(Phenylaminopropionsäure),  daraus  bildet 
sich  Phenylpropionsäure,  welche  im  Körper 
zu  Benzoesäure  oxydiert  wird  und  sich  mit 
Glykokoll  zu  Hippursäure  paart.  Wenn  man 
den  Darm  mit  großen  Dosen  Calomel  des- 


infiziert imd  die  Darmfäulnis  verhindert, 
so  hört  nach  Baumann  die  Hippursäure- 
bildung  beim  Hunde  auf.  Man  hat  früher 
die  stärkere  xlusscheidung  von  Hippursäure 
im  Harn  der  Pflanzenfresser  auch  auf 
stärkere  Darmfäulnis  zurückgeführt,  aber 
Versuche  von  Henne berg.  Meißner  und 
Shephard  lehren,  daß  diese  Annahme  nicht 
absolut  richtig  sein  kann,  daß  vielmehr 
Substanzen,  die  in  der  Kutikularsubstanz 
der  Rohfaser  vorkommen,  die  Mutter- 
substanzen der  Benzoesäure  seien.  Loew 
nahm  an,  daß  diese  Substanz  die  Chinasäure 
(CgH, .  (OH)^ .  COOH  Hexahydrotetraoxy- 
benzoesäure)  sei.  Andere  nehmen  an,  daß 
die  Benzoesäure  aus  dem  in  der  Rohfaser 
enthaltenen  Coniferin  entstünde,  zumal  da 
Fütterung  mit  Coniferylalkohol  und  VaniUin- 
säure  eine  vermehrte  Hippursäureausschei- 
dung  veranlassen.  Neuere  Versuche  von 
Vasilin  haben  ergeben,  daß  auch  bei 
Pflanzenfressern  der  Phenylalaninkomplex 
eine  Rolle  bei  der  Bildung  der  Hippursäure 
spielt,  in  dein  beim  Hammel  nach  Zufuhr 
von  Phenylalanin  fast  die  Hälfte  der  theo- 
retisch möglichen  Menge  als  Hippursäure 
im  Harn  erscheint.  Inwieweit  die  Darni- 
fäulnis  bei  diesem  Prozesse  eine  Rolle  spielt, 
ist  noch  nicht  aufgeklärt. 

Bei  Vögeln  erscheint  die  zugeführte 
Benzoesäure  als  Ornithursäure,  indem 
sie  sich  mit  dem  Eiweißabkömmling  Ornithin 
paart. 

Als  Ort  der  Hippursäuresynthese  ist  die 
Niere  anzunehmen.  Durchblutungsversuche 
von  Bunge  und  Schmiedeberg  an  Hunden 
mit  Benzoesäure  und  Glykokoll,  auch  Ver- 
suche mit  Nierenbrei  (Pflüger,  Kochs) 
und  den  Muttersubstanzen  der  Hippursäure 
haben  diese  Tatsache  sichergestellt.  Bei 
Kaninchen  und  Fröschen  scheinen  auch 
andere  Organe  an  dieser  Synthese  beteihgt 
zu  sein. 

Die  Hippursäure  kristallisiert  in  farb- 
losen langen  prismatischen  halbdurch- 
sichtigen Nadeln,  ist  in  Alkohol  leicht  löslich, 
in  kaltem  Wasser  schwer  löslich,  leichter  in 
heißem.  Beim  Erhitzen  sublimiert  die  Hippur- 
säure bei  187''  und  bildet  einen  roten  Rück- 
stand. Die  sublimierten  Produkte  sind 
Benzoesäure,  Benzonitril  und  Blausäure. 
Aus  dem  Harn  wird  sie  durch  Fällen  mit 
Salzsäure  und  Extrahieren  mit  Essigäther 
gewonnen,  mit  30%  Salzsäure  gespalten 
und  aus  dem  Stickstoff  des  GlykokoUs  die 
Hippursäure  berechnet. 

8h)  Phenacetursäure.  In  ähnlicher 
Weise  wie  Benzoesäure  mit  Glykokoll  gepaart 
als  Hippursäure  ausgeschieden  wird,  koppelt 
sich  Phenylessigsäure  CgHg .  GH.,  .  COOH 
mit  Glykokoll  zusammen  und  kommt  als 
Phenacetursäure  CgHg.CHa.CO.NH.CHa. 
COOH  zur  Ausscheidung.      Sie  findet  sich 


192 


Harn 


in  großer  Menge  (0,8  g  im  Liter)  im  Pl'erdc- 
liarn,  kommt  aber  auch  im  Menschenharn 
vor.  Sie  stammt  aus  der  bei  der  luweiß- 
fäuhiis  im  Darm  entstehenden  Phenylessig- 
säure.  Sie  gleicht  in  ihrem  Verlialten  der 
llippursäure. 

8i)  Clepaarte  Säuren,  a)  Gepaarte 
Schwefelsäuren  =  xVetherschwei'elsäu- 
ren.  Im  Darm  finden  außer  den  Spaltungen 
der  Nahrungsstoffe  durch  Fermente  noch  mehr 
oder  minder  starke  Fäulnisprozesse  unter 
dem  Einflüsse  der  Fäulnisbakterien  statt. 
Aus  dem  aromatischen  Bestandteile  der 
Eiweißstoffe  werden  eine  Reihe  von  Abbau- 
l)rodukten  gebildet,  wie  Phenol,  p-Kresol, 
Indol  und  Skatol  und  andere  unbestimmter 
Konstitution.  Die  beiden  letzteren  werden 
zu  Indoxyl  und  Skatoxyl  oxydiert.  Alle 
diese  Stoffe  w^erden  resorbiert,  gelangen  ins 
Blut,  werden  mit  Schwefelsäure,  die  aus  dem 
Schwefel  des  Eiweißes  stammt,  gepaart  und 
gehen  dann  als  Aetherschwefelsäuren  in  den 
Harn  über.  Die  Paarung  derselben  erfolgt 
nach  den  Untersuchungen  von  Bau  mann 
zum  großen  Teil  in  der  Leber  (vgl.  den 
xArtikel  ,, Leber"),  vielleicht  auch  in  der 
Niere  und  Lunge. 

Zu  derselben  Gruppe  gehören  auch  die 
Hl  geringen  Mengen  im  Menschenharn  vor- 
kommenden Brenzkatechinschwefelsäure  und 
die  Hydroehinonschwefelsäure,  die  nach  Ver- 
giftung mit  Phenol  auftritt. 

Die  Gesamtmengen  der  Aetherschwefel- 
säuren im  Harn,  die  zum  Teil  an  Basen  ge- 
bunden sind,  schwankt  zwischen  0,094  bis 
0,620  g.  Die  Angabe  über  die  Mengen  der 
Aetherschwefelsäuren  schwanken  so  sehr, 
daß  es  nicht  nur  unmöglich  ist,  eine  Mittel- 
zahl anzugeben,  sondern  auch  die  obere 
und  untere  Grenze  nur  einigermaßen  sicher 
zu  fixieren. 

aa)  Phenol-  und  p-Kresolschwefel- 
säure.  Phenolschwefelsäure  CgHg.SOgH 
und  p-Kresolschwefelsäure  CgHg.CHg.SOgH 
kommen  als  Alkalisalze  im  Harn  vor.  Die 
Menge  der  p-Kresolschwefelsäure  ist  im 
allgemeinen  größer  als  die  der  Phenol- 
schwefelsäure. Ihre  Menge  ist  besonders  groß 
im  Pflanzenfresserharn  (Pferdeharn).  Auch 
nach  h^innahme  von  Phenol  und  bei  gewissen 
Krankheiten  ist  ihre  Menge  vermehrt.  Sie 
entstammen  der  Eiweißfäulnis  im  Darm 
und  wahrscheinlich  dem  Tyrosin.  Man  kann 
dieselbe  nachweisen,  indem  man  Pferdeharn 
mit  Schwefelsäure  destilliert  und  in  dem 
Destillat  die  Millonsche  Probe  anstellt. 
Die  Flüssigkeit  färbt  sich  dann  rosenrot. 
Mit  Eisenchlorid  färbt  sich  das  Destillat 
blau  und  zwar  mehr  blauviolett,  wenn 
Phenol  überwiegt,  mehr  stahlblau,  wenn 
das  P-Kresol  überwiegt.  Bezüglich  der 
quantitativen  Bestimmung  sei  auf  die  Lehr- 
bücher der  Harnanalyse  verwiesen. 


/5/3) Brenzkatechinschwefelsäure  und 
Hydroehinonschwefelsäure.  Brenz- 
katechin  C6H.j(Üll)2  findet  sich  regelmäßig 
in  kleineren  Mengen  im  Menschenharn,  in 
größeren  Mengen  im  Pferdeharn,  entweder 
als  solches  oder  als  Aetherschwefelsäure.  Es 
stammt  aus  der  in  Pflanzen  vorkommenden 
Protokatechinsäure  (H0)2C6H3C00H,  da  die 
Säure  bei  reiner  Fleischfütterung  und  auch 
bei  Milchdiät  fehlt.  Sie  kann  aber  auch 
von  dem  im  Körper  oxydierten  Phenol 
herstammen. 

Hydrochinon  C6H4(OH)2  ist  bis  jetzt 
nur  nach  Gebrauch  von  Benzol  und  Phenol 
oder  auch  nach  Eingabe  von  Hydrochinon 
selbst  im  Harn  als  xVetherscliAvefelsäure  nach- 
gewiesen. Von  seinen  Zersetzungsprodukten 
rührt  die  dunkle  Farbe  der  ,,  Karbolharne" 
her. 

yy)  Indoxylschwefelsäure.  Das  In- 
doxyl, das  als  Indoxylschwefelsäure  CgHe- 
N.O.SO3H  im  Harn  vorkommt,  ist  das 
Oxydationsprodukt  des  Indols.  Das  Indol 
entsteht  im  Darm  durch  Fäulnis  aus  dem 
Tryptophan  (Indolaminopropionsäure.  Vgl. 
den  Artikel  ,, Eiweißkörper").  Es  wird 
resorbiert,  zu  Indoxyl  oxydiert  und  mit 
Schwefelsäure  gepaart.  Das  Alkalisalz 
wird  I  n  d  i  k  a  n  genannt. 

Die  Indoxylmenge  des  Menschen  (auf 
Indigo  berechnet)  schwankt  zwischen  5  bis 
20  mg  pro  Tag,  im  Pferdeharn  ist  die  Menge 
23  mal  so  groß.  Bei  Fleischkost  ist  die  Menge 
vermehrt.  Eine  Vermehrung  der  Indikan- 
ausscheidung  findet  sich  in  pathologischem 
Zustande  überall  da,  wo  eine  vermehrte 
Eiweißfäulnis  auftritt;  z.  B.  bei  Typhus, 
Darmeinklemmungen,  Cholera,  Darmtuber- 
kulose, bei  Abszessen,  Magenkrebs  usw. 

Der  Nachweis  des  Indikans  erfolgt  in 
der  Weise,  daß  man  durch  konzentrierte 
Salzsäure  das  Indikan  spaltet,  das  frei- 
gewordene Indoxyl  durch  Oxydationsmittel 
zu  Indigblau  oxydiert  und  dasselbe  mit 
Chloroform  ausschüttelt.  Man  kann  entweder 
nach  Jaffe  frisch  bereitete  Chlorkalklösung 
oder  nach  Obermayer  Eisenchlorid  oder 
konzentrierte  Salperetsäure  benutzen.  Es 
kommt  häufig  vor,  daß  unter  dem  Einfluß 
von  Bakterien  das  indoxylschwefelsäure  Kali 
in  der  Blase  oder  im  entleerten  Harn  schon 
zersetzt  und  oxydiert  wird.  Man  sieht  dann 
einen  rotschillernden  Ueberzug  auf  dem  Harn 
oder  manchmal  blaue  Ivristalle  (Indigurie). 

dÖ)  Skatoxylschwefelsäure.  Nach 
Fütterung  mit  Skatol  konnte  Brieger 
skatoxylschwefelsaures  Kali  im  Harn  nach- 
weisen. Ob  aber  im  normalen  Harn  Skatoxyl- 
schwefelsäure oder  andere  Skatoxylderivate 
vorkommen,  ist  noch  nicht  sichergestellt. 

ß)  Gepaarte  Glukuronsäuren.  Außer 
an  Schwefelsäure  werden  auch  die  bei  der 
Darmfäulnis      entstehenden      aromatischen 


Harn 


193 


Gruppen  an  Glukuronsäure  gepaart  und 
werden  als  solche  im  Harn  ausgeschieden. 
Die  Glukuronsäure,  das  erste  Oxydations- 
produkt des  Traubenzuckers  wird  im  all- 
gemeinen weiter  oxydiert,  nur  wenn  aroma- 
tische Stoffe  im  Körper  vorhanden  sind, 
wird  sie  an  solche  gepaart,  nicht  weiter 
zersetzt  und  im  Harn  ausgeschieden.  Auch 
Kampfer,  Chloral,  Thymol,  Naphtol  paaren 
sich  mit  Glukuronsäure  und  in  diesem  Falle 
ist  die  Glukuronsäureausscheidung  bedeutend 
vermehrt.  Die  Glukuronsäure  ist  der  Be- 
standteil des  Harns,  der  die  Linksdrehung 
desselben  veranlaßt. 

8k)  Aromatische  Oxysäuren.  Bei  der 
Darmfäulnis  entstehen  aus  dem  aromatischen 
Bestandteil  des  Eiweißes,  dem  Tyrosin, 
auch  aromatische  Oxysäuren  als  Zwischen- 
produkt und  zwar  die  Paraoxyphenyl- 
essig säure  und  die  Paraoxyphenyl- 
propionsäure.  Ihre  Menge  ist  sehr  klein. 
Sie  kommen  entweder  als  solche  im  Harn 
vor  oder  auch  an  Schwefelsäure  gebunden. 
Bei  der  Alkaptonurie  kommt  auch  im 
Menschenharn  die  H  o  m  o  g  e  n  t  i  s  i  n  - 
säure  (Dioxyphenylessigsäure)  und  die 
Ur 0 1  e u  ci  n  s  ä u r e  (Dioxyphenylmilchsäure) 
bei  akuter  Leberatrophie  die  Oxymandel- 
säure,  im  Kaninchenharn  Oxyhydro- 
paracu  mar  säure,  im  Pferdeharn  Gallus- 
säure und  im  Hundeharn  Kynuren- 
säure  (y-Oxy-Chinolin-/i-Carbonsäure)  vor. 

81)  Aminosäuren  und  Amine.  Nach 
den  heute  vorliegenden  Versuchsergebnissen 
läßt  sich  nicht  mehr  daran  zweifeln,  daß 
auch  im  normalen  Harn  Aminosäuren  vor- 
kommen. Mit  Sicherheit  ist  nur  das  Vor- 
kommen von  Glykokoll  nachgewiesen.  In 
pathologischen  Harnen  hat  man  Leucin, 
Tyrosin,  Histidin,  Arginin  und  Cystin  ge- 
funden. Von  Monaminen  ist  Methyl- 
amin, Trimethylamin,  Cholin,  No- 
vain, von  Diaminen  Put  res  ein  (Tetra- 
methylendiamin)  und  Cad averin  (Penta- 
methylendiamin),  von  Guanidinabkömm- 
lingen  Methylgu anidin  und  Dimethyl- 
guanidin  festgestellt  worden. 

8m)  Schwefelhaltige  Verbindungen. 
Nach  den  Untersuchungen  von  Gescheidlen, 
Munk,  Külz,  Bruylant  kommt  im  nor- 
malen Harn  des  Menschen  und  der  Tiere 
Rhodanwas  s  er  s  t  of  f  (CNSH)  vor.  Die 
Menge  beträgt  0,00.3  bis  0,11  g  im  Liter. 
M  e  t  h  y  1  m  e  r  c  a  p  t  a  n  (CHg-SH)  ist  von 
Nencki  nach  Spargelgenuß,  von  Rubner 
nach  Genuß  von  Blumenkohl,  Teltower- 
rüben  und  Rotkohl  im  Menschenharn  auf-l 
gefunden  worden.  Aethylsulfid  (C2H5- 
S-C2H5),  eine  widerlich  riechende  Substanz 
ist  im  Hundeharn  nachgewiesen  worden. 
Die  Muttersubstanz  dieser  Körper  soll  nach 
den  Untersuchungen  von  Neuberg  und 
Grosser    eine    Diäthylmethylsulfiniumbase  j 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.     Band  V 


sein.  In  Spuren  soll  auch  Taurocarbamin- 
säure  und  Chondroitinschwefelsäure 
vorkommen,  ferner  Cystin,  das  bei  einer 
Stoffwechselerkrankung,  der  Cystinurie,  in 
größeren  Mengen  entleert  wird. 

8n)  S-und  N-haltige  Verbindungen 
unbekannter  Konstitution,  im  Harn 
sind  neuerdings  eine  Reihe  von  Stoffen 
bekannt  geworden,  die  Stickstoff-  und 
schwefelhaltig  sind,  die  wahrscheinlich  in 
Beziehung  zum  Eiweißstoffwechsel  stehen, 
deren  Konstitution  aber  vollständig  unbe- 
kannt ist.  Sie  bilden  einen  Teil  des  soge- 
nannten ,, neutralen"  Schwefels. 

Zu  diesen  Säuren,  auch  Proteinsäuren  ge- 
nannt, gehören  die  An toxy  protein - 
säure,  die  Oxy  proteinsäure,  die 
Alloxy  protein  säure,  die  Uroferrin- 
säure,  die  stickstoffhaltige  Säure  unbe- 
kannter Konstitution  von  Hari  una  poly- 
peptidartige  Körper  von  Abderhalden 
und  Pregl.  Die  verschiedenen  Säuren  sind 
besonders  von  Bodzinsky  mit  Gottlieb, 
Dombrowski  und  Panek,  von  Ginsberg 
und  Gawinski  untersucht  worden.  Sie 
bilden  w^asserlösliche,  mit  Alkohol  fällbare 
Barytsalze  und  können  durch  Quecksilber- 
salze ausgefällt  werden. 

Ihre  Menge  im  Harn  ist  nicht  gering. 
Nach  den  Untersuchungen  von  Ginsberg 
fallen  im  Menschenharn  ungefähr  3,1  bis  5% 
des  Gesamtstickstoffs  auf  diese  Proteinsäuren ; 
im  Hundeharn  ungefähr  2%.  Andere  Unter- 
suchungen von  GawMnski  ergaben  beim 
Menschen  bei  einer  Gesamtstickstoffaus- 
scheidung 10,5  bis  18,5  g  N,  eine  Menge 
von  Proteinsäure-N  =  0,56  bis  1,26  g  = 
4,5  bis  6,8  %  des  Gesamt-N.  Bei  Milchkost 
sinkt  dieser  Anteil  auf  2,9%.  In  patholo- 
gischen Fällen,  Ikterus,  Tvphus,  waren  die 
Anteile  8,65%  und  2,4  bis  14,7  des  Gesamt-N. 

80)  Harnfarbstoffe.  Die  typische  Farbe 
des  Harns  wird  durch  eine  Reihe  von  Farb- 
stoffen bedingt,  von  denen  der  wichtigste 
das  Urochrom  ist.  Außerdem  kommen  darin 
das  Urobilin,  das  Hämatoporphyrin,  das 
Uroerythrin  und  das  tJrorosein  vor. 
Unter"  dem  Einfluß  von  chemischen  Agentien 
können  ferner  aus  den  verschiedensten 
Stoffen  des  Harns,  ebenso  durch  Zersetzung 
des  Harns  unter  den  verschiedensten  Be- 
dingungen eine  große  Reihe  von  Farbstoffen 
entstehen,  auf  die  hier  nicht  näher  einge- 
gangen werden  kann. 

a)  Urochrom.  Den  typischen  Harnfarb- 
stoff, d.  h.  den  Farbstoff",  der  die  normale, 
gelbe  bis  braune  Farbe  bedingt,  bezeichnet 
man  mit  dem  Namen  Urochrom.  Von 
verschiedenen  Forschern,  Thudichum, 
Garrod,  Kramm,  Hohlweg,  Salonion 
und  Mansini  ist  das  Urochrom  aus  dem  Harn 
isoliert  worden;  aber  die  x\ngaben  über 
Mengenverhältnisse  im  normalen  Harn,  die 

13 


194 


Harn 


Zusammensetzung  und  die  Eigenschaften 
des  IJrochroms  divergieren  so  sehr,  daß  wahr- 
scheinlich der  Körper  bisher  überhaupt 
noch  nicht  rein  dargestellt  ist. 

Die  Darstellung  des  Urochroms  kann  ent- 
weder dadurch  geschehen,  daß  man  den 
Harn  nach  Clarrod  mit  AmmoniumsuU'at 
sättigt,  wobei  das  Urochrom  in  Lösung  bleibt, 
und  dieser  Lösung  durch  absoluten  Alkohol 
den  Farbstoff  entzieht  oder  daß  man  den 
Farbstoff  nach  Kramm  mit  Phenol  unter 
gleichzeitiger  Sättigung  mit  Ammonium- 
sulfat extrahiert,  oder  daß  man  den  Farbstoff 
nach  Mansini  durch  Tierkohle  fixiert  und 
die  Tierkohle  mit  Eisessig  extrahiert,  w'O- 
durch  der  Farbstoff  gelöst  wird.  Das  Uro- 
chrom ist  ein  amorpher,  gelber  bis  brauner 
Farbstoff.  Es  ist  löslich  in  Wasser,  Alkohol, 
Ammoniumsulfat,  schwer  löslich  in  absolutem 
Alkohol. 

Die  Lösungen  fluoreszieren  nicht.  Es  hat 
kein  charakteristisches  Spektrum,  es  zeigt 
eine  starke  Lichtauslöschung  der  blau- 
violetten Strahlen,  gibt  im  Lltraviolett 
keine  Absorptionsstreifen.  Durch  Einwirkung 
starker  Mineralsäuren  bei  höherer  Temperatur 
entstehen  schwarze  wasserunlösliche  Körper 
(Uromelanine).  Auch  die  Ansichten  über 
die  Entstehung  des  Urochroms  variieren. 
Nach  Garrod  steht  das  Urochrom  in  naher 
chemischer  Beziehung  zum  Urobilin,  während 
Dombrowski  dasselbe  für  ein  Produkt 
des  Eiweißabbaues  hält,  ebenso  wie  die 
Proteinsäuren. 

ß)  Urobilin.  Das  Urobilin  kommt 
nach  den  Untersuchungen  von  Saillet  im 
normalen  frisch  entleerten  Harn  nicht  vor, 
sondern  nur  eine  Vorstufe  desselben,  das 
Urobilinogen,  aus  welchem  Urobilin  durch 
Kinwirkung  des  Sonnenlichtes  entsteht. 

Das  Urobilin  ist  amorph,  nicht  hygro- 
skopisch, je  nach  der  Darstellung  braun  bis 
rot.  Es  ist  löslich  in  Alkohol,  Amylalkohol 
und  Chloroform,  wenig  löslich  in  Aether  und 
Essigäther. 

Durch  vollständige  Sättigung  mit  Am- 
moniumsulfat kann  es  aus  dem  Harn  gefällt 
werden.  Die  neutralen  alkoholischen  Lö- 
sungen zeigen  grüne  Fluoreszenz.  Die  säure- 
haltigen, alkoholischen  Lösungen  fluores- 
zieren nicht.  Die  sauren  und  neutralen, 
alkoholischen  Lösungen  zeigen  ein  breites  Ab- 
sorptionsband zwischen  b  und  F.  Alkalische 
Lösungen  zeigen  einen  etwas  gegen  das  Rot 
gerückten,  an  b  grenzenden  Streifen,  ungefähr 
in  der  Mitte  zwischen  E  und  F.  Der  Nachweis 
des  Urobilins  geschieht  durch  Extrahieren 
aus  dem  Harn,  durch  sein  spektroskopisches 
Verhalten  und  durch  die  Fluoreszenzeigen- 
schaft  des  ammoniakalischen  Zinksalzes. 
Im  normalen  Harn  ist  seine  Menge  sehr 
gering,   reichlicher    im    Harn    von    Fieber- 


kranken, bei  Lebercirrhose,  bei  ikterischen 
Krankheiten  usw. 

Man  hatte  behauptet,  daß  das  Urobilin 
identisch  sei  mit  verschiedenen  Abkömmlingen 
der  C.allenfarbstoffe,  des  Hämatins  und  des 
Hämatoporphyrins,  aber  diese  Frage  ist 
noch  nicht  entschieden.  Nach  den  Analysen 
von  Garrod  und  Hopkins  ist  eine  Identität 
mit  Hydrobilirubin  ausgeschlossen.  Es  ist 
aber  wahrscheinlich,  daß  das  Urobilin  aus 
dem  Bilirubin  im  Darm  entsteht.  Jeden- 
falls sprechen  eine  Reihe  von  klinischen  Tat- 
sachen und  Versuche  von  Fischler  dafür. 

y)  Uroerythrin.  Bei  der  Ausscheidung 
der  harnsauren  Salze  als  Sedimentum  lateri- 
tium  nimmt  dieser,  wie  schon  erwähnt,  durch 
Anlagerung  von  Farbstoff  ein  ziegelmehl- 
artiges Aussehen  an.  Dieser  Farbstoff  ist  das 
Uroerythrin.  Im  normalen  Harn  kommt 
es  nur  in  geringer  Menge  vor,  vermehrt  ist 
er  bei  fieberhaften  Erkrankungen,  starkem 
Schwitzen,  bei  Leberstörungen  usw.  Uroery- 
thrin besitzt  eine  rosarote  Farbe,  ist  leicht 
löslich  in  Amylalkohol,  durch  welchen  es 
auch  aus  dem  Harn  extrahiert  werden  kann. 
Die  Lösung  zeigt  eine  starke  xVbsorption  des 
Spektrums.  Ueber  die  Entstehung  ist  nichts 
sicher  bekannt.  Manche  halten  es  für  ein 
Skatolderivat,  andere  bringen  es  in  Be- 
ziehung zum  Bilirubin. 

ö)  U  r  0  r  0  s  e  i  n.  Urorosein  kommt  im 
Harn  als  Chromogen  vor,  d.  h.  nicht  als 
solches,  sondern  in  einer  Vorstufe,  aus  der 
es  durch  gemäßigte  Oxydation  oder  durch 
Spaltung  entsteht.  Bei  Pflanzennahrung 
ist  seine  Menge  größer  als  bei  Eiweißnahrung. 
Besonders  reichlich  findet  es  sich  im  Kuh- 
harn und  im  Menschenharn  bei  fieberhafter 
Erkrankung. 

Aus  dem  Chromogen  im  Harn  entsteht 
bei  Zusatz  von  Säure  bei  gelinder  Erwärmung 
die  rote  Farbe  des  Uroroseins.  Durch  Amyl- 
alkohol wird  es  leicht  aufgenommen  und 
seine  alkoholische  Lösung  zeigt  einen  scharf 
begrenzten  Absorptionsstreifen  zwischen  D 
und  E.  Einige  halten  das  Urorosein  für 
identisch  mit  Skatolrot,  andere  halten  die 
Indolessigsäure  für  das  Chromogen  des 
Uroroseins. 

e)  Hämatoporphyrin.  Hämatopor- 
phyrin,  ein  Abkömmling  des  Hämatins, 
kommt  im  normalen  Harn  nur  in  ganz  geringen 
Mengen  vor,  etwa  2  bis  10  mg  pro  Tag.  In 
größerer  Menge  beobachtet  man  es  besonders 
nach  Trional-  und  Sulfonalvergiftung  und  bei 
fieberhaften  Erkrankungen.  Die  Farbe  des 
Harns  ist  dann  dunkehveinrot.  Der  Nachweis 
geschieht  durch  sein  spektroskopisches  Ver- 
halten. Saure  Lösungen  zeigen  ein  zwei- 
streifiges Spektrum  und  zwar  einen  Streifen 
zwischen  C  und  D  nahe  an  D,  einen  zweiten 
dunkleren  und  breiteren  in  der  Mitte  zwischen 
D  und  E,  der  gelbwärts  noch  eine  weiter- 


Harn 


195 


gehende  Absorption  zeigt.  Ueber  die  Ent- 
stehung der  Hämatoporphynurie  ist  nicht 
sicheres  bekannt.  Es  handelt  sich  wahrschein- 
lich um  einen  abnormen  x\bbau  des  Blutfarb- 
stoffs, dessen  Ursachen  aber  unbekannt  sind. 

8p)  Organische  Säuren,  a)  Oxal- 
säure. Oxalsäure  kommt  als  normaler 
Bestandteil  des  Harns  vor.  Die  Menge  kann 
bis  zu  20  mg  in  24  Stunden  steigen.  Sie  ist 
hauptsächlich  an  Calcium  gebunden  und 
erscheint  häufig  als  Sediment  in  Brief- 
kouvertform.  Die  Oxalsäure  stammt  zum 
Teil  aus  der  Oxalsäure  der  Nahrung,  die 
fast  unverändert  wieder  ausgeschieden  wird, 
zum  Teil  entsteht  sie  auch  im  Organismus, 
da  sie  auch  im  Harn  vorhanden  ist,  wenn  man 
oxalsäurefreie  Nahrung  verfüttert;  aber  über 
die  Art  und  Weise  dieser  Bildung,  ob  die  Oxal- 
säure aus  Eiweiß  oder  Kohlehydraten  ent- 
steht oder  in  Beziehung  zur  Harnsäure- 
bildung steht,  darüber  sind  die  Meinungen 
noch  vollständig  geteilt.  i 

ß)  B  e  r  n  s  t  e  i  n  s  ä  u  r  e.    Bernsteinsäure  I 
findet  sich  normalerweise  im  Menschenharn,  { 
besonders    nach     Spargelgenuß    und    nach  j 
Asparaginzufuhr.     Diese   x\ngaben,  die   be- 
sonders durch  Versuche  von  Meißner  und 
Shephard  gestützt  sind,  werden  aber  von 
anderer   Seite,  besonders   von  Salkowski, 
bestritten,  so  daß  es  weiterer  Versuche  zur 
Klärung  dieser  Frage  bedarf. 

y)  Milchsäure.  Von  den  drei  Modi- 
fikationen der  Aethyliden-Milchsäure  kommt 
im  Harn  die  inaktive  Gärungsmilchsäure 
und  die  optisch  aktive  d-Fleischmilch- 
säure  vor. 

Auch  im  normalen  Menschenharn  ist  sie 
von  Jerusalem  in  geringen  Mengen  ge- 
funden; in  größerer  Menge  erscheint  sie  darin, 
bei  hochgradigem  Sauerstoffmangel,  Phos- 
phorvergiftung, Lebererkrankungen,  starker 
Muskelanstrengung,  Trichinose.  Nach  Leber- 
exstirpation  bei  Vögebi  und  Fröschen  tritt 
Milchsäure  auf,  ebenso  bei  Hunden  nach 
Unterbindung  der  Lebergefäße.  Die  Milch- 
säure wird  aus  dem  Harn  durch  Extraktion 
mit  Aether  gewonnen  und  durch  verschiedene 
Reaktionen  nachgewiesen. 

ö)  Flüchtige  Fettsäuren.  Nach  den 
Untersuchungen  von  v.  Jaksch,  Roki- 
tansky, Saikowski,  Magnus-Levy  ent- 
hält jeder  Harn  geringe  Mengen  flüchtiger 
Fettsäuren  0,008  bis  0,06  g  pro  Tag  und  zwar 
Ameisensäure,  Essigsäure,  Propion- 
säure, Butt  er  säure.  Unter  pathologischen 
Verhältnissen  können  diese  Mengen  verändert 
sein.  Bei  vorwiegender  Mehlnahrung  soll 
die  Menge  derselben  steigen.  Ebenso  bilden 
sich  bei  der  ammoniakalischen  Gärung  größere 
Mengen.  Als  Muttersubstanz  kommen  außer 
den  Kohlehydraten  auch  Eiweißkörper  und 
besonders  Aminosäuren  in  Betracht,  da  aus 
letzteren  durch  Fäulnis  alle  Fettsäuren  von 


der  Ameisensäure  bis  zur  Kapronsäure  ent- 
stehen können. 

8q)  Ace  tonkör  per.  Unter  Aceton- 
körpern  versteht  man  eine  Reihe  von  Körpern, 
die  sich  sowohl  chemischwie  physiologisch  sehr 
nahe  stehen,  im  normalen  Harn  nur  in  sehr 
geringen  Mengen  vorkommen,  dagegen  bei 
Erkrankungen,  besonders  bei  der  Zucker- 
krankheit (Diabetes  mellitus)  in  schv.eren 
Fällen  in  großen  Quantitäten  erscheinen  und 
prognostisch  von  großer  Bedeutung  sind.  Es 
sind  dies  die  /^-Oxybuttersäure  CHo.CH 
.  OH  .  CHa .  COOH,  welche  durch  Oxydation 
leicht  in  die  Acetessigsäure  CH3.CO.CH2 
COOH  und  letztere  durch  COg  Abspaltung,  in 
Aceton  CH3.CO.CH3  übergeht.  Die  Menge 
der  Acetonkörper  im  normalen  Harn  beträgt 
nach  V.  Jaksch  0,01  g.  Die  höchst  beob- 
achtete Menge  beim  Diabetes  betrug  56,8  g 
pro  Tag.  Beim  gesunden  Menschen  kann 
ebenfalls  die  Acetonkörperausscheidung 
steigen,  wenn  in  der  Zusammensetzung  der 
Nahrung  ein  Mangel  an  Kohlehydraten  ein- 
tritt, also  bei  absoluter  Kohlehydratentzie- 
hung, im  Hunger  und  bei  Erkrankungen, 
wenn  die  Kohlehydrate  in  dem  Organismus 
nicht  weiter  oxydiert  werden.  Auch  bei 
anderen  Omnivoren  tritt  dieselbe  Erschei- 
nung auf.  Als  Muttersubstanzen  der  Aceton- 
körper kommen  nach  den  neueren  Unter- 
suchungen im  wesentlichen  die  Fette  in  Be- 
tracht und  zwar  die  Fettsäuren  derselben, 
speziell  die  Buttersäure,  während  das  Glycerin 
an  der  Acetonkörperbildung  unbeteiligt  bleibt. 
Aber  Untersuchungen  von  Embden  und 
seinen  Mitarbeitern,  von  Baer  und  Blum 
und  von  Anderen  haben  gezeigt,  daß  auch 
aus  Eiweiß,  wenigstens  aus  Spaltungspro- 
dukten desselben,  Acetonkörper  entstehen 
können.  Und  zwar  haben  sie  durch  Versuche 
an  der  überlebenden  Leber  bewiesen,  daß 
die  Leber  der  Ort  für  die  Acetonbildung  ist 
und  daß  außer  aus  Buttersäure  und  ß-Oxj- 
buttersäure  sich  auch  Leucin,  Tyrosin, 
Phenylalanin  und  andere  aromatische  Stoffe 
an  der  Acetonbildung  beteiligen  können. 
Aber  es  müssen  außer  Eiweiß  und  seinen 
Spaltungsprodukten  noch  andere  Stoffe  an 
der  Acetonkörperbildung  Anteil  haben,  weil 
Fälle  bekannt  sind,  wo  die  Acetonkörper- 
ausscheidung größer  ist  als  die  Gesamt- 
menge des  umgesetzten  Eiweißes. 

Der  Nachweis  des  Acetons  geschieht 
durch  die  Li  eben  sehe  Jodoformprobe,  in- 
dem man  den  Harn  destilliert  und  im  Destillat 
mit  konzentrierter  NaOH  und  Jodjodkalium 
eine  Jodoformbildung  erhält,  die  durch  ihren' 
Geruch  und  ihre  liristallform  nachzuweisen  ist. 
Nach  Gunning  stellt  man  die  Probe  besser 
mit  Ammoniak  und  einigen  Tropfen  alko- 
holischer Jodtinktur  an,  um  eine  Verwechse- 
lung des  Acetons  mit  iVlkohol  und  Aldehyd 
zu  vermeiden.   Die  quantitative  Bestimmung; 

13* 


196 


Harn 


geschieht  durch  Destillation  des  Harns  und 
Bestimmung  des  Acetons  nach  Huppert- 
Messinger. 

Acetessigsäure  gibt  mit  Eisenchloiid  eine 
bordeauxrote  Farbe.  Wenn  die  Reaktion 
undeutlich  ist.  filtriert  man  vom  Eisenphos- 
phat-Niedcrschlag  ab. 

|f^-Oxybuttersäure  kommt  nui  vor,  wenn 
die  Eisenchloridreaktion  positiv  ausgefallen 
ist.  Man  bestimmt  dieselbe  nach  ihrer  Iso- 
lierung durch  ihre  spezifische  Drehung  (links). 

8r)  Eiweiß,  Fett  und  Kohlehydrate, 
a)  Eiweiß.  Es  bestellt  kein  Zweifel  daran, 
daß  unter  normalen  Verhältnissen  geringe 
Mengen  von  Eiweiß  in  jedem  Harn  vor- 
kommen, die  sich  zwar  mit  den  gewöhnlichen 
Eiweißreaktionen  nicht  nachweisen  lassen, 
sondern  zu  deren  Nachweis  der  Harn  erst 
besonderer  Behandlung  bedarf.  Die  Menge 
beträgt  nach  Mörner  36  mg  im  Mittel  pro 
Liter  Harn.  Außerdem  kommt  es  unter  den 
verschiedensten  Bedingungen,  auch  unter 
physiologischen  Verhältnissen,  zu  einer  ab- 
normen Durchlässigkeit  der  Nieren  für 
Eiweiß  und  Auftreten  desselben  im  Harn 
(physiologische  Albuminurie,  tran- 
s  i  1 0  r  i  s  c  h  e  Albuminurie). 

Eiweiß  kann  nach  größeren  Muskel- 
anstrengungen, Zufuhr  großer  Mengen  von 
Eiweiß,  nach  kaltem  Baden  usw.  im  Harn 
auftreten. 

Die  Eiweißstoffe  sind  gewöhnlich  iVlbumin 
und  Globulin.  Es  kommen  aber  auch  Albu- 
mosen,  Peptone,  Nukleoalbumine,  besonders 
unter  pathologischen  Verhältnissen,  vor.  Der 
Nachweis  des  Eiweißes  im  Harn  geschieht 
durch  die  Kochprobe  oder  die  Hellersche 
Ringprobe,  oder  die  Probe  mit  Essigsäure 
und  Ferrocyankalium,  die  quantitative  Be- 
stimmung mit  dem  Es  b  ach  sehen  Albumino- 
meter,  welches  auf  der  Fällung  des  Eiweißes 
durch  Pikrinsäure  beruht  (vgl.  den  Artikel 
„Eiweißkörper"). 

ß)  Fett.  Nach  den  Untersuchungen  von 
Reale,  Giurama  und  Lusibelli  läßt  sich 
im  normalen  menschlichen  Harn  das  Vor- 
handensein von  ätherlöshchen  Substanzen 
nachweisen.  Sie  erhielten  in  24  Stunden  0,44  g 
Aetherextrakt  (physiologische  Lipurie). 
Ferner  hat  Mörner  darauf  aufmerksam 
gemacht,  daß  im  normalen  Menschenharn 
hochmolekulare  Fettsäuren  enthalten  sind. 
Hybi nette  hat  in  10  1  den  Gehalt  an  hoch- 
molekularen Fettsäuren  (Stearinsäure,  Palmi- 
tinsäure, Oelsäure)  zu  0,0165  bis  0,25  g  be- 
stimmt. Kakiuchi  hat  die  Versuche 
Hybinettes  mit  der  besten,  jetzt  bekannten 
Methode  der  Fettbestimmung  von  Kuma- 
gawa-Suto  nachgeprüft  und  in  10  1  Harn 
0,024  g  hochmolekulare  Fettsäuren  gefunden. 
Auf  Veranlassung  Kakiuchis  hat  kürzlich 
Sakaguchi  (Biochemische  Zeitschr.  Bd.  48 
S.   ],   1913)  mit  dessen  Methode  eine  aus- 


führliche Untersuchung  über  die  Fettaus- 
scheidung im  normalen  und  pathologischen 
Harn  ausgeführt.  Er  hat  zunächst  die  Fett- 
ausscheidung während  längerer  Zeit  hindurch 
im  24stütuligeu  Harn  von  5  Praktikanten 
des  Laboratoriums  bestimmt  und  erhielt 
dabei  folgende  Werte: 


Nr 

Unter- 

suchungs- 

tag(> 

Fettgehalt  in  24  Stunden 

^raximum  ^Minimum 

Jlittel 

1 
2 

3 
4 

5 

8 
5 
4 
4 
4 

0,0075 
0,0143 
0,0049 
0,0096 
0,0090 

0,0126 
0,0032 
0,0034 
0,0053 
0,0025 

0,0144 
0,0092 
0,0044 
0,0076 
0,0068 

Mittel 

0  0085 

Die  Menge  der  täglichen  Fettausscheidung 
zeigt  nicht  nur  große  individuelle  Schwan- 
kungen, sondern  auch  für  ein  und  dieselbe 
Versuchsperson  starke   Tagesschwankungen. 

Bei  Tieren  und  Menschen  kann  es  aber 
nach  abnormer  Fettfütterung  oder  sub- 
kutaner Fettzufuhr  zu  einer  vermehrten 
Ausscheidung  von  Fett  kommen,  so  daß 
Fettaugen  oder  Fettpartikelchen  auf  dem 
Harn  schwimmen.  Schön dorff  fand  bei 
Fütterung  eines  Hundes  mit  300  g  Schweine- 
schmalz pro  Tag  0,126  g  Fett  im  Harn. 
Sakaguchi  fand  im  Selbstversuche  bei  einer 
Fettaufnahme  von  223  bis  254  g  pro  Tag 
eine  maxinuile  Fettausscheidung  von  0,034  g 
in  24  Stunden,  während  normalerweise  bei 
einer  Fettaufnahme  von  17  bis  25  g  der 
Fettgehalt  des  Harns  im  Mittel  0,0109  g  in 
24  Stunden  betrug.  Unter  pathologischen 
Verhältnissen  bei  Chylurie,  einer  Tropen- 
krankheit, die  durch  einen  Parasiten,  Filaria 
sanguinis,  hervorgerufen  wird,  bei  Lipämie, 
erhöhtem  Fettgehalt  des  Blutes,  bei  fettigem 
Zerfall  von  Geweben  kann  es  zu  einer 
starken  Ausscheidung  von  Fett  im  Harn 
kommen,  bei  Chylurie  fand  z.  B.  Kakiuchi 
0,423  g  hochmolekulare  Fettsäuren  in  100 ccm 
Harn.  Sakaguchi  hat  auch  in  pathologi- 
schen Fällen  die  Fettausscheidung  untersucht. 
Bei  Nierenerkrankungen  war  manchmal  ein 
vermehrter  Fettgehalt  des  Harns  zu  beob- 
achten, manchmal  auch  nicht.  Bei  Zucker- 
harn, Tuberkulose  der  Lungen,  Ikterus  und 
Lebercirrhose  konnte  er  keine  deutliche 
Vermehrung  der  Fettausscheidung  nachwei- 
sen, ebensowenig  bei  Knochenbrüchen  und 
Knochenresektionen,  während  Scriba  be- 
hauptet, daß  nach  jedem  Knochenbruch  und 
jeder  Knochenresektion  Fett  im  Harn  auf- 
trete. 

y)  Kohlehydrate.  Es  gilt  heute  als 
sicher  erwiesen,  daß  der  normale  Harn 
Spuren   von   T  r  a  u  b  e  n  z  u  c  k  e  r  enthält. 


Harn 


197 


Eine  große  Reihe  von  Forschern  hat  diese 
Tatsache  festgestellt.  Kürzlich  hat  Schön- 
dorff  mit  einer  sehr  empfindlichen  Methode 
im  normalen  Harn  von  Studenten,  Dienern 
Assistenten  0,0105  bis  0,0274%,  im  Harn  von 
Soldaten,  die  eine  große  Menge  von  Kohle- 
hydraten (800  g)  erhalten  bis  zu  0,1%  ge- 
funden. Unter  pathologischen  Verhält- 
nissen (Diabetes)  ist  die  Zuckermenge 
ganz  kolossal  gesteigert  (vgl.  den  Artikel 
„Leber"). 

8s)  Fermente.  Von  Fermenten  sind 
bis  jetzt  Pepsin,  Labzymogen,  Trypsin  und 
diastatisches  Ferment  nachgewiesen.  Man 
nahm  früher  an,  daß  es  sich  bei  den  Fer- 
menten des  Harns  um  solche  handelt,  die 


oder  Tonnenform,  saures  harnsaures  Natrium 
als  kristallinisches  Pulver,  oxalsaurer  Kalk 
(Briefkuvertform)  sich  ausscheiden.  Im 
alkalischen  Harn  kommen  als  Sedimente 
hauptsächlich  saures  harnsaures  Ammonium 
in  braunen  Kugeln  oder  morgensternartig, 
phosphorsaurer  Kalk  als  kristallinisches  Pul- . 
ver,  Ammoniummagnesiumphosphat  (Tripel- 
phosphat)  in  Sargdeckelform  vor  (Fig.  3). 
Unter  pathologischen  Verhältnissen 
können  die  Sedimente  schon  in  der  Blase  und 
in  den  Harnwegen  ausfallen  und  zur  Bildung 
von  Harnkonkrementen  (Blasensteinen)  Ver- 
anlassung geben.  Auf  die  organisierten 
Sedimente,  die  bei  Nierenkrankheiten  auf- 
treten, kann  hier  nicht  eingegangen  werden. 


^0^^ 


Harnsäurekristalle. 


Oxalsaurer  Kalk. 


Saures  harnsaures  Ammonium.  Ammoninm-Magnesiumphosphat. 

Fig.  3.    Harnsedimente. 


nach  Ausübung  ihrer  Funktion  im  Verdau- 
ungskanal rückresorbiert  und  dann  im  Harn 
ausgeschieden  werden,  man  erörtert  heute 
aber  auch  die  Möglichkeit,  daß  dieselben  am 
Ort  ihrer  Bildung  ins  Blut  gelangen  und  dann 
durch  die  Nieren  sezerniert  werden. 

9.  Harnsedimente  und  Harnkonkre- 
mente. Bei  der  Besprechung  der  physika- 
lischen Eigenschaften  des  Harns  haben  wir 
gesehen,  daß  normaler  saurer  Harn  im 
frischen  Zustande  klar  ist.  Alkalischer 
Harn  ist  trübe  und  kann  Sedimente  ab- 
setzen. Wenn  frisch  gelassener  saurer  Harn 
erkaltet,  so  können  auch  bei  sauier  Reak- 
tion Harnsäure  in  Drusen  oder  in  Wetzstein- 


10.  Pathologische  Harnbestandteile. 
Es  ist  nicht  möglich  hier  alle  die  Körper  an- 
zuführen, die  nach  Zufuhr  von  Arzneimitteln 
oder  von  anderen  Körpern  im  Harn  auftreten, 
in  dieser  Beziehung  muß  auf  die  ausführ- 
lichen Handbücher  der  Harnanalyse  ver- 
wiesen werden,  hier  sollen  nur  die  wichtigsten 
besprochen  werden. 

loa)  Eiweiß.  Der  normalerweise  nur 
in  Spuren  vorkommende  Eiweißgehalt  des 
Harns  kann  bei  einer  Reihe  von  Krankheiten, 
besonders  Nierenerkrankungen,  bedeutend 
gesteigert  sein.  Es  handelt  sich  meistens  um 
Albumin  und  Globulin,  zuweilen  treten  auch 
Albumosen  und  Peptone  auf.    Die  Menge  ist 


198 


Harn  —  Härte  und  Härteprüfung 


meistens  kleiner  als  5  p.  m.,  sie  kann  aber 
auch  großer  sein  bis  zu  10  p.  ni.,  ja  es  sind 
soj^ar  Fälle  von  80  p.  in.  beobachtet  worden. 
Eine  besondere  Bedeutung  hat  der  Bence- 
Jonessche  Eiweißkörper,  der  bei  Knochen- 
niarkerkrankungen,  bei  Üsteomalacie  sowie 
bei  Leukämie  im  Harn  gefunden  ist. 

lob)  Blut  und  Blutfarbstoffe.  Bei 
Blutungen  aus  den  Harnwegen  kann  mit  dem 
Harn  Blut  mit  noch  unveränderten  Erythro- 
cyten  ausgeschieden  werden,  die  sich  im 
Sediment  des  Harns  nachweisen  lassen.  Von 
dieser  Hämaturie  unterscheidet  man  die 
Hämoglobinurie,  bei  der  der  Blutfarb- 
stoff in  Lösung  (Methämoglobin)  zur  Aus- 
scheidung gelangt,  und  unveränderte  Blut- 
körperchen nicht  mehr  vorhanden  sind.  Die 
Hämoglobinurie  ist  nach  schweren  Infek- 
tionen, nach  schweren  Verbrennungen,  nach 
Injektion  artfremden  Blutes,  nach  Vergif- 
tungen mit  Arsen  beobachtet  worden.  Bei 
der  Hämoglobinurie  beobachtet  man  manch- 
mal ein  Sediment,  welches  die  ausgelaugten 
Stronuita  der  roten  Blutkörperchen  enthält. 
Zuweilen  kommt  im  Harn  auch  Hämatin  und 
Hämatoporphyrin  vor. 

Der  Nachweis  des  Blutes  und  des  Hämo- 
globins erfolgt  entweder  mikroskopisch  durch 
den  Nachweis  der  roten  Blutkörperchen, 
chemisch  durch  den  Nachweis  des  Eiweißes 
des  Blutes,  oder  durch  die  Darstellung  der 
Teichmann  scheu  Häminkristalle,  oder 
spektroskopisch  durch  den  Nachweis  der 
für  Hämoglobin  typischen  Absorptions- 
streifen (vgl.  den  Artikel  ,,Blut"). 

loc)  Galle  und  Gallenbestandteile. 
Wie  in  dem  Artikel  ,, Leber"  auseinander- 
gesetzt ist,  kommt  es  in  pathologischen 
Fällen  zu  einer  Rückresorption  von  Galle, 
Uebertritt  derselben  in  die  Lymph-  und  Blut- 
bahn und  zur  Ausscheidung  ihrer  Bestand- 
teile, der  Gallenfarbstoffe  und  Gallensäuren, 
durch  den  Harn  (Ikterus).  Der  ikterische 
Harn  sieht  tief  braun  aus  und  sein  Schaum 
ist  zitronengelb.  Die  Gallenfarbstoffe  werden 
durch  die  Gmelinsche,  die  Gallensäuren 
durch  die  Pettenkofersche  Reaktion  darin 
nachgewiesen. 

10 d)  Kohlehydrate.  Normalerweise 
kommt,  wie  wir  oben  gesehen  haben, 
Traubenzucker  nur  in  Spuren  im  Harn 
vor.  Bei  Erkrankungen,  besonders  der 
Zuckerkrankheit,  kann  seine  Menge  ganz 
ungeheuer  gesteigert  sein  bis  zu  lOÖO  g  und 
darüber.  Ueber  die  verschiedenen  Formen  von 
Diabetes,  über  die  Herkunft  des  ausgeschie- 
denen  Zuckers   vgl.   den  Artikel  „Leber". 

Sowohl  zum  qualitativen  wie  zum  quanti- 
tativen Nachweis  werden  die  Hau])teigen- 
schai'ten  des  Traubenzuckers  benutzt,  die 
er  wie  alle  Monosaccharide  besitzt. 

1.  Er  reduziert  Metalloxyde. 

2.  Er  ist  durch  Hefe  vergärbar. 


3.  Er  dreht  die  Ebene  des  polarisierten 
iiichtos  nach  rechts. 

4.  Er  bildet  mit  Phenylhydrazin  charakte- 
ristische, durch  ihre  Farbe  und  Kristall- 
form ausgezeichnete  Verbindungen 
(Glukosazon). 

Zum  qualitativen  Nachweis  dient  von 
den  Reduktionsproben  hauptsächlich  die 
Trommersche  Probe  in  der  Modifikation 
von  Worm-Müller  und  die  Nylandersche 
Probe,  ferner  die  Gärprobe  und  die  Phenyl- 
hydrazijiprobe. 

Quantitativ  wird  der  Zucker  im  Harn 
am  einfachsten  durch  den  Polarisations- 
apparat bestimmt.  Es  gibt  auch  Methoden 
die,  wie  die  Fehlingsche,  die  Bangsche  und 
die  Bertrandsche  die  Eigenschaft  des 
Traubenzuckers,  alkalische  Kupfersulfat- 
lösung zu  rotem  Kupferoxydul  zu  reduzieren, 
oder  die  Gärfähigkeit  desselben  (Gärungs- 
röhrchen)  zum  quantitativen  Nachweis  des 
Harnzuckers  benutzt  haben.  Außer  dem 
Traubenzucker  sind  im  Harn  von  anderen 
Kohlehydraten  folgende  nachgewiesen :  F  r  u  k- 
tose  (Lävulose)  bei  der  Lävulosurie,  Milch- 
zucker im  Harn  von  Wöchnerinnen  bei  Milch- 
stauung, auch  im  Harn  von  Säuglingen  bei 
Verdauungsstörungen,  Maltose  im  diabe- 
tischen Harn ,  P  e  n  t  o  s  e  n  ( A  r  a  b  i  n  o  s  e)  bei 
Pentosurie,  Inosit  bei  Diabetes  und  Poly- 
urie, ferner  tierisches  Gummi,  Gly- 
kogen. 

Literatur.  C.  Neuberg,  Der  Harn  sowie  die 
übrigen  Ausscheidungen  und  Körperflüssigkeiten 
von  Mensch  und  Tier.  2  Bände.  Berlin  1911.  — 
Neiibauei'-Huppert,  Analyse  des  Harns. 
11.  Aufl.,  2  Bände.  Wiesbaden  1910  und  1913.  — 
E.  S'paethf  Untersiichung  des  Harns.  Leip- 
zig 1912,  4.  Aufl.  —  Nagels  Handbuch  der 
Physiologie.  Band  2,  Kapitel  Harn  und  Harn- 
ausscheidung. —  Oppenheirners  Handbuch  der 
Biochemie.  Band  III,  Teil  I.  Eapifel  Tätig- 
keit der  Niere  und  Harnbcstandteilc.  —  O. 
Haniniarsten,  Lehrbuch  der  physiologischen 
Chemie.     Wiesbaden  1910,  7.  Aufl.    Kapitel  Harn. 

B.   Schöndofff. 


Härte  und  Härteprüfung. 

1.  Die  mineralogische  Härteprüfung.  2.  Die 
absolute  Härte  nach  Hertz.  3.  Die  technische 
Härteprüfung.  4.  Beziehungen  der  Härte  zu 
anderen  mechanischen,  physikalischen  und  che- 
mischen Eigenschaften:  a)  Beziehungen  zur 
Festigkeit  und  Fließgrenze;  b)  Abhängigkeit 
der  Härte  von  den  kristallinischen  Richtungen; 
c)  Abhängigkeit  von  Temperatur;  d)  Bezie- 
hungen zu  chemischen  Größen. 

I.  Die  mineralogische  Härteprüfung. 
Unter  Härte  versteht   man  schlechthin  die 


Härte  und  Härteprüfung 


199 


Widerstandsfähigkeit  gegen  Eindringen  eines 
fremden  Körpers.  In  der  mineralogischen 
Praxis  werden  zwei  Körper  am  einfachsten 
dadurch  an  Härte  verglichen,  daß  man 
mit  scharfen  Ecken  oder  Spitzen  des  einen 
Körpers  den  anderen  zu  ,, ritzen"  versucht. 
Der  Körper,  der  an  der  Oberfläche  des 
anderen  einen  Ritz  erzeugt,  wird  als  der 
härtere  bezeichnet.  Durch  die  Ritzprobe 
vermag  man  die  Mineralien  nach  ihrer  Härte 
zu  ordnen;  man  hat  in  dieser  Weise  eine 
sogenannte  ,, Härteskala"  aufgestellt,  d.  h. 
eine  Reihe  bekannter  Mineralien,  die  beim 
Vergleich  mit  anderen  als  Normalkörper 
dienen.  Die  am  meisten  verbreitete  Mohs- 
sche  Härteskala  enthält  folgende  zehn  Mine- 
ralien : 

1.  Talk, 

2.  Gips, 

3.  Kalkspat, 

4.  Flußspat, 

5.  Apatit, 

6.  Feldspat, 

7.  Quarz, 

8.  Topas, 

9.  Korund, 
10.  Diamant. 

Die  Härte  eines  beliebigen  Körpers 
wird  nun  in  der  Weise  geprüft,  daß  man 
sie  durch  Ritzproben  zwischen  zwei  Glieder 
der  Härteskala  einreiht;  als  ,, Härtezahl" 
wird  dann  entweder  die  Ordnungszahl  der 
betreffenden  Stufe  angegeben  oder  der 
Mittelwert  der  Ordnungszahlen  der  beiden 
Normalkörper,  zwischen  welche  der  be- 
treffende Körper  gehört.  So  hat  Glas  die 
Härtezahl  6.5  da  Glas  Feldspat  ritzt,  aber 
vom  Quarz  selbst  geritzt  wird. 

Die  zu  den  ersten  beiden  Härtestufen 
gehörenden  Körper  sind  dadurch  leicht  er- 
kennbar, daß  sie  mit  dem  Fingernagel  ritz- 
bar sind.  Ein  eiserner  Nagel  ritzt  die  ersten 
vier  Glieder  der  Skala,  die  letzten  vier 
ritzen  — ■  wie  schon  erwähnt  wurde  — •  eine 
Glasscheibe.  Korund  und  Diamant  sind 
geeignet,  das  Glas  zu  schneiden.  Die  Härte- 
zahlen über  6  kann  man  auch  dadurch 
erkennen,  daß  die  betreffenden  Körper  vor 
dem  Stahl  funken. 

Der  Vergleich  mit  der  Härteskala  liefert 
kein  quantitatives  Maß  für  die  Härte,  sondern 
nur  eine  Reihenfolge  der  verschiedenen 
Stoffe,  geordnet  nach  ihrer  Härte.  Zur 
quantitativen  Härtemessung  wurde  das  Ritz- 
verfahren zuerst  von  Seebeck  (1833)  aus- 
gebildet, durch  Konstruktion  des  sogenannten 
Skierometers  (Fig.  1).  Bei  diesem  Apparat 
wird  stets  dieselbe  Sjntze  (aus  Diamant  oder 
glashartem  Stahl)  zur  Erzeugung  des  Ritzes 
benutzt,  und  zwar  unter  einer,  der  Messung 
zugänglichen  Belastung,  während  der  Probe- 
körper an   einem  kleinen  Wagen  unter  der 


Spitze  vorbeigeschoben  wird.  Als  Maß  der 
Härte  kann  man  die  Belastung  ansehen, 
die  nötig  ist  um  einen  Ritz  (eventuell  von 
bestimmter  Tiefe)  zu  erzeugen  oder  aber 
man  hält  die  Belastung  konstant  und  mißt 
die  Ritztiefe  oder  die  Ritzbreite.^) 

Außer  des  Ritzverfahrens  benutzen  die 
Mineralogen  zuweilen  auch  andere  Verfahren 
um  ein  Maß  für  die  Härte  zu  gewinnen.  So 
ist  es  vorgeschlagen  worden,  den  Probekörper 
durch  ein  mit  bestimmter  Kraft  angepreßtes 
rotierendes  Scheibchen  abzuschleifen  und 
die  Härte  nach  dem  durch  gewisse  Anzahl 
von  Umdrehungen  erzielten  Gewichtsverlust 
zu  beurteilen.  Andere  Experimentatoren 
pressen  die  Diamantspitze  unter  gewisser 
Belastung  in  den  Probekörper  ein  und  messen 
die  Eindringungstiefe  oder  die  Belastung, 
die  zur  Erzielung  einer  bestimmten  Tiefe 
notwendig  ist. 

2.  Die  absolute  Härte  nach  Hertz. 
H.  Hertz  war  der  erste,  der  den  Vorgang 


Fig.  1. 


beim  gegenseitigen  Eindringen  fester  Körper 
auf  Grund  der  Elastizitätslehre  näher  unter- 


1)  Es  wurde  auch  versucht,  das  Ritzverfahren 
für  Metalle  in  die  Technik  einzuführen,  doch 
wurde  es  durch  die  Kugeldruckprobe  (s.  unter  3) 
verdräns;t. 


200 


Häi'te  und  Härteprüfung 


suchte.  Namentlich  ist  es  ihm  gehingen  die 
Abhäugigkeit  der  Größe  der  Drucki'läche 
von  den  Krümmungsverhältnissen  der  sich 
berührenden  Körper  und  von  der  Eelastnng 
abzuleiten  (vgl.  den  Artikel  ,,Elastizität"j. 
Nnn  lag  die  Idee  nahe,  die  Härte,  d.  h.  die 
Widerstandsfähigkeit  gegen  Eindringen  durch 
den  mittleren  Druck  auf  die  Druckfläche 
(Belastung,  bezogen  auf  die  Flächeneinheit 
der  Druckfläche)  zu  messen  bei  der  Be- 
lastnng,  die  bei  Zusammenpressen  der  beiden 
Körper  den  ersten  Riß  ziu  Folge  hat,  etwa 
so  wie  die  Zugfestigkeit,  d.  h.  die  Widerstands- 
fähigkeit gegen  Zerreißen  durch  die  Spannung 
(Belastung  auf  die  Flächeneinheit  des  Qner- 
schnittes)  gemessen  wird,  die  im  Moment  des 
Zerreißens  erreicht  wird.  Hertz  schlug  vor 
zwei  Kugeln  oder  eine  Kugel  und  eine  ebene 
Fläche  —  beide  aus  dem  zu  untersuchenden 
Stoff  —  als  Probekörper  zu  benützen,  so  daß 
beim  Versuch  überhaupt  kein  fremder  Körper 
benutzt  wird,  der  zum  Vergleich  herangezogen 
oder  als  Normalkörper  dienen  müßte.  Man 
kann  daher  die  von  Hertz  vorgeschlagene 
Größe  im  Gegenteil  zu  der  mineralogischen 
,, relativen"  Härtezahl  als  ,, absolutes  Maß" 
der  Härte  ansprechen. 

Die  erste  Schwierigkeit,  die  der  Ein- 
führung der  absoluten  Härtemessung  sich 
entgegenstellt,  besteht  darin,  daß  durch 
das  Zusammenpressen  ein  Riß  nur  bei  sprö- 
den Stoffen  entsteht;  bei  plastischen 
und  zähen  Materialien  (vgl.  den  Artikel 
,, Festigkeit")  wird  ein  bleibender  Ein- 
druck ohne  Riß  erzielt.  Die  Härtezahl 
müßte  also  durch  jenen  Wert  des  mittleren 
Druckes  zu  messen  sein,  der  zuerst  bleibende 
Aenderungen  hervorruft.  Nun  ist  dies 
bereits  bei  sehr  kleinen  Belastungen  der 
Fall,  so  daß  die  Bestimmung  dieser  Grenz- 
belastung sehr  schwer  ist.  Aber  auch  bei 
spröden  Stoffen  erwies  sich  das  Kriterium 
der  ersten  Rißbildung  nicht  als  genügend 
sichere  Grundlage  zu  einem  praktischen 
Meßverfahren.  Die  von  Hertz  vorgeschlagene 
Härtezahl,  der  mittlere  Druck  im  Moment 
des  Bruchs  (d.  h.  die  durch  die  Druck- 
fläche dividierte  Belastung,  die  eine  ge- 
fährliche Zugspannung  am  Rande  der  Druck- 
fläche  zur  Folge  hat)  sollte  nach  der 
Theorie  unabhängig  sein  von  der  Krümmung 
der  beiden  Kugeln.  Nun  fanden  einige 
Autoren  (Stribeck  und  Schwinning) 
diese  Regel  gut  bestätigt,  dagegen  fand 
Auerbach^),  daß  die  Hertz  sehe  Härtezahl 
—  bei  Berührung  einer  Kugel  mit  einer 
Ebene    —    mit    der    dritten    Wurzel    des 

^)  Zur  Technik  der  absoluten  Ifürteprüfung  — 
wie  sie  durch  Auerbach  ausgebihlet  winde  — 
sei  bemerkt,  daß  man  bei  durchsichtigen  Körpern 
am  besten  eine  IvugeUinse  als  Probekörper  und 
gleichzeitig  durch  die  Linse  mittels  eines  Mikro- 
skops die  Kißbildung  beobachten  kann. 


Krümmungshalbmessers  umgekehrt  pro- 
portional ist.  Diese  Schwierigkeiten  hatten 
zur  Folge,  daß  das  Hertzsche  Verfahren 
in  der  Härteprülung  sich  nicht  sehr  einge- 
bürgert hat,  allerdings  sind  sämtliche  neuere 
llärteprüfungsniethoden  der  Technik  durch 
die  Hertzschen  Untersuchungen  angeregt 
worden. 

3.  Technische  Härteprüfung.  Föppl 
und  Schwerdt  modifizierten  den  Hertz- 
schen Vorschlag  zur  Härteprüfung  dadurch,  ^ 
daß  sie  die  Kugeln  durch  zwei  gleiche  quer- 
gelegte Zyhnder  ersetzt  haben,  da  diese 
praktisch  leichter  herzustellen  sind.  Am 
meisten  hat  jedoch  die  von  Brinell  ein- 
geführte Methode  der  ,, Kugeldruckprobe" 
Anklang  gefunden.  Diese  unterscheidet 
sich  von  der  Hertzschen  Anordnung  gerade 
in  den  zwei  von  Hertz  als  wesentlich  be- 
trachteten Punkten:  erstens  verzichtet 
man  darauf,  zwei  Probekörper  aus  demselben 
Material  gegeneinander  zu  pressen,  sondern 
man  greift  auf  die  Vergleichsmethode  zurück, 
indem  man  den  einen  Körper  stets  durch 
dieselbe  harte  Kugel  (zumeist  aus  gehärtetem 
Stahl)  ersetzt,  zweitens  mißt  man  nicht 
die  Elastizitätsgrenze  oder  Bruchgrenze, 
sondern  die  bleibende  Druckfläche,  die  durch 
eine  bestimmte  feste  Belastung  erzeugt 
wird  (Fig.  2).    Man  verzichtet  somit  auf  die 


Fig.  2. 

theoretischen  Vorteile  der  absoluten  Härte- 
messung um  eine  praktisch  bequeme  Methode 
zu  erhalten. 

Praktisch  wird  die  Kugeldruckprobe  in 
der  Weise  ausgeführt,  daß  die  gehärtete 
Stahlkugel  durch  die  Festigkeitsmaschine 
in  eine  eben  polierte  Fläche  des  Probe- 
körpers eingepreßt  und  nach  Entfernung 
der  Belastung  der  Durchmesser  des  Druck- 
kreises mittels  eines  Maßstabs  oder  mikrosko- 
pischen Komparators  gemessen  wird.  In 
neuerer  Zeit  sind  eigene  kleine  Härteprüfungs- 
maschinen konstruiert    worden    (Martens), 


Härte  und  Härteprüfung 


201 


bei  denen  die  bestimmte  feste  Belastung 
(zumeist  3000  kg)  automatisch  eingestellt 
wird.  Die  Härteprüfung  wird  in  dieser 
Weise  meistens  bei   Metallen  durchgeführt. 

Eine  Modifikation  der  Kugeldruckprobe 
besteht  darin,  daß  die  Kugel  nicht  durch 
allmählich  steigende  Belastung,  sondern  stoß- 
weise —  etwa  durch  ein  fallendes  Gewicht  — 
eingedrückt  wird.  Nach  einem  anderen 
Vorschlag  (Ludwik)  wird  die  Kugel  durch 
einen  Kegel  ersetzt  (zumeist  mit  90"  Oeff- 
nung);  dies  hat  der  Kugelprobe  gegenüber 
den  Vorteil,  daß  bei  fortschreitender  Be- 
lastung die  geometrische  Aehnlichkeit  be- 
wahrt bleibt. 

4.  Beziehungen  der   Härte   zu  mecha- 
nischen, physikalischen,  chemischenEigen- 
schaften.    4a)  Beziehungen  zur  Festig- 
keit und   Fließgrenze.      Brinell  hoffte 
bei  Einführung  seines  Verfahrens  die  kost- 
spieligen Festigkeitsversuche  an  eigens  dazu 
hergestellten  Probestäben  durch  die  Härte- 
prüfung ersetzen  zu  können,  die  nur  die  Her- 
stellung   einer    ebenen    Fläche   an    dem    zu  j 
prüfenden     Körper     benötigt.      Er     nahm  - 
auf   Grund  seiner  ersten  Versuche  an,  daß 
die  „Härtezahl",  d.  h.  die  auf  die  Flächen- 
einheit bezogene  Belastung,  falls  sie  bei  ver- 
schiedenen Stoffen  in  genau  derselben  Weise 
bestimmt   wird,   proportional  ist   der   Zug- 
festigkeit oder  derZugelastizitätsgrenze(F]ieß- 
grenze).      Genauere  Versuche   zeigten,   daß 
diese    Regel   höchstens   in   ganz   roher   An- 
näherung" besteht,  etwa  in  der  Weise,  da*^ 
Stoffe  mit  höherer  Härtezahl  im  allgemeinen 
höhere  Fheßgrenzen  besitzen.     Dagegen  be- 
steht eine  nahe  Beziehung  zwischen  Fließ- 
grenze und  Härte  in  verschiedenen  Zuständen 
desselben   Materials,  falls  seine  Fließgrenze 
durch  bleibendeBeanspruchung  erhöht  wurde. 
Hierüber    hat    A.    Kürth    die    genauesten 
Untersuchungen  durchgeführt.  Er  charakteri- 
siert das  :\Iaterial  nicht  durch  eine  einzige 
,, Härtezahl",   sondern   durch  den   gesamten 
Verlauf  der  Beziehung  zwischen   Belastung 
und  Eindruckdurchmesser,  durch  die  ,, Härte- 
kurve".   Diese  kann  nach  E.  Meyers  Vor- 
schlag durch  die  empirische  Formel 

P  =  ad" 
(P    Belastung,   d   Durchmesser   des    Druck- 
kreises) dargestellt  werden.  Bildet  man  daraus 
die  Härtezahl 

P         4 

so  ist  die  Konstante  a  zunächst  noch  von 
dem  Durchmesser  D  der  Kugel  abhängig. 
Um  diesenEinfluß  auszuschalten  schreiben  wir 

wobei  nun  n  und  a  nur  vom  Material  ab- 


hängen. Kürth  fand  nun,  daß  die  Konstante 
a  (d.  h.  die  Härte   bei  demselben  Verhältnis 

p.)  sehr  genau  mit  der  Streckgrenze  pro- 
portional ist.  Der  Exponent  n  ändert 
sich  auch  etwas  mit  der  Erhöhung  der  Streck- 
grenze und  zwar  nähert  er  sich  dem  Werte  2, 
so  daß  schheßlich  die  Härte  von  der  Ein- 
drucktiefe unabhängig  wird. 

Aus  diesen  Versuchen  sieht  man,  daß 
die  Härteprüfung  besonders  geeignet  ist, 
vorangegangene  Beanspruchungen,  Inhomo- 
geneitäten  am  Material  nachzuweisen. 

4b)  Abhängigkeit    der    Härte    von 
den  kristallinischen  Richtungen.    Kri- 
stalle zeigen  an  kristaUinisch  verschiedenen 
Flächen   im   allgemeinen   sehr   verschiedene 
Härte;  da  die  Messungen  zumeist  mit  dem 
Ritzverfahren  mittels  Skierometers  gemacht 
werden,  hängt  außerdem  die  Härte  an  der- 
selben Fläche  von  der  Ritzrichtung  ab.    Sehr 
ausführliche  Messungen  hat  darüber  Exner 
veranstaltet.      Danach   zeigen  sich   wesent- 
1  liehe   Härteunterschiede  nur  an  gut  spalt- 
j  baren  Mineralien,  die  Härte  hat  ein  Mini- 
mum auf  den    Spaltflächen,   ein  Maximum 
an  den  zu  diesen  senkrechten  Flächen.    Auf 
einer  und  derselben  Fläche  erhält  man  die 
größte  Härte  durch   Ritzen  quer  zu  einem 
Spaltriß,  die  kleinste  in  der  Richtung  der 
Spaltlinie.    Die  Abhängigkeit  der  Härte  von 
der    Richtung     wird     durch    rosettenartige 
„Härtekurven"  dargestellt. 
i       4c)  Abhängigkeit   von    der  Tempe- 
ratur. Mit  zunehmender  Temperatur  nimmt 
die  Härte  im  allgemeinen  ab.    Bei  Eisen  und 
seinen  Legierungen  können  durch  Temperatur- 
änderung   und    Wärmebehandlung    sprung- 
weise   Härteänderungen    auftreten,    infolge 
Umwandlung     in     andere     Modifikationen. 
A.  Kürth  hat  die  Abhängigkeit  der  Druck- 
härte von  der  Temperatur  bei  einigen  reinen 
Metallen  untersucht  und  fand   eine  lineare 
Abnahme,    die  durch  Extrapolation  für  die 
Schmelztemperatur    die   Härte   Null   liefern 
würde. 

4d)  Beziehungen  zu  chemischen 
Größen.  Es  ist  öfters  behauptet  worden 
(zuerst  von  Bottone  [1873]),  daß  die  Härte 
verschiedener  Elemente  proportional  sei  der 
„Atomkonzentration",  d.  h.  der  Anzahl  der 
Atome  in  demselben  Volumen.  Benedicks 
hat  das  Gesetz  auf  Legierungen  ausgedehnt, 
indem  er  fand,  daß  die  Härte  der  Legierungen 
in  derselben  Weise  von  der  Atomkonzentra- 
tion der  Beimenge  abhängt,  wie  der  osmoti- 
sche Druck  von  der  Molekularkonzentration 
einer  flüssigen  Lösung.  Es  ist  jedoch  die 
Proportionalität  mit  der  Atomkonzentration 
schon  deshalb  höchstens  als  angenäherte 
Regel  zu  betrachten,  da  der  Härtebegriff 
selbst  ziemlich  willkürlich  und  unbestimmt 


202 


Härte  und  Härteprüfung  —  Harze 


ist.  Als  feststehend  kajin  man  dagegen  an- 
sehen, daß  die  relative  Härte  der  nach  Atom- 
gewicht geordneten  Elemente  im  ganzen  und 
großen  eine  ähnliche  Periodizität  zeigt,  wie 
die  Atomkonzentration  nach  dem  periodi- 
schen Gesetz  (Rydberg).  Es  erübrigt  wohl 
zu  sagen,  daß  alle  diese  Beziehungen  einer 
weiteren  Klärung  und  Bestätigung  bedürfen. 

Literatur,  a)  A  eller  e  Literatur:  Jt. 
Frankenheim,  De  cohaesione.  Diss.  Breslau 
1S29.  —  A,  Seebeck,  Programm  Kölner  Real- 
gymnasium. —  GraUich  und  Pekarek,  Be- 
richt der  Akademie   Wien,  1854. 

b)  Theorie  der  Härte  und  absolute 
Härteprüfung :  H.  Hertz,  Grelles  Journal 
1882.  Verh.  d.  Ver.  ziir  Beförderung  des  Gc- 
werbefleißes,  1882.  —  F.  Auerbach,  Wie  de - 
m  a  n  n  s  Annalen,  1891  bis  1896. 

c)  Technische  Härteprüfung :  Os- 
mond,  Gommission  des  mcthodes  d'essai.  Paris 
1894.  —  A.Föppl,  Wiedemanns  Annalen, 1897. 
—  i>'.  M.  Schwerdt,  ßlitteilungen  des  Labora- 
toriums iliinchen,  1897.  —  Jt.  Stribeck- 
Schninning,  Z.  d.  Ver.  d.  Ing.,  1901.  — 
J.  A.  Brinell,  Gongres  int.  des  methodes 
d'essai  des  materiaux.  Paris  1900.  —  Ver- 
schiedene Berichte  unter  den  Verhandhtngen  des 
internationalen  Verbandes  für  die  3Iaterial- 
prüfungen  der  Technik:  P.  Luduik,  Z.  des 
österr.  Jngenietir-  tmd  Architektenvereins,  1907 
(daselbst  Literaturangaben). 

d)  Beziehungen  su  anderen  Gr öß e n  : 
E.  Meyer,  Z.  d.  Ver.  d.  Ing.,  1908.  31it- 
teilungen  über  Forschungsarbeiten.  —  A.  Kiirth, 
Z.  d.  Ver.  d.  Ing.,  1908.  —  J.  R.  Rydberg, 
Z.  f.  phys.  Ghemie,  1900.  —  C.  Benedicks, 
Ibid.  1901.  Diss.  Upsala  1904.  Z.  d.  Ver.  d. 
Ing.,  1901  und  1906. 

e)  Zusammenfassende  Darstellungen  : 
A.  Winkelmann ,  Handbuch  der  Physik, 
2.  Auflage  1908,  Band  1,2  von  Auerbach. 
Lehrbücher  der  3Iineralogie  (s.  dort).  —  Martens- 
Heyn,  Muterialienkunde  für  den  Maschinenbau. 
Berlin,  Bd.  I,  1898;  Bd.  II,  1912. 

Th.  V.  Kärmdn. 


an  die  Universität  nach  I\Iünchen  über.  Hier 
richtete  er  ein  forstbotanisches  Institut  mit 
pathologischen  und  anderen  Samrakuigen  ein. 
Er  starb  daselbst  am  9.  Oktober  1901.  —  Seine 
Bedeutung  liegt  in  seinen  zahlreichen  Arbeiten 
über  die  Krankheiten  der  Waldbäume,  die  durch 
Fäulnispilze  in  ihnen  hervorgerufenen  Zer- 
setzungserscheinungen, Abhandlungen  zur  Phy- 
siologie der  Holzgewächse  und  speziell  forstliche 
Fragen.  Am  bekanntesten  unter  seinen  zahl- 
reichen Schriften  sind  geworden  die  ,, Zersetzungs- 
erscheinungen des  Holzes"  usw.  (Berlin  1878), 
das  ,, Lehrbuch  der  Baumkrankheiten"  (Berlin 
1881,  2.  Aufl.  1889),  „Der  echte  Hausschwamm" 
(I.  Aufl.  Berhn  1885),  das,, Lehrbuch  der  Pflanzen- 
krankheiten" (IIL  Aufl.  Berlin  1900)  usw. 

Literatur.  C.  v.  Tubeuf  in  Ber.  d.  Deutsch. 
Botan.  Gesellsch.,  Bd.  20,  1903,  S.  (8)— (28),  dort 
auch  ein  Schriftenverzeichnis. 

W.  Ruhland. 


Harvey 

William. 


Hartig 

Robert. 


Geboren  am  30.  Mai  1839  zu  Braunschweig 
als  Sohn  des  Professors  der  Forstwissenschaft 
Theodor  Hartig.  Er  war  zunächst  von  1859 
bis  1861  in  verschiedenen  Gegenden  Deutsch- 
lands als  Forstlehrling  tätig  und  studierte 
darauf  in  Braunschweig  bis  1863  Forstwissen- 
schaften und  hörte  später  in  Berlin  noch  juristische 
Vorlesungen.  Im  Herbst  1864  trat  er  in  den 
braunschweigischen  Forstdienst  ein,  den  er  1866 
verließ.  1867  wurde  er,  zunächst  vertretungs- 
weise, an  die  Forstakademie  zu  Eberswalde  berufen, 
wo  er  1871  zum  Professorder  Botanik  und  Vorstand 
der  pflanzenphysiologischen  Abteilung  der  forst- 
lichen Versuchsstation  aufrückte.  1878  siedelte 
er  als  ordentlicher  Professor  für  forstliche  Botanik 


1578  bis  1657,  der  berühmte  Entdecker  des 
Blutkreislaufes.  Er  wurde  in  Folkstone  an  der 
Südküste  von  England  geboren,  studierte  in 
Cambridge  und  Padua,  wo  er  vermutlich  bei 
Fabricius  ab  Aquapendente  bereits 
die  erste  Anregung  zu  seinen  späteren  Forschungen 
erhielt,  ließ  sich  in  London  nieder,  war  hier  Aizt 
am  St.  Bartholomeushospital  und  erlangte  auch 
später  die  Stellungen  als  Professor  der  Medizin 
und  Chirurgie,  sowie  als  Leibarzt  Jakobs  I.  und 
Karls  I.,  folgte  bei  Ausbruch  der  Revolution 
dem  König  nach  Oxford  und  kehrte  nach  Be- 
endigung der  poUtischen  AVirren  wieder  nach 
London  zurück,  wo  er  in  tiefster  Zurückgezogen- 
heit lediglich  der  wissenschaftlichen  Ai'beit  lebte 
Seine  Entdeckung  veröffentlichte  Harvey 
nach  17  jähriger  stiUer  Experimentalarbeit 
im  Jahre  1628  in  der  klassischen  Schrift 
Exercitatio  anatomica  de  motu  cordis  et 
sanguinis  in  animalibus,  der  als  nicht  minder  ver- 
dienstlich sich  der  von  H  a  r  v  e  y  gelieferte  Bei- 
trag zur  Entwickelungslehre  in  der  Abhandlung 
Exercitationes  de  generatione  animalium  (1651) 
anschließt,  worin  das  bekannte  Omne  vivum 
ex  ovo  zum  ersten  Male  zielbewußt  erhärtet  ist. 


Literatur.     Biogr.  Lex.  ed. 


Hirsch. 

J.  Po  gel. 


Harze. 

I.  Begriff  und  allgemeine  Eigenschaften. 
II.  Bildung  und  Vorkommen.  III.  Chemische 
Zusammensetzung:  a)  der  Reinharze;  b)  der 
Beisubstanzen.  IV.  Einteilung.  V.  Beschreibung 
der  wichtigsten  natürlichen  Harze:  1.  Benzoe. 
2.  Storax.  3.  Perubalsam.  4.  Tolubalsam. 
5.  Palmendrachenblut.  6.  Aloeharze.  7.  Am- 
moniacum.  8.  Galbanum.  9.  Asa  foetida.  10.  Bur- 


Harze 


203 


Seraceen-Opopanax.  11.  Myrrhe.  12.  Wsih- 
rauch.  13.  Elemi.  14.  Mastix.  15.  Sandarak. 
16.  Kanadabalsam.  17.  Terpentine.  18.  Fichten- 
harz, Galipot.  19.  Lärchenterpentin.  20.  Kolo- 
phonium. 21.  Bernstein.  22.  Kopale.  23.  Kopaiva- 
balsam.  24.  Guajakharz.  25.  Lack,  Schellack. 
26.  Gummigutt.  27.  Japanlack.  28.  Convol- 
vulaceenharze.  29.  Guttapercha  und  Kautschuk. 
VL  Künstliche  Harze. 

I.  Begriff  und  allgemeine  Eigenschaften. 

Unter  Harzen  versteht  man  Stoffgemeiige, 
die  als  Sekrete  im  Pflanzenreiche  vorkommen; 
oft  treten  sie  in  Begleitung  von  Terpenen 
und  anderen  ätherischen  Oelen  als  sogenannte 
Balsame  auf.  Die  Harze  bestehen  ans  Kohlen- 
stoff, Wasserstoff  und  verhältnismäßig  wenig  j 
Sauerstoff.  Sie  stehen  einerseits  zu  den 
Terpenen,  andererseits  zu  den  Phytosterinen 
in  Beziehung.  Von  den  in  ihnen  enthaltenen 
Substanzen  sind  die  charakteristischsten: 
Hydroretenkarbonsäuren,  Alkohole  und 
Phenole  mit  und  ohne  Gerbstoffcharakter,  j 
teils  frei,  häufiger  mit  aromatischen  Säuren 
verestert,  und  Oxypolyterpene.  Von  diesen 
Stoffen  überwiegt  in  jedem  Harz  der  eine 
oder  der  andere;  die  übrigen  kommen 
nur  in  geringer  Menge  vor  oder  fehlen 
(Genaueres  siehe  unter  III).  Die  Harze 
bilden  amorphe,  oft  durchsichtige  oder 
wenigstens  durchscheinende,  spröde  Massen 
von  muscheligem  Bruch;  sie  sind  in  Wasser 
unlöslich,  in  organischen  Mitteln  mehr  oder 
weniger  leicht  löslich:  in  Alkohol  lösen  sich 
einige  Harze  (Benzoe,  Guajakharz)  leicht, 
andere  (Kopale,  Dammar)  sind  darin  kaum 
löslich.  Dagegen  sind  sie  fast  sämtlich  völlig 
löslich  in  Aether,  Terpentinöl  und  anderen 
ätherischen  wie  auch  fetten  Oelen.  Als  Lö- 
sungsmittel kommen  ferner  in  Betracht: 
Aceton,  Benzol,  Schwefelkohlenstoff,  Chloro- 
form, Chloralhydrat,  Epichlorhydrin  und 
andere;  in  Petroläther  sind  die  Harze  relativ 
schwer  löslich.  Ihre  Lösungen  in  Alkohol 
oder  anderen  organischen  Mitteln  trocknen 
zu  durchsichtigen  Lacken  ein. 

In  Alkalien  lösen  sich  die  Harze  zum  Teil 
unter  Bildung  von  Harzseifen,  die  zum 
Leimen  des  Papieres  Anwendung  finden. 
Die  reinen  Harze  sind  geruch-,  geschmack- 
und  meist  auch  farblos.  Gegen  Fäulnis  sind 
sie  vollkommen  resistent.  Beim  Reiben 
werden  sie  negativ  elektrisch.  Viele  Harze 
erweichen  schon  in  heißem  Wasser  und  nehmen 
dabei  klebrige  Beschaffenheit  an.  Infolge 
ihres  hohen  Kohlenstoffgehaltes  brennen 
sie  mit  stark  rußender  Flamme.  Das  spezi- 
fische Gewicht  schwankt  zwischen  0,9  und 
1,3.  Die  Härte  liegt  zwischen  der  des  Gipses 
und  der  des  Steinsalzes;  bloß  Bernstein  und 
einige  Kopale  sind  etwas  härter.  Die  festen 
Harze  haben  häufig  tropfenförmige  (Mastix), 
stalaktitenartige  (Sandarak)  oder  knollen- 
förmige Gestalt  (Myrrhe).     Der  Kaurikopal 


kommt  in  Klumpen  von  oft  beträchtlicher 
Größe  vor.  Einige  Harze,  wie  Akaroidharz, 
Bernstein  finden  sich  in  Platten.  Der  Stock- 
lack bildet  Bruchstücke  von  Hohlzylindern. 
Künstlich  geformt  sind  die  Drachenblut- 
stengel und  Guttistangen.  Die  Farbe  der 
meisten  natürlicher  Harze  liegt  zwischen 
gelb  und  braun.  Milchig  weiß  sind  Asa 
foetida,  Knochenbernstein,  rotbraun  ist 
Drachenblut,  grünlich  sind  einige  Mastix- 
arten. Manche  Harze  vermögen,  besonders 
beim  Schmelzen  und  Schütteln  mit  Luft 
Sauerstoff  aufzunehmen.  Auch  Polymeri- 
sationen finden  bei  Harzen  statt. 

II.  Bildung  und  Vorkommen. 

Die  natürlichen  Harze  entstehen  im 
Pflanzenkörper  besonders  im  Holz,  in  der 
Rinde,  auch  in  Blättern  meist  in  sogenannten 
Sekretbehältern.  Die  Sekretbildung  erfolgt 
gewöhnlich  ohne  Mithilfe  des  Plasmas  in 
einer  besonderen  aus  Gummi  oder  schleim- 
artigen Substanzen  bestehenden  Membran- 
schicht, die  Tschirch,  der  das  Gesetz  der 
Sekretbildung  bei  den  Pflanzen  entdeckt 
hat,  ,,resinogene"  Schicht  nennt.  Das  zu 
den  Hemizellulosen  gehörige  Gummi  dieser 
Membranschicht  enthält  stets  Enzyme,  welch 
letztere  vielleicht  diese  Schicht  zur  Sekret- 
bildung befähigen.  Beim  Verletzen  einer 
Pflanze,  die  Sekretbehälter  besitzt,  tritt 
etwas  Harzbalsam  aus  und  erhärtet  bald  an 
der  Luft.  Viel  ergiebiger  als  dieser  primäre 
Harzfluß,  dem  z.  B.  Mastix  und  Sandarak 
ihre  Entstehung  verdanken,  ist  der  sekundäre, 
der  als  Folge  tiefgreifender  Verwundungen 
zustande  kommt.  Infolge  der  Verwundungen 
entsteht  auch  bei  Pflanzen,  die  sonst  keine 
Harzbehälter  haben,  wie  Styrax  benzoin,  ein 
Netz  großer  Sekretbehälter,  das  seinen  In- 
halt über  die  Wunde  ergießt.  Dieser  Wund- 
balsam kann  bei  zeitweiligem  Vergrößern  der 
Wunde  jahrelang  fließen.  Von  den  harz- 
liefernden Pflanzenfamilien  seien  als  wich- 
tigste genannt:  Die  Coniferen,  die  Caesal- 
pinoideen,  Burseraceen,  Umbelliferen,  Gutti- 
feren,  Euphorbiaceen,  Dipterocarpeen,  Ana- 
cardiaceen,  Compositen.  Harze  naher  bota- 
nischer Verwandtschaft  zeigen  oft,  aber  nicht 
immer  auch  chemische  Verwandtschaft.  Die 
meisten  Harze  sind  sogenannte  rezente 
Harze,  d.  h.  sie  sind  erst  in  unserer  Zeit  ent- 
standen; ein  fossiles  Harz  ist  der  Bern- 
stein. 

III.  Chemische  Zusammensetzung. 

Als  Begründer  der  Harzchemie  ist,  nach 
dem  Urteil  von  Berzelius,  Unverdorben 
zu  betrachten,  dessen  Untersuchungen  in 
die  20er  Jahre  des  19. .  Jahrhunderts  fallen. 
Nach  ihm  ist  dann  Hlasiwetz  zu  nennen, 
der  in  den  60er  Jahren,  besonders  durch  An- 
wenduufif   der   Kalischmelze   auf   die   Harze 


204 


Harze 


zur  Aufklärung  mancher  in  ihnen  enthaltenen 
Substanzen  beitrug.  In  der  folgenden  Zeit 
wurde  durch  eine  große  Reihe  von  Spezial- 
forschungen  die  Konstitution  vieler  Harz- 
bestandteile ermittelt.  Licht  und  Ordnung 
in  dies  ganze  große  Gebiet  brachten  aber  erst 
die  mit  dem  Jahre  1890  einsetzenden,  plan- 
mäßig mit  zahlreichen  Schülern  durchgeführ- 
ten Untersuchungen  von  A.  Tschirch.  —  Die 
natürlichen  Harze  enthalten  meist  neben  den 
eigentlichen  Harzkörpern,  dem  Reinharz, 
noch  sogenannte  Beisubstanzen. 

a)  In  den  Rein  harzen  sind  Vertreter 
der  folgenden  Körperklassengefunden  worden. 

1.  Resinolsäuren;  dieselben  kristalli- 
sieren teilweise  sehr  gut  und  bilden  auch  gut 
kristallisierte  Metallsalze;  sie  kommen  meist 
im  freien  Zustande  vor,  selten  verestert 
wie  die  Succinoabietinsäure  mit  Borneol 
im  Bernstein,  oder  die  Abietinsäure  mit 
Pinoresinol  im  Ueberwallungsharz  der  Fichte; 
sie  bilden  den  Hauptbestandteil  derKoniferen- 
harze  und  finden  sich  auch  in  den  Harzen 
der  Caesalpinoideen.  Die  Koniferenharz- 
säuren  leiten  sich  von  einem  hydrierten 
Reten  ab  und  stehen  sowohl  zu  den  Terpenen 
wie  den  Phytosterinen  in  Beziehung.  Die 
wichtigsten  sind  die  drei  isomeren  Pimar- 
säuren  im  französischen  Kolophonium  und 
die  Abietinsäure  im  amerikanischen  Kolo- 
phonium; sie  besitzen  die  empirische  Formel 
C20H30O2  und  sind  wahrscheinlich  Mono- 
karbonsäuren eines  Dekahydromethyl- 
retens 


H  H 


In  der  Abietinsäure,  die  sich  durch  Er- 
hitzen mit  Schwefel  in  Reten  überführen 
läßt,  ist  das  Vorhandensein  zweier  Doppel- 
bindungen nachgewiesen;  die  Abietinsäure 
dreht  nach  links  und  schmilzt  bei  ca.  160". 
Von  den  Pimarsäuren  zeigt  die  Dextropimar- 
säure  eine  spezifische  Drehung  von  +73" 
und  den  Schmelzpunkt  211",  die  Lävopimar- 
säure  eine  spezifische  Drehung  von  — 272" 
und  den  Schmelzpunkt  ca.  150". 2)  Einige 
Harzsäuren  enthalten  außer  Karboxyl  auch 
Hydroxyl,  wie  die  Illurinsäure  des  Kopaiva- 
balsams     C20H28O3,     die     Podokarpinsäure 


1)  Stellung  dieser  Methylgruppe  willkürlich 
angenommen. 

^)  Als  fossile  Umwandhmgsprodukte  von 
Koniferenharzen  dürften  Reten  und  Fichtelit, 
d.  i.  Perhydroreten  V^^K.^^,  aufzufassen  sein, 
die  in  Torfmooren  Oberfrankens  an  alten  Föhren- 
holzstämmen  aufgefunden  wurden.  Fichtelit 
bildet  Kristalle  vom  Schmelzpunkt  46". 


C17H22O3,     die     honu)logen     Kopalolsäuren 
C21H32O3,  ('22H34O3  usw. 

2.  Resinole;  farblose  oft  kristallisierende 
Harzalkohole  und  Phenole  mit  eiiun-  oder 
mehreren  ÜH-Gruppen;  kommen  teils  frei, 
teils  als  Ester,  sogenannte  Resinolresine,  vor. 
Auch  viele  Resinole  zeigen  deutliche  Be- 
ziehungen zu  Phytosterinen  und  Terpenen. 
Resinole  sind  z.  B.  a-  und  /j-Amyrin  C3()H490H 
von  den  Schmelzpunkten  181  und  192°,  zwei 
isomere  im  Elemiharz  enthaltene  Triterpenal- 
kohole,  welche L i e b er  m an n s  Cholestolprobe 
geben,  Pinoresinol  Ci7Hi202(OCH3)2(OH)2 
vom  Schmelzpunkt  122"  im  Ueberwallungs- 
harz der  Fichte,  Lariciresinol  Ci7Hi2(OCH3)2 
(OH) 2  vom  Schmelzpunkt  164"  im  Lärchen- 
harz, Benzoresinol  und  Storesinol  C^iHasOH, 
im  Benzoe  und  Storax,  Succinoresinol 
(Ci2H2oO)x  vom  Schmelzpunkt  275"  als  Bern- 
steinsäureester im  Bernstein.  —  Eine  be- 
sondere Klasse  scheinen  die  Resinole  des 
Guajakharzes  zu  bilden.  Sie  sind  als  Konden- 
sationsprodukte von  aliphatischen  Sub- 
stanzen (Tiglinaldehyd)  mit  aromatischen 
Phenolen    (Guajacol,    Kreosol)    aufzufassen. 

3.  Resinotannole;  bräunlich  gefärbte, 
amorphe  aromatische  Phenole  mit  Gerbstoff- 
charakter; enthalten  meist  eine  Hydroxyl- 
gruppe. Sie  kommen  teils  im  freien  Zustande, 
öfter  als  Ester,  sogenannte  Tannolresine,  vor 
und  zwar  bei  den  Benzharzen  gebunden  an 
Benzoesäure,  Zimtsäure,  Paracumarsäure, 
bei  den  Umbelliferenharzen  gebunden  an 
Salizylsäure,  Ferulasäure,  Umbelliferon.  Die 
sehr  schwer  verseifbaren  Tannolresine  lassen 
sich  geschmolzen  zu  glänzenden  Fäden  aus- 
ziehen. Viele  Resinotanole  enthalten  ein 
Vielfaches  von  6  Kohlenstoffatomen  im 
Molekül.  Es  seien  die  folgenden  angeführt: 
Sumaresinotannol  CigHigOg.OH  in  Sumatra- 
benzoe,  Peruresinotannol  CisHjgOi.OH,  im 
Perubalsam,  Asaresinotannol  C24H33O4.OH 
in  Asafoetida. 

4.  Resene;  indifferente,  meist  amorphe 
gegen  Reagentien  sehr  restisente,  in  Kali  un- 
lösliche, kohlenstoffreiche,  sauerstoffhaltige 
Stoffe,  die  wahrscheinlich  Oxypolyterpene 
sind  und  aus  den  ätherischen  Öeleii  hervor- 
gegangen sein  dürften.  Sie  sind  in  Alkohol 
teils  löslich,  teils  unlöslich.  Am  meisten 
Resene  finden  sich  in  Burseraceen,  z.  B. 
das  Olibanoresen  CnHjoO  im  Weihrauch,  das 
Maneleresen  C15H30O  im  Maniiaelemi,  ferner 
in  Anacardiaceen  wie  das  Masticoresen 
C35H56O4  im  Mastix,  in  Dipterocarpeen,  wie 
das  Gurjoresen  C17H28O2  im  Gurjunbalsam. 

In  manchen  Harzen  kommen  auch  ali- 
phatische Substanzen  vor.  So  sind  im  Bern- 
stein die  Bernsteinsäure,  in  Guttaperchaarten 
die  Essigsäure  enthalten;  aus  dem  Stock- 
lack ist  Aleuritinsäure,  wohl  Dioxytridecyl- 
säure 
CH3  —  (CH2)2  —  (CHOH)o  —  (CH2)7  — CO2H 


Harze 


205 


isoliert  worden.  Die  Convolvulaceenharze 
liefern  bei  der  Spaltung  einen  Zucker  und 
aliphatische  Säuren. 

b)  Unter  den  Beisubstanzen  sind  in 
erster  Linie  zu  nennen  die  ätherischen  Oele,  die 
häufig  selber  wieder  Gemische  oft  zahlreicher 
verschiedener  Stoffe  sind  (vgl.  den  Artikel 
,, Fette,  Oele,  Seifen"  3),  ferner  die  in 
den  Harzestern,  sowohl  den  Tannol-  wie  den 
Eesinolresinen  enthaltenen  Säuren,  ferner 
andere  Stoffe  der  aromatischen  Reihe:  Ester, 
wie  Benzoesäure-,  Zimtsäurebenzylester, 
Alkohole  wie  Benzylalkohol,  Zimtalkohol, 
Borneol,  Aldehyde  wie  Vanillin,  Kohlen- 
wasserstoffe wie  Styrol.  Oft  werden  Bitter- 
stoffe beobachtet;  die  Darstellung  eines 
Bitterstoffes  aus  einer  nicht  bitteren  Harz- 
säure des  Sandaraks  weist  auf  die  Beziehung 
der  Bitterstoffe  zum  eigentlichen  Harz  hin. 
Als  weitere  Beisubstanzen  sind  gummi- 
artige Körper  sehr  verbreitet  in  den  sogenann- 
ten Gummiharzen,  z.  B.  denen  der  Burse- 
raceen  und  Umbellif eren ;  das  Gummi  ent- 
stammt der  resinogenen  Schicht.  Von  einer 
Oxydase  wird  der  Japanlack  begleitet. 
Auch  Farbstoffe  kommen  als  Beisubstanzen 
vor. 

IV.   Einteilung  der  Harze. 

Tschirch  hat  die  Harze  nach  ihren  charak- 
teristischen Bestandteilen  folgendermaßen  ein- 
geteilt: 

A.  Tannolharze    enthalten    vorwiegend    Re- 
sinotannolester. 

I.  Benzharze;  echte  Harze,  enthalten  Ester 
der  Benzosäure,  Zimtsäure,  Paracumar- 
säure:  Benzoe,  Storax,  Perubalsam, 
Tolubalsam,  Acaroid,  Palmendrachen- 
blut, Aloeharze, 
n.  Umbelliferenharze;  Gummiharze,  ent- 
halten Salicylsäure-,  Ferulasäure-  oder 
Umbelliferonäther  oder  Ester,  Gummi 
und  Gummase:  Ammoniacum,  Galba- 
num,  Asa  foetida. 

B.  Resenharze  enthalten  vorwiegend  Resene. 
I.  Burseraceenharze. 

a)  Gummiharze:    Opopanax,    Myrrhe, 
Weihrauch. 

b)  Echte  Harze:  Elemi. 

H.  Anacardiaceenharze:  Mastix. 
HI.  Dipterocarpeenharze:    Dammar,     Gur- 
junbalsam. 

C.  Resinolsäureharze     enthalten     besonders 
Harzsäuren. 

I.  Coniferenharze: 

a)  Rezente  Harze. 

Physiologische  Harze:  Sandarak, 
Podocarpus,  Kanadabalsam. 

Pathologische  Harze:  Terpentine, 
Fichtenharz,  Galipot,  Lärchenterpen- 
tin,  Kolophonium. 

b)  Fossile  Harze:  Bernstein. 

n.  Caesalpinoideenharze:  Kopale,  Kopaiva- 
balsam. 

D.  Resinolharze:  Guajakharz. 

E.  Fettharze:  Stocklack. 

F.  Farbharze:  Gummigutt. 


G.  Enzymharze:  Japanlack. 

H.  Zuckerharze:     Convolvulaceenharze    (Ja- 

lapen-,  Scamraoniumharz). 
J.  Lactoresine,    Milchsäfte,    in    Milchröhren 

enthalten:    Guttapercha   und  Kautschuk. 

V.  Beschreibung  der  wichtigsten  natürlichen 
Harze, 
r.  Benzoe.  Wird  aus  der  in  Siam  und  auf 
den  Sundainseln  vorkommenden  Styracee, 
Styrax  benzoin,  gewonnen;  graubraune  poröse, 
vanilleartig  riechende  Masse,  die  häufig  hellere 
Körner  (Mandeln)  enthält.  Siambenzoe  besteht 
wesentlich  aus  einem  Gemisch  voii  wenig  Benzoe- 
säure, Benzoresinolester  und  viel  Benzoesäure- 
Siaresinotannolester,  enthält  daneben  freie 
Benzoesäure  und  0,2  "/o  Vanillin.  Benzoresinol 
CieHosO.OH,  weiße  Nadeln  vom  Schmelzpunkt 
272",  in  konzentrierter  Schwefelsäure  karminrot 
löslich.  Siaresinotannol  C12H13O2.OH,  braunes 
Pulver  in  konzentrierter  Schwefelsäure  braunrot 
löslich. 

2.  Storax,  aus  Liquidambar  Orientale  (Klein- 
asien) gewonnen.  Zähe,  dickflüssige,  bräunliche, 
undurchsichtige  Masse  von  benzoeartigera  Geruch 
und  aromatischem,  kratzendem  Geschmack;  ent- 
hält wesentlich  freie  Zimtsäure  und  Zimtsäure- 
ester, sowie  Ester  anderer  aromatischen  Säuren 
neben36%  Harz,  welches  ausZimtsäurestoresinol- 
ester  besteht.  Storesinol  CigHosO.OH,  isomer 
mit  Benzoresinol.  schmilzt  bei  ca.  160". 

3.  Perubalsam.  Harzsaft  von  Myroxylon 
Pereirae,  einer  Papilionacee  San  Salvadors; 
braunrotes,  durchsichtiges,  dickflüssiges  Liqui- 
dum von  Vanillegerueh  und  kratzendem  bitter- 
lichem Geschmack,  enthält  ca.  607o  Cinnamein, 
das  wesentlich  Zimtsäurebenzylester  ist.  Das 
Harz  besteht  aus  dem  schwer  verseifbaren  Zimt- 
säure-Peruresinotannolester  Ci8Hi<,040  — CO. 
CH:CH.C„H3. 

4.  Tolubalsam.  Harzsaft  von  Myroxylon 
toluiferum,  einer  Papiüonacee  Südmerikas;  ent- 
hält ca.  T^/o  Cinnamein,  das  aus  Ziratsäure-  und 
Benzoesäurebenzylester  besteht,  ca.  14 "/o  freie 
Zimt-  und  Benzoesäure  und  ca.  75  %  Harz, 
das  wesentlich  Zimtsäure-Toluresinotannolester 
ist.  Das  braune  Toluresinotannol,  CibHiiGj. 
(0CH3).0H,  homolog  mit  Peruresinotannol, 
liefert  bei  der  Kalischmelze  neben  Essigsäure 
und  Valeriansäure  Protokatechusäure. 

5.  Palmendrachenblut,  das  aus  den  Früchten 
von  Calamus  Draco,  einer  Palme  Niederländisch- 
indiens, freiwillig  austretende  Harz,  eine  braun- 
rote Masse,  besteht  zum  größten  Teil  aus  den 
Dracoresinotannolestern  der  Benzoesäure  und 
Benzoylessigsäure,  sowie  ausDracoresenC26H4402 
vom  Schmelzpunkt  74".  Dracoresinotannol 
CgHgO.OH  stellt  ein  gelbbraunes  amorphes 
Pulver  dar. 

6.  Aloeharze,  die  Reinharze  der  Aloearten 
(vgl.  den  Artikel  ,, Pflanzenstoffe"  4)  bestehen 
wesentlich  aus  Zimtsäureestern  oder  Paracumar- 
säureestern  von  —  für  die  einzelnen  Arten 
spezifischen  — •  Resinotannolen.  Das  Resino- 
tannol  der  Barbaloe   hat   die  Zusammensetzung 

C2.H2e06. 

7.  Ammoniacum,  der  erhärtete  Milchsaft 
von  Dorema  Ammoniacum,  einer  Umbellifere 
Persiens;  brävmliche  zusammengeklebte  Körner, 
die  schon  in  der  Hand  erweichen;  besteht  zu 
ca.    Vs    aus    Harz,    in    dem    Ammoresinotannol 


20G 


Harze 


CigHzeOo.OH  in  Bindung  mit  Salicylsäure  ent- 
halten ist. 

8.  Galbanum,  eingetrockneter  Milchsaft  nord- 
persischer Ferulaarten,  besteht  wesentlich  aus 
dem  Galbaresinotannoläther  des  Umbelliferons:  I 

,0  —  CO  j 

Ci8H,90o.0.C«H3<  I 

\CH=CH 


9.  Asa  foetida,  eingetrockneter  Milchsaft 
der  Wurzeln  verschiedener  Ferulaarten  Persiens. 
Rötliche  bis  violette  Massen  von  widrig  knob- 
lauchartigem Geruch.  In  dem  Harz  sind  enthalten 
Asaresinotannol  C24H33O4.ÜH  verestert  mit 
Ferulasäure  und  freie  Ferulasäure 

OH  (1) 
CeH3<0CH3  (2) 

^CH  =  CH  — CO.H  (4); 
das  Harz  dient  zu  arzneilichen  Zwecken. 

10.  Burseraceen-Opopanax,  (iummüiarz 
einer  Balsamodendronart;  aus  dem  Harz  wurden 
isoliert  c;-Panaxi"esen  C32H54O4,  /i-Panaxresen 
C32H5.,05  und  Panaresinotannol  C34H50OS. 

11.  Myrrhe,  aus  Commiphoraarten  Xord- 
afrikas  gewonnen.  Das  Myrrhenharz  enthält 
Resen  und,  als  a-  und  |3-MjTrhol  bezeichnete, 
Harzpheuole. 

12.  Weihrauch  (Olibanum),  Milchsaft  einiger 
Boswelliaarten  des  Somalilandes.  Stalaktiten- 
förmige,  gelbe  oder  rötliche  Körner,  die  beim 
Verbrennen  einen  eigentümlichen  balsamischen 
Geruch  verbreiten.  Das  zum  Räuchern  dienende 
Harz  enthält  Boswellinsäure  C32H.r,204  und 
OHbanoresen  (Ci4H220)x. 

13.  Elemi,  der  erhärtete  Harzsaft  ver- 
schiedener Bäume  aus  der  Familie  der  Bursera- 
ceen  ]\littel-  und  Südamerikas  und  Westindiens. 
Harte  oder  klebrige,  grünlich-gelbe  Massen. 
Das  Manilaelemi,  das  angenehm  nach  Dill, 
Zitronen  und  Terpentinöl  riecht,  enthält  ca. 
20  bis  30%  ätherisches  Oel,  welches  wesentlich 
aus  d-Phellandren  und  Dipenten,    sowie  Elemicin 

/CHo— CH  =  CH,  (1) 
CgHa^  besteht,    ca.    33% 

^(0CH3)3  (3,  4,  5) 
Maneleresen   C,5H„jO   vom    Schmelzpunkt   63°, 
5bis67oc^-ManeiemisäureC3„H540.(OH).(C02H\ 
8    bis    10%    />Manelemisäure,    1%     Bryoidin 
C2iH4,,03  und  ca.  20  bis  25%  a-  und  ^-Amyrin. 

14.  Mastix,  das  bekannteste  ,, Kauharz'' 
der  Orientalen,  aus  der  Rinde  von  Pistacia 
lentiscus,  die  auf  Chios  wächst,  gewonnen. 
Rundliche,  gelbliche,  spröde  Körner.  Mastix 
enthält  wenig  d-Pinen,  38  7o  <^-  und  /3-Masticon- 
säure  C3,H4,04,  507o  Masticoresene  CgäHg^O,; 
dient  zum  Räuchern  infolge  der  Entwickelung 
von  angenehm  balsamischem  Geruch  beim  Er- 
hitzen, Herstellung  von  Kitt,  Lack. 

15.  Sandarak,  aus  einer  Cupressinee  Algiers. 
Gelbliche,  ovale  Körner  mit  glasglänzendem 
Bruch;  enthält  ein  ätherisches  Oel,  das  d-Pinen- 
und  Limonen-haltig  ist,  ferner  eine  Anzahl  von 
Harzsäuren,  unter  denen  i-Pimarsäure  nach- 
gewiesen ist.  Dient  zum  Räuchern,  zur  Her- 
stellung von  Firnis. 

16.  Kanadabalsam  wird  in  Nordamerika 
von  Abies  Canadensis  gewonnen;  hellgelbe, 
klare,  dicke,  angenehm  balsamisch  riechende 
Flüssigkeit,  besteht  zur  Hälfte  aus  amorpher 
u-  und  /J-Canadinol.säure  CoH^oO.,  enthält 
daneben  besonders  ein,   dem   Terpentinöl  ähn- 


liches, ätherisches  Oel,  ferner  Resen  und  kristal- 
lisierte Canadinsäure  C,9H3402.  Dient  infolge 
seiner  Eigenschaft,  an  der  Luft  zu  klarem 
durchsichtigem  Firnis  einzutrocknen,  zum  Ein- 
schließen mikroskopischer  Präparate. 

17.  Terpentin  heißt  der  Harzsaft  verschiedener 
Pinusarten.  Dickflüssige,  zähe,  gelblich  weißeMasse 
von  starkem  eigenartigeniGeruch  und  bitterlichem 
Geschmack;  er  sondert  einen  körnig  kristallinen 
Absatz  ab,  der  beim  deutschen  und  amerika- 
nischen Terpentin  wesentlich  aus  Abietinsäure, 
beim  französischen  Terpentin  aus  Pimarsäure 
und  homologen  Säuren  besteht.  Der  gemeine 
Terpentin  enthält  20  bis  30  "/o  Terpentinöl, 
60  bis  TO^/o  Fichtenharz  und  5  bis  10"  0  Wasser. 
Das  Terpentinöl,  eine  nahezu  farblose  Flüssig- 
keit von  dem  spezifischen  Gewicht  ca.  0,86  und 
dem  Siedepunkt  156 — 165"  enthält  hauptsächlich 
optisch  aktives  Pmen  —  das  amerikanische  Oel 
enthält  d-,  das  französische  1-Pinen  —  außerdem 
Dipenten  und  polymere  Terpene,  wohl  auch 
Camphen  und  Fenchen. 

18.  Fichtenharz,  der  am  Stamm  verschiedener 
Pinusarten  (Finlands,  Rußlands,  der  Schweiz) 
erhärtete  Harzsaft,  ist  ein  wechselndes  Gemenge 
von  Harzsäuren,  Terpentinöl  und  Wasser.  Der 
eingetrocknete  Harzsaft  von  Pinus  Pinaster 
heißt  Galipot. 

19.  Lärchenterpentin  wird  in  Südtirol  und 
der  Schweiz  aus  Pinus  larix  gewonnen.  Er 
enthält  ca.  20%  Terpentinöl,  ca.  57o  Laricinol- 
säure  C2oH3n02,  farblose  Blättchen  vom  Schmelz- 
punkt 148°,  ca.  60%  amorpher  Larinolsäure 
CisHosOj,  ca.  15%  Resen,  auch  Spuren  von 
Ameisen-  und  Bernsteinsäure,  sowie  einen  Bitter- 
stoff. 

20.  Kolophonium  ist  das  durch  Erhitzen 
von  Wasser  und  ätherischen  Oelen  befreite  Harz 
verschiedener  amerikanischer  Pinusarten,  bildet 
eine  blaßgelbe,  durchsichtige  spröde  Masse,  die 
bei  ca.  80°  erweicht  und  wesentlich  aus  Abietin- 
säure besteht. 

21.  Bernstein  (Succinit),  Harz  vorweltlicher 
Coniferen,  findet  sich  an  der  Ostseeküste, 
seltener  an  den  Küsten  Englands  und  Afrikas, 
sowie  in  einigen  Braunkohlenlagern.  Weißlich- 
gelbe bis  braunrote,  durchsichtige  oder  bloß 
durchscheinende  Stücke  von  muscheligem  Bruch; 
Schmelzpunkt  ca.  360°.  Lösungsmittel  sind 
Dichlorhydrin  und  Epichlorhydrin.  Der  Bern- 
stein besteht  zu  etwa  70%  aus  Succmin,  zu 
28%  aus  Succinoabietinsäure  und  zu  2%  aus 
deren  Borneolester;  in  diesem  dürfte  ein  letzter 
Rest  des  ätherischen  Oeles  der  Bernsteinfichte 
vorliegen.  Das  in  Alkohol  unlösliche  Succintn 
ist  ein  Bernsteinsäureester  des  Succinoresinols 
(C,2HonC))x.  Die  alkohollösliche  Succinoabietin- 
säure scheint  eine  zweibasische  Oxysäure  der 
Formel  C,sH,i7.0H.(r02H)2  zu  sein;  sie  wird 
durch  Kali  zerlegt  in  einen  zweiwertigen  Alkohol, 
das  kristalline  Succinoabietol  C40H6JO2  vom 
Schmelzpunkt  124°  und  di"  amorphe  einbasische 
Succinos3'lvinsäure  C24Hoo()2.  Ferner  enthält 
Bernstein  ca.  0,2%  S'chwefel.  Durch  die  Ent- 
wickelung von  Schwefelwasserstoff  beim  Er- 
hitzen, am  sichersten  durch  die  Bildung  von 
ca.  5%  Bernsteinsäure  bei  der  trockenen 
Destillation  läßt  sich  der  Bernstein  vom  Kopal, 
mit  dem  er  häufig  verfälscht  wird,  unter- 
scheiden. 


Harze  —  Haßkerl 


207 


22.  Kopale.  Rezent-fossile  Harze  von  Bäumen  ] 
aus  der  Familie  der  Caesalpinoideen,  die  in  West- 
indien, Afrika  und  Südamerika  heimisch  sind. 
Einige  Kopalsorten  zeichnen  sich  durch  Härte 
und  hohen  Schmelzpunkt  aus.  Der  Sansibar- 
kopal  besteht  aus  Trachylolsäure  CsiHgsÜg . 
(OH).(CO.,H).„  der  isomeren  Isotrachylolsäure, 
Resenen  und  "einem  Bitterstoff.  Kopale  dienen 
zur  Herstellung  von  Firnissen  und  Lacken. 

23.  Kopaivabalsam,  der  Harzsaft  mehrerer 
Kopaivaarten  Südamerikas;  ein  Gemisch  von 
viel  ätherischem  Uel.  Resenen,  Harzsäuren 
(Copaivasäuren  und  Illurinsäure  CanHasü,  vom 
Schmelzpunkt  129°)  und  einem  Bitterstoff. 

24.  Guajakharz  wird  durch  Ausschmelzen 
des  Kernholzes  von  Guajacum  officinale  West- 
indiens gewonnen.  Dunkle  Massen;  das  Harz 
besteht  wesentlich  aus  Guajakonsäure,  die  zu 
den  Resinolen  gehurt  und  sich  durch  Benzol 
in  amorphe  «-Säure  C22H24Ü6  und  kristallisierte 
p'-Säure  CiH-jgGä  vom  Schmelzpunkt  127» 
zerlegen  läßt.  Die  «-Säure  zeigt  die  für  das 
Guajakharz  charakteristische  Reaktion,  durch 
oxydierende  Agentien  blau  gefärbt  zu  werden. 

25.  Lack.  Aus  jungen  Zweigen  verschiedener 
Ficus-,  Zizyphus-  und  :\Iimosaarten  Ostindiens 
wird  durch  den  Stich  der  Lackschildlaus  ein 
braunrotes  Harz  ausgeschieden,  das  die  Tiere 
und  deren  Eier  umhüllt.  Die  mit  einer  solchen 
Harzkruste  überzogenen  Zweige  heißen  Stocklack 
(lacca  in  ramulis);  derselbe  enthält  außer  Wachs 
und  einem  Farbstoff,  der  Laccainsäure,  die 
Produkte  des  Insekts  sind,  ca.  75«/o  Harz,  das 
wesentlich  aus  dem  Resinotannolester  der  Aleu- 
ritinsäure  besteht.  Der  von  Farbstoff  größtenteils 
befreite  Lack  heißt  Schellack  (lacca  in  tabiüis): 
hellgelbe  bis  braune,  spröde,  durchscheinende 
Masse,  dient  zur  Herstellung  von  Spirituosen 
Lacken,  Firnissen,  Siegellack. 

26.  Gummigutt  aus  Garcinia  Morella,  emem  ^ 
Baum  Hinterindiens  gewonnen.     Das  Reinharz  j 
stellt  ein  leichtes   gelbes   Pulver   dar,    das   sich  [ 
sehr  leicht  in   organischen  Mitteln  mit  gelber, 
in  Alkalien  mit  tiefroter  Farbe  löst;   dient  als 
gelbe  Wasserfarbe. 

27.  Japanlack  (Ki-urushi),  Milchsaft  des 
Lackbaumes  Rhus  vernicifera,  der  in  China 
und  Japan  kultiviert  wird.  Graugelblicher 
Balsam,  welcher  an  der  Luft  bald  unter  ober- 
flächlicher Erhärtung  dunkel  wird.  Der  Lack 
besteht  zu  ca.  7ü''/o  aus  einem  als  Urushinsäure 
bezeichneten  Stoffgemisch,  dessen  Hauptbestand- 
teil das  zweiwertige  Phenol  Urushiol  CaoHaslüH).,, 
ein  braunes  Gel,  ist.  Er  enthält  ferner  außer 
Wasser  und  Gummi  eine  Oxydase,  die  Laccase, 
durch  die  er  an  der  Luft  rasch  zu  einer  sehr 
harten  und  dabei  nicht  spröden  ]\Iasse  ein- 
trocknet; dieselbe  bildet  den  schönen,  gegen  die 
meisten  Agentien  äußerst  widerstanclsfähigen, 
Firnis  der  ostasiatischen  Lackwaren,  dessen 
Hochglanz  die  Jahrhunderte  überdauert;  außer- 
dem enthält  der  Lack  noch  ein  Hautent- 
zündungen hervorrufendes  Gift. 

28.  Convolvulaceenharze  (vgl.  den  Artikel 
„Glykoside"  XII  29). 

29.  Guttapercha  und  Kautschuk  werden  in 
in  dem  Artikel  ,, Kautschuk"  behandelt. 


VL   Künstliche  Harze. 

Ihre  Darstellung  gründet  sich  auf  A.  v. 
Baeyer's  Beobachtung,  daß  durch  Kondensation 
von  Aldehyden  mit  Phenolen  harzartige  Sub- 
stanzen entstehen.  So  kommen  als  Bakelite 
oder  Novolak  technisch  wertvolle  Kunstharze 
in  den  Handel,  die  aus  Formaldehyd  und  Phenol 
bei  Gegenwart  alkalischer  oder  saurer  Konden- 
sationsmittel bei  4  bis  7  Atmosphären  Druck 
und   Temperaturen   über   150"   dargestellt  sind. 

Literatur.  A,  Tschlrch,  Die  Harze  und  die 
HarzhehäUer.  Leipzig  19C6  [Das  grund- 
legende Werk  über  dies  Gebiet).  —  Derselbe, 
Chemie  vnd  Biologie  der  pflanzlichen  Sekrete. 
Leipzig  1908.  —  Verselbe,  Handbuch  der 
Pharmakognosie,  Bd.  I.  Leipzig  1910.  — •  F. 
Beilstein,  Handbuch  der  Organischen  Chemie. 
Hamburg  und  Leipzig  lS9Sbis  1906.  —  M.  Bottier, 
Harze  U7id  Harzindiistrie.  Hannover  1907.  — 
K.  Braun,  Harze,  Lacke,  Firnisse.  Leipzig 
IQ07.  —  H.  Elller,  Grundlagen  vnd  Ergeb- 
nisse der  Pflanzenchemie.  Braunschweig  19(lf<l09. 
—  T^.  V.  Richter,  Chemie  der  Eohlensloflverbin- 
düngen,  Bd.  IL  Bonn  1913.  —  E.  Schmidt, 
Ausführliches  Lehrbuch  der  pharmazeutischen 
Chemie,  Bd.  IL  Braunschweig  1911.  — 
E.  Strasburger,  Lehtbuch  der  Botonik.  Jena 
igiO.  —  J,  Wiesner,  Die  Rohstoffe  des  Pflavz-en- 
reiches.     Leipzig  1900. 

H.   Liebcrinanu. 


Haßlvfel 

Justus  Karl. 

Geboren  am  6.  Dezember  1811.  Er  widmete 
sich  dem  Gärtnerberufe  sowie  botanischen 
Studien.  Nachdem  er  an  den  botanischen  Gärten 
von  Poppeisdorf  und  Düsseldorf  tätig  gewesen 
war,  wurde  er  1835  Assistent  am  naturhistorischen 
Kabinet  in  Bonn.  1836  nahm  ihn  ein  Rotterdamer 
Schiffsreeder  auf  einem  seiner  Schiffe  nach 
Batavia  auf  Java  mit,  wo  es  ihm  gelang,  die 
Stelle  eines  wissenschaftlichen  Vorstandes  des 
Buitenzorger  Botanischen  Gartens  zu  erlangen, 
den  er  aus  anfänglicher  Verwahrlosung  zu  hoher 
Blüte  brachte.  1843  ging  er  zur  Wiederherstellung 
seiner  angegriffenen  Gesundheit  nach  Europa, 
kehrte  aber  schon  1845  nach  Java  zurück.  Da  er 
dort  zu  seinen  Ungunsten  veränderte  Verhältnisse 
vorfand,  zog  er  sich  bald  darauf  nach  Düsseldorf  ^ 
zurück.  1852  sandteihn  die  holländische  Re-^/J^^^ 
gierung  nach  -PaJ3»,'/um  von  dort,  wegen  emes~~~^^ 
Ausfuhrverbots    heimlich,    Samen    und    Keim-  ^ 

pflanzen  von  Chinarindenbäumen  nach  Java 
überzuführen.  Dies  glückte  ihm  1854,  wo 
seither  infolgedessen  die  Kultur  dieser  Baume 
in  großem  Maßstabe  aufblühte.  1856  kehrte  er 
nach  Europa  zurück  und  starb  in  Cleve  am  5.  Ja- 
nuar 1894.  Er  hat  sich  auch  durch  Arbeiten  über 
die  Flora  Javas  verdient  gemacht. 

11'.   llnhianü. 


208 


Haut  (Anthropologisch) 


Haut. 

Anthropologisch. 

I.  Hautfarbe.  1.  Inkarnat.  2.  Epidermis- 
plgment.  3.  Coriiinipij!;inent.  4.  Bestimmung 
der  Farbe.  IL  Oberflächenrelief.  Hautfalten, 
Hautleisten.  III.  Derivate  der  Haut.  Nägel, 
Drüsen. 

Die  anthropologische  Untersuchung  der 
Haut  ist  deshalb  ein  besonders  wichtiges 
Kapitel  der  Rassennu)rphologie  (vgl.  den 
Artikel  „Rassenmorphologie"  Bd.  8 
S.  106),  weil  Rassennnterschiede  in  der  Haut- 
färbung besonders  deutlich  und  stark  aus-  i 
geprägt  sind  und  vom  Reisenden  an  fremden 
Rassen  relativ  leicht  beobachtet  werden 
können. 

Die  Anthropologie  der  Haut  umfaßt  1. 
deren  Farbe,  2.  ihre  Oberflächengestaltung, 
3.  die  sogenannten  Derivate  der  Haut:  Horn- 
gebilde  und  Drüsen. 

I.  Die  Hautfarbe. 

Die  verschiedenen  Färbungen  mensch- 
licher Haut  sind  anatomisch  bedingt  einer- 
seits durch  die  verschiedene  Dicke  der  Ober- 
haut und  die  durchschimmernde  rote  Blut- 
farbe, andererseits  —  und  das  ist  das  Wich- 
tigere —  durch  Pigmente,  d.  h.  Farbkörnchen. 

I.  Inkarnat.  Bei  ganz  pigmentarmer 
Haut  zeigt  sich,  daß  Ober-  und  Lederhaut 
an  sich  weißlich  sind;  dadurch  daß  die  weiße 
Lederhaut  durch  die  halbdurchsichtige  Ober- 
haut durchschimmert,  erscheint  sie  etwas 
grau;  diese  Farbe  sieht  man  gelegentlich  bei 
blutarmen  Kranken.  Die  weiße  Farbe  wird 
aber   nun   normalerweise   abgeändert   durch 

[die  rote  Blutfarbe  des  dichten,  in  der  Cutis, 
liegenden  Gefäßnetzes.  Dadurch  kommt  ein 
leicht  rötlicher  Ton  in  die  pigmentarme 
Haut  (Inkarnat);  je  dünner  die  Haut  und  je 
dichter  das  Gefäßnetz,  desto  mehr  überwiegt 
das  Rot,  daher  die  roten  Backen.  Größere 
Gefäße,  die  auch  noch  unter  der  Unterhaut 
liegen,  schimmern  bei  dicker  Haut  gar  nicht, 
bei  dünnerer  bläulich  durch  (Handrücken, 
Schläfe  usw.  Das  sogenannte  ,, blaue  Blut" 
der  Adligen  mit  ihrer  dünnen  pigmentarmen 
Haut  nordischer  Rasse).  Bei  starker  Füllung 
dieser  Venennetze  mit  ihrem  dunklen  Blut 
kann  ein  ganzer  Hautbezirk  bläulich  aussehen 
(sogenannte  ,, Ringe"  unter  den  Augen; 
Cyanose  bei  Herzfehlern  usw.).  Endlich  kann 
aus  dem  Blut  Gallenfarbe  in  die  Haut 
abgegeben  werden,  so  daß  eine  diffuse  Gelb- 

'  färbung  eintritt  (Ikterus),  die  sich  mit  den 
anderen  Färbungsfaktoren  kombiniert.  Sie 
ist  bei  uns  stets  pathologisch.  Ob  bei  Negern 
wirklich  dauernd  und  ohne  jede  Schädigung, 
also  physiologisch  eine  leichte  Gallenfärbung 
als  Komponente  der  Hautfärbung  besteht  — 
man  denkt  an  die  stärkere  Lebertätigkeit  in 


den  Tropen  —  erscheint  sehr  zweifelhaft, 
wird  aber  behauptet. 

Die  Bedeutung  der  Gefäßschicht  in  der 
Haut  für  die  Wärmeregulierung  bespricht 
Friedenthal  (1910),  der  auch  sonst  über 
die  Haut  eine  Menge  morphologischer 
Untersuchungen  bringt. 

Viel  wichtiger  für  clie  Hantfarbe  der  Mehr- 
zahl der  Menschen  ist  der  andere  Faktor, 
das  Pigment.  Es  gibt  solches  in  der  Oberhaut 
(Epidermispigment)  und  in  der  Lederhaut 
(Coriumpigment).  i'^y^  x^v^rx-^!^. 

2.  Epidermispigment.  Das  Epidermis- 
pigment ist  der  Hauptfaktor  für  die  Farbe 
aller  ,, farbigen"  Rassen.  Es  handelt  sich  um 
kleine  braune,  braunrote,  braungelbe  oder 
schwarzbraune  Körnchen,  die  im  Innern  der 
Zellen  der  tiefsten  Epidermisschichten 
liegen.  Die  Körnchen  lagern  um  den  Zell- 
kern herum,  ihn  völlig  umhüllend  und  ver- 
deckend. Die  oberen  Zellschichten  sind  ärmer 
daran,  die  obersten  frei  davon;  beim  Aufrücken 
der  Zellen  zum  Verhornungsprozeß  werden 
also  die  Körnchen  zerstört  und  verschwinden, 
die  Hornschüppchen  der  Haut  sind  stets  hell. 
Im  Prinzip  ist  die  Anordnung  bei  allen  Men- 
schen gleich.  Beim  hellen  Nordländer  ent- 
halten nur  weniger  Zellen  der  tiefsten  Zell- 
lage Pigmentkörnchen  und  je  nur  in  geringer 
Menge;  beim  tief  dunklen  Neger  oder  Melane- 
sier  haben  viele  Zellen  in  mehreren  Lagen 
solche  und  sind  fast  vollständig  vollgestopft 
davon.  Die  Farbnuance  wechselt  offenbar 
nach  Rassen,  doch  kennen  wir  Unterschiede 
nicht  im  einzelnen.  Das  Pigment  entsteht 
in  den  betreffenden  Zellen  selbst;  daher  sind 
Narben,  die  nach  Zerstörung  auch  dieser 
tiefen  Zellschichten  entstehen,  hell,  transplan- 
tierte  Haut,  die  sich  auf  obere  Schichten  be- 
schränkt, behält  zunächst  ihre  eigene  Farbe, 
wird  aber  dann  von  den  tiefsten  Lagen  her 
ersetzt.  —  Das  Pigment  entsteht  erst  in  später 
Embryonalzeit  (nicht  vor  dem  7.  Schwanger- 
schaftsmonat) und  vor  allem  nach  der  Geburt; 
neugeborene  Neger  sind  ganz  hell  schiefer- 
grau, am  2.  Tage  braungelblich  und  dunkeln 
dann  innerhalb  6  Wochen  zur  betreffenden 
Negerfarbe  nach;  Australier-Neugeborene 
sind  etwa  honiggelb,  nur  um  Mund,  Augen, 
Nägel  ist  etwas  mehr  Pigment  (vgl.  Keibel 
und  Mall,  Handb.  d.  Entwickelungsgesch.  I, 
1910.  Die  histologische  Entstehung  des 
Pigmentes  selbst  zu  verfolgen,  ist  nicht  mehr 
anthropologische  Aufgabe).  Auch  später, 
etwa  in  den  ersten  10  Lebensjahren,  scheint 
spontane  Pigmentvermehrung  zu  bestehen, 
,, Nachdunkeln"  wie  beim  Haar  (also  abge- 
sehen von  Sonnenwirkung  s.  unten).  Ge- 
schlechtsunterschiede kennen  wir  nicht. 

Die  Verteilung  des  Pigments  auf  der 
Körperoberfläche  ist  sehr  ungleich  (s. 
Schwalbe  1904),  aber  bei  allen  Rassen 
identisch.    Die  Rückenseite  hat  mehr  als  die 


Haut  (Authropologiscli) 


209 


Bauchseite,  die  Streckseite  der  Extremitäten 
mehr  als  die  Beugeseite  (wie  bei  der  Mehrzahl 
der  niederen  Prijnaten).  Pigmentarm  ist  die 
behaarte  Kopfhaut,  die  Haut  unter  den  Finger- 
nägeln, am  ärmsten  Handfläche  und  Fuß- 
sohle (auch  bei  dunklen  Rassen  sehr  hell); 
etwas  pigmentreicher  als  die  Umgebung  ist 
die  Haut  der  Achselhöhle,  die  Gegend  um  den 
After,  um  den  Nabel  und  von  da  in  der 
Mittellinie  nach  abwärts,  am  dunkelsten  sind 
Penis  und  Skrotum  und  vor  allem  die  Brust- 
warze und  deren  Hof. 

An  den  Schleimhautgrenzen  Mund,  After, 
Genitale  usw.  hört  das  Pigment  auf.  Aber  bei 
dunklen  Rassen  ist  auch  die  Lippenhaut  pig- 
mentiert, so  daß  die  Lippen  nicht  rot,  sondern 
braunrot,  livide  usw.  sind.  Auch  die  Conjunc- 
tiva  des  Auges  hat  hier  Pigment.  Einzelne 
Pigmentinseln  findet  man  bei  Negern  usw. 
öfters  auf  der  Mundschleimhaut  und  der  weib- 
lichen Scheide. 

Die  gesamte  Pigmentmenge  eines  Indivi- 
duums ist  nun  bedingt  durch  seine  Rassen- 
zugehörigkeit. Jede  Rasse  hat  eine  ihr  eigene 
Pigmentierung  nach  Menge  und  Farbenton. 
Aber  die  betreffende  Rasseneigenschaft  be- 
steht nicht  in  einer  sozusagen  unabänderlich 
mitgegebenen  Dosis  Pigment,  sondern  darin, 
daß  ein  gewisses  Pigmentminimuni  und  dazu 
die  Möglichkeit  gegeben  ist,  es  auf  gewisse 
äußere  Reize  hin  zu  vermehren.  Das  Mini- 
mum und  der  Reaktionsablauf  sind  rassen-  i 
mäßig  sehr  verschieden.  Die  äußeren  Reize  ' 
sind  die  chemischwirksamen  (besonders  die 
ultravioletten)  Strahlen  der  Sonne  (Beson- 
nung auf  See,  auf  Gletschern,  in  den  Tropen), 
dann  aber  auch  Hitze  (Breiumschläge,  heißes  | 
Wasser  bei  japanischen  ,, Vorbadern"  usw.), 
chemische  (z.  B.  Blasenpflaster).  Die  Re- 
aktion der  Haut  kann  einfach  in  Pigment- 
bildung bestehen,  so  bei  allen  „Farbigen", 
bei  der  mediterranen  Rasse  der  Weißen ;  j 
hier  vermehrt  sich  also  einfach  das  Pigment, 
die  Haut  wird  langsam  und  gleichmäßig 
dunkler,  oder  aber  es  gibt  eine  reaktive 
Entzündung  (Röte  —  Sonnenbrand)  und  dann 
erst  Pigmentbildung  in  deren  Gefolge,  so 
bei  den  ganz  pigmentarmen  Blonden.  Das 
„Pigmentminimum",  das  z.  B.  beim  Neger : 
so  groß  ist,  daß  er  an  sich  braun,  dunkel- 
braun oder  schwarzbraun,  in  anderen  Stäm- 
men hellbraun,  braungelb  usw.  erscheint, 
beim  Nordeuropäer  dagegen  so,  daß  er  ganz 
hellweißrosa  aussieht,  wird  durch  jene  Re- 
aktion vermehrt,  es  kommt  also  eine  neue 
Pigmentierung  hinzu,  die  bei  hellen  Rassen 
besonders  auffällt  (,, Bräunung",  ,, Verbren- 
nung"), aber  bei  allen  vorhanden  ist.  Dieses 
erworbene  Pigment  lagert  sich  natürlich 
nur  da  ab,  wo  die  Einwirkung  stattfindet. 
Es  verschwindet  wieder  im  Laufe  von  Tagen 
oder  Monaten  oder  Jahren  (je  nach  Intensität), 
wenn  die  betreffende  äußere  Einw'irkung  auf- 
Handwörterbuch der  Naturwissenschaften.    Band  V, 


hört  (Abblassen  der  Neger  bei  uns,  der  Som- 
merbräunung  unserer  Gesichter  beim  Stuben- 
hocken im  Winter). 

Endlich  muß  auf  Pigmentanomalien 
hingewiesen  werden.  Als  Hemmungsmiß- 
bildung kommt  Pigmentmangel  vor,  soge- 
nannter Albinismus.  Totaler  Albinismus 
erstreckt  sich  auch  auf  Haar-  und  Augen- 
pigment, so  daß  das  Haar  weiß,  die  Iris 
farblos,  d.  h.  leuchtend  rot  durchschimmert. 
Die  Weiße  der  Haut  ist  natürlich  bei 
Albinos  aus  farbigen  Rassen  am  deutlichsten. 
Die  Vererbung  von  Albinismus  wurde  jüngst 
mehrfach  studiert,  sie  folgt  den  Mendel- 
schen  Regeln  (s.  Pearson  1911). 

Partieller  Albinismus  besteht  einmal  darin, 
daß  nicht  völlige  Depigmentierung  statt- 
findet, so  daß  z.  B.  solche  Negerhaut  nicht 
weiß,  sondern  nur  ganz  hellbraun  oder  hell- 
grau ist  statt  chokoladebraun;  dann  gibt  es 
aber  auch  partiellen  Albinismus  derart,  daß 
einzelne  Hautbezirke  albinotisch  sind,  andere 
nicht,  es  entstehen  Fleckungen  („Tiger- 
mädchen" der  Jahrmärkte,  „Elsterneger", 
s.  z.  B.  Frassetto  1913).  Die  gegenteilige 
Erscheinung,  „Melanismus",  wie  er  bei  vielen 
Tierformen,  besonders  in  der  Domestikation, 
häufig  ist,  scheint,  wenigstens  als  totaler,  zu 
fehlen.  Zu  partiellem  könnte  man  die  Sommer- 
sprossen rechnen,  die  bei  einzelnen  mensch- 
lichen Gruppen  besonders  häufig  sind,  z.  B. 
in  Finnland.  Bei  Europäern  sind  sie  häufiger 
als  bei  Japanern  und  Malaien,  bei  Europäer- 
Japaner-Mischlingen  besonders  häufig  (nach 
Adachi).  Von  krankhafter  Dunkelfärbung 
kann  hier  abgesehen  werden. 

3.  Coriumpigment.  Das  Coriumpigment 
kommt  für  die  Gesamtfärbung  so  gut  wie 
nicht  in  Betracht.  Schon  vom  vierten  Embryo- 
nalmonat an  gibt  es  in  der  Lederhaut  verzweigte 
eigentliche  Pigmentzellen  (also  anders  wie 
in  der  Epidermis).  Deren  sind  es  am  meisten 
auf  der  Dorsalseite,  besonders  am  Nacken 
und  am  stärksten  am  Kreuz.  Dieses  Pigment 
ist  bei  Affen  stärker  entwickelt,  meist  der- 
art, daß  die  Lederhaut  durch  die  Oberhaut 
dunkel  und  zwar  (Transparenzerscheinung) 
bläulich  durchschimmert.  Beim  Menschen  ist 
dieses  Pigment  in  so  geringer  Menge  vorhanden, 
daß  es  für  die  Gesamtfärbung  so  gut  wie  wir- 
kungslos ist.  Nur  vorübergehend  und  stellen- 
weise tritt  eine  solche  zutage  als  sogenannter 
,, blauer  Fleck"  oder  „Mongolenfleck"  (Sa- 
kralfleck). In  Ostasien  lange  bekannt,  wurde 
der  Mongolenfleck  anatomisch  zuerst  von 
V.  Balz  (1885)  und  dann  eingehend  von 
Adachi  (1903)  untersucht.  Es  ist  eine  An- 
häufung jener  Pigmentzellen  am  oberen  Ende 
der  Gesäßspalte,  so  daß  diese  Pigmentstelle 
dann  blau  durch  die  Oberhaut  durchschim- 
mert, von  Markstück-  bis  Handtellergröße. 
Dieser  blaue  Fleck  tritt  kurz  vor  der  Geburt 
in    die   Erscheinung   und   verschwindet   all- 

14 


210 


Haut  (Antlu'opologiscli) 


mählich  im  2.  bis  5.  Jahre,  (Abbildung  bei 
Balz  1901).  Im  ersten  Jahre  haben  ihn 
89%  Japanerkinder,  im  2.  bis  3.  noch  71%, 
im  19.  Jahre  noch  3  bis  8%.  Er  ist  offenbar 
in  gleicher  Häufigkeit  bei  allen  Mongolen 
vorhanden,  ebenso  bei  Eskimo  und  Indianern. 
Dann  ist  er  festgestellt  (aber  nicht  nach 
prozentualer  Häufigkeit)  bei  Samoanern, 
Hawaiern,  Javanen,  Annamiten,  Philip- 
pinern, Mulatten  Südamerikas  und  in  ein 
paar  Fällen  in  Zentraleuropa  —  in  Sofia  (Bul- 
garien) bei  0,6%  unter  3500  Säuglingen 
(Wateff  1907).  —  Ob  man  phylogenetisch 
an  den  Pigmentreichtum  der  Analgegend 
mancher  Affen,  oder  an  Pigmentreste  gerade 
hier  wegen  der  embryologischen  Rückbil- 
dungsvorgänge in  dieser  Gegend  denken  soll, 
steht  dahin. 

An m e  r  ku  n g.  Tatauierung  (Tätowierung 
bringt  Farbstoffkörner  (Ruß,  Karmin  usw. 
in  die  Lederhaut  hinein,  wo  sie  einheilen. 
Ihre  Verbreitung,  Ausführung,  Beziehungen 
der  in  Europa  geübten  Tatauierung  zum  Ver- 
brechertum usw.  gehören  nicht  mehr  zum 
Gebiet  der  Anthropologie. 

4.  Bestimmung  der  Farbe.  Die  Unter- 
suchung der  Hautfarbe  am  Lebenden  benützt 
praktisch  Musterskalen.  Einfache  Farb- 
worte, braungelb,  braun  usw.  oder  Vergleichs- 
worte olivbraun,  kaffeebraun,  kupferrot  sind 
zu  stark  individuell  verschieden  gebraucht. 
Von  Musterskalen  kam  früher  besonders  die 
Rad  de  sehe  Farbtafel  in  Betracht  (die  zu 
anderen  Zwecken  hergestellt  ist),  weiter  hatte 
man  die  Brocasche  Tafel  (Papier),  am  besten 
und  gebräuchlichsten  ist  heute  die  Tafel 
von  V.  Luschan  (1904)  aus  Glasmosaik- 
klötzchen.  Man  muß  auf  die  Verschieden- 
heiten der  einzelnen  Hautstellen,  auf  Beson- 
nung oder  Kleiderbleichung  usw.  (auch 
künstliche  Färbung  einschließlich  Schmutz- 
färbung) Rücksicht  nehmen. 

Die  überwiegende  Mehrzahl  der  mensch- 
lichen Rassen  hat  soviel  Pigment,  daß  wir 
sie  farbig  nennen  können.  Wirklich  so 
pigmentarm,  daß  man  im  strengsten  Sinne 
des  Wortes  von  Weiß  sprechen  kann,  ist 
die  nordische  Rasse  (auch  wenn  natürlich 
Pigment  auch  hier  vorhanden  ist  —  aber  es 
tritt  für  die  äußere  Betrachtung  kaum  zutage). 
Nur  muß  man  bedenken,  daß  auch  die  weiße 
Haut  des  Kordländers  leicht  bräunlich  wäre, 
wenn  er  dauernd  und  in  stark  besonnten 
Regionen  nackt  ginge;  aber  nie  so  braun 
wie  etwa  die  der  Mediterraneuropäer.  Braun 
ist  der  häufigste  Ton,  er  geht  zunächst  vom 
Hellbraun  des  sonnengebräunten  Mittel- 
europäers (alpine  Rasse)  über  die  gesättigten 
Brauntöne  des  Mediterraneers,Nordai'rikaners, 
der  hellen  indischen  Stänune  und  der  Vorder- 
asiaten. Unter  letzteren  fällt  oft  die  besonders 
weiße  Haut  vieler  Individuen  aus  semi- 
tischen Völkern,  auch  von  Juden  bei  uns  auf. 


Dann  kommen  dunklere  Brauntöne;  die 
negroiden  Gruppen,  dann  indische  und  solche 
der  Südsee  und  Australien  zeigen  alle  Stufen 
bis  zu  dunkelstem  Schwarzbraun  (echtes 
Schwarz  gibt  es  nicht).  Gelegentlich  variieren 
hellere  Braun  gegen  olivbraun,  so  bei  manchen 
Polynesiern. 

Die  mongoloide  Gruppe  (einschließlich 
Eskimo  und  Indianer)  haben  gelbe  Töne, 
von  hellem  Gelb  bis  zu  dunklem  Braun,  in 
dem  das  Gelb  kaum  mehr  sichtbar.  Das 
Kupferrot  und  Rot  der  Indianer  ist  künstliche 
Farbe.  —  Ein  genaues  Parallelgehen  von 
Pigmentreichtum  und  geographischer  Breite 
existiert  nicht,  daß  aber  ursprünglich  die 
dunkeln  Gruppen  in  den  Tropen,  helle  nur 
außerhalb  der  Tropen  dauernd  lebensfähig 
waren,  darf  als  sicher  angenommen  werden. 
Die  helle  Haut  der  nordischen  Rasse  ist  eine 
singulare   Erscheinung   unter   allen   Rassen. 

IL  Oberflächenrelief. 

Die  Oberflächenbeschaffenheit  der  Haut 
zeigt  zunächst  geringe  Unterschiede  bezüglich 
Weichheit,  Straffheit,  Turgeszenz,  Feuchtig- 
keit. Aber  sie  scheinen  mehr  durch  die  Um- 
welt bedingt  als  angeborene  Merkmale.  Die 
Haut  des  nacktgehenden  Menschen  ist  praller, 
fester  und  zugleich  zarter  als  die  von  Kleidern 
dauernd  verhüllte  (z.  B.  Fritsch,  Eingeb. 
Südafrikas,  Breslau  1872).  Die  Haut  mancher 
Wüstenbewohner  ist  besonders  glatt,  fest, 
trocken.  Die  anatomische  Untersuchung 
zeigte,  daß  die  Leder-  und  Unterhaut  bei 
Ostasiaten  besonders  dick  zu  sein  scheint, 
ebenso  bei  Negern,  bei  Beduinen  Nordafrikas 
dagegen  besonders  dünn. 

Anmerkung.  Von  künstlicher  Deformierung 
kommen  die  sogenannten  Ziernarben  in  Betracht. 
In  Schnitt-  und  Stichwunden  wird  Asche,  Kalk 
oder  andere  ätzende  und  reizende  Substanz 
gebracht,  so  daß  sich  dicke  wulstartige  Narben 
bilden  —  eine  Sitte,  die  sehr  weit  und  in  fast 
allen  Erdteilen  verbreitet  ist. 

Als  Sonderbildung  der  Haut  sei  noch  das 
Vorkommen  einer  bis  in  die  Mitte  der  Grund- 
glieder gehende  Schwimmhautbildung  zwi- 
schen 5.  und  4.  seltener  4.  und  3.  Finger  er- 
wähnt, eine  individuelle  (Hemmungs-,  Miß-) 
Bildung.  Beim  Schimpansen  scheint  solche 
•Hautfalte  die  Regel. 

Am  meisten  Interesse  aber  hat  das 
Oberflächenrelief  an  Handfläche  und  Fuß- 
sohle. Auf  der  Handfläche  sieht  man  zu- 
nächst stärkere  Linien  (z.  B.  die  M-Figur), 
das  sind  die  Beuge-  oder  allgemein  Be- 
wegungsfalten der  Haut;  so  sind  an  der 
Innenseite  der  Fingergelenke  quere  Beuge- 
falten (außen  sozusagen  Stauungsfalten) 
an  der  Daumenwurzel  eine  mächtige  Falte, 
die  diese  im  Bogen  umzieht  und  so  den 
Ballen  abgrenzt.  Eine  Vergleichung  von 
Affen-    und     Menschenhänden     zeigt,     wie 


Haut  (Anthropologisch) 


211 


Hepburn  (1893)  dartut,  daß  der  Verlauf 
der  Linien  sich  nach  der  Muskelanordnung 
richtet,  sie  gehen  in  der  eigentlichen  Hand- 
fläche bei  Affen  fast  quer,  erst  mit  der  typisch 
menschlichen  starken  Ausbildung  des  Dau- 
men- und  Kleinfingerballens  nehmen  sie  die 
Schrägheit  (,,M")  an  und  die  mittlere  quere 
erreicht  den  Kleinfingerrand  nicht  mehr. 
Am  menschlichen  Fuß  werden  sie  (abgesehen 
von  den  Zehenfurchen)  im  Gegensatz  zur 
Hinterhand  der  Anthropoiden  rudimentär. 
Die  Hautfalten  im  Gesicht  und  sonst  am  Kör- 
per sind  anthropologisch  noch  nicht  be- 
arbeitet. 

Außer  diesen  Beugefalten  hat  aber 
die  Haut  ein  feines  Kelief  zahlreicher  dünner, 
gruppenweise  parallel  verlaufender  Bogen- 
linien,  die  aus  feinen  Leisten  bestehen,  den 
,, Tastleisten".  Es  sind  die  Umbildungen  der 
TastbaUen  niederer  Primaten.  Solche  waren 
an  den  Zehenspitzen,  apicale  nach  Wilder 
(1902,  1904);  denen  entsprechen  die  Leisten- 
systeme der  Fingerbeeren;  dann  je  zwischen 
zweien  der  vier  langen  Finger  auf  der  Hand- 
fläche, also  drei  sogenannte  palmare;  dann 
einer  oder  zwei  des  Hypothenar  (Kleinfinger- 
ballen) und  einer  des  Thenar.  Die  Leisten, 
ursprünglich  konzentrische  Ellipsen  oder 
konzentrische  längs-  oder  quergestellte  Bogen- 
systeme,  nehmen  alle  möglichen  Formen  an; 
man  hat  einfache  schräg  gestellte  Bogen- 
schleifen,  Spiralen,  Ellipsen,  Kreise,  gegen- 
einander gerichtete  Doppelwirbel  (Doppel- 
spiralen). Gegen  das  vorderste  Gelenk  zu 
geht  die  Figur  der  Fingerspitze  in  die  ungefähr 
queren  Leisten  der  hinteren  Fingerpartie 
über;  die  Übergangsstelle  bildet  ein  kleiner 
Dreistrahl  (Triradius).  Solche  trennen  auch 
die  Palmar  ballen  unter  sich  und  von  den 
anderen  ab;  man  kann  die  Leisten  je  eines  zu 
solchem  Triradius  gehörigen  Systems  zählen 
und  benützt  eine  ziemlich  komplizierte  No- 
menklatur (Wilder,  Schlaginhaufen), 
Man  bezeichnet  die  ,,Triradien"  mit  Ziffern, 
ebenso  die  Felder  zwischen  ihnen  und  beob- 
achtet, in  welchem  Felde  jeder  Triradius- 
strahl  endet.  Danach  gibt  es  durch  Kom- 
bination der  verschiedenen  Verlaufe  ein- 
zelne prägnante  Typen,  die  durch  Formeln 
bezeichnet  werden.  Es  gibt  Formeln,  die 
man  als  primitiv  auffassen  muß,  bei  Affen  vor- 
kommend, und  stärker  abgeänderte,  häufige 
und  seltene.  Je  die  betreffende  Form  ist 
jedem  Individuum  angeboren  und  unver- 
änderlich. Die  Zahl  der  Leisten,  die  eine 
Figur  bilden,  ihre  Anordnung,  Richtung  usw. 
sind  derartig  variabel,  daß  Millionen  von  Kom- 
binationen schon  allein  für  die  10  Finger 
entstehen,  so  daß  unter  vielen  Millionen 
Individuen  keine  zwei  ein  vöUig  identisches 
Hautrelief  haben.  Dadurch  ist  dieses  Relief 
das  weitaxis  beste  Mittel  zur  Identifizierung 
von  Individuen. 


Am  Fuß  sind  die  Liniensysteme  durch  die 
Umbildung  zum  Teil  stark  abgeändert; 
Schlaginhaufen  (1905)  hat  das  Fußsohlen- 
relief einer  äußerst  gründlichen  Bearbei- 
tung unterzogen. 

Durch  zahlreiche  schöne  Untersuchungen 
(vgl.  Schlaginhaufen  [1905],  Wilder 
[1902,  1904])  —  Literatur  bei  diesen  —  dann 
Whipple,  Fere,  Galton  und  andere) 
sind  wir  über  die  morphologische  Bedeutung 
der  einzelnen  Liniensysteme  und  vorkommen- 
den ,, Formeln"  recht  gut  orientiert,  die 
Primaten  sind  im  ganzen  (besonders  für  die 
Fußsohle)  gut  durchgearbeitet  —  es  kann 
hier  nur  auf  die  Spezialliteratur  verwiesen 
werden.  Auch  bezüglich  der  Rassenunter- 
schiede innerhalb  des  Menschen  liegen  einige 
Ergebnisse  vor:  Wilder  (1904)  hat  Anglo- 
Amerikaner,  Neger  Nordamerikas  und  Maya- 
Indianer  untersucht,  Schlaginhaufen 
(1905,  1906)  Zentraleuropäer  (Schweiz), 
Westafrikaner,  Tamilen  undSinghalesen,  van 
der  Sande  (1907)  Papua  aus  Holländisch 
Neu-Guinea,  Loth  (1910)  Polen.  Progressive 
Formeln  und  Typen  zeigen  in  relativ  großer 
Zahl  die  Indier,  dann  kommen  die  Polen, 
die  Anglo -Amerikaner  und  die  Schweizer; 
regressive  dagegen  die  Maya.  Gerade  die 
Rassenuntersuchung  verlangt  hier  noch  viel 
Arbeit  — •  man  weiß  über  so  sehr  viele  noch 
gar  nichts  und  man  bedarf  sehr  großer 
Individuenzahlen,  sonst  wird  man  zunächst 
Rassenunterschiede  finden,  die  bei  Ver- 
mehrung des  Materiales  wieder  verschwinden, 
wie  es  beim  Studium  der  Rassenunterschiede 
der  Hirnfurchen  gegangen  ist.  —  Die  Technik 
zur  Untersuchung  der  Hand-  und  Fußleisten 
benützt  Hautabdrucke.  Man  nimmt  am  besten 
die  gewöhnlichen  Stempelkissen  mit  schwar- 
zer Farbe  und  drückt  die  dadurch  gefärbte 
Handfläche  oder  Fußsohle  auf  Papier  ab, 
die  Finger  werden  einzeln  besonders  abge- 
drückt, indem  man  sie  über  das  Kissen  und 
dann  das  Papier  abrollt.  Genaue  Anweisung 
gibt  Schlaginhaufen  im  Anthropologischen 
Korrespondenzblatt  1912.  Die  Resultate 
werden  auf  besonderen  Beobachtungsblättern 
gesammelt. 

Infolge  ihrer  lebenslänglichen  Beständig- 
keit und  individuellen  Variabilität  (s. 
oben)  bietet  die  Untersuchung  der  Tast- 
leisten von  Hand  und  Fingern  —  neuestens 
Daktyloskopie  genannt  —  ein  ausgezeichnetes 
Mittel  zur  Identifizierung  von  Personen.  Für 
den  Kriminaldienst  ist  sie  daher  methodisch 
ausgebildet  worden.  Man  ordnet  die  Finger- 
abdrucke nach  bestimmtem,  auf  Zahl  und 
Anordnung  der  Leisten  beruhendem  System 
in  einzelne  größere  Gruppen,  man  findet  auf 
diese  Art  leicht,  ob  ein  gegebener  Abdruck 
in  der  bestehenden  Sammlung  (etwa  von  Ver- 
brecherhänden) vorhanden  ist.  Alle  großen 
Ivriminalinstitute  benützen  heute  die  Dakty- 

14* 


212 


Haut  (Anthroiiologisch)  —  Hautdecke  der  Tiere 


loskopie.  Abdrucke,  die  Finger  auf  Glas  oder  i 
dergleichen  zurücklassen,  werden  durch  che- 
mische Maßnalunen,  Photographie  usw.  sicht- 
bar gemacht,  es  ist  eine  hochentwickelte 
Technik  geworden.  Anleitungen  und  Lehr- 
bücher der  Daktyloskopie  für  Kriminalisten 
von  Vucetich  1904,  von  Win  dt  und 
Kodiczek  1904  und  anderen.  —  Auch 
Unterschiede  in  der  Häufigkeit  der  Leisten- 
formeln zwischen  Normalen  und  Geistes- 
kraidven  und  Verbrechern  will  man  gefunden 
haben  —  die  Untersuchungen  beruhen  bisher 
auf  viel  zu  kleinem  Material. 

III.   Derivate  (Abstammungsprodukte)   der 
Haut. 

Die  Epidermiszellen  lassen  aus  sich  Horn- 
gebilde  hervorgehen,  Haare,  Nägel,  Schwielen 
und  Drüsen.  (Bezüglich  ,,Haar"  s.  eigenen 
Artikel,  bezüglich  Milchdrüse  [Brust]  s.  Ar- 
tikel ,, Körperformen    des  Menschen"). 

Die  Nägel  sind  primatenmorphologisch 
recht  interessante  Gebilde,  ihre  Stammes- 
geschichte ist  recht  gut  bearbeitet  (s. 
Friedenthal  [1910]).  Der  flache  Daumen- 
nagel ist  der  ,, menschlichste",  schon  Halb- 
affen haben  einzelne  solche  flachen  Nägel.  — 
Rassenanatomisch  scheinen  keine  Unter- 
schiede zu  bestehen;  krallenartig  gekrümmte 
lange  Nägel  (chinesische  Asketen)  kommen 
nur  mangels  natürlicher  Abnützung  oder  Be- 
schneidung sozusagen  künstlich  gepflegt  zu- 
stande. 

Typische  Schwielen,  wie  die  zum  Teil 
außerordentlich  dicken,  aus  richtig  verhornter 
Epidermis  bestehenden  Gesäßschwielen  der 
niederen  Affen,  hat  der  Mensch  nicht.  Haut- 
verdickung, die  ganz  den  Charakter  von 
Schwielenbildung  hat,  besteht  an  der  Fuß- 
sohle, vor  allem  am  Zehenballen  und  der 
Ferse,  gelegentlich  an  der  Handfläche  — 
stärkere  Grade  und  sonstige  Schwielen  sind 
aber  pathologisch. 

Die  Schweißdrüsen  des  Menschen  sondern 
höchstwahrscheinlich  —  Gewißheit  besteht 
nicht  —  bei  den  verschiedenen  Rassen  che- 
misch etwas  verschiedenes  Sekret  ab,  wodurch 
sich  ein  verschiedener  Rassengeruch  ergäbe 
(vgl.  den  Artikel  ,, Rassenphysiologie", 
Bd.  8,  S.  117).  Daß  die  Schweißdrüsen  der 
Achselhöhle  (nur  diese!)  bei  der  Präparation 
mit  Messer  und  Pinzette  als  gelbliche  Masse 
sichtbar  gemacht  werden  können,  wie  es  bei 
uns  dem  Anatomen  geläufig  ist,  wird  von 
Japanern  für  ihre  Rasse  geleugnet  (Adachi, 
Globus  1903).  Unterschiede  an  den  anderen 
Drüsen  (Talgdrüsen,  Ohrschnialz-,  Augen- 
butter-, Präputial-  usw.  Drüsen)  sind  nicht 
bekannt. 

Literatur.  Adachi,  H(iutpi(jment  beim  Menschen 
und  bei  den  Affen.  Zcitschr.  f.  ßforph.  u.  Anlhr., 
VI,  1903.  —  Bülz,  Körperliche  Eigenschaften 
der   Japaner.      JIJiU.    deutsch.    Ges.  f.   Nat.    u. 


Völker  Ostasiens,  IV,  1885.  — Derselbe,  Zeitschr. 
Ethnol.,  1901.  —  Frassetto,  Albinismo  parziale 
ereditario.  Rivista  Antr.,  17,  1912.  (Lit.  — 
auch  Atti  80c.  Rom.  Antr.,  1910).  —  Frdddric, 
Zur  Frage  des  Albiiiisinus.  Zeitschr.  f.  ßforph. 
u.  Anthr.,  X,  1907.  —  Friedenthal,  Beitrüge 
zur  Naturgeschichte  des  ßlenschcn,  V.    Jena  1910. 

—  Hcpbnvn,  The  integumentary  grooves  ov 
the  puhii  etc.  Journ.  of  Anat.  and  Phy.  27 
1893.  —  Loth,  Hautleistensystem  der  Polen. 
Zeitschr.  f.  Morph,  u.  Anthr.,  13,  1910.  — 
V.  Luschan,  ....  Technik  der  phys.  Anthro- 
jiologie.  Zeitschr.  Ethnol.  1904-  (Hautfarben- 
tafel.J  —  Pearson,  Nettleship  and  Usher  A 
Monograph  on  Alhinism  in  3Ian.     London  1911. 

—  V.  d.  Sande,  [betr.  Hautleisten]  in:  Nova 
Guinea,  III.  Leyden  1007.  —  Schlaginhatifen, 
Das  Hautleistensystem  der  Primate  nplanta. 
Morph.  Jahrb.  33,  1905  (Lit.).  —  Derselbe, 
Palma  und  Planta  der  Vorderinder  und  Cey- 
loner. Zeitschr.  Ethnol.,  1906.  —  Derselbe, 
Beobachtungsblau  und  Anleitung  Z7_ir  Aufnahme 
von  Hand-  und  Fußabdrücken.  Anthr.  Korrespbl. 
1912.  —  Schwalbe,  Hautfarbe  des  Menschen. 
Mitteil,  anthr.  Ges.,  Wien  1904.  —  Wateff, 
Taches  ^jij/wi.  chez  les  enfants  bulgares.  Bull. 
Soc.  d' Anthr.,  Paris  1907.  —  Wilder,  Palms 
and  Soles.  Amer.  Journ.  Anat.,  I.,  1903.  — 
Derselbe,  Racial  differences  in  Palm  and  Sole 
Configuration.     Ebenda  VI.    1904- 

E.   Fischer. 


Hautdecke  der  Tiere. 

1.  Begriff  und  allgemeiner  Bau.  2.  Differen- 
zierung der  Oberfläche  der  Protozoen.  3.  Haut 
der  wirbellosen  Metazoen:  a)  Coelenteraten. 
b)  Würmer,  c)  Echinodermen.  d)  Arthropoden. 
e)  >Iollusken.  f)  Tunicaten.  4.  Haut  der  Wirbel- 
tiere: a)  Allgemeiner  Bau  und  Organe  der  Haut, 
b)  Amphioxus.  c)  Cyclostomen.  d)  Selachier. 
Haut  im  allgemeinen,  Hautzähne,  Hautsinnes- 
organe, e)  Ganoiden,  Teleostier  und  Dipnoer. 
Allgemeines,  Schuppen,  Hautsinnesorgane, 
Leuchtorgane,  Perlorgane,  f)  Amphibien.  Ober- 
haut, Drüsen,  Lederliaut,  Schuppen,  Hautsinnes- 
organe, Hautwarzen,  erste  Krallenbildungen. 
g)  Reptilien.  Oberhaut,  Lederhaut,  Horn- 
schuppen,  Knochenschuppen ,  Terminalorgane 
(Krallen),  Schenkelporen,  Tastorgane,  h)  Vögel. 
Allgemeines,  Hornschnabel,  Bürzeldrüse,  Ter- 
minalorgane (Krallen),  Tastorgane,  Federn. 
i)  Säugetiere.  Allgemeines,  Epidermis  (Ober- 
haut), Corium  (Lederhaut),  Fettpolster,  Haut- 
drüsen (tubnlöse  oder  Schweißdrüsen,  alveoläre 
oder  Talgdrüsen,  Milchdrüsen),  Terminalorgane 
(Krallen,  Nägel,  Klauen  und  Hufe),  Haare, 
Horii-  und  Geweihbildungen,  Hautskelett- 
bildungen, Tastorgane. 

I.  Begriff  und  allgemeiner  Bau.  Die 
Haut  grenzt  den  Kör|)er  nach  außen  ab. 
Schon  diese  mechanische  Bedeutung  be- 
einflußt ihren  Bau.  Die  entwickelungs- 
geschichtliche  Grundlage  der  Haut  bildet 
eine  obeiflächliche  Zellenlage,   die   man  als 


Hautdecke  der  Tiere 


213 


das  äußere  Keimblatt,  das  Ektoderm  zu 
bezeichnen  pflegt  (Oberhautepithel).  Die 
Zellen  dieses  Keimblattes  sind  alle  empfind- 
lich, reagieren  aber  sehr  verschieden  auf  die 
Reize,  die  von  selten  des  umgebenden 
^lediums  auf  sie  wirken.  Zum  mechanischen 
Schutz  versehen  sie  sich  mit  einer  Membran, 
einer  Cuticula.^^feeiaBä^^    Andere  Zellen 


bilden  an  ihrer  freien  Oberfläche  Flimmer- 
haare aus,  ihre  Bewegungen  dienen  der 
Lokomotion  sowie  der  Respiration  durch 
fortwährenden  Wechsel  des  umgebenden 
Wassers.  Wiederum  andere  Elemente  bilden 
im  Innern  ihres  Plasmakörpers  verschiedene 
Substanzen,  Sekrete  aus,  die  an  der  Körper- 
oberfläche abgesondert  werden  und  dabei 
dem  Organismus  in  verschiedenem  Sinne 
dienen.  Endlich  bilden  sich  viele  Zellen  als 
sensible  und  sensorische  Elemente  aus. 
Die  äußeren  Reize  aufnehmend  werden  sie 
zu  empfindenden  Elementen,  die  die  Grund- 
lage der  verschiedenen  Sinnesorgane  dar- 
stellen. An  Stelle  der  Cuticularbildungen 
kommt  es  bei  Wirbeltieren  unter  der  Aus- 
bildung eines  reichlich  geschichteten  Ober- 
hautepithels und  unter  chemisch-physi- 
kalischer Veränderung  der  Zellen  im  Prozeß 
der  Verhornung  zur  Bildung  einer  kompli- 
zierten Hornschicht  an  der  Oberfläche  der 
Haut. 

Bei  vielen  Wirbellosen  bildet  das  ekto- 
dermale  Epithel  den  einzigen  Bestandteil 
der  Haut.  Bei  höheren  Wirbellosen  aber 
soM'ie  bei  allen  Wirbeltieren  tritt  zu  diesem 
Oberhautepithel  eine  unterliegende  Schicht 
von  Bindegewebe  hinzu,  wodurch  zwei 
Schichten  unterscheidbar  werden,  die  zu- 
sammen die  Haut  oder  das  Integumen- 
tum  commune  (die  Cutis)  bilden:  1.  Die 
Oberhaut  oder  die  Epidermis,  ein 
Epithelgewebe,  und  2.  die  Leder  haut  oder 
das  Corium,   ein  fibrilläres    Bindegewebe. 

Die  Haut  bleibt  nicht  immer  glatt, 
sondern  sie  bildet  mannigfaltige  Organe 
aus,  die  dem  Organismus  in  verschiedenem 
Sinne  dienen.  Schon  bei  Wirbellosen 
bilden  sich  von  der  Epidermis  ausgehende 
Borsten,  Drüsen,  Parapodien  aus.  Bei 
den  Wirbeltieren  unterscheidet  man  Epi- 
dermoidalorgane  und  Organe  der  Leder- 
haut. Erstere  als  Drüsen  verschiedenster 
Art,  als  Hautsinnesorgane,  I'astkörperchen, 
ferner  als  Hornorgane,  Krallen,  Nägel, 
sowie  Haare,  letztere  als  Zähne,  Schuppen 
und  Federn,  bei  deren  Anlage  neben  der 
Epidermis  die  bindegewebige  Lederhaut  eine 
wesentliche  Rolle  spielt.  Sie  dient  der  Er- 
nährung der  Organe,  da  sie  die  Blutgefäße 
enthält,  außerdem  verlaufen  in  ihr  die 
Nerven.  Man  kann  auch  absehen  von 
der  Beteiligung  des  einen  oder  anderen 
Bestandteils  des  Integumentes  und  die 
Organe  einteilen  in  1.  Hautdrüsen,  2.  Haut- 


sinnesorgane,  3.   Hornorgane,   4.    Schuppen 
und  5.  Hartgebilde  des  Integumentes. 

2.  Differenzierung  der  Oberfläche  des 
Protozoenkörpers.  An  der  Oberfläche  des 
Plasmakörpers  einzelliger  Organismen  treten 
Sonderungen  auf,  welche  als  Grundlage  für 
die  Integumentbilduug  der  Metazoen  auf- 
gefaßt werden  können  (Lit.  1,  4,  8).  Während 
bei  Amöben  und  Rhizopoden  der  oberfläch- 
liche Teil  des  Plasmakörpers  als  Ektoplasma 
nur  den  empfindliclieren  und  beweglicheren 
Teil  des  Organismus  darstellt,  mithin  den  in 
animalem  Sinne  höherstehenden  Teil  reprä- 
sentiert, ohne  daß  besondere  Strukturen  her- 
vortreten (das  Plasma  erscheint  nur  heller 
als  das  Entoplasma),  sehen  wir  bei  den  In- 
fusorien schon  dreierlei  Sondeningen  an  der 
Oberfläche  auftreten  (Fig.  1):  L  Feine  Cuti- 
cularbildungen, als  mechanischen  Ab- 
schluß und  Schutz  gegen  die  Außenwelt.  Wir 
finden  Cuticularbildungen  an  der  Oberfläche 
der  Haut  sämtlicher  Wirbellosen,  sowie  aller 
wasserlebenden  Wirbeltiere.  2.  Cilien, 
Flimmer  haare,  welche  der  Lokomotion 
dienen  oder  bei  festsitzenden  Formen  (Vorti- 
cellen  u.a.)  als  Strudelorgane  funktionieren; 
solche  dienen  der  Erneuerung  des  umgeben- 
den Mediums,  also  der  Atmung  und  der 
Herbeiholung  von  Nahrungsmaterial.  Im 
gleichen  Sinne  findet  man  ein  Flimmer- 
kleid an  den  Oberhautzellen  vieler  Meta- 
zoen ausgebildet. 

3.  Tricho- 
cysten:  das  sind 
feinste  Tröpfchen 
Flüssigkeit,  deren 
Inhalt  bei  ge- 
wissen Reizen 
ausgestoßen  wird 
und  sich  im  um- 
gebenden Me 
dium  auflöst.  Sie 

repräsentieren 
erste  Drüsen- 
apparate der 
Oberhaut ,  die 
neben  ihrer  ex- 
kretorischen  Be- 
deutung auch  als 

Schutzeinrich- 
tungen für  denOr- 
ganismus  dienen, 
da  das  Exkret 
giftige  und  ätzen- 
de Substanzen 
enthält  zur  Ab- 
wehr von  Fein- 
den. Diesen  feinsten  Exkretionsorganen 
schließen  sich  kontraktile  Vakuolen  an  von 
größerer  Ausbildung,  rein  als  Exkretions- 
organe  dienend.  Während  hier  das  Plasma 
einer  einzigen  Zelle  die  integumentalen  Ein- 
richtungen ausbildet,  werden  bei  Metazoen, 


Fig.  1.  Infusorium  (Para- 
maecium).  c  Cilien.  t  Tri- 
chocvsten.     Aus  Bütschli. 


2U 


Hautdecke  der  Tiere 


d.  h.  allen  mehrzelligen  Organismen,  sowohl 
Wirbellosen  wie  Wirbeltieren,  zur  Ausbildung 
des  Integumentes  viele  Tausende  von  Zellen 
verwendet.  Die  anatomische  spezielle  Ge- 
staltung dieser  Integumentzellen  spielt  sich 
aber  so  ab,  daß  ihr  Verhalten  aus  den  Be- 
funden bei  Protozoen  durchaus  verständlich 
Avird.  Cuticulae  und  Cilien  bilden  sich  genau 
so  aus  wie  bei  Infusorien,  und  an  Stelle  der 
feinen  Exkrettröpfclien  findet  man  ganze 
Zellen,  deren  Plasmakörper  sich  mit  Sekret- 
tropfen füllt,  welche  der  Zellkorper  aus- 
bildet, um  sie  nach  außen  zu  entleeren. 
Auch  diese  Drüsenzellen  dienen  dem  Orga- 
nismus in  verschiedenem  Sinne,  als  Ex- 
kretions-  und    Schutzorgane.      Es   knüpfen 


die  Ausbildung  von  Hautskeletten  sehr  ver- 
breitet ist,  ja  bei  Wirbeltieren  findet  die 
erste  Ausbildung  der  Hartgewebe,  welche 
den  Ausgangspunkt  für  das  knöcherne 
Innenskelett  darstellt,  im  Integument  statt. 
Hier  sind  es  nur  viele  Zellen,  welche  die  an- 
organischen Substanzen  aufnehmen  und 
dann  zur  Ablagerung  bringen  (Hautzähne 
und  Knochenschuppen  der  Fische).  2.  Im 
Ektoplasma  vieler  Infusorien  treten  feine 
Fibrillen  (Myoneme)  auf,  die,  parallel, 
meist  längs  oder  leicht  schräg  verlaufen 
und  kontraktil  sind.  Sie  sind  ebenfalls  durch 
Verdichtung  aus  der  lebenden  Substanz  ent- 
standen und  dienen  neben  dem  Cilienkleid 
in  besonderer  Art  der   Gestaltsveränderung 


Fig.  2.     Verschiedene  Rhizopoden   zur  Demonstration   der   Hautskelette,    a    E  u  g  1  y  p  h  a   mit 
Chitinschale,  b-  Rotalia  mit  Kalkschale,  c  Kieselskelett  eines  Radiolars.     Aus  Boas. 


sich  also  die  Befunde  des  Integumentes 
der  Metazoen  an  Einrichtungen  der  Protozoen 
zwanglos  an.  Die  kompfizierten  Einrich- 
tungen sind  bei  Protozoen  in  elementarer 
Form  vorgebildet. 

Auf  zwei  weitere  Differenzierungen  im 
Ektoplasma  der  Rhizopoden  und  Infusorien, 
welche  kompliziertere  Sonderungen  im  In- 
tegument der  Metazoen  vorbereiten,  sei  noch 
hingewiesen:  1.  Die  Ausbildung  von  Hart- 
skeletten bei  Radiolarien  aut  Kieselsäure, 
bei  Foraminiferen  aus  Kalksalzen  (Fig.  2). 
Hierbei  handelt  es  sich  darum,  daß  die 
lebende  Substanz  der  Zelle  anorganisclie 
Stoffe  bestimmter  Art  in  sich  aufnehmen 
kann  und  in  charakteristischer  Form  in 
ihrem  Körper  zur  Ablagerung  bringt;  sie 
baut  sich  auf  diese  Art  ein  stützendes 
Skelett,  das  sehr  zierliche  Form  zeigen  kann. 
Wir  werden  sehen,  daß  auch  bei  Metazoen 


und  Lokomotion  dieser  Organismen.  In 
diesem  Fibrillenmantel  sehen  wir  in  einfachster 
Form  den  Hautmuskelschlauch  der  Metazoen 
(Coelenteraten,  Würmer,  Arthropoden  u.  a.) 
vorbereitet  (Literatur  bei  Bütschli  und 
Schneider). 

3.  Haut  der  wirbellosen  Metazoen.  Die 
Haut  wird  bei  den  niederen  Formen 
nur  durch  das  ektodermale  Epithel  gebildet, 
dessen  Zellen  in  mannigfaltiger  Weise,  teils  als 
Deckzellen,  als  Flimmerzellen,  als  Drüsenzellen, 
als  Simieszellen  ausgebildet  sind.  Bei  manchen 
Formen  spielt  das  Oberhautepithel  auch  eine 
große  Rolle  bei  der  Ausbildung  der  Körper- 
muskulatur und  des  Nervengewebes,  Gewebs- 
formationen,  di(^  dauernd  in  Verbindung  mit  dem 
Oberhautepithel  bleiben  können.  Es  sind  dabei 
auch  weitere  Beziehungen  zu  dem  darunter- 
liegenden Bindegewebe  erkennbar,  ohne  daß 
man  indessen  dieses  Bindegewebe  schon,  in  den 
Dienst  des  Integumentes  getreten,  als  einen 
Bestandteil  der  Haut  beurteilen  dürfte.   Die  erste 


Hautdecke  der  Tiei'e 


215 


Beziehung  dieses  Bindegewebes  zum  ektodermalen 
Epithel  kommt  vielmehr  den  Epithelmuskel- 
elementen zugute.  Das  Bindegewebe  unter  dem 
Oberhautepithel  ist  ein  Teil  des  allgemeinen 
Kürpermesenchyms,  in  welches  es  kontinuier- 
lich übergeht,  und  mit  dem  es  vollkommen 
übereinstimmt.  Bei  den  höheren  Wirbellosen 
kann  man  zwei  Typen  der  überhaut  unter- 
scheiden: das  Oberhautepithel  ist  ein  schleim- 
bildendes Gewebe,  oder  es  ist  mit  einer  dicken 
Cuticula  versehen  und  besitzt  keine  Schleim- 
zellen mehr.  Ersterer  Zustand  besteht  bei 
Coelenteraten,  Würmern  und  Mollusken,  letzterer 
bei  Arthropoden  und  Tunicaten.  Bei  den  meisten 
Formen  findet  sich  in  embryonalen  Stadien 
ein  flimmerndes  Epithel  an  der  Oberhaut. 
Einen  großen  Fortschritt  zeigt  die  Haut  in  ihrer 
Ausbildung,  wenn  das  unterliegende  Binde- 
gewebe engeren  Anschluß  an  das  Oberhaut- 
epithel genommen  hat  und  als  Lederhaut  in 
ihren  Dienst  getreten,  sich  dieser  neu  erworbenen 
Aufgabe  entsprechend  ausbildet.  Das  ist  bei 
Ringelwürmern  und  Mollusken  nur  angedeutet, 
bei  Echinodermen  und  Cephalopoden  aber  stärker 
entfaltet. 

Bei  den  verschiedenen  Klassen  der  Wirbel- 
losen findet  man  Folgendes: 

3a)  Coelenteraten.  Bei  Spongien:  Die 
Oberhaut  ist  nur  durch  Deckepithel  dargestellt. 
Embryonal  ist  es  als  flimmerndes  Zylinder- 
epithel ausgebildet,  später  bei  den  meisten 
Formen  durch  große  platte  polygonale  Zelltafeln 
gebildet,  deren  Kerne,  zentral  angeordnet,  leicht 
nach  außen  prominieren,  oder  mit  reichlicherem 
zentralen  Plasma  in  das  unterliegende  Mesenchym 
in  verschiedenem  Grade  eingesunken  sind.  Im 
letzteren  Falle  gehen  zarte  Plasmafortsätze 
von  diesen  Zellen  weiter  ins  unterliegende  Ge- 
webe hinein.  Nur  in  wenigen  Fällen  findet  man 
auch  bei  erwachsenen  Formen  Flimmerepithel. 
Dies  ist  die  einfachste  Form,  in  welcher  die 
Oberhaut  bei  wirbellosen  Metazoen  überhaupt 
ausgebildet  ist  (Lit.  8  und  20). 


flz       Ca 


zerstreut  in  dem  Epithel.  Die  Deckzellen  sind 
mit  feinen,  von  Porenkanälchen  durchsetzten 
Cuticularsäumen  an  ihrer  freien  Oberfläche 
versehen  (Fig.  3).  An  ihrer  Basis  besitzen 
diese  Deckzellen  bei  Hydrozoen  kontraktile 
Fortsätze      (Epithelmuskelzellen).  Zwischen 

den  Deckzellen,  die  in  ihren  Zellkörpern 
Sekrettropfen  verschiedener  Art  enthalten  können, 
liegen    Schleimzellen    zerstreut   (Fig.   4),    sowie 


ifffiffll  yvrmauen 

j-Nematocyste 


^'Nuclei 


"e  rm 


*:  -OindC3ew.-zelle 


Fk 


Fig.  4. 


Fig.  3.    Körperschichten  von  Hydra.    Dz  Deck- 
zellen   des    Hautepithels    mit   Cuticula    (c),    Cn 
Cnidoblastenzellen,      En     Darmepithel.         Aus 
Hatschek, 


Bei  Cni  dar  lern  ist  das  stets  einschichtige 
Oberhautepithel,  das  allein  die  Hautdecken 
darstellt,  meist  aus  kubischen,  zylindrischen 
oder  lang  faserförmigen  Zellen  gebildet.  Die 
Zellen  sind  sehr  verschiedenartig  ausgebildet 
und    die   verschiedenen   Formen   liegen  regellos 


Fig.  4.  Senkrechter  Schnitt  der  Oberhaut  einer 
Aktinie,    Deckzellen    mit    Cilien,    Drüsenzellen.  ■ 

Nach  Bütschli. 
Fig.    5.       Oberhautepithel    eines    Regenwurms. 

Nach  Bütschli. 

die  für  diese  ganze  Gruppe  charakteristischen 
Cnidoblastenzellen  (Nesselkapseln):  Epithelzellen 
von  sehr  kompliziertem  Bau,  von  denen  als  wesent- 
lich zu  sagen  ist,  daß  sie  eine  mit  ätzender 
Flüssigkeit  gefüllte  Vakuole  enthalten,  in  deren 
Innerem  ein  spiralig  aufgewundener  Faden  sich 
findet  (Fig.  3).  lieber  die  Oberfläche  der  Zelle  ragt 
ein  feiner  Stift,  das  Cnidocil,  hervor,  auf  dessen 
Reizung  jener  spiralige  Faden  mit  dem  Inhalt 
der  Vakuole  herausgeschleudert  wird  (Lit.  4).  Sie 
sind  Schutzorgane,  ähnlich  wie  die  Trichocysten 
der  Infusorien.  Bei  Hydroidpolypen,  Medusen 
und  Korallen  zeigt  die  Oberhaut  im  wesentlichen 
das  gleiche  Verhalten,  nur  an  der  Basis  des 
Epithels  spielen  sich  Ausbildungsvorgänge  ab, 
die  zur  Bildung  von  komplizierten  Muskel- 
elementen (epitheliale  und  epithelogene  Muskel- 
bänder) sowie  eines  Nervenplexus  führen,  worüber 
des  Genaueren  im  Artikel  ,, Gewebe"  dieses 
Wörterbuches  nachzusehen  ist. 

3b)  Bei  Würmern  ist  das  Oberhautepithel 
stets  als  einschichtiges  Zylinderepithel  ausge- 
bildet. Zwischen  den  mit  kompliziertem  Cuticular- 
saum  versehenen  Deckzellen  sind  Schleimzellen 
in  großer  Zahl  regellos  zerstreut.  Es  sind  zum 
Teil  kleine  Becherzellen,  deren  Kerne  ab- 
geplattet an  der  Basis  der  Zelle  liegen.  Ihr 
Zellkörper  ist  mit  glashellen  oder  kleinen 
trüben  Schleimtröpfchen  erfüllt  (Fig.  5).  Bei 
manchen  Ringelwüimern  (Hirudineen,  Blut- 
egel) sind  die  Schleimzellen  größer  ausgebildet 
und  sinken  mit  ihi-en  Zellkörpern  tief  in  das 
unterliegende  Bindegewebe  hinein.  Ein  feiner 
halsartiger  Teil  des  Zellkörpers  tritt  zwischen 
den  Oberhautzellen  zur  freien  Oberfläche  und 
stellt  einen  einfachen  Ausführgang  der  Drüsen- 
zelle dar.  Bei  diesen  Anneliden  ist  unter  dem 
Epithel  eine  zarte  Lage  von  fibrillärem  Binde- 
gewebe nachweisbar,  die  man  als  erste  Anlage 


S^ 


216 


Hautdecke  der  Tiere 


oiner  Lederhaut  auffassen  kann,  sie  zeigt  aber 
noch  keine  weitere  Snnderung. 

3c)  Bei  Echinodernien  zeigen  die  Larven 
eine  Oberhaut  aus  flimmerndem  Zylinderepithel 
gebildet.  Bei  erwachseiu'ii  Tieren  verliert  das 
Oberhautepithel  seine  JJedeutung,  besteht  nur 
aus  einer  Lage  platter  Zellen  oder  ist  in  vielen 
Fällen  überhaupt  nicht  mehr  nachweisbar. 
Das  Bindegewebe  der  Lederhaut  beherrscht 
die  Ausbildung  des  Integumentes.  Es  besteht 
nicht  mehr  aus  einfachem  fibrillären  Binde- 
gewebe, sondern  in  seiner  Grundsubstanz  sind 
Kalksalze  in  reichlicher  Menge  abgelagert. 
Dadurch  kommt  ein  fester  Hautpanzer  zur 
Ausbildung,  der  im  besonderen  sehr  verschieden 
sich  darstellt.  ;\lan  unterscheidet  Kalkplatten, 
die  durch  unverkalktes  fibrilläres  Gewebe  ver- 
bunden sind.  ;\Iit  den  Kalkplatten  sind  Muskeln 
in  Beziehung.  Bei  Holothurien  besteht  eine 
Epidermis  aus  Zylinderzellen  mit  vielen  Drüsen- 
zellen. Darunter  ist  eine  Lederhaut,  an  der  man 
zwei  Lagen,  eine  oberflächliche,  schwächere 
Kalksalze  enthaltende  und  eine  tiefere  aus  fibril- 
lärem  Bindegewebe  bestehende  Lage  unterscheiden 
kann.  An  bestimmten  Stellen  treten  die  Kalk- 
platten zurück  und  die  Überbaut  zeigt  Zylinder- 
epithel mit  basalen  Stützfasern  und  oberfläch- 
lichen Cuticularsäumen.  An  der  Basis  ist  stets 
ein  Xervenplexus  ausgebildet.  Das  findet  sich 
an  den  Füßchen  der  Asteroiden,  sowie  an  der 
Unterfläche  der  Arme.  An  letztgenannter  Stelle 
kommen  auch  lokal  Drüsenzellen  vor.  Pigmen- 
tierte Bindegewebszellen  sind  vielfach  zwischen 
die  Epidermiszellen  eingewandert.  Mit  dem 
Xervenplexus  in  Beziehung  stehende  Sinnes- 
zellen werden  angenommen,  treten  aber  nicht 
durch  besondere  Struktur  hervor  (Lit.  7  u.  20). 

3d)  Das  Integument  der  Arthropoden  zeigt 
ein  ganz  anderes  Verhalten:  hier  spielt  die 
Epidermis  die  Hauptrolle.  Man  findet  sie  als 
einfache  Lage  großer  kubischer  oder  zylindrischer 
Zellen  (Hypodermis),  welche  an  ihrer  Oberfläche 
eine  mächtige  Cuticula  ausbilden.  Diese  besteht 
bei  vielen  Formen  aus  Chitin  in  mehr  oder  weniger 
mächtiger  Schicht  bei  ^^lyriopoden,  Arachniclen 
und  Insekten.  Schleimzellen  fehlen  gänzlich 
(Fig.  6).  Hier  mag  wohl  das  äußere  Medium  eine 
Rolle  spielen,  die  Oberhaut  ist  v/illig  lufttrocken. 
'Slan  clarf  übrigens  den  Einfluß  des  äußeren 
Mediums  nicht  überschätzen,  denn  bei  den  im 


Fig.  6.    Senkrechter  Schnitt  durch  die  Oberhaut 
einer  Raupe.    Nach  Bütschli. 


Wasser  lebenden  Crustaceen  findet  sich  diese 
Form  der  Oberhaut  in  gleicher  Weise.  Bei  vielen 
Krebsen  ist  die  Cuticula  nicht  nur  aus  Chitin 
gebildet,  sondern  sie  enthält  reichlich  Kalksalze 
eingelagert  und  besitzt  eine  sehr  komplizierte 
Struktur. 

Die  Chitincuticula  kann  dem  allgemeinen 
Körperwachstum  nicht  folgen,  sie  wird  deshalb 
bei  Insektenlarven  im  Vorgang  der  Häutung 
mehrfach  abgeworfen  und  durch  eine  neu  aus- 
gebildete, unter  ihr  entstandene  ersetzt.  In  die 
('uticula  treten  von  den  Epidermiszellen  zahl- 
reiche Plasmafortsätze  ein,  wodurch  diese  ;\Iem- 
bran  von  feinen  senkrecht  aufsteigenden  Kanäl- 
chen durchsetzt  erscheint. 

Drüsenzellen  und  schlauchförmige  Drüsen 
sind  bei  Arthropoden  zahlreich  ausgebildet: 
Speicheldrüsen  der  Insekten,  Spinndrüsen  der 
Raupen.  Auch  die  Tracheen  der  Insekten  sind 
aus  Hautdrüsen  entstanden.  Bei  Peripatus 
durch  Einsenkung  der  Oberhaut  vorbereitet, 
sind  sie  bei  Insekten  zu  weit  verzweigten  Röhren 
geworden,  deren  Wand  noch  die  Bestandteile 
der  Oberhaut  erkennen  läßt,  in  Form  platter 
polygonaler  Epithelzellen,  die  der  H^^Dodermis 
entsprechen  und  einer  feinen,  das  Lumen  jener 
Röhren  direkt  begrenzenden  Cuticula  mit  der 
Struktur  eines  feinen  Spiralfadens.  Bei  ]\Iyrio- 
poden  und  Insekten  sind  sie  segmental  angeordnet 
und  münden  paarig  in  jedem  Segment  in  der 
Seitenlinie  des  Körpers  mit  feinen  Spalten,  den 
Stigmen,  nach  außen.  Bei  Spinnen  sind  sie  an 
Zahl  vermindert,  die  wenigen  aber  stärker  ent- 
faltet. Weit  verbreitet  finden  sich  bei  Arthro- 
poden Borstenbildungen  der  Haut,  die  als 
Chitinbildungen  von  einem  in  die  Tiefe  ge- 
senkten Keimlager  von  Hypodermiszellen  aus- 
gebildet werden  (Fig.  6). 

3e)  Die  Mollusken  besitzen  eine  zarte  Ober- 
haut, aus  einfachem  Zylinderepithel  gebildet, 
dessen  Elemente  zum  großen  Teil  als  Deckzellen 
an  der  freien  Oberfläche  einen  feinen  Cuticular- 
saum  tragen.  Dazwischen  aber  sind  Schleimzellen, 
zum  Teil  als  kleine,  zum  Teil  als  große  in  die 
Tiefe  mit  ihrem  Zellkörper  eingesenkte  flaschen- 
förmige  Elemente  reich  ^■erbreitet  (Fig.  7). 
Auch  kompliziertere  Drüsenorgane  kommen  als 
Einsenkungen  des  Ektoderms  bei  Gastropoden 
zur  Ausbildung.  In  Jugendzuständen  ist  auch 
hier  Flimmerepithel  sehr  verbreitet. 

Besondere  Ausbildung  nimmt  die  Haut  der 
Mollusken  im  Dienste  der  Atmung  und  der 
Schalenbildung.  Das  Kiemenepithel  ist  Deck- 
epithel. In  bestimmter  Anordnung  findet  mau 
Zellen  mit  Wimperblättchen  und  mit  kräftigen 
Cilien.  Dazwischen  treten  auch  kleine  Schleim- 
zellen  von  Becherform  in  Gruppen  und  streifen- 
förmiger Anordnung  auf.  Die  Hartgebilde  der 
Molluskenhaut  sind  alle  epidermoidaler  Herkunft. 
Den  einfachsten  Befund  bieten  die  Schalen  der 
Chitonen.  Ihnen  schließen  sich  die  Schalen  der 
Muscheln  und  Schnecken,  sowie  diejenigen  der 
Cephalopoden  an.  Den  Ausgangspunkt  für  die 
Bildung  der  Schale  bildet  eine  vom  Epithel 
abgesonderte  Cuticula  (Periostracum).  Unter 
dieser  dünnsten  Schicht  kommt  eine  aus  Kalk- 
prismen bestehende  mächtigste  Lage  (Ostra- 
cum)  und  unter  dieser  folgt  die  durch  ein 
verfilztes  Faserwerk  mit  dazwischen  gelagerten 
Kalksalzen  ])estehende  Perlmutterschicht  (Con- 
chyolin).    Bei  allen  Mollusken  besteht  unter  der 


Hautdecke  der  Tiere 


217 


Epidermis  eine  Biiulegewebsschicht,  mit  welcher 
das  Oberhautepithel  in  inniger  Verbindung  steht. 
Die  Zellen  des  letzteren  senden  oft  tief  in  das 


Fig.  7.     Oberhaut  einer  Muschel  (Innenseite  des 
^lantelrandes)    mit    großen    einzelligen    Drüsen. 
Nach  Bütschli. 

Bindegewebe  sich  erstreckende  Fortsätze  hinein. 
Da  dieses  Bindegewebe  ohne  Grenze  in  das 
allgemeine  Körpermesenchym  übergeht,  kann 
man  aber  nicht  von  einer  eigentlichen  Lederhaut 
sprechen.  Nur  bei  den  Cephalopoden  (Tinten- 
fischen) ist  eine  Lederhaut  abgrenzbar. 
Zwischen  die  Bindegewebsfibrillen  sind  Farb- 
stoff tragende  Zellen,  Chromatophoren,  einge- 
lagert. Diese  enthalten  in  ihrem  Zellkörper  fein- 
körniges Pigment  verschiedener  Art  und  da  die 
Zellen  mit  beweglichen  Fortsätzen  versehen  sind, 
welche  von  den  Zellen  ausgeschickt  und  ein- 
gezogen werden  können,  veranlassen  sie  einen 
Farbenwechsel  der  Haut.  Aehnliches  begegnet 
uns  auch  bei  manchen  Wirbeltieren  wieder.  Die 
Chromatophoren  der  Cephalopoden  stehen  auch 
mit  glatten  Muskelzellen  in  Verbindung  (Lit.  4, 
7,  20). 

3f)  Bei  Tunicaten  zeigt  das  Integument  eine 
ganz  besondere  Ausbildung:  Bei  Larven  und 
Jugendformen  besteht  Zylinderepithel  mit  stark 
entwickeltem  Flimmerkleid.  Später  kommen 
Deckzellen  zur  Ausbildung,  welche  Cuticular- 
säume  an  der  Oberfläche  abscheiden.  Die  Cuti- 
cula  nimmt  nicht  nur  an  Dicke  beträchtlich 
zu,  sondern  es  rücken  auch  viele  von  den 
ektodermalen  Bildungszellen  in  sie  hinein, 
indem  sie  sich  aus  dem  epithelialen  Verbände 
lösen.  Die  Zellen  stehen  durch  verästelte  Fort- 
sätze ihrer  Plasmakörper  untereinander  in  Ver- 
bindung. Die  Substanz  der  nun  zellenhaltigen 
Cuticula  besteht  nicht  mehr  bloß  aus  Chitin, 
sondern  man  hat  Cellulose  in  ihr  nachgewiesen. 
So  kommt  der  dicke  Mantel  dei'  Tunicaten 
zustande,  der  das  Aussehen  und  auch  annähernd 
die  Konsistenz  von  Knorpel  hat,  mit  dem  er 
aber  geweblich  sonst  gar  nicht  vergleichbar  ist. 

4.  Die  Haut  der  Wirbeltiere.  4a)  All- 
se  mein  er   Bau  und   Orp;ane  der  Haut. 


Bei  allen  Wirbeltieren  läßt  das  Integument 
zwei  Schichten  unterscheiden:  Die  epitheliale 
Oberhaut  oder  Epidermis  und  die  binde- 
gewebige Lederhaut  oder  das  Corium.  Bei 
Amphioxus  sind  diese  Teile  aufs  einfachste 
gebaut,  bei  allen  höheren  Formen  zeigen  sie 
kompliziertes  Verhalten  durch  Schichten- 
bildimg  und  mannigfaltige  Ausbildung  ihrer 
Elemente,  und  es  kommt  auch  zur  Aus- 
bildung charakteristischer  Organe  der  Haut 
in  den  einzelnen  Klassen.  Bei  allen  im  Wasser 
lebenden  Formen,  also  den  Fischen  und  den 
Larven  der  xVmphibien  ist  die  Epidermis 
ein  Schleimhautepithel.  Im  Epithel  sind 
zahlreiche  Schleimzellen  sehr  verschiedener 
Art  eingelagert  als  einzellige  Drüsen,  oder 
es  werden,  wie  bei  Myxinoiden  und  Amphi- 
bien, komplizierte  Schleimdrüsen,  meist 
in  der  Form  alveolärer  Drüsenbläschen 
gebildet.  Bei  den  Sauropsiden  und  Säuge- 
tieren ist  die  Oberhaut  lufttrocken,  sie 
bildet  in  ihren  oberflächlichen  Schichten  ein 
aus  verhornten  Zellen  bestehendes  Stratum 
corneum.  Die  Lederhaut  besteht  aus  fibril- 
lärem  Bindegewebe  verschiedener  iVrt,  an 
welchem  man  meist  ebenfalls  mehrere  Schich- 
ten von  ungleichem  Bau  unterscheiden  kann. 
In  ihr  nehmen  die  Blutgefäße  und  Nerven 
der  Haut  ihren  Verlauf  zur  Oberhaut.  Die 
Organe  des  Integuments  hat  man  nach  ihrer 
Herkunft  eingeteilt  in  solche  der  Epidermis 
und  solche  des  Coriums,  oder  man  unterschei- 
det sie  nach  ilirer  Funktion  und  Form  als 
Drüsen,  Hautsinnesorgane,  Hornorgane 
(Hornzähne,  Nägel,  Krallen  und  Hufe, 
Schuppen  der  Reptilien,  Federn  und  Haare) 
und  endlich  die  Hartgebilde  des  Integumentes 
(Zähne  und  mannigfaltige  Knochenschuppen). 
Von  diesen  Organen  ist  im  allgemeinen  zu 
bemerken,  daß  Drüsen,  außer  den  oben  er- 
wähnten Schleimdrüsen,  besonders  in  der 
Haut  der  Säugetiere  in  sehi  verschiedenen 
Formen  und  reicher  Verbreitung  auftreten; 
besonders  sei  hier  der  Milchdrüsen  gedacht. 
Bei  Sauropsiden  fehlen  Hautdrüsen  fast  ganz. 
Die  Hautsinnesorgane  finden  sich  nur  im 
Integument  der  wasserlebenden  Formen, 
also  bei  Fischen  und  Amphibienlarven,  bei 
einigen  Amphibien  sind  sie  auch  nach  der 
Metamorphose  erhalten.  Sie  zeigen  sehr 
verschiedenen  Bau  und  mannigfaltige  An- 
ordnung, indem  sie  bald  frei  in  der  Oberhaut 
j  liegen,  bald  in  Ampullen  oder  Kanälen  eine 
i  Tieflagernng  angenommen  haben.  Zu  ihnen 
gehören  auch  die  Leuchtorgane  mancher 
Fische.  Hornorgane  treten  als  Hornzähnchen 
schon  in  der  Haut  der  Cyclostomen  (Mund- 
öffnung), einiger  Knochenfische  (Perlaus- 
schlag) und  am  Munde  der  Anureiüarven 
auf.  Als  Terminalgebilde  der  Zehen  finden 
sie  sich  von  Amphibien  an  als  Nägel  bei 
Reptilien,  Vögeln  und  Säugetieren  ausge- 
bildet, bei  letzteren  finden  sie  in  den  Krallen 


218 


Hautdecke  der  Tiere 


und  Hufen  besondere  Entfaltung.  Ferner 
sind  sie  bei  Reptilien  am  ganzen  Körper,  bei 
Vögeln  am  Lauf,  bei  Säugetieren  in  wenigen 
Abteilungeji  am  Kör[)cr  und  Schwanz  alsHorn- 
schuppen  ausgebildet  nnd  endlich  sind  sie 
bei  den  Vögeln  im  Foderkleid,  bei  den  Säuge- 
tieren im  Haarkleid  besonders  entfaltet. 
Die  Hartgebilde  der  Haut  fiiulen  sich  in  den 
Hautzähnchen  der  Selachier  und  deren  Basal- 
platten, die  den  Ausgangspunkt  für  die 
ferner  bestehenden  sehr  mannigfaltigen  Hart- 
schu])pen  der  Fische  darstellen  und  endlich 
im  Hantpanzer  mancher  Reptilien  (Krokodile 
und  Schildkröten),  sowie  in  den  Hartschuppen 
einiger  niederer  Sängetierformen. 

im  besonderen  stellt  sich  der  Bau  des 
Integumentes  bei  den  einzelnen  Ordnungen 
der  Wirbeltiere  folgendermaßen  dar: 

4b)  Amphioxus.  Die  Epidermis  ist 
eine  einfache  Lage  zylindrischer  Epithel- 
zellen mit  sehr  zarter  Außenschicht, 
die  noch  kaum  die  Bezeichnung  eines 
Cuticularsaumes  verdient.  Sehr  spärlich 
treten  zwischen  diesen  Elementen  Schieim- 
zellen  in  Form  von  Becherzellen  auf.  Sinnes- 
zellen sind  nicht  mit  Sicherheit  nachgewiesen. 
Unter  der  Epidermis  liegt  eine  zarte  binde- 
gewebige Lederhaut,  an  der  man  drei  Schich- 
ten unterschieden  hat.  Eine  direkt  unter  der 
Epidermis  gelegene  äußere  Faserscliicht, 
aus  tangential  verlaufenden  Fibrillenbündeln 
bestehend,  die  in  übereinanderliegenden 
Schichten  sich  sehr  regelmäßig  kreuzen. 
Diese  Schicht  enthält  nirgends  Zellen.  An 
sie  schließt  sich  eine  mittlere  homogene 
Schicht.  Sie  wird  von  senkrecht  zur  Epi- 
dermis aufsteigenden  Fibrillenbündeln  durch- 
setzt und  es  sind  spärliche  Zellen  in  ihr  ent- 
halten. Unter  dieser  stärksten  Schicht  ist 
noch  eine  feinere  wieder  fibrilläre  Schicht 
zu  unterscheiden,  die  schon  mit  den  Myo- 
septen  in  Verbindung  steht,  also  nicht  mehr 
ausschließlich  dem  Integument  zugehört 
(Lit.  20). 

4c)  Cyclostomen.  Hier  ist  die  Epider- 
mis durch  ein  sehr  schichtenreiches  mit  sehr 
zahlreichen  und  sehr  mannigfaltigen  Schleim- 
zellen durchsetztes  Epithel  dargestellt.  Kleine 
becherzellenartige  Elemente  bilden  bei  Myxi- 
noiden  zahlreiche  Lagen.     Die  in  oberfläch- 
licher   Lage    befindlichen    Becherzellen    be- 1 
sitzen    auf    ihrem    mit     Schleim    erfüllten 
Zellkörper     starke     senkrecht     gestrichelte ; 
Cuticularsäume,    ein  Beweis    dafür,  daß  sie  ; 
als    sekretgefüllte    Elemente    längere    Zeit  I 
im  Verband  des  Organismus  bleiben  (Fig.  8).  i 
Außer  diesen  auch  bei  den  übrigen  Cyclo- 1 
stomen     verbreiteten     Zellen     findet     man  1 
auch   sehr   große,   teils    kugelige,   mit   glas- 
hellem Schleim  gefüllte  Zellen  mit  zentralem  ! 
Kern,  andere  mit  körnigem  trübem  Schleim 
gefüllte  Zellen  sind  gegen  die  Epithelbasis  1 
mit  mehreren  langausgezogenen  Fortsätzen  | 


versehen.  Auch  flaschenförmige  große  Zellen 
mit  basalangeordnetem  Kern  und  mit  kör- 
nigem Schleim  erfüllt  findet  man  bei  Petro- 
myzonten.     Bei   letzteren   komnum  endlich 


Fig.  8.  Epidermis  eines  Cyclostomen  (Bdello- 
stoma),  senkrechter  Schnitt.  Zahh-eiche  Lagen 
von  Schleimzellen,  a  b  c  große  Schleimzellen, 
d  Ivörnerzellen.  Nach  Maurer.  Aus  Gegen- 
baur. 

die  charakteristischen  Kolbenzellen  vor:  sie 
sitzen  mit  breiter  Basis  an  der  Basis  der 
Epidermis  auf  und  ragen  kolbenförmig 
verdickt  in  die  oberflächlichen  Schichten 
empor.  Zentral  haben  sie  Plasma,  das  zw^ei 
Kerne  einscddießt  und  der  periphere  Teil 
der  Zelle  wird  durch  eine  starkglänzende, 
doppeltlichtbrechende  Schleimmasse  von 
starker  Konsistenz  dargestellt  (Fig.  9). 
An  manchen  Körperstellen  herrschen  die 
Schleimzellen  vor,  an  anderen,  besonders 
an  den  Flossensäumen  bestehen  protoplasiua- 
tische  Zellen,  welche  in  oberflächlicher  Lage 
mit  komplizierten  Cuticularsäumen  versehen 
sind.  Verhornte  Epidermis  findet  sich  an 
den  Hornzähnen  des  Rundmauls,  ein  Beweis 
dafür,  daß  für  den  Vorgang  der  Verhornung 
nicht  allein  der  Einfluß  der  Luft  als  um- 
gebendes -Medium  w  irksani  ist.  Von  Epi- 
dermisorganen  sind  die  Hautsinnesorgane 
zu  nennen,  die  als  Endknospen  und  größere 
Endhügel  am  Ko])f  und  am  Rumpf  in 
charakteristischen  Reihen,  dem  Verlaufe  der 
Hautnerven  folgend  angeordnet  sind  (Lit.  16). 
Die  Leder  haut  beginnt  mit  einer  an  der 
Basis  der  Epidermis  ausgebildeten  starken 
Grenzmembran,  unter  welcher  scharf  ab- 
gegrenzt eine  zarte  Bindegewebsschicht  folgt. 


Hautdecke  der  Tiere 


219 


Diese  geht  kontinuierlich  in  die  mächtige 
Hauptschicht  der  Lederhaut  über.  Die  letztere 
besteht  bei  Cyclostomen,  wie  bei  allen  Fischen, 
Amphibien  und  Reptilien  aus  einer  dicken 
Bindegewebsschicht,  die  sich  aus  regel- 
mäßigen Lamellen  zusammensetzt  (Fig.  9  Co). 


Fig.  9.  Senkrechter  Schnitt  durch  das  Integument 
eines  Neunauges  (Petromyzon).  b  Becher- 
zellen, S  Körnerschleimzelle,  K  Kolbenzelle, 
Ep  Epidermis,  Oberhaut,  Co  Corium,  Lederhaut, 
Sc  Unterhautbmdegewebe,  cu  Cuticula. 


Jede  Lamelle  besteht  aus  parallel  verlaufen- 
den Fibrillenbündeln  (Collagenfasern).  Die 
Fibrillenbündel  der  benachbarten  Schichten 
kreuzen  sich  annähernd  rechtwinklig.  Zwi- 
schen den  Lamellen  liegen  Binclegewebszellen. 
Ferner  steigen  Fibrillenbündel  senkrecht 
durch  die  Lamellen  empor  zur  Oberhaut. 
Unter  ihnen  sind  viele  elastische  Fasern. 
Unter  dem  lamellösen  Corium  folgt  eine 
zartere  Bindegewebsschicht  aus  regellos  sich 
durchkreuzenden  Fasern,  die  man  als  Stratum 
subcutaneum  bezeichnen  kann  (Unterhaut- 
bindegewebe). Hartgebilde  fehlen  noch  ganz 
in  der  Haut  der  Cyclostomen.  Bei  Myxi- 
noiden  bestehen  als  Integumentalorgane 
längs  der  Seitenlinie  beiderseits  eine  Reihe 
von  Schleimsäcken:  Mächtige  Einsen- 
kungen  der  Oberhaut  von  ovoider  Form, 
die  von  einer  bindegewebigen  Kaj^sel  um- 
geben sind.     Im  Inneren  findet  man  basal 


eine  Lage  zylindrischer  Zellen,  welche  die 
Bildner  von  großen  eiförmigen  Schleimzellen 
darstellen,  die  das  ganze  Innere  des  Sackes 
ausfüllen.  Die  großen  Zellen  enthalten 
einen  kompMziert  aufgeknäulten  Schleim- 
faden  und  einen  zentralen  Kern.  Jeder 
Schleimsack  öffnet  sich  durch  einen  Schlitz 
nach  außen  und  hier  werden  die  Schleim- 
zellen entleert.  Unter  der  Schleimaus- 
bildung sterben  die  Zellen  ab.  Bei  Myxine 
liegen  die  Schleimsäcke  direkt  unter  der  Haut, 
bei  Bdellostoma  sind  sie  tiefer  in  die 
Muskulatur  eingesenkt  (Lit.  16). 

4d)  Bei  Selachiern  ist  ebenso  wie  bei 
Cyclostomen  ein  aus  mehreren  Zellenlagen 
bestehendes  Ob  er  haut  epithel  zu  unter- 
scheiden, das  aus  kleinenElementen,teils  Deck- 
zellen mit  Cuticularsaum,  teils  Becherzellen 
besteht.  Zwischen  den  kleinen  schleimbilden- 
den Becherzellen  sind  aber  auch  große 
Schleimzellen,  wie  bei  Cyclostomen,  nachweis- 
bar, doch  fehlen  die  Kolbenzellen.  Unter  dieser 
Epidermis  findet  sich  eine  Basalmembran, 
eine  subepitheliale  zarte  Bindegewebsschicht 
und  dann  m  zarterer  Ausbildung  wie  bei 
Cyclostomen  eine  lamellös  und  fibrillär 
gebaute  Coriumschicht.  Unter  dieser 
folgt'  wieder  zartes  Bindegewebe,  welches 
in  das  Gewebe  der  Myosepten  direkt 
übergeht.  Was  die  Selachierhaut  aus- 
zeichnet, ist  aber  die  Ausbildung  von 
Z ah nge bilden  (Fig.  10),  die  stammes- 
geschichtlich die  größte  Bedeutung  haben, 
da  sie  den  Ausgangspunkt  für  die  Gewebe 
der  Hartsubstanzen,  in  letzter  Linie  also 
auch  für  das  knöcherne  Skelett  der  höheren 
Wirbeltiere  darstellen  (Lit.  7). 

Die  Zähne  gehen  hervor  aus  papillenförmigen 
Erhebimgen  des  subepithelialen  Bindegewebes, 
über  welche  das  Oberhautepithel  hinwegzieht. 
Die  Zähne  bestehen  aus  zwei  Bestandteilen: 
1.  dem  Schmelz,  der  Substantia  adamantina. 
Diese  wird  von  den  basalen  Epidermiszellen 
an  deren  Basis  in  Form  einzelner  Prismen  ab- 
gesondert. Die  unterliegenden  Bindegewebs- 
zellen bilden  unter  Vermehrung  ihrer  Zellen 
jene  Erhebung  (Papille)  und  an  deren  Oberfläche 
kommen  epithelial  angeordnete  Zellen  zur  Aus- 
bildung, welche  gegen  das  schmelzbildende 
Epithel  hin  eine  andere  Hartsubstanz:  2.  das 
Dentin  oder  Zahnbein  absondern.  So  nimmt 
also  das  Epithel  der  Oberhaut  durch  die  Schmelz- 
bildung und  das  Bindegewebe  der  Lederhaut 
(Odontoblasten)  durch  die  Zahnbeinbildung  teil 
am  Aufbau  des  Zähnchens.  Dessen  Spitze  ist 
nach  hinten  gekrümmt,  kann  aber  auch 
konisch  oder  in  mehrere  Spitzen  geteilt  sein. 
Die  Basis  des  Dentinkegels  setzt  sich  in  der 
subepithelialen  Bindegewebsschicht  mit  einem 
diitten  Gebilde  aus  Hartsubstanz  in  Verbindung: 
der  Basalplatte,  die  eine  rhomboidale  Gestalt 
hat  und  als  Placoidschuppe  bezeichnet  wird. 
Dieses  Gebilde  besteht  aus  Knochengewebe: 
Hartsubstanz,  die  von  Zellen  des  subepithelialen 
Bindegewebes  abgeschieden  wii'd.  Die  Zellen 
lieeen  dann  in  der  Hartsubstanz  drin.     Woher 


220 


Hautdecke  der  Tiere 


diese  Zellen  stammen,  ist  noch  nicht  klar.    Nach  [  Sie  lieson  nicht  nielir  bloß  als  Siniieskiiospen 
der    einen    Auffassnng    sind    es    mcsodermale  j  oder  Eiidhüiiel  frei  in  der  Oberhaut,  sondern 


A. 


vorn^--— 


"TTe  Fes  Cori  u  m 


sind   in    verschiedener   Weise   in    die    Tiefe 
gelagert:     Als     I^orenzinische     i\nvpullenK 
liegen   sie  in  der  Tiefe  von  langen  Röhren,  \ 
die  am  Ende  erweitert  sind.    Sie  finden  sich 
nur  am  Kopfe  der  Selachier.    Als  Savische 
Bläschen    finden    sich    bei    Torpedo    abge-    ' 
schlössen e  kugelförmige  Gebilde,  mit  Platten- 


Fig.  10.     Senkrechter  Scluiitt  durch  das  Integumenl  mit  emem  sich  entwickelnden  IFaut/ahnchen 
und  Placoidschuppe  eines  Haifisches  (Scynus),  A  frühes  Stadium,  B  erwachsene  Schuppe. 
/-,   ,_^'"~  -      .j_        Nach  Klaatsch.     Aus  Bütschli. 

Elemente,  nach'  anderen  sind  es  von  der 
Epidermis  abgelöste  Zellen,  welche  sich  als 
Knochenbildner  (Skleroblasten)  betätigen 
(Klaatsch,  G  e  g  e  n  b  a  u  r  Li t.  7).  An  den  Kiefer- 
rändern sind  diese  Hautzähne  vohuninöser  ent- 
faltet und  treten  in  den  Dienst  der  Nahrungs- 
aufnahme. Sie  stellen  die  Grundlage  des  Ge- 
bisses aller  höheren  Wirbeltiere,  auch  des  Men- 
schen dar.  Bei  vielen  Selachiern  sind  die  Haut- 
zähnchen  kleine,  in  schrägen  Reihen  über  den 
ganzen  Körper  verbreitete  Organe  (Chagrin). 
Bei  anderen  sind  sie  an  Zahl  spärlicher,  die 
Einzelorgane  aber,  um  so  größer,  bilden  Platten. 
Auch  die  Flossenstacheln,  z.  B.  der  Rückenflosse 
des  Dornhaies,  sowie  die  sogenannten  Hornfäden 
der  Flossen  anderer  Haie  sind  Placoidbildungen 
des  Integumentes,  darum  besonders  interessant, 
weil  sie  auf  dem  Knorpelskelett  der  Flossen 
sich  ausbilden,  dasselbe  als  Grundlage  benützend: 
eine  Beziehung,  die  bei  der  Entwickelung  des 
knöchernen  Skelettes  der  höheren  Wirbeltiere 
eine  so  wichtige  Rolle  spielt.  Da  die  Haut- 
zähnchen  frei  über  der  Oberhaut  zutage  treten, 
ist  die  Epidermis  allenthalben  zerstört  und  ist 
bei  älteren  Tieren  nur  an  wenigen  Stellen  noch 
erhalten  (Fig.  12). 


^0 


Fig.  11.     Senkrechter  Schnitt  durch  das  Haut- 
I  Sinnesorgan  eines  jungen  S('lacliiers(Acanthias). 
Si^  Sinneszelle,  st  Stützzelle,  n  Nerv. 
Nach  Maurer.     Aus  Gegen baur. 


Außer    den    Zähnen    sind    in    der 
der  Selachier  noch  die  llautsinnesor 


Fig.  12.     Hautzähne  mit  Placoidschuppen  eines 
Selachiers  (C  e  n  t  r  o  p  h  o  r  u  s).  Nach  G  e  g  e  n  b  a  u  r. 


epithel  ausgekleidet  und  im  Grunde  ein 
Sinnesorgan  tragend.  Sie  finden  sich  im 
Umkreis  der  elektrischen  Organe.  Viel 
verbreiteter  aber  sind  die  Sinnesorgane 
der  Haut,  welche  nicht  nur  bei  Selachiern, 
sondern  ebenso  bei  Ganoiden,  Dipnoern 
und  Teleostiern  in  ein  Kanalsystem  der 
Haut  eingelagert  sind  (Fig.  13).  Diese 
Sinneskanäle  der  Haut  sind  in  charakte- 
ristischen Reihen  am  Kopf,  sowie  in  der 
Seitenlinie  des  Rumpfes  angeordnet,  dem 
Verlaufe  von  Hautästen  verschiedener  Ge- 
llaut hirnnerven,  besonders  des  Trigeminus, Facialis 
!,"ane  und  Vagus  folgend.  Die  Kanäle  bilden  sich 
zu  nennen,  die  in  viel  komplizierterer  Weise  als  rinuenfönnige  Einsenkungen  der  Haut, 
als    bei    Cyclostomen    auftreten    (Fig.    11).    die     sich     dann    größtenteils     durch     Ver- 


Hautdecke  der  Tiere 


221 


wachsung  der  Ränder  abschließen,  nur 
durch  zahlreiche  Oeffnnngen,  die  auch  ge- 
setzmäßige Anordnung  zeigen,  frei  nach 
außen  münden  (Lit.  7). 


bündeln  sich  aufbauen  und  wobei  die  Fibrillen- 
bündel  der  benachbarten  Lamellen  sich 
nahezu  rechtwinklig  kreuzen.  Am  Rumpf 
verlaufen  diese  Bündel  schräg  von  dorsal- 
und  kopfwärts  nach  ventral-  und  schwanz- 
wärts  und  lungekehrt.  Die  Schuppen 
kommen  stets  zuerst  in  der  subepitheÜalen 
zarten  Bindegew^ebsschicht,  also  über  jener 


Epidermis 

Sinnesknospe', 


Kolbenzelle 
>Leucocyfen 
chleimz. 

Kejmschicht 


Fig.  13.  Hautsinnesorgane — Kanalsystem  am 
Kopf  von  zwei  Fischen:  A  8elachier(Chimaera), 
B  Dipnoer  (Pr  o  t  o  p  t  e  r  ii  s).  a  Seitenkanal,  c  Supra- 
orbitalkanal,  c^Cu  Infraorbitalkanal,  b  Ver- 
bindung zwischen  Seiten-  und  Infraorbitalkanal, 
e  Ventraler  Kanal.     Nach  Gegenbaur. 

4e)Ganoiden,Teleosti  er  und  Dipnoer 
zeigen  hinsichtlich  der  Ausbildung  des  Ober- 
hautepithels, sowie  der  Lederhaut  viel  Ueber- 
einstimmung  (Lit.  16).  Nur  hinsichtlich  der 
Ausbildung  der  Hartgebilde  desintegumentes 
walten  Avichtige  Verschiedenheiten.  Wo  das 
Oberhautepithel  vorhanden,  ist  es  stets  ein 
vielschichtiges.  Man  unterscheidet  Deckzellen, 
deren  oberflächliche  Zellen  Kutikularsäume 
tragen,  dazwischen  sind  kleine  Becher- 
zellen reichlich  ausgebildet.  Ferner  kommen 
auch  Kolbenzellen,  besonders  an  der  freien 
Oberfläche  der  Schuppen  vieler  Knochen- 
fische (Karpfen,  Forelle,  Barbe  und  viele 
andere:  Fig.  14)  vor.  Sie  sind  ähnlich  gebaut 
wie  diese  Zellen  bei  Petromyzonten,  haben 
aber  bloß  einen  Kern.  Die  kleinen  Becherzellen 
sind  besonders  reichlich  an  den  bedeckten 
Teilen  der  Schuppen,  auch  an  der  Unter- 
fläche der  Schuppen  ausgebildet.  Unter  der 
Oberhaut  finden  sich  stets  die  gleichen 
Schichten  der  bindegewebigen  Lederhaut, 
wie  sie  bei  Cyclostomen  und  Selachiern 
geschildert  wurden,  insbesondere  besteht 
immer  jene  lamellös  gebaute  Schicht,  deren 
Lamellen  aus  parallel  verlaufenden  Fibrillen- 


——=:  e-£El 


Fig.  14.  Integument  eines  Knochenfisches  (Bar- 
bus), a  senkrechter  Schnitt  durch  zwei  Schuppen 
mit  Oberhaut  und  Lederhaut  (Schuppe),  b  Uber- 
hautepithel  stärker  vergrößert  mit  Schleim- 
und Kolbenzellen.  NachMaurer.  AusBütschli. 

lamellösen  Coriumschicht  zur  Anlage,  bleiben 
auch  bei  vielen  Teleostiern  stets  auf  diese 
beschränkt,  bei  anderen  Formen  können  sie 
aber  jene  lamellöse  Coriumschicht  noch  in 
1  Mitleidenschaft  ziehen.  Bei  Ganoiden  er- 
fährt  die  Oberhaut  durch  die  Schuppen,  die 
frei  zutage  treten,  eine  weitgehende  Rück- 
bildung (Fig.  15).  Bei  den  Hartschuppen 
aller  Formen  fehlt  hier  die  Beteiligung  des 
Oberhautepithels,   also   die    Schmelzschicht. 


Fig.  15.  Hautschuppen  eines  Ganoiden.  s  Seiten- 
linie.   Nach  Gegenbaur. 


222 


Hautdecke  der  Tiere 


Bei  Ganoiden  ist  an  der  Oberfläche  der  i  größern  können,  oder  zu  Leisten  verbunden 
Schuppen  eine  für  diese  Gruppe  cliarakteristi-  «ind  (Ctenoidschuppen).  Daraus  resultiert  eine 
sehe  Ganoinschicht  nachweisbar,  die  dem  f»'^'^^  Manmgfalügkeit  in  der  Form.  Uebngens 
Dentin  der  Selachierschuppe  entspricht:  Sie  ^o^men  Cvcloid-  und  Cteno.dsdmppen  auch 
,      ,   ,  ,  1  ^  TT     i     u  X  •     i  nebeneinander    am    gleichen    Individuum    vor. 

besteht  aus  homogener  Hartsubstanz,  m  ^^  ^-^^^^  .j^h  ferner  Furchen  an  der  Oberfläche 
welche  die  Bildungszellen  niclit  eindringen,  der  Schuppen,  wodurch  Felder  entstehen,  die 
Unter  der  Ganoinschicht  folgt  eine  Schicht  i  wieder  am  bedeckten  und  unbedeckten  Teil  der 
von  Knochengewebe,  das  bei  fossilen  und  '  Schuppen  verschiedene  Reliefs,  Höcker  oder 
heute  lebenden  Formen  mannigfaltig  aus- !  Leistchen  zeigen.  Alle  diese  Schuppen  liegen 
gebildet  ist.  Es  ist  ein  zellenhaltiges  Hart-  j  im  subepithelialen  Bmdegewebe  in  Schuppen- 
gewebe, mit  Gefäß-  und  Zahnbeinkanälchen.  !  taschen. 

Da  Bindegewebe  davon  umschlossen  wird,'  ,  ^/^„  ^.iP^^i"  ^^^}^^^'^  cycloide  Schuppen 
findet  man  auch  Fibrillen  in  diesem  Gewebe  ebenfalls  in  raschen  emgelagert.  Sie  setzen  sich 
/Ol  1.     T^  \      T1  •      •  1       p      -1        aus    zwei    Schichten    verschieden    strukturierter 

(bharpeysche  Fasern).  Bei  vielen  fossilen  ^artsubstanz  zusammen.  Während  sie  sich  in 
Ganoiden  laßt  dies  Gewebe  der  Schuppen  jhrem  allgemeinen  Bau  an  die  Teleostierschuppen 
außer  der  fibrillären  Struktur  auch  eine  anschließen,  ist  die  histologische  Struktur  eine 
lamellöse  erkennen  (Lit.  7).  primitivere, 


1  (Halieuraea) 


3a  (Maithe) 


den  Ganoiden  näher  stehend 
(Ami  a).  Die  oberfläch- 
liche Schicht  ist  frei 
von  Zellen,  aber  von 
Kanälchen  durchzogen. 
Sie  ist  häufig  nicht  ein- 
heitlich, sondern  aus 
Leistchen  zusammen- 
gesetzt, die  an  den 
Knotenpunkten  Fort- 
sätze, Stacheln  bilden 
können.  Mit  Placoid- 
organen  besteht  nach 
Gegenbaur  keine  Ver- 
wandtschaft. Diese 
Schicht  veranlaßt  das 
Relief  der  Schuppe.  Die 
tiefe  Schicht  enthält 
Zellen  in  fibrillär  struk- 
turierter Grundsub- 
stanz, die  aus  sklero- 
siertem Bindegewebe 
besteht.  Die  Fibrillen 
kreuzen  sich  in  drei 
Richtungen  und  die  An- 
ordnung der  Zellen  ist 
dem  angepaßt. 

Auch      bei      diesen 

Gruppenist  dieHerkunft 

Die  Schuppen  bilden  am  Körper  rhomboidale  :  der  die  Hartsubstanz  ausscheidenden  Zellen  nicht 


Fig.   16. 


Verschiedene  Formen  von   Knochenfischschuppen 
Nach  0.  Hertwig.     Aus  Bütschli. 


Platten,  die  in  diagonalen  Reihen,  entsprechend 
jenem  schrägen  Fibrillenverlauf  des  lamel- 
lösen  Coriums,  angeordnet  sind  und  in  ver- 
schiedener Weise  zu  einem  festen  Hautpanzer 
miteinander  verbunden  sind.  Bei  fossilen  Formen 
findet  man  sogar  gelenkige  Verbindungen.  Wie 
bei  Ganoiden  findet  man  die  Hautschuppen 
auch  bei  Crossopterygiern.  Die  Schuppen  sind 
dabei  von  einem  oder  mehreren  Kanälchen  oder 
von  einem  Kanalnetz  durchsetzt.  Bei  Teleostiern 
finden  sich  wieder  in  Form  und  histologischem 
Bau  sehr  verschiedene  Schuppen  (Fig.  IG). 
Bei  Panzerwelsen  bestehen  noch  Schuppen 
mit  Hautzähnchen,  die  Anschluß  an  Selachier 
gestatten.       Bei    höheren    Formen    fehlen    die 


sicher  festgestellt.  Sind  es  mesodermale  Elemente, 
oder  entstammen  sie  dem  ektodermalen  Epithel  ? 
Jedenfalls  werden,  besonders  in  den  tieferen 
Schichten,  mesodermale  ZeUen  in  Mitleidenschaft 
gezogen. 

Die  Hautsinnesorgane  dieser  Formen 
erfahren  eine  sehr  komplizierte  Ausbildung. 
Neben  solchen,  die  in  Seitenkanälen  am 
Rumpf  und  in  den  Kanälen  des  Kopfes 
eingelagert  sind  (Fig.  13),  findet  man  sie  in 
großer  Zahl  an  der  freien  Oberfläche  und 
zwar  liegen  sie  meist  in  Gruppen  angeordnet. 
Auf  jeder  Schuppe  kann  man  eine  Gruppe 
entweder   in   linearer   Anordnung    oder   ein 


Zähnchen,  man  kann  aber  an  den  Schuppen  kleines  Feld  bildend  nachweisen.  Der 
zwei  Schichteri  verschiedener  Struktur  unter- .  feinere  Bau  ist  auch  sehr  verschieden.  Man 
scheiden:  oberflächlich  zellenhaltiges,  homogenes  Ijjj^^  Knospen  und  Hügel  aus  versclüedenen 
Knochengewebe    und    darunter    lamelloses    und    r,  n  t     i      i.  i        i,-    1  0+^+^ 

fibrilläres''  zellenloses  sklerosiertes  Bindegewebe,  i  ,^^11«",,  aufgebaut     unterschieden  Stets 

Die  Teleosticrschiippe  ist  häufig  eine  rundliche  ;  handelt  es  sich  um  ganz  scharf  abgegrenzte 
Cycloidschuppe,  sie  kann  aber  auch  mit  Höcker-  Organe,  deren  Zellen  immer  die  ganze 
chen  versehen  sein,  die  zu  Stacheln  sich  ver-  i  Dicke    der    Epidermis    d^rchsetzen.■-^      Die 


jid^^^d-^  ^.^^- 


Hautdecke  der  Tiere 


223 


fadenförmigen  oder  birnförmigen  Zellen 
werden  von  einem  Endbäumclien  der  sen- 
soriellen Nervenfaser  umsponnen.  Wcährend 
an  den  Endknospen  die  Zellen  gleichartig 
sind,  kann  man  an  den  Endhügeln  Innen- 
zellen und  Außenzellen  von  ungleichem  Bau 
unterscheiden.  Auch  unter  diesen  bestehen 
mannigfaltige  Verschiedenheiten.  Ueber  die 
Qualitäten  der  Sinnesempfindung  dieser 
wichtigen  Organe  haben  wir  kein  Urteil. 
Es  ist  nur  in  unseren  Geschmacksknospen 
der  Zunge  ein  kümmerlicher  Rest  dieses 
ganzen  Organsystems  erhalten.  Es  ergibt 
sich  aber  aus  der  mannigfaltigen  Art  der 
Zellen,  welche  die  Hautsinnesorgane  auf- 
bauen und  aus  der  verschiedenen  Art  ihrer 
Einlagerung  im  Integument,  daß  mit  diesen 
Gebilden  sehr  verschiedene  Qualitcäten  des 
Wassers  empfunden  werden  müssen.  Eine 
besondere  Umbildung  dieser  Organe  läßt  die 
Leuchtorgane  vieler  Teleostier  der  Tiefsee 
entstehen  (Leydig). 

Besondere    Erwähnung    verdienen    noch 
die      zur      Brunstzeit      bei      verschiedenen 
Teleostiern  auftretenden  Perlorgane.     Es 
handelt  sich  um  kleine,  meist  am  Hinter- 
rande   der     Schuppen    auftretende     Kegel, 
die  aus  verhornten  Epidermiszellen  bestehen. 
Da  sie  an  allen   Schuppen  des  Rumpfs  er- 
scheinen,   machen   sie   den    Eindruck   eines 
Ausschlags    (Perlausschlag    nach    Leydig). 
Von  Interesse  ist  bei  diesen  Organen  noch, 
daß  sie  in  eigentümlicher  Beziehung  zu  den 
Hautsinnesorganen  stehen,  insofern  an  der 
Stelle,  wo  auf  einer  Schuppe  ein  Sinnesorgan 
steht,  auf  der  benachbarten  ein  Perlorgan 
sich  finden  kann.  Es  hegt  der  Gedanke  nahe, 
daß   die   Perlorgane  durch   Wucherung  der 
Epidermis  in  der  Umgebung  untergegangener 
Sinnesknospen    entstehen    (Lit.  16).     Nach 
Ablauf   der  Brunstzeit    verschwinden    diese 
Hornzapfen  wieder.  Leydig  hat  in  ihnen  die  \ 
stammesgeschichtliche  Grundlage  der  Haare 
der  Säugetiere  erblickt.     Man  findet  sie  bei  I 
Barbus,  Idus,  Phoxinus,  Rhodeus  u.  a.  t 
4f)  Die  Haut  der  Amphibien  hat  noch! 
den    Charakter    einer    Schleimhaut.        Die  [ 
Epidermis   zeigt   bei   Larven   und   Perenni-  j 
branchiaten  eine  andere  Ausbildung  als  bei 
Caducibranchiaten  nach  der  Metamorphose.  | 
Bei    jenen    (Fig.    17)    stellt    sie    ein    mehr-  j 
schichtiges  Epithel  dar,  dessen  oberflächliche  ' 
Zellen  meist  kubische  Form  haben  und  einen 
Cuticularsaum  tragen.   Die  basale  Zellenlage  | 
besteht  aus  Zylinderzellen,  auf  diese  folgen  I 
eine    oder    mehrere    Lagen    kubischer    oder  j 
spindelförmiger    Zellen    und    die    genannte 
oberflächliche    Lage    macht    den    Abschluß. 
Zwischen   den   Zellen   der   mittleren   Lagen 
sind  aber  große  helle  Schleimzellen  in  großer  ] 
Zahl  allenthalben  eingelagert.     Sie  gleichen  \ 
den  großen  kugeligen   Schleimzellen  in  der 
Haut    der    Cyclostomen    und    sind    als    die 


Leydigschen  Zellen  wohlbekannt.  Sie  stellen 
bei  Ampliibienlarven  die  einzigen  schleim- 
bildenden Zellen  des  Integumentes  dar. 
Sie  können  nicht  wiederholt   Schleim  aus- 


eiwz      anz 


^Cor 


Fig.  17.  Senkrechter  Schnitt  durch  die  Haut 
einer  Salamanderlarve.  eiwz  Leydigsche 
Schleimzellen  im  Oberhautepithel.  Deckzellen 
(anz)  mit  Cuticularsaum,  Cor  Lederhaut.  Nach 
K.  C.  Schneider. 

bilden,  sondern  bleiben  nach  der  Bildung  des 
ihren  Plasmakörper  erfüllenden  Schleims 
längere  Zeit  in  der  Oberhaut  liegen,  werden 
dann  aber  abgestoßen,  indem  sie  in  die 
Höhe  rücken,  von  darunter  ausgebildeten 
jungen  Zellen  verdrängt.  Gegen  das  Ende 
der  Larvenperiode  und  bei  Perennibran- 
chiaten  in  einem  gewissen  Alter  treten  aber 
in  der  Oberhaut  die  Anlagen  komplizierter 
Drüsen  (Fig.  18)  auf.  An  bestimmten 
Körperstellen  vermehren  sich  die  Zellen 
der  basalen  Schicht  und  bilden  kleine 
kugelige  Komplexe,  die  sehr  bald  unter 
weiterer  Vermehrung  ihrer  Elemente  in  die 
Tiefe  sinken  und  zu  alveolären  Drüsen, 
kugeligen  Bläschen  werden.  Zwischen  den 
Zellen  tritt  ein  Lumen  auf,  die  Zellen  ordnen 
sich  so,  daß  sie  als  einschichtiges  Epithel 
das  Lumen  des  Bläschens  auskleiden.  Der 
Bau  dieser  Drüsenzellen  ist,  entsprechend  der 
verschiedenen  chemischen  Zusammensetzung 
des  von  ihnen  gebildeten  Schleims  sehr 
mannigfaltig:  auch  hier  findet  man  Zellen 
mit  giashellem  Inhalt  und  basal  angeordneten 
abgeplattetem  Kern,  während  andere  Drüsen 
mächtige  Zellen  mit  Sekretkörnchen  erfüllt 
zeigen,  milchweiß,  mit  kugeligem  zentral 
gelagertem  Kern.  Während  kleine  Drüsen 
dieser  Art  über  den  ganzen  Körper  verbreitet 
sind,  kommen  Drüsen  der  letzten  Art  von 
sehr  voluminöser  Ausbildung  in  regelmäßiger 
Anordnung,  z.  B.  bei  Kröten  und  Salaman- 
drinen  in  der  dorsalen  hinteren  Kopfregion 
als  sogenannte  Parotiden  und  bei  Sala- 
raandra  beiderseits  von  der  dorsalen  Mittel- 
linie in  einer  regelmäßigen  Längsreihe  als 
Giftdrüsen  vor.  Unmittelbar  an  die  Drüsen- 
zellen schließt  sich  noch  eine  einfache  Lage 
glatter  Muskelzellen  in  Längsverlauf  an. 
Dies  ist  für  Amphibiendrüsen  charakteristisch 
und  tritt  wieder  bei  bestimmten  Hautdrüsen 


224 


Hautdecke  der  Tiere 


der  Säugetiere  auf.  Dadurch,  daß  die  Drüsen- 
zellen unter  Bikluna;  besonderer  Organe  aus 
dem  Oberhautepitliel  austreten,  erscheint 
das  letztere  viel  einfacher  als  bei  Anii)lül)ieii- 


geschlossenen  Fibrillenbündeln  liegen  die 
spindelförmigen,  zum  Teil  auch  verästelten 
liindegewebszellen.  Ferner  wird  diese  Schicht 
von  elastischen  Faserziioren  senkrecht  durch- 


^- 


Fig.  18.  Senkrechter 
Schnitt  durch  das  Integu- 
nient  des  Frosches  (Rana 
temporaria).  E  Epi- 
dermis, C  Corium,  p  Pig- 
mentzellen (Chromatopho- 
ren),  I)  Hautdrüsen,  m 
deren  JMuskelzellen.  Nach 
G  e  g  e  n  li  a  u  r. 


larven  und  Fischen,  es  ist  aber  das  Oberhaut- 
epithel der  Fische  homolog  dem  Oberhaut- 
epithel plus  dem  ganzen  Hautdrüsenapparat 
der  Amphibien.  Bei  letzteren  ist  durch 
Lokalisierung  der  sekretbildenden  Zellen 
eine  schärfere  xVrbeitsteilung  und  weitere 
Differenzierung  eingetreten. 

Die  Leder  haut  der  Amphibien 
läßt  wie  bei  Fischen  drei  Schichten 
unterscheiden:  sie  bestehen  alle  aus 
fibrillärem  Bindegewebe  (Fig.  18).  Direkt 
unter  dem  Oberhautepithel,  an  dessen  Basis 
eine  mehr  oder  weniger  deutliche  Basal- 
membran besteht,  findet  man  zunächst  eine 
subepidermoidale,  aus  sehr  zartem  lockeren 
faserigen  Bindegewebe  bestehende  Schicht, 
■die,  arm  an  Formelementen,  weite  Saftspalten 
zeigt.  Hier  finden  sich  zwei  Formen  von 
Pigmentzellen:  1.  Wanderzellen,  verästelte 
Zellen,  die  in  ihrem  Plasmakörper  fein- 
körniges Pigment  von  verschiedener  Farbe 
enthalten.  Diese  Zellen  kriechen  wie  Amöben 
umher  und  bleiben  nicht  im  subepithelialen 
Bindegewebe,  sondern  dringen  anch  vielfach 
in  die  Literzellularlücken  der  Ei)idermis 
empor.  Man  nimmt  an,  daß  sie  Pigment 
auch  an  die  Oberhautzellen  abgeben,  die 
tatsächlich  vielfach  Pigment  enthalten. 
2.  Fixe  Chromatophoren,  große,  außer- 
ordentlich reich  verästelte  Pigmentzellen, 
die  von  feinen  Nervenendbäumchen  um- 
sponnen siiul.  Sie  können  sich  rasch  ausbreiten 
oder  ihre  Fortsätze  einziehen  und  veran- 
lassen so  eineu  Farbenwechsel  der  Haut, 
der  unter  Nerveneinfluß  steht.  Unter  dieser 
subepithelialen  Schicht,  folgt  als  zweite 
Lage  der  Ledcrhaui  die  derb  gebaute, 
lamellöse  Schicht  aus  Fibrillenbündeln  zu- 
sammengesetzt, die  in  jeder  Lamelle  parallel, 
in  den  benachbarten  Lamellen  aber  an- 
nähernd rechtwiiddig  gekrenzt  verlaufen. 
Zwischen     den     zu     Lamellen     zusammen- 


setzt. Ebenso  treten  durch  sie  glatte  Muskel- 
zellen, sowie  Blutgefäße  und  Nerven  zur 
Oberhaut  empor.  Die  dritte  Schicht  der 
Lederhaut  ist  als  Stratum  subcutaneum  aus 
lockerem  fibrillärem  Bindegewebe  aufgebaut, 
in  welchem  größere  Blutgefäße  und  Nerven 
sich  finden. 

x\ußer  den  oben  geschilderten  Drüsen 
sind  in  der  Haut  der  Amphibien  Schuppen 
nur  sehr  beschränkt,  dagegen  Hautsinnes- 
organe reich  verbreitet,  wenn  auch  ver- 
glichen mit  Fischen  in  reduzierter  Form 
ausgebildet.  Ferner  bestehen  Hautwarzen 
verschiedener  Form,  teils  für  das  Relief 
der  Haut  bedeutsam,  zum  Teil  aber  auch  als 
Tastorgane  ausgebildet.  Endlich  findet  man 
an  den  Enden  der  Zehen  Terminalorgane, 
welche  als  Vorläufer  der  Krallen-  und  Nagel- 
bildungen wichtig  sind.  An  der  medialen 
Fläche  der  Obersehenkel  bestehen  bei  einigen 
Urodelen  und  Anuren  teils  Drüsen,  teils 
Hornorgane  in  besonderer  Gruppenstellung 
und  Ausbildung,  welche  wohl  als  sekundäre 
Sexualcharaktere  zu  deuten  sind  und  zum 
Teil  auch  die  Schenkelporen  der  Eidechsen 
vorbereiten. 

Schuppen  bestanden  bei  der  fossden  Gruppe 
der  Stegocephalen  in  großer  Verbreitung,  zeigen 
aber  auch  den  Beginn  der  Reduktion.  Ueber  den 
ganzen  Ivürper  verbreitet  bestanden  sie  bei 
Hylonomiden,  während  sie  sich  bei  den  Branchio- 
sauriern  auf  die  Ventralfläche  des  Rumpfes 
und  der  Extremitäten  beschränkten.  Ihre 
Anordnung  an  der  ventralen  Rumpffläche 
in  schrägen,  nach  vorn  gegen  die  ^Medianlinie  » 
gerichteten  Reihen  bereitet  Reptilienzustände  | 
vor.  Bei  den  heute  lebenden  Formen  bestehen 
Schuppen  bei  Gymnophionen  (Fig.  19).  Sie  sind 
sehr  klein,  lassen  ähnlich  wie  bei  Teleostiern 
zwei  Schichten  verschieden  strukturierter  Hart- 
substanz unterscheiden  und  liegen  zu  mehreren 
in  einem  Hautfach,  sind  dabei  in  Schuppen- 
taschen eingelagert.  Die  (iruppenanordnung 
in   einem   Hautring   hängt   zusammen   mit   der 


Hautdecke  der  Tiere 


225 


Ausbildung  von  mächtigen  Hautdrüsen,  welche 
die  vordere  Hälfte  eines  jeden  Hautringes  ein- 
nehmen, während  die  Schujipen  in  die  hintere 
Hälfte    zusammengedrängt    sind.       Die    Haut- 


Spr,tzdrüscn^^^^ppg^^3^^^^g 


bere 
Corlumlage 


Schuppen 

Fig.   19.      Senkrechter  Schnitt  durch  die  Haut 

eines    Gymnoj^hionen^  (Ichthyophis   glutino- 

sus).     Drüsen  und  Schuppen.     Nach  Sarasin. 

Aus  Bütschli. 


drüsen  treten  zuerst  dorsal  auf  und  dadurch 
erklärt  sich  der  zuerst  auf  der  Dorsalfläche  des 
Rumpfes  beginnende  Schwund  der  Schuppen, 
die  durch  die  Drüsen  verdrängt  werden  (Gegen - 
baur,  Credner,  F  ritsch,  Lit.  7). 

Die  H  a II  t s i  11  n  e s  0  r  g  a  n  e  sind  bei  Pereiiiii- 
branchiateiilarveii,  Derotrenien  und  Anuren- 
larven  alltremein  ausgebildet  und  zwar  in 
Form  von  Sinnesknospen,  hänfiger  aber  als 
Endhiigel  (Fig.  20),   wie   bei  Fischen.      Sie 


Fig.  20.  Hautsinnesorgan  einer  Salamanderlarve, 
senkrechter  Schnitt,  siz  Sinneszelle,  stz  Stütz- 
zelle, schl  Schlußleiste,  stb  Sinnesstift,  auz 
Außenzelle,  pg  Pigment,  cor  Lederhaut.  Nach 
K.  C.  Schneider. 


stehen  am  Kopf  und  Rumpf  in  Reihen, 
am  Kopfe  den  Aesten  des  Trigeminus, 
am    Rumpfe     denen    des     Vagus    folgend. 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


Sie  sind  dabei  teils  einzeln,  teils  in  Gruppen 
(lineare  oder  rundliche  Felder  bildend)  an- 
geordnet. Bei  manchen  Anuren  und  Urodelen 
schwinden  sie  nach  der  Metamorphose, 
(R a  n  a ,  B  u  f  0 ,  S  a  1  a m  a n  d  r  a) ,  bei  manchen 
aber  bleiben  sie  auch  dann  erhalten  (Triton, 
Diemyctilus,  Dactylethra)  und  passen 
sich  dem  längeren  Aufenthalt  auf  dem  Lande 
in  bestimmter  Weise  an.  Bei  Larven  und 
während  des  Aufenthaltes  im  Wasser  findet 
man  die  Hautsinnesorgane  frei  an  der  Ober- 
fläche der  Haut  in  der  Epidermis  eingelagert. 
Sie  stellen  e'uen  scharf  abgegrenzten  Bezirk 
des  Epithels  dar,  in  welchem  entweder 
gleichartige  Zellen  von  fadenförmiger  Gestalt 
sich  finden  (Sinnesknospen),  oder  man  kann 
zwei  Zellformen,  Innen-  und  Außenzellen 
unterscheiden,  welche  in  meilerartiger  An- 
ordnung einen  Endhügel  bilden.  Die  birn- 
förmigen  Lmenzellen,  um  welche  sich  Nerven- 
fasern endbäumchenartig  auf  zweigen,  hat 
man  als  Sinneszellen  angesprochen,  während 
die  faserartigen  Außenzellen  als  Hilfszellen 
gedeutet  wurden.  Die  Innenzellen  besitzen 
frei  emporragende  Stiftchen  an  ihrer  Ober- 
fläche. Bei  Tritonen  kann  man  beobach- 
ten, daß  diese  Sinnesorgane  während  der 
Brunstzeit,  also  w^enn  das  Tier  im  Wasser 
lebt,  die  oben  geschilderte  Anordnung  zeigen. 
Wenn  aber  die  Tiere  dann  lange  Monate 
auf  dem  Lande  zubringen,  schützen  sich  die 
für  das  Wasser  als  umgebendes  Medium 
abgestimmten  Organe  dadurch  vor  dem  ver- 
derblichen Einfluß  der  Luft,  daß  sie  in  die 
Tiefe  sinkend  einen  Knospenfollikel  bilden 
(Fig.  21).  An  der  Oberfläche  wird  ein 
Schleimpfropf  gebildet,  ferner  erfahren  die 
Außenzellen  eine  Veränderung,  die  dem 
Verhornungsprozesse  nahe  steht.  Bei  man- 
chen Derotremen,  z.  B.  Cryptobranchus, 
bei  welchen  ebenfalls  eine  Tieflagerung  dieser 
Organe  sich  ausbildet,  kann  man  am  Grunde 
des  Follikels  eine  Papille  nachweisen,  die 
außer  dem  Sinnesnerven  eine  Blutgefäß- 
schlinge trägt.  In  solchen  Gebilden  kann  man 
die  stammesgeschichtliche  Grundlage  der 
Säugetierhaare  erblicken.  Die  Sinnesorgane 
können  sich  durch  Teilung  vermehren. 
Auf  dieser  Fähigkeit  beruht  zum  Teil  die 
Gruppenstellung  dieser  Organe,  doch  kann 
diese  auch  dadurch  veranlaßt  sein,  daß  die 
Sinnesorgane  auf  Schuppen  angeordnet  waren 
und  dadurch  eine  Gruppenanordnung  er- 
warben, die  auch  nach  Schwund  der  Schuppen 
beibehalten  wurde  (Lit.  15  und  16). 

Haut  Warzen  bestehen  bei  vielen  Am- 
phibien. In  vielen  Fällen  handelt  es  sich 
um  flache  oder  konische  Lederhautpapillen, 
über  welchen  die  Epidermiszellen  reichlicher 
ausgebildet  und  intensiver  verhornt  sind,  so 
daß  Warzen  oder  Stacheln  erscheinen  (Bufo, 
Triton  u.  a.),  bei  manchen  Formen 
(Pleurodeles)    sind    die    Warzen    dunkel- 

15 


226 


Hautdecke  der  Tiere 


pigmentiert.  Andere  meist  breite,  flache 
Warzen  besitzen  in  ilirer  Bindegewebspapille 
Tastlvörperchen,  eiförmig  zusammenge- 
schlossene Zellen,  zwischen  welchen  sich  ein 
Nervcnendbäumchen  aufzweigt  (Lit.  9,  10, 
11,  16). 

Die    Terminalorgane    an    den    Zehen 
treten  bei  allen  tetrapoden  Wirbeltieren  in 


Sch 


j  der  Krallenbildung.  Auch  bei  Anuren 
findet  sich  ähnliches.  Daß  die  Krallen  sich 
stammesgeschichtlich  erst  bei  Amphibien 
gebildet  haben,  ergibt  die  Tatsache,  daß 
sie  bei  vielen  Ötegocephalen,  wie  ans  fossilen 
Fußspuren  ersichtlich,  noch  fehlen  (Lit.  7). 
4g)  Reptilien.  Das  Integument  der 
Reptilien  ist  lufttrocken,  also  keine  Schleim- 


MlLo 


®-Basfhi 


stz    nf 


Fig.  21.  Hautsinnesorgan 
eines  erwachsenen  T  r  i  t  o  n , 
senkrechter  Schnitt.  Sch 
Knospenscheide,  siz  Sinnes- 
zellen, stz  Stützzellen,  Schz 
Deckzellen,  nf  2verven- 
faser,  Co  einige  Fasern  der 
Lederhaut,  dr  Hautdrüse, 
Baschi  Basalschicht  der 
Epidermis,  MlLo  Mittel- 
schicht, c  Hornschicht  des 
Oberhautepithels  Nach 
Maurer.  Aus  K.  C. 
Schneider. 


Form  von  Hornorganen  auf.  Bei  Amphibien 
sind  sie  noch  schwach  entwickelt:  bei 
Siredon  eine  einfache  konische  Hornkappe 
bildend,  die  als  eine  gleichmäßige  Ver- 
stärkung des  Stratum  corneum  erscheint, 
bildet  sich  bei  anderen  Perennibranchiaten 
eine  dorsalkonvexe  Krümmung  der  Zehen- 
endglieder aus  und  damit  eine  stärkere 
Verhornung  an  der  Dorsalfläche  des  Zehen- 
endgliedes (Fig.   22).      Das  ist  der  Beginn 


haut  mehr.  Es  entbehrt  fast  völlig  eines 
Drüsenapparates.  Sehr  verbreitet  sind 
Schuppen,  die  als  Hornschuppen  im  wesent- 
lichen epidermoidale  Bildungen  sind,  an 
ihrer  ersten  Anlage  und  ihrem  Aufbau  ist 
aber  auch  die  Lederhaut  beteiligt  (Fig.  23). 
Die  Färbung  der  Haut  ist  im  wesentlichen 
durch  Chromatophoren,  die  in  der  Lederhaut 
angeordnet  sind,  veranlaßt,  obgleich  auch 
in  den  Zellen  der  Epidermis  häufig  Pigment 
nachweisbar  ist  (Lit.  16). 

Die  Epidermis  ist  stets  ein  mehr ■ 
schichtiges  Plattenepithel.  Es  zeigt  eine 
basale  Zylinderzellenlage,  darüber  einige 
Lagen  kubischer  Zellen  und  dann  folgt  ein 
Stratum  corneum,  aus  verhornten  Zell- 
schüppchen  bestehend.  Jedes  Schüppchen 
entspricht  einer  Zelle,  die  unter  Umwandlung 
ihres  Zellkörpers  zu  Hornsubstanz  abge- 
storben ist,  dabei  ist  auch  der  Kern  ge- 
schwunden. Das  Stratum  corneum  hat  eine 
bestimmte  Dicke  und  wird  bei  vielen  Rep- 
tilien periodisch  im  Häutungsprozeß  ab- 
^.      ,^^        ,,  ,.  T"         1.  -^i.    1      t,     •     geworfen,    in    Fetzen    bei    Eidechsen,    ein- 

Fig.    22.       :\redianer    Längsschnitt    durch    em   ?p-.K.,u  u«:   Cphinntren  matternhemdi      Die 
Zehenendglied  eines  Amphibium  (Siren  lacer-   f^^^^^'l^  öcniaiigen  ^iNatteinneniüj.     uie 

tina).    Erste  Krallenbildung.    Kp  Krallenplatte,    Obertlacbe  des   Stratum  corneum  ist  durch 
Ks  Krallensohle.  Nach  Göp per t.   Aus  Gegen- leme    Lage    sehr    kiemer    verhornter    /ell- 
baur.  I  Schüppchen,   das   sogenannte   Oberhäutchen 


Str.  com 


Pigm.  Zellen 


5ch. 


Fig.  23.  Medianer  Lcängs- 
schnitt  durch  zwei  Schuppen 
derEidechse(Lacerta(agilis). 

Sch   Rest  einer   Knochen- 

scliuppe.  Nach  Maurer.    Aus 

Bütschii. 


Hautdecke  der  Tiere 


227 


abgeschlossen.  Wenn  ein  Stratum  corneum 
abgeworfen  wird,  ist  das  folgende  Stratum 
corneum  darunter  schon  ganz  fertig  gebildet 
mit  seinem  Oberhäutchen.  Man  findet  bei 
Schlangen  und  Eidechsen  oft  drei  Strata 
Cornea  übereinander  gebildet.  Ueber  den 
Oberhäutchen  der  tiefen  Strata  cornea 
findet  sich  meist  eine  Lage  unvollkommen 
verhornter  Zellen  des  darüberliegenden  Stra- 
tum corneum.  Die  platten  Zellen  find  hier 
mit  kleinen  Körnchen  (Keratohyalin)  er- 
füllt. Bei  Schildkröten  und  Krokodilen 
findet  Häutung  nicht  statt,  da  wird  unter 
fortwährender  Vermehrung  der  Zellen  des 
Stratum  corneum  dieses  sehr  mächtig, 
an  der  Oberfläche  findet  nur  ein  geringer  \ 
Verbrauch  von  Hornschüppchen  statt.  Bei 
Eidechsen  und  Schlangen  tritt  an  manchen 
Stellen  Luft  in  die  Epidermis,  zwischen  die 
Zellen  des  Stratum  corneum  ein,  die  Ober- 
haut wird  pneumatisch. 

Die  Lederhaut,  das  Corium  der  Rep- 
tilien, zeigt  wiederum  zwei  Schichten,  eine 
oberflächliche  subepidermoidale  Schicht  aus 
zartem  lockerem  faserigem  Bindegewebe  be- 
stehend und  eine  tiefere  derbe  Schicht  mit 
lamellösem  Bau  wie  bei  niederen  Wirbel- 
tieren. Die  Lamellen  dieser  Schicht  bestehen 
aus  parallel  verlaufenden  Bündeln  von 
Collagenfasern,  in  den  benachbarten  Lamellen 
kreuzen  sich  die  Bündel  nahezu  in  rechtem 
Winkel.  Die  subepidermoidale  Schicht  ist 
in  komplizierter  Weise  differenziert.  Sie 
enthält  in  dem  lockeren  faserigen  Binde- 
gewebe, das  ihre  Grundlage  bildet,  erstens 
glatte  Muskelzellen,  die  einzeln  oder  in 
Bündeln  angeordnet  sie  senkrecht  durch- 
setzen und  an  der  Basis  der  Oberhaut  mit 
deren  Epithelzellen  in  direktem  Zusammen- 
hang stehen.  Ferner  enthält  diese  Schicht 
in  verschiedener  Anordnung  und  Kompli- 
kation das  Stratum  pigmentosum,  aus  pig- 
mentierten Bindegewebszellen,  Chromato- 
p hören  bestehend.  Diese  Zellen  sind  zum 
Teil  direkt  der  Basis  der  Oberhaut  angelagert, 
teils  liegen  sie  tiefer.  Sie  bestehen  aus 
gleichartigen  oder  aus  Schichten  verschieden 
gefärbter  Zellen,  die  übereinander  liegen, 
wie  z.  B.  beim  Chamäleon,  w^o  sie  sehr 
kompliziert  ausgebildet  sind.  Zu  diesen 
Chromatophoren  treten  Nervenfasern,  die 
sich  endbäumchenartig  um  sie  aufzweigen. 
Indem  diese  Nerven  den  Chromatophoren 
Reize  zuführen,  die  bald  die  oberflächlichen, 
bald  die  anders  gefärbten  tiefen  Zellen  zur 
Kontraktion  anregen,  so  daß  verschieden 
gefärbte  Schichten  sichtbar  werden,  kommt 
der  dem  Willen  unterworfene  plötzliche 
l  Farbenwechsel  dieser  Tiere  zustande.  Die 
der  Epidermis  zunächst  gelegenen  Chromato- 
phoren schicken  ihre  mit  Farbstoff  be- 
ladenen  Fortsätze  auch  in  die  Interzellular- 
lücken   der    Epidermis    hinein    und    sollen 


ihre  Farbstoffkörnchen  an  die  Epidermis- 
zellen  abgeben  (Eidechse.  Fig.  23).  Außer 
den  Chromatophoren  findet  man  bei  manchen 
Reptilien  (Scincoiden,  Blindschleichen,  Ivroko- 
dile)  Knochenschuppen  in  der  subepider- 
moidalen  Schicht  der  Lederhaut  und  zwar 
liegen  diese  in  den  Schuppen  unter  dem 
Stratum  pigmentosum.  Bei  der  Eidechse  be- 
stehen an  der  betreffenden  Stelle  eigentüm- 
lich zusammengeballte  Zellmassen,  die,  zum 
Teil  pigmentiert,  als  Reste  der  Knochen- 
schuppen zu  beurteilen  sind  (Fig.  23  Seh.). 
Die  Schuppen  bestehen,  wo  sie  ausgebildet 
sind,  aus  echtem  zellenhaltigen  Knochen- 
gewebe. Ob  sie  direkt  an  die  Knochen- 
schuppen der  Fische  anzuschließen  sind, 
oder  nicht  vielmehr  spätere  selbständige 
Neubildungen  darstellen,  ist  zweifelhaft. 
Die  subepidermoidale  Schicht  der  Lederhaut 
bildet  cde  bindegewebige  Grundlage  aller 
Schuppenbildungen  der  Reptilien,  die  tiefe 
straffe  Coriumschicht  dringt  nicht  in  die 
Schuppen  ein.  Letztere  wird  auch  von  den 
Hautnerven  nur  senkrecht  durchsetzt.  Die 
sensiblen  Endäste  der  Nerven  finden  ihre  sehr 
reiche  Verzweigung  ebenfalls  in  der  subepider- 
moidalen  Coriumschicht.  Hier  treten  sie  zum 
Teil  zu  Tastzellen  in  Beziehung,  die  ebenfalls 
j  unter  der  Epidermis  angeordnet  sind. 

Die  charakteristischsten  Organe  des  In- 
tegumentes  bei  Reptilien  bilden  die  Schuppen, 
an  deren  Aufbau  sowohl  die  Oberhaut, 
als  auch  die  Lederhaut  beteiligt  ist.  Leder- 
hautpapillen  von  verschiedener  Form  und 
Größe  sind  überkleidet  von  der  Epidermis, 
deren  Hornschicht  meist  lokal  stärker  aus- 
;  gebildet  ist.  So  entstehen  kleine  Hornplatten 
oder  Höcker.  Durch  Vergrößerung  der 
Höcker  kommen  Stacheln  zur  Ausbildung. 
Die  charakteristischsten  Schuppen  zeigen 
Eidechsen  und  Schlangen,  während  bei 
Phrynosoma  unter  Lacertiliern  Stacheln 
bestehen.  Die  Stacheln  können  auch  unter 
\  zackenartiger  Verbreiterung  zu  Kammbil- 
I  düngen  führen  (Iguana).  Große  Platten 
bilden  die  Schuppen  bei  Krokodilen.  In 
der  Lederhaut  sind  Knochenplatten,  diesen 
entsprechend  von  der  Epidermis  Hornplatten 
i  ausgebildet.  Bei  Schildkröten  bestehen 
ebenfalls  mächtige  epidermoidale  Hornplatten . 
■  Die  Knochentafeln,  mit  denen  sie  hier  innig 
verbunden  sind,  zeigen  aber  eine  andere 
Konfiguration  als  die  Hornplatten,  sind  also 
besonderer  Art,  was  zum  Teil  durch  ihre 
Beziehung  zum  Innenskelett  bedingt  ist. 
Diese  Knochenplatten  sind  also  nicht  mit 
denjenigen  der  Krokodile  oder  anderer 
Reptilien  direkt  vergleichbar.  Hornplatten, 
wie  sie  bei  Krokodilen  am  ganzen  Körper 
verbreitet  sind,  findet  man  bei  den  meisten 
Reptilien  am  Kopfe,  ferner  bestehen  Horn- 
schienen  an  der  Bauchfläche  des  Rumpfes 
bei  Schlangen  und  Eidechsen. 

15* 


228 


Hautdecke  der  Tiere 


Außer  den  Ilornschuppon  sind  bei  Reptilien  !  der  Runipfmuskulatur  in  Beziehung  getreten. 
Ha utskelettbildiingen  verschiedener  Art  und  Ferner  bestehen  bei  anderen  Formen  große 
Anordnung    zu    nennen.       Abgesehen    von    den    Knochenplatten,     teils     dorsal,     teils     ventral. 


Knochenschuppen  in  der  Lederhaut  bei  Scin- 
coiden,  Blindschleichen  und  Krokodilen  sind 
zunächst    an    der    Ventralfläche    des 


Kr.-Wi 


KrPl. 


Fig.  24.     Medianer  Längsschnitt  durch    das  Zehenendglied 
eines  Embryo  vom  Krokodil.    Krallenbildimg.   Krpl  Krallen- 
platte, Krs  Krallensohle,  Krw  Krallenwall,  Ah  Ausfüllungs- 
horn. 


Bei  den  fossilen  Formen  (Archegosaurus) 
bestanden  sie  in  großer  Ausbildung  in  der  Brust- 
Rumpfes  '  region  und  schlössen  sich  dem  inneren  Skelett  an. 
Bei  Ascalaboten,  Krokodilen  noch 
am  mäclitigsten  erhalten,  finden 
sie  sich  bei  Lacertiliern  nur  an 
einigen  Stellen,  in  der  Schlaf en- 
und  Supraorbitalgegend.  Bei  fos- 
silen Formen  der  Saurier  stellten 
diese  Hautpanzerplatten  einen 
mächtigen  Apparat  dar,  wie  z.  B. 
bei  Stegosaurus,  wo  die  Stacheln 
und  Platten  einen  gewaltigen 
Rückenkamm  bildeten.  Die  stärkste 
Ausbildung  erfahren  die  Haut- 
skelettbildungen  bei  den  Schild- 
kröten, wo  sie 
Maße  auch  mit 
in  Verbindung 
ganzen    Habitus 


Str^t.  com. 


Porensch  u  ppe ^ 


Fig.  25.  Schenkelporen  der  Eidechse  (Lacerta  agilis).  A  hintere 

Rumpfgegend    des    Männchens    von    der    Bauchseite    mit    den 

Schenkelporen.      B  eine  Schenkelpore    im  Längsschnitt.      Nach 

Maurer  und  Schäfer.     Aus  Bütschli. 


als  Bauchstenmm  und  Bauchrippen  bei  Spheno- ' 
den  und  Krokodilen  bestehende  Knochen- 
spangen zu  erwähnen,  die  letzteren  in  schräger ' 
Aiu)rdnung  jederseits  und  zwar  jede  Bauch- 
rippe aus  einer  größeren  Zahl  kleiner  Spangen, 
oder  nur  aus  zwei  Stücken  zusammengesetzt. 
Sie  sind,    dem   Integument    entstammend,    mit 


in    ausgedehntem 
dem  Innenskelett 
treten    und     den 
des   Körpers    be- 
herrschen.    Bei  Dermocheliden  ist 
der  Hautpanzer  noch  durch  einzelne 
kleine     Knochentäfelchen     zusam- 
mengesetzt,   die  bei  den  Che- 
loniern  und  Emyden  einen  ge- 
schlossenen Rückenschild  (Ca- 
rapax)  und  Bauchschild  (Plas- 
tron) formieren  (Genaueres  s. 
Gegen  baurs      Vergleichende 
Anatomie). 

Die  Terminalorgane 
an  den  Zehen  schließen 
sich  als  Krallenbildungen 
an  die  Befunde  der  Am- 
phibien an.  Unter  inten- 
siverer Verhornnng  hat  sich 
eine  dorsale  Krallenplatte 
und  ventrale  Krallensohle 
gebildet  (Fig.  24).  Die  dor- 
sale Platte  zeigt  ein  festeres 
Gefüge  derHornschüppchen. 
Auch  bildet  sich  in  der  Um- 
gebung der  Kralle  ein  Haut- 
wall, der  den  i)roximalen 
Teil  der  Kjalle  überdeckt. 
Bei  Lacertiliern  vergrößert 
sich  die  Krallenplatte  unter 
seitlicher  Kompression  der 
Kralle  auf  Kosten  der 
Krallensohle.  Dadurch  ent- 
steht eine  ventrahvärts  ge- 
krümmte scharfe  und  wirk- 
same Spitze,  während  bei 
Schildkröten  in  Anpassung 
an  die  Schwimnü'nnktion 
eine  breitere  Ausbildung  der 
Krallen  besteht  (Lit.  7). 
Als  eigenartige  Hautorgane  der  Lacer- 
tilier  sind  die  Sclienkelporen  zu  nennen. 
Sie  wurden  von  Leydig  zuerst  beschrieben 
und  stellen  eine  Reihe  von  Hornzapfen 
längs  der  medialen  ventralen  Kante  des 
Oberschenkels  dar  (Fig.  25A).    Bei  manchen 


Hautdecke  der  Tiere 


229 


Formen  besteht  eine  doppelte  Reihe  dieser 
Organe  (Aleponotus,  Metopoceras).  Sie 
sind  beim  männlichen  Geschlechte  stcärker 
ausgebildet  als  beim  weiblichen  und  erfahren 
zur  Brunstzeit  eine  besondere  Vergrößerung. 
Sie  entstehen  als  zapi'enartige  Einwucherungen 
der  Epidermis  in  die  Lederhaut  und  am 
Grunde  des  Zapfens  entstehen  alveoläre 
Ausbuchtungen.  Die  Epithelzellen  erfahren 
hier  eine  Umbildung,  die  zur  Verhornung 
führt.  Es  treten  zuerst  feine  Körnchen 
(Keratohyalin  ?)  in  den  Zellkörpern  auf. 
Die  verhornten  Zellen  bilden  einen  mächtigen 
konischen  Zapfen,  der  über  die  Oberfläche 
der  Haut  kurz  hervorragt  (Fig.  25  B). 
Für  diesen  Zapfen  bildet  der  in  die  Leder- 
haut eingewachsene  Follikel  das  Keimlager 
(Maurer,  Epidermis).  Mit  Drüsen  hat 
diese  Bildung  nichts  zu  tun,  vielmehr  ist 
ihre  stammesgeschichtliche  Grundlage  in 
Verhornungen  an  der  gleichen  Stelle  der 
Oberschenkel  bei  manchen  Amphibien  zu 
finden  (z.  B.  Diemyctilus  viridescens). 
]\Ian  hat  diese  Organe  als  sekundäre  Sexual- 
charaktere beurteilt. 

Während  die  Schenkelporen  mit  Drüsen 
nichts  zu  tun  haben  und  Drüsen  im  Integu- 
ment  der  Reptilien  fast  ganz  fehlen,  sind  bei 
Krokodilen  und  Schildkröten  doch  Reste 
dieses  Apparates  in  den  sogenannten  Moschus- 
drüsen erhalten.  Bei  Ivrokodilen  sind  es 
ein  paar  Säcke,  zur  Seite  des  Unterkiefers, 
bei  Schildkröten  liegen  sie  an  der  Ver- 
bindungsstelle des  Rücken-  und  Bauch- 
schildes. Ihrem  Bau  nach  sind  es  mit  Schleim- 
haut ausgekleidete  Säcke,  die  mit  engem 
Ausführgang  ausmünden. 

Bei  einigen  afrikanischen  Chamäleoniden 
kommen  in  der  Gegend  der  Achselhöhle 
eigentümliche  Einsenkungen  der  Oberhaut 
vor,  die  mit  Drüsen  verglichen  worden  sind; 
genaueres  über  sie  ist  nicht  bekannt. 

Endlich  sind  im  Integument  der  Reptilien 
Tastorgane  zu  beachten,  die  am  Kopf, 
sowie  auf  den  Schuppen  am  ganzen  Körper 
verbreitet  vorkommen.  Am  Kopfe  der 
Schlangen  sind  grubenförmige  Vertiefungen 
von  Leydig  als  epidermoidale  Sinnesorgane 
beschrieben  worden.  Merkel  hat  sie  als 
Tastorgane  unter  der  Oberhaut  im  Corium  ge- 
schildert (Lit.  19).  Was  zunächst  ihre  Verbrei- 
tung betrifft,  so  findet  man  sie  bei  Schlangen 
am  Kopf  und  bei  manchen  Ophidiern  sind 
sie  auch  auf  den  Körperschuppen  und  zwar 
bald  eines,  bald  zwei  und  mehr  auf  jeder 
Schuppe  in  der  Nähe  von  deren  hinterem 
Rande  angeordnet.  Bei  den  Eidechsen  sind  sie 
meist  auf  den  Kopf  beschränkt,  bei  Hatteria 
und  der  Bliiulschleiche  findet  man  sie  auf 
jeder  Körperschuppe  und  zwar  bei  Hatteria 
zwei  bis  vier  auf  der  oberen  Fläche  am 
Hinterrande  jeder  Schuppe,  bei  x\nguis 
ein  einziges   auf  der  Mitte  jeder  ScTTuppe. 


Bei  Krokodilen  findet  man  bei  den  ameri- 
kanischen Formen  eines  auf  der  Mitte  jeder 
Schuppe,  während  sie  bei  den  afrikanischen 
und  asiatischen  Formen  fehlen.  Was  ihren 
feineren  Bau  betrifft,  so  kann  man  zwei 
Formen  unterscheiden.  Die  eine  Form 
findet  sich  bei  Hatteria  und  Anguis  und 
ist  dadurch  charakterisiert,  daß  die  Sinnes- 
zellen durch  die  basalen  Zellen  der  Epi- 
dermis dargestellt  sind;  diese  senden  feine 
fibrilläre  Fortsätze  in  die  subepidermoidale 
Schicht,  wo  Nerven  zu  ihnen  treten,  die 
Hornsehicht  ist  über  diesen  Zellen  lokal 
verdünnt  und  dadurch  erscheinen  die  Ge- 
bilde makroskopisch  als  kreisrunde  kleine 
helle  Flecke.  Bei  der  zweiten  Form  sind  die 
sensoriellen  Zellen  unter  der  Epidermis, 
in  der  subepidermoidalen  Schicht  ange- 
ordnet, bei  Schlangen  (Coronella)  in  einer 
kleinen  Coriumpapille  unmittelbar  unter 
der  Epidermis,  bei  Krokodilen  als  mehrere 
Zellkomplexe  (Tastkörperchen)  abgerückt  von 
der  Oberhaut  in  einer  breiten  Lederhaut- 
papille  angeordnet.  Das  ganze  Gebilde 
erscheint  auch  hier  makroskopisch  als  hellei 
Fleck.  Zu  solchen  Tastkörperchen  tritt  eine 
oder  mehrere  markhaltige  Nervenfasern.  Ge- 
naueres s.  Merkel  und  Maurer  (Epidemiis). 

4h)  Vögel.  Das  Integument  der  Vögel 
wird  durch  das  Federkleid  beherrscht.  Sehen 
wir  zunächst  von  diesem  ab,  so  erscheint 
am  Körper  eine  sehr  zarte  Epiderniisj  auf 
einem  ebenso  zarten  Corium.  Nur  an  den 
Füßen  ist  das  Integument  unter  der  Aus- 
bildung von  Hornschuppen,  welche  den  Ge- 
bilden der  Reptilien  gleichen,  stärker  ent- 
wickelt. Die  Oberhaut  ist  ein  mehrschich- 
tiges Plattenepithel.  Es  zeigt  eine  basale 
Lage  zylindrischer  Zellen,  darüber  wenige 
Lagen  laibischer  Zellen  und  dann  folgt  ein 
Stratum  corneum,  das  aus  nur  wenigen 
Zellagen  besteht.  Die  Lederhaut  läßt  eine 
aus  lockerem  faserigem  Bindegewebe  be- 
stehende subepidermoidale  Schicht  unter- 
scheiden und  darunter  eine  derbere  lamellös 
gebaute  Schicht,  die  derselben  Hautschicht 
der  niederen  Wirbeltiere  gleicht,  nur  viel 
zarter  ist.  Papillen  fehlen  der  Lederhaut 
zwischen  den  Federn  ganz.  In  der  Lederhaut 
findet  die  Verbreitung  der  Blutgefäße  und 
Nerven  der  Haut  statt.  Unter  der  lamel- 
lösen  Schicht  besteht  ein  Stratum  sub- 
cutaneum  aus  lockerem  faserigen  Binde- 
gewebe mit  Fett2;ellen  (panniculus  adiposus), 
die  besonders  bei  Schwimmvögeln  reichlich 
ausgebildet  sind. 

Eine  besondere  Ausbildung  zeigt  die 
Oberhaut  der  Vögel  am  Schnabel,  wo  das 
Stratum  corneum  die  Schnabelscheide  bildet. 
Bei  Lamellirostres  ist  diese  Scheide  im 
ganzen  weich,  nur  an  der  Spitze  des  Schnabels 
hart  ausgebildet,  während  sie  bei  allen 
übrigen   Formen   in    der   bekannten   harten 


r 


f^y^  C-.  -  - 


230 


Hautdecke  der  Tiere 


Entfaltiuig  gefunden  wird.  Beim  Vogel 
im  Ei  entsteht  eine  nur  kurze  Zeit  vorliandene 
mit  Kalksalzen  imprägnierte  Verdickung  der 
Sclieide  nahe  der  Spitze  des  Oberschnabels. 
Sie  wird  als  Eizahn  bezeichnet  und  dient 
zur  Eröffnung  der  Schale  beim  Ausschlüpfen. 
Ob  dieses  Gebilde  eine  Neuerwerbung  der 
Vögel  oder  ein  Rudiment  von  den  mächtigen 
Nasalhöckern  mancher  Reptilien  darstellt 
(Ceratosaurus  unter  den  Dinosauriern), 
ist  nicht  sicher  (Lit.  7). 

Drüsen  finden  sich  im  Integument  der 
Vögel  ebensowenig  wie  bei  Reptilien.  Die 
Haut  ist  vollkommen  lufttrocken.  Zur  Ein- 
fettung des  Gefieders  ist  nur  ein  paariges 
Drüsenorgan,  die  Bürzeldrüse  (Glandula 
uropygii)  ausgebildet,  an  der  Dorsalfläche 
des  Schwanzes  (Fig.  26).    Sie  liegt  zwischen 


Aufwärtskrümmung  der  Schwanzwirbelsäule, 
wobei  das  Integument  an  der  Dorsalfläche  des 
Schwanzes  sich  in  Falten  legt  (Lit.  4  und  7). 
Von  Terminalorganen  an  den  Zehen 
sind  bei  Vögeln  an  der  zum  Flügel  um- 
gebildeten Vorderextremität  nur  bei  einigen 
Formen  Krallen  an  den  zwei  ersten  Zehen 
erhalten  (einige  Ratiten),  nur  an  der  ersten 
Zehe  auch  bei  einigen  Carinaten  (Alectoriden). 
Diese  weisen  auf  einen  Reptilienzustand 
zurück,  wo  die  Vorderextremität  noch  nicht 
Flugorgan  war.  An  den  Zehen  der  Hinter- 
extremitäten bestehen  plantarwärts  ge- 
krümmte   Krallen   (Fig.    27),   seitlich   kom- 


Musc.  levator; 
coccygis 


€  r  P  e  «^ 

Fig.  26.     Schema  der  Bürzeldrüse  eines  Vogels. 

Ansicht  von  der  Rückenseite.    Nach  Koßmann 

und  Gadow.     Aus  Bütschli. 

den  Spulen  der  Steuerfedern,  über  den 
Scbwanzwirbeln.  Die  Drüse  besteht  aus  jeder- 
seits  einem  großen  rundlichen  Lappen,  die 
beiderseitigen  können  auch  zu  einer  einheit- 
lichen Masse  verbunden  sein.  Jederseits 
führen  ein  oder  bei  Sclnvimmvögeln  mehrere 
(fünf  bis  sechs)  Ausführgänge  zu  einer  auf 
der  Mitte  der  Drüse  gelegenen  Papille,  auf 
der  sie  frei  ausmünden.  Die  Anlage  der 
Drüse  stellt  sich  in  Form  einer  paarigen 
Einsenkung  des  Integumentes  dar,  das 
sackartig  ist;  von  der  Wandung  des  Sackes 
sprossen  dann  viele  Drüsenschläuche  aus. 
Die  Drüsenzellen  sondern  ein  öliges  Sekret 
ab,  mit  welchem  der  Vogel  sein  Gefieder 
einfettet.  Stammesgeschichtlich  ist  dieses 
Organ  nicht  wohl  an  Hautdrüsen  niederer 
Wirbeltiere  anzuschließen,  vielmehr  ist  es 
als  eine  Neuerwerbung  der  Vögel  aufzu- 
fassen, vielleicht  veranlaßt  durch  die  all- 
mähliche Reduktion  des  Schwanzes  uiul  die 


,.    ,        .    I  Fig.  27.     Längsschnitt  durch  ein  Zehenendglied 
M.caudilio-femons    gjj^gg   Huhns  (Gallus    dorn  esticus).     Kralle. 
\  n  Krallenplatte,  s  Krallensohle.     Nach  Gegen- 
baur. 


primiert,  mit  mächtiger  Verhornung  des 
dorsalen  Teiles,  während  der  plantare  Teil 
reduziert  ist.  Bei  manchen  Formen  be- 
stehen plattere  an  Nägel  erinnernde  Formen. 
Sie  schließen  sich  an  Reptilienzustände  an. 

Tast Organe  in  der  Haut  der  Vögel 
sind  auf  die  Gegend  des  Schnabels  und  auf 
die  Mundhöhle  beschränkt.  Sie  finden  sich 
nur  bei  wenigen  Formen,  z.  B.  der  Ente, 
wo  sie  als  kleine  eiförmige  Gebilde,  aus 
wenigen  Zellen  bestehend,  in  dem  sub- 
epidermoidalen  Bindegewebe,  meist  in 
kleinen  Papillen  angeordnet  sind  (Grandry- 
sche  Körperchen).  Die  Tastzellen  liegen 
wie  Geldstücke  in  einer  Geldrolle  überein- 
ander. Sie  haben  einen  feingranulierten 
Plasraakörper  und  in  dessen  Mitte  einen 
rundlichen  Kern.  Zu  diesem  Gebilde  treten 
eine  oder  mehrere  markhaltige  Nervenfasern, 
deren  Achsenzylinder  sich  endbäumchen- 
artig  in  der  Umgebung  und  zwischen  den 
Zellen  aufzweigt. 

Die  Federn  zeigen  in  ihrer  ersten  Anlage 
völlige  Uebereinstimmung  mit  der  Anlage 
der  Reptilienschuppen.  Eine  Lederhant- 
papille  wird  von  ektodermalem  Epithel 
überkleidet.  Daraus  entsteht  aber  nicht 
sofort  die  Feder,  sondern  zuerst  ein  Jugend- 
zustand der  Feder,  die  Dune,  die  nur  vorüber- 
gehende Bedeutung  hat  und  in  ihrem  Bau 
Besonderheiten  zeigt,  die  sie  als  durchaus 
eigenartiges  Gebilde  erscheinen  läßt.  Da  vi  es, 
der  die  Entwickelung  der  Federn  am  ein- 
gehendsten studiert  hat,  unterscheidet  in  ihrer 
Entwickelung  sechs  Stadien  (Fig.  28  1  und  2), 
(Lit.  5).  Li  den  vier  ersten  Stadien  stimmt 
sie  völlig  mit  der  Reptilienschuppe, überein; 
im  fünften  Stadium  sinkt  die  Papille  mit 
der  schuppenartigen  Epidermisüberkleidung 


Hautdecke  der  Tiere 


231 


in  die  Tiefe  der  Lederhaut  und  im  sechsten  j  und  Schaft  besitzen.  Die  Federn  sind  am 
Stadium  zerteilt  sich  der  Hornüberzug  in :  Rumpfe  in  Fhiren  (Pterylae)  angeordnet, 
einzelne  Hornfäden,  welche  die  radiär  ge- '  paarig  an  der  Rücken-  wie  an  der  Bauch- 
baute Dune  darstellen  (Fig.   28  3).       Sehr  fläche.     Mit  den  Federn  stehen  Hilfsorgane 


Fig.  28.  Schemata  zur 
Entwickelung  der  Feder. 
1  Erste  Anlage.  2  Begin- 
nende Einsenkung  des 
Follikels.  Bildung  der 
Pulpaleiste.  3  Erstlings- 
dune im  Follikel.  4  Kontur- 
feder in  ihrem  Follikel, 
von  der  Federscheide  um- 
schlossen. 4a  und  b  Quer- 
schnitte in  der  Höhe  a  und 
b  der  Figur  4.  Nach 
Davies.      Aus  Bütschli. 


rasch  nach  der  Erstlingsdune  bildet  sich  die 
bleibende  Feder  auf  der  gleichen  Papille 
und  diese  Feder  hat  wieder  einen  Bau,  der 
im  Grundplan  auf  eine  mächtig  entfaltete 
Hornschuppe  zu  beziehen  ist  (Fig.  28  4). 
Man  unterscheidet  an  ihr  die  basale  Spule, 
an  die  sich  der  Schaft  mit  der  Fahne  an- 
schließt. Histologisch  besteht  die  Feder  aus 
lauter  Hornschüppchen  und  Hornfasern,  deren 
jede  eine  verhornte  Epidermiszelle  darstellt. 
Diese  sind  aufs  innigste  miteinander  ver- 
bunden. Die  so  sehr  mannigfaltige  Färbung 
der  Feder  ist  zum  Teil  durch  Pigment- 
körnchen in  den  verhornten  Zellen  veranlaßt, 
zum  Teil  handelt  es  sich  um  Interferenz- 
erscheinung. Der  in  der  Mauser  stattfindende 
regelmäßige  Federwechsel  spielt  sich  ana- 
tomisch so  ab,  daß  die  ganze  Feder,  Spule 
mit  Schaft  abfällt  und  auf  der  alten  Papille 
eine  neue  Hornfeder  vom  gleichen  Bau 
wie  die  erste  Feder  zur  Ausbildung  kommt. 
Die  Papille  hat  demnach  eine  große  Bedeu- 
tung. Ihrem  Bau  nach  besteht  sie  aus  einer, 
Grundlage  von  fibrillärem  Bindegewebe, 
und  in  diesem  ist  ein  kompliziertes  Blut- 
kapillarnetz, sowie  sehr  reichliche  mark- 
haltige  Nervenfasern  enthalten.  Man  unter- 
scheidet ihrer  Form  nach  verschiedene 
Federn,  als  Schwungfedern  an  den  Flügeln, 
Deck-  und  Konturfedern,  sowie  Steuer- 
federn des  Schwanzes,  Flaumfedern  am 
Rumpfe.  Bei  manchen  Formen  (Wasser- 
vögeln und  Nachtraubvögeln)  kommen  auch 
Dunen  vor,  die  sich  aber  von  der  Erstlings- 
dune dadurch  unterscheiden,  daß  sie  Spule 


in  Verbindung,  darunter  besonders  glatte 
Muskelzellen,  die  in  starken  Bündeln  von  der 
Oberhaut  abwärts  zur  Federscheide  ziehen 
und  die  Sträubung  des  Gefieders  veranlassen 
(Lit.  5,  7  und  16).  Die  Sonderung  des  Ge- 
fieders in  stärkere  und  schwächere  Federn 
besteht  nicht  von  vornherein.  Vielmehr  be- 
steht eine  gleichmäßige  ununterbrochene  Be- 
fiederung nicht  nur  im  Erstlingsdunenkleid, 
sondern  auch  dauernd  im  Gefieder  der 
Kasuare. 

Von  Besonderheiten  der  Federn  ist  noch 
angegeben,  daß  bei  manchen  Vögeln  (Tauben) 
Federn  auf  den  Schuppen  der  Füße  vorkommen, 
wobei  in  manchen  Fällen  eine  Gruppe  von  zwei 
oder  ch'ei  Federn  auf  einer  Schuppe  stehen. 
Ferner  entstehen  bei  D  r  o  m  a  e  u  s  an  manchen 
Stellen  zwei  Federn  auf  einer  Papille.  Endlich 
sind  auch  in  einzelnen  Fällen  Andeutungen  von 
Talgdrüsen  an  FederfoUikeln  erkannt  worden 
(de  Meijere). 

4i)  Säugetiere.  Für  das  Integument  der 
Säugetiere  ist  das  Haarkleid,  charakteri- 
stisch. Es  ist  außerdem  ganz  besonders 
durch  seinen  großen  Drüsenreichtum  vom 
Integument  der  Sauropsiden  unterschieden. 
Ferner  ist  das  Integument  der  Säugetiere 
durch  Einrichtungen,  welche  der  Pflege  und 
Ernährung  der  Jungen  dienen,  vom  Integu- 
ment aller  übrigen  Wirbeltiere  ausgezeichnet. 
Hierzu  gehören  die  Mammartaschen  und  der 
Beutel  zur  Aufnahme  und  Bergung  der 
Jungen  bei  Monotremen  und  Marsupialiern, 
sowie  der  Apparat  der  Milchdrüsen  bei  allen 
Säugetieren.  Auch  die  Terminalorgane 
der  Zehen  zeigen  bei  keiner  anderen  Wirbel- 


232 


Hautdecke  der  Tiere 


tierklasse  so  mannigfaltige  Ausbildung  wie  bei 
Säugetieren  (Krallen,  Klauen,  Hufe,  Nägel). 
Endlich  sind  die  Hörn-  und  (ieweihbildnngen 
auf  dem  Kopfe  durchaus  eigenartig.  Wir 
unterscheiden  am  liitegumont  auch  hier 
wiederum  die  ei)itlicliale  über  haut  oder 
Epidermis  und  die  bindegewebige  Leder- 
haut oder  das  Cor i um  (Cutis). 

Die  Epidermis  besteht  allgemein  aus 
mehrschichtigem  Plattenej)ithel,  an  welchem 
die  Elemente  der  oberflächlichen  Lagen 
durch  Verhornung  abgestorben  sind  (Fig.  29). 


Teil  des  Stratum 
eorneum 


Stratum  luciiUim 


Stratum     granu- 
losum 


Stratum  ger- 
minativum 


Teil  des  Stratum 
papilläre  corii 


%> 


i^' 


Fig.  29.     Senkrechter  Schnitt  durch  das  Ober- 
hautepithel der  Fußsohle  des  ]\lenschen.     Nach 
Stöhr. 


Man  unterscheidet  die  tiefe  aus  lebenden 
Zellen  bestehende  Schicht  als  Malpighische 
Schleimschicht  (Stratum  Malpighi),  die  ober- 
flächliche Schicht  als  Hornschicht  (Stratum 
eorneum).  Zwischen  beiden  finden  sich  noch 
zwei  Schichten,  in  welchen  sich  der  Ver- 
hornungsprozeß  abspielt.  Das  Stratum  Mal- 
pighi besteht  aus  einer  basalen  einfachen  Lage 
Zylinderzellen,  über  welchen  mehrere  Lagen 
rundlicher  Zellen  folgen.  Zwischen  allen 
diesen  Elementen  besteht  eine  Interzellular- 
struktur: feine  Spalträume  mit  Gewebssaft 
erfüllt  und  durcli  feine  Verbindungsfäden 
der  benachbarten  Zellen  durchsetzt.  In 
diesen  interzellulären  Spalträumen  findet 
auch  die  Aufzweigung  der  Endbäumchen 
sensibler  Nervenfasern  statt.  Nach  der 
Oberfläche  zu  gehen  die  Zellen  des  Stratum 
Malpighi  in  leicht  abge|)lattetc  Zellen  über, 
die  in  ihren  Plasmakörpern  feine  Körner  ent- 
halten. Diese,  als  Keratohyalin  bezeichnet, 
sind  die  Vorläufer  der  Hornsubstanz.  Ob 
sie  bloß  vom  Plasma  der  Zellen  gebildet 
werden  oder  ob  auch  der  Zellkern  bei  ihrer 
Bildung  eine   Kolle  spielt,   ist  nicht  sicher 


nachgewiesen.  Diese  Schicht,  meist  aus  einer, 
zuweilen  aus  zwei  bis  drei  Zellenlagen  be- 
stehend, ist  als  Stratum  granulosum 
der  Oberhaut  bezeichnet  worden.  Aufsiefolgt 
nach  der  Oberfläciie  zu  eine  einfache  Lage 
von  i)latten  Zellen,  in  welchen  der  Ver- 
hornuiigsprozeß  gerade  abgelaufen  ist.  Die 
Zellen  bilden  hier  feine  hell  glänzende 
Hornschüppchen,  in  welchen  der  Kern  in 
der  Regel  auch  schon  geschwunden  ist. 
Diese  Schicht  bildet  das  Stratum  luci- 
dum. Darauf  folgt  unmittelbar  das 
oberflächliche  Stratum  eorneum.  Dieses 
besteht  aus  zahlreichen  feinen  platten  Horn- 
schüppchen, deren  jedes  einer  in  Horn- 
substanz umgewandelten  Epithelzelle  ent- 
spricht. Sie  sind  fest  miteinander  verbunden, 
die  Interzellularstruktur  ist  im  Verhornungs- 
prozeß  geschwunden.  Die  Epidermis  ist 
von  sehr  verschiedener  Dicke.  Am  mäch- 
tigsten ist  sie  an  den  Tastballen,  also  den 
Sohlenflächen  der  Zehen,  wo  man  infolge 
I  der  reichlichen  Abnutzung  alle  die  ge- 
nannten Schichten  wohl  jederzeit  nachweisen 
kann.  Im  übrigen  ist  die  Epidermis  an  der 
Rückenfläche  des  Rumpfes,  sowie  an  den 
Streckflächen  der  Extremitäten  stärker  aus- 
gebildet, als  an  der  Bauchfläche  des  Rumpfes 
und  an  den  Beugeflädien  der  Extremitäten. 
An  allen  diesen,  bei  Säugetieren  meist  be- 
haarten Stellen  ist  die  Epidermis  im  all- 
gemeinen recht  arm  an  Zellenlagen  und  das 
Stratum  lucidum  und  granulosum  sind  nicht 
immer  nachweisbar,  vielmehr  schließt  sich 
das  Stratum  eorneum  unmittelbar  an  das 
Stratum  ]\Ialpighi  an,  woraus  zu  schließen 
ist,  daß  der  Verhornungsprozeß  niclit  immer 
gleichmäßig  verläuft,  sondern  zuweilen 
sistiert,  um  dann  wieder  einzusetzen.  Die 
Oberfläche  der  Epidermis  ist  in  der  Regel 
glatt,  auch  wenn  die  unterliegende  Lederhaut 
sich  in  Form  von  Papillen  gegen  ihre  Basis 
erhebt.  Nur  an  den  Tastballen  der  Sohlen- 
flächen der  Zehen  erhebt  sich  die  Oberhaut 
in  Form  charakteristischer  Leistchen.  Auch 
an  der  Schnauze  vieler  Säugetiere  bestehen 
häufig  Erhebungen  der  Oberhaut.  -Der  Bau 
der  Oberhaut  des  Menschen  stimmt  genau 
mit  den  oben  geschilderten  Verhältnissen 
überein,  auch  in  bezug  auf  ihre  Mächtigkeit 
an  den  einzelnen  Teilen  des  Körpers.  Zu 
erwähnen  ist  noch,  daß'  die  Oberhaut  zu- 
weilen Sitz  von  Pigment  ist.  Bei  Säugetieren 
findet  man  besonders  an  den  unbehaarten 
Stellen  der  Schnauze  Pigment  in  Form 
schwarzer  oder  brauner  Körnehen  in  den 
Plasmakörpern  der  Zellen  des  Stratum 
Malpighi,  zuweilen  auch  spärlich  in  den 
Schüppchen  des  Stratum  eorneum.  Auch  bei 
den  farbigen  Menschenrassen  ist  die  Ober- 
haut und  zwar  das  Stratum  Malpighi  der 
Sitz  des  Farbstoffs,  der  sich  in  Körnchenform 
in  den   Zcllkörpern,   nicht  im   Kern  findet. 


Hautdecke  der  Tiere 


233 


f  Auch  bei  den  weißen  Rassen  findet  sieh  ein 
Rest  des  Hantpigments  in  den  Zellen  der 
basalen  Lage  des  Stratum  Malpighi  an  ein- 
zelnen Körperstellen:  am  Scrotum,  in  der 
Achselhöhle,  an  der  Brustwarze  und  in  der 
Gegend  um  den  After. 

Die  Led erbaut,  das  Corium,  besteht 
durchweg  aus  lockerem  faserigem  Binde- 
gewebe und  läßt  drei  Schichten  unterscheiden 
(Fig.  30).    Direkt  unter  der  Oberhaut  findet 

1         •  .    .--  -ii-.il«'-; 


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Fig.  30.  Sfiikifchti'i-  Scluiitt  duirli  die  Haut 
eines  Menschen  ( KnUsohle).  E  Oberhaut,  C 
Lederhaut,  m  ]\[alpighische  Schicht,  g  Stratum 
granulosum,!  Stratum  luci  dum,  c  Stratum  corneura. 
Y  Blutgefäß,  pa  Fettzellen.  S Schweißdrüsen. 
Nach  Stöhr. 


sich  das  Stratum  papilläre,  so  genannt, 
weil  es  sich  in  Form  von  kleinen  konischen 
oder  fingerförmigen  Papillen  gegen  die 
Basis  der  Epidermis  erhebt.  Es  besteht 
aus  sehr  zartem  Bindegewebe,  das  reich  an 
Saftspalten  ist.  In  dieser  Schicht  findet 
die  Auflösung  der  Blutgefäße  der  Haut 
in  ihr  Kapillarnetz  statt.  In  vielen,  ja  den 
meisten  Papillen  findet  man  feine  Kapillar- 
schlingen, woraus  die  Bedeutung  dieser 
Papillen  als  ernährende  Einrichtungen  für 
die  Oberhaut  erhellt.  In  anderen  Papillen, 
besonders  an  den  Tastballen  der  Sohlen 
und  Zehen,  findet  man  Tastkörperchen,  zu 
welchen    markhaltige    Nervenfasern    treten, 


solche  Papillen  hat  man  als  Papulae  tactus 
bezeichnet.  Unter  dem  zarten  Stratum 
papilläre  folgt  die  eigentliche  derbe  Leder- 
haut, das  Stratum  reticulare,  das  nicht 
lamellöse  Struktur  zeigt,  sondern  aus 
unregelmäßig  sich  durchflechtenden  Fi- 
brillenbündeln  besteht.  Hier  sind  die 
Fibrillenbündel  dicker  und  inniger  durch- 
filzt, so  daß  die  Saftspalten  auf  ein  Mini- 
mum reduziert  sind.  Das  Stratum  reti- 
culare ist  ebenfalls  an  der  Rückenfläche 
des  Rumpfes  stärker  als  an  der  Bauchfläche 
ausgebildet  und  an  den  Streckseiten  der 
Extremitäten  stärker  als  an  den  Beuge- 
flächen. An  den  Stellen  stärkerer  Ent- 
wickelung  sind  nicht  mehr  Fibrillenbündel 
nachweisbar,  sondern  die  einzelnen  Bündel 
sind  von  größerer  Dicke.  Diese  Schicht  ist  es, 
aus  welcher  das  Leder  gewonnen  wird.  Unter 
dieser  Schicht  folgt  das  Stratum  subcutaneum, 
das  Unterhautbindegewebe,  dessen  Grund- 
lage wiederum  lockeres  faseriges  Binde- 
gewebe darstellt,  aus  zarten,  lose  durch- 
flochten en  Bündeln  bestehend  mit  weiten 
Saftspalten.  Hier  findet  die  gröbere  Auf- 
zweigung der  Hautgefäße  und  der  sensiblen 
Nerven  der  Haut  statt.  Besonders  ausge- 
zeichnet ist  diese  Schicht  durch  die  Ein- 
lagerung von  traubigen  Gruppen  von  Fett- 
zellen. Diese  bilden  das  Fettpolster  der  Haut, 
den  Panniculus  adiposus,  der  nur  selten 
fehlt.  Einige  Stellen  entbehren  seiner  stets: 
das  Scrotum  und  die  Brustwarzen,  auch 
die  Augenlider,  die  Ohrmuschel.  Elastische 
Fasern  kommen  in  allen  Schichten  der  Leder- 
haut bei  Säugetieren  vor,  in  Form  feiner  viel- 
fach geteilter,  oft  ein  weitmaschiges  Netzwerk 
bildender  Fasern  (Kernfasern  der  Haut  des 
Menschen).  Glatte  Muskelzellen  sind  eben- 
falls in  der  Lederhaut  erstens  in  Verbindung 
mit  tubulösen  Hautdrüsen  verbreitet,  deren 
Schläuchen  sie  als  einfacher  Belag  ange- 
schlossen sind,  ferner  treten  sie  in  Form 
geschlossener  Bündel  mit  den  Haarbälgen 
in  Beziehung  (Arrectores  pilorum),  endlich 
sind  sie  in  Form  sich  reichlich  durchflech- 
tender Bündel  in  der  Lederhaut  des  Scrotums 
(hier  bilden  sie  die  Fleischhaut  des  Hodens, 
Tunica  dartos),  sowie  der  Brustwarzen  aus- 
gebildet. Quergestreifte  Muskeln  bilden 
durch  ihr  sekundäres  Einwandern  in  das 
Unterhautbindegewebe  bei  vielen  Säuge- 
tieren einen  Panniculus  carnosus.  Hierbei 
handelt  es  sich  meist  um  Bestandteile  des 
großen  Brust-  oder  breiten  Rückenmuskels, 
die  sich  mit  ihrem  Ursprung  in  die  Hjiut 
ausgebreitet  haben,  es  sind  also  keine 
Urbestandteile  des  Integumentes.  Ebenso 
sind  die  mimischen  Muskeln  des  Gesichts 
als  sekundär  zum  Integument  in  Beziehung 
getretene  Skelettmuskeln  zu  beurteilen  (s.den 
Ai-tikel  ,.Muskulatur").  d 

Besondere  Ausbilduns;  erfährt  die  Leiier- 


234 


Hautdecke  der  Tiere 


^  ^^  haut  bei  Perissodactj'len,  indem  hier  das 
■^  Stratum  reticulare  sehnig  umgebildet  ist.    Es 

'  besteht  aus  straffem  faserigen  Bindegewebe 

n^  mit  weißem  Athisglanz  und  zeigt  einen  den 
K  Muskelsehnen  luihestelienden  mikrosko- 
pischen Bau.  Bei  Cetaceen  (den  im  Wasser 
lebenden  Säugern)  ist  die  ganze  Lederhaut 
so  von  Fettgewebe  durchsetzt,  daß  das  Stra- 
tum reticulare  ganz  darin  untergegangen  ist, 
über  der  Fettschicht  findet  sich  nur  ein  mehr 
oder  weniger  starkes  Stratum  papilläre. 

Während  das  Integument  der  Säugetiere 
im  allgemeinen  glatt  ist  und  nur  kleine  Leder- 
hautpapillen  des  Stratum  papilläre  bestehen, 
sind  die  Papillen  bei  Säugetieren,  deren 
Haarkleid  im  Schwinden  begriffen  ist,  z.  B. 
bei  Dickhäutern  sehr  groß  geworden  und 
lassen  die  Haut  borkig  erscheinen.  Daran 
nimmt  auch  die  Oberhaut  teil.  In  den 
Papillen  sind  hier  mächtige  Blutkapillarnetze 
ausgebildet. 

Hautdrüsen  kommen  den  Säugetieren 
in  zwei  Hauptformen  zu:  1.  als  tubulöse, 
2.  als  alveoläre  Drüsen.  1.  Die  t  u  b  u  1  ö  s  e  n 
Drüsen  sind  die  stammesgeschichtlich 
älteren.  Beim  Menschen  bilden  sie  die 
Schweißdrüsen  (Fig.  30),  die  noch  in  verschie- 
denen Modifikationen,  als  Ohrschmalzdrüsen, 
Moll  sehe  Drüsen  der  Augenlider,  Circumjanal- 
drüsen  vorkommen  und  besonders  als  Milch- 
drüsen große  Bedeutung  besitzen.  Es  sind 
schlauchförmige,  in  die  Lederhaut  ein- 
gesenkte Drüsen,  die  bei  stärkerem  Längen- 
wachstum zuerst  sich  korkzieherartig  win- 
den, dann  sich  in  der  Tiefe  aufknäueln 
können  (Knäueldrüsen).  Der  aus  dem  ge- 
wundenen Schlauch  gebildete  Knäuel  wird 
als  Glomus  bezeichnet.  Der  Ausführgang 
windet  sich  korkzieherartig  durch  die  Epi- 
dermis, die  Litercellularlücken  in  Anspruch 
nehmend  (Fig.  30).  Die  Wand  des  Schlauchs 
besteht  aus  den  kubischen  sezernierenden 
Drüsenzellen,  die  in  einem  feinkörnig  struk- 
turierten Plasmakörper  einen  kugeligen  Kern 
in  basaler  Anordnung  besitzen.  Diese 
Zellen  begrenzen  unmittelbar  das  Lumen  der 
Schläuche.  An  ihrer  Basis  findet  sich  ein 
einfacher  Belag  von  längsverlaufenden  glatten 
"S^  Muskelzellen  in  geschlossener  Lage,  ebenso 
^  wie  es  sich  bei  den  Hautdrüsen  der  Amphi- 
\i>H  bienjand.   Von  diesen  hat  man  die  tubul-ösen 

00  Drüsen  der  Säugetiere  auch  abzuleiten, 
si^         Ihr  Sekret  ist  ein  verschiedenes.  Bei  manchen 

Säugern   (Pferd)   ist   es   ebenso   dünnflüssig 

wie  beim  Menschen,  wo  diese  Drüsen  den 

Schweiß  absondern.      Bei  anderen  Formen 

i^\^  (Carnivoren,  Tylopoden)  ist  das  Sekret  ölig,  ^ 

j^^       d.  h.  fettreich.     Bei  letzteren  Formen  sind 

1  die  Drüsen  nicht  knäuelförniig,  sondern 
6>  .  kürzer,  korkzieherartig  gewunden.  Solche 
^-i    I    Tiere  schwitzen  nicht,  obgleich  sie  ebenso- 

1    viele    Schweißdrüsen    in     der    Haut    haben  | 
wie  der  Mensch.     Das  bekannteste  Beispiel 


dafür  ist  der  Hund.  Die  Schweißdrüsen- 
zellen können  wiederholt  ihr  Sekret  ausbilden 
und  abgeben,  es  ist  der  Sekretionsprozeß  nicht 
mit  einer  Auflösung  der  Zellen  verknüpft. 
Bei  den  meisten  Säugetieren  finden  sie  sich 
über  den  ganzen  Körper  verbreitet,  bei 
manchen  fehlen  sie  an  der  gaijzen  behaarten 
Haut,  sind  dagegen  an  den  haarlosen  Sohlen- 
flächen erhalten  (Muriden).  Ganz  fehlen  sie 
bei  den  Cetaceen,  ebenso  beim  Maulwurf. 
Bei  der  Spitzmaus  besteht  eine  Reihe  großer 
Schweißdrüsen  an  der  Seite  des  Körpers. 
In  eigenartiger  Lokalisation  findet  man  modi- 
fizierte Schweißdrüsen  am  Schwänze  des 
Hirsches  und  an  der  Handwurzel  des  Schwei- 
nes. An  Handteller  und  Fußsohle  sind  sie 
auch  beim  Menschen  in  größter  Zahl,  aber 
kleinster  Ausbildung  der  Einzeldrüsen  ent- 
wickelt, während  sie  in  der  Achselhöhle  in 
geringer  Zahl,  aber  unter  mächtiger  Ent- 
faltung der  Einzeldrüsen,  die  ihren  Drüsen- 
schlauch sich  mehrfach  verästeln  lassen, 
ausgebildet  sind  (Lit.  7,  16). 

2.  Die  alveolären  Drüsen  (Talgdrüsen) 
sind  als  Hilfsorgane  der  Haare  Neubildungen 
der  Säugetiere,  sie  schließen  sich  nicht  an 
Hautdrüsen  niederer  Wirbeltiere  an  (Fig.  34A). 
Es  sind  Ausbuchtungen  der  Epidermis  im 
Bereiche  der  Haarwurzelscheide,  nahe  deren 
Mündung  auf  die  freie  Oberfläche.  Die 
Drüsenalveolen  sind  mit  den  sekretbildenden 
Zellen  erfüllt:  es  sind  große  polyedrische 
Elemente,  deren  Plasmakörper  dicht  mit 
feinen  Talgtröpfchen  erfüllt  ist.  Der  kugelige, 
nicht  sehr  große  Kern  liegt  zentral  in  der 
Zelle.  Bei  der  Abgabe  des  Sekretes  löst  sich 
die  Talgdrüsenzelle  auf.  Eine  solche  Zelle 
kann  also  nur  ein  einziges  Mal  ihr  Sekret 
ausbilden.  An  der  Basis  des  Alveolus  liegt 
eine  einfache  Lage  kleiner  rundlicher  Zellen, 
welche  das  Ersatzmaterial  für  die  Talgzellen 
sind.  Das  Sekret  dient  zur  Einfettung  des 
Haarschaftes.  Die  Zahl  und  Stärke  der  Talg- 
drüsen an  einem  Haarbalg  ist  verschieden, 
1  bis  6  sind  beobachtet.  Bei  Bradypus, 
den  Faultieren,  fehlen  sie  ganz.  An  manchen 
Körperstellen  sind  Talgdrüsen,  wie  an  der 
Haut  der  Nase  des  Menschen  scheinbar  ohne 
Beziehung  zu  Haarbälgen.  Es  ist  anzunehmen, 
daß  hier  der  Haarbalg  eine  Rückbildung 
erfuhr. 

Bei  vielen  Säugetieren  kommen  an  ver- 
schiedenen Stellen  des  Körpers  Drüsen  zur 
Ausbildung,  die  teils  als  Modifikationen  der 
tubulösen,  teils  als  solche  der  alveolären 
Drüsen  beurteilt  werden.  Bei  manchen  hat 
man  auch  ihre  Herkunft  von  beiden  Drüsen 
erkannt.  Modifizierte  Schweißdrüsen  finden 
sich  seitlich  am  Kopfe  der  Fledermäuse. 
Am  Sporn  der  hinteren  Extremität  des 
Schnabeltieres  kommt  eine  umgebildete 
Schweißdrüse  vor,  die  ein  giftiges  Sekret 
liefert  (Riechstoffe).    Die  Klauendrüse  vieler 


Hautdecke  der  Tiere 


235 


Wiederkäuer,  die  ebeufalls  Riechstoffe  au  die 
Fährte  abgibt,  scheiut  aus  beiden  Drüsen- 
arten und  dazwischengelegenem  Integument 
hervorzugehen.  Die  Schläfendrüse  des 
Elefanten,  ebenso  die  Wangendrüse  des 
Murmeltieres,  sowie  Drüsenschläuche  an  der 
Fußwurzel  von  Rhinozeros  sind  hinsichtlich 
ihrer  Stammesgeschichte  noch  nicht  auf- 
geklärt. Die  Violdrüse  an  der  Schwanz- 
wurzel von  Wolf  und  Fuchs,  die  Brunstdrüse 
am  Kopf  der  Antilopen,  sowie  die  Thyson- 
schen  Drüsen  am  Präputium  des  Penis  werden 
den  Talgdrüsen  zugerechnet.  Dies  sind  nur 
einige  Beispiele  der  mannigfaltigen  Haut- 
drüsen. Genaueres  bei  L  e  y  d  i  g  ,  Owen 
und  Gegenbaur. 

Eine  besondere  Stellung  nehmen  die  ]\Iara- 
marorgane  mit  den  Milchdrüsen  ein  (Lit.  2 
und  6).  Ihre  erste  Bildungsstätte  ist  die  Ventral- 
fläche des  Abdomens,  wo  die  ]\Iammartasche 
sich  anlegt  als  paariges  Hautfeld,  in  dessen 
Bereich  die  Behaarung  spärlich,  Gruppen  von 
Schweißdrüsen  aber  zu  Milchdrüsen  sich  aus- 
bilden. Bei  Beuteltieren  kommt  neben  der 
Älammartasche  ein  Beutel  als  Hautfalte,  das 
Marsupium,  zur  Ausbildung,  in  dessen  Grunde 
che  Drüsengruppen  auf  Zitzen  ausmündend 
liegen.  Die  Zahl  dieser  Zitzen  schwankt  zwischen 
zwei  und  acht;  sie  sind  bald  paarig,  in  Pieihen, 
bald  in  Form  eines  Ringes  angeordnet, 
auch  median  gelegene  Zitzen  kommen  vor. 
Bei  manchen  höheren  Formen  ( T  a  1  p  a , 
Lepus,  Sus)  findet  die  Anlage  des  JMammar- 
apparates  in  Form  einer  paarigen  Leiste,  der 
Milchleiste,  statt,  in  der  man  den  Rest  einer 
Marsupialbildung  erkannt  hat.  Sie  ist  an  der 
Seite  des  Bauchs  in  weiter  Ausdehnung  nach  vorn 
angeordnet  und  auf  ilir  bilden  sich  die  einzelnen 
Zitzen  aus,  wonach  die  dazwischenliegenden  Teile 
der  Leiste  sich  rückbilden.  Die  Ausbildung  der 
Zitzen  bei  höheren  Formen  stellt  sich  ver- 
schieden dar.  Bei  Nagern  bildet  sich  am  Grunde 
der  Einsenl-.ung  des  Drüsenfeldes  die  Grujjpe 
der  ]\[ilchdrüsen  aus.  Bei  der  Laktation  stülpt ' 
sich  aber  der  Grund  der  Tasche  nach  außen 
vor  und  die  ]\Iündungen  der  Drüsen  liegen  auf 
der  Spitze  der  Zitze.  Anders  bei  Wiederkäuern 
und  Ungulaten.  Bei  diesen  senkt  sich  das  Drüsen- 
feld dauernd  in  die  Tiefe  und  die  Mammartasche 
wird  zur  langen  Zitze  ausgezogen,  deren  Lumen 
der  Strichkanal  ist.  Am  (hunde  dieses  finden 
sich  die  ^Mündungen  der  [Milchdrüsen. 

Bei  Halbaffen,  Affen  und  ^Menschen  legt  sich 
die  ]\fammartasche  flacher  an  und  ihre  Mitte 
trägt  die  Drüsenmündungen,  die  auf  einer 
leicht  prominenten  Papille  münden.  Der  peri- 
phere Teil  der  Mammartasche  wird  zum  Warzen- 
hof. Bei  Raubtieren  erhebt  sich  die  ganze 
Älammartasche  zu  einer  prominenten  Zitze, 
auf  deren  Spitze  die  Drüsen  münden. 

Sehr  verschieden  ist  die  Zahl  und  Anordnung 
der  Zitzen.  Bald  bestehen  sie  in  paariger  Reihe 
längs  der  ventralen  Bauchfläche  bis  zur  Brust- 
region, bald  nur  in  der  Weichengegend,  bald 
nur  an  der  Brust,  bald  an  Brust  und  Weichen- 
gegend weit  auseinander  (beim  Schwein  acht  bis 
zehn,  beim  Hund  acht;  bei  der  Wasserratte  zwei 
in   der  Brust-  und    zwei    in    der  Leistengegend 


durch  einen  Zwischenraum  voneinander  ge- 
trennt; bei  Wiederkäuern  und  Walfischen  vier 
in  der  Weichengegend,  beim  Elefanten  und  den 
Sirenen  an  der  Brust). 

Auch  die  Zahl  der  in  den  einzelnen  Zitzen 
mündenden  Drüsen  ist  sehr  verschieden.  So  bei 
der  Maus  nur  eine,  beim  Schwein  zwei  bis  drei, 
bei  Affen  und  Menschen  10  bis  15  (s.  Gegen  b  a  n  r , 
Vergleichende  Anatomie).  Ueberzähhge  :\lilchdrü- 
sen  sind  beim  IMenschen  nicht  selten.  Sie  bilden 
den  Zustand  der  Hypermastie  und  können  von  der 
Achselhöhle  bis  zur  Leistengegend  vorkommen, 
bald  einseitig,  bald  paarig,  häufig  asymmetrisch. 

Die  Terminalorgane  an  den  Zehen 
treten  bei  Säugetieren  in  verschiedenen 
Formen  auf.  Am  verbreitetsten  ist  die  Kj-alle, 
im  Anschluß  an  niedere  Wirbeltiere  (Fig.  31). 
Die  dorsale  Krallenplatte  ist  mächtiger  als 
die  ventrale,  die  von  jener  umfaßt  wird. 
Die  Kralle  erscheint  dabei  yolar\värt_s  ge-j 
krümmt.  Die  Grundlage  der  Kralle  bildet 
die  knöcherne  Endphalange  der  Zehe,  die 
aber  gegen  die  Hornkralle  in  den  Hinter- 
grund tritt.  Als  KJrallenbett  bezeichnet  man 
den  Teil  der  Oberhaut  mit  den  unterliegenden, 
mächtige  Gefäßschlingen  enthaltenden  Leder- 
hautpapillen,  von  welchem  die  Bildung  der 
Hornkralle  ausgeht.  Diese  entsteht  durch 
starke  Vermehrung  und  intensive  Verhor- 
nung der  Epidermiszellen,  so  daß  auf  dem 
Stratum  Malpighi  die  Hornkralle  als  mäch- 
tiges Stratum  corneum  ausgebildet  ist.  Das 
Krallenbett  ist  in  verschiedenem  Maße  in 
die  Tiefe  der  Lederhaut  eingesenkt  und  es 
entsteht  ein  Krallenwall  und  ein  Krallen- 
falz,  da  die  benachbarte  Haut  die  Krallen- 


Fig.  31. 


Fig.  32. 


Fig.  31.  Längsschnitt  durch  das  Endglied  einer 
Zehe  vom  Hund  (C  a  n  i  s  f  a  m  i  1  i  a  r  i  s).  n  Nagel- 
platte, s  Nagelsohle,  b  SohlenbaUen.     2,  3  2.  u. 

3.  Zehenglied.     Nach  Gegenbaur. 
Fig.  32.    Längsschnitt  durch  die  Zehe  von  Affen. 
A  C  e  r  c  0  p  i  t  h  e  c  u  s ,    B   M  a  c  a  c  u  s.     n  Nagel- 
platte, s  Nagelsolüe,  b  SohlenbaUen. 
Nach  Gegenbaur. 


Wurzel  bedeckt.  Wie  die  lü-alle  in  ver- 
schiedener spezieller  Form  ausgebildet  sein 
kann,  so  führt  sie  auf  zwei  Wegen  auch  zu 
besonderen  Bildungen,  die  man  als  fertige 
Organe  nicht  mehr  als  Krallen  bezeichnen  kann. 
Die  eine  Form  ist  der  Plattnagel,  der  bei 
manchen  Beuteltieren  (Didelphys)  schon 
beginnt  und  bei  Halbaffen,  Affen  (Fig.  32) 


236 


Hautdecke  der  Tiere 


bis  zum  Menschen  weitergebildet  ist  (Fig.  33,1)- 
Das  Wesen  der  Plattiiagolbildung  besteht  in 
der  Breitenausl)ildiiiii!;  dov  dorsalen  Krallen- 
platte und  der  fortschreitenden  Rückbildung 
des  volaren  Hornteils  der  Kralle,  der  Horn- 
sohle.  Letztere  besteht  zuletzt  nur  als  Kest 
im  Nagelsaum  und  mit  dieser  Rückbildung 
ist  unter  Vorwölbung  der  Volarlläche  der 
Endphalange  der  Kinger-  und  Zehen- 
ballen entstanden,  die  wichtige  Tastorgane 
darstellen.  Nach  einer  anderen  Richtung 
umgebildet  führt  die  Kralle  zur  Klauen-  und 
Hufb  Idung  (Fig.  33  2  bis  7),    Man  hat  hier 


Fig.  33.  Verschiedene  Nagel-  und  Hufbildungen 
der  Säugetiere.  Fig.  1  bis  6  von  der  Sohlenfläche 
betrachtet.  1  Ende  eines  menschlichen  Fingers, 
2  Rhinozeros-,  3  Pferdehuf,  4  Klaue  und  Zehen- 
ballen des  Lama,  5  desElenntieres,  6  des  Schweins, 
7  Medianschnitt  eines  Pferdehufs,  n  Hornplatte, 
s  Hornsohle,  b  Zehenballen,  w  Wall.  Nach  Boas. 
Aus  Gegenbaur. 

ZU  unterscheiden  die  dorsale  Hornplatte, 
das  Sohlenhorn  und  den  Zehenballen,  der 
den  Hornstrahl  bildet.  Beim  Huf  der 
Perissodactylen  (Pferd,  Rhinozeros)  umfaßt 
die  Hornplatte  beiderseits  scharf  umbiegend 
die  Hornsohle  und  der  Zehenballen  ist  nicht 
so  stark  ausgebildet  wie  bei  iVrtiodactylen 
(Rind,  Lama,  Schwein),  wo  die  Einbiegung 
der  Hornplatte  nur  angedeutet  ist,  oder 
ganz  fehlt.  Der  Zehenballen  grenzt  hier 
direkt  an  das  Sohlenhorn  (Lit.  7). 

Die  Haare.  Die  Betrachtung  des  Haar- 
kleides der  Säugetiere  hat  vom  Einzelhaar 
auszugehen,  dessen  Entwäckelung  und  Bau 
zu  untersuchen,  dann  ist  die  Anordnung  der 
Haare,  der  Haarwechsel  und  endlich  die 
Farbe  des  Haares  zu  besprechen.  Die  Ent- 
wickelung  des  Haares  ist  nicht  an  die  Bildung 
einer  Lederhautpa])ille  geknüpft,  wie  eine 
solche  die  Anlage  der  Reptilienschuppe  und 
Vogelfeder  darstellt,  sondern  im  Gegensatz 
hierzu  ist  die  Haaranlage  eine  rein  epi- 
dermoidale  Bildung,  indem  sie  durch  eine 
scharf  begrenzte  h^pidermisknospe  darge- 
stellt wird.  Diese  senkt  sich  in  die  Lederhaut 
hinein  (Fig.  34  C)  und  am  Grunde  des  Epi- 
dermiszapfens  bildet  sich  später  eine  kleine 


zwiebeiförmige  Lederhautpapille,  die  nur 
eine  Blutgefäßschlinge,  niemals  sensible 
Nerven  enthält,  welch  letztere  in  der  Schup- 
pen- und  Federpapille  außerordentlich  reich 
lieh  ausgebildet  sind.  Am  Grunde  des  Epi- 
dermiszapfens  entsteht  über  der  kleinen 
Haarpapille  das  epitheliale  Keimlager  des 
Haares  (Fig.  34  A).  Indem  hier  die  E})idermis- 
zellen  sich  reichlich  durch  Teilung  ver- 
mehren und  einem  rasch  verlaufenden  Ver- 
hornungsprozesse  erliegen,  bildet  sich  aus 
zahlreichen  Hornfaserzellen  der  Schaft  des 
Haares,  der  in  dem  Epidermiszapfen  empor- 
wachsend frei  hervortritt  (Fig.  34A).  An 
dem  Haarschaft  ist  in  der  Regel  eine  Mark-, 
eine  Rindenschicht  und  ein  Oberhäutchen  zu 
unterscheiden.  Dem  Epidermiszapfen,  der 
den  Haarkeim  enthält,  hat  sich  Bindegewebe 
der  Lederhaut  angeschlossen,  und  bildet  mit 
jenem  den  Haarfollikel.  So  kommen  wir 
zum  Bau  des  Haares:  Der  Haarschaft  mit 
seinen  drei  Bestandteilen  baut  sich  aus  ver- 
hornten Epidermiszellen  auf.  Im  Mark  sind 
die  Zellen  unvollkommen  verhornte,  zum 
Teil  eingetrocknete  rundliche  Elemente,  wäh- 
rend in  der  Rinde,  welche  den  Hauptbestand- 
teil des  Haares  bildet,  spindelförmige,  ganz 
verhornte  Zellen  dicht  zusammengefügt  sind. 
An  der  Oberfläche  der  Rinde  sind  sehr  kleine, 
nach  der  Spitze  des  Haarschaftes  zu  sich 
dachziegelförmig  deckende  Zellen,  sie  bilden 
das  Oberhäutchen,  an  welchem  oft  zwei 
Schichten  unterschieden  werden.  Um  den 
Haarschaft,  soweit  er  in  dem  Haarfollikel 
drinsteckt,  ist  eine  epidermoidale  Haarscheide 
ausgebildet  (Fig.  34  B),  die,  ehe  der  Schaft 
an  die  Oberfläche  tritt,  mit  freiem  Rande  auf- 
hört. Sie  besteht  aus  zwei  Zellenlagen,  die 
als  Henlesche  und  Huxleysche  Schicht 
unterschieden  werden.  Außerhalb  dieser 
Haarscheide,  die  auch  als  innere  Wurzel- 
scheide bezeichnet  wurde,  besteht  die  eigent- 
liche Wurzelscheide  (äußere  Wurzelscheide), 
Avelche,  aus  mehrschichtigem  Epithelgebildet, 
an  der  Oberfläche  direkt  in  die  Epidermis  der 
Haut  übergeht.  Um  diese  epidermoidalen 
Bestandteile  des  Haarfollikels  oder  Haar- 
balges sind  die  bindegewebigen  Bestandteile 
desselben  in  Form  der  Papille  am  Grunde  des 
Follikels  und  als  innere  und  äußere  Haar- 
balgscheide ausgebildet.  Die  Papille  besteht 
aus  sehr  zartem,  lockerem,  faserigem  Binde- 
gew'Cbe,  in  welchem  sich  eine  ernährende 
Blutkapillarschlinge  befindet.  Die  innere 
Haarbalgscheide  besteht  aus  derben,  den 
Haarbalg  zirkulär  umziehenden  Fibrillen- 
bündeln.  Die  äußere  Haarbalgscheide  besteht 
aus  längsverlaufenden  Fibrillenbündeln.  Die 
Haarbalgscheiden  werden  durchsetzt  von 
sensiblen  Nervenfasern,  welche  in  die  Wurzel- 
scheide des  Haares  eintreten,  ohne  indessen 
bis  in  den  Haarschaft  vorzudringen.  Zu  den 
Haarbalgscheiden  treten  auch  Bündel  glatter 


Hautdecke  der  Tiere 


237 


Muskelzellen,  die  von  der  Lederhaut  neben  !  seitlichen  ist.  Auch  fünf  und  mehr  Haare 
dem  Haarbalg  ausgehend  herab  zur  Haar-  j  werden  in  linearer  Gruppe  gefunden.  Ferner 
balgscheide  treten,  um  -in  ihr  nahe  dem  un-  können  zwei  bis  fünf  oder  mehr  Haare  nicht 
teren  Ende  des  Haarbalges  zu  inserieren.  I  linear,  sondern  in  einem  kleinen  kreisrunden 
Diese  Muskeln,  Arrectores  pilorum  bezeich- 1  Feld  zusammenstehen,  wobei  auch  Haupt- 
net, heben  die  Haarfollikel  empor,  veran-  ]  und  Nebenhaare  unterscheidbar  sind  (Lit.  17). 
lassen    die    Bildung    der    Gcänsehaut    (Cutis         Die  Haare  sind  keine  Dauerorgane,  son- 


anserina)  und  das  Sträuben  der  Haare.  Mit 
den  Haarbälgen  stehen  bei  den  meisten 
Säugetieren  die  Talgdrüsen  in  Verbindung. 
Sie  fehlen  in  wenigen  Fällen 
ganz,  oder  sind  wie  bei 
Manis  nur  spärlich,  etwa 
eine  an  jedem  Haarbalge 
ausgebildet.  In  der  Regel 
stehen  sie  zu  mehreren 
rosettenförmigum  den  Haar- 
balg herum.  Es  sind  Bil- 
dungen der  epithelialen 
Haarwurzelscheide  (äu  ßeren 
Wnrzelscheide);  sie  münden 
dicht  unter  der  Austritts- 
stelle des  Haares  in  den 
Haarbalg  aus,  an  der  Stelle, 
wo  die  Haarscheide  (innere 
Wurzelscheide)  mit  freiem 
Rande  aufhört,  so  daß  ihr 
Sekret  gerade  den  Anfang 
des  freien  Haarschaftes  er- 
reicht. Ihr  feinerer  Bau 
ward  oben  schon  erörtert. 
Obgleich  die  spezielle 
Ausbildung  der  Haare  bei 
den  verschiedenen  Säuge- 
tieren sehr  mannigfaltig  sein 
kann,  ist  doch  der  Grund- 
plan des  Organs  immer  der 
geschilderte.  Bald  ist  die 
Rinde  (Mensch,  Carnivoren), 
bald  das  Mark  (Nagetiere) 
der  voluminöseste  Teil  des 
Schaftes.  Bald  ist  der  Schaft 
drehrund  (Haupthaar  des 
Menschen,  Carnivoren, Nage 


dern  sie  unterliegen  einem  alliährhchen 
Wechsel.  Dabei  wird  der  Ausfall  eines 
Haares  durch  den  Schwund  der  Haarpapillc 


Mark 
Rinde 
Oberh. 


Pa  p  i  1 1  e 

tiere),  bald  oval  oder  pj„  34  Schemata  zum  Bau  und  der  Entwickehing  eines  Haares, 
unregehuaßig  (gekräuselte  a  Haarlängsschnitt  im  Follikel,  B  Querschnitt  des  Haares  im 
Haare  des  Menschen,  Schaf),  FolUkel,  C  erste  Haaranlage  mit  knospenförmiger  Gruppierung 
bald  ist  der  Schaft  platt,  der  tiefsten  Epidermiszellen.  Mit  Benutzung  von  Maurer, 
lanzettförmig      (Ornitho-  Aus  Bütschli. 

rhynchus),  bald  ist  er  zn 

einem  mächtigen  Stachel  (Igel,  Stachel-  j  eingeleitet.  Damit  sistiert  die  Ernährung  des 
Schwein)  entwickelt.  Bei  manchen  Formen  Haarschaftes  und  er  wird  nach  einiger  Zeit 
(Faultieren)  ist  das  Oberhäutchen  so  stark  {  abgestoßen,  nachdem  sich  die  Anlage  eines 


ausgebildet,  daß  seine  Hornschüppchen  wie 
ein  Pelz  den  Haarschaft  umhiülen.  Da- 
durch erhalten  die  Haare  das  Aussehen 
von  ganz  trockenem  Heu.  Hinsichtlich  der 
Anordnung  der  Haare  ist  zu  sagen,  daß  sie 
nur  in  seltenen  Fällen  einzeln  stehend  das 
Haarkleid  bilden.  In  den  meisten  Fällen 
zeigen  sie  eine  Gruppenstellung.  Am  häufig- 
sten stehen  drei  Haare  nebeneinander,  wobei 
das  mittelste  etwas  stärker  als  die  beiden 


neuen  Ersatzhaares  gebildet  hat.  Diese 
entsteht  als  Epithelsproß  vom  Ende  des 
Haarbalges  aus,  das  junge  Haar  bildet  sich 
aber  eine  neue  Papille.  Üeber  dieser  neuen 
Papille  entwickelt  sich  das  neue  Haar  genau 
wie  das  alte,  das  letztere,  noch  einige  Zeit 
bestehend  (als  Beethaar  nach  Unna),  wird 
durch  das  nachfolgende  Haar  ausgestoßen 
(Lit.  24). 

Die  Farbe  der  Haare  ist  durch  Pigment- 


238 


Hautdecke  der  Tiere 


körnchen  veranlaßt,  die  sich  in  den  ver- 
hornenden Epithelzellen  des  Haarschaftes 
ausbilden,  und  zwar  treten  solche  sowohl 
in  den  Zellen  des  Marks  wie  der  Rinde  auf. 
Die  Epithelzellen  des  ganzen  Keimlagers 
des  Haares  über  der  Haarpapille  sind  meist 
dicht  mit  Pigmentkörnchen  erfüllt.  Sommer- 
und  Winterpelz  haben  bei  vielen  Säugetieren 
verschiedene  Färbung.  Siehe  darüber  bei 
Schw^albe  (Lit.  22).  Das  Ergrauen  der  Haare 
im  iVlter  und  das  Weißwerden  ist  veranlaßt 
durch  Lufteintritt  zwischen  die  Hornfasern 
des  Haarschaftes.  Eine  besondere  Ausbil- 
dung zeigen  die  Tasthaare,  die  bei  den 
meisten  Säugetieren  an  der  Oberhppe  als 
Schnurrhaare  (Katze),  aber  auch  in  der 
Gegend  des  Jochbeins,  des  Kinns,  oberhalb 
der  Augen,  sowie  an  den  Extremitäten  vieler 
Säugetiere  vorkommen  und  meist  eine  An- 
ordnung in  Linien  oder  Gruppen  zeigen.  Hier 
sind  vor  allem  die  Blutgefäße  der  Haarbalg- 
scheiden mächtig  entwickelt  und  bilden 
sinuöse  Räume,  daher  diese  Haare  auch  als 
Sinushaare  bezeichnet  werden.  Durch  die 
mächtige  Balgscheide  mit  ihrem  Venensinus 
treten  starke  sensible  Nerven  zu  dem  Epithel 
der  Haarwurzelscheide.  Der  Haarschaft 
dieser  Sinushaare  ist  immer  sehr  mächtig 
ausgebildet,  ohne  indessen  sonst  vom  Bau 
des  Schaftes  anderer  Haare  abzuw^eichen 
(Lit.  16.    Hier  aiich  Literaturangaben). 

Bei  der  ersten  Anlage  des  Haarkleides 
treten  deutlich  bei  vielen  Säugetieren  Längs- 
reihen auf,  sowohl  an  der  Rücken-  wne  an 
der  Bauchfläche  des  Rumpfes.  Die  Anlagen 
jener  Tasthaare  treten  sehr  früh  beim  Em- 
bryo auf.  Beim  Menschen,  wo  das  Haar- 
kleid am  Körper  sehr  geschwunden  ist  und 
nur  an  einigen  Stellen  stärker  ausgebildet 
wird,  tritt  in  einem  embryonalen  Haarkleid 
als  Wollhaar  (Lanugo)  noch  atavistisch  vor- 
übergehend ein  totales  Haarkleid  auf.  Es  be- 
steht vom  siebenten  bis  neunten  Monate  des 
intrauterinen  Lebens,  fällt  aber  normaler- 
weise in  der  letzten  Woche  vor  der  Geburt 
aus.  Als  abnormer  Befund  kommt  bekannt- 
lich auch  beim  erwachsenen  Menschen  ein 
über  den  ganzen  Körper  verbreitetes  Haar- 
kleid vor  (Haarmenschen).  Man  hat  dies 
als  einen  atavistischen  Rückschlag  beur- 
teilt. Der  Haarscliwund  des  Menschen  ist 
übrigens  schon  bei  iVffen,  besonders  bei 
Anthropoiden,  vorbereitet. 

Die  Farbe  des  Pelzes  ist  bei  vielen  Säuge- 
tieren eine  gleichförmige,  doch  sind  Zeich- 
nungen durch  verschieden  gefärbte  Haare 
ebenfalls  sehr  verbreitet.  Die  primitive 
Färbung  scheint  eine  quergestreifte  (Zebra) 
zu  sein.  Bei  manchen  Formen  tritt  eine 
solche  bei  Jungtieren  (Wildschwein,  Hirsch 
und  Reh)  noch  auf,  um  später  zu  schwinden, 
oder  einer  gleichmäßigen  Färbung  Platz 
zu   machen.      Ferner  kommem   Längsstrei- 


fungen    und    rundliche    Flecken    dunklerer 
Behaarung   (Pferd)   vor.      Bei   den   katzen- 
artigen Raubtieren  bestehen  alle  diese  Fär- 
bungen    unter    den    verschiedenen    Arten. 
Während    man    vielfach   die    Haare   der 
Säugetiere    stammesgeschichtlich    von    den 
Schuppen    der    Reptilien   abzuleiten   pflegt, 
unter  Außerachtlassung  ihres  so  eigenartigen 
Verhaltens,    sowohl  der  ersten  Anlage  wie 
auch  des  feineren  Baues  des  Haarfollikels, 
wurde  von  Maurer  unter  Berücksichtigung 
dieser    Besonderheiten    das    Haar   von    den  ~ 
Hautsinnesorganen     im     Wasser     lebender  r 
Wirbeltiere,    besonders    der    urodelen    Am-  1 
phibien,  abgeleitet,  wodurch  gerade  die  Be-  . 
Sonderheiten    ohne    Schwierigkeit    ihre    Er- 
klärung finden.      Das   Haar  wird   dadurch 
ganz   von    der   Feder   der    Vögel   getrennt, 
welch  letztere  von  der  Reptilienschuppe  ab- 
zuleiten bleibt  (Lit.  15  und  16). 

Am  Kopfe  mancher  Säugetiere  (Huftiere) 
kommen  als  Hörn-  und  Geweihbil düngen 
besondere  Integumentalorgane  zur  Ausbildung, 
die  kurz  zu  betrachten  sind: 

Bei  Rhinoceronten  sind  in  der  Nasenregion 
mächtige  Hornzapfen  ausgebildet.  Ihnen  liegen 
große  Lederhautpapillen  zugrunde,  welche  darch 
starke  Blutgefäßausbildung  die  darüberliegende 
Epidermis  zu  starker  Vermehrung  und  Ver- 
hornung instand  setzen.  So  entstehen  die  aus 
Hornfasern  bestehenden  Horngebilde,  die  einfach 
oder  zwei  hintereinander  zur  Ausbildung  kommen. 
Am  mächtigsten  bestanden  solche  bei  Elasmo- 
therium.  An  der  Stehe  des  Hornes  bildet  auch 
der  knöcherne  Schädel  einen  zapfenartigen 
Fortsatz. 

Während  hier  die  Beteiligung  des  knöcher- 
nen   Skelettes    gering    ist,    wird    sie-  mächtiger 
bei  den  in  der  Stirnregion  der  Wiederkäuer  be- 
stehenden   Hornbildungen.  •    Diese    gehen    aber 
aus  von  der  Epidermis.    Die  Lederhaut  verbindet 
sich  an  der   Stelle   der   Hornbildung  innig  mit 
dem  Periost  des  Schädeldaches.     Die  Epidermis h 
verdickt    sich    imd    bildet    einen    Hornzapfen. 
Von  diesem  Zustande  aus  bilden  sich  nach  einer 
,  Seite    die    Hörner    der    Rinder,    Schafe,    Ziegen 
1  und    Antilopen,    nach    der    anderen    Seite    die 
'  Geweihe  der  Hirsche.    Bei  ersterer  Form  entsteht 
ein  knöcherner  Stirnzapfen,  dessen  überkleidendes 
Integumenteine  starke  epidermoidale  Hornschicht 
I  ausbildet.  Diese  erhält  an  ihrer  Basis  fortdauernd 
I  Zuwachs    (Gegenbaur).        Bei    den     Geweih- 
I  bildungen  der  Hirsche  entsteht  ein  knöcherner 
i  Stirnzapfen,  der  zuerst  von  behaartem  Integu- 
raent    überzogen    ist,    dieses    wird    aber    später 
durch  Fegen  abgescheuert.     Das  fertige  Geweih 
enthält  also  keine  Integumentbestandteile  mehr. 
Nach  dem  Abwurf  aber,  der  periodisch  erfolgt, 
überkleidet   sich    der   ,, Rosenstock"   zuerst   mit 
Integument  und  miter  diesem  kommt  das  neue 
Geweih    zur   Ausbihiung.       Der    Geweihwechsel 
ist    auch    nicht    unvermittelt,    sondern    findet 
seinen   Vorläufer  im   periodischen   Hornwechsel 
einiger  Antilopen  ( A  n  t  i  1  o  c  a  p  r  a).  Auch  die  Gabe- 
hmg  und   reichliche  Verzweigung    des  Geweihes 
ist  vorbereitet  durch  beginnende   Gabelung  des 
Hornes     von     Antilocapra     quadricornis. 
Bleibend  ist  die  Beteihgung  des  Integumentes  an 


■^ 


1^ 


?^ 


Hautdecke  clei'  Tiere 


239 


der  Geweihbildung  bei  der  Giraffe  erhalten,  wo 
das  kurze  Geweih  stets  vonbehaartem  Integunient 
überzogen  ist,  das  nicht  eintrocknet  und  nicht 
durch  Fegen  entfernt  wird. 

Hautskelettbildungen  kommen  bei 
Säugetieren  nur  in  einer  kleinen  Gruppe  der 
Edentaten  vor.  Die  bekanntesten  Beispiele 
sind  das  Schuppentier  (Manis)  und  das  Gürtel- 
tier (Das  ypus).  Hier  finden  sich  Knochen- 
platten in  dem  Bindegewebe  der  Lederhaut 
in  regelmäßiger  Anordnung  in  Form  von 
Schuppen,  die  in  Reihen  stehend  selbständig 
nebeneinander  liegen,  oder  fester  zusammen- 
gefügt einen  aus  Ringen  bestehenden  Panzer 
bilden.  Sie  bestehen  aus  echtem  Knochen- 
gewebe. Ob  sie  stammesgeschichtlich  mit 
Schuppen  niederer  Wirbeltiere  in  Beziehung 
stehen,  ist  sehr  zweifelhaft.  Berechtigter 
erscheint  die  Auffassung,  daß  wir  es  hier 
mit  späten,  bei  Säugetieren  erst  ent- 
standenen, besonderen  Gebilden  zu  tun 
haben.  Das  Haarkleid  wird  durch  diese 
Gebilde  beeinflußt,  aber  nicht  zerstört, 
insofern  die  Haare  bei  diesen  Tieren  zwischen 
den  Schuppen  ihren  Platz  finden  und  in 
ihrem  Bau  nicht  von  den  Haaren  anderer 
Säugetiere  abw^eichen. 

Tastorgane  (Lit. IGund  19).  Hautsinnes- 
organe sind  bei  Säugetieren  ebensowenig  aus- 
gebildet, wne  bei  Sauropsiden.  Wohl  aber  be- 
stehen Tastkörperchen  in  der  Lederhaut  an 
bestimmten  Körperstellen  bei  allen  Säuge- 
tieren. Diese  Stellen  sind  die  Sohlenflächen 
der  Füße  und  Zehen,  die  zu  Tastballen  aus- 
gebildet sind.  Ferner  bestehen  sie  bei  0  r  n  i  t  ho  - 
rhynchusinderGegenddes  Sehnabels,  sowie 
an  der  Glans  penis.  Sie  gleichen  im  wesent- 
lichen den  schon  bei  Sauropsiden  bestehenden 
Gebilden.  Man  findet  sie  entw'eder  in  den 
Papillen  der  Lederhaut  eingelagert  als 
Meißn ersehe  Körperchen,  oder  tiefer,  in 
dem  Stratum  subcutaneum  als  Vater- 
Pacinische  Körperchen.  Sie  liegen  zer- 
streut in  den  Tastballen,  wo  die  Haut  in 
Form  feiner  Leistchen  erhoben  ist,  die  in 
charakteristischen  Linien,  an  den  Finger- 
beeren mit  Wirbelbildung  konzentrisch  an- 
geordnet sind. 

Die  Meißn  ersehen  Körperchen  liegen  in 
den  kleinen  Lederhautpapillen  (Papulae  tac- 
tus)  direkt  unter  der  Epidermis  und  sind 
von  ei-  oder  wurstförmiger  Gestalt.  Sie 
bestehen  aus  platten  Zellen,  die  geldrollen- 
artig  aneinandergeschlossen  sind.  Zu  diesem, 
von  einer  zarten  Kapsel  umgebenen  Gebilde 
treten  eine  oder  mehrere  markhaltige,  sensible 
Nervenfasern,  deren  Achsenzylinder  zwischen 
jenen  platten  Zellen  sich  endbäumchenartig 
aufzweigt.  Ihr  Bau  wiederholt  in  kompli- 
-.  jzierterer  Form  die  Struktur  der  Grandry- 
^-'^  1  sehen  Körjierchen  im  Entenschnabel.  Am 
\c    kompliziertesten  sind  diese   Gebilde  in  den 


Papillen  der  Haut  der  Glans  penis,  indem  sie  <n.- 

dort  mehrfach  geteilt  sein  können.  w 

Die     Vajer-Pacj^iischen     Körperchen, p^X  C\i 
in  dem  Stratum  subcutaneum  gelegen,  sind  Vj 

größere,  glashelle,  eiförmige  Gebilde,  die  1  mm  |  C^ 
Länge  besitzen  können.  In  ihnen  findet  eine  •  ^' 
markhaltige  Nervenfaser  ihr  Ende.  Ihr 
Achsenzylinder  liegt  in  der  Längsachse  des 
Gebildes  und  endigt  einfach  knopfförmig, 
oder  nach  geringer  Verzweigung.  Ihn  um- 
gibt eine  feingranulierte  Masse,  die  mit  dem 
Achsenzylinder  den  Innenkolben  des  Or- 
gans bildet.  Darum  folgt  eine  große  Zahl 
konzentrisch  umeinander  gelagerter  struktur- 
loser Lamellen,  deren  Innenfläche  viele 
Kerne  angeschlossen  sind.  Zwischen  den 
Lamellen  findet  sich  helle  Flüssigkeit.  An 
der  Antrittsstelle  der  Nervenfaser  stehen 
diese  Lamellen  mit  deren  Neurilemm  in  Ver- 
bindung. Außer  dieser  Hauptnervenfaser 
tritt  noch  ein  anderer  Nerv  zu  dem  Gebilde, 
der  zwischen  den  Lamellen  und  dem  Innen- 
kolben ein  feines,  den  letzteren  umspinnen- 
des Fibrillenendnetz  bildet. 

Literatur.  I.  J.  E.  V.  Boas,  Lehrbuch  der 
Zoologie.  Jena  1890.  —  2.  Bresslau,  Beiträge 
zur  Entwirkelu'ngsgeschichte  der  llammarorgane 
bei  den  Beutehieren.  Zeitschr.  f.  Morjihol.  und 
AnthropoL,  Bd.  IV,  1902.  —  3.  Derselbe,  Die 
Enttoickelung  des  Alammarap parates  der  Mono- 
tremen,  Marsvpialier  und  einiger  Placentalier. 
Jenaer  Denkschriften  VII  (Semon,  Zool.  For- 
schungsreisen IV,  1912).  —  4.  O  Bütschli,  Vor- 
lesungen über  vergleichende  Anatomie.  Leipzig 
1910.  I.  Lieferung.  —  5.  H.  R,  Davies,  Die 
Entwickekmg  der  Feder  und  ihre  Beziehung  .zu 
anderen  Integumentgebilden.  ßlorphol.  Jahrb., 
Bd.  XV.  —  6.  V.  Eggeling,  lieber  die  Stellung 
der  Milchdrüsen  zu  den  übrigen  Hautdrüsen, 
und  spätere  Arbeiten  an  gleicher  Scelle :  Jenaisehe 
Drxickschriften  Bd.  VU,  1899—1905.  —  7.  C. 
Gegenbauv,  Vergleichende  Anatomie  der 
Wirbeltiere.  Leipzig  1898,  Bd.  I,  S.  74  bis  178. 
—  8.  B.  Hätschele,  Lehrbuch  der  Zoologie. 
Jena  1888.  —  9.  Leydig,  lieber  die  3Iolche 
der  württembergischen  Fauna.  Arch.  f.  Natur- 
geschichte, Bd.  ^2,  1867.  —  10.  Derselbe, 
lieber  die  äußeren  Bedeckungen  der  Reptilien 
und  Amphibien  (Arch.  f.  mikr.  Anat.,  Bd.  g).  — 
II.  Derselbe,  lieber  die  allgemeinen  Bedeckungen 
der  Amphibien.  Ibid.,  Bd.  12.  —  12.  Derselbe, 
Ueber  die  äußeren  Bedeckungender  Säugetiere 
(3Iüllers  Archiv  1859).  —  13.  Derselbe,  Das 
Integumen  t  brünstiger  Fische  und  Amph  ibien  (Biol. 
Ceniralbl.  1892).  ^^  14.  Derselbe,  Integumentnnd 
Hantsinnesorgane  der  Knochenfische  (Zoolog, 
Jahrbücher,  Bd.  8,  1894).  Andere  Arbeiten 
Leydigs  s.  bei  Maurer  JVr.  16  dieses  Ver- 
zeichnisses. —  15.  F.  Maurer,  Hautsinnesorgane, 
Feder-  und  Ilaaranlagen  usrv.  Morphol.  Jahrb., 
Bd.  XVIII.  —  16.  Derselbe,  Die  Epidermis 
und  ihre  Abkömmlinge.  Leipzig  1895.  —  17.  de 
Meijere,  Ovcr  de  Huren  der  Zogdieren.  Leiden 
2893.  —  18.  Derselbe,  Ueber  die  Haare  der 
Säugetiere,  besonders  über  ihre  Anordnung. 
Morphol.  Jahrb.,  Bd.  21.  —  19.  F.  Merkel, 
lieber  die  Endigungen    der  sensiblen  Nerven  in 


240 


Hautdecke  der  Tiere  —  Hautsekrete 


der  Haut  der  Wirbeltiere.  Rostock  1S80.  — 
20.  Ä.  C  Schneider,  Lehrbuch  der  vergleichen- 
den Histologie  der  Tiere.  Jena  1902.  —  21. 
Max  Schnitze,  Ucber  die  kolbenförmigen  Ge- 
bilde in  der  Ifmit  von  Petromyzon  (Arch.  f. 
Anat.,  Physiol.  und  wissensch.  Medizin  1861).  — 
22.  ('.  Schiralhe,  Ueber  den  Farbenioechsel 
icinterweijkr  7' i er e  usw.  (Schiralbe ,  Morphol. 
Arbeilen,  Bd.  II,  189S).  —  23.  Ph.  Stöhr, 
Lehrbuch  der  Histologie,  bearbeitet  von  Oskar 
üchultze  (15.  Avfl.  1912).  —  24.  P.  Unna, 
Beiträge  zur  Histologie  und  Entwickelungs- 
geschickte  der  menschlichen  Oberhaut  und  ihrer 
Anhavgsgehilde.  Arch.  f.  mikr.  Anat.,  Bd.  XII, 
1S76.  —  25.  R.  Wieder sheim,  Vergleichende 
Anatomie  der    Wirbeltiere.     Jena  1909. 

F.  Maurer. 


Hautsekrete. 


um  einen  einzelnen  Haarfollikel  oder  um  eine 
Gruppe  von  solchen.  Der  gemeinsame  Aus- 
fülirungsgang  mehrerer  Alveoli  mündet  in 
den  ITaarbalü^trichter  ein.  Das  Drüsene])ithel 
besteht    aus   rundlichen   oder  polyedrischen 


1.  Anatomie  der  Haut:  a)  Talgdrüsen, 
b)  Schweißdrüsen.  2.  Der  Hauttalg:  a)  Chemie 
des  Hauttalges,  b)  ^lenge  des  abgesonderten  Haut- 
talges, c)  Funktion  des  Hauttalges,  d)  Dem 
Hauttalg  nahestehende  Sekrete.  cc)  Vernix 
caseosa,  ß)  Ohrenschmalz  (Cerumen).  y)  Sekret 
der  Meibomschen  Drüsen,  d)  Smegma  prae- 
putii.  a)  Sekret  der  Bürzeldrüsen  bei  den  Vögeln. 
3.  Der  Schweiß:  a)  Chemie  des  Schweißes, 
b)  Menge  des  Schweißes,  e)  Sekretion  des  Schwei- 
ßes, d)  Bedeutung  der  Schweißsekretion.  4.  Die 
Tränenflüssigkeit.     5.  Die  Milch. 

Außer  durch  die  Lungen,  den  Harn  und 
den  Kot  gibt  der  tierische  Organismus  auch 
durch  die  Haut  eine  Reihe  von  Stoffen  ab, 
die  man  allgemein  nicht  als  Exkretstoffe 
auffassen  kann  wie  die  im  Harn  und  Kot 
ausgeschiedenen,  sondern  die  zum  Teile  noch 
für  den  Körper  wichtige  Funktionen  auszu- 
üben haben,  z.  B.  der  Hauttalg  zum  Schutz 
der  äußeren  Hautoberfläche,  der  Schweiß 
als  Mittel  für  die  Wärmeregulation,  die  Milch 
als  Nahrungsmittel  für  den  Säugling. 

I.  Anatomie  der  Haut.  Wir  unterschei- 
den an  der  äußeren  Haut  zwei  Hauptschichten, 
die  Epidermis  oder  Oberhaut,  deren  obere 
Schicht  Hornschicht  imd  die  darunter 
liegende  Malpighische  Schicht  heißt  und 
das  Corium,  das  ebenfalls  aus  zwei  Schichten 
besteht,  einer  oberflächlichen  bindegewebigen 
und  einer  darunter  liegenden  maschigen, 
in  welchem  haui)tsächlich  das  subkutane  Fett 
abgelagert  wird. 

Für  die  eigentliche  Sekretbildung  der 
Haut  kommen  nun  hauptsächlich  zwei  Arten 
von  Drüsen  in  Betracht,  die  Talgdrüsen 
und  die  Schweißdrüsen.  Zu  den  Drüsen  der 
Haut  sind  aber  auch  die  Tränendrüsen  und 
die  Milchdrüsen  zu  rechnen. 

laj  Talgdrüsen.  Die  Talgdrüsen  sind 
alveoläre  Drüsen,  verästelt  oder  unverästelt. 
Die  beerenförmig  oder  flaschenförmig  ge- 
formten  Drüsenalveolen   liegen   meist   rings 


SM 


Fig.  1.  Schnitt  durch  die  Haut  des  Men- 
schen. Aus  Wie  der  sheim.  Sc  =  Stratum 
corneum;  SM  =  Stratum  Malpighii;  Co  =  Co- 
rium; F  =  subkutanes  Fett;  NP  =  Nerven- 
papille; GP  =  Gefäßpapillen;  N  imd  G  =  Nerven 
und  Gefäße  des  Corium;  SD  =  Schweißdürsen; 
SD'  Ausführung-sgänge  derselben;  H  =  Haar 
mit  Talgdrüse.     Aus  Luciani. 


^  .•i>iii^l:AC/.^tf:X^^   - ;:V'i' 


?  r^  sä^^s»  *ititi>' 


•1^ 


Fig.    2.     Talgdrüse    aus    der    Tränengrube    des 

Schafes.  Vergrößerung  ca.  50.    H  =  Haar,   Dr  = 

Drüsenlappen.    HB  =  Haarbalg.     Nach;^E!len- 

berger  imd  Scheunert. 


Hautsekrete 


241 


Zellen,  die  vielfach  so  angeordnet  sind,  daß 
zwischen  ihnen  ein  Raum  bleibt,  in  dem  sich 
das  Sekret  befindet.  Die  Talgdrüsen  sind 
von  einem  dichten  Kapillarnetz  umsponnen. 
Besondere  Drüsennerven  sind  bis  jetzt  nicht 
gefunden.  Die  Talgdrüsen  sind  im  allgemeinen 
überall  da,  wo  Haare  sich  vorfinden.  Sie 
fehlen  infolgedessen,  ebenso  wie  die  Haare 
an  den  Handtellern  und  Fußsohlen.  Es 
kommen  aber  sowolil  beim  Menschen  wie 
bei  den  Tieren  Talgdrüsen  vor,  die  nicht 
in  Beziehung  zu  den  Haaren  stehen,  z.  B. 
amXippenrand,  an  den  kleinen  Schamlippen, 
an  "der  Vorhaut  usw\  Ihrer  Funktion  nach 
gehören  zu  den  Talgdrüsen  auch  die  Mei- 
bomschen  Drüsen,  die  Bürzeldrüse  der 
Vögel  und  die  Ohrenschmalzdrüsen. 

ib)  Schweißdrüsen.  Die  Schweiß- 
drüsen oder  Knäueldrüsen  sind  lange  unver- 
ästelte  Drüsenschläuche,  die  an  ihrem  unteren 
Ende  zu  einem  rundlichen  Knäuel  zusammen- 
geballt sind.  Bei  einzelnen  Tieren,  z.  B. 
dem  Rind,  bestehen  dieselben  auch  aus  einem 


vW 


Fig.  3.  I.  Schweißdrüse.  Halbschematisch. 
A  =  Schweißgaiig;  D  =  Sezernierender  Teil  der 
Drüse.  M  =  Mündung  des  Schweißganges  auf  der 
Epidermis.  Ar  =  Arteriolen;  K  =  Kapillaren; 
N  =  Nerven.  IL  Querschnitt  des  sezer- 
nierenden  Drüsenschlauches.  P  =  Mem- 
brana propria.  M  =  glatte  Muskelfasern; 
S  =  Drüsenzellen;  L  =  Lumen.  Nach  Ellen- 
berger  und  Scheunert. 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


einfachen  Drüsenschlauch.  An  der  Mündungs- 
stelle der  haarlosen  Hautoberfläche  findet 
sich  zuweilen  eine  kleine  Delle.  An  der  be- 
haarten Haut  münden  die  Ausführungsgänge 
der  Schweißdrüsen  in  den  Haarbalgtrichter 
dicht  unter  der  Hautoberfläche.  Der  Drüsen- 
schlauch besteht  aus  einer  bindegewebigen 
Membran  und  dem  Drüsenepithel.  Je  nach 
der  Lage  und  dem  Sekretionszustand  der 
Drüse  sind  die  Epithelzellen  verschieden  ge- 
staltet. Man  findet  sowohl  zylindrische  wie 
kubische  wie  flache  Epithelzellen. 

Die  Schweißdrüsen  finden  sich  über  den 
ganzen  Körper  verbreitet.  iVm  dichtesten 
stehen  sie  in  der  Haut  der  Stirn,  des  Nasen- 
rückens, der  Wange,  der  Hohlhand  und  der 
Fußsohle.  An  der  Ferse  sind  438  auf  1  qcm, 
auf  dem  Handteller  1111  auf  1  qcm,  am  Fuß- 
rücken 641  gefunden.  Die  Gesamtzahl  der 
Schweißdrüsen  soll  nach  Krause  21/4  Mil- 
lionen betragen;  dies  würde  einer  sel^reto- 
rischen  Fläche  von  1080  qm  gleichkommen. 
Einen  anschaulichen  Begriff  von  der  kolossalen 
Dichte  der  Schw-eißdrüsen  gibt  eine  von 
Aubert  angewandte  Methode.  Legt  man 
auf  die  anscheinend  trockene  und  vorher 
gut  gereinigte  Hautstelle  ein  Stückchen 
Fließpapier,  zieht  dieses  mehrmals  durch 
eine  Silbernitratlösung,  setzt  es  dann  dem 
Sonnenlicht  aus,  so  markieren  sich  auf  dem 
sich  schwärzenden  Papier  alle  Oeffnungen  der 
Schw^eißgänge  als  weiße  Punkte,  wegen  des 
durch  die  Anwesenheit  von  Kochsalz  im 
Schweiß  gebildeten  Chlorsilbers.  Durch  diesen 


Fig.    4. 


Schweißabdrücke    vom    Handlücken. 
Nach  Luciani. 


Versuch  läßt  sich  auch  beweisen,  daß,  wenn 
auch  keine  sichtbare  Schweißansammlung 
auf  der  Haut  zu  sehen  ist,  die  Schweißdrüsen 
doch  fortwährend  secernieren  und  daß  an 
diesen  Stellen  fortwährend  eine  Verdunstung 
des  Schweißes  stattfinden  muß  (Perspiratio 

16 


242 


Hautsekrete 


insensibilis).      Davon    zu   unterscheiden  ist 
die  Perspiratio  seiisibilis. 

2.  Der  Hauttalg.  2a)  Chemie  des 
Hauttalges.  Das  Sekret  der  Talgdrüsen,  der 
Hauttalg,  ist  frisch  abgesondert  eine  ölige, 
halbflüssige  Masse,  die  auf  der  Haut  aber 
rasch  eine  talgartige  Beschaffenheit  an- 
nimmt. ]\Ian  kann  den  Hauttalg  gewinnen, 
indem  man  die  betreffenden  Körperstellen 
mit  in  Petroläther  getauchten  Wattebäuschen 
abreibt  und  daraus  das  Sekret  nach  Ver- 
dunstung des  Aethers  erhält  oder  indem  man 
Fheßpapierstreifen  auf  der  Haut  liegen  läßt 
und  dieselben  mit  Petroläther  extrahiert. 
Man  erhält  auf  diese  Weise  nicht  das  reine 
Sekret  der  Talgdrüsen,  sondern  ein  Ge- 
menge der  Hautsekrete,  da  nach  der  Ansicht 
Unnas  nicht  nur  die  Talgdrüsen,  sondern 
auch  die  Schweißdrüsen  an  der  Bildung  des 
Hautfettes  beteiligt  sind.  Bei  mikrosko- 
pischer Betrachtung  findet  man  im  Haut- 
talge, den  man  möglichst  rein  durch  Aus- 
quetschen der  Talgdrüsen  an  der  Nase 
(Comedonen)  erhalten  kann,  veränderte 
Drüsenzellen,  Fettröpfchen,  fettig  degene- 
rierte Zellen,  Cholesterinkristalle  usw. 

Nach  Unna  und  Golodetz  (Biochemi- 
sche Zeitschrift  Bd.  20,  S.  469,  1909)  muß 
man  zwischen  dem  Knäuelfett  und  dem 
eigentlichen  Hauttalg  unterscheiden.  Der 
Talg  hat  einen  höheren  Schmelzpunkt  und 
eine  hellere  Farbe,  das  Knäuelfett  einen  nied- 
rigeren Schmelzpunkt,  eine  dunkle  bräun- 
liche Farbe  und  einen  eigenartigen  Geruch. 
Alle  Fette  der  Haut  sind  frei  von  Isochol- 
esterin,  wodurch  sie  sich  von  dem  Woll- 
fett (Lanolin)  unterscheiden.  In  mehr  oder 
minder  großen  Mengen  enthalten  sie  Chol- 
esterinester  und  Cholesterin  und  Oxy- 
cholesterin.  Als  Hauptbestandteile  sind 
60  bis  80%  Neutralfette,  darunter  20  bis  30% 
unverseifbare  Bestandteile  und  ca.  50%  Fett- 
säuren zu  nennen. 

2b)  Menge  des  abgesonderten  Haut- 
talges. Die  Menge  des  abgesonderten  Haut- 
talges ist  von  dem  Alter  abhängig.  Bei 
Kindern  ist  die  Absonderung  sehr  gering; 
sie  steigt  bis  zur  Pubertät  und  fällt  dann 
im  Alter  wieder  ab.  Es  sollen  aber  auch 
große  individuelle  Unterschiede  vorkommen. 
Nach  Leu  buscher  und  Linser  sondern 
die  einzelnen  Stellen  der  Haut  verschiedene 
Mengen  ab,  am  meisten  sondert  nach  Ar- 
nohan der  Nasenrücken  ab.  Die  Gesamt- 
oberhaut liefert  nach  Leubus  eher  im 
Mittel  100  g,  bei  einzelnen  Individuen  bis 
zu  300  g  Sekret.  Linser  fand  viel  geringere 
Werte. 

2c)  Funktion  des  Hauttalges.  Der 
Hauttalg  hat  die  Aufgabe,  die  Haut  ge- 
schmeidig und  glatt  zu  machen  und  verhin- 
dert das  Benetzen  der  Haut  mit  Wasser, 
da   er   ein   sehr   hohes    Wasserbindungsver- 


mögen hat.  Er  verhindert  auch  die  übermäßige 
Verdunstung  des  AVassers.  Bei  mangelndem 
Sekret  oder  bei  künstlicher  Entfernung  wird 
die  Haut  trocken,  sie  bekommt  Risse  und 
bricht  an  einzelnen  Stellen,  so  daß  Mikro- 
organismen, die  normalerweise  durch  den 
wachsartigen  Ueberzug  der  Haut  am  Ein- 
dringen verhindert  werden,  leicht  eindringen 
können. 

2d)  Dem  Hauttalg  nahestehende 
Sekrete,  a)  Vernix  caseosa.  Unter  Ver- 
nix caseosa  versteht  man  ein  schmieriges  Ge- 
misch von  Hauttalg  und  abgestoßenen  Epider- 
miszellen,  welches  die  Oberfläche  des  Fötus 
überzieht,  einerseits  die  Durchtränkung  des- 
selben mit  Fruchtwasser  hindert  und  infolge 
seiner  Glätte  den  Durchtritt  des  Fötus  durch 
die  Geburtswege  erleichtert.  Eine  neuere 
Analyse  liegt  von  Unna  und  Golodetz 
(Biochem.  Zeitschr.  Bd.  20  S.  496  1900)  vor. 
Sie  strichen  das  Fett  mittels  Glasspatels 
von  der  Haut  des  Neugeborenen  und  brachten 
es  in  Alkohol.  Die  Masse  wurde  filtriert,  ge- 
trocknet und  mit  Aether  extrahiert.  Der 
Rückstand  war  eine  weiße  Masse  von  einem 
Schmelzpunkt  von  38  bis  39".  Er  enthielt 
92,6%  Neutralfett,  36%  Unverseif bares, 
60%  Fettsäuren;  Cholesteringehalt  vor 
Verseifung  7,82%,  nach  Verseifung  16,2%. 
Oxy-  und  Isocholesterin  fehlen. 

ß)  Ohrenschmalz  (Cerumen).  Ohren- 
i  schmalz  ist  das  Sekret  von  Schweiß-  und 
I  Talgdrüsen,  die  sich  im  äußeren  Gehörgang 
befinden  (Ceruminaldrüseu).  Das  Sekret  ist 
von  bräunlicher  Farbe  und  konsistent.  Es 
enthält  einen  roten,  in  Alkohol  löslichen, 
bitter  schmeckenden  Faj'bstoff,  der  nach  der 
Ansicht  von  Benda  von  besonderen  Drüsen 
abgesondert  wird.  Eine  Analyse  des  Ohren- 
schmalzes, welches  durch  Ausspritzen  des 
Gehörgangs  durch  Sodalösung  gewonnen 
wurde,  ergab  nach  Unna  und  Golodetz 
folgende  Zusammensetzung:  Schmelzpunkt 
390,  Neutralfett  94,2  o^,  Unverseifbares 
20,43  °o,  wasserunlösliche  Fettsäuren  53,65%, 
Cholesteringehalt  vor  Verseifung  2,9%,  nach 
Verseifung  3,5%.  Kein  Oxy-  und  Isochol- 
esterin. 

y)  Sekret  der  Meibomschen  Drüsen. 
Das  Sekret  der  Meibomschen  Drüsen  an 
den  Augenlidern  hat  eine  ähnliche  Zusammen- 
setzung wie  der  Hauttalg. 

ö)  Sniegma  praeputii.  Das  Smegma 
praeputii  wird  von  den  Knäueldrüsen  der 
Vorhaut  und  der  Glans  penis  produziert.  Es 
enthält  Fett,  Cholesterin  und  auchAmmoniak- 
seifen,  die  wahrscheinlich  von  zersetztem 
Harn  herrühren.  Von  einem  Manne  erhielt 
Li  US  er  in  8  Monaten  0,6  g  Aetherextrakt  des 
Sekrets.  Schmelzpunkt  37"  C.  Bei  Tieren, 
z.  B.  dem  Biber,  sammelt  sich  das  Präputial- 
sekret  in  größerer  Menge  an  (Bibergeil). 
Es  enthält  einen  Stoff,  der  den  charakteristi- 


Hautsekrete 


243 


sehen  Geriieh  dieses  Sekrets  bewirkt  (Ka- 
storin),  dessen  Zusamniensetznng  aber  nicht 
näher  bekannt  ist. 

t)  Sekret  der  ßürzeldrüse  bei  den 
Vögeln.  Die  Bürzeldrüsen,  die  zu  beiden 
Seiten  der  Mittellinie  über  den  untern 
Schwanzwirbeln  liegen,  sind  besonders  bei 
Wasservögeln  stark  entwickelt,  wo  sie,  wie 
Versuche  von  Joseph  beweisen,  dazu  dienen, 
die  Federn  gegen  Nässe  zn  schützen  und  das 
Zurückhalten  des  Wassers  von  den  Federn 
zu  verhindern.  Das  Sekret  ist  von  de  Jonge 
und  von  ßöhmann  nnd  Plato  genauer 
untersucht.  Der  Hauptbestandteil  ist  nach 
den  Untersuchungen  von  Röhmann  und 
Plato  Oktadezj^lalkohol,  welcher  fast  40 
bis  45%  des  Aetherextrakts  ausmacht. 
De  Jonge  hielt  ihn  für  Cetylalkohol.  Außer- 
dem Ester  von  Oelsäure,  Palmitinsäure,  Lau- 
rinsäure,  Myristinsäure.  Durch  Fütterung 
mit  verschiedenen  Fetten  (z.  B.  Sesamöl) 
konnte  man  direkt  den  Uebergang  von 
Nahrungsfett  in  das  Sekret  der  Bürzel- 
drüse nachweisen. 

3.  Der  Schweiß.  Die  Schweißsekretion 
ist  nicht  bei  allen  Säugetieren  verbreitet. 
Am  ganzen  Körper  schwitzen  wie  der  Mensch 
Pferde  und  Schafe,  Hunde,  Katzen  und  Igel, 
Affen  schwitzen  nur  an  den  Fußballen. 
Rind  und  Schwein  schwitzen  nur  an  der 
Schnauze.  Bei  Ziegen,  Kaninchen,  Ratten, 
Mäusen  hat  man  niemals  Schweißsekretion 
beobachtet. 

Solange  die  Schweißmenge  gering  ist, 
verdunstet  derselbe  an  der  Oberfläche  der 
Haut  (Perspiratio  insensibilis),  erst  wenn  die 
Menge  groß  oder  der  Schweiß  am  Verdunsten 
verhindert  ist,  sammelt  sich  der  Schweiß  in 
Perlen  auf  der  Haut. 

3a)  Chemie  des  Schweißes.  Um 
größere  Mengen  Schweiß  zur  Untersuchung 
zu  gewinnen,  stellt  man  die  Versuchsperson 
in  einem  Schwitzbade  in  eine  Wanne  und 
sammelt  den  Schweiß,  oder  man  läßt  den 
Schweiß  in  Flanell  aufsaugen  und  kocht 
denselben  aus  (xVrgutinsky).  Eine  solche 
intensive  Schweißsekretion  kann  man  ent- 
weder durch  Schwitzbäder  (Heißluft-,  Dampf-, 
elektrische  Lichtbäder),  oder  durch  starke  Mus- 
kelanstrengung oder  durch  chemische  Mittel 
(Pilokarpin)  erreichen.  Der  auf  diese  Weise 
erhaltene  Schweiß  ist  aber  nie  rein,  sondern 
mit  Epidermisschuppen  und  Sekret  der 
Talgdrüsen  verunreinigt.  Die  Angaben  über 
die  Konzentration  des  Schweißes  sind  ver- 
schieden je  nach  der  Art  der   Gewinnung. 

Rein  gewonnen  und  filtriert  ist  der 
Schweiß  eine  klare,  ungefärbte,  salzig 
schmeckende  Flüssigkeit  vom  spezifischen 
Gewicht  1001  bis  1010.  Die  Reaktion 
des  Schweißes  ist  nach  den  meisten  An- 
gaben sauer.  Mit  Zunahme  der  Schweiß- 
sekretion   nimmt    aber    die     Acidität     ab 


und  die  Reaktion  kann  dann  neutral 
oder  alkalisch  werden  (Heuss).  Andere 
Forscher  finden  die  Reaktion  des  ScliM-eißes 
alkalisch.  Von  Tieren  ist  der  Schweiß  der 
Katzenpfote  alkalisch,  der  Pferdeschweiß, 
ebenso  der  anderer  Pflanzenfresser  stark 
alkalisch  (Smith,  Pugliese).  Die  Gefrier- 
punktserniedrigung hängt  von  der  Konzen- 
tration und  im  wesentlichen  vom  Kochsalz- 
gehalt ab.  Als  mittlere  Zahl  wird  von 
Ardin-Delteil  zJ=— 0,237»  angegeben. 
Aehnliche  Werte  fand  auch  Bogdan,  wäh- 
rend Brieger  und  Diesselhorst  und  Ta- 
rn gi  und  Tomasinelli  viel  höhere  Werte 
bis'  zu  —  0,608»  und  —  0,52"  fanden,  die 
vielleicht  auf  eine  Wasserverdunstung  wäh- 
rend der  Gewinnung  des  Schweißes  zurück- 
zuführen sind.  Die  Gesamtmenge  der  festen 
Bestandteile  schwankt  zwischen  4,4  und 
22,6  Teilen  in  1000  Teilen  Schweiß.  Die- 
selben bestehen  aus  anorganischen  und  or- 
ganischen Bestandteilen.  Normalerweise 
sind  unter  den  anorganischen  hauptsächlich 
Chlornatrium  und  geringe  Mengen  von 
Chlorkalium,  daneben  in  Spuren  phosphor- 
saure und  schwefelsaure  Alkalien,  phosphor- 
saure alkalische  Erden  und  Eisenoxyd  vor- 
handen. Von  organischen  Bestandteilen  ent- 
hält der  Schweiß  NeutraKette,  Cholesterin, 
flüchtige  Fettsäuren,  Spuren  von  Eiweiß, 
besonders  in  reichlicher  Menge  im  Pferde- 
schweiß, wo  dasselbe  die  Schaumbildung  des 
Schweißes  bei  starker  Muskelarbeit  der  Pferde 
veranlaßt,  ferner  Kj"eatinin,  Harnsäure, 
aromatische  Oxysäuren,  Aetherschwefel- 
säuren  (Phenol-Skatoxyl  und  Indoxyl),  Serin 
(Enibden  und  Tachau  Biochem.  Zeit- 
schrift Bd.  28  S.  230  1910)  und  besonders 
in  größerer  Menge  Ammoniak  und  Harn- 
stoff. Die  letztere  Tatsache  ist  von  den  ver- 
schiedensten Forschern  (Favre,  Funke, 
Harnack,  Argutinsky,  Cramer,  Eijk- 
man,  Camerer,Zuntz  und  seinen  Schülern) 
sichergestellt.  Die  Menge  des  mit  dem  Schweiß 
ausgeschiedenen  Stickstoffs  kann  besonders 
bei  starker  Muskelarbeit  und  starker  Schweiß- 
sekretion so  groß  sein,  daß  Zuntz  ,,aUe 
Stoffwechselversuche  im  Sommer  und  bei 
körperlicher  ^Vi'beit  geradezu  als  wertlos  be- 
zeichnet, wenn  sie  nicht  diesem  Faktor 
Rechnung  tragen". 

Cramer  fand  bis  zu  12%  der  Gesamt- 
stickstoffausscheidung in  24  Stunden  im 
Schweiß;  Zuntz  und  seine  Schüler  bis  zu 
13%.  Im  Gegensatz  dazu  steht  die  Angabe 
von  Pugliese  (Biochemische  Zeitschrift 
Bd.  39  S.  150  1912),  der  den  Schweiß  von 
Pferden,  der  durch  Wärme  und  intensive 
Muskelarbeit  hervorgerufen  wurde,  unter- 
suchte und  in  beiden  Fällen  fast  dieselben 
Werte  fand  und  zu  dem  Schluß  kommt: 
,,Die  Stickstoffmenge,  die  die  Muskeln  auch 
während  einer  intensiven  und  andauernden 

IG* 


244 


Hautsekrete 


Arbeit  an  den  Schweiß  abgeben,  ist  immer 
sehr  gering  und  nie  imstande,  die  Stickstoff- 
bilanz,  wie  sie  dnrch  die  Harnanalyse  ge- 
liefert, zu  beeinträchtigen." 

Bei  Annrie  nnd  Urämie  (Cholera)  kann 
die  Harnstoi'fausscheidung  im  Schweiß  so 
groß  werden,  daß  der  Harnstoli'  auf  der 
Haut  auskristallisiert  und  es  zu  einem  förm- 
lichen Harnstoffbelag  der  Haut  kommt.  In 
manchen  Fällen  kommt  es  auch  zur  Aus- 
scheidung von  gefärbtem  Schweiß  (Chrom- 
hidrosis),  der  zum  Teil  durch  Bakterien- 
wirkung bedingt  ist  (roter  Schweiß),  aber 
auch  durch  Indikan  (blau)  oder  durch 
Alkaptonderivate  (schwarz). 

Anormalerweise  kommen  im  Schw'eiß  vor 
Dextrose  und  Aceton  bei  Diabetikern,  Ben- 
zoesäure, Bernsteinsäure,  AVeinsäure,  ferner 
körperfremde  Stoffe,  die  im  Schweiße  aus- 
geschieden werden,  wie  Jod,  Arsen,  Queck- 
silber, Chinin,  Eisen,  Blei,  ferner  Harnsäure, 
Cystin  usw.  Die  Frage,  ob  der  Schweiß, 
wenn  er  anderen  Tieren  injiziert  wird,  giftig 
ist,  ist  noch  strittig. 

Ueber  die  Mengenverhältnisse  der  ein- 
zelnen Bestandteile  des  Schweißes,  der 
künstlich  durch  profuse  Schweißabsonderung 
gewonnen  wurde,  liegen  verschiedene  Ana- 
lysen von  Harnack,  Camerer  usw.  vor. 
Die  Zusammensetzung  des  unter  normalen 
Verhältnissen  bei  gleichbleibender  Diät  ge- 
wonnenen Schweißes  hat  kürzlich  Taylor 
(Journ.  of  biolog.  chemistry  t.  9  p.  21,  1911) 
untersucht  und  liat  während  28  und  45  Tagen 
an  zwei  Laboratoriumsarbeitern  die  tägliche 
Ausscheidung  von  Schwefel,  Phosphor  und 
Stickstoff  im  Schweiß  ohne  den  Kopfschweiß 
bestimmt.     Er  fand  als  mittlere  Werte 

I  (28  Tage)  II  (45  Tage) 
Schwefel                   0,028  g  0,015  g 

Phosphor  0,003  g  0,002  g 

Stickstoff  0,190  g  0,160  g 

3b)  Menge  des  Schweißes.  Die  Menge 
des  sezernierten  Schweißes  ist  außerordent- 
lich schwankend  und  ist  von  einer  großen 
Reihe  von  Umständen,  Temperatur,  Feuch- 
tigkeitsgehalt der  Luft,  Körperanstrengung 
usw.  abhängig.  Nach  Hammarsten  beträgt 
sie  etwa  Yei  ^^^^  Körpergewichts,  Tereg 
schätzt  sie  auf  etwa  800  bis  1000  g.  Seh  wen - 
kenbecher  hat  nach  einer  besonderen 
Methode  die  Menge  auf  672  g  in  24  Stunden 
bei  einem  Mann  von  70  kg  angegeben. 
Pettenkofer  und  Voit  geben  618  g  an. 
Im  Schwitzbade  kann  in  sehr  kurzer  Zeit 
eine  abnorm  große  Schweißmenge  sezerniert 
werden.  Strauß  beobachtete  in  einer  halben 
Stunde  V,  bis  1  1,  Favre  in  1'2  Stunden 
ca.  2500  ccm.  Bei  angestrengter  Muskel- 
arbeit, Märschen  an  heißen  Sommertagen 
fand  Gramer  3208  ccm.  Zuntz  und 
Schumburg    fanden     an    marschierenden 


Soldaten  mit  gleichem  Gepäck  und  gleicher 
Uniform  Schwankungen  von  953  g  bis 
2575  g.  Bei  ein  und  demselben  Individuum 
w'urden  Schwankungen  von  2436  bis  3366  g 
beobachtet. 

3c)  Sekretion  des  Schw-eißes.  Man 
hat  früher  ebenso  wie  die  Nierensekretion 
auch  die  Sclnveißsekretion  für  einen  ein- 
fachen Filtrationsprozeß  angesehen.  Aber 
die  direkte  Abhängigkeit  der  Schweißsekre- 
tion von  echten  Drüsennerven,  die  noch 
möglich  ist,  wenn  die  Blutzirkulation 
aufgehoben  ist,  ferner  das  Versiegen  der 
Schweißsekretion  nach  Atropin  Vergiftung, 
die  Sekretion  von  Schweiß  in  einer  luft- 
dicht abgeschlossenen  Extremität,  die  unter 
einem  Druck  stand,  der  viel  höher  w^ar  wie 
der  Aortendruck,  bewiesen,  daß  es  sich  auch 
hier  um  eine  echte  Arbeit  der  Drüsenzellen 
handelt.  Die  Erregung  der  Schweißdrüsen- 
nerven kann  nun  auf  verschiedene  Weise 
stattfinden,  entweder  durch  periphere  oder 
durch  zentrale  Eeize.  Einer  der  wichtigsten 
Faktoren  für  die  Schweißsekretion  ist  die 
Wärme.  Jede  Temperatursteigerung  des 
Körpers  kann  Schweißsekretion  hervorrufen. 
Diese  Temperatursteigerung  kann  bedingt 
sein  durch  verminderte  Wärmeabgabe  (Voll- 
bad, erhöhte  Außentemperatur,  oder  durch 
gesteigerte  Wärmeproduktion  (Muskelarbeit, 
Zufuhr  heißer  Getränke). 

Zentral  kann  Schw^eißsekretion  hervor- 
gerufen w'erden  durch  Sauerstoffmangel  (To- 
desschweiß), durch  psychische  Vorgänge 
(Angstschweiß).  Ferner  gibt  es  eine  Reihe 
von  Giften,  die  die  Schweißsekretion  be- 
einflussen können.  Pilokarpin,  Physostygmin, 
Muskarin,  Campher,  Nikotin,  Strychiiin, 
Pikrotoxin  steigern  die  Schweißsekretion, 
Atropin  und  Morphium  in  größeren  Dosen 
setzen  dieselbe  herab  oder  heben  sie  auf. 
Das  Vorhandensein  von  echten  Drüsen- 
nerven kann  man  an  der  Katze  nachweisen. 
Wenn  man  bei  ganz  jungen  Katzen  den 
Ischiadicus  mit  faradischen  Strömen  reizt, 
so  tritt  Sekretion  von  Schweiß  an  den  Zehen- 
ballen auf.  Gleichzeitig  tritt  auch  eine  Gefäß- 
erweiterung auf.  Da  aber  die  Reizung  auch 
am  amputierten  Bein  Erfolg  hat,  so  kann 
die  Sekretion  nicht  durch  die  Gefäßerweite- 
rung bedingt  sein,  sondern  sie  muß  durch 
direkte  Reizung  der  Drüsenzellen  bedingt 
sein.  Die  Zentren  für  die  Schweißabsonderung 
liegen  im  Rückenmark  und  Halsmark, 
aber  auch  von  der  Medulla  oblongata  und 
der  Hirnrinde  in  der  Gegend  des  Gyrus 
antecruciatus  und  an  der  basalen  Rinde  der 
Frontallappen  läßt  sich  nach  Winkler  bei 
der  Katze  Schweißsekretion  auslösen.  Die 
Bahnen  der  Schweißnerven  verlaufen  im 
Sympathicus. 

3d)  Bedeutung  der  Schweißsekre- 
tion für  die   Wärmeregulation.    Ueber 


Hautsekrete  —  Hautsinne 


245 


die  Bedeutung  der  Schweißsekretion  für  die 
Wärmeregulation  vgl.  den  Artikel  „Wärme- 
haus halt". 

4.  Die  Tränenflüssigkeit.  Die  Tränen- 
flüssigkeit wird  von  einer  tubulösen  Drüse 
geliefert,  die  im  lateralen  Augenwinkel  ge- 
legen ist  und  durch  mehrere  Ausführungsgänge 
ihr  Sekret  in  den  Konjunktivalsack  entleert. 
In  ihrem  Bau  und  ihrer  Funktion  verhält 
sich  die  Tränendrüse  wie  die  Speicheldrüsen. 

Die  Tränenflüssigkeit  ist  eine  klare, 
schwach  alkalische  Flüssigkeit  von  sal- 
zigem Geschmack.  Ihre  Menge  beträgt  beim 
Menschen  ungefähr  3  g  pro  Tag  unter  nor- 
malen Verhältnissen.  Sie  enthält  1,8 °o  feste 
Bestandteile,  darunter  0,5%  Eiweiß,  1,3% 
Kochsalz.  Ausführliche  Angaben  auch  über 
die  Sekretion  und  die  Funktion  der  Tränen- 
drüsen finden  sich  bei  Schirm  er,  Anatomie 
und  Physiologie  der  Tränenorgane,  im  Hand- 
buch der  Augenheilkunde  von  Graefe- 
Saemisch    1907. 

5.  Die  Milch.  lieber  die  Milch  und  ihre 
Sekretion  s.  den  Artikel  „Milch"  dieses 
Handwörterbuches. 

Literatur.     ^-1.  Kreidig  Physiologie  der  Haut.    In 
3Iracek,  Handbuch  der  Hautkrankheiten,  Bd.  i. 

—  R.  Metzner,  Absonderung  des  Hauttalges 
und  des  Schweißes.  In  W.  Nagel,  Handbuch 
der  Physiologie,  Bd.  2,  S.  1907.  —  -fr'.  JV. 
Schulz^  Hautdrüsen  und  Tränen.  In  Oppen- 
heimer,  Handbuch   der  Biochemie,    Bd.  3,    1. 

—  JP.  Cr.  Unna,  Biochemie  der  Haut.  Jena  191S. 

B.  Schöndorff. 


Hautsinne. 


I.  Der  Tastsinn.  1.  Die  Lehre  von  den  Be- 
rührungsemplindungen.  2.  Die  Lehre  vom 
aktiven  Tasten.  II.  Der  Kältesinn.  III.  Der 
Wärmesinn.     IV.  Der  Hautschmerz. 

Mit  den  zahlreichen  sensiblen  Nerven  der 
Haut  können  wir  die  Lage  von  Gegenständen 
wahrnehmen,  sofern  sie  sich  in  unmittelbarer 
Nähe  unseres  Körpers  befinden.  Ja  noch 
mehr:  wir  erfahren  auch,  ob  sich  das  be- 
rührte Objekt  warm  oder  kalt  anfühlt  und 
außerdem,  ob  es  etwa  mit  einer  scharfen 
Kante  und  so  großer  Ivi-aft  an  unseren  Körper 
gepreßt  wird,  daß  uns  Schaden  droht.  In 
diesem  Falle  fühlen  wir  Schmerz.  Nach  sol- 
chen Gesichtspunkten  lassen  sich  die  durch  die 
Haut  ausgelösten  Empfindungen  in  vier  Sinne 
einteilen,  nämlich  in  einen  Tast-,  Wärme-, 
Kälte-  und  Schmerzsinn. 

I.  Der  Tastsinn. 

Der  Tastsinn  unterrichtet  uns 
über  die  Oberflächenbeschaffenheit 
und  Lage  der  uns  umgebenden  Dinge. 


Zu  einer  solchen  Orientierung  ist  zweierlei 
erforderlich:  Erstens  muß  eine  bestimmte 
Vorstellung  über  die  Stärke  und  den  Ort 
der  durch  die  Berührung  des  Gegenstandes 
bedingten  Hautreize  Zustandekommen,  welche 
am  zweckmäßigsten  als  Berührungsempfin- 
dung bezeichnet  wird.  Zweitens  führen  wir 
absichtliche  Bewegungen  aus,  deren  Art  und 
Größe  wir  uns  ebenfalls  merken.  Es  muß 
also  bei  der  Darstellung  des  Tastsinnes 
unterschieden  werden : 

1.  Die  Lehre  von  der  Berührungsemp- 
findung. 

2.  Die  Lehre  vom  aktiven  Tasten. 

I.  Die  Lehre  von  der  Berührungsemp- 
findung. Jedes  Sinnesorgan  wird  vornehm- 
lich durch  einen  einzigen  Reiz  in  Erregung 
versetzt,  für  den  es  auch  besonders  angepaßt 
ist  und  welcher  als  der  adäquate  bezeichnet 
wird.  Für  Berührungsempfindungen  wird 
der  adäquate  Reiz  durch  eine  mecha- 
nische Einwirkung  dargestellt,  die  imstande 
ist,  eine  Deformation  der  Haut  hervorzurufen. 

Daß  dabeinur  das  Druckgefälle  erregendwirkt 
und  nicht  der  Druck,  unter  dem  die  Haut 
steht,  geht  aus  einem  schon  von  Meißner  an- 
gegebenen Versuch  hervor.  Taucht  man  den  Arm 
unter  Quecksilber,  das  in  einem  hohen  Gefäß 
untergebracht  ist,  dann  fühlt  man  von  dem 
starken  Druck  nichts  als  einen  Ring,  welcher 
der  freien  Oberfläche  des  Quecksilbers  ent- 
spricht, wo  die  gepreßte  und  die  normale  Haut 
zusammenstoßen.  Am  ganzen  übrigen  unter 
dem  Quecksilber  stehenden  Teil  des  Armes, 
der  unter  noch  höherem  Druck  steht,  fühlt 
man  nichts. 

Uebereinstimmend  damit  wird  die  Emp- 
findung sehr  stark,  wenn  man  die  Haut 
mit  einer  abgestumpften  Spitze  berülirt ;  denn 
von  der  Berührungsstelle  aus  nimmt  der 
Druck  nach  allen  Seiten  rasch  ab.  Wird 
dagegen  an  der  Haut  gezogen,  dann  ist  der 
Druck  an  der  gezogenen  Stelle  am  kleinsten 
und  wird  nach  der  Peripherie  zu  größer. 
Trotzdem  kommt  die  gleiche  Empfindung 
zustande  wie  durch  Drücken.  Demnach  ist 
nur  die  Größe  des  Druckgefälles  maßgebend, 
nicht  die  Richtung. 

Die  Schwelle  für  Berührungsemp- 
f  i  n  du  ng  wird  an  demjenigen  Druck  gemessen, 
bei  welchem  eine  Berührung  eben  erkannt 
wird.  Er  beträgt  unter  gewissen  Bedingungen 
nur  Viooo  Atmosphäre. 

Die  niecMgste  Schwelle  soU  an  der  Stirn  vor- 
handen sein,  die  höchste  an  der  Volarseite  der 
Finger.  Doch  darf  diesen  Ergebnissen  keine  zu 
große  Bedeutung  beigemessen  werden,  denn  an 
einerund  derselben  Körperstelle  kann  die  SchweUe 
unter  Einhaltung  der  gleichen  Versuchsbe- 
dingungen sehr  verschieden    gefunden   werden. 

Die  Körperhaare  wirken  erniedrigend 
auf  die  Schwelle,  denn  sie  bedingen  eine 
Verkleinerung  der  Fläche,  auf  welche  das 
Gewicht  drückt,  andererseits  wirken  sie,  da 


246 


Hautsinne 


sie  meist  schräg  in  der  Haut  stecken,  als 
Hebel. 

Da  beim  Aufsetzen  verschiedener  Gewiclite 
die  Ilautdeformation  auch  durch  die  Gesclnviiidig- 
keit,  mit  der  das  (iewicht  au  der  Körperoberfläche 
ankommt,  beeinflußt  wird,  führte  v.  Frey  die 
Scliwellenbestimmung  mit  Federspannung  aus. 
Der  dazuhergestellte  Apparat  wird  als,.  Schwellen- 
wage'' bezeichnet. 

Der  auf  die  FlächeiuMuheit  bezogene  Druck, 
welcher  eben  noch  als  Berührung  wahr- 
genommen wurde,  war  am  kleinsten,  wenn  er 
auf  eine  Fläche  von  etwa  ^2  ciinm  wirkte. 
Er    betrug    dann    nur    0,036   Atmosphären. 

Bei  einer  Fläche  von  2000  qmm  war  der  Druck 
größer  als   eine   Atmosphäre.     Figur  1    stellt 


unter  gewissen  Bedingungen  als  solche. 
Es  hat  sich  aber  gezeigt,  daß  man  im  Er- 
kennen einer  Entlastung  viel  unsicherer  ist, 
als  im  Erkennen  der  Belastung. 


0^ 


0,2 


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I 


2(^n 


Fig.  1.    Abhängigkeit  des  Schwellendruckes  von 

der  Größe  der  Fläche.     Die  Abszissen  bedeuten 

die    gedrückten    Flächen,     die    Ordinaten     die 

Drücke.     Nach  v.  Frey  und  Kiesow. 


die  Abhängigkeit  des  Schwallendruckes  von  der 
Größe  der  Fläche  dar. 

Die  durch  die  Kurve  veranschaulichten  Be- 
ziehungen sind  wie  folgt  zu  erklären.  Je  mehr 
die  gedrückte  Fläche  über  0,5  qmm  hinaus 
wächst,  um  so  kleiner  wird  das  Druckgefälle. 
Wird  die  i''läche  kleiner  als  %  qmm,  dann  wird 
das  Druckgefälle  zwar  steiler,  aber  es  verläuft 
oberflächlicher  als  die  Nervenendigungen. 

Je  schneller  die  Deformation  erfolgt,  um 
so  stärker  ist  ceteris  paribus  die  Empfindung. 

Diese  Tatsache  steht  in  Einklang  mit 
den  allgemein  gültigen  Gesetzen  der  Keizung 
überhaupt.  Wenn  in  Figur  2  die  Abszissen 
die  Zeiten  und  die  Ordinaten  die  in  diesen 
Zeiten  erreichten  Druckwerte  angeben,  dann 
bedingen  die  Reize  a  und  b  die  gleiche 
Empfindung,  trotzdem  die  Höhe  sehr  ver- 
schieden ist. 

Wird  eine  Hautstelle  längere  Zeit  mit  einem 
Gewichte  belastet  und  dieses  Gewicht  dann 
entfernt,  so  emj)findet  man  die  Entlastung 


Zwei  gleich  stark  gefühlte  Reize. 


Die  Feinheit  des  Berührungs- 
sinnes wird  ausgedrückt  durch  den  klein- 
sten eben  wahrnehmbaren  Unterschied  von 
2  Gewichten,  die  am  zweckmäßigsten  nach- 
einander einwirken. 

Am  besten  ausgebildet  ist  nach  E.  H.  Weber 
das  Unterscheidungsvermögen  an  den  Finger- 
spitzen, dann  folgt  der  Unterarm  und  sodann 
die  Bauchhaut.  Von  großem  Einfluß  soll  die 
Zeit  sein,  die  man  zwischen  dem  Auflegen  der 
beiden  Gewichte  verstreichen  läßt.  Bei  einem 
Intervall  von  15  bis  30  Sekunden  konnte  Weber 
Drücke  unterscheiden,  die  sich  wie  29  zu  30 
verhielten.  Bei  einer  Pause  von  60  bis  90  Se- 
kunden mußten  sich  die  Gewichte  wie  4  zu  5 
verhalten,  wenn  das  schwerere  von  dem  leich- 
teren unterschieden  werden  sollte. 

Bei  diesen  Beobachtungen  stellte  Weber 
eine  Tatsache  fest,  die  für  die  spätere  Ent- 
wickelung  der  Sinnesphysiologie  von  grund- 
legender Bedeutung  wurde,  und  die  unter 
dem  Namen  des  Web  er  sehen  Gesetzes  all- 
gemein bekannt  ist.  Das  Gesetz  lautet 
nach  der  Fassung  von  Hering:  Der  wirk- 
liche Unterschied  zweier  eben  merklich  ver- 
schieden erscheinender  Reizgrößen  wächst 
proportional  mit  den  Reizgrößen.  Verschie- 
dene spätere  Untersuchungen  haben  indessen 
dargetan,  daß  das  Web  er  sehe  Gesetz  in 
bezug  auf  den  Tastsinn  keine  Gültigkeit  be- 
sitzt. Auf  die  von  Fe  ebner  vorgenommene 
Auslegung  und  Ausgestaltung  des  Web  er- 
sehen Gesetzes  kann  an  dieser  Stelle  nicht 
eingegangen  werden. 

In  ganz  ähnlicher  Weise  wurde  auch 
untersucht,  wie  groß  eine  Druckänderung 
sein  muß,  damit  sie  gerade  empfunden  wird. 
Bastelberger  fand,  daß  an  der  Finger- 
spitze bei  einer  Fläche  von  9  qmm  regelmäßig 
ein  Unterschied  erkannt  wurde,  wenn  die 
Belastung  von  10  bis  9  g  abnahm. 

Goltz  legte  einen  mit  Wasser  gefüllten 
Gummischlauch  an  die  Haut  und  veränderte 
den  Druck  durch  verschieden  starke  Kompression. 

Die  Zunahme  des  Druckes  ist  nach 
Stratton  leichter  wahrnehmbar  als  die  Ab- 
nahme. Eine  Veränderung  überhaupt  ist 
leichter  erkennbar  als  die  Richtung,  in  der 


Hautsinne 


247 


sie  stattfindet.  Die  Unterscliiedsschwelle  war 
am  kleinsten  bei  momentaner  Druckänderung 
und  wurde  um  so  größer,  je  langsamer  die 
Aenderung  erfolgte. 

Berührungs-  und  Druckempfindung. 
Nimmt  der  Druck,  unter  dem  ein  Objekt  auf 
die  Haut  gesetzt  wird,  von  dem  Wert  0  bis 
zu  einem  größeren  Wert  immer  weiter  zu, 
dann  hat  man  zunächst  den  Eindruck 
einer  leisen  Berührung,  der  immer  stärker 
wird,  bis  eine  Empfindung  zustande  kommt, 
die  wir  als  Druckgefühl  bezeichnen. 

Es  ist  schwer  zu  entscheiden  und  auch 
ziemlich  belanglos,  ob  die  Berührungs- 
empfindung rein  psychologisch  eine  Empfin- 
dung sui  generis  darstellt  oder  eine  Druck- 
empfindung  mit  sehr  geringer  Intensität. 
Dagegen  ist  die  Frage  von  großem  Interesse, 
ob  es  dieselben  Elemente  sind,  die  der  Wahr- 
nehmung von  Berührung  und  Druck  dienen. 
Strümpell  beschrieb  zuerst  Fälle  von 
Nervenkrankheiteii,  bei  denen  das  Gefühl 
für  die  leisesten  Berührungen  vollkommen 
erhalten  war,  während  starker  Druck  nicht 
als  solcher  wahrgenommen  werden  konnte. 
Bei  anderen  Erkrankungen  wird  zwar  starker 
Druck  erkannt,  aber  die  oberflächliche  Be- 
rührungsempfindung hat  aufgehört.  Dieser 
Zustand  wurde  sogar  mittels  Durchschnei- 
dung von  Hautnerven  experimentell  herge- 
stellt. Nach  der  Operation  war  nur  noch 
das  tiefe  Druckgefühl  vorhanden.  Wir  sind 
deshalb  heute  gezwungen  anzuneh- 
men, daß  starke  mechanische 
Reize  durch  tief  unter  der  Haut 
liegende  Nervenendigungen  zum  Be- 
wußtsein gebracht  werden.  Eine 
solche  Empfindung  wird  nach  Strümpell 
als  „Druckempfindung"  bezeichnet  im 
Geg  e  n  s  at  z  z  u  r , ,  B  e  r  ü  h  r  u  n  g  s  e  m  p  f  i  n  d  u  n  g  " , 
die  durch  schwache  Reize  an  den  ober- 
flächlichsten Hautschichten  zustande  kommt. 

Der  Verlauf  der  Berührungs- 
empfindung  wurde  von  Arps  stu- 
diert. Er  fand  das  Maximum  der  Reiz- 
wirkung stets  nach  0,980  Sekunden.  Bei 
0,432  trat  eine  scharfe  Remission  ein.  Vom 
Anfang  der  Reizung  an  war  also  nicht  ein 
gleichmäßiger  Anstieg  zu  beobachten,  son- 
dern es  gab  ein  vorläufiges  Maximum,  nach 
welchem  der  Anstieg  langsamer  erfolgte. 
Die  Ergebnisse  waren  unabhängig  von  der 
Intensität  des  Reizes. 

Der  Verlauf  der  Empfindung  bei 
konstant  bleibender  Erregung  wurde 
von  V.  Frey  untersucht.  Ist  die  Erregung 
stark  genug,  dann  bleibt  die  Empfindung 
bestehen,  solange  der  Reiz  anhält.  Bei 
kleinen  in  der  Nähe  der  Schwelle  liegenden 
Gewichten  wird  die  Empfindung  bald  nach 
dem  Auflegen  undeutlich  oder  verschwindet 
ganz. 

Verschmelzung    von   nacheinander 


auftretenden  Berührungsempf  in  dün- 
gen. Zwei  mechanische  Reize,  welche  nach- 
einander auf  den  Zeigefinger  einwirken 
(Doppelreize),  werden  als  getrennt  wahrge- 
nommen, wenn  das  zeitliche  Intervall,  d.  h. 
die  Zeit  zwischen  Anfang  des  ersten  und  An- 
fang des  zweiten  Reizes  größer  ist  als  0,05 
Sekunde.  Bei  kürzerer  Pause  können  sie  in 
der  Regel  nicht  unterschieden  werden. 
Bei  elektrischer  Reizung  darf  die  Pause  noch 
etwas  kleiner  sein. 

Wird  aber  die  Haut  von  einer  Reihe 
von  rhythmischen  Stößen  getroffen 
(Serienreizung)  dann  tritt  auch  bei  sehr 
hoher  Reizfrequenz  eine  Diskontinuität  der 
Empfindung  auf,  die  als  Vibrations- 
gefühl bezeichnet  wird. 

An  der  Zeigefingerspitze  erfolgt  die  Verschmel- 
zung erst  bei  800  und  mehr  Reizen  in  der  Sekunde. 
An  der  Stirn  sollen  122  Schwingungen  in  der 
Sekunde  genügen,  um  einen  einheitliehen  Ein- 
druck hervorzurufen.  Die  Serienreize  werden  an 
den  oberflächlichen  Hautschichten  als  ,, Berüh- 
rungsreize" wahrgenommen.  Aber  aifch  bei 
Rückenmarkskranken,  bei  denen  das  ober- 
fläcliliche  Hautgefühl  fehlt,  bedingen  Serien- 
reize die  Empfindung  von  Schwirren,  die  in  diesem 
Falle  nur  an  das  subkutane  Gewebe,  Fascien 
und  Periost  gebunden  sein  kann.  Zur  Unter- 
suchung bedient  man  sich  am  einfachsten  ver- 
schieden grolJer  Stimmgabeln,  deren  Fuß  zum 
Aufsetzen  eingerichtet  ist. 

Zeyneck  untersuchte  den  Einfluß  der  Fre- 
quenz von  Wechselströmen  bis  zu  5000  Wechseln 
in  der  Sekunde  und  fand,  daß  die  Stromstärke 
um  so  höher  sein  mußte,  je  schneller  der  Wechsel 
erfolgte.  Bei  Tesla strömen  trat  das  prickelnde 
Gefühl  überhaupt  nicht  mehr  auf. 

Tastpunkte.  Blix  konnte  zeigen,  daß 
nur  bestimmte  anatomisch  festgelegte  Stellen 
der  Haut  Berührung  wahrnehmen  können, 
alle  dazwischenliegenden  Teile  nicht.  Sie 
wurden  fast  gleichzeitig  auch  von  Gold- 
scheider  entdeckt  und  werden  als  Tast- 
oder  Druckpunkte  bezeichnet.  An  den 
behaarten  Partien  fallen  die  Druckpunkte 
im  allgemeinen  mit  den  Haaren  zusammen. 
DerTastpunkt  liegt  jedesmal  an  dem  stumpfen 
Winkel,  den  das  Haar  mit  der  Hautober- 
fläche bildet. 

In  seltenen  Fällen  kommen  auch  Haare 
vor,  ohne  Tastpunkt,  besonders  am  Oberarm. 
Den  Doppelhaaren  entspricht  ein  einziger  Tast- 
punkt, den  Haargruppen  mehrere. 

An  den  unbehaarten  Körperstellen,  der 
Vola  manus  und  Planta  pedis  liegen  die 
Druckpunkte  sehr  dicht,  die  Dichte  nimmt 
nach  den  Finger-  und  Zehenspitzen  hin  zu. 

Die  Verteilung  der  Tastpunkte  über  den 
ganzen  Körper  ist  aus  der  umstehenden 
Skizze  (Fig.  3)  zu  ersehen,  die  nach  den  An- 
gaben von  Kiesow  gezeichnet  ist.  Die 
Zahl  aller  Tastpunkte  des  ganzen 
Körpers  mit  Ausschluß  des  Kopfes 
schätzt  V.  Frev  auf  ungefähr  500  000. 


248 


Hautsinne 


Fig.    3.      Verteilung   der   Tastpunkte   auf    den 
ganzen  Körper.  Die  in  dem  Schema  eingetragenen 
Zahlen  bedeuten  die  im  Quadratzentimeter  ent- 
haltenen Tastpunkte. 

Wie  für  größere  Flächen  der  Haut,  so 
läßt  sich  natürlich  auch  für  jeden  einzelnen 
Tastpunkt  die  Schwelle  ermitteln.  Sie  wü-d 
als  „Punktschwelle"  bezeichnet,  v.  Frey 
verwendete  zu  solchen  Bestimmungen  Reiz- 
haare, d.  h.  verschieden  dicke,  an  einem 
Stäbchen  angekittete  Haare  (Fig.  4).     Der 


in  eine  Messingröhre  geschoben  werden  kann, 
in  die  es  genau  paßt.  Thunberg  und  Alrutz 
verwendeten  statt  der  Reizhaare  Glasfäden. 

Der  mittlere  Schwellenwert  lag  nach  den 
Untersuchungen  von  v.  Frey  bei  1,44  g/mm 
das  Minimum  des  Schwellenwertes  bei  0,5  g/mm. 
An  der  Zungenspitze  und  an  dem  Lippensaum 
kann  die  Schwelle  nach  Kiesow  bis  zu  0,05  g/mm 
sinken.  Die  mittlere  Schwelle  für  die  Tastpunkte 
des  ganzen  Körpers  ist  in  Figur  5  eingetragen. 


Sehremfifindliclil 


Fig.   5. 


^Mittlere   Schwelle   der  Tastpunkte  in 
ff /mm.     Nach  Kiesow. 


Fig.  4.  Reizhaar. 

Widerstand,  den  das  Haar  dem  Zusammen- 
drücken in  der  Länge  entgegensetzt,  ist  die 
Kraft.  Die  Einheit  dafür  (1  g/mm)  wird 
gefunden,  indem  man  die  Kraft  durch  den 
Durchmesser  des  Haares  dividiert.  Die  Kraft, 
bezogen  auf  die  Einheit  der  gedrückten 
Fläche,  stellt  den  (hydrostatischen)  Druck 
dar.  Aus  den  Untersuchungen  von  v.  Frey 
ergab  sich,  daß  das  Haar  größerer  Fläche 
und  größerer  Kraft  bei  gleichem 
Druckwert  stärker  wirkte. 

Statt  eines  Satzes  von  Reizhaaren,  die  zu 
solchen  Untersuchungen  unbedingt  notwendig 
sind,  hat  v.  Frey  einen  Apparat  konstruiert, 
der  die  Reizhaare  von  verschiedener  Kraft 
ersetzt.  Dieser  ,,Aesthesiometer"  beruht 
darauf,    daß    ein    Pferdehaar   verschieden   weit 


Häufig  hat  die  Erregung  eines  einzelnen 
Druckpunktes  oszillatorischen  Charakter,  am 
deutlichsten  an  der  Lippenschleimhaut.  Diese 
Empfindung  verwischt  sich  bei  Reizung  mehrerer 
Punkte  zugleich. 

Der  Raumsinn  der  Haut.  Unter 
Raumsinn  der  Haut  versteht  man  die  Fähig- 
keit, das  räumliche  Nebeneinander  mehrerer 
gleichzeitig   wirkender    Reize    zu    erkennen. 

Werden  zwei  benachbarte  "Stellen  der  Haut 
erregt,  dann  können,  wie  zuerst  Weber  hervor- 
hob, die  beiden  Reize  so  nahe  liegen,  daß  sie 
nicht  als  getrennt  zu  unterscheiden  sind.  Bei 
einer  bestimmten  gegenseitigen  Entfernung  fühlt 
man  sie  als  länglichen  Körper,  wobei  die  Richtung 
der  Längsachse  entweder  der  Wirklichkeit  ent- 
sprechend wahrgenommen  wird  oder  nicht. 
Diese  Entfernung  bezeichnet  Fechner  als 
,, Schwelle  der  erkennbaren  Größe",  im  ersten 
Falle  als  solche  mit  Richtungsempfindlichkeit 
(simultane  Richtungsschwelle  von  v.  Frey)  im 
zweiten  Falle  ohne  Richtungsempfindung.  Bei 
noch  weiterem  Auseinanderrücken  der  beiden 
Reize  wurden  dieselben  als  vollkommen  getrennt 
gefühlt. 

Je  nach  der  Ausbildung  des  Raumsinns 
einer     bestimmten     Körperstelle     sind     die 


Hautsimie 


249 


Distanzen,  bei  denen  die  2  Reize  nicht  mehr 
als  ein  einziger  wahrgenommen  werden, 
verschieden  groß.  Weber  verwendete  zu  seinen 
Untersuchungen  einen 
Zirkel  mit  abge- 
stumpften Spitzen. 
V  i  e  r  0  r  d  t  stellte  einen 
Satz  von  Stütpaaren 
her,  indem  er  je  zwei 
Stecknadeln  in  ver- 
schiedenen Abstand 
mit  den  Spitzen  an 
Holzbrettchen  fest- 
klebte, so  daß  die 
Köpfe  frei  heraus- 
standen (vgl.  Fig.  6). 
Andere  verwendeten 
Stangenzirkel.  Einen 
Hautbezirk,  innerhalb  dessen  zwei  Zirkel- 
spitzen nicht  als  getrennt  erkannt  werden, 
bezeichnet  Weber  als  Empfindungs- 
kreis.  Die  Ergebnisse  von  Weber  sind  in 
Fiaiir  7  eingezeichnet. 


Bei  allen  diesen  Beobachtungen  wurden 
die  beiden  Reize  gleichzeitig  gesetzt.     Des- 

!  halb  wird  die  so  gefundene  Schwelle  nach 
V.  Frey  treffend  als  „Simultanschwelle" 

;  bezeichnet. 

j  Zwischen  den  als  getrennt  empfundenen 
gereizten  Tastpunkten  b  und  f  liegen  immer 
mehrere    ungereizte    c,    d    und    e,    Fig.   8. 

SimuUanschwelle 


Fig.  6. 


Fig.  7.   Die  Zahlen  geben  die  Größe  der  Weber- 
schen  Empfmdungskreise  an. 

Seit  den  Untersuchungen  von  Weber  wurde 
eine  große  Anzahl  derartiger  Bestimmungen 
ausgeführt,  doch  sind  die  Werte  nicht  vollkommen 
konstant.  Die  angegebenen  Zahlen  stellen 
Mittelwerte  zwischen  weit  auseinander  liegenden 
Größen  dar. 

Werden  die  Reize  an  empfindlichen  Druck- 
punkten gesetzt,  dann  tritt  bei  schwacher  Er- 
regung leichter  Verschmelzung  ein  als  bei 
starker  (v.  Frey).  Bei  starken  und  gut  ab- 
geglichenen Reizen  erhält  man  an  einer  und  der- 
selben Versuchsperson  gut  übereinstimmende 
Werte. 


a 

ib 

c 

d 

— • — 

e 

— • — 

1 
!f 

1 

• 

— • 

'Successivschwelle 


Rich("UU3ssch\velle 


Fig.  8.     Die  Punkte  a  bis  g  sollen  Tastpunkte 

darstellen,  welche  zufällig  in  einer  geraden  Linie 

liegen. 


Zwei  gleichzeitige  Reize  ziehen  sich  an,  d.  h. 
ihre  Entfernung  erscheint  kleiner  als  sie  wirk- 
lich ist. 

Die  Schwelle  ist  im  allgemeinen  kleiner,  wenn 
die  Verbindungslinie  der  beiden  Reize  cjuer  zur 
Längsachse  des  untersuchten  Gliedes  liegt,  als 
wenn  sie  in  der  Längsrichtung  steht. 

Vierer  dt  stellte  den  allgemeinen  Satz 
auf:  je  größer  die  Beweglichkeit 
einer  Hautstelle  ist,  desto  kleiner 
ist  die  Schwelle  für  gleichzeitige 
Berührung  an  derselben. 

Schon  Weber  hat  die  Beobachtung  gemacht, 
daß  die  Entfernung  von  zwei  Zhkelspitzen  an 
den  Stellen  mit  feinem  Tastsinn  für  größer 
gehalten  wird  als  an  solchen  mit  schlechtem. 
I)eshalb  scheinen  die  Spitzen  eines  mäßig  weit 
geöffneten  Zirkels  sich  voneinander  zu  entfernen, 
wenn  man  mit  ihm  von  dem  Arm  nach  der  mit 
besserem  Tastgefühl  ausgestatteten  Hand  fährt. 
Auf  diese  Tatsache  wurde  sogar  eine  ^lethode 
zur  Bestimmung  der  Schwelle  aufgebaut. 

Wird  ein  Punkt  der  Haut  gereizt 
und  kurze  Zeit,  am  besten  7^  Sekunden 
nachher  ein  anderer,  dann  erhält  man 
einen  viel  kleineren  Schwellenwert  für 
die  Wahrnehmbarkeit  einer  räumlichen  Ver- 
schiedenheit. Derselbe  wird  als  „Sukzessiv- 
schwelle" bezeichnet.  Dabei  ist  eine  Ver- 
schiedenheit schon  zu  erkennen,  wenn  2  un- 
mittelbar benachbarte  Tastpunkte  (b  und  c)  ge- 
reizt werden.  Die  Sukzessivschwelle  mit  Rich- 
tungsangabe, kurz  Richtungsschwelle, 
ist  nach  v.  Frey  und  Metzner  etwa  doppelt 
so  groß  wie  die  gewöhnliche  Sukzessiv- 
schwelle und  liegt  also  zwischen  dieser  und 
der  Simultanschwelle  (etwa  b  d)  auf  Figur  8. 

W^ahrnehmung  der  Form  eines 
Gesfenstandes.    Weber  drückte  das  Ende 


250 


Hautsinne 


einer  Blecliröhre  gegen  die  Haut  und  emp- 
fand die  Form  eines  Kreises  und  eines  davon 
eingesclilossenen  Raumes,  wenn  der  Durch- 
messer etwas  größer  war  als  der  Abstand 
der  Enden  des  Zirkels,  bei  denen  die  beiden 
Reize  als  getrennt  gefühlt  wurden.  War 
der  Durchmesser  kleiner,  wurde  die  Röhre 
für  einen  soliden  KTirpor  von  unbestimm- 
ter Gestalt  gehalten. 

Von  einer  komplizierten  Form  eines  Objektes, 
das  auf  die  Haut  aufgedrückt  wird,  hat  man  eine 
recht  unvollkommene  Vorstellung  (Binet).  Judd 
benutzte  zur  Untersuchung  verschieden  lange 
Lmien.  Xach  Eisner  werden  runde  Flächen 
von  1  und  2  mm  DiuThmesser  an  den  Finger- 
spitzen unterschieden,  am  Handrücken  solche 
von  2  und  6  mm,  am  Rücken  Flächen  von  2  und 
25  mm, 

Bewegungsempfindung.  Vierer  dt 
unterschied  ein  ,,Bewegungsgeführ',  d.  h. 
ein  unmittelbar  ausgelöstes  Gefühl,  dessen 
Inhalt  die  Wahrnehmung  der  Bewegung 
ist.  Dieser  Auffassung  trat  Funke  ent- 
gegen, der  das  Erkennen  von  Bewegungen 
zu  den  sekundären  Akten  der  Sinnestätigkeit 
zählt. 

Wichtiger  als  diese  theoretischen  Envägungen 
ist  es,  die  Bedingungen  festzustellen,  unter  denen 
eine  Bewegung  mit  der  Haut  erkannt  wird. 
Dabei  muß  man  von  der  Tatsache  ausgehen, 
daß  es  zwei  Gründe  gibt,  weshalb  sie  nicht 
wahrgenommen  wird;  entweder  wird  sie  nicht 
mit  der  richtigen  Geschwindigkeit  ausgeführt 
oder  die  Exl^ursion  ist  zu  klein. 

Hall  und  Donaldson  ließen  einen  Stift 
mit  verschiedener  Geschwindigkeit  über  die 
Haut  wandern  und  stellten  fest,  einen  wie 
großen  Weg  er  zurücklegen  mußte,  um  eine 
deutliche  Empfindung  der  Bewegung  und  auch 
ihrer  Richtung  zu  veranlassen.  Am  Vorderarm 
wurde  z.  B.  von  einer  Versuchsperson  die  Ver- 
schiebung gefühlt,  wenn  der  Weg  4  mm  betrug, 
am  Oberarm  mußte  er  5  mm  lang  sein,  am  Unter- 
schenkel 18  mm. 

Die  untere  Grenze  der  Geschwmdigkeit, 
unter  der  überhaupt  keine  Bewegungsempfindung 
mehr  auftritt,  untersuchte  Basler  an  der 
Zeigefingerspitze.  Die  Bewegung  wurde  sofort 
gefühlt,  wenn  die  Spitze  in  der  Sekunde  einen 
Weg  von  0,1  mm  zurücklegte.  Unter  dieser 
Geschwinchgkeit  fielen  die  Angaben  verschieden 
aus.  Nach  einiger  Uebung  ließ  sich  stets 
eine  Bewegung  von  0,06  mm  in  der  Sekunde 
erkennen.  Damit  die  Richtung  erkannt  wurde, 
mußte  die  Lageveränderung  im  allgemeinen 
schneller  erfolgen.  Die  Richtung  einer  Bewegung 
wurde  gewöhnlich  ohne  Fehler  angegeben, 
sobald  die  Geschwindigkeit  gi'ößer  war  als 
0,15  mm  in  der  Sekunde. 

Wie  für  die  Geschwindigkeit,  so  wurde 
auch  die  Schwelle  für  die  Größe  der  Be- 
wegung untersucht.  Leube  zog  mit  einem 
Stift  Striche  über  den  Fn Brücken  und  beob- 
achtete, daß  bei  einer  Länge  derselben  von 
Yo  cm  mit  voller  Sicherheit  eine  Bewegung 
erkannt  wurde  und  von  eiiüachen  Berührun- 
gen unterschieden  werden  konnte.  Waren  die 


Striche  3  bis  4  cm  lang,  ließ  sich  auch  fast 
immer  die  Richtung  feststellen.  Sollte  im 
Erkennen  der  Richtung  gar  kein  Fehler  mit 
unterlaufen,  mußte  die  Länge  5  cm  betragen. 
An  der  Kuppe  des  linken  Zeigefingers  wurde 
die  Bewegung  eines  Hartgummistiftes  in  der 
Regel  wahrgenommen,  wenn  dieselbe  eine  Ex- 
kursion von  0,02  mm  besaß,  nicht  mehr  dagegen 
bei  0,01  mm.  Dabei  war  es  gleichgültig,  ob  die 
Bewegung  in  der  Längsachse  des  Fingers  statt- 
fand oder  von  rechts  nach  links.  Die  Richtung, 
in  welcher  die  Verschiebung  erfolgte,  ließ  sich  nur 
bei  sehr  viel  größerer  Exkursion  angeben. 
Die  Größen  schwanken  zwischen  0,5  und  3,0  mm 
(Basler). 

Setzt  man  nach  der  Angabe  v.  Tscher- 
maks  3  Spitzen  auf  die  Haut,  von  denen  die 
beiden  äußeren  rasch  und  durch  kurze  Zeit 
vorwärts  gleiten,  während  die  mittlere 
ruht  und  nur  kurz  in  Berührung  mit  der  Haut 
gebracht  wird,  dann  erscheint  auch  die  mitt- 
lere bewegt  und  zwar  in  entgegengesetztem 
Sinne  wie  die  beiden  äußeren. 

Lokalisationsvermögen.  Was  bisher 
vom  Raumsinn  gesagt  wurde,  betrifft  die 
Unterscheidbarkeit  von  zwei  Reizen.  Wir 
können  aber  auch  einen  einzigen  Reizpunkt 
auf  der  Körperoberfläche  ,, lokalisieren", 
d.  h.  wir  können  mehr  oder  w^eniger  genau 
angeben,  an  welcher  Stelle  der  Reiz  erfolgte. 

Die  Fehler,  die  bei  den  Angaben  über  die 
Lokalisation  gemacht  werden,  fallen  immer 
kleiner  aus  als  die  Distanz  von  zwei 
eben  als  getrennt  empfundenen  Rei- 
zen an  derselben  Körperstelle.  Die 
Mehrzahl  der  Fehler  soll  gemacht  werden  in  der 
Längsrichtung  des  Armes,  mehr  nach  dem  Hand- 
gelenk zu  als  nach  dem  Ellenbogen. 

Aus  der  Fähigkeit,  den  Reiz  an  eine  be- 
stimmte Stelle  des  Körpers  zu  lokalisieren, 
geht  hervor,  daß  die  durch  Erregung  der 
Tastpunkte  ausgelösten  Empfindungen  nicht 
nur  Qualität  und  Litensität,  sondern  noch 
ein  weiteres  Attribut  enthalten,  das  ihre 
Lage  im  Räume  bestimmt.  Denjenigen  Li- 
halt  der  Empfindung,  welcher  uns  eine 
Vorstellung  über  die  Lage  im  Räume  gibt, 
nennt  Lotze  ,, Lokalzeichen". 

Alle  Bestimmungen  über  die  Feinheit  des 
Raumsinns  sind  bei  den  emzelnen  Versuchen 
nicht  absolut  gleich.  Diese  Verschiedenheit 
hängt  in  der  Regel  mit  dem  jeweiligen  psychischen 
Zustand  zusammen.  Aber  auch  rein  periphere 
Einflüsse  können  die  Empfindlichkeit  beein- 
flussen. So  soll  eine  stärkere  Blutfüllung  eines 
Hautbezirkes  nach  den  meisten  Autoren  eine 
Erhöhung  der  Empfindlichkeit,  Anämie  und  Kälte 
dagegen  eine  Verschlechterung  bedingen. 

Kitzelempfindung.  Der  Kitzel  kommt 
durch  ähnliche  Reize  zustande  wie  die  Tast- 
empfindung, unterscheidet  sich  aber  der  Qualität 
nach  von  dieser.  Fährt  man  mit  verschieden 
starkem  Druck  über  die  Haut,  kann  man 
zeigen,  daß  an  derllohlhand  die  Kitzelempfindung 
in  der  Regel  bei  0,2  g  Belastung  auftritt.  Von 
0,3  g  an  wuchs  nach  Basler  mit  zunehmendem 


Hautsinne 


251 


Druck  die  primäre  Kitzelempfindung  bis  zu 
einem  Maximum,  das  bei  0,5  bis  2  g  Belastung 
lag.  Bei  weiterer  Zunahme  des  Druckes  trat  der 
Kitzel  immer  mehr  zurück,  in  dem  Maße,  als  die 
Berührung  kräftiger  gefühlt  wurde,  so  daß  sich 
bei  10  g  überhaupt  kein  Kitzel  mehr  walirnehmen 
ließ.  An  der  Fußsohle  blieb  im  Gegensatz 
zur  Hand  die  starke  Kitzelempfindung  weit  über 
10  g  hinaus  bestehen,  und  eine  Abnahme  erfolgte 
erst  bei  100  oder  200  g,  bis  bei  einer  Belastung 
von  ungefähr  600  g  das  Kitzelgefühl  vollkommen 
verschwunden  war,  wobei  nur  noch  Druck- 
empfindung übrig  blieb. 

Von  großer  Bedeutung  ist  die  Schnelligkeit, 
mit  der  das  erregende  Objekt  bewegt  wird. 
Eine  Verschiebung  von  etwa  12  mm  in  der  Sekunde 
war  wesentlich  wirksamer  als  eine  langsamer  er- 
folgende. Unter  einer  Geschwindigkeit  von  2  mm 
war  überhaupt  kein  Kitzelgefühl  zu  erhalten. 
Schon  nach  kurzer  Zeit  trat  eine  auffallende 
Abstumpfung  der  gekitzelten  Hautpartie  für 
weitere  Reize  ein,  die  sich  bis  zu  30  ^linuten 
lang  fühlbar  machen  konnte.  Der  durch  schwache 
Reize  bedingte  Kitzel  kommt  in  den  oberen 
Schichten  der  Haut  zustande  und  ist,  wie  von 
den  meisten  Autoren  angenommen  wird,  an  die 
gleichen  Nervenelemente  gebunden  wie  die 
oberflächliche  Berührungsem]3findung.  Das  durch 
starke  Reizung  ausgelöste  Kitzelgefühl  entsteht 
jedoch  sicher  auch  noch  in  den  in  der  Tiefe 
liegenden  Nervenendigungen,  welche  die  Druck- 
empfindung vermitteln. 

Außer  dem  bisher  beschriebenen  primären 
Gefühl  werden  aber  von  manchen  Hautstellen 
aus  auch  bestimmte  Reflexe  ausgelöst,  die 
in  Pupillenerweiterung,  Verzerrung  des  Ge- 
sichtes, Abwehrbevvegungen  und  Lachen  bestehen. 
Robinson,  der  durch  Untersuchung  zahl- 
reicher Kinder  die  Empfindlichkeit  der  ver- 
schiedenen Hautstellen  für  die  Auslösung  der 
Lachreaktion  beim  Kitzeln  feststellte,  fand  die 
Nackengegend  am  wirksamsten. 

Buch  gelangte  zu  der  Auffassung,  daß  nur 
der  in  der  Tiefe  lokalisierte  Kitzel,  den  er  als 
,, Muskelkitzel"'  bezeichnet  Reflexe  auszulösen 
imstande  ist.  Basler  konnte  indessen  auch 
auf  Kitzel,  der  durch  ganz  leichte  Berührung 
ausgelöst  wurde,  also  sicher  oberflächlich  zu- 
stande kam,  deutliche  Reaktionen  beobachten. 
Er  vertritt  deshalb  die  Ansicht,  daß  sowohl 
der  oberflächliche,  wie  der  in  der  Tiefe  lokalisierte 
Kitzel  Reflexe  zur  Folge  haben  kann. 

Anatomische  Grundlagen  der  Be- 
rührungsempfindung. Da  die  Empfin- 
dung solange  fortbesteht,  als  der  Druck  über 
der  Haut  erhöht  ist,  bei  direkter  Reizung 
eines  Nerven  aber  eine  Erregung  nur  beim 
Einsetzen  eines  mechanischen  Reizes  nach- 
gewiesen werden  kann,  so  muß  man  annehmen, 
daß  nicht  die  Nerven  selbst  erregt  werden, 
sondern  daß  ein  besonderer  Auslösungs- 
apparat vorhanden  ist.  Außerdem  ist  zur 
Hervorbringung  einer  Berührungsempfindung 
eine  viel  kleinere  Energiemenge  nötig  als  zum 
Reizen  von  Nervenstämmen. 

Da  an  den  behaarten  Gebieten  die  Druck- 
punkte den  Haaren  entsprechen,  kann  nach 
V.  Frey   nur   eine  konstant   vorkommende, 


mit  dem  Haar  oder  seinen  Hüllen  in  fester 
Berührung  stehende  Nervenendigung  in  Be- 
tracht kommen.  Solche  sind  die  Nerven- 
kränze, die  dicht  unter  der  Mündung  der 
Talgdrüsen  den  Haarbalg  umgeben  (vgl, 
Fig.  9).  .  V  b 


Nervengeflecht  von 
B  0  n  n  e  t 


Fig.    9.       Längsschnitt    durch    ein  Katzenhaar. 
1 60  mal  vergrö  ßert.  Nach  B  ö  h  m  und  D  a  v  i  d  o  f  f . 


An  den  haarlosen  Hautflächen  entspricht 
die  ZahU'der  Druckpunkte  ungefähr  der  Ver- 
teilung der  Meißner  sehen  Tastkörperchen 
(Fig.  10),  so  z.  B.  an  den  Händen.    Es  liegt 


»..  *»'»'*^^7 Nervenfaser 


Nervenfaser 


Fig.  10.  Meißnersches  Körperchen.  750 mal  ver- 
größert.    Nach  Böhm  und  Davidoff. 

also  am  nächsten  anzunehmen,  daß  an  den 
nicht  behaarten  Körperstellen  die  Meiß- 
ner sehen  Tastkörperchen  die  anatomische 
Grundlage  für  die  Tastpunkte  bilden.  Es 
gibt  aber  sicher  noch  andere  Nervenendi- 
gungen, die  der  Berührungsempfindung 
dienen,   wenigstens   an   den   Schleimhäuten. 


252 


Hautsinne 


Was  die  Organe  für  die  tiefe  üruckerapfin- 
dung  anbelangt,  so  wissen  wir  hierüber  niciits. 
Aus  den  Versuchen  von  Ilead  geht  hervor, 
daß  es  Organe  sein  müssen,  welche  von  aus  der 
Tiefe  kommenden  Nervenfasern  mit  Ausschluß 
der  Hautnerven  versorgt  werden.  Es  liegt  nahe 
an  die  Vater-Pacinischeu  Kürperchen  (Fig.  11) 


Acbscrzylinder 


H, 


if. 

.  Innen- 
kolben 


\  I 


'/ 


^i^ 


Nervenlaser 


Fig.  11.   Vater-Pacinisches  Körperchen  45mal 
vergrößert.     Nach  Sobotta. 


zu  denken.  Durch  Reizung  der  Vater-Pacini- 
schen  Körperehen  im  Peritoneum  parietale 
soll  jedoch  keine  Druckempfindung  ausgelöst 
werden. 

Theorien.  Zur  Erklärung,  daß  die 
Stärke  der  Berührungsempfindung  von  der 
Größe  des  Druckgefälles  abhängt,  weist 
V.  Frey  auf  die  Möglichkeit  hin,  daß  durch 
das  Druckgefälle  Flüssigkeitsverschiebungen 
Zustandekommen.  Nimmt  man  an,  daß  die 
Haut  des  Tastkörperchens  durchlässig  ist  für 
das  Lösungsmittel  seines  Inhaltes,  nicht  aber 
für  die  gelösten  Substanzen,  dann  wird 
Flüssigkeit  herausgepreßt  und  die  Konzen- 
tration erhöht.  Die  große  Verschiedenheit 
in  der  Empfindlichkeit  der  Tastpunkte  sucht 
Kiesow  darauf  zurückzuführen,  daß  einmal 
die  perzipierenden  Organe  verschieden  gut 
entwickelt  sind  und  andererseits,  daß  sie 
verschieden  tief  unter  der  Hautoberfläche 
liegen. 

Die  Frage  nach  dem  Ursprung  des  Kaum- 
sinnes hat  zu  lebhaften  ^Erörterungen  geführt. 
Wie  in  der  Beurteilung  der  Gesichts- 
empfindungen stehen  sich  auch  hier  zwei 
Ansichten  gegenüber,  die  nativistische 
und  die  empiristische.     Die  nativistische 


Theorie  nimmt  an,  daß  ,,auch  ein  primi- 
tives, absolut  unerfahrenes,  rein  sinnliches 
Sensorium"  Raum  empfindet.  Die  Seele 
hat  nach  E.  H.  Weber  eine  angeborene  An- 
lage, auf  Grund  welcher  die  Empfindungen 
nach  den  ,, Kategorien  des  Raumes,  der 
Zeit  und  der  Zahl"  vorgestellt  werden. 
Die  empiristische  oder  genetische  Theorie 
besagt,  um  mich  der  Ausdrucksweise 
Henris  zu  bedienen,  daß  die  Empfindungen 
des  Tastsinnes  im  primitiven  Bewußtsein  noch 
keine  Räumlichkeit  haben,  sondern  die  Tast- 
empfindungen werden  für  das  Bewußtsein 
erst   im  Laufe    der  Entwickelung   räumlich. 

2.  Die  Lehre  vom  aktiven  Tasten. 
Der  Berührungssinn  bekommt  seine  praktische 
Bedeutung  erst  dadurch,  daß  er  mit  den 
Empfindungen  der  Lage  eines  Körperteiles 
verbunden  ist.  Denn  beim  absichtlichen 
Tasten  wird  der  untersuchte  Gegenstand 
nicht  einfach  berührt,  sondern  es  werden 
reibende  Bewegungen  ausgeführt. 

Daß  die  Tastflächen  bei  gleichzeitiger  aktiver 
Bewegung  ein  weit  größeres  Unterscheidungs- 
vermögen  besitzen,  als  wenn  sie  in  Ruhe  bleiben, 
haben  Kassowitz  und  Schilder  gezeigt. 
Nur  so  ist  es  zu  erklären,  daß  bei  Münzen  ein 
Dickenunterschied  von  0,4  mm  genügt,  um  vor 
Verwechselung  zu  schützen. 

Die  tastenden  Bewegungen  haben  nach 
Basler  im  allgemeinen  eine  Geschwindig- 
keit von  30  bis  40  mm  in  der  Sekunde.  Dabei 
wird  der  Gegenstand  nicht  mit  beliebigen 
Körperteilen  berührt,  sondern  mit  den 
Fingerbeeren,  d.  h.  mit  den  Volar- 
flächen   der  Endphalangen. 

Man  kann  deshalb  diese  Hautteile  als  spezifische 
Tastflächen  ansehen.  Dieselben  zeichnen  sich  in 
anatomischer  und  physiologischer  Hinsicht  von  an- 
deren Körperstellen  aus.  Die  Fingerbeeren  sind  stets 
frei  von  Haaren.  Das  Unterscheidungsvermögen 
ist,  abgesehen  von  der  Zungenspitze,  das  beste  des 
ganzen  Körpers.  Die  Simultanschwelle  schwankt 
zwischen  2  und  4  mm.  Mit  der  relativ  großen 
Elastizität  der  Tastflächen  hängt  wahrscheinlich 
zusammen,  daß  die  Entlastung  an  der  Finger- 
spitze bedeutend  sicherer  erkannt  wird,  als  z.  B. 
am  Arm,  wenn  ein  Gewicht,  welches  einige  Zeit 
gedrückt  hat,  entfernt  wird.  Was  für  die  Hand 
die  Fingerbeeren,  das  sind  für  den  Fuß  die  Zehen- 
spitzen, wenn  auch  die  Empfindlichkeit  derselben 
für  räumliche  Wahrnehmungen  eme  geringere  ist. 

Beim  Betasten  eines  Objektes  muß  der 
Finger  natürlich  einen  gewissen  Druck  aus- 
üben, der  von  der  Feinheit  der  Einzelheiten, 
dieder  Gegenstandaufweist,abhängig  ist.  Bas- 
ler untersuchte  den  beim  Abtasten  feiner  De- 
tails angewendeten  Druck  und  fand,  daß  der 
selbegewöhnlich  zwischen  1  und 3gschwankte. 

Bei  manchen  Versuchen  stieg  in  dem  Augen- 
blicke, in  dem  der  Finger  aufgelegt  wurde, 
der  Druck  höher,  bis  zu  5  und  6  g.  Dies  rührt 
offenbar  von  der  zunächst  noch  ungenauen  Ein- 
stellung der  Hand  her. 

Als  rauh   bezeichnen  wir    einen   Körper, 


Hautsinne 


253 


bei  dem  verhältnismäßig  wenige,  aber  hohe 
Vorsprünge  vorhanden  sind.  Wird  ein  solcher 
Körper  berührt,  nnd  führt  man  mit  dem  Fin- 
ger gleichzeitig  eine  Bewegung  aus,  dann 
wird  eine  bestimmte  Stelle  der  Haut  von 
Zeit  zu  Zeit  von  einer  Erhabenheit  getroffen 
und  es  kommt  dabei  jedesmal  eine  Berühr  ungs- 
empfindung  zustande,  die  um  so  stärker  aus- 
fällt, je  größer  die  Rauhigkeit  des  Körpers 
ist.  Sind  die  Berührungsempfindungen 
schwach  und  folgen  sie  rasch  aufeinander, 
dann  läßt  sich  sagen,  der  Körper  besitzt 
eine  geringe  Rauhigkeit. 

Mehrf  ingeriges  Tasten.  Beim  absicht- 
lichen Tasten  werden  fast  immer  mehrere 
Finger  und  zwar  der  Daumen,  Zeige-  und 
Mittelfinger  verwendet.  Wenn  es  sich  darum 
handelt,  die  Oberfläche  eines  feststehenden 
Objektes  abzutasten,  so  wird  dazu  fast  aus- 
schließlich der  Zeigefinger  benutzt. 

Obgleich  beim  Berühren  eines 
kleinen  Objektes  stets  an  mehreren, 
oder  doch  mindestens  zwei  Fingern 
eine  Empfindung  ausgelöst  wird, 
bekommen  wir  dadurch  nur  die  Vor- 
stellung von  einem  einzigen  Gegen- 
stand. Als  Analogon  sei  die  Tatsache  aus 
dem  Gebiete  des  Gesichtssinnes  erwähnt, 
daß  wir  trotz  dem  Netzhautbilde,  das  in 
beiden  Augen  auftritt,  doch  den  Gegen- 
stand nur  einfach  sehen. 

Damit   das  Gefühl  des  Einfachen  zustande- 
kommt, dürfen  abernur  solche  Hautstellen  der  ver- 
schiedenen     Finger 
berührt  werden,  an 
die      bei     normaler 
Lage   auch  wirklich 
ein     und     dasselbe 
Objekt  anstößt. Der- 
artige   Stellen    sind 
die  Punkte  a  und  b 
auf  Figur  12.    Wird 
ein    kleiner    Gegen- 
stand ,     etwa     eine 
Erbse,  betastet  und 
liegt      er      zufällig 
zwischen  Zeige-  und 
Mittelfinger,      dann 
ruft   er    sowohl    bei 
a  wie  bei  b  eine  Be- 
rührungsempfindung 
hervor.       Wir      be- 
ziehen    dieses     Ge- 
fühl auf  ein  einziges 
Objekt,  das  zwischen 
Zeige-    und    Mittel- 
finger liegt. 
Die    gleiche    Vorstellung   wird   auch   erzielt, 
wenn  wir  den  Fingern  eine  abnorme  Lage  geben 
und  die  entsprechenden  Punkte  a  und  b  reizen, 
z.   B.   wenn   man   die  Finger  kreuzt  (Fig.   13). 
Diesen    Versuch    haben    Rivers    und    Ewald 
ausgeführt.        Wirkt    im    Gegensatz    dazu    ein 
Reiz      auf     Hautstellen,      die      bei      normaler 
Stellung  der  Finger  nicht  so  liegen,  claJ3  sie  durch 
einen  einzigen  Objektpunkt  erregt  werden  können 
(c  und  d),  dann  tritt  die  Empfindung  von  zwei 


Fig.  13. 
Versuch  des  Aristoteles. 


Fig.  12. 


Gegenständen  auf.  Auch,  wenn  die  Punkte 
c  und  d  bei  gekreuzten  Fingern  gereizt 
werden,  kommt  die  Vorstellung  des  Doppelten 
zustande.  Dahin  gehört  der  bekannte  Ver- 
such von  Aristoteles.  Dabei  werden  wieder 
zwei  Finger  ge- 
kreuzt und  zwi- 
schen dieselben 
wird  eine  Erbse 
gebi'acht,  so  daß 
die  Punkte  c 
und  d  erregt  wer- 
den (Fig.  13). 
Reibt  man  etwas 
hin  und  her,  so 
hat  man  das 
deutliche  Gefühl 
von  zwei  Erbsen. 
Der  gleiche  Ver- 
such läßt  sich 
auch  auf  andere 
Körperstellen  wie 
die  Lippen  über- 
tragen. Die  Nei- 
gung, die  Reize 
an  zwei  Finger- 
punkten dem  glei- 
chen Objekt  oder 

verschiedenen 
Gegenständen  zuzuschreiben,  ist  wahrscheinlich 
keine  angeborene  Funktion  des  Tastsinnes, 
denn  sie  läßt  sich  durch  entsprechende  Uebung 
beseitigen. 

Einfluß  der  Uebung  auf  den  Tast- 
sinn. Es  ist  ganz  erstaunlich,  über  einen  wie 
guten  Tastsinn  die  Blinden  verfügen,  denn 
sie  können  mit  dem  Finger  nicht  nur  die 
Blindenschrift  lesen,  sondern  alle  möglichen 
erhöht  gearbeiteten  Zeichnungen  erkennen. 

Da  deshalb  die  Vermutung  nahe  lag,  daß  diese 
Gewandtheit  im  Tasten  auf  einer  Verbesserung 
des  Raumsinnes  der  Haut  beruht,  so  untersuchte 
man  den  Einfluß  der  Uebung  auf  die  Größe 
der  Raumschwelle,  und  es  ließ  sich  tatsächlich 
auch  häufig  eine  Verkleinerung  der  Schwelle 
nachweisen.  Bald  zeigte  sich  aber,  daß  die  Ver- 
kleinerung der  Schwelle  sich  eigentlich  nur  auf 
die  einzelnen  Versuchsreihen  bezog,  denn  sehr 
lange  Untersuchungen,  die  sich  über  mehrere 
Jahre  erstreckten,  wie  sie  z.  B.  von  Schülern 
von  Vier or dt  ausgeführt  wurden,  bedingten 
keine  Herabsetzung  der  Schwelle. 

An  Blinden  wurde  eine  Verkleinerung  der 
Schwelle  beobachtet  von  Czermak,  Goltz, 
Gärttner  und  Stern.  Hocheisen  fand  dagegen 
nur  einen  sehr  kleinen  Unterschied.  Griesbach 
stellte  sogar  ein  schlechteres  Berührungsgefühl 
fest  als  bei  Sehenden. 

Nachdiesen  widersprechenden  Ergebnissen 
sind  wir  gezwungen  anzunehmen,  daß  jeden- 
falls nicht  alleBlinden  oder  solche  Leute,  die  aus 
irgendeinem  Grunde  viel  tasten,  eine  kleinere 
Simultanschwelle  aufweisen. 

Andererseits  sind  aber  die  Blinden 
wie  alle,  die  ihren  Tastsinn  geübt 
haben,  unzweifelhaft  in  der  Lage,  durch 
bloßes  Abtasten  eines  Gegenstandes  seine 
oberflächliche  Beschaffenheit  zu  ergründen. 


254 


Hautsinne 


Es  beruht  dies  offenbar  darauf,  daß  erstens 
die  aktiven  tastenden  Bewegungen 
zweckmäßiger  ausgeführt  werden, 
zweitens,  daß  sich  die  Blinden  über 
die  Bewegung,  die  sie  ausgeführt 
haben  eine  viel  bessere  Rechenschaft 
geben  und  drittens,  daß  die  zen- 
tralen Verknüpfungen  zwischen  dem 
Eindruck  der  tastenden  Bewegungen 
und  den  gleichzeitigen  Berührungs- 
empfindungen besser  erfolgen.  Dem- 
nach läßt  sich  durch  Uebung  jedenfalls  der 
Tastsinn  ganz  wesentlich  verbessern.  Der 
Berührungssinn  wird  mitunter  besser,  aber 
nicht  immer. 

II.  Kältesinn. 

Obwohl  die  Haut  beständig  Wärme  an 
die  Umgebung  abgibt,  bleibt  ihre  Tempera- 
tur lange  Zeit  annähernd  auf  derselben  Höhe, 
da  in  jeder  Zeiteinheit  von  innen  her  eben 
soviel  Wärme  zugeführt  wird,  als  nach  außen 
verloren  geht.  Solange  ein  solcher  Gleich- 
gewichtszustand besteht,  wird  innerhalb  ge- 
wisser   Grenzen    keine    Kälte    empfunden. 

Wird  aber  die  Haut  mit  einer  Substanz 
berührt,  die  ihr  mehr  Wärme  entzieht  als 
die  Luft,  welche  die  Körperstelle  vorher  um- 
gab, etwa  mit  Wasser,  dann  tritt  die  Emp- 
findung Kälte  auf.  Dabei  braucht  das 
Wasser  nicht  kälter  zu  sein  als  die  Luft.  Denn 
bei  jeder  Temperatur,  die  nur  wenige  Grad 
niedriger  ist  als  die  der  Haut,  entzieht  Wasser 
dem  Körper  mehr  W^ärme  als  Luft. 

Die  Fähigkeit  eines  Körpers,  Wärme  zu 
entziehen,  das  Wärmeentziehungsver- 
mögen ist  nach  Hering  abhängig  von  seiner 
Oberflächenbeschaffenheit,  dem  Leitungsver- 
mögen und  der  spezifischen  Wärme. 

Vielleicht  läßt  sich  die  Beziehung  noch 
einfacher  ausdrücken,  wenn  man  sagt,  das 
Wärmeentziehungsvermögen  eines  Körpers  ist 
um  so  größer,  je  glätter  die  Uberfläche  und  je 
größer  die  äußere  Leitfähigkeit  zwischen 
ihm  und  der  menschlichen  Haut  ist.  Unter 
äußerer  Leitfähigkeit  einer  Substanz  in  bezug 
auf  eine  andere  sie  berührende  versteht  man  in 
der  Physik  diejenige  Wärmemenge,  welche  aus 
der  eüien  Substanz  pro  Quadratzentimeter  und 
Sekunde  in  die  andere  übertritt,  wenn  der 
Temperaturunterschied  1"  C  beträgt.  Wenn  ein 
kalter  Körper  längere  Zeit  mit  der  Haut  in  Be- 
rührung bleibt,  so  wird  er  natürlich  erwärmt, 
wodurch  neue  Zustände  geschaffen  werden  und 
dieses  um  so  eher,  je  kleiner  die  Wärme- 
kapazität des  betreffenden  Körpers,  je  schlechter 
seine  innere  Leitfähigkeit  und  je  kleiner  seine 
Masse  ist. 

Bisher  war  nur  die  Rede  davon,  daß  das 
Wasser  dem  Körper  mehr  Wärme  entzieht 
als  die  Luft,  die  ihn  vorher  umgab.  Nun  kann 
man  aber  den  Körper  auch  mit  Wasser  be- 
rühren, das  so  warm  ist,  daß  es  genau  so  viel 
Wärme  entzieht  wie  die  Luft.     In  diesem 


Falle  tritt  ebensowenig  eine  Temperatur- 
empfinduiig  ein  wie  vorher  in  der  Luft. 
Eine  solche  Temperatur  des  Wassers  bezeich- 
net man  als  Indifferenztemperatur  oder 
adäquate  Temperatur.  Läßt  man  die 
Temperatur  des  Wassers  sukzessive  ab- 
nehmen, dann  treten  der  Reihe  nach  ver- 
schieden starke  Empfindungen  auf,  die  sich 
etwa  als  kühl,  kalt,  sehr  kalt,  Kälteschmerz 
bezeichnen  lassen. 

Kälteempfindlichkeit.  Die  Kälte- 
empfindbchkeit  kann  nach  dreierlei  Ge- 
sichtspunkten bestimmt  werden.  Bei  der 
ersten  Art  wird  die  Stärke  der  Empfin- 
dung bei  gleichem  Reiz  festgestellt. 

Man  untersucht,  ob  ein  Gegenstand  von 
niederer  Temperatur  sehr  kalt  oder  nur  kühl 
empfunden  wüd.  Im  ersten  Falle  ist  die  Empfind- 
lichkeit für  Kälte  groß,  im  zweiten  Falle  klem. 

Aus  den  Untersuchungen  von  Gold- 
scheider  geht  hervor,  daß  die  Empfind- 
lichkeit für  Kälte  an  den  einzelnen  Teilen  des 
Körpers  recht  verschieden  ist,  am  kleinsten 
ist  sie  an  Teilen  des  behaarten  Kopfes  und 
der  Fußsohle,  die  größte  Empfindlichkeit 
zeigt  sich  in  einer  güi-telförmigen  Region 
in  der  Mitte  des  Rumpfes. 

Die  zweite  Methode  zur  Beurteilung  der 
Empfindlichkeit  besteht  in  der  Ermittlung 
der  Schwelle.  Dabei  wird  von  einer 
Substanz,  etwa  von  Wasser,  die  höchste  an 
einem  bestimmten  Körperteil  gerade  als 
Kälte   empfundene   Temperatur  festgestellt. 

Eulenburg  verfertigte  zu  diesem  Zwecke 
einen  besonderen  Apparat.  Derselbe  besteht  aus 
zwei  Thermometern,  denen  verschiedene  Tem- 
peratur gegeben  werden  kann.  Der  eine  der 
Thermometer  hatte  eine  Temperatur  wie  die 
Haut,  der  andere  wurde  so  lange  abgekühlt, 
bis  cleutbche  Kälteempfindung  auftrat.  Bei 
Hauttemperaturen  von  23  bis  33"  C  lagen  die 
Schwellenwerte  0,2  bis  1,1"  C  unter  der  Haut- 
temperatur. 

Die  dritte  Art  der  Untersuchung  wurde 
so  ausgeführt,  daß  man  zwei  Temperaturen, 
die  nahe  beisammen  liegen,  auf  die  Haut 
einwirken  läßt  und  den  eben  wahrnehm- 
bar e  n  T  e  m  p  e  r  a  t  u  r  u  n  t  e  r  s  c  h  i  e  d  ermittelt. 
Derselbe  wird  am  besten  wahrgenommen, 
wenn  die  Reize  schnell  nacheinander  erfolgen. 
Bei  gleichzeitiger  Reizung  tritt  gegenseitige 
Störung  ein. 

Bei  Eintauchen  der  Hand  in  Wasser  von 
verschiedener  Temperatur  konnte  Weber 
einen  Unterschied  von  i/,  oder  sogar  ^/g  Grad  R 
erkennen.  Linde  mann  unterschied  mit  dem 
Endglied  des  Zeigefingers  bei  10°  C  0,9,  bei  15" 
0,4,  bei  20"  C  0,5"  C.  Nothnagel  kam  zu  etwas 
abweichenden  Ergebnissen.  Nach  ihm  nimmt  die 
Empfindlichkeit  von  27  bis  14"  C  langsam  und 
von  14  bis  7"  schnell  ab. 

Kältepunkte.  Wie  die  Berührung,  so 
wird  auch  die  Kälte  nur  von  ganz  bestimmten 
Punkten  der  Haut  wahrgenommen.  Blix 
war  der  erste,  der  diese  Tatsache  feststellen 


Hautsinne 


255 


konnte.  Er  reizte  die  Haut  mit  Induktions- 
strömen oberflächlich  und  möglichst  punkt- 
förmig an  zahlreichen  Stellen;  so  oft  ein 
Kältepunkt  getroffen  wurde,  empfand  man 
Kälte. 

Um  diese  Punkte  auch  durch  den  adäquaten 
Eeiz,  d.  h.  Kälte  zu  erregen,  bediente  er  sich 
emer  hohlen  :\Ietallspitze,  die  durch  strömendes 
Wasser  auf  niederer  Temperatur  erhalten  wurde. 
Noch  einfacher  lassen  sich  die  Kältepunkte 
aufsuchen  mit  einem  größeren  zugespitzten 
Metallstück,  etwa  einem  abgekühlten  Lötkolben. 

Fast  gleichzeitig  mit  diesem  und  unab- 
hängig von  ihm  kam  Goldscheider  zu  ganz 
ähnlichen  Ergebnissen. 

Bei  jeder  Empfindung  tritt  eine  gewisse 
Irradiation  auf,  indem  die  fast  punktförmig 
gereizte  Stehe  als  kleine  Scheibe  erscheint. 
Die  Kältepunkte  sind  zwar,  wie  erwähnt,  mecha- 
nisch und  elektrisch  reizbar;  jedoch  unempfind- 
lich für  schwache  Tastreize  und  analgetisch 
sogar  für  Temperaturschmerz.  Die  Schwelle 
ist  für  die  einzelnen   Kältepunkte  verschieden. 

Beim  Erwachsenen  entfallen  nach  Som- 
mer auf  einen  qcm  Haut  6  bis  23,  im  Durch- 
schnitt 12  bis  13  Kältepunkte.  Danach 
läßt  sich  die  Anzahl  der  an  der  ganzen 
Körperoberfläche  vorhandenen  auf  etwa 
250  000  berechnen.  Die  Verteilung  der  Kälte- 
punkte über  den  ganzen  Körper  ist  auf 
Figur  14  nach  den  Angaben  von  Sommer 
dargestellt. 


Fig.  14.    Die  Zahlen  bedeuten  die  im  Quadrat- 
zentimeter Haut  enthaltenen  Kältepunkte. 

Verlauf  der  Empfindung.  Die  Kälte- 
empfindung tritt  nach  der  Reizung  eines 
Kältepunktes  lebhaft  auf  und  erreicht 
auch  früh  ihr  Maximum, 


Dessoir,  der  kalte  Tropfen  auf  die  Haut 
fallen  ließ,  beobachtete  eine  kleine  Pause  zwi- 
schen dem  Auftreten  der  Berührungs-  und  der 
Ivälteempfmduiig.  Wird  der  Reiz  entfernt, 
dann  dauert  die  Ivälteempfindung  noch  emige 
Zeit  an. 

Diese  Nachwirkung  ist  um  so  ausgespro- 
chener, je  stärker  die  auf  die  Haut  wirkende 
Kälte  war  und  je  länger  die  Wärmeentziehung 
dauerte. 

Verschmelzung     von     Kältereizen. 

Das  langsame  Abklingen  der   Kälteempfin- 

j  düng  bedingt  es  wohl  auch,   daß   die  Ver- 

I  Schmelzung    von    nacheinander    erfolgenden 

1  Kältereizen  bei  viel  kleinerer  Frequenz  er- 

I  folgt  als  die  von  Berührungsempfindungen. 

Kältereize,     welche    in    gleichen    zeitlichen 

Abständen    auf    die    Volarseite    des    Unterarms 

:  einwirkten  und  bei  denen  der  Reiz  ebensolange 

i  dauerte  wie  das  reizfreie  Intervall,  verschmolzen 

bei   den   Untersuchungen    von    Basler,    wenn 

die  Reize  und  Pausen  0,26  Sekunden  betrugen. 

Für  die  Verschmelzung  war  nur  die  Größe  des 

reizfreien  Intervalls  maßgebend,  nicht  etwa  die 

I  Länge  der  ganzen  aus  Reiz  und  reizfreiem  I  ntervall 

bestehenden  Periode,  wie  dies  bei  Verschmelzung 

I  von  Lichtreizen  der  Fall  ist. 

Einfluß  der  Größe  der  gereizten 
j  Fläche.  Je  größer  die  gereizte  Fläche  ist, 
um  so  größer  ist  bei  gleich  bleibender  Tempe- 
1  ratur  die  Kälteempfindung.  Wenn  man 
deshalb  einen  Finger  in  AV asser  von  17"  C 
steckt,  so  scheint  es  weniger  kalt  als  Wasser 
von  IQ'*  C,  in  das  die  ganze  Hand  eingetaucht 
wird  (E.  H.  Weber). 

Erreicht  der  abgekühlte  Bezirk  der  Haut 
eine  einigermaßen  größere  Ausbreitung,  dann 
kommt  eine  besondere  reflektorisch  ausgelöste 
Reaktion  der  Haut  hinzu,  die  darin  besteht, 
daß  sich  die  Körperhärchen  infolge  Kontrak- 
tion der  zugehörigen  glatten  Muskeln  (Ar- 
rectores  pilorum)  aufrichten.  Dadurch  be- 
kommt die  betreffende  Stelle  Aehnlichkeit 
mit  einer  gerupften  Gans,  weshalb  dieser 
Zustand  im  Volksmund  als  Gänsehaut  be- 
zeichnet wird.  Gleichzeitig  tritt  ein  all- 
gemeines Unbehagen  auf,  das  mit  Zittern 
verbunden  ist  und  als  Kälteschauer  be- 
zeichnet wird.  Aber  auch  ohne  Eintreten 
dieser  Reaktion  ist,  wenn  die  Abkühlung 
sich  auf  größere  Flächen  erstreckt,  die  Ge- 
fühlsbetonung in  der  Regel  eine  unangenehme. 
Adaptation.  Wenn  die  Haut  einige 
Zeit  erwärmt  wird,  dann  empfindet  man  eine 
Temperatur  als  kalt,  welche  uns  unter  an- 
deren Umständen  indifferent  oder  gar  warm 
erscheinen  würde.  Diese  Fähigkeit  der  kälte- 
empfindlichen Apparate,  sich  einer  neuen 
Temperatur  anzupassen,  wird  wie  die  analoge 
Erscheinung  im  Gebiet  des  Gesichtsinnes 
als  Adaptation  bezeichnet. 

Wie  sehr  die  Empfindung  abhängig  ist  vom 
Adaptationszustand  der  Haut,  läßt  sich  am  besten 
durch  einen  einfachen  Versuch  zeigen.  Steckt 
man  die  linke  Hand  in  ein  größeres  Gefäß  mit 


256 


Hautsinne 


Wasser,  das  eine  Tenipeiatiir  von  25"  C  liat  und 
die  rechte  gleichzeitig  in  Wasser  von  35"  und 
bringt  man  nacli  20  bis  30  Sekunden  beide 
Hände  in  Wasser  von  mittlerer  Temperatur 
(30"  ('),  dann  empfindet  die  linke  Hand  das 
Wasser  deutlich  warm,  die  rechte  deutlich  kalt. 

Daß  wir  an  imbekloideten  Körperteilen, 
die  doch  viel  mehr  ahijeki'ililt  werden  als  be- 
kleidete, keine  Kälteenipfinduno-  haben, 
hängt  zum  Teil  mit  der  Aenderun«)'  des  Adap- 
tationsziistandes  zusammen,  zum  Teil  aber 
auch  mit  dauernden  Veränderungen  in  der 
Blutzirkulation,  Sekretion  usw.  (Hering). 
Das  Anpassungsvermögen  hat  aber,  wie 
Hering  betont,  bestimmte  Grenzen,  denn 
wenn  die  Temperatur  zu  niedrig  ist,  emp- 
finden wir  dauernd  kühl,  namentlich  an  den 
Händen  und  Füßen. 

Die  Erscheinungen  der  Adaptation  lassen 
sich  auch  als  Sukzessivkontrast  bezeichnen. 
Daß  jedoch  im  Gebiet  des  Wärme-  und  Kälte- 
sinns auch  Simultankontrast  zu  beob- 
achten ist,  geht  aus  Versuchen  von 
v.  Tschermak  hervor. 

Die  Raum  Wahrnehmung  für  Kälte- 
empfindungen soll  verhältnismäßig  recht  gut 
sein.  Nach  Klug  ist  die  Simultanschwelle 
für  stärkere  Reize,  also  niedrige  Temperaturen, 
kleiner  als  bei  schwachen  Erregungen.  Bei 
gleichzeitiger  isolierter  Reizung  zweier  be- 
nachbarter Kältepunkte  soll  es  nach  Gold- 
scheider  mitunter  möglich  sein,  die  beiden 
Reize  zu  empfinden. 

Inadäquate  Reizung.  Die  Sinnes- 
apparate für  Kälteempfindung  lassen  sich 
auch  durch  andere  Reize  als  die  Kälte  in 
Erregung  versetzen.  So  antworten  sie  auch 
auf  elektrische  und  mechanische  Rei- 
zung mit  Kälteempfindung.  Chemisch 
läßt  sich  Kältegefühl  durch  Pfefferminzöl 
an  der  Mundschleimhaut,  oder  durch  den 
darin  enthaltenen  Kampfer,  das  Menthol,  so- 
gar an  der  äußeren  Haut  hervorrufen. 

Das  Merkwürdigste  ist  jedoch,  daß  Kälte- 
punkte sich  auch  durch  Wärme  reizen  lassen 
(paradoxe  Kälteempfindung).  Um  die- 
selbe bei  flächenhafter  Reizung  hervorzu- 
rufen, bedient  man  sich  am  besten  der  von 
Thunberg  angegebenen  Erregung  mit 
heißen  Silberlamellen  (s,  S.  257). 

Anatomische  Grundlagen.  Es  gibt 
Gebiete  der  Haut,  wo  Druckempfindung 
fehlt,  aber  Kältesensation  vorkommt,  das 
sind  dieKonjunktiva  und  dieGlans  Penis.  In 
dem  Randteile  der  Konjunktiva  fehlt  auch 
die  Wärmeempfindung.  Es  liegt  also  nahe, 
neben  anderen  Apparaten  auch  Organe  für 
Kälteempfindung  verantwortlich  zu  inachen, 
welche  an  diesen  Stellen  vorkommen,  die 
Endkolben  Krauses,  die  gerade  in  den  für 
Wärme  unempfindlichenTeileu  in  großer  Men- 
ge auftreten.  Die  Kälteorgane  liegen  wahr- 
scheinlich oberflächlicher  als  die  Wärme-  und 


tiefer  als  Schmerzorgane,  Dafür  spricht,  daß 
bei  chemischer  Reizung  der  Haut,  wie 
Alrutz  feststellen  konnte,  zuerst  Kälte-, 
dann  Wärmeempfindung  auftritt.  Thun- 
berg fand,  daß  auch  thermische  Reizungen, 
die  vorwiegend  die  oberflächlichen  Schichten 
der  Haut  treffen,  Kälteempfindung,  solche, 
welche  mehr  in  die  Tiefe  dringen,  Wärmeemp- 
findung auslösen. 

Theorien.  Die  beiden  wichtigsten 
Theorien  über  das  Zustandekommen  der 
Kälteempf  indung,  dieWe  b  ersehe  undHer  i  n  g- 
sche,  stammen  aus  einer  Zeit,  in  der  man 
noch  nichts  von  gesonderten  Organen  für 
die  Wahrnehmung  von  Wärme  und  von  Kälte 
wußte.  Sie  lassen  sich  aber  mit  geringer 
Umänderung  auch  auf  jeden  einzelnen  der 
beiden  Temperatursinne  anwenden. 

Nach  der  Weber  sehen  Theorie  wird  Kälte 
wahrgenommen,  solange  eine  Abnahme  der 
Hauttemperatur  erfolgt,  ist  aber  ein  station<ärer 
Zustand  eingetreten,  hört  auch  die  Kälteemp- 
findung auf.  Gegen  diese  Theorie  führt  Hering 
einen  von  Weber  selbst  beschriebenen  Versuch 
an.  Wenn  man  die  Stirn  etwa  eine  halbe  Minute 
lang  mit  einem  stark  abgekühlten  ^letallstab 
berührt  und  den  Stab  dann  entfernt,  so  empfindet 
man  nachher  noch  ungefähr  20  Sekunden  lang 
Kälte.  In  Wirklichkeit  erwärmt  sich  jetzt  die 
Haut  und  wir  müßten  deshalb  Wärme  empfinden. 

Nach  Hering  ist  die  Eigentemperatur  der 
Kälteapparate  das  Bestimmende.  Die  in  dem 
Wärmestrom  eingeschalteten  Sinnesapparate 
haben  eine  bestimmte  Temperatur,  die  Null- 
punktstemperatur. Der  Name  soll  besagen, 
daß  wir  dabei  keine  Kälteempfindung  haben. 
Eine  solche  ist  nur  vorhanden,  wenn  die  Eigen- 
temperatur der  kälteempfindlichen  Elemente 
von  der  Nullpunktstemperatur  abweicht,  und 
zwar  ist  die  Kälteempfindung  um  so  größer,  je 
verschiedener  die  neue  Temperatur  von  der 
Nullpunktstemperatur  ist.  Die  Temperatur 
eines  kälteempfindlichen  Apparates  sinkt,  sobald 
nach  außen  mehr  Wärme  abgegeben  als 
von  innen  zugeführt  wird.  Die  Kälteapparate 
können  sich  aber  bei  gleicher  Wärmeabgabe 
nach  außen  auch  durch  Verengerung  der  Blut- 
gefäße abkühlen.  Die  Empfindung  ist  in  beiden 
Fällen  die  gleiche. 

Nach  der  Theorie  von  Vier or dt,  die  der  Voll- 
ständigkeit halber  in  aller  Kürze  erwähnt  sei, 
hängt  die  Art  der  Empfindung  von  der  Richtung 
des  Wärmestromes  ab.  Strömt  die  Wärme  von 
innen  nach  außen,  dann  empfinden  wü'  Kälte, 
umgekehrt  Wärme. 

III.  Wärmesinn. 

Wärmegefühl  tritt  auf,  sobald  der  Haut 
weniger  Wärme  entzogen  wird  als  durch 
die  uns  gewöhnlich  umgebende  Luft.  Daß 
ein  Körper  sich  warm  anfühlt,  wenn  seine 
Temperatur  höher  ist  als  diejenige  der 
äußersten  Hautschicht,  ist  selbstverständlich, 
denn  in  diesem  Falle  geht  von  dem  berühren- 
den Objekte  die  Wärme  in  die  Haut  über 
und   es   findet   eine   Erwärmung   der   Haut 


Hautsinne 


257 


von  außen  her  statt.  Die  Wäriueempfindung 
ist  dann  um  so  stärker,  je  größer  die  äußere 
Leitfähigkeit  zwischen  diesem  Objekt  und 
der  Haut  ist. 

Aber  es  kann  auch  ein  Objekt  warm  er- 
scheinen, das  kälter  ist  als  die  Haut.  Dies 
ist  stets  dann  der  Fall,  wenn  das  Objekt 
der  Haut  zwar  Wärme  entzieht,  aber  in 
geringerem  Maße  als  das  uns  normalerweise 
umgebende  Medium,  die  Luft.  Ein  Gegenstand, 
der  kälter  ist  als  die  äußerste  Hautschicht, 
wird  um  so  eher  als  warm  erscheinen,  je  ge- 
ringer die  äußere  Leitfähigkeit  zwischen  der 
Haut  und  diesem  Objekt  ist. 

Verteilung  über  den  ganzen  Kör- 
per. Die  Fähigkeit  Wärme  zu  fühlen,  erstreckt 
sich,  wie  auch  die  Kälteempfindlichkeit, 
auf  die  gesamte  äußere  Haut,  den  äußeren 
Gehörgang,  die  Mund-  und  Rachenhöhle, 
die  Nasenhöhle,  den  Kehlkopf  und  den  After. 
Vollständig  frei  von  Wärmeempfindung  sind 
alle  inneren  Teile  des  Körpers  mit  Ausnahme 
der  Speiseröhre  und  vielleicht  zum  Teil 
des  Magens,  desgleichen  fehlt  sie  vollkommen 
im  Randteile  der  Konjunktiva. 

D ie  E  m  p  f  i  n  d  1  i  c  h  k  e  i  t  für  Wärme  wurde 
in  der  gleichen  Weise  wie  die  für  Kälte  unter- 
sucht. Lii  großen  ganzen  ist  kein  bedeutender 
Unterschied  in  der  Empfindlichkeit  für  Wärme 
und  Kälte  an  den  verschiedenen  Körperteilen 
festzustellen,  wenn  auch  an  einzelnen  Teilen 
gewisse  Abweichungen  vorkommen.  Auf- 
fallend ist  die  geringe  Wärmeempfindlich- 
keit der  unteren  Extremität  und  der  Finger- 
spitzen. Um  stets  bei  dem  gleichen  Adap- 
tationszustand zu  arbeiten,  erwärmte  Alrutz 
vor  der  Untersuchung  die  betreffende  Haut- 
stelle auf  o2°C.  Verress  stellte  dieWärme- 
schwelle  fest,  indem  er  von  der  Lidifferenz- 
temperatur  aus  die  Temperatur  so  lange 
erhöhte  bis  deutliches  Wärmegefühl  auftrat. 
Dabei  fand  er  den  Rumpf  empfindlicher 
als  die  Extremitäten.  Die  lateralen  Teile 
der  Glieder  waren  weniger  empfindlich  als 
die  medialen.  Sorgfältige  Beobachtungen, 
die  sich  auf  den  ganzen  Körper  erstreckten, 
wurden  von  Elo  und  Nikula  ausgeführt. 
Auch  für  die  Schwellenwerte  läßt  sich  keine 
allgemeine  Regel  über  die  Verteilung  auf 
den  ganzen  Körper  aufstellen,  eine  Auffas- 
sung, zu  der  auch  Verress  gelangte. 

Um  den  Schwellenwert  als  Wärmemenge 
ausgedrückt  zu  messen,  führte  Thunberg  eine 
originelle  Methode  ein.  Verschieden  dicke  Silber- 
plättchen  von  4  qcm  Fläche  werden  auf  eine 
bestimmte  Temperatur  erwärmt.  Die  Nummern, 
mit  denen  sie  bezeichnet  werden,  geben  das 
Gewicht  pro  Quadratzentimeter  an.  Ein  der- 
artiges Plättchen  gibt  seme  Wärme  schnell  an 
die  Haut  ab,  und  da  die  darm  enthaltene 
Wärmemenge  bei  gleicher  Temperatur  von  dem 
Gewicht  des  Plättchens  abhängt,  so  kann  man 
daraus  die  SchweUe  für  die  Wärmemenge  er- 
mitteln.      Nach    Thunbergs    Methode    führte 

Handwörterbuch  der  Katurwissenschaften.    Band  V 


Zwaardemaker  Untersuchungen  aus  und  fand 
als  Schwellenwert  für  den  Quadratzentimeter 
70  mg  Kalorien. 

Die  Unterschiedsempfindlichkeit 
wird  gemessen  an  der  kleinsten  noch  erkenn- 
baren Temperaturdifferenz  zweier  ver- 
schieden warmer  Objekte  von  gleicher  Sub- 
stanz und  gleicher  Größe. 

Weber  steckte  die  Hand  in  Wasser  von  einer 
bestimmten  und  hierauf  in  ein  solches  von  etwas 
höherer  Temperatur  und  konnte  bei  großer  Auf- 
merksamkeit einen  Unterschied  von  Vs  bis  Ve"  R 
(=  0,25  bis  0,21"   C)    erkennen. 

Die  meisten  Menschen  nehmen  nach  Weber 
eine  Differenz  von  %°  R  (  =  0,5"  C)  mit  größ- 
ter Sicherheit  wahr.  Ob  diese  Empf indlichikeit 
bei  allen  Temperaturen  die  gleiche  ist,  dar- 
über gehen  die  Angaben  noch  auseinander. 

Wärmepunkte.  Auch  die  Wärmeemp- 
findung ist  an  ganz  bestimmte  Stellen  ge- 
knüpft, die  Wärmepunkte. 

Sie  wurden,  wie  die  übrigen  Sinnespunkte 
der  Haut,  zuerst  von  Blix  und  Goldscheider 
nachgewiesen.  Das  Auffinden  ist  aber  be- 
trächtlich schwieriger  als  das  der  anderen  Haut- 
punkte. Bei  Reizung  der  Wärmepunkte  findet  eine 
größere  Irradiation  statt  als  bei  Kältepunkten. 
Sie  süid  durch  Wärme  und  außerdem  durch 
dieselben  inadäcjuaten  Reize  erregbar  wie  die 
übrigen  Simiespunkte. 

Beim  Erwachsenen  sollen  auf  einen  Qua- 
dratzentimeter nur  0  bis  3  Wärmepunkte 
kommen.  Daraus  lassen  sich  für  den  ganzen 
Körper  30  000  Wärmepunkte  berechnen. 
Die  Verteilung   geht   aus  Figur   15   hervor, 


Fig.   15.      VerteUung  der  Wärmepunkte.      Die 
Zahlen    bedeuten     die    Anzahl     Wärmepunkte, 
welche   im   Quadratzentimeter    Hautfläche    ent- 
halten sind. 

17 


258 


Hautsinne 


die  nach  den  Angaben  von  Sommer  ge- 
zeichnet ist.  Es  gibt  bis  1  qcm  große 
Flächen,  an  denen  weder  Kälte-  noch 
Wärmepunkte  vorhanden  sind. 

Verlauf  der  Empfindung.  Die 
AVärmeempfindung  nimmt  nach  der  Reizung 
langsamer  zu  und  erreicht  auch  später  ihr 
Maximum  als  die  Kälteempfindung.  Sie 
überdauert  auch  den  Reiz  ziemlich  lange 
und  zwar  um  so  länger  je  stärker  die  Erregung 
war.  Am  längsten  soll  die  Nachwirkung 
an  den  medialen  Flächen  der  Extremitäten 
und  den  lateralen  Flächen  des  Rumpfes  sein. 

Mit  dem  trägen  Verlauf  der  Wärmeemp- 
findung hängt  es  auch  zusammen,  daß  nach- 
einander erfolgende  Wärmereize  schon  bei 
einer  längeren  dazwischen  liegenden  Pause 
verschmelzen  als  Kältereize.  Die  größte 
Pause,  bei  der  an  der  Volai-fläche  des  Armes 
die  Verschmelzung  eintrat,  war  0,75  Sekunden 
lang. 

Der  abweichende  Verlauf  der  Empfmdungen 
von  Berührung,  Kälte  und  Wärme  hat  auch 
eine  Verschiedenheit  der  Reaktionszeit  zur 
Folge.  Unter  lieaktionszeit  versteht  man  die 
Zeit,  welche  verstreicht  zwischen  dem  Einsetzen 
eines  Reizes  und  der  darauf  erfolgenden  will- 
kürlichen Bewegung.  So  betrug  z.  B.  nach 
V.  Vintschgau  und  Steinach  die  Reaktions- 
zeit für  Berührung  0,119,  für  Kälte  0,160  und 
für  Wärme  0,16(3  Sek. 

Abhängigkeit  der  Empfindung  von 
verschiedenen  Umständen.  Die  Schnel- 
ligkeit, mit  der  der  Reiz  zunimmt,  soll  nach 
Verress  von  ziemlich  untergeordneter  Be- 
deutung sein.  Die  Schwelle  für  den  Wärnie- 
schmerz  liegt  dagegen  um  so  tiefer,  je  schneller 
die  Temperaturzunahme  erfolgt. 

Wie  die  Kälte-  so  ist  auch  die  Wärme- 
empfindung in  hohem  Maße  von  der  Größe 
der  gereizten  Fläche  abhängig.  So  erscheint 
Wasser  von  37"  C,  in  das  man  die  ganze 
Hand  taucht,  wärmer  als  solches  von  40"  C, 
in  das  nur  ein  Finger  gesteckt  wird. 

Je  dicker  die  Epidermis  einer  Hautstelle  ist, 
um  so  später  tritt  die  Wärraeempfindung  auf. 
Ebenso  erniedrigt  künstliche  Verdünnung  der 
Haut  durch  Blasenpflaster  die  Schwehe. 

Adaptation.  Auch  der  Wärmesinn 
besitzt  Adaptationsvermögen,  d.  h.  die 
Fähigkeit,  sich  für  verschiedene  Tempera- 
turen einzustellen.  Es  gilt  in  dieser  Bezie- 
hung alles,  was  über  die  Adaptation  für  Kälte 
gesagt  wurde  (s.  S.255).  Die  Adaptation  hat 
ebenso  wie  die  für  Kälte  ihre  Grenzen,  doch 
ist  ihre  Breite  recht  ansehnlich.  Thunberg 
beobachtete  eine  Adaptationsbreite  von 
28»  C. 

Das  Adaptationsvermögen  gibt  sich  aber  bei 
starker  Abkühlung  nur  an  der  Verschiebung 
der  Schwehe  zu  erkennen,  nicht  an  der  Stärke 
der  Empfindung.  Kühlt  man  z.  B.  die  Haut 
intensiv  ab,  etwa  dadurch,  daß  man  einen 
Finger  eine  Minute  lang  in  Wasser  von  10"  C 
steckt,  und  bringt  diesen  Finger  nachher  in  eine 


Temperatur,  die  wenig  höher  liegt,  so  empfinder 
der  abgekühlte  Finger  dieselbe  als  warm;  der 
entsprechende  Finger  der  anderen  Hand,  welcher 
in  der  Luft  war.  hält  sie  für  kalt.  Wird  aber  der 
Versuch  so  ausgeführt,  daß  man  den  abgekühlten 
und  den  normalen  Finger  gleichzeitig  in  Wasser 
steckt,  das  dem  nicht  abgekühlten  gerade  warm 
erscheint,  welches  also  eine  Temperatur  von 
etwa  34"  ('  hat,  dann  wird  das  Wasser  mit  dem 
normalen  Finger  als  wärmer  empfunden  als  mit 
dem  abgekühlten,  trotzdem  für  den  letzteren  die 
Schwelle  tiefer  liegt. 

Die  Simultanschwelle  für  Wärme- 
reize soll  wie  die  für  Kälte  um  so  kleiner 
sein,  je  stärker  die  Erregung  ist.  Aber 
zwei  Wärmereize  müssen,  um  deuthch  als  ge- 
trennt erkannt  zu  werden,  weiter  auseinander 
liegen  als  Kältereize. 

Die  Hitzeempfindung  kommt  nach 
Alrutz  dadurch  zustande,  daß  gleichzeitig 
Wärme-  und  Kältepunkte  erregt  werden,  bei 
letzteren  handelt  es  sich  natürlich  um  para- 
doxe Kälteempfindung. 

Paradoxe  Wärmeempfindung  ist  unter 
normalen  Verhältnissen  nicht  oder  jeden- 
falls nur  schwer  nachweisbar.  Bei  Rücken- 
markskranken wurde  sie  jedoch  von  Strüm- 
pell gleichzeitig  mit  der  paradoxen  Kälte- 
empfindung beobachtet. 

Anatomische  Grundlagen.  Ueber  die 
relative  Lage  der  Wärmeorgane  zu  den 
übrigen  Sinnesorganen  läßt  sich  annehmen, 
daß  sie  am  tiefsten  unter  der  Hautoberfläche 
liegen.  Dafür  spricht,  daß  die  Wärmepunkte 
durch  den  adäquaten  Reiz  weit  langsamer 
in  Erregung  versetzt  werden  als  die  Kälte- 
punkte. Bei  Reizung  mit  Induktionsströmen 
fällt  aber  dieser  Unterschied  weg.  Auch  die 
längere  Reaktionszeit,  sowie  die  Tatsache, 
daß  sich  die  Wärmepunkte  weniger  leicht 
isoliert  reizen  lassen,  spricht  für  die  tiefere 
Lage.  V.  Frey  hält  es  für  möglich,  daß 
die  Ruffinischen  Endapparate  (Fig.  16)  die 
Wärmeempfindung  vermitteln. 

Theorien.  Wie  die  Kälteapparate  so 
sind  auch  die  Wärmeorgane  einem  von 
außen  und  innen  wirkenden  Temperatur- 
einfluß ausgesetzt. 

Die  Webersche  Theorie  nimmt  an,  daß 
die  Erwärnning  der  in  der  Haut  liegenden 
Organe  als  Wärme  gefühlt  wird.  Ist  ein  stistio- 
närer  Zustand  eingetreten,  hört  diese  Empfin- 
dung auf. 

Die  Heringsche  Theorie  dagegen  besagt, 
daß  eine  Wärmeempfindung  auftritt,  sobald 
die  Temperatur  der  wärmeperzipierenden  Ele- 
mente höher  ist  als  ihre  normale  Temperatur, 
die  Nullpunktstemperatur.  Diese  Wärme- 
empfindung besteht  so  lange  fort,  bis  die  Ap- 
parate wieder  die  NuUpunktstemperatur  ange- 
nommen haben. 

IV.   Hautschmerz. 

Auch  für  den  Hautschmerz  besitzt  die 
Körperoberfläche  gewisse  Punkte,  welche  bei 
Reizung   mit  Schmerzempfindung  reagieren. 


Hautsinne 


259 


Der  erste,  der  eng  umschriebene  Schmerz- 
p unkte  feststellte  und  diese  Punkte  auch  als 
alleinige  Grundlage  des  Schmerzsinnes  auf- 
faßte, war  V.  Frey.  Zum  Aufsuchen  der  Schmerz- 
punkte tastet  man  die  Haut  mit  Borsten  (am 
besten  mit  zugespitzten  Pferdehaaren)  ab, 
die  stärker  sind  als  zur  Reizung  der  Tastpunkte 
nötig  ist  (über  200  g/mm).  Am  besten  ist  es,  wenn 
man  große  Zwischenfelder  zwischen   den  Tast- 


Druck  und  nicht  von  der  Größe  der  gereizten 
Fläche  abhängig.  Die  Schwellenwerte  für 
Schmerzpunkte  sind  je  nach  der  Körperstelle 
sein-  verschieden. 

Natürlich  läßt  sich  auch  die  Schwelle 
für  großflächige  Reize  bestimmen.  Die 
dazu  verfertigten  Apparate  werden  als  Al- 
g  es  im  et  er  bezeichnet.      Bei  Flächen  zwi- 


Fig.  16.     Ruffinisches  Kiirperchen.     Nach  Luciani. 


pimkten  auswählt  und  die  Haut  gründlich  be- 
feuchtet. Sehr  leicht  lassen  sich  auch  die  Schmerz- 
punkte durch  elektrische  Reizung  feststellen. 
Die  Lokalisation  ist  schlecht,  wenigstens  an  der 
Cornea. 

V.  Frey  fand  am  Handrücken  auf  der 
Fläche  von  12,5  qmm  2  Druckpunkte  und  16 
Schmerzpunkte.  Anf  den  Quadratzentimeter 
fallen  demnach  100  bis  200  Schmerzpnnkte. 
Berechnet  man  diese  auf  die  ganze  Körper- 
oberfläche, so  ergeben  sich  2  bis  4  Millionen. 
An  der  Konjunktiva  sind  nach  v.  Frey 
in  29  qmm  35  Schmerz-  und  10  Kältepunkte 
enthalten.  Die  Verteilung  der  Schmerzpunkte 
und  ihre  Beziehung  zu  den  Tastpunkten  ist 
aus  Figur  17  ersichtlich. 


Fig.    17. 
rücken. 


Haar 
y     Druclipxinkt 

•     Schmerzpunkt 

Lage   der  Schmerzpunkte  am  Hand- 
Nach  V.  Frey.     8fach  vergrößert. 


Schmerzschwellen.  Die  Punktschwel- 
len für  Schmerz  sind  im  Gegensatz  zu  denen 
der  Tastpunkte  (vgl.  S.  248)  lediglich  von  dem 


sehen  3,5  und  12,6  qmm  betrug  die  Schwelle 
für  den  Schmerz  2  Atmosphären,  die  für 
Berührung  0,002  Atmosphären  (v.  Frey). 
Bei  Reizung  größerer  Flächen  ist 
demnach  die  Empfindlichkeit  der 
Schmerzapparate  lOOOmal  so  schlecht 
wMe    die    der   Druckorgane. 

Durch  Abkühlung,  Spannung  und  Reiben 
wird  die  Schwelle  für  Schmerz  erhöht;  Uebung 
und  Aufmerksamkeit  sollen  sie  dagegen  herab- 
drücken. 

D  ie  S  u  m  m  a  t  i  o  n  d  e  r  E  m  p  f  i  n  d  u  n  g  besteht 
darin,  daß  eine  Reihe  von  unterschwelligen 
Reizen  als  Schmerz  gefühlt  werden  kann. 
Riebet  reizte  mit  einem  Induktionsschlag,  der 
keine  Schmerzempfindung  verursachte.  Ließ 
er  aber  eine  Reihe  solcher  Schläge  nacheinander 
auf  die  Haut  wirken,  konnten  sie  eine  sehr 
schmerzhafte  Empfindung  verursachen. 

Einteilung  nach  Art  der  Reizung. 
Der  Schmerzsinn  unterscheidet  sich  von  den 
anderen  Hautsinnen  durch  die  Ai"t,  wie  er 
zustandekommt.  Er  wird  nämlich  in  gleicher 
Weise  durch  mechanische,  thermische,  che- 
mische und  elektrische  Reize  ausgelöst. 
Hier  läßt  es  sich  also  nicht  von  einem  adä- 
quaten Reiz  sprechen  wie  bei  den  übrigen 
Empfindungen,  denn  der  Schmerz  wird 
hervorgerufen  durch  alle  möglichen  Ein- 
wirkungen, vorausgesetzt,  daß  sie  eine  ge- 
wisse Größe  übersteigen. 

Man  kann  den  Schmerz  deshalb  nach  der 
Art  des  ihn  auslösenden  Reizes  einteilen.  Ueber 
den  durch  mechanische  Reize  ausgelösten 
Schmerz  braucht  nichts  mehr  gesagt  zu  werden, 
denn  das  bisher  Mitgeteilte  bezog  sich  lediglich 
auf  mechanische  Reizung. 

Kälteschmerz.       Die    Kältereize    kör.nen 

17* 


260 


Hautsinne 


zwei  Arten  von  Schmerz  hervorrufen,  nämlich 
oberflächlichen,  ätzenden  und  tiefen,  dumpfen 
Schmerz.  Sehr  kaltes  i\letall  bedingt  ober- 
flächlichen, scharfen,  stechenden,  Schnee  von  [ 
einigen  Minusgraden  tiefen,  bohrenden  Schmerz 
(Alrutz).  ; 

Wä  r  m  e  s  c  h  m  e  r  z.        Um  Wärmeschmerz 
hervorzurufen,     bediente    sich    T  h  u  n  b  e  r  g 
seiner  auf  100"  C  erwärmten  Keizlamellen,  die 
auf  eine   Hautstelle  gelegt  wurden,  welche  auf  i 
10"  abgekühlt  war.    Steigt  man  mit  der  Xummer  ' 
allmählich  an,  dann  tritt  vor  der  Wärmeempfin- 
dung eine  scharfe  stechende  Schmerzempfindung  | 
auf.    Die    kleinste  auf  einen   (j)uadratzentimeter 
Haut    wir-kende  Wärmemenge,    welche  Schmerz 
verursacht,  liegt  zwischen  1<J7,40  und  223,9  mg- 
Kalorien.     An  Stellen  mit  dicker  Haut  konnte 
der  Wert  aber  bis  zu  3920  mg-Kalorien  steigen. 

Chemischer  Schmerz.  Bei  Bestreichen 
der  Zungenspitze  und  der  äußeren  Haut  mit 
Chloroform  tritt  nach  Alrutz  neben  einer  Tem- 
peraturempfindung ätzendesGefiihl  auf.  Streichen 
derHaut  mit  einenülentholstift  bedingt  neben  der 
Kälteempfindung  ätzenden  Schmerz.  Grützner 
brachte  verschiedene  Salzlösungen  auf  eine 
kleine  AVunde  und  ermittelte  die  Zeit,  nach 
welcher  die  Schmerzempfindung  auftrat. 

Elektrischer  Schmerz.  Als  elektrischer 
Schmerz  kann  endlich  die  nach  starker  elek- 
trischer Reizung  auftretende  Empfindung  be- 
zeichnet werden.  Für  ihn  findet  man  an  allen 
Hautstellen  die  gleiche  Schwelle,  wenn  man 
die  Verschiedenheit  des  Hautwiderstandes  be- 
rücksichtigt. Bei  elektrischer  Reizung  liegen 
die  Schwellen  für  Schmerzpunkte  häufig  niedriger 
als  für  Tastpunkte. 

Reflexschmerzen  werden  solche  Schmerzen 
genannt,  deren  Ursache  nicht  an  der  Stelle  liegt, 
wo  sie  gefühlt  werden.  Sie  entstehen  im  Innern 
des  Körpers,  werden  aber  an  die  äußere  Haut 
verlegt. 

Verlauf  der  Empfindung.  Bei  Rei- 
zung einzelner  Schmerzpunkte  nimmt  die 
Empfindung  allmählich  zu  und  erreicht  nach 
ungefähr  einer  Sekunde  das  Maximum.  Nach 
Aufhören  des  Reizes  verschwindet  die  Sensa- 
tion wieder  nur  allmählich.  Im  Zu- 
sammenhang damit  ist  bei  rhj^thmischer 
Erregung  eines  Schmerzpunktes  keine  In- 
termittenz  zu  beobachten,  wenn  mehr  als 
5    Reize    in    der    Sekunde   gesetzt    werden. 

Auf  dem  trägen  Verlauf  der  Empfindung 
beruht  außerdem  die  von  Golds c heider  be- 
schriebene Erscheinung,  daß  auf  ein  einfaches 
Druckgefühl  nach  einiger  Zeit  Schmerz  folgt. 
Dieses  Auseinandergehen  der  Empfindungen 
kann  bei  gewissen  krankhaften  Zuständen 
noch  stärker  hervortreten  (Naunyn).  Häufig 
läßt  sich  7,0  Sekunden  nach  einer  momentan 
auftretenden,  stechenden  Sensation  ein  zweiter 
mehr  jirckender  ,, verzögerter"  Schmerz  beob- 
achten. Die  verzögerte  Schmerzempfindung 
ist  aber  an  ganz  bestimmte  Schmerzpunkte 
gebunden.  Manche  Punkte  geben  augenblick- 
liche, manche  verzögerte  Schmerzempfindung. 
Das  Phänomen  des  momentanen  und  verzögerten 
Schmerzgefühles  erklärt  Thunberg  damit, 
daß    die    erste    Empfindung    von    der    Reizung 


des  Nervenstammes  herrührt;  nur  die  verzögerte 
soll  auf  Erregung  des  Endorganes  beruhen. 

Unter  den  Empfindungen,  die  als  schmerz- 
haft bezeichnet  werden,  kann  man  verschie- 
dene Qualitäten  unterscheiden.  So  lassen 
sich  der  dumpfe,  der  stechende  und  ätzende 
Schmerz  leicht  trennen.  Die  verschiedenen 
Schmerzqualitäten  sind  von  der  Be- 
schaffenheit  des   Reizes   abhängig. 

Eine  Qualität  verdient  besondere  Be- 
sprechung, die  Juckempfindung.  Sie 
wird  häufig  fälschlich  mit  dem  Kitzel 
zusammengeworfen.  Der  spezifische  Reiz  be- 
steht offenbar  in  dem  Eindringen  einer  feinen 
Spitze  durch  die  Epidermis  (Insektenstiche, 
Pflanzenhaare).  Man  kann  auch  experimen- 
tell durch  Einstechen  einer  feinen  Nadel 
(Spitzenfläche  0,001  qmm)  bei  1  g  Belastung 
Juckempfindung  hervorrufen  (Alrutz). 
Weiterhin  kann  Juckempfindung  verur- 
sacht werden  durch  gewisse  Substanzen, 
mit  denen  die  Haut  bestrichen  wird. 

Durch  Kombination  der  erwähnten  Schraerz- 
qualitäten  unter  sich  und  mit  anderen  Haut- 
smnesmodalitäten  kommen  dann  die  verschiedenen 
Empfindungen  zustande.  So  bedingt  eine  gleich- 
zeitige Wärme-  und  Schmerzempfindung  das 
Gefühl  von  Brennen.  Klopfende  Schmerzen, 
die  für  Entzündungen  so  typisch  sind,  entstehen 
durch  Wechseln  der  Intensität. 

Anatomische  Grundlagen.  Daß  beim 
Zustandekommen  des  Hautschmerzes  wirk- 
lich die  Nervenenden  gereizt  werden  und 
nicht  die  Aeste  selbst,  dafür  spricht  der 
Umstand,  daß  die  Empfindung  so  lange  an- 
hält, wie  der  Reiz,  was  bei  Erregung  des 
Nerven  selbst  nicht  der  Fall  ist.  Aus  der 
Tatsache,  daß  durch  Reize,  die  hauptsäch- 
lich die  oberen  Teile  der  Haut  treffen, 
ein  stechender  Schmerz  entsteht,  läßt 
sich  schließen,  daß  diejenigen  Apparate, 
welche  den  stechenden  Schmerz  vermitteln, 
oberflächlicher  liegen.  Näher  an  der  Haut- 
oberfläche als  die  anderen  Sinnesapparate 
liegen  aber  nur  die  intraepithelialen  freien 
Nervenendigungen  (Fig.  18).  Es  läßt  sich 
also  mit  einiger  Wahrscheinlichkeit  an- 
nehmen, daß  diese  freien  Endigungen  die 
Schmerzapparate  sind,  um  so  mehr  als  sie 
auch  in  der  Cornea  vorkommen,  wo  nur 
Schmerzempfindlichkeit  vorhanden  ist. 

Ein  gewisses  Bedenken  gegen  die  Annahme 
daß  starke  Temperaturreize  durch  Erregung 
derselben  Elemente  Schmerz  bedingen,  wie 
mechanische  Reize,  könnte  dadurch  entstehen, 
daß  es  Fälle  von  Syrmgomyelie  gibt,  bei  denen 
Analgesie  gegen  Temperaturreize  besteht,  während 
sich  die  gleiche  Körperstelle  gegen  Stechen  und 
Kneifen  ganz  normal  verhält.  Ebenso  gibt  es 
Fälle,    bei    denen    das    Umgekehrte   vorkommt. 

Tiefer  Hautschmerz.  Höchst  wahr- 
scheinlich kann  auch  in  der  Tiefe  der  Köiper- 
bedeckungen  Schmerz  zustande  kommen.  Da- 
bei handelt  es  sich  um  dumpfe  Empfindungen. 


Hautsinne 


261 


Sehr  schön  läßt  sich  der  Unterschied  von  ober- 
flächlichem und  tiefem  Schmerz  bei  mechanischer 
Erregung  zeigen.  Hebt  man  eine  kleine  Hautfalte 
auf  und  kneift  diese  zwischen  den  Fingern,  dann 
bekommt  man  eine  stechende  Schmerzempfin- 
duiig.  Macht  man  das  gleiche  mit  einer  großen 
Falte,  fühlt  man  zuerst  einen  dumpfen  Schmerz. 
Daraus  geht  auch  hervor,  daß  die  tief  liegenden 
Schmerzorgane  eine  niedrigere  Schwelle  besitzen 
als  die  oberflächlichen,  denn  sonst  müßte  sich 
die  Stichempfindung  einmischen. 


Nerven 


IM  11/  /  )/ 


■-    Paiiille 


—  f 


Nerven- 
faser 


Fig.    18.      Freie   Nervenendigungen,    Fußballen 

der  Katze.    75 mal  vergrößert.    !Xach  Böhm  und 

Davidoff. 

Wenn  auch  noch  keine  volle  Sicherheit 
darüber  herrscht,  an  welche  perzipierenden 
Elemente  jeder  der  4  Hautsinne  gebunden 
ist,  so  besteht  darüber  jedenfalls  kein  Zweifel 
mehr,  daß  jeder  Sinn  seine  eigenen  Organe 
besitzt,  daß  also  nicht,  wie  man  früher  glaubte, 
das  gleiche  Sinneswerkzeug  die  Empfindungen 
von  Berührung  und  Wärme  vermitteln  kann. 
Aus  jedem  perzipierenden  Apparat  der  Haut 
entspringt  mindestens  eine  Nervenfaser, 
welche  durch  den  peripheren  Nerven  und  die 
hintere  Wurzel  schließlich  in  das  Rückenmark 
gelangt. 

Man  sollte  nun  denken,  daß  die  Zahl  der 
jS'ervenfasern  in  den  hinteren  Wurzeln  beträcht- 
lich größer  ist  als  die  Anzahl  der  Sinnespunkt'3. 
Denn  darunter  sind  ja  auch  viele  Fasern,  die 
aus  den  Eingeweiden  stammen.  Ingbert  hat 
sämtliche  sensiblen  Nervenfasern  des  Körpers 
mit  Ausnahme  derjenigen,  die  aus  dem  Kopfe 
stammen,  gezählt  und  bei  dieser  Zählung 
ergaben  sich  rund  eine  Million.  Die  sämtlichen 
perzipierenden  Organe  der  Körperhaut  mit 
Ausschluß  des  Kopfes  lassen  sich  aber  auf 
ungefähr  3  ^Millionen  schätzen.  Es  bfesteht  also 
ein  Mißverhältnis  zwischen  den  Apparaten  und 
den  Nervenfasern. 


Die  Wärme-,  Kälte-  und  Schmerzfasern 
endigen  nach  ihrem  Eintritt  in  das  Rücken- 
mark wahrscheinlich  in  den  Ganglienzellen 
des  Hinterhornes.  Von  da  aus  geht  eine 
Verbindung  durch  die  graue  Substanz  nach 
der  anderen  Seite  und  steigt  in  den  Gower- 
schen  Strängen  in  die  Höhe.  Den  gleichen 
Verlauf  hat  auch  ein  Teil  der  Fasern  für 
Berührungsempfindung.  Der  andere  viel- 
leicht größere  Teil  der  Berührungsfasern 
steigt  gleich  nach  dem  Eintritt  durch  die 
hintere  Wurzel  in  den  G  oll  sehen  und  Bur- 
dachschen  Strängen  in  die  Höhe. 

Literatur.  J-  Zu,  savimen  fassende  Dar- 
stellungen: M.  V.  Frey,  Untersuchungen 
über  die  Sinnesfunktionen  der  menschlichen  Haut. 
Ahh.  d.  Sachs.  Ge.-ellsch.  d.  Wiss.,  Bd.  40, 
ßJath.  phys.  CL,  Bd.  23,  S.  169,  1897.  —  Der- 
selbe, Die  sensorischt7i  Funktionen  der  Haut 
und  der  Bewegungsorgane.  Tiegerstedts  Hand- 
buch der  physiolog.  Methodik,  Bd.  3,  Abt.  I, 
S.  1.  Leipzig  1910.  —  O.  Funke,  Der  Tast- 
sinn und  die  Gemeingefühle.  Hermanns  Handb. 
d.  Physiol.,  Bd.  3,  11,  S.  289,  1880.  —  V.  Henri, 
lieber  die  Rauinwahrnchmungen  des  Tastsinnes. 
Berlin  1898.  —  E.  Hering,  Der  Temperatur  sinn. 
Hermanns  Handbuch  der  Physiol,  Bd.  3,  11, 
S.  410.  1880.  —  L.  Luciani,  Physiologie  des 
3Ienschen.  Bd.  4,  *S.  1.  Die  Sinne  der  Haut. 
Jena  1911.  —  G.  Meissner,  Beilrüge  z.  Anat.  u. 
Physiol.  der  Haut.  Leipzig  1853.  —  T.  Tliunberg, 
Physiologie  der  Druck-,  Temperatur-  und  Schmerz- 
empfindungen. Nagels  Handbuch  der  Physiol., 
Bd.  3,  S.  646.  Braimschweig  1905 ;  und  Er- 
gänzungsband S.  113,  1910.  —  E,  H.  Weher, 
Der  Tastsinn  und  das  Gemeingefühl.  Wagners 
Handwörterbuch  der  Physiol.,  Bd.  3,  11,  S.  4^1. 
Braunschweig  IS46.  —  //.  Einige  neuere 
U7id  deshalb  in  den  zusammenfassenden 
Werken  noch  wenig  berücksichtigte 
Arbeiten:  S.  Alrutz,  Skandinavisches  Archiv, 
Bd.  17,  S.  86,  1905;  18,  S.  1  und  166,  1906;  20, 
Ä  371,  1908;  21,  S.  237,  1909.  Zeitschr.  f. 
Psych,  u.  Phys.  d.  Sinn.,  1.  Abt.,  Bd.  47,  259, 
1908.  —  Cr.  F.  Arps,  Wundts  Psychologische 
Studien,  Bd.  4,  S.  4SI,  1909.  —  A.  Basler, 
Pflilgers  Archiv,  Bd.  132,  494,  1910;  136,  368, 
1910;  143,  230,  1911;  147,  375,  1912;  148, 
Sil,  1912.  —  M.  Buch,  Archiv  für  [Anatomie 
und]  Physiologie,  1909,  S.  1.  —  J.  Elo  und 
A.  Nikula,  Skandinavisches  Archiv  für  Physio- 
logie, Bd.  24,  -S'.  226,  1911.  —  K.  Ewald, 
Zeitschrift  für  S innesphysiologie,  Bd.  44,  <S'.  1, 
1910.  —  M.  V.  Frey,  Zeitschrift  f.  Biol.  Bd.  56, 
537,  1911,  56,  574, 1911  undSitzungsber.  d.  Physik, 
med.  Gesellsch.  Würzburg  1911.  —  A.  Gold- 
scheider,  Berliner  klinische  Wochenschrift,  Bd. 
41,  S.  353,  1904.  —  Head,  Brain,  Bd.  31,  S. 
323,  1908.  — -K.  Ka  SSO  Witz  und  P.  Schilder, 
Pflügers  Archiv,  Bd.  122,  S.  119,  1908.  —  F. 
Kiesow,  Zeitschrift  für  Psychologie  und  Phy- 
siologie der  Sinne,  Bd.  35,  S.  234,  IS04.  — 
Siebrand,  Zeilschrift  für  Sinnesphysiologie, 
Bd.  45,  S.  204,  1911.  —  A.  V.  Tschermak, 
Pflüg ers  Archiv,    Bd.  122,  98,  1908. 

A.  Basler. 


262 


Haüy  — •  Heil-  und  Giftpflanzen 


Haüy 

Rene  Just. 

Geboren  am  28.  Februar  1743  zu  St.  .Just  im 
Departement  Oise;  gestorben  am  3.  Juni  18'2"2  zu 
Paris.  Er  widmete  sich  zunächst  dem  geistlichen 
Stande;  nach  dem  er  aber  durch  Daubenton  in 
die  Mineralogie  eingeführt  worden  war,  machte 
er  sicli  bald  durch  eine  Reihe  der  wichtigsten 
Entdeckungen  so  bekannt,  daß  er  bei  der  Errich- 
tung des  Instituts  Mitglied  desselben  wurde. 
Während  der  Revolution  war  er  im  Gefängnis 
des  Seminars  St.  Firmin  vorübergehend  in  Haft 
gehalten,  wurde  aber  auf  Fürsprache  wieder  be- 
freit. 1793  wurde  er  zum  Mitglied  der  Kommission 
für  Maße  und  Gewichte,  1794  zum  Konservator 
des  Cabinet  des  mines  berufen.  1795  wurde  er 
Lehrer  der  Physik  an  der  Ecole  normale,  1802 
Professor  der  ^iineralogie  am  Museum  d'Histoire 
naturelle.  Bald  darauf  bekleidete  er  auch  die- 
selbe Professur  in  der  Faculte  des  sciences. 

Haüy  ist  durch  seine  Arbeiten  als  der 
eigentliche  Begründer  der  wissenschaftlichen 
Kristallographie  zu  bezeichnen.  Er  ist  der  Ent- 
decker der  (jesetze  der  Symmetrie  und  der 
Rationalität  der  Achsenabschnitte.  I\Iit  seiner 
Ableitung  der  verschiedenen  Kristallformen  ver- 
band er  gleiclizeitig  eine  atomistische  Theorie 
über  die  Struktur  der  Kristalle  und  gelangte 
durch  diese  ebenfalls  zu  den  gefundenen  Gesetzen, 
indem  er  aus  den  ,, primitiven  oder  Kerngestalten" 
durch  regelmäßige  Subtraktion  (Haüysche  De- 
kreszenz)  alle  anderen  ,, sekundären"  Gestalten 
ableitete.  Er  bestimmte  auch  zuerst  das  elek- 
trische Verhalten  namentlich  der  pyroelek- 
trischen  ^Mineralien.  Als  Arbeiten,  in  denen  seine 
wichtigsten  Entdeckungen  niedergelegt  sind, 
sind  zu  nennen:  Essai  d'une  theorie  sur  la  struc- 
ture  des  cristaux  (1784).  —  Traite  de  mineralogie 
(4  Bde.;  Paris  1802.  Deutsch  von  Ivarsten  und 
Weiß,  Leipzig  1804  bis  1810).  —  Sur  une  loi 
de  crvstallisation  appelee  loi  de  svmmetrie 
(Mem."du  Mus.  cl'Hist.  nat.  1815).  —  traite  des 
caracteres  physicpies  des  pierres  precieuses 
(Paris  1817).  —  Traite  de  cristallographie  (Paris 
1822). 

Literatur.  G.  Cuvier,  Eloge  historique  de 
Haüy,  hl  a  l'Academie  des  Sciences  dans  la 
seance  du  S.juin  1828.  —  Nouvelle  Biogr.  generale 
(Hoefcr)  23,  605.  —  Fr.  v.  Kohell,  Ge- 
schichte der  Mineralogie,  S.  180ff. 

K,  Spangenberg. 


Hebungen. 

Vgl.     den    Artikel    ..Niveauverschie- 
b IUI  gen". 


Hedwig 

Johann. 

Geboren  zu  Kronstadt  in  Siebenbürgen  am  8.  Ok- 
tober 1730.   Er  studierte  in  Leipzig  Arzneikunde 


und  Botanik  und  erwarb  dort  1759  die  medi- 
zinische Doktorwürde.  Da  er,  weil  nicht  in  Oester- 
reich  promoviert,  in  seiner  Vaterstadt  nicht  zur 
ärztlichen  Praxis  zugelassen  wurde,  siedelte 
er  nach  Chemnitz  als  praktischer  Arzt  über. 
1781  vorlegte  er  seinen  Wohnsitz  nach  Leipzig, 
wo  er  1786  Arzt  der  Stadtkompagnie  und  außer- 
ordentlicher Professor  der  Arzneikunde  an  der 
Universität  wurde.  1789  wurde  er  daselbst 
Professor  der  Botanik  und  Direktor  des  botani- 
schen Gartens.  Er  starb  am  18.  Februar  1799  in 
Leipzig.  —  Hedwigs  Bedeutung  liegt  in  seinen 
Arbeiten  über  die  Moose.  Er  beschrieb  auf  Grund 
sorgfältiger  mikroskopischer  Studien  deren  Sexual- 
organe, die  er  richtig  als  solche  deutete  und  mit 
den  Staubgefäßen  und  Fruchtknoten  der  höheren 
Pflanzen  verglich,  ferner  die  Paraphysen  und  gab 
dem  Sporangium  und  den  Sporen  ihre  Bezeich- 
nungen. Ferner  erkannte  er  die  ^lono-  und  Di- 
klinie  der  Moose  und  die  systematische  Wichtig- 
keit des  Peristoms,  nach  dessen  Ausbildung 
er  einen  analytischen  Schlüssel  zur  Bestimmung 
von  25  Laubraoosgattungen  gab.  Genannt 
seien  das  ..Fundamentum  historiae  naturalis 
muscorum  frondosorum"  (Leipzig  1782,  2  Bde.) 
und  die  rmch  seinem  Tode  von  Schwägrichen 
herausgegebenen  ,,Species  muscorum  frondo- 
sorum etc."  (Leipzig  1801.  Mit  77  Tafeln).  Weniger 
glücklich  war  er  bei  seinen  pflanzenanatomischen 
Arbeiten,  die  vielfach  irrige,  vorgefaßte  Meinun- 
gen erkennen  lassen. 

Literatur.  Sachs,  Geschichte  der  Botanik, 
München  1875,  S.  27'S.  —  J.  Monier  in  Mikro- 
kosmus II,  1908109,  S.  91—97. 

W.   Ruhland. 


Hefner-Alteueck 

Friedrich  von. 

Geboren  am 27. Aprill845inAsc ha ffenburgalsSohn 
des  Kunst-  und  Kulturhistorikers  Hefner-Alte- 
nec  k,  gestorben  am  7.  Januar  1904.  Er  studierte 
an  den  Polytechniken  München  und  Zürich  und 
war  von  1867  an  als  Ingenieur  bei  Siemens  und 
Halske  tätig.  DieBerlinerAkademie  ernannte  ihn 
zu  ihrem  Mitglied.  Die  Elektrotechnik  hat  durch 
seine  Erfindungen  wesentliche  Förderungen 
erfahren.  1873  konstruierte  er  den  Trommel- 
anker für  Dynamomaschinen,  1879  die  Differen- 
tialbogenlampe. Die  von  ihm  1884  erfundene 
Amylacetatlampe,  als  Hefnerlicht  bekannt,  wurde 
als  Lichteinheit  eingeführt. 

E.  Drude. 


Heil-  und  Giftpflanzen. 

1.  Begriffsbestimmung.  2.  Medizinisch  wirk- 
same chemische  Stoffe.  3.  Physiologische  Wir- 
kungen. 4.  Pharmazeutische  Verwendung. 
5.  Die  wichtigeren  Heil-  und  Giftpflanzen: 
a)  Alkaloidhaltige  Pflanzen;     b)  Glukoside  füh- 


Heil-  und  Giftpflanzen 


263 


rende  Pflanzen:  c)  Pflanzen  mit  nicht  glukosi- 
dischen  Bitterstoffen;  d)  Schleimfühiende 
Pflanzen;  e)  Rlanzen  mit  Süßstoff;  f)  Pflanzen 
mit  ätherischen  Oelen;  g)  Harzhaltige  Pflanzen; 
h)  Pflanzen  mit  fetten  Oelen;  i)  Gerbstoff- 
pflanzen;    k  Pflanzen    mit  organischen  Säuren. 

I.  Begriffsbestimmung.  Heilpflanzen 
sind  die  in  der  Medizin  auf  Grund  ihrer 
chemischen  Eigenschaften  oder  beim  Volke 
infolge  alter  Ueberlieferung  und  praktischer 
Erfahrung  zu  Heilzwecken  Verwendung  fin- 
denden Gewcächse.  Es  ist  gleichgültig,  ob  die 
ganze  Pflanze,  Teile  derselben  oder  die  aus 
der  Pflanze  gewonnenen  wirksamen  chemi- 
schen Stoffe  benutzt  werden.  Bei  sehr  vielen 
der  in  diesem  Sinne  zu  nennenden  Pflanzen 
(für  Deutschland  allein  werden  über  800 
Heilpflanzen  aufgeführt,  Dragendorff  gibt 
in  dem  Werke  ,,Die  Heilpflanzen  der  ver- 
schiedenen Völker  und  Zeiten"  über  12  700  j 
Arten  an,  die  Zahl  wächst  stetig  mit  der 
Erforschung  der  Sitten  und  Gebräuche 
fremder  Völker)  wird  die  Heillvraft  über- 
trieben, bei  manchen  ist  sie  sehr  fraglich  oder 
doch  nicht  erwiesen,  bei  anderen  sehr  un- 
wahrscheinlich. Die  moderne  Medizin  er- 
kennt auf  Grund  pharmakologischer  For- 
schung nur  solche  Heilpflanzen  an,  deren 
Wirkung  teils  durch  Erfahrung  am  Kranken- 
bette, teils  durch  eingehende  Tierversuche 
unzweifelhaft  festgestellt  ist.  Infolgedessen  I 
ist  die  Zahl  der  in  der  neueren  Medizin  be- ! 
nutzten  und  in  den  derzeitigen  Arznei- 
büchern aufgenommenen  Heilpflanzen,  der  j 
sogenannten  offizineilen  Pflanzen,  gegen  | 
früher  eine  verhältnismäßig  geringe.  Selbst 
von  diesen  offizineilen  Pflanzen  werden  i 
einige  zurzeit  fast  ausschließlich  als  Volks- 
mittel verwendet.  Immerhin  läßt  sich  einer 
größeren  Zahl  beim  Volke  auf  Grund  langer 
Erfahrung  gebräuchlicher  Gewächse  eine 
gewisse  Heilwirkung  nicht  absprechen,  wenn 
auch  der  Arzt  solche  als  nicht  erwiesen  be-  j 
trachtet.  Nicht  jede  von  der  modernen  Me-| 
dizin  als  unwirksam  bezeichnete  Pflanze  ist 
deshalb  wertlos,  weil  es  noch  nicht  gelungen 
ist,  die  Chemie  der  betreffenden  Pflanze  völlig 
klar  zu  legen  und  man  nicht  in  der  Lage  ist, 
sich  über  die  Wirkung  ein  Urteil  zu  bilden. 
Man  darf  nicht  außer  acht  lassen,  daß  es 
oft  mit  großen  Schwierigkeiten  verknüpft 
ist,  die  wirksame  Substanz  einer  Pflanze  zu 
bestimmen  oder  zu  isolieren.  Aus  diesem 
Grunde  durfte  in  der  Aufnahme  der  hier 
zu  besprechenden  Heilpflanzen  keine  scharfe 
Grenze  gezogen  werden,  und  mußten  neben 
den  sogenannten  wirklichen  Heilpflanzen, 
deren  Heilwert  wissenschaftlich  anerkannt , 
ist,  eine  größere  Zahl  solcher  Pflanzen  auf- 
genommen werden,  die  zwar  bisher  bei  der 
chemischen  Untersuchung  keine  heilsamen  ' 
Stoffe  erkennen  ließen  und  deshalb  dem 
Arzte  therapeutisch  wertlos  erscheinen,  je- 


doch beim  Volke  reichlich  im  Gebrauch  sind 
und  ein  gewisses  Ansehen  erworben  haben. 
Es  ist  nicht  ausgeschlossen,  daß  bei  fort- 
schreitender chemischer  Erkenntnis  das  eine 
oder  andere  dieser  jetzt  als  unwirksam  an- 
gesehenen Volksmittel  in  späterer  Zeit  in 
der  Medizin  eine  Stellung  erlangt.  Pflanzen, 
deren  Heilkraft  sehr  unwahrscheinlich  ist, 
sind  nicht  berücksichtigt.  Die  wichtigeren 
und  häufiger  vorkommenden  Giftpflanzen 
(mit  Ausnahme  der  giftigen  Pilze)  zugleich 
mit  den  Heilpflanzen  zu  besprechen,  ist 
angepaßt,  weil  viele  Giftpflanzen  als  Heil- 
pflanzen eine  wichtige  Rolle  spielen.  Unter 
Giftpflanzen  versteht  man  allgemein  Ge- 
wächse, welche  Stoffe  enthalten,  die  schon 
in  verhältnismäßig  kleinen  Mengen  auf  den 
menschlichen  und  tierischen  Organismus 
gesundheitsschädigend  einwirken.  Dem  Um- 
stände Rechnung  tragend,  daß  es  nur  wenige 
wirksame  pflanzliche  Ai'zneistoffe  gibt, 
welche  nicht  mehr  oder  weniger  ungünstig 
auf  den  Organismus  einwirken  können,  ist 
es  oft  schwierig,  zwischen  giftigen  und  un- 
giftigen Heilpflanzen  zu  unterscheiden.  Ge- 
nußpflanzen (Thee,  Kakao,  Kaffee,  Matte, 
Kola,  Guarana  usw.)  sind  nicht  aufgenommen, 
um  eine  Wiederholung  (vgl.  den  Artikel 
,, Genußpflanzen")  zu  vermeiden,  ob- 
schon  auch  diese  in  einzelnen  Fällen  von  den 
Aerzten    als    Heilmittel    verordnet    werden. 

2.  Medizinisch  wirksame  Stoffe.  Die 
Heilkraft  der  Arzneipflanzen  beruht  auf  dem 
Gehalt  an  chemischen,  medizinisch  wirk- 
samen Bestandteilen.  Als  wirksame  pflanz- 
liche Stoffe  kommen  in  Betracht:  Alkaloide, 
Glukoside  und  Fermente,  Bitterstoffe,  Gerb- 
stoffe, Süßstoffe,  Schleime,  Harze,  Gummi- 
harze, Balsame,  ätherische  und  fette  Oele, 
Pflanzensäuren  usw.  Soweit  wir  über  die 
chemische  Natur  des  wirksamen  Prinzips 
unterrichtet  sind,  wird  bei  den  einzelnen 
Pflanzen  hierüber  berichtet,  weshalb  es  sich 
erübrigt,  an  dieser  Stelle  darauf  einzugehen. 
Von  den  eigentlichen  Giftpflanzen  wissen  wir, 
daß  diese  ihre  Eigenschaften  entweder  Al- 
kaloiden,  Glukosiden  oder  ätherischen  Oelen 
verdanken. 

3.  Die  physiologische  Wirkung  der 
Heilpflanzen.  Die  Verordnungsweise  ge- 
schieht in  Form  der  fein  gepulverten  Droge 
oder  der  aus  der  Droge  hergestellten  Auszüge, 
Präparate  und  chemischen  Stoffe.  iVrznei- 
pflanzen  mit  stark  wirkenden  Stoffen  unter- 
stehen der  Verordnung  des  Arztes,  Volks- 
mittel sind  meist  unschuldiger  Natur  und  in 
den  Apotheken  frei  verkäuflich.  Nach  der 
physiologischen  Wirkung  unterscheidet  man 
sogenannte  Nerven-  und  Muskelgifte  (zu 
denen  sämtliche  Alkaloide,  Glukoside  und 
der  Kampfer  zu  rechnen  sind)  und  Stoffe, 
welche  eine  Aetzung  und  lokale  Erregung  ver- 
ursachen.  Zu  letzterer  Gruppe  zählt  man  die 


264 


Heil-  und  Giftjjflanzen 


einhüllenden  Mittel  (Pflanzenschleime, 
Gumniiarten),  Gernchs-  und  Geschmacks- 
mittel (Zucker,  ätherische  Gele),  aromatisch- 
iind  bittersclimeckende  i\Ia<i;eii mittel,  Haut- 
reizmittel (Terpentinöl.  Seiiföl),  Haut- 
salben (fette  Gele),  Abfülu-mittel  (Rizinusöl, 
Crotonöl,  Jalapenharz,  Clirysarobin  usw.), 
Wurmmittel  und  Adstrin,ü;eutien  (Gerbstoffe). 
Die  Versciiiedenheit  der  Heilpflanzen  in  der 
Wirkung  auf  den  menschlichen  Organismus 
ist  bedingt  durch  die  Eigenart  der  für  jede 
Pflanzenart  charakteristischen  chemischen 
Bestandteile.  Zuweilen  besitzen  nahe  ver- 
wandte Pflanzen,  Vertreter  derselben  Pflan- 
zenfamilie, das  gleiche  wirksame  Prinzip, 
in  den  meisten  Fällen  sind  die  betreffenden 
chemischen  Stoffe  nur  der  einen  Pflanzen- 
art eigen.  Wir  unterscheiden  eigentliche 
Heilmittel,  welche  direkt  auf  den  Organismus 
heilkräftigend  einwirken  und  solche,  welche 
indirekt  eine  Heilwirkung  erzielen.  Die  Alka- 
loide  z.  B.  gelten  nicht  als  eigentliche  Heil- 
mittel, sie  dienen  als  Mittel  zur  Bekämpfung 
von  Symptomen,  z.  B.  zur  Milderung  und 
Unterdrückung  von  Schmerzen  usw.  Die 
Wirkung  der  betreffenden  organischen  Stoffe 
ist  bei  der  Beschreibung  der  einzelnen  Heil- 
pflanzen kurz  erwähnt.  Bei  allen  Heilpflanzen, 
besonders  aber  bei  den  eigentlichen  Gift- 
pflanzen sind  Einsammlungszeit,  Terapera- 
turverhältnisse  des  Erntejahres,  ob  wild 
gewachsen  oder  kultiviert  im  Gehalt  an  wirk- 
samen Stoffen  und  dadurch  in  der  Wirkung 
der  Pflanze  von  Bedeutung,  ebenso,  ob  die 
Pflanze  frisch  oder  getrocknet  verwendet 
wird.  Bei  längerer  Lagerung  verlieren  sehr 
viele  Pflanzen  beträchtlich  an  Heilkraft. 
Die  Giftwirkung  am  Menschen  ist  eine  in- 
dividuell verschiedene,  kräftige  Naturen 
sind  weniger  stark  empfindlich,  Kindern  hin- 
gegen sindpflanzliche  Gifte  äußerst  gefährlich. 

4.  Pharmazeutische  Verwendung,  Von 
wenigen  Fällen  abgesehen  kommen  die 
Heilpflanzen  bezw.  deren  Organe  in  sorgfältig 
getrocknetem  Zustand,  d.  h.  als  Droge  in  den 
Handel  und  werden  in  den  Apotheken  in 
entsprechender  Weise  nach  Angabe  des 
deutschen  Arzneibuches  oder  in  den  chemi- 
schen Fabriken  weiter  verarbeitet. 

5.  Die  wichtigeren  Heil-  und  Giftpflan- 
zen. Die  Einteilung  ist  nachden  wirksamen 
Stoffen  vorgenommen  ohne  Rücksicht  auf 
andere  vorhandene  Körper,  die  Untergrup- 
pierung nach  den  Familien  des  natürlichen 
Systems.  Von  jeder  Pflanze  ist  nur  das 
allgemein  Wissenswerte  aufgeführt.  Finden 
nur  Teile  einer  Pflanze,  nicht  die  ganze 
Pflanze  pharmazeutische  Verwendung,  sind 
diese  besonders  hervorgehoben. 

5a)  Alkaloidhaltige  Pflanzen.  Al- 
kaloide,  einzeln  oder  zu  mehreren  in 
den   Pflanzen   enthalten,   sind   komplizierte 


stickstoffhaltige  Verbindungen  von  mehr 
oder  weniger  stark  ausgeprägter  basisclier 
Natur  und  ausgesproclien  physiologischer 
Wirkung  auf  den  lebenden  Organismus. 
Sie  sind  größtenteils  heftige  Gifte.  Das  Vor- 
kommen von  Alkaloiden  ist  im^Pflanzenreich 
für  gewisse  Familien,  z.  B.  den  Solanaceen, 
Papaveraceen,  Cinchoneen  usw.  geradezu 
charakteristisch 

Pyrenomyceten.  Claviceps  purpurea 
(Fr.)  Tulasne  (=  Centrosporium  mitratum 
Wallor).  Das  auf  dem  Roggen  (nur  dieses  ist 
pharmazeutisch  zulässig)  und  anderen  Getreide- 
arten schmarotzende  Sclerotium  (Dauermycel) 
des  Pilzes  findet  getrocknet  unter  der  Be- 
nennung Seeale  cornutum  (=  Fungus  secalis, 
Mater  secalis,  Sclerotium  Clavus),  Mutterkorn, 
Anwendung  als  wellenbeförderndes  und  wehen- 
verstärkendes Mittel  bei  schweren  Geburten,  als 
Abtreibungsmittel,  blutstillendes  Mittel  bei  Blu- 
tungen innerer  Organe,  bei  Darm-  und  Blasen- 
katarrh usw.  Außen  dunkelviolette  bis  schwarze, 
bis  3  cm  lange  und  2,5  bis  5  mm  dicke,  gerundet- 
dreikantige,  oft  längs  gefurchte,  gestreckt- 
spiudelförmige  oder  sichelförmig  gekrümmte,  auf 
dem  ebenen  Querbruch  rötliche  oder  weiße 
Gebilde.  Bei  anhaltend  feuchter  Witterung  tritt 
der  Pilz  besonders  häufig  auf,  der  Genuß  (eventuell 
auch  eines  mit  Mutterkorn  verunreinigten 
Mehles)  ist  giftig,  erzeugt  sie  sogenannte  Kriebel- 
krankheit  (Ergotismus),  welche  tödlich  verlaufen 
kann.  Die  Chemie  der  Droge  ist  noch  nicht  völlig 
geklärt,  an  Bestandteilen  werden  zurzeit  genannt: 
Ergosterin  (Tancret),  die  Alkaloide  Ergotinin 
(Tancret,  identisch  mit  Cornutin  Keller  und 
Secalin  Jacoby,  C35H39O5,  physiologisch  fast 
unwirksam),  Hydroergotinin  (=  Ergotoxin 
Dale,  amorphes  Ergotinin,  C35H4iN50g,  das 
Hydrat  des  Ergotinin,  der  Träger  der  spezifischen 
Uteruskontraktionsmrkung)  und  Ergothionin 
(Tancret,  CgHjsNoOo),  daneben  Sphacelotoxin, 
Sphaceiinsäure,  Secalonsäure,  Secale- 
amidosulfonsäure,  einige  Farbstoffe, 
Betain,  Vernin,  Clavin  Vahlen  (früher 
als  wirksames  Prinzip  angesehen,  ein  Gemisch 
von  Aminosäuren),  30%  fettes  Oel  usw. 

Coniferen.  Die  Eibe,  Taxus  baccata  L., 
ein  in  fast  allen  Ländern  des  mittleren  und  süd- 
lichen Europas,  in  Vorderasien  bis  zum  Ilimalaya, 
in  Nordafrika  und  Nordamerika  heimischer, 
immergrüner,  dichtverzweigter  Baum  oder 
Strauch  von  meist  nicht  über  10  m  Höhe.  Zur- 
zeit bei  uns  selten  noch  wie  ehemals  in  größeren 
Beständen ,  meist  nur  einzeln  oder  in  geringer  Zahl ; 
als  Zierbaum  noch  häufig  in  Anlagen  anzutreffen. 
Der  Baum  trägt  abstehende  Aeste  und  etwas 
hängende,  kurze,  rostbraune  bis  (die  jüngsten) 
grüne  Zweige.  Die  Blätter  abwechselnd  oder 
spiralig,  genähert,  scheinbar  zweizeihg  zu  beiden 
Seiten  des  Triebes  angeordnet,  bis  3  cm  lang, 
linienförmig,  fkch  bis  schwach  rinnenförnüg, 
kurz  gestielt,  scharf  zugespitzt,  ganzrandig.  leder- 
artig und  kahl,  die  Blattoberseite  dunkelgrün, 
glänzend,  die  Unterseite  hellgrün,  matt.  Die 
kleinen,  zweihäusigen  Blüten  auf  der  Unterseite 
der  Zweige  einzeln  in  den  Achseln  der  vor- 
jährigen Blätter;  die  Staubblüten  mit  einer 
Anzahl  schuppenförmiger  Blättchen  und  6  bis 
15  schildförmigen  Staiibblättern  mit  je  5  bis  9 


Heil-  imd  Giftpflanzen 


265 


nach  unten  sich  öffnenden  Pollensäckchen,  die 
Fruchtblüten  aus  einer  einzelnen  aufrechten, 
in  einem  napfförmigen  Becher  eingebetteten 
Samenanlage.  Nach  der  Befruchtung  wächst 
der  Becher  zu  einemim  Reifezustand  rotgefärbten, 
fleischigen  Samenmantel  aus  und  umschließt 
den  braunen  glänzenden  Samen  im  unteren  Teile. 
Die  Früchte  einzeln,  hängend,  Scheinbeeren 
von  1  bis  2  cm  Länge.  Giftig  sind  die  Blätter 
und  Beeren.  Die  getrockneten  Blätter  bezw.  die  1 
jüngsten  Zweige  — ■  Herba  (Folia)  Taxi, 
Eibenkraut,  Taxuskraut  —  sind  beim 
Volke  als  I\Iittel  gegen  Würmer,  bei  Epilepsie, 
als  Abtreibungsmittel  gebräuchlich,  in  der  Medizin  ; 
finden  sie  keine  Verwendung.  Der  Gehalt  der 
Blätter  an  giftigem  Taxin  ist  0,18%. 

Palmen.  Die  Areka-  oder  Betelpalme, 
Areca  Catechu  L.  (=  A.  Faufel  Gärtn.,  A. 
Guvaca  M.),  eine  auf  den  Sundainseln  heimische, 
hier,  in  Vorder-  und  Hinterindien,  dem  südlichen 
China  und  auf  den  Philippinen  reichlich  kul- 
tivierte, bis  15  und  mehr  IMeter  hohe  Palme 
mit  schlankem,  un verzweigtem,  glattem,  geringel- 
tem Stamm  und  sehr  großen,  bis  4,5  m  langen 
fiederspaltigen  Blättern  (die  Fiedern  kahl,  gerippt 
und  gefaltet,  die  obersten  keilförmig,  ihr  gestutz- 
tes Ende  angefressen  gezähnt,  die  unteren  lanzett- 
förmig spitz).  Die  Blüten  eingeschlechtig,  ein- 
häusig, in  einfach-  oder  doppeltverzweigten, 
über  1  m  langen,  seitenständigen  Kolben.  Letz- 
tere oben  mit  nur  männlichen,  unten  mit  weib- 
lichen Blüten.  Die  Fruchttragezeit  der  Bäume 
währt  etwa  25  bis  30  Jahre  vom  5.  bis  6.  Jahre 
ab  gerechnet,  geerntet  werden  je  nach  der 
Gegend  ein-  bis  zweimal  im  Jahre  jedesmal 
500  bis  800  Nüsse.  Die  aus  drei  völlig  verwach- 
senen Karpellen  hervorgegangene  eiförmige,  bis 
7  cm  lange,  stets  einsamige  Frucht  zeigt  eine 
dünne  äußere,  eine  sehr  faserige  mittlere  und  eine 
leicht  abblätternde  innere  Fruchtschale.  Als 
Bandwurmmittel  medizinisch  gebräuchlich  ist 
nur  der  von  der  Fruchtschale  befreite,  sehr  harte, 
etwa  bis  3  cm  hohe  und  fast  ebenso  breite,  halb- 
kugelige oder  stumpf -kegelförmig-gewölbte,  an 
der  Basis  abgeflachte  Samen,  Semen  Arecae, 
Arekanuß,  Betelnuß.  Außen  braun  mit 
einem  helleren  Netz,  teilweise  noch  mit  lose  an- 
naftenden  Resten  der  dünnen  silbergraueninneren 
Fruchtschale,  auf  dem  Querschnitt  das  weiße, 
harte  Nährgewebe  von  rotbraunen  Adern  (dem 
sich  vom  Rande  in  das  Nährgewebe  hinein  er- 
streckenden Gewebe  der  Samenschale)  durch- 
zogen. Die  Samen  enthalten  zu  etwa  1%  Are- 
colin  (CgHiaNOo,  eine  färb-  und  geruchlose, 
ölige  Flüssigkeit),  das  wirksame  Prinzip,  in  der 
Veterinärpraxis  außerdem  als  Ersatzmittel  für 
Eserin  und  Pilocarpin,  zur  Vermehrung  des 
Speichels  und  der  Bronchialsekretion,  zur  Pu- 
pillenverengerung, zur  Aufsaugung  bei  Trans- 
sudaten und  Exsudaten,  bei  Kolik  der  Pferde, 
bei  Hämoglobinämie  der  Pferde  usw.  in  Ver- 
wendung. Drei  weitere  physiologisch  unwirksame 
Alkaloide  sind  Arecaidin  (C-HuNO,),  Guva- 
cin  (CeHgNOo)  und  Arecain  (C-HuNÖ,,  isomer 
mit  Arecaidin)  usw.  In  Indien  und  China  wird 
der  in  Wasser  gekochte,  in  Scheiben  geschnittene 
Arekasamen  mit  etwas  Kalk  und  den  Blättern 
des  Betelpfeffer,  Chavica  Betel  Miqu.,  einer 
in_  Ostindien  heimischen,  häufig  angebauten 
klimmenden  Piperacee,  zum  sogenannten  Betel- 
kauen   benutzt.      Das   gerbstoffhaltige    Extrakt 


der  Samen  ist  das  Pahnen-Catechu,  ein  technische 
Verwendung  findender  Gerbstoff. 

Liliaceen.  Die  Sabadillpflanze,  Schoe- 
nocaulon  officinale  (Schlechtd.)  Asa  Gray 
(=  Sabadilla  officinarum  Brandt,  SabadiUa 
officinalis  (Cham,  et  Schlechtd.,  Engl.),  ein  auf 
den  Anden  von  Mexiko,  in  Guatemala  und  Vene- 
zuela an  feuchten  Orten  heimisches,  an  der  Küste 
des  mexikanischen  Golfes  kultiviertes  Zwiebel- 
gewächs mit  wurzelständigen,  am  Grunde  schei- 
denartigen, linienförmigen, langzugespitzten, ganz- 
randigen,  kahlen,  glatten,  bis  1,5  m  langen 
Blättern.  Der  Blütenschaft  aufrecht,  einfach, 
etwa  1  m  lang,  unbeblättert;  die  Blüten  in  langer 
einfacher  Traube,  kurz  gestielt,  hängend,  die 
oberen  männlich,  die  unteren  zwitterig,  gelblich, 
sechsteilig.  Die  drei  inneren  Staubgefäße  kürzer 
als  die  drei  äußeren.  Die  an  der  Basis  meist  noch 
von  dem  sechsteiligen  Perigon  unterstützte 
Frucht  eine  aus  drei,  nur  in  der  unteren  Hälfte 
miteinander  verwachsenen  und  hier  durch  tiefe 
Furchen  nach  außen  getrennten  Fächern  gebildete 
Kapsel.  In  jedem  Fach  1  bis  6,  meist  2  bis  4 
längliche,  nach  aufwärts  lang  zugespitzte,  bis- 
weilen verbogene,  unregelmäßig  kantige,  glänzend 
braunschwarze  Samen.  Letztere  — ■  Sabadill- 
samen,  Läusesamen,  Semen  Sabadillae — ■ 
werden  hauptsächlich  in  Venezuela  gesammelt, 
sie  dienen  in  Pulverform,  Tinktur  oder  als  Essig 
gegen  Kopfungeziefer,  in  der  Veterinärmedizin 
als  Mittel  gegen  Läuse  der  Pferde,  technisch  zur 
Gewinnung  des  offizinellen,  medizinisch  zur  Er- 
zeugung von  künstlichen  Kollaps,  als  Fieber- 
mittel, zu  Einreibungen  gebräuchlichen  Vera- 
trins.  Dieses  findet  sich  zu  etwa  4%  in  den 
Samen,  ist  kein  einheitlicher  Körper,  ein  inniges 
Gemenge  von  Cevadin  (=  kristallisiertes  Vera- 
trin,  C32H49NO9,  selir  giftig),  Veratridin 
(=  amorphes  Veratrin,  C3,H53N04,  sehr  giftig) 
und  Sabadillin  (=  Cevadillin,  CoiH^-NaO^  (?), 
weniger  giftig  als  die  beiden  ersteren),  alle  drei 
zum  Teil  an  Veratrumsäure  und  Tiglinsäure  ge- 
bunden. —  Von  Colchicum  autumnale  L., 
der  Herbstzeitlose,  einem  sehr  häufigen,  aus- 
dauernden Knollengewächs  unserer  Wiesen, 
heimisch  in  Mittel-,  West-  und  Südeuropa,  dem 
südlichen  Kaukasus  und  Nordafrika,  sind  die 
getrockneten  Samen  —  Zeitlosensamen,  Se- 
men Colchici  —  wegen  ihres  Gehaltes  an 
Colchicin  arzneilich  im  Gebrauch  (früher  diente 
der  frische  Knollen  — •  Zeitlosenwurzel, 
Bulbus  s.  Bulbotuber  s.  Radix  Colchici 
—  gleichen  Zwecken).  Blütezeit  von  August 
bis  Oktober.  Das  Perigon  bläulichrot  bis 
rosarot,  unterständig,  trichterförmig  mit  sehr 
langer  und  enger,  meist  dreikantiger,  grund- 
ständiger Röhre,  endet  nach  oben  mit  einem 
sechszipfeligen  glockenförmigen  Saum.  Sechs 
dem  Grunde  der  Röhre  eingefügte  Staubfäden, 
die  drei  des  inneren  Kreises  länger  als  die  des 
äußeren;  der  oberständige  Fruchtknoten  aus  3 
länglichen,  in  der  Mitte  verbundenen  Frucht- 
blättern, der  Griffel  lang,  fadenförmig,  mit  8 
länglichen  Narben.  Erst  im  nächsten  Frühjahr 
erscheinen  die  3  bis  4,  selten  6  breitlanzett- 
lichen,  saftigen,  glänzend  grünen,  ziemlich 
stumpfen,  gaiTzrandigen,  parallelnervigen  Blätter. 
Diese  umgeben  die  kurzgestielte,  gipfelständige, 
im  Frühjahr  mit  den  Blättern  aus  dem  Boden 
hervortretende,  dreifächerige,  länglich  runde, 
aufgeblasene,  zuerst  grüne,  später  braune  Kapsel, 


266 


Heil-  und  Giftpflanzen 


deren  Fächer  am  Scheitel  in  den  inneren  Nähten 
sich  öffnen  und  zahlreiche  frisch  weiße,  später 
dunkelbraune,  fast  kugelige  Samen  bergen. 
Der  Knollen  herzeiförmig,  dichtfleischig,  etwa 
bis  öcmlang,  zwiebelartig  von  einer  oder  mehreren 
braunen,  trockenhäutigen  Schalen  umgeben,  die 
nach  oben  in  eine  Scheide  auslaufen.  Bie  eine 
Seite  des  Knollen  gewölbt,  die  gegenüberliegende 
flacli  und  mit  einer  Längsfurche  versehen,  in 
welcher  die  Basis  des  blühenden  Stengels  liegt. 
Die  giftigen  bitteren  Samen  bezw.  das  in  den- 
selben enthaltene  wirksame  l'olchicin  (im 
Samen  zu  0,2  bis  0,4 °o,  ein  stickstoffhaltiger,  den 
Alkaloiden  nahestehender,  aber  nicht  basischer 
Körper,  an  sich  nicht  giftig,  wird  durch  Oxyda- 
tion in  die  giftige  YerbindungC.,2H,5NOfi=  Oxydi- 
colchicin  übergeführt)  finden  in  Form  der 
Tinktur,  des  Extraktes  usw.  bei  Gicht,  Rheuma- 
tismus, Asthma,  Wassersucht,  in  der  Tierarznei- 
kunde gegen  Verstopfungen  und  das  Aufblähen 
der  Wiederkäuer  medizinische  Verwendung. 
Colcliicin  wirkt  lähmend  auf  das  Zentralnerven- 
system, erregend  auf  die  Nervenendigungen ; 
bei  Verordnung  ist  wegen  der  großen  Giftigkeit 
Vorsicht  geboten.  —  Die  in  Höhe  von  1000  bis 
3000  m  auf  feuchten  und  sumpfigen  Gebirgs- 
wiesen  in  den  Ländern  Mittel-  und  Südeuropas, 
in  Nord-  und  Westasien  anzutreffende  weiße 
Nieswurz,  Veratrum  album  L.,  eine  bis 
über  1  m  hohe  ausdauernde  Pflanze  mit  dickem 
knolligem  Wurzelstock,  hohlem,  aufrechtem, 
einfachem,  kurz  weichhaarigem,  einjährigem 
Stengel,  wechselständigen,  stengelumfassenden, 
breitelliptischen,  oben  lanzettlichen,  längsgefal- 
tenen,  spitzen  oder  zugespitzten,  parallelner- 
vigen, ganzrandigen  Blättern,  ist  die  Stamm- 
pflanze für  die  offizineile  weiße  Nieswurzel 
oder  Germer  Wurzel,  Rhizoma  Vera  tri  (  = 
Radix  Hellebori  albi).  Bei  V.  album  stehen 
die  zahlreichen,  sehr  kurz  gestielten  Blüten  in 
einer  großen,  entständigen  Rispe,  die  unteren 
sind  zwitterig,  die  oberen  männlich,  die  Deck- 
blätter fast  so  lang  wie  der  Blütenstiel.  Das 
Perigon  unterständig,  tief  sechsteilig,  gezähnelt, 
radförmig,  grünlichweiß;  6  Staubgefäße  am 
Grunde  der  Blütenblätter.  Die  Frucht  eine 
schwarzbraune,  längliche,  dreispaltige,  septizid 
aufspringende,  vielsamige  Kapsel  mit  hellbraunen, 
grubigen,  geflügelten  Samen.  Der  Wurzelstock 
in  der  Droge  bis  8  cm  lang,  bis  2,5  cm  dick, 
dunkelbraun,  zylindrisch,  etwas  kugelig  oder 
verkehrt-kegelförmig,  mit  den  mehrere  Zentimeter 
langen  Resten  der  zahlreichen  oberen  Wurzeln 
besetzt  (die  abgestorbenen  Wurzeln  der  unteren 
Hälfte  des  Wurzelstockes  sind  völlig  entfernt). 
An  der  Spitze  des  Wurzelstockes  als  Schopf  die 
braunen  zerfaserten  Reste  der  querabgeschnitte- 
nen scheidenartigen  Blattbasen  und  der  von 
diesen  umschlossenen  End knospen  bezw.  die 
Reste  der  oberirdischen  Achsenregion.  Man  ver- 
wendet den  Wurzelstock  in  Pulverform  oder  als 
Tinktur  in  der  Veterinärmedizin  innerlich  als 
Brechmittel,  Magenmittel,  harntreibendes  Mittel, 
als  Mittel  gegen  Rheumatismus,  als  Excitans 
für  das  Nervensystem  und  gegen  Ermüdungs- 
und Lähmungszustände  der  Muskulatur,  äußer- 
lich gegen  Hautparasiten  und  zu  Einreibungen; 
beim  Volke  als  Brechmittel,  Ungeziefermittel,  als 
Nieß-  und  Schnupfpulver.  Aus  dem  Wurzelstock 
sind  an  Alkaloiden  dargestellt:  Jervin(Co6ll37N03, 
zu     0,1%,      wenig     giftig),      Protoveratrin 


(CsijHäiNOii,  zu  0,03%,  sehr  giftig,  reizt  stark 
zum  Nießen),  Protoveratridin  (C26H45NO8. 
in  der  Wurzel  nicht  vorgebildet,  ein  Zersetzungs- 
prod\ikt  des  Protoveratrins,  nicht  giftig,  reizt 
nicht  zum  Nießen),  Rubijervin  (C.,6H43N02, 
ungiftig)  und  Pseudojervin  (CJ9H43NO-,  nicht 
giftig),  alle  kristallinisch.  Zwei  amorphe  Alka- 
loide  Veratroidin  und  Veratralbin  sind  fraglich. 
Weitere  Bestandteile  sind  Che  lid  0  n  säu  re  (0,05%, 
=  Jervasäure,  Pyrodikarbonsäure),  Veratrin- 
säure,  Veratramarin  (ein  bitteres  Gluko- 
sid).  Stärke,  Zucker,  Harz  usw.  Veratrin 
kommt  nicht  vor. 

!  Ranunculaceen.  Von  den  verschiedenen 
I  Aconitumarten  ist  an  erster  Stelle  Aconitum 
napellus  L.  (=  A.  vulgare  DC,  A.  variabile 
j  Hayne),  der  Eisenhut,  echter  Sturmhut, 
zu  nennen,  eine  mehrjährige,  staudenartige,  bis 
'  über  1,5  m  hohe  blaublühende  Pflanze,  wild  wach- 
send in  den  Gebirgen  Mitteleuropas  in  1500  bis 
,  2000  m  Höhe,  findet  sich  bis  Norwegen  und 
Schweden,  fehlt  aber  dem  Süden.  Die  Pflanze 
wird  vielfach  als  Ziergewächs  in  Gärten  angetrof- 
fen, sie  variiert  beträchtlich  nach  Standort 
und  Boden.  Nur  diese  Art  liefert  die  offizineilen 
I  Akonitknollen,  Eisenhutknollen,  Tubera 
jAconiti  (=  Tubera  Napelli).  Andere  ein- 
I  heimische  blaublühende  Arten  sind  A.  Stoer- 
\  keanum  Rchb.  und  A.  variegatum  (L.)  Koch; 
i  Aconitum  Lycoctonum  L.,  bei  uns  gleich- 
falls heimisch,  besitzt  gelbe  Blüten.  Die  Knollen 
:  einiger  asiatischer  Arten  dienen  ausschließlich 
der  fabrikmäßigen  Darstellung  der  in  ihnen 
enthaltenen  Alkaloide.  Bei  A.  napellus  der 
Stengel  aufrecht,  meist  einfach  oder  oben  rispig 
verästelt,  die  Blätter  alternierend,  langgestielt, 
im  Mittel  etwa  8  bis  10  cm  groß,  fast  kahl,  ober- 
seits  glänzend  dunkelgrün,  unterseits  heller,  im 
Umriß  breitkeilförmig  oder  rautenförmig  bis 
i  kreisrund -herzförmig,  tief  und  vielfach  geteilt, 
die  kleineren  oberen  Blätter  kürzer  gestielt  und 
einfacher  geteilt,  die  Deckblätter  der  Blütenstiele 
fast  ungeteilt,  lineal  und  dreizähnig.  Der  Blüten- 
stand eine  endständige,  längliche,  zuweilen 
rispige,  reich-  oder  wenigblütige  Traube.  Der 
große  blumenblattartig  entwickelte  Kelch  aus 
5  dunkelveilchenblauen  Blättern,  das  mittlere 
obere  Blatt  in  Gestalt  einer  helmartigen  Kappe, 
ohne  Sporn  oder  dieser  nicht  ausgebildet,  die 
übrigen  4  Blätter  kleiner  und  paarweise  gleich. 
Die  kapuzenförmigen  beiden  oberen  Blumenblät- 
ter auf  einem  bogigen  Nagel  wagerecht  nickend, 
mit  eingebogener,  ausgerandeter  Platte,  die  6 
übrigen  klein,  lineal  oder  kaum  vorhanden.  Zahl- 
reiche freie,  von  unten  bis  zur  Mitte  bandförmig 
verbreiterte  Staubfäden.  Die  Frucht  eine 
Teilfrucht,  die  einzelnen  Kapseln  kahl,  ein- 
fächerig, an  der  Bauchiiaht  aufspringend,  mehr- 
samig.  Von  den  meist  2  rübenförmigen, 
fleischigen,  durch  einen  Querast  verbundenen 
Knollen,  dem  heurigen  schwereren,  mit  einer 
Knospe  fürs  kommende  Jahr  versehenen  Tochter- 
knollen und  dem  vorjährigen,  Stengelreste 
tragenden,  lockeren  Mutterknollen,  ist  nur  der 
zu  Ende  der  Blütezeit  von  wildwachsenden  Pflan- 
zen gesammelte  Tochterknollen  als  Tuber 
Aconiti,  Akonitknollen,  Akonitwurzel 
pharmazeutisch  gebräuchlich.  Die  Knollen 
kultivierter  Pflanzen  sind  weniger  wirksam.  Der 
Tochterknollen  ist  außen  braun  bis  schwärzlich, 
auf   dem    Querbruch   weiß  und    mehlig,  in   de 


Heil-  und  Giftpflanzen 


267 


Droge  3  bis  8  cm  lang,  kurz  oder  gestreckt  rüben- 
förmig.  Die  Droge  bezw.  ein  aus  ihr  hergestelltes 
Extrakt  oder  das  Aconitin  finden  in  der  ^ledizin 
nur  wenig  Verwendung,  sie  dienen  zur  Herab- 
setzung von  Temperatur  und  Puls  im  Fieber,  bei 
Rippenfell-  und  Lungenentzündung,  zur  Herab- 
setzung erhöhter  Empfindlichkeit  peripherer 
Nerven,  bei  Gicht,  Rheumatismus,  Ischias, 
Neurosen  usw.  Aconitin  (in  den  Knollen  zu 
etwa  0,8%,  in  den  früher  auch  gebrcäuchlichen 
Blättern  zu  0,3%)  ist  sehr  bitter  und  giftig, 
bewirkt  beim  Einbringen  ins  Auge  Pupillen- 
erweiterung; daneben  das  ungiftige  Pikro- 
aconitin.  Die  Alkaloide  der  übrigen  oben 
angeführten  Aconitumarten  sind  dem  Aconitin 
nahe  verwandt. 

Berberidaceen.  llydrastis  canadensis 
L.,  gelbes  Blutkraut,  kanadisches  Was- 
serkraut, eine  ausdauernde,  in  feuchten  Wäldern 
Kanadas  und  der  nördlichen  Vereinigten  Staaten 
von  Nordamerika  früher  sehr  häufige  Schatten - 
pflanze,  infolge  des  durch  den  erhöhten  Verbrauch 
betriebenen  Raubbaues  und  der  fortschreitenden 
Urbarmachung  des  Landes  nahezu  ausgerottet. 
In  neuerer  Zeit  beginnt  man  in  Nordamerika  und 
England  in  größerem  ;\[aßstabe  mit  der  Kultur 
der  Pflanze,  deren  Wurzelstock  —  Rhizoma 
Hydrastis,  Hydrastisrhizom  — ■  in  Form 
des  flüssigen  Extraktes  als  kräftiges  Tonikum 
bei  Dyspepsie,  chronischem  Magenkatarrh,  be- 
sonders bei  Gebärmutterblutungen,  bei  prophusen 
Menstruationsblutungen,  bei  Hämorrhoidalblu- 
tungen  medizinisch  in  Verwendung  ist.  Die 
Wirkung  ist  gefäßverengend  und  dadurch  blut- 
stillend. H.  canadensis  besitzt  bis  30  cm  hohen, 
aufrechten,  einfachen,  nach  oben  zottig  flaum- 
haarigen Stengel,  2  bandförmige,  drei-  bis 
fünfteilige,  an  der  Basis  herzförmige,  spitz  un- 
gleich gesägte,  nach  unten  ganzrandige,  stark 
geäderte,  dunkelgrüne  Blätter  und  eine  end- 
ständige, kleine,  grünlichweiße  Blüte  mit  3 
blumenblattartigen  Kelchblättern  und  zahl- 
reichen Staubgefäßen,  ohne  Kronblätter.  Der 
getrocknete,  von  dreijährigen  Pflanzen  ge- 
sammelte Wurzelstock  ist  3  bis  6  cm  lang,  4  bis 
8  mm  dick  und  rings  von  zahlreichen  feinen  Neben- 
wurzeln besetzt.  Charakteristisch  ist  die  fast 
ebene,  hornartige,  grünlichgelb  gefärbte  Bruch- 
fläche. An  wirksamen  Stoffen  sind  Hyd rastin 
(CaiHaiNüg,  zu  l,5°o  in^  Rhizom,  spaltet  sich 
in  Hydrastinin  und  Opiansäure,  das  thera- 
peutisch wichtige  Alkaloid,  verursacht  ohne 
Narkose  allgemeine  Lähmung,  Herz-  und  Muskel- 
lähmung), Berberin  (C20H19NO5,  zu  4  bis  5%, 
wenig  giftig)  und  Canadin  (C20H21NO4,  in 
geringer  Menge)  nachgewiesen. 

Menispermaceen.  Von  Jatrorrhiza  pal- 
mata(Lam.)  Miers  (=  Jatrorrhiza  calumba  Miers, 
Cocculus  palmatus  DO,  einem  ausdauernden,  in 
den  Wäldern  der  ostafrikanischen  Küstenländer 
(zwischen  11"  bis  18"  südlicher  Breite)  heimischen, 
hier  wie  auf  Madagaskar,  Ceylon,  in  Ostindien 
kultivierten  Schlingstrauch  mit  einjährigem, 
krautigem,  dünnem,  sehr  langem,  längsfurchigem, 
gedrehtem,  zottigbehaartem  Stengel,  großen, 
zerstreuten,  langgestielten,  fast  bandförmig  aus- 
geschnittenen, beharrten,  ganzrandigen  Blättern, 
sind  die  rübenförmig  verdickten,  außen  bräun- 
lichen, innen  gelben,  bis  30  cm  langen,  bis  8  cm 
dicken,  f leiselügen,  wenig  verästelten  Wurzeln 
getrocknet    als    Radix    Colombo,    Colombo- 


wurzel,  Ruhrwurzel  offizinell.  Die  Wurzeln 
kommen  in  gelben,  rundlichen  Quersclieiben  von 
3  bis  6  cm  Breite  und  2  cm  Dicke  in  den  Handel, 
sie  dienen  in  Form  der  Tinktur  und  des  Extraktes 
als  Bittermittel,  Magenmittel,  Stopfmittel,  bei 
Ruhr,  Diarrhöen,  Erbrechen  der  Schwangeren 
usw.  An  wirksamen  Stoffen  die  Alkaloide 
Jatrorrhizin  (CaoHigNOg)  und  Columbanin 
(C21H21NO5)  in  größerer  und  Palmatin 
(CaiHojNOg)  in  geringerer  Menge,  daneben  die 
Bitterstoffe  Columbin  und  Columbasäure. 

Papaveraceen.  Als  Arzneipflanze  spielt  der 
Mohn,  Schlafmohn,  Papaver  somniferum 
L.  var.  album  DC.  eine  große  Rolle.  Eine  im 
Morgenlande  heimische,  daselbst  zur  Opium- 
gewinnung in  großem  LImfange  kultivierte  mehr- 
jährige Pflanze  mit  1  bis  1,25  m  hohem,  auf- 
rechtem, blaugrün  bereiftem,  kahlem,  einfachem 
oder  wenig  verästeltem  Stengel  und  zerstreuten, 
blaugrünen,  kahlen,  länglichen,  ungleich  gezähn- 
ten Blättern,  die  oberen  mit  herzförmigem  Grunde 
stengelumfassend,  sitzend,  die  iinteren  buchtig, 
am  Grunde  verschmälert  und  gestielt.  Die  einzel- 
stehenden, endständigen,  vor  dem  Aufblühen 
überhängenden,  später  aufrechten,  vierblättrigen 
Blüten  auf  langen,  abstehend  borstenhaarigen 
oder  kahlen  Stielen.  Von  der  großen  Zahl  durch 
Kultur  erhaltenen  Formen  dieser  Art  besitzen 
alle  entgegen  der  ausschließlich  zur  Samen-  und 
Oelgewinnung  kultivierten  P.  somniferum 
var.  nigrum  DC.  weiße  Blüten  mit  eventuell 
dunklerem  Fleck  am  Grunde  der  umgekehrt 
eirunden,  oben  abgerundeten,  ganzrandigen 
Blumenblätter.  Der  zweiblättrige,  längliche, 
meist  kahle  Kelch  fällt  beim  Entfalten  der  Blüte 
ab.  Zahlreiche  freie  Staubfäden.  Der  Frucht- 
knoten verkehrt  eiförmig  oder  keulenförmig, 
kahl,  blaugrün  bereift,  einfächerig,  mit  vielen 
Samenanlagen,  die  Narbe  zehn-  bis  fünfzehn- 
strahlig  nach  der  Zahl  der  verwachsenen  Frucht- 
blätter. Die  Fruchtkapsel  bleibt  bei  P.  somni- 
ferum album  geschlossen,  birgt  zahlreiche  kleine, 
weiße,  nierenförmige  Samen.  Aus  den  frischen, 
nicht  ganz  reifen,  eirund-urnenförmigen  (ge- 
trocknet früher  gleichfalls  offizinellen)  Mohn- 
kapseln wird  in  Kleinasien,  Persien,  Ostindien, 
Aegypten  usw.  durch  Anritzen  das  Opium 
(=  Laudanum,  Meconium)  gewonnen,  der  aus- 
geflossene, anfangs  milchweiße,  an  der  Luft 
gebräunte  und  eingetrocknete,  von  den  Sammlern 
in  kleine  Kuchen  zusammengeknetete  ;\Iilchsaft. 
Von  den  verschiedenen  nach  den  Produktions- 
ländern benannten  Handelssorten  des  Opiums  ist 
in  Deutschland  nur  das  kleinasiatische  Opium 
offizinell.  Hauptausfuhrort  Smyrna,  weniger 
Konstantinopel.  Rauchopium     (chinesisch 

Tschandu)  ist  ein  in  Ostindien  gewonnenes,  in 
China  auf  besondere  Weise  präpariertes  Opium. 
Opium  findet  als  solches  oder  in  Form  seiner  wich- 
tigsten Alkaloide  ausgedehnte  medizinische  Ver- 
wendung als  schmerzstillendes  .Alittel  bei  vielen 
schmerzhaften  Krankheiten,  als  Schlafmittel, 
beruhigendes  Mittel,  ki-ampfstillendes  Mittel,  zur 
Herabsetzung  des  Hustenreizes  und  der  Atemnot, 
als  durchfallstillendes  Mittel,  bei  Darmblutungen 
usw.,  in  der  Veterinärmedizin  bei  Fohlen-  und 
Kälberruhr;  als  Genußmittel.  Gewölinlich  wird 
Opium  als  Narkotikum  für  den  Darm  gegen 
Durchfälle  verordnet  oder  wenn  die  Darm- 
peristaltik vermindert  werden  soll.  Von  den 
etwa  20  verschiedenen   Alkaloiden   des   Opiums 


268 


Heil-  und  Giftpflanzen 


ist  das  Morphin,  Morphium  (CiTHj^NOg)  das 
wichtigste,  zu  etwa  10  °o  im  Opium  enthalten. 
An  wichtigeren  Alkaloiden  sind  noch  zu  nennen 
Codein  (CjgHjiNOg,  nur  in  geringen  Mengen  im 
Opium),  Thebain  (Paramorphin,  CigHoi^^Os), 
Papaverin  (C,oH2iN04,  etwa  zu  1%,  wirkt 
nur  schwach  narkotisch,  dagegen  tetanisierend 
und  erzeugt  Steigerung  der  Reflexerregbarkeit), 
Narcotin  (C^oHosNO,,  zu  5  bis  6%  im  Opium, 
wirkt  ähnlich  dem  Morphin,  doch  weniger  narko- 
tisch, ist  kaum  giftig) und  Narcein  (C23H27NO8). 
Die  übrigen  Alkaloide  sind  von  untergeordneter 
Bedeutung.  Die  medizinische  Verwendung  der 
getrockneten  unreifen  Kapseln,  der  reifen  Samen 
und  des  aus  den  Samen  gewonnenen  fetten  Oeles 
ist  unbedeutend.  —  Chelidonium  ma  us  L., 
das  Schellkraut,  eine  durch  ganz  Europa,  Süd- 
asien, Nordamerika  auf  Schutthaufen,  an  Wegen, 
Hecken,  Zäunen  usw.  weit  verbreitete,  bis  1  m 
hohe,  ausdauernde  Unkrautpflanze.  Der  Wurzel- 
stock fleischig,  etwa  fingerdick,  walzenförmig, 
nach  unten  ästig,  rotbraun,  innen  orangegelb, 
wie  die  ganze  Pflanze  mit  einem  orangegelben 
scharfen  Milchsaft  erfüllt.  Die  Stengel  einjährig, 
aufrecht,  ästig,  dünn,  stumpfkantig,  innen  hohl, 
zerstreut  langhaarig  und  an  den  Knoten  verdickt. 
Die  Blätter  wechselständig,  zart,  oberseits  matt 
hellgrün  und  kahl,  unterseits  blaugrün  bis  weiß- 
lichgrün und  mehr  oder  weniger  behaart;  die 
grundständigen  Blätter  rosettenförmig  gehäuft, 
lang  gestielt,  fünfpaarig,  die  stengelständigen 
zerstreut,  zwei-  bis  dreipaarig,  kurz  gestielt, 
die  oberen  sitzend,  die  Fiederabschnitte  doppelt- 
lappig- und  ungleich  eingeschnitten  gekerbt. 
Die  kleinen  gelben  Blüten  in  end-  und  seiten- 
ständigen, langgestielten,  vier-  bis  achtblütigen 
Dolden,  die  Hüllblättchen  am  Grunde  schmal 
lanzettlich.  Der  Kelch  zweiblättng,  grünlich, 
behaart,  hinfällig;  4  gelbe,  flache,  umgekehrt 
eiförmige,  am  Grunde  keilförmige  Kronblätter; 
zahlreiche  gelbe  Staubgefäße.  Die  Frucht  eine 
dünne,  schotenförmige,  etwas  zusammen- 
gedrückte, zweiklappig  aufspringende  Kapsel  mit 
zahlreichen  kleinen,  nierenförmigen,  schwarz- 
braunen Samen.  Letztere  mit  kammartigem, 
fleischigem,    weißem    Nabelwulst.       Medizinisch 

febräuchlich  ist  die  ganze,  frische,  im  blühenden 
lustand  mit  der  Wurzel  gesammelte  Pflanze  — 
Herba  Chelidonii  majus,  Schellkraut, 
Gelbkraut  — ■  und  das  aus  der  frischen  Pflanze 
gewonnene  Extrakt  innerlich  und  äußerlich 
bei  Carcinom,  der  frische  Saft  beim  Volke  zum 
Aetzen  von  Warzen,  bei  Hautkrankheiten  usw. 
Im  Milchsaft  die  Alkaloide  Chelidonin  (=  Stylo- 
phorin,  C20H19NO4,  zu  0,03%  im  frischen  Saft, 
kaum  giftig),  Sanguinarin  (C00H15NO4,  wirkt 
giftig,  narkotisch  wie  das  Morphin),  Chelery- 
thrin  (C21H1-NO4,  stark  giftig),  Protopin, 
a-,  ß-,  y-Homochelidonin  (0,11123^05)  usw. 
Cru eiferen.  Beim  Volke  als  Mittel  gegen 
Durchfall,  bei  Blutflüssen  und  bei  zu  starker 
Menstruation  seit  langem  in  Gebrauch,  findet  in 
neuerer  Zeit  in  der  Medizin  das  Hirtentäschel- 
kraut, Herba  Bursae  pastoris,  von  Cap- 
sella  bursa  pastoris  (L.)  Mönch  (=  Thlapsi 
bursa  pastoris  L.,  Nasturtium  bursa  pastoris 
Roth),  einer  einjährigen,  bis  50  und  mehr  Zenti- 
meter hohen,  bei  uns  sehr  häufigen  Unkraut- 
pflanze, in  Form  des  Fluidextraktes  als  blut- 
stillendes Mittel  gegen  Hämorrhagien  der  Lunge, 
der    Nieren    und    der     Gebärmutter    reichliche 


Verwendung.  Die  Pflanze  besitzt  aufrechten 
oder  an  der  Basis  gekrümmten,  meist  ästigen 
Stengel.  Die  Blätter  der  grundständigen  Rosette 
gestielt,  auf  der  Erde  ausgebreitet,  meist  länglich- 
lanzettlich  und  ungeteilt  oder  buchtig  gezähnelt 
oder  oft  auch  fast  fiederspaltig  eingeschnitten,  die 
Stengelblätter  sitzend,  mit  pfeilförmigem  Grunde 
stengelumfassend,  eingeschnitten  oder  fiederartig 
geteilt  oder  gezähnelt;  die  Formen  variieren 
sehr.  Stengel  wie  Blätter  mehr  oder  weniger 
behaart  oder  auch  fast  glatt;  die  Farbe  der 
Blätter  heller  oder  dunkler  grün.  Die  Blüten 
klein,  weiß,  am  Ende  der  Stengel  und  Zweige 
anfangs  in  Dolden trauben,  später  durch  Ver- 
längerung des  Blütenstandes  in  lockeren  lang- 
gestielten Trauben.  Die  Blumenkrone  aus  4 
verkehrt-eiförmigen  Blättchen,  letztere  noch  ein- 
mal so  lang  als  der  grüne,  vier  blättrige  Kelch; 
4  größere  und  2  kleinere  Staubgefäße;  ein 
kurzer  Griffel.  Die  Früchtchen  verkehrt-drei- 
eckige, an  der  Spitze  schwach  ausgerandete,  fast 
herzförmige,  flachgedrückte,  kahle,  langgestielte 
Schötchen  mit  zahlreichen  kleinen  rotbraunen 
Samen.  Im  lü-aute  das  Alkaloid  Bursin, 
glukosidische  Bursasäure,  Saponin,  Gerb- 
stoff, Bursinsäure  usw. 

Papilionaceen.       Laburnum       vulgare 
Grisb.  (=  Cytisus  Laburnum  L.),  der  Gold- 
regen, enthält  das  sehr  giftige  Alkaloid  Cytisin 
(=  Baptitoxin,    Sophorin,   Ulexin,   CiiH,4N20), 
der    Genuß    der    Schoten,    Samen    und     Blüten 
hat  schon  oft  zu  Vergiftungen  beim  Menschen, 
besonders    bei    Kindern    geführt;    ein    Heilwert 
kommt    der    Pflanze    nicht    zu.      Ein    in    den 
Gebirgswäldern      Südeuropas     heimischer,      bei 
uns  allgemein  in   Gärten  als  Ziergewächs   kulti- 
vierter, bis  6  m  hoher  strauchartiger  Baum  mit 
wechseiständigen,      dreizähligen,      langgestielten 
Blättern,    die    Blättchen    kurz-  oder   ungestielt, 
eirund,  länglich  eiförmig  bis  lanzettlich  oder  mehr 
stumpf  mit  kurzem  Stachelspitzchen,  ganzrandig, 
oberseits  dunkelgrün,  unterseits  dicht  seidenartig 
weißlich  behaart.    Die  Nebenblätter  häutig,  klein 
und  lang  zugespitzt.    Die  gelben  Blüten  gestielt, 
ohne  Deckblättchen,  in  hängenden,  reichblütigen, 
achselständigen   Trauben.      Der    Kelch  glocken- 
förmig und  zweilippig,  die  Unterlippe  kurz  drei- 
zähnig,     die     Oberlippe     zweizähnig,     behaart; 
I  die    Blumenkrone    fünfblättrig    (Schmetterlings- 
i  blute),  die  Fahne  am   Grunde  mit  zwei  braun- 
!  roten    Streifen,    unbehaart,    der    Kiel   in    einen 
'  spitzen  Schnabel  auslaufend.    Die  Hülsenfrüchte 
!  unreif  grün,   seidenhaarig,  reif  braun  und   fast 
kahl,     seitlich     zusammengedrückt.         Cytisin 
1  wirkt  auf  die  peripheren  und  besonders  auf  die 
zentralen  Teile  des  Nervensystems,  bewirkt  Läh- 
mung motorischer  Funktionsgebiete.  — ■  Weniger 
giftig  ist  Cytisus  Scoparius  (L.)  Link(=  Saro- 
thamnus    Scoparius    (L.)  Wimmer   =    Spartium 
Scoparium    L.),    der    Besenginster,    ein    etwa 
bis  2  m  hoher  ästiger   Strauch  mit  aufrechten, 
I  rutenförmigen,    zähen    und     biegsamen,    scharf 
i  fünf  kantigen,  grünen  Zweigen,   kleinen  Wechsel 
j  ständigen,   unten    dreizähligen    gestielten,    oben 
auch     einfacheren     ungestielten,     ganzrandigen, 
oberseits  dunkelgrünen,  unterseits  helleren,  mehr 
oder  weniger  zart  behaarten  Blättern,  ohne  Neben- 
;  blätter,  heimisch  in  Mitteleuropa  bis  zum  Ural 
;in    Waldungen,    Gebüschen,    auf    Heiden    usw. 
Dieser    und     Sarothamnus     junceus    Lamk. 
'(=    Spartium    junceum    L.),    der    spanische 


Heil-  und  Giftpflanzen 


269 


Ginster,  Europa,  Amerika,  liefern  die  Ginster- 
blüten,    Flores    Genistae,    ein    beim    Volke 
hier   und    da  verwendetes  Blutreinigungsmittel. 
Bside    Pflanzen    besitzen   große,    gelbe,    achsel- 
ständige, gestielte   Blüten  in  endständigen,  ge- 
streckten, beblätterten  Trauben;  in  den  Blüten 
von  C.  Scorparius  zu  0,3  ^o^  i'i  denen  von  S.  jun- j 
ceus  zu  0,2%  das  Alkaloid  Spartein,  CisH^gNa, 
eine  ölige,  sehr  bittere,  schwach  giftige  Flüssig-! 
keit,  wirkt  lähmend,  besitzt  auch  Herzwirkungen 
und    wird  in   der   iledizin   als   wassertreibendes 
Mittel  bei  Gicht,  Rheumatismus  und  Leberleiden  1 
verordnet.  —  Physostigma  venenosum  Bal- 
f our,  ein  an  der  Westküste  von  Afrika  in  Alt- 
Calabar  heimischer,  ausdauernder,  bis  15  m  hoher 
Kletterstrauch  mit  holzigen,   bis   4  cm  dicken, 
zylindrischen    Stengeln,  abwechselnden,  großen, 
glatten,  dreizähligen,  glänzenden    Blättern   und 
großen,     purpurroten    Schmetterlingsblüten     in  ^ 
langen,    hängenden,    zusammengesetzten,    blatt- 1 
achselständigen  Trauben.    In  den  dunkelschoko- 1 
ladebraunen,  auf  der  Oberfläche  etwas  glänzenden,  | 
länglichen   oder  schwach  nierenförmigen,  etwas  i 
flachgedrückten  Samen  — ■  Semen  Physostig- 
matis,  Semen  s.  Faba  calabariense  — ■  das 
sehr  giftige  Physostigmin  (C15H21N3O2),  auch 
Eserin     benannt,    ein    schweißtreibendes    und 
auswurfbeförderndes  Mittel,  verstärkt  die  Darm- 
bewegung.   Bei  der  Verwendung  als  Abführmittel 
(unter  die  Haut  eingespritzt)  ist  in  der  Dosierung 
wegen  etwa  eintretender  Nebenwirkungen  größte 
Vorsicht  geboten.     Physostigmin   verengert  die 
durch  Atropin  erweiterte  Pupille,  verengert  die 
sämtlichen    Blutgefäße    im     Innern    des    Auges 
durch  Erregung  ihrer  Muskeln,  wirkt  erregend  auf 
die    ciuergestreiften    und    glatten    Muskeln    der 
peripheren  Organe,  tötet  in  starken  Dosen  durch 
gleichzeitige    Lähmung    fast    aller    Gehirntätig- 
keiten. 

Erythroxylaceen.  Aus  den  Blättern  von 
Erythroxylon  Coca  Lam.,  dem  Koka- 
strauch, einer  in  Chile,  Peru  und  Bolivien  hei- 
mischen, hier,  in  Argentinien,  Brasilien,  Afrika, 
besonders  auf  Java  und  in  Britisch-Indien  kulti- 
vierten Pflanze  wird  das  Kokain  gewonnen. 
Bis  zu  1  m  hohe  Sträucher  mit  wechselständigen, 
bis  8  cm  langen,  bis  4  cm  breiten,  kurz  gestielten, 
sehr  verschieden  gestalteten,  lanzettlichen  bis 
verkehrt-eiförmigen,  stumpfen  oder  ausgerande- 
ten,  ganzrandigen,  lederartigen,  kahlen  Blättern 
und  kleinen,  bleibenden,  dreieckigen,  schuppen- 
artigen Nebenblättern.  Die  Blüten  klein,  zwitte- 
rig, gestielt,  zu  3  bis  6  in  den  Achseln  der  Blätter 
oder  Nebenblätter.  Der  Kelch  fünf  zipfelig ; 
5  blaßgelbe  Kronblätter  mit  einem  aufrecht 
stehenden,  zweilappigen  Blatthäutchen  und 
zwischen  den  Läppchen  liegender  zurückgeboge- 
ner Zunge.  Der  Fruchtknoten  oberständig,  drei- 
fächerig, meist  nur  ein  Fach  fruchtbar;  die 
Frucht  länglich  eiförmig,  scharlachrot,  einsamig. 
Die  reifen  Blätter  werden  in  den  Plantagen 
einzeln  abgepflückt,  sehr  vorsichtig  an  der  Sonne 
oder  im  eigenen  Raum  getrocknet  und  möglichst 
schnell  verarbeitet,  weil  sie  sonst  beträchtlich 
an  Wert  einbüßen.  Schon  bei  längerer  Lagerung 
verlieren  die  Blätter  an  Alkaloidgehalt,  deshalb 
wird  an  Ort  und  Stelle  das  Rohkokain  gewonnen, 
welches  zumeist  in  Deutschland  auf  reines  Ko  kain 
verarbeitet  wird.  Anwendung  der  Blätter  in 
Form  der  Abkochung,  Tinktur,  des  Fluidextraktes 
usw.  gegen  Asthma,  bei  chronischem  Erbrechen, 


als  kräftigendes  Mittel,  Nerven-  und  Magen- 
mittel. In  der  Heimat  als  Genußmittel,  um  alle 
Art  unangenehmer  Empfindungen,  wie  Ermüdung, 
Hunger,  Durst,  auch  physischer  Verstimmung 
zu  unterdrücken,  infolgedessen  Anstrengungen 
bei  körperlicher  Arbeit  und  Märschen,  selbst  bei 
ungenügender  Nahrung  besser  ertragen  werden. 
Kokain  wirkt  anästhesierend  d.  h.  lähmend  auf 
die  Endigungen  der  sensiblen  Nerven,  es  macht 
die  Schleimhäute  vöUig  unempfindlich,  dient 
äußerlich  in  der  Augenpraxis  als  lokales 
Anästhetikum,  innerlich  genommen  anästhesiert 
es  die  Magenschleimhaut  und  unterdrückt  da- 
durch das  Gefühl  für  Hunger  usw.,  soweit  es  von 
dem  Zustand  des  Magens  abhängt.  1- Kokain 
(Ci7H.jiN04,  zu  höchstens  1%  in  den  Blättern), 
daneben  in  geringer  Menge  Benzoylecgonin 
(GißHjgNOi,  weniger  giftig  als  Kokain),  Cinn- 
amylkokain  (Ci9H.,3N04,  ein  ständiger  Be 
gleiter  des  Kokains),  a-  und  /i-Truxillin 
(C3sH46N,08,  aus  Truxillo-Coca,  wirken  nicht 
anästhesierend,  sind  starke  Herzgifte)  und 
Tropakokain  (CigHi9N0.j,in  javanischen  Koka- 
blättern, ein  Anästhetikum  wie  Kokain,  doch 
halb  so  giftig).  Die  Cuscoblätter  enthalten 
Hygrin  (CgHjjNO)  und  Cuskhvgrin  (CioH,4- 
N"0). 

Rutaceen.  Mehrere  Arten  der  Gattung 
Pilocarpus,  an  erster  Stelle  Pilocarpus 
Jaborandi  Holmes,  liefern  die  wegen  ihres 
Gehaltes  an  Alkaloiden  (etwa  0,75%)  medizinisch 
gebräuchlichen  Jaborandiblätter,  Folia 
Jaborandi.  Bis  3  m  hohe  Sträucher  der  öst- 
lichen Provinzen  Brasiliens  mit  abwechselnden, 
unpaarig  gefiederten  Blättern.  Die  Blattform 
ist  bei  den  verschiedenen  Pilocarpusarten  sehr 
wechselnd,  P.  Jaborandi  besitzt  unpaarig  ge- 
fiederte Blätter  mit  ein  bis  vier  Paaren  von  Fieder- 
blättchen, zuweilen  auf  das  Endblättchen  redu- 
ziert. Die  Fiederblättchen  elliptisch,  eiförmig 
bis  lanzettlich,  an  der  Spitze  eingekerbt,  ganz- 
randig,  dicklich,  lederartig,  bis  auf  das  End- 
blättchen kurz  gestielt,  dunkelgrün,  etwas  glän- 
zend, fast  kahl,  durch  zahlreiche  Oelbehälter 
durchscheinend  punktiert.  Der  Blütenstand  eine 
endständige  Traube,  die  Spindel  20  und  mehr 
Zentimeter  lang,  die  einzelnen  Blütenstiele  1  cm 
lang.  Die  zahlreichen  kleinen  Blüten  mit  kleinem, 
schwach  fünflappigem  Kelch  und  5  lanzett- 
lichen, sternförmig  ausgebreiteten,  lederartigen, 
roten  Blumenblättern.  5  Staubfäden.  Der 
Fruchtknoten  fünffächerig,  niedergedrückt;  die 
hellbraune,  lederartige,  fünf  klappig  aufspringende 
Frucht  aus  5  Karpellen.  Das  Pilocarpin 
(weniger  die  Blätter  als  solche)  wird  verordnet, 
um  reichliche  Schweißbildung  und  Speichelfluß 
zu  erzielen,  zur  Resorption  von  flüssigen  Exsuda- 
ten und  Transsudaten,  als  Hustenmittel,  Abführ 
mittel,  Wurmmittel,  als  Mittel  gegen  Rheumatis 
mus,  in  der  Augenheilkunde  zur  Pupillenverenge- 
rung, Pilocarpin  gilt  als  das  einzige  geeignete 
Mittel  zur  Hervorrufung  reichlicher  Schweißab- 
sonderung, ohne  zu  viel  Flüssigkeiten  (Tee)  auf- 
nehmen zu  müssen  (Schonung  der  Nieren);  in 
großen  Gaben  bewirkt  es  Lähmung  des  Atmungs- 
und Gefäßnervensystems.  Neben  dem  Pilo- 
carpin (C11H16N2O2)  das  Pilocarpidin 
(C10H14N2O2)  und  das  dem  Pilocarpin  isomere, 
weniger  giftige,  atropinartig  wirkende  Ja  borin. 

Punicaceen.    In  fast  allen  Ländern  mit  sub- 
tropischem   und    warmem    gemäßigtem    Klima, 


270 


Heil-  und  Giftpflanzen 


besoiulers  im  Mittelmeergebiet  ist  der  Granat- 
apfclbaum,    Punica    granatum    L.,   ein   ur- 
sprünglich   in    Nordwostindien    und    Nordafrika 
heimischer,   mäßig   holier,    strauchartiger   Baum 
verbreitet  und   wird  seiner  säuerlichen,  sehr  er- 
frischenden Früchte  wegen  als  Obstbaum  kulti- 
viert.      Der    J5aum    liat    kurzgostielte,    kleine, 
lanzettliche  bis  länglich-verkelnt-eifürmige,  ganz- 
randige,  kahle,  heHgrüne  und  glänzende  Blätter. 
Die   Blüten  einzeln  oder  zu   dreien,  endständig; 
der  Unterkelch  becherförmig,  fleischig,  glänzend, 
granatrot,    geht    oben    in    einen    fleischig-leder- 
artigen, fünf-  bis  achtteiligen  Kelch  über.    In  der 
einfachen     Blüte     5     bis     8,     sonst     zahlreiche, 
scharlachrote,  etwas  wellige  hinfällige   Blumen- 
blätter.  Zahlreiche  Staubgefäße,  bei  der  gefüllten 
Form  meist  in  Blumenblätter  umgewandelt.    Der 
falschunterständige     Fruchtknoten     durch    eine 
(()nerwand  in  2  Etagen  geteilt,  die  untere  mit  2, 
höchstens  5,  die  obere  mit  4  bis  8  Fächern.    Die 
Frucht   fast   kugelrund,   undeutlich    kantig,   bis 
12  cm  im   Durchmesser,  hart,  lederartig,  oben 
von  einer  lederigen,  fünf  zähnigen,  1  cm  weiten 
Kelchröhre    gekrönt,       außen    rot,   innen    gelb. 
Zahlreiche    Samen.      Sowohl  die    Stamm-,   Ast- 
wie   Wurzelrinde,  von   wildwachsenden  oder  als 
Obstbäume  nicht  mehr   verwendbaren   Bäumen 
geerntet,  dient  in  der  Arzneikunde  als  Bandwurm- 
mittel und  Adstringens,  die  Wirkung  als  Band- 
wurmmittel beruht  auf  dem  ( lehalt  an  Alkaloiden 
(etwa  0,5  °o)-     Am  wirksamsten  ist  das  Pelle - 
tierin  (=  Punicin,  Granatonin,  CsHigNO),  da- 
neben    Isopelletierin     (t'sHjjJN'O),     Pseudo- 
pelletierin  (=  N-Methylgranatonin,  CgHjgNO), 
Methylpelletierin      (C9H17NO,     isomer     mit 
Methylgranatolin)  und    Isomethylpelletierin 
(CgHj^NO,  isomer  dem  Methylpelletierin).     Der 
Gerbstoffgehalt  der  Rinde  beträgt  22  bis  28%- 
Früher  waren  neben  der  Rinde,  Cortex  Granati, 
auch  die  Blüten,  Flores  Granati  und  die  Frucht- 
schale, Cortex  Granati  fructus  im  Gebrauch. 
Umbelliferen.      Zu   dieser   Familie    zählen 
eine  Anzahl  sehr  giftiger   Gewächse.      Conium 
maculatum  L.  (=  Cicuta  maculata  Lam.),  der 
gefleckte    Schierling,    ein    zweijähriges,    im 
ganzen  mittleren  Europa  an  Bächen,  Flußufern, 
Wegzäunen,  auf  Schutt  häufiges  Unkraut,  wird 
getrocknet    als    Herba    Conii,     Schierlings- 
kraut, noch  hier  und  da  medizinisch  verordnet. 
Die  Wurzel   fleischig   holzig,    weißlich,    spindel- 
förmig, mit  ziemlich  stark  abstehenden  !Neben- 
wurzeln.     Der  Stengel  bis  2  m  hoch,  aufrecht, 
sticlrund,  in  den  oberen  Teilen  schwach  gerillt, 
mit  Ausnahme  der  Knoten  hohl,  bläulich  bereift, 
am    Grunde  rotbraun  gefleckt,   kahl  und   stark 
verästelt.   Die  Blätter  kahl,  etwas  glänzend,  ober- 
seits    mattgrün,    unterseits    etwas  heller.       Die 
grundständigen    Blätter    breiteiförmig,    dreifach 
gefiedert,    über    20    cm    lang,    die    Blattf ledern 
erster    und    zweiter    Ordnung    gestielt,    dritter 
Ordnung  sitzend;  nach  der  Spitze  des   Stengels 
zu  die  Blätter  immer  kleiner  und  weniger  ver- 
z\yeigt.    Jeder  Zipfel  und  jeder  Zahn  geht  in  ein 
feines,  häutiges   Läppchen   aus.      Der   Blattstiel 
fast  so  lang  als  die   Blätter,  hohl,  am    Grunde 
mit  einer  häutigen  Scheide  versehen  und  an  der 
oberen  Seite  rinnig  vertieft.   Die  Blüten  in  zipfel- 
oder  achselständigen,  zusammengesetzten,  12-  bis 
20-zähligen  Dolden.    Am  Grunde  der  Dolde  eine 
aus    2  bis    vielen    leicht    abfallenden,    eirunden 
bis  lanzettförmigen  Blättchen  gebildete  zurück- 


geschlagene Hülle;  das  am  Grunde  der  Döldchen 
sitzende  Ilüllchen  aufgerichtet,  gewöhnlich  hal- 
biert, aus  3  bis  4  eiförmigen,  an  der  Basis  ver- 
wachsenen, am  Rande  häutigen,  zugespitzten 
Blättchen.  Die  5 Blumenblätter  verkehrt  eiförmig, 
schmutzig  weiß,  mit  kurzer,  einseits  gebogener 
Spitze;  5  Staubgefäße;  der  Kelchsanm  undeut- 
lich, wulstig.  Die  Frucht  eine  fast  eirunde,  von 
der  Seite  zusammengedrückte  Spaltfrucht  aus 
2  an  einem  gemeinsamen  Fruchtträger  hängenden 
Teilfrüchten;  die  je  5  Rippen  der  Teilfrüchte 
scharf  vorspiingend  und  wellig  gekerbt,  keine 
Oelstriemen.  Die  frische  Pflanze  besitzt  widrigen, 
an  Mäuseurin  erinnernden  Geruch,  der  besonders 
bei  feuchtem  und  warmem  Wetter  bemerkbar 
ist.  Das  getrocknete,  im  zweiten  Jahre  zur  Blüte- 
zeit gesammelte  Kraut  ist  geruchlos,  entwickelt 
aber  mit  Kalilauge  verrieben  jenen  für  die 
frische  und  besonders  welkende  Pflanze  charak- 
teristischen Geruch  nach  Mäuseurin.  Anwendung 
als  schmerz-  und  kram pf stillendes  ^littel  bei 
Keuchhusten,  Hustenreiz,  Asthma,  Neuralgien, 
Erbrechen  usw.  C.  maculatum  enthält  in  allen 
Teilen,  besonders  in  den  Früchten  zu  0,05  bis 
0,1%  an  Apfel-  und  Kaffeesäure  gebunden  die 
sehr  giftigen  Alkaloide  Coniin  (CgHj^N,  flüssig, 
ein  f^-Propylpiperidin,  wirkt  lähmend  auf  die 
Endplatten  der  motorischen  Nerven,  in  großen 
Gaben  tötend),  Methylconiin  (C9H19N,  wirkt 
lähmend  wie  Curare),  y-Co  nieein  {('sHisN, 
kommt  in  Rohconiin  vor,  sehr  giftig),  Con- 
hydrin  (CsHi^NO,  das  Hydroxylderlvat  des 
Coniins,  ist  weniger  giftig  als  letzteres)  und 
Pseudoconhydrin     (C,Hi7NO)o  Von     den 

zahlreichen  ähnlichen  Doldenpflanzen  ist  der 
SchiiH'ling  leicht  durch  den  Mangel  an  Haaren, 
durch  die  hohlen  Blattstiele  und  durch  die  wellig 
gekerbten  Riefen,  die  selbst  bei  ganz  jungen 
Früchten  wahrzunehmen  sind,  leicht  zu  unter- 
scheiden. — ■  Verwechslungen  des  Schierlings 
sind  die  Hundspetersilie,  Gleiße,  auch 
Gartenschierling  genannt,  Aethusa  Cyna- 
pium  L.,  ein  auf  Aeckern,  Schutthaufen,  an 
Wegen  und  Hecken  sehr  verbreitetes,  ein-  bis 
zweijähriges  Unkraut  mit  spindelförmiger,  wenig- 
ästiger, gelblichweißer  Wurzel  und  aufrechtem, 
hohlem,  knotigem,  stielrundem,  rilligem,  kahlem 
Stengel.  Die  Blätter  beiderseits,  besonders  unter- 
seits stark  glänzend,  oberseits  dunkelgrün,  unter- 
seits hellgrün,  zwei-  bis  dreifach  fiederteilig  mit 
kleineren,  eiförmigen,  fiederspaltig  eingeschnitte- 
nen Blättchen,  bis  20  cm  lang,  die  unteren 
gestielt,  die  oberen  auf  länglichen,  randhäutigen 
Scheiden  sitzend.  Das  charakteristische  ]\Ierkmal 
liegt  in  der  kurzen,  hellen,  mit  papillösen  Aus- 
stülpungen versehenen  Spitze,  in  welche  sich  die 
freiendenden  Randnerven  hineinziehen.  Die 
Hülle  fehlt;  das  Hüllchen  halbiert,  dreiblättrig, 
die  linealen  Blättchen  länger  als  die  Döldchen, 
herabhängend.  Das  Kraut  unterscheidet  sich  von 
der  Gartenpetersilie  durch  den  bereiften  Stengel, 
schmalere  Blattzipfel  und  den  widrigen,  unan- 
genehmen, nicht  gewürzhaften  Geruch.  Um  Ver- 
wechslungen zu  vermeiden  baue  man  nur  die 
krausblättrige  Varietät  der  Petersilie  an.  tiiftig. 
—  Cicu  ta  virosa  L.  (=  Cicutaria  aquatica  Lam., 
Sium  cicuta  Vest.),  der  Wasserschierling, 
eine  in  Sümpfen,  Gräben,  an  Bächen,  Teichen  und 
Flußufern  durch  ganz  Nord-  und  Mitteleuropa 
und  Nordasien  häufige,  ausdauernde,  bis  1,5  ra 
hohe  aufrechte  Pflanze.    Für  C.  virosa  ist  charak- 


Heil-  und  Giftpflanzen 


271 


teristisch  der  kurz-rübenförmige,  fleischige,  weiß- 
lichgelbe,  5  bis  7  cm  lange,  hohle  und  durch 
Querwände  in  viele  kleine  Kammern  geteilte 
Wurzelstock.  In  diesen  Kammern  ein  anfangs 
weißer,  später  gelbwerdender  stinkender  Saft 
(enthält  das  wirksame,  sehr  giftige,  harzartige 
Cicutoxin).  Der  Stengel  aufrecht,  stielrund, 
zart  gestreift,  hohl,  an  den  Knoten  geschlossen, 
kahl,  unten  rötlich  angelaufen,  oben  grün  und 
nach  aufwärts  vielfach  verästelt.  Die  Blätter 
wechselständig,  die  grundständigen  etwa  bis 
80  cm  lang,  im  Umfange  länglich-lanzettförmig, 
zwei-  bis  dreifach  gefiedert,  hochgrün,  kahl, 
am  Rande  knorpelig,  wimperig  scharf.  Die 
Fiederstücke  zwei-  bis  dreiteilig,  die  Fieder- 
stückchen lineallanzettlich,  spitz,  schart  gesägt, 
die  Sägezähne  laufen  in  eine  weiße  Spitze  aus. 
Das  Endblättchen  dreiteilig,  die  Seitenblättchen 
meist  zweiteilig,  das  unterste  Paar  gestielt. 
Die  Stengelblätter  kleiner  und  nach  oben  zu 
einfacher  gefiedert,  mit  drei-,  zwei-  oder  einzäh- 
ligen  Blättchen,  die  Fiederstückchen  schmaler, 
spitzer.  Die  grundständigen  Blätter  mit  langem, 
hohlem,  die  Stengelblätter  mit  kurzem,  unten 
bauchig-scheidigem  Stiel.  Die  Blüten  am  Ende 
der  Aeste  in  ziemlich  großen,  zusammengesetzten, 
vielstrahligen  Dolden.  Eine  Hülle  fehlt,  die  Hüll- 
chen vielblättrig.  Der  Kelchrand  f ünfzähnig ;  die 
Blumenkrone  fünfblättrig,  die  Blumenkronblätter 
weiß,  an  der  Spitze  einwärts  gebogen.  Die  Frucht 
fast  kugelig  oder  eiförmig,  seitlich  zusammen- 
gedrückt, jede  Teilfrucht  mit  5  langen  Rippen, 
in  jeder  Furche  ein  etwas  vorspringender  Oel- 
striemen,  auf  der  flachen  Seite  zwei.  Neben  dem 
Cicutoxin  das  Alkaloid  Cicutin.  Das  Kraut 
wurde  früher  älmlich  dem  Schierlingslci'aut  ver- 
wendet. —  Anthriscus  silvestris  L.  hat 
gerieften,  untersei  ts  steif  haarigen  Stengel,  drei- 
und  mehrfach  gefiederte,  15  bis  20  cm  lange, 
glänzende,  am  Rande  und  den  Nerven  behaarte 
Blätter,  die  Blättchen  eirund-länglich,  spitz, 
fiederspaltig,  die  letzten  lineal-lanzettlichen  Seg- 
mente endigen  mit  einem  sehr  kleinen,  etwas 
durchsichtig  erscheinenden,  schwach  papiUös 
ausgebildeten  Stachelspitzchen.  Die  unteren 
Blätter  gestielt,  die  oberen  auf  ihren  Scheiden 
sitzend.  Eine  Blütenhülle  fehlt,  die  Hüllchen 
sind  nicht  halbiert,  fünf-  bis  achtblättrig.  —  Bei 
Chaerophyllum  bulbosum  L.  ist  der  Stengel 
hohl,  feinstreifig,  aber  nicht  gerieft,  rotgefleckt, 
unten  steifhaarig,  oben  kahl;  die  Blätter  sind 
teils  behaart,  gestielt,  mehrfach  gefiedert,  die 
Blättclien  fiederspaltig,  mit  lineallanzettlichen 
Zipfeln.  Der  schwach  weißlich  aussehenden  ver- 
hältnismäßig kurzen  Spitze  ist  ein  Polster  von 
Papillen  aufgesetzt,  in  welches  ein  ziemlich 
langes  Haar  eingesenkt  ist.  Die  Hülle  fehlt  oder 
ist  einblättrig.  —  Chaerophyllum  temulum 
_L.,  der  Taumelkerbel,  gleichfalls  an  Zäunen, 
in  Hecken  und  Gebüschen  durch  ganz  Europa 
verbreitet,  besitzt  aufrechten,  bis  80  cm  hohen, 
fein  gerieften,  markigen,  unter  den  Gelenken 
verdickten,  in  seiner  ganzen  Länge  purpurrot 
gefleckten,  behaarten  Stengel  und  beiderseits 
behaarte,  unten  doppelt,  oben  dreifach  fieder- 
schnittige Blätter.  Die  Blattstiele  der  Stengel- 
blätter scheidig,  oberseits  rinnenförmig,  mit 
kurzen  Haaren  besetzt.  Die  Blüten  in  sechs-  bis 
zwölf  strahligen,  flachen  Dolden,  meist  ohne  Hülle, 
die  Hüllchen  sechs-  bis  achtblättrig.  Die 
Frucht  länglich,  seitlich  zusammengedrückt,  der 


I  Fruchtträger  zweiteilig,  frei.  Die  Teilfrüchtchen 
mit  5  gleichen,  flachen  Rippen,  in  den  Furchen 
i  je  ein  Üelstriemen.     Schwachgiftig. 

Loganiaceeir.  Von  den  verschiedenen  sehr 
giftigen  Strychnosarten  hat  nur  der  Samen 
von  Strychnos  nux  vomica  L.  als  Semen 
Strychni,  Nux  vomica,  Brechnuß  in  den 
Arzneibüchern  Aufnahme  gefunden.  Stryclmos 
nux  vomica  ist  ein  niedriger  Baum  mit  gegen- 
ständigen, kurzgestielten,  eiförmigen,  bis  10  cm 
langen  und  bis  7  cm  breiten,  von  3  bis  5  Haupt- 
nerven durchzogenen,  schwach  zugespitzten  oder 
stumpfen,  ganzrandigen,  kahlen,  fast  lederartigen 
Blättern  und  kleinen  weißlichen  Blüten  in  end- 
ständigen, aufrechten  Trugdolden,  heimisch 
in  Vorderindien,  auf  Ceylon,  in  Hinterindien  und 
Nordaustralien.  Der  Fruchtknoten  aus  2  Kar- 
pellen und  durch  eine  mediane  Längsscheidewand 
in  2  Fächer  geteilt;  in  jedem  Fache  zahlreiche 
Samenanlagen,  von  denen  aber  nur  1  bis  2, 
seltener  bis  zu  5  zu  Samen  ausgebildet  werden. 
Die  äpfelähnlichen  kleinen  Beerenfrüchte  Ibis  5cm 
dick,  außen  glatt,  grüngelb,  sie  bergen  in  einem 
sehr  trockenen,  gallertartigen,  weißlichen  Frucht- 
fleisch die  im  reifen  Zustand  scheibenförmigen, 
annähernd  kreisrunden,  2  bis  2,5  cm  breiten, 
bis  5  mm  dicken,  graugrünlichen,  seidenglänzend 
behaarten,  getrocknet  innen  sehr  harten  und 
hornartigen  Samen.  Letztere  finden  in  Form 
der  Tinktur,  des  Extraktes  oder  des  in  ihnen 
enthaltenen  Alkaloides  Strychnin  gegen 
Rückenmarksleiden,  Lähmungen,  Lnpotenz,  Ver- 
dauungsbeschwerden, Uebelkeit  und  Erbrechen 
während  der  Schwangerschaft,  Trunksucht,  bei 
chronischen  Magen-  und  Darmkatarrhen  Ver- 
wendung. Brechnuß  ist  ein  starkes  Gift  auf  das 
Rückenmark  und  die  Herztätigkeit,  größere 
Dosen  erzeugen  Starrkrampf,  Kontraktion  der 
sämtlichen  Skelettmuskeln  und  führen  den  Tod 
herbei.  Von  den  bis  zu  5°o,  durchschnittlich 
2,5  bis  3%  in  den  Samen  enthaltenen  Alkaloiden 
Strychnin  (CoiHo.N.O,)  und  Brucin  (CogH^s- 
Na04)  ist  letzteres  weniger  giftig  und  weniger 
wirksam,  sonst  sind  beide  physiologisch  sehr 
ähnlich.  Von  weiteren  Bestandteilen  ist  nur  das 
in  geringen  Mengen  vorkommende  Glukosid 
Loganin  zu  nennen.  — •  Aus  den  Rinden  verschie- 
dener südamerikanischer  Strychnosarten, 
unter  diesen  hauptsächlich  Strychnos  toxifera 
Schorab.,  Str.  Castelnaeana  Weddell  und 
Str.  Crevauxii  G.  Planch.  bereiten  die  Indianer- 
stämme des  tropischen  Südamerikas  starkwir- 
kende. Curare  benannte  Pfeilgifte,  welche  auch 
vereinzelt  in  der  Heilkunde  gegen  Starrkrampf, 
Epilepsie,  Stryclminvergiftung  Verwendung  fin- 
den (vgl.  den  Anhang  zu  diesem  Artikel  ,, Pfeil- 
gifte und  Pfeilgiftpflanzen"). 

Solanaceen.  Die  Familie  der  Nacht- 
schattengewächse ist  reich  an  starkgiftigen 
Heilpflanzen.  Atropa  belladonna  L.,  die  Toll- 
kirsche, eineausdauernde,  bis  l,8nihohe  Pflanze, 
heimisch  in  schattigen  Bergwäldern  Mittel-  und 
Südeuropas,  Vorderasiens  und  Südamerikas,  lie- 
fert die  medizinisch  vielfach  verwendeten  Bella- 
donnablätter, Folia  Belladonnae,  und  die 
zurzeit  weniger  gebräuchliche  Belladonna- 
wurzel, Radix  Belladonnae.  Die  Wurzel 
spindelförmig-zylindrisch,  vielästig,  fleischig, 
außen  schmutzig  weiß  oder  bleichgelb,  innen  gelb- 
lichweiß. Der  Stengel  kräftig,  aufrecht,  etwas 
kantig,  dreigabelig  verzweigt,  grün,  oft  rötlich- 


272 


Heil-  und  Giitpflanzen 


braun;  die  Blätter  eiförmig  oder  eiförmig- 
elliptisch, spitz  oder  zugespitzt,  bis  über  2  cm 
lang,  in  den  langen  halbstielrunden  Blattstiel 
verschmälert,  ganzrandig,  dünn,  oberseits  bräun- 
lichijrün,  unterseits  grangrün,  die  jüngeren 
reichlicher  behaart,  die  älteren  fast  kahl.  Bei 
jedem  Blattpaar  das  eine  Blatt  fast  um  die 
Hälfte  kleiner  als  das  andere.  Die  Blüten 
einzeln,  selten  zu  zweien,  blattwiiikelständig,  ge- 
stielt, nickend;  die  Krone  glockenförmig,  nach 
unten  gelbgrün,  am  Rande  braunviolett,  der  Saum 
fünflappig,  die  Lappen  zusammengerollt.  Die 
Frucht  inmitten  des  fünfteiligen  Kelches,  eine 
kugelige,  kirschgroße,  glänzend  schwarze  Beere 
mit  violettem  Saft  und  einer  Anzahl  kleiner, 
hellbrauner  Samen.  Die  ganze  Pflanze  stark 
giftig.  Die  getrockneten,  zur  Blütezeit  von  wild- 
wachsenden Pflanzen  gesammelten  Blätter  und 
Wurzeln  sind  innerlich  und  äußerlich  als 
Beruhigungsmittel,  Schlafmittel,  Nervenmittel, 
bei  Asthma,  Keuchhusten,  Hustenreiz,  Gicht, 
Neuralgien  usw.  gebräuchlich.  Alkaloidgehalt 
der  lufttrockenen  Blätter  und  Wurzeln  0,35  bis 
0,40%.  An  erster  Stelle  das  Atropin  (=  Da- 
turin, C17H23NO3,  optisch  inaktives  Tropasäure- 
Tropin)  sehr  giftig,  wirkt  auf  das  periphere  und 
das  zentrale  Nervensystem,  verursacht  Lähmung 
der  nervösen  Hemmungsvorrichtungen  des  Her- 
zens, in  größeren  Gaben  erregt  es  in  hohem  Grade 
die  Tätigkeiten  des  Gehirns  wie  kein  anderes 
Gift,  verursacht  Krampf-  und  Tobsuehtsanfälle; 
in  der  Medizin  hauptsächlich  zur  Erweiterung 
der  Pupille  (als  Mydriatikum).  Ferner  Hyos- 
cyamin  (C17H23NÜ3),  Scopolamin  (wahr- 
scheinlich =  Hyoscin,  C17H21NO4),  Atrop- 
amin  (=  Apoatropin,  C17H21NO2,  wirkt  nicht 
auf  die  Iris)  und  Belladonnin  (C17H21NO2). 
Daneben  Cholin,  Chrysatropasäure,  Leu- 
katropasäure  usw.  Alle  Tropine  —  Atropin, 
Hyoscyamin  (=  1-Tropasäure -Tropin),  Bella- 
donnin, Homotropin,  Scopolamin  usw.  —  sind 
in  der  Wirkung  gleich,  die  Abweichungen  sind 
quantitativer  Natur.  Hyoscyamin  wirkt  weniger 
aufregend,  dieses  wie  Hyoscin  und  Scopolamin 
wirken  stärker  schlafbegünstigend.  —  Von 
Datura  stramonium  L.,  einer  einjährigen, 
bei  uns  bis  1  m  hohen  Pflanze  mit  kahlem, 
krautartigem,  unten  einfachem  und  rundem,  oben 
gabeligem  und  kantigem,  hohlem  Stengel,  hei- 
misch im  südlichen  Rußland,  an  den  Ufern  und 
südlich  des  Kaspischen  und  Schwarzen  Meeres, 
auf  Schutthaufen  in  fast  allen  Weltteilen  ver- 
wildert, sind  die  Blätter  —  Stechapfelblätter, 
Folia  Stramonii  —  medizinisch  im  Gebraucli. 
Diese  bis  20  cm  lang,  breiteiförraig,  eilänglich 
bis  lanzettlich,  fast  kahl,  oberseits  dunkelgrün, 
unten  heller,  ungleichbuchtig  gezähnt  (die  großen 
Lappen  mit  noch  1  oder  2  Zahn  paaren),  am 
Ende  zugespitzt,  nach  unten  keilförmig  oder  fast 
herzförmig  in  den  walzigen,  oberseits  gefurchten 
Blattstiel  übergehend.  Die  Blüten  kurz  gestielt, 
einzeln  in  den  Stengel-  und  Astachsen.  Der 
Kelch  fünfkantig,  bauchig-röhrig,  fünf  zähnig;  die 
Blumenlaone  fünflappijr,  trichterförmig,  weiß, 
viel  länger  als  der  Kelch,  mit  gefaltenem,  fünf- 
zähnigem  Saum.  Fünf  Staubfäden.  Die  Frucht 
eine  in  ihrem  oberen  Teile  zweifächerige,  am 
Grunde  vierfächerige,  außen  mit  zahlreichen 
starken  Stacheln  versehene,  etwa  walnußgroße 
Kapsel.  Die  zahlreichen  Samen  (früher  gleich- 
falls  gebräuchlich)   schwarz,   nierenförmig.       In 


den  Blättern  0,3  bis  0,4%  Daturin  (ein  Basenge- 
misch von  50  bis  70%  Atropin,  das  übrige 
Hyoscyamin,  Scopolamin  usw.;  s.  unter 
Atropa  belladonna).  Anwendung  wie  Folia 
Belladonnae,  besonders  bei  Asthma.  —  Hyos- 
cyamus  niger  L.,  das  schwarze  Bilsen- 
kraut, ein  in  allen  Weltteilen,  ausgenommen  im 
hohen  Norden  und  den  heißen  Zonen  vorkommen- 
des, weit  verbreitetes,  bis  60  cm  hohes,  ein-  bis 
zweijähriges,  giftiges  Unkraut,  die  Stammpflanze 
der  in  der  Heilkunde  vielfach  verwendeten 
Bilsenkrautblätter,  Folia  Hyoscyami. 
Der  Stengel  einfach  oder  verästelt,  undeutlich 
fünfkantig,  hohl  und  wie  die  Blätter  mit  kleb- 
rigen, zottigen  Drüsenhaaren  besetzt.  Die  bis 
30  cm  langen,  eiförmigen  bis  länglichen,  grund- 
ständigen Blätter  spitz  oder  zugespitzt,  .sehr  grob 
gezähnt,  fast  fiederspaltig  buchtig,  gehen  in 
den  bis  5  cm  langen  Blattstiel  über.  Die  kleinen 
Stengelblätter  eiförmig ,  sitzend ,  halbstengel- 
umfassend  und  schwach  herablaufend,  buchtig 
gezähnt  und  meist  auf  jeder  Blatthälfte  mit 
1  bis  4  großen,  breiten,  dreieckig-zugespitzten 
Zähnen.  Alle  Blätter  weichhaarig,  klebrig-zottig, 
schmutzig  grün  bis  graugrün.  Die  Blüten  am 
Stengel  einzeln,  achselständig,  an  der  Spitze  in 
einseitswendiger  Aehre  ixnd  fast  sitzend.  Der 
Kelch  bleibend,  krugförmig,  fünfzähnig,  drüsig 
behaart;  die  Blumenkrone  trichterförmig,  am 
Grunde  schmutzig  rotviolett,  der  Saum  gelb 
und  violett  geädert,  ungleich  fünflappig.  Fünf 
Staubgefäße.  Die  Frucht  eine  an  ihrem  Grunde 
bauchig  erweiterte  zweifächerige,  mit  einem 
Deckel  sich  öffnende,  vom  Kelche  fast  vöUig 
umschlossene  Kapsel  mit  zahlreichen  schwarz- 
braunen, nierenförmigen  Samen.  Die  gleichen 
Alkaloide  wie  bei  Atropa  belladonna,  der  Hyoscy- 
amingehalt  soll  mindestens  0,07  betragen. 
Anwendung  ähnlich  den  vorigen  innerlich  als 
beruhigendes  und  schlafbringendes  Mittel,  bei 
Atmungsbeschwerden,  gegen  Hustenreiz  usw., 
meist  in  Form  des  Extraktes,  äußerlich  zu 
schmerzstillenden  Umschlägen,  zu  Einreibungen, 
als  Rauchmittel  bei  Asthma  usw.  —  Die  getrock- 
neten Blätter  von  Du bo isla  myoporoides 
R.  Brown  (=  Notaiaea  ligustrina  Sib.),  einem  an 
der  Ostküste  Australiens,  in  Neukaledonien,  auf 
Neuguinea  wachsenden  kleinen  Baum  von  4  bis 
5  m  Höhe,  sind  seit  1877  als  Heilmittel  im  Ge- 
brauch. Sie  enthalten  bis  zu  etwa  2,3  °o  ^üe  Alka- 
loide Hyoscyamin,  Hyoscin  und  Pseudo- 
hyoscyamin;  das  frühere  Duboisin  ist  ein 
Gemenge  dieser  3  Alkaloide.  Anwendung  wie 
die  vorigen  als  schlafbringendes  und  beruhigendes 
Mittel  usw.  —  Scopolia  carniolica  Jaquin 
(=  Sc.  atropoides  Bercht.  und  Presl.,  Hyoscyamus 
Scopolia  L.),  die  Tollwurz,  eine  kahle,  auf- 
rechte, 40  bis  60  cm  hohe  Staude,  heimisch  im 
östlichen  und  südöstlichen  Europa,  auf  den 
üstalpen,  den  Karpathen  und  den  anschließenden 
Gebieten,  hier  und  da  in  Bauerngärten  gezogen. 
Die  Blätter  —  Folia  Scopoliae,  Scopolia- 
blätter,  Altsitzerkraut  —  gleichen  im  Aus- 
sehen den  Belladonnablättern  ganz  außerordent- 
lich, sind  schmal-länglich,  nach  oben  breiter, 
oval-länglich  bis  breit-lanzettlich,  in  den  Blatt- 
stiel verschmälert,  bis  18  cm  lang,  ganzrandig, 
kahl,  dünnhäutig,  hellgrün,  ohne  weiße  Punkte. 
Das  beste  Erkennungsmittel  der  getrockneten 
Blätter  gegenüber  den  Belladonnablättern  sind 
die  Früchte,  die  sich  zuweilen  in  der  Droge  finden 


Heil-  und  Giftpflanzen 


273 


Bei  Scop.  carniolica  ist  die  Fruclit  eine  mit 
Deckel  aufspringende,  fast  kugelige,  zweifächerige 
Kapsel  von  1  cm  Durchmesser,  von  dem  hell- 
grünen, dünnen,  vergrößerten  Kelche  voll- 
ständig eingehüllt.  Die  zahlreichen  Samen  hell- 
braun, etwas  nierenförmig,  höckerig.  Gesamt- 
alkaloidgehalt  an  Hyoscyamin  und  vielleicht 
Hyoscin  und  Atropin  0,43  bis  0,50  °'o-  An- 
wendung ähnlich  den  Belladonnablättern.  — 
Als  weitere  Giftpflanze  ist  noch  der  Tabak, 
Nicotiana  tabacum  L.,  anzuführen,  eine  bis 
2  m  hohe  einjährige  Pflanze  mit  einfachem,  wenig 
verästelten!,  drüsig  behaartem  Stengel,  deren 
Blätter  früher  vereinzelt  auch  medizinische 
Verwendung  fanden.  Die  Pflanze  enthält  in  den 
unfermentierten  Blättern  zu  0,6  bis  8%  das 
Alkaloid  Nicotin  (C10H14O2),  daneben  Nico- 
tein  (C10H12N2),  Nico  timin  (CioH]4N2\  beide 
flüssig  und  das  kristallisierte  Nicotellin 
(C'ioHgOa).  Näheres  über  den  Tabak  s.  in  dem 
Artikel  „Genußmittel". 

Rubiaceen.  Eine  Anzahl  fast  ausschließ- 
lich kultivierter  Cinchonaarten,  an  erster 
Stelle  Cinchona  succirubra  Pavon  und 
Varietäten,  ursprünglich  heimisch  an  den  Ost- 
abhängen des  nördlichen  Teiles  der  südameri- 
kanischen Kordilleren  (in  Kolumbien,  Ekuador, 
Peru,  Bolivien,  in  1000  bis  3400  m  Höhe),  kul- 
tiviert hier,  besonders  aber  in  Britisch-lndien, 
auf  Ceylon  und  Java,  ferner  in  Westindien,  West- 
afrika usw.,  sind  die  Lieferanten  der  pharma- 
zeutisch reichlich  verwendeten  Chinarinde, 
Cortex  Chinae  (Cortex  Cinchonae).  C. 
succirubra  ist  ein  immergrüner,  hoher  Baum  mit 
dichter,  umfangreicher,  kugelförmiger  Krone, 
die  Blätter  oft  sehr  groß,  eiförmig  bis  breit- 
elliptisch, am  Grunde  kurz  in  den  Blattstiel  ver- 
schmälert, oberseits  dunkelgrün,  kahl  und  fast 
glänzend,  unterseits  mattgrün,  schwach  flaum- 
haarig, alte  Blätter  oft  blutrot,  die  Nebenblätter 
ziemlich  groß,  länglich,  stumpf,  schwach  behaart, 
früh  abfallend.  Die  Blüten  groß,  rosenrot,  in 
großen  Rispen  an  den  Zweigenden.  Von  den  zwei 
Handelssorten .  der  Rinde,  der  Fabrikrinde 
und  der  Drogistenrinde,  stammt  die  erstere 
von  verschiedenen  Cinchonaarten  und  dient 
ausschließlich  der  Chininbereitung.  Unter  Dro- 
gistenrinde, der  pharmazeutisch  allein  zulässigen 
Ware,  ist  nur  die  Rinde  von  der  in  Südasien 
kultivierten  C.  succirubra  zu  verstehen.  China- 
rinde wird  innerlich  als  Fiebermittel,  kräftigendes 
Mittel,  Magenmittel,  als  Styptikum  bei  Diarrhöe, 
gegen  innere  Blutungen,  äußerlich  zu  Zahn- 
pulver, Gurgelwasser  usw.  verordnet.  Chinin 
besitzt  antipyretische  und  antiseptische  Wirkung, 
es  ist  ein  spezifisches  Gift  gegen  die  niederen 
Organismen  (Plasmodien),  welche  die  Wechsel- 
fieber, die  Malariaerkrankungen  verursachen.  Chi- 
nin erniedrigt  die  Bluttemperatur  und  setzt  im 
Nervensystem  die  Erregbarkeit  herab,  lokal  wirkt 
es  leicht  reizend.  Kultivierte  Rinden  zeigen 
einen  Alkaloidgehalt  von  meist  bis  9%,  minde- 
stens aber  5°o,  flei"  Gehalt  steigt  selbst  bis  auf 
17  %.  Neben  dem  Chinin  (C2qH24N20,,  das  thera- 
peutisch wichtigste  Alkaloid)  das  Chinicin 
(=  Chinotoxin,  isomer  dem  Chinin),  Chini- 
din (=  Conchinin,  C20H24N2O2,  stereoisomer 
mit  Chinin),  Cinchonin  (C19H22N.2O),  Cin- 
chonidin  (C19H22N2O)  und  die  3  isomeren  Cin- 
chotin,  Cinchamidin  und  Cinchonamin. 
Neben  diesen  wichtigeren  Alkaloiden  noch  Pari- 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


ein  (CißHigNoO),  Homocinchonidin  und  eine 
Anzahl  anderer.  —  Ein  neueres  Arzneimittel,  die 
Johimberinde,  Cortex  Yohimbe,  stammt 
von  Corynanthe  Yohimbe  K.  Schum., 
einem  in  Kamerun  bzw.  Westafrika  heimi- 
schen, 10  bis  15  m  hohen  Wald  bäum.  Die  Rinde 
kommt  in  bis  75  cm  langen,  mehr  oder  weniger 
eingerollten,  zum  Teil  auch  flachen,  2  bis  10  mm 
dicken,  rötlichbraunen  Stücken  in  den  Handel. 
Sie  enthält  verschiedene  Alkaloide,  das  wich- 
tigste ist  das  Yohimbin  (C22H3oN204,  ki-istalli- 
nisch,  sehr  giftig,  der  Methylester  der  unwirk- 
samen und  ungiftigen  Yohimboasäure),  gerühmt 
als  ein  den  Geschlechtsbetrieb  steigerndes  und 
lokal  unempfindlich  machendes  ]\rittel.  Von  be- 
gleitenden nichtgiftigen  und  unwirksamen  Basen 
ist  nur  das  Yohimbenin  (C35H45N30g)  näher 
bekannt.  —  Uragoga  Ipecacuanha  Baillon 
(=  Cephaelis  Ipecacuanha  Willdenow,  Psycho- 
tria  Ipecacuanha  Müller  Arg.  s.  Stocke;"),  eine 
kleine  halbstrauchartige  Pflanze  mit  unter  dem 
Boden  Iniechenden,  knotig-gegliederten,  holzigen 
Stämmchen,  vierkantigem,  einfachem  oder  wenig 
verästelten!  Stengel  und  gegenständigen,  kurz  ge- 
stielten, verkehrt-eiförmigen,  ganzrandigen  Blät- 
tern, wildwachsend  in  feuchten,  schattenreichen 
Wäldern  Südbrasiliens  (hauptsächlich  im  süd- 
westlichen Teile  von  Matto  Grosso,  ferner  in 
Para,  Bahia,  Amazonas,  Rio  de  Janeiro,  San 
Paulo  usw.,  zwischen  8  bis  22"  südlicher  Breite), 
seit  einigen  Jahren  auch  auf  der  malaiischen 
Halbinsel  in  Kultur.  ]\Iedizinisch  gebräuchlich 
sind  die  getrockneten,  höchstens  5  mm  dicken, 
bis  15  cm  langen,  wurmförmig  gekrümmten,  an 
den  Enden  etwas  verdünnten  Wurzeln,  welche 
außen  durch  zahlreiche,  dicht  aufeinander 
folgende  rundliche  Wülste  der  meist  graubraunen, 
oft  schwärzlichbraunen,  hier  und  da  bis  auf  den 
Holzkörper  eingeschnürten  Rinde  eigentümlich 
geringelt -knotig  erscheinen.  An  Alkaloiden  in  der 
Rinde  bis  4%  Emetin  (das  Emetin  des  Handels 
ist  kein  einheitlicher  Körper,  besteht  aus  dem 
amorphen  Emetin,  C30H44N2O4,  brechenerre- 
gend, dem  kristallinischen  Cephaelin,  C28H40- 
N2O4  und  dem  kristallinischen,  nicht  näher 
untersuchten  Psychotrin);  daneben  die  gluko- 
sidische  Ipecacuanhasäure.  Verwendung  der 
Wurzel  in  kleinen  Gaben  innerlich  als  auswurf- 
beförderndes und  schweißtreibendes  Mittel  usw., 
als  Spezifikum  gegen  die  Ruhr,  in  großen  Gaben 
als  Brechmittel  (zu  diesen  Gebrauch  jetzt 
veraltet). 

Lobeliaceen.  Von  der  in  den  östlichen  und 
mittleren  Vereinigten  Staaten  von  Nordamerika 
einheimischen  und  in  Newyork  und  Massachusets 
kultivierten  einjährigen  Lobelia  inflata  L. 
werden  die  getrockneten,  gegen  Ende  der  Blüte- 
zeit gesammelten  oberirdischen  Teile  bei  asthma- 
tischen Zuständen  als  Betäubungsmittel,  als 
schweißtreibendes  und  auswurf beförderndes  Mit- 
tel verwendet.  Der  bis  60  cm  hohe  Stengel  fur- 
chig-kantig, wenig  ästig,  markig  oder  auch  hohl, 
im  unteren  Teile  oft  rotviolett  und  besonders 
an  den  Kanten  zottig-rauhhaarig,  oben  fast  glatt. 
Die  Blätter  wechselständig,  einfach,  bis  7  cm 
lang,  in!  unteren  Teile  des  Stengels  länglich, 
stumpf,  in  den  Blattstiel  verschmälert,  im  oberen 
Teile  allmählich  kleiner,  eiförmig  bis  lanzettlich, 
sitzend,  alle  unregelmäßig  kerbig-gesägt,  beitler- 
seits  zerstreut  behaart.  Der  Blütenstand  eine 
einfache,     einseitswendige,     end-    oder     achsel- 

18 


274 


Heil-  und  Giftpflanzen 


ständige  Traube.  Die  Blüten  gestielt,  fünfzählig, 
von  einem  spitz  eiförmigen  Vorblatte  getragen, 
die  Kelchabschnitte  lineal  oder  pt'riemlich  und 
abstehend.  Die  Krono  weißlich  oder  hellbläulich, 
zweilippig,  die  überlip])o  bis  auf  den  Gruiul 
gespalten.  Die  5  StaubfätU'n  im  oberen  Teile 
miteinander  verwachsen ;  der  Fruchtknoten  unter- 
ständig, zweifächerig;  die  Kapsel  braun,  auf- 
geblasen, fast  kugelig  oder  verkehrt-eiförmig, 
vielsamig.  Das  Ivraut  enthält  etwa  0,25% 
Alkaloide,  darunter  das  wirksame  Lobeliin 
(Ci8H23N02[?]),  an  Lobeliasäure  gebunden,  ein 
sehr  giftiger  Körper,  wirkt  in  kleinen  Gaben  wie 
Nikotin,  in  größeren  wie  Atropin,  verursacht 
Speichelfluß,  Uebelkeit,  Erbrechen,  Durchfall, 
Lähmung  des  Zentralnervensystems  usw. 

5b)  Glukoside  führende  Pflanzen. 
Glukoside  sind  meist  kristallisierbare 
und  in  Wasser  meist  lösliche  Substanzen  von 
bitterem  Geschmack,  welche  unter  dem  Ein- 
fluß eines  Fermentes  oder  beim  Kochen  mit 
verdünnten  Säuren  oder  Alkalien,  zuweilen 
schon  beim  Kochen  mit  Wasser  leicht  in 
einen  Zucker  und  einen  oder  mehrere  andere 
Stoffe  verschiedener  Art  gespalten  werden. 

Farne.  Von  Dryopteris  filix  mas  (L.) 
Schott  (=  Aspidium  filix  mas  (L.)  Swartz, 
Nephrodium  filix  mas  Älichaux,  Polystichum 
filix  mas  Roth,  Polypodium  filix  mas  L.)  ist  der 
von  den  Wurzeln,  Spreuschuppen  und  abgestor- 
benen älteren  Teilen  befreite  Wurzelstock  mit 
den  daransitzenden  Blattbasen,  die  Farn- 
wurzel,  Johanniswurzel,  Rhizoma  Fili- 
cis  als  Band  Wurmmittel  sehr  geschätzt.  Eine 
gesellschaftlich  wachsende,  bei  uns  sehr  häufige 
ausdauernde  Bergpflanze,  in  Wäldern  und  Ge- 
büschen durch  fast  ganz  Europa,  einem  Teile 
Asiens,  in  Nordamerika,  Mexiko,  in  den  Gebirgen 
Südamerikas  usw.  Der  Wurzelstock  fast  flach 
im  Boden  hinkriechend,  schief,  bis  30  cm  lang, 
bis  5  cm  dick,  auf  allen  Seiten  von  schwarz- 
braunen, absteigenden  Wurzelfasern  und  dicht 
gedrängten,  bogenförmig  gekrümmten,  aufstei- 
genden, etwas  zusammengedrückten,  zahlreiche 
rostbraune  Spreuschuppen  tragenden  Wedel- 
basen bedeckt.  Die  jungen  Blätter  schnecken- 
artig eingerollt  und  vöUig  von  Spreuschuppen 
umgeben;  die  Wedel  bis  1  m  Lang,  doppelt  ge- 
fiedert, im  Umriß  lanzettlich  bis  länglich-lanzett- 
lich. Die  einzelnen  Fiedern  sehr  kurz  gestielt,  aus 
breitem  Grunde  lineal-lanzettlich;  die  Fiederchen 
sitzend,  länglich-lineal,  kerbig-sägezähnig,  ge- 
trennt oder  am  Grunde  verwachsen.  Auf  der 
Unterseite  der  letzteren  zu  beiden  Seiten  der 
Mittelrippe  zweireihig  angeordnet  die  Frucht- 
häufchen. An  Glukosiden  sind  zu  nennen:  1,5  bis 
2,5%  Filixsäure  oder  Filicin  (CasHggOia), 
Albaspidin  (CosHgjOg),  Aspidin  (C23H32O,), 
Filmaron  (C4,H5bOi6)  und  Flavaspidinsäure 
(C24H28O8),  alle  Phloroglucinderivate.  Ferner 
etwa  10%  Filixgerbsäure,  Harz,  Zucker, 
fettes  und  ätherisches  Oel  usw. 

Araceen.  Arum  maculatum  L.,  der 
Aronstab,  eine  aus(hiuernde  giftige  Staude  mit 
weißem,  fleischigem,  rundlichem,  knolligem, 
kaum  walnußgroßem  Wurzelstock  und  auf- 
rechten, langgestielten,  spieß-pfeilförmigen,  ganz- 
randigen,    glänzenden,    kahlen,    grünen,    braun 


gefleckten  Blättern.  Heimisch  in  schattigen, 
etwas  feuchten  Laubwäldern  in  Älitteleuropa, 
von  Norditalien  bis  Skandinavien.  Der  Blüten- 
stand von  einer  grünlichweißen,  oben  kapuzen- 
förmigen,  unten  zusammengerollten,  welkenden 
i  Scheide  umgeben;  die  Blüten  einhäusig,  ohne 
Blütenhülle,  dicht  um  den  von  der  Scheide  um- 
schlossenen fleischigen  Blütenkolben  angeordnet, 
dessen  verdickte,  gelblich  bis  dunkelrote,  nackte 
Spitze  aus  der  Scheide  etwas  hervorragt.  Die 
weiblichen  Blüten  an  der  Basis  des  Kolbens,  die 
männlichen  in  geringer  Entfernung  darüber. 
Zwischen  den  männlichen  und  weiblichen  Blüten 
und  oberhalb  der  letzteren  einige  steril  gewordene 
Blüten  von  haarförmiger  Gestalt.  Die  Frucht 
eine  fleischige,  eiförmige,  fast  erbsengi-oße,  ein- 
fächerige, rote  Beere  mit  1  bis  4  Samen.  Die  frische 
Pflanze  besitzt  in  allen  Teilen,  besonders  in  der 
Wurzel  und  den  Beeren  ein  giftiges  Saponin, 
das  der  getrockneten  Pflanze  fehlt.  Früher 
war  der  Wurzelstock  als  Tubera  s.  Radix 
Ari,  Radix  Aronis  offizinell.  —  Acorus 
calaraus  L.  (=  Acorus  aromaticus  Gilib.), 
der  Kalmus,  eine  ausdauernde,  bis  1,2  m  hohe 
Pflanze  der  gemäßigten  Khmate  der  ganzen 
nördlichen  Erdhälfte,  an  Fluß-  und  Teichufern, 
auf  sumpfigem  Boden,  zuweilen  auch  in  Kultur. 
Der  geringelte,  horizontal  kriechende,  ver- 
ästelte, bis  mehrere  Dezimeter  lange,  etwas  hin- 
und  hergebogene,  frisch  fleiscliige  Wurzelstock 
kommt  getrocknet  (geschält  und  ungeschält)  als 
Kalmuswurzel,  Rhizoma  Calami  in  den 
Handel.  Er  zeigt  oberseits  abwechselnd  spitz- 
dreieckige, etwas  vertiefte  Blattnarben,  seitlich 
stellenweise  die  Ast-  und  Schaftnarben  und 
unterseits  die  kleinen,  kreisförmigen,  vertieften, 
in  einfachen  oder  doppelten,  zickzackartigen 
Linien  angeordneten  Wurzelnarben.  Die  Blätter 
lineal-  oder  schmal  lineallanzettlich,  schwert- 
förmig, reitend,  bis  1,2  m  hoch,  5  bis  20  mm  breit. 
Der  Blütenstengel  bis  1  m  hoch,  etwas  zusammen- 
gedrückt dreikantig,  nach  unten  auf  der  einen 
Seite  blattartig,  auf  der  anderen  eine  Rinne, 
aus  der  der  schlank  kegelförmige,  endständige, 
etwas  aufwärts  gebogene  Blütenkolben  hervor- 
tritt; oberhalb  des  Kolbens  läuft  der  Schaft  in 
ein  langes,  schwertförmiges  Blatt  aus.  Der 
Blütenkolben  dicht  mit  zahlreichen  Blüten  be- 
setzt, ohne  Scheide.  Jede  Blüte  mit  6  grünlichen 
Hüllblättchen.  3  Staubfäden.  Der  drei- 
fächerige oberständige  Fruchtknoten  mit  sitzen- 
der Narbe;  die  Frucht  eine  schleimige,  wenig- 
samige  Beere.  Im  Wurzelstock  bis  3,5%  äthe- 
risches Oel  mit  Asaron  usw..  Acorin  (ein 
Bitterstoff),  Calamin  (ein  Alkaloid)  usw.  An- 
wendung wegen  des  Bitterstoffes  und  des  äthe- 
rischen Oeles  als  Magenmittel  und  Stärkungs- 
mittel. 

Liliaceen.  Verscliiedene  afrikanische  Arten 
der  Gattung  Aloe  liefern  durch  Eindicken  und 
Eintrocknenlassen  eines  in  ihren  Blättern  ent- 
haltenen Saftes  die  medizinisch  gebräuchliche 
Aloi'.  An  erster  Stelle  ist  Aloe  ierox  Miller 
zu  nennen,  eine  ausdauernde,  bis  6  m  hohe  Pflanze 
mit  zahlreichen,  rosettenförmig  angeordneten, 
sitzenden,  oft  zweireihigen,  stengelumfassenden, 
lanzettlichen,  bis  60  cm  langen  dornigen,  dicken, 
fleischigen,  saftreichen  Blättern  und  schön  rot 
gefärbten,  auf  langem  Schaft  oder  Stengel  in 
Aehren  oder  Trauben  stehenden  Blüten,  heimisch 
im  tropischen  und  subtropischen  Afrika,  beson- 


Heil-  imd  Giftpflanzen 


275 


ders  im  Kapland.  Daneben  Aloe  africana 
Miller,  Aloe  siiccotrina  Lam.,  u.  a.  Neben 
der  in  Deutschland  und  Oesterreich  phar- 
mazeutisch allein  zulässigen  glänzenden,  so- 
genannten Kapaloe  kommt  aus  Westindien 
eine  von  einigen  verwandten  Aloi'arten  gewonnene, 
hauptsächlich  in  England  gebräuchliche  matte, 
sogenannte  Barbadosaloe  in  den  Handel.  Andere 
Handelssorten  sind  von  geringerer  Bedeutung. 
Die  Verwendung  ist  in  kleinen  Gaben  als  Magen- 
mittel, in  größeren  als  Abfülirmittel  und  als  ein 
die  Menstruation  beförderndes  Mittel.  Wirksam 
sind  das  bittere  Aloin  (ein  Anthraglukosid)  und 
das  Aloi'-Emodin  (eine  dem  Emodin  isomere 
Verbindung). 

Keine  medizinische  Verwendung  findet 
die  in  ihren  Früchten  giftige  Einbeere, 
Paris  fiuadrifolia  L.,  eine  bis  30  cm  hohe 
ausdauernde  Pflanze  mit  dünnem,  kriechendem 
Wurzelstock,  häufig  in  schattigen  Laubwäldern 
und  feuchten  Waldungen  von  Mittel-  und  Nord- 
europa. Der  einfache  Stengel  zeigt  an  der  Spitze 
einen  Wirtel  von  4  sitzenden,  elliptischen  bis 
breit-eiförmigen,  zugespitzten,  netznervigen 
Blättern.  Die  Blüten  einzeln,  gipfelständig,  ge- 
stielt, zwitterig.  Ein  bleibendes,  acht-  bis  zehn- 
teiliges, sternförmig  ausgebreitetes  Perigon,  die 
äußeren  4  bis  5  Perigonblätter  kelchartig,  hell- 
grün, lanzettlich,  die  inneren  4  bis  5  blumenblatt- 
artig, grünlichgelb,  linealisch.  8  oder  10  Staub- 
gefäße, dem  Grunde  des  Perigons  eingefügt. 
Die  Frucht  eine  fleisclüge,  vier-  oder  fünffächerige, 
blauschwarze  Beere,  von  den  8  bis  10  grünen 
bleibenden  Perigonblättern  umgeben.  In  jedem 
Fache  2  bis  4  braune  Samen.  Die  giftigen  Beeren 
enthalten  Paristyphnin  (C38H640ig,  spaltbar 
in  Zucker  und  Paridin,  CigHsgO,).  —  Urginea 
maritima  ^fc^  Baker  (=  Scilla  maritima  L.), 
die  Meerzwiebel,  eine  ausdauernde  Pflanze, 
wildwachsend  an  den  Gestaden  des  Mittelmeeres 
bis  in  die  Vorländer.  Die  Zwiebel,  Bulbus 
Scillae,  Meerzwiebel,  Mäusezwiebel,  ist 
rundlich-eiförmig,  schuppig,  durchschnittlichetwa 
15  cm  dick  und  ebenso  hoch,  zuweilen  bis  2%  kg 
schwer  und  bis  30  cm  dick,  wird  im  Herbst  von 
mehrjährigen  Pflanzen  gesammelt.  10  bis  20 
nach  der  Blüte  erscheinende  lanzettliche,  zuge- 
spitzte, bis  über  30  cm  lange  Blätter.  An  dem 
60  bis  90  cm  hohen  runden  Schaft  in  langer 
Traube  zahlreiche  kleine,  weiße,  gelbliche  oder 
auch  rote  sternförmige  Blüten  mit  kurzen,  unten 
mit  Anhängseln  versehenen  Brakteen.  Das 
Perigon  sechsteilig;  6  Staubgefäße.  Die  Frucht 
länglich,  stumpf-dreiseitig,  gefurcht,  dreifächerig 
vielsamig,  die  Samen  flach.  Pharmazeutisch 
gebräuchlich  sind  nur  die  zersclmittenen,  getrock- 
neten mittleren  Zwiebelschalen,  nicht  auch  die 
äußeren  häutigen  und  die  innersten  sehr  fleischi- 
gen und  sehr  schleimigen  Schuppen.  Die  frische 
Zwiebel  rötet  die  Haut  und  zieht  Blasen,  dient 
zur  Ratten  Vertilgung ;  die  Droge  findet  innerlich 
als  Herzmittel,  harntreibendes-,  auswurfbeför- 
derndes Mittel  und  als  Brechmittel  Anwendung. 
Das  wirksame  Prinzip  ist  das  Scillitoxin  (übt 
starke  giftige  Wirkung  auf  das  Herz  aus),  weitere 
Bestandteile  sind  Sei  Hin  (ein  reizender  Stoff), 
Scillipikrin  (harntreibend),  Sinistrin(Kohlen  j 
hydrat),  Traubenzucker  usw.  —  Convallaria 
majalis  L.,  das  Maiglöckchen,  liefert  in  den 
Blättern  und  Blüten  eine  in  neuerer  Zeit  bei  Herz- 
leiden und  Wassersucht  gerühmte  Droge,  Herba 


!  Convallariae,  Maiglöckchenkraut.  Die 
j  Pflanze  findet  sich  bei  uns  in  Laubwäldern  und 
I  schattigen  Hainen.  Aus  den  Endtrieben  des 
:  ki-iechenden  Wurzelstockes  entspringen  2  bis  3 
;  langgestielte,  bis  20  cm  lange  und  bis  4  cm  breite, 
elliptische,  zugespitzte,  in  den  Blattstiel  verlau- 
'  fende,  ganzrandige,  etwas  längsfaltige,  oberseits 
graugrüne,  unterseits  hellgrüne  Laubblätter, 
welche  am  Grunde  den  Schaft  mit  einer  häutigen 
rötlichen  Scheide  einhüllen.  Der  Blütenschaft 
einzeln,  kahl,  nackt,  10  bis  15  cm  lang,  endet  mit 
einer  einseitswendigen,  sechs-  bis  zwölfblütigen 
Traube.  Die  Blüten  weiß,  einzeln,  gestielt,  aus  der 
Achsel  eines  kleinen  häutigen  Deckblattesentsprin- 
gend ,  nickend ,  wohlriechend.  Das  Perigon  kugelig- 
glockig, bis  zur  Hälfte  sechsspaltig,  die  Lappen 
eirund,  etwas  zugespitzt  und  zurückgerollt.  Sechs 
mit  der  Basis  des  Perigons  verwachsene  Staub- 
blätter, ein  dreifächeriger  oberständiger  Fruckt- 
knoten,  die  Frucht  eine  drei-  bis  sechssamige 
kugelige  Beere.  Als  wirksame  Stoffe  die  Gluko- 
side Convallarin  und  Convallamarin,  letz- 
teres bedingt  die  Herzwirkung.     Giftig. 

Smilacaceen.  Eine  Smilaxart  Mexikos, 
welche  ist  noch  nicht  näher  bekannt,  liefert 
die  bei  uns  als  schweißtreibendes  und  blutreini- 
gendes Mittelgebräuchliche  Sarsaparillwurzel, 
Radix  Sarsaparillae.  Von  Sarsaparillwurzeln 
liefernden  Smilaxarten  werden  genannt:  Smilax 
medica  Schlechtendal  u.  Chamisso,  Sm. 
syphilitica  H.  B.  Kunth,  Sm.  officinalis 
H.  B.  Kunth,  Sm.  papyracea  Duhamel, 
Sm.  cordato-ovata  Rieh.,  Sm.  ornata 
Hook,  fil.,  Mittel-  und  Südamerika.  Von 
den  verschiedenen  zentralamerikanischen  und 
mexikanischen  Handelssorten  ist  nur  die  soge- 
nannte Honduras  Wurzel  bei  uns  offizineil, 
diese  kommt  über  die  Häfen  der  Westküste  von 
Guatemala,  aus  Mexiko,  Honduras  und  Kosta- 
rika, San  Salvator  und  Panama  nach  New  York 
und  London  auf  den  Markt.  Gebräuchlich  sind 
die  sorgfältig  gewaschenen  und  getrockneten, 
außen  graubrö.unlichen  bis  rötlichgelben,  bis  1  m 
und  darüber  langen,  etwa  bis  5  mm  dicken,  meist 
un  verästelten,  biegsamen  Neben  wurzeln,  nicht 
die  AVurzelstöcke.  In  der  Droge  die  Saponine 
Parillin,   Smilasaponin  und  Sarsasaponin. 

Moraceen.  Von  Cannabis  sativa  L.,  dem 
Hanf,  einer  einjährigen,  bis  3  und  mehr  Meter 
hohen  krautigen  Pflanze,  heimisch  waluschein- 
lich  im  südlichen  und  westlichen  Asien,  wird  die 
seit  langer  Zeit  in  Europa,  Afrika,  später  auch  in 
Amerika  als  Faserpflanze  kultivierte  Form,  aus 
deren  Früchten  — ■  Fructus  Cannabis  — ■  zu 
durchschnittlich  30  bis  40%  ein  fettes  Oel  ge- 
wonnen wird  und  die  ostindische  Varietät 
Cannabis  indica  Lamarck unterschieden.  Letz- 
tere ist  allein  dadurch  kenntlich,  daß  sich  in 
ihr  ein  harzartiger  Stoff  entwickelt,  der  in  unseren 
kälteren  Klimaten  der  Pflanze  fast  vollständig 
fehlt.  In  wärmeren  Bezirken  Ostindiens  wird  die 
Pflanze  der  narkotischen  Eigenschaften  wegen 
kultiviert,  in  kälteren  Zonen  bildet  sie  auch  dort 
kein  Harz.  Der  Stengel  aufrecht,  undeutlich 
vierkantig,  hohl,  kurz  rauhhaarig  und  bei  der 
allein  gebräuchlichen  weiblichen  Pflanze  sehr  ver- 
ästelt. Die  Blätter  langgestielt,  die  unteren  gegen- 
ständig, gefingert  drei-  bis  sieben-  (seltener  neun-) 
zählig,  die  oberen  wechselständig,  gegen  die  Spitze 
zu  einfacher  und  kleiner,  am  Grunde  mit  2  freien, 
feinen,    lineal-lanzettlichen     Nebenblättem     (in 

18* 


276 


Heil-  und  Giftpflanzen 


der  offizineilen  Droge  —  Ilcrba  C  an  na  bis 
indicae  —  die  BlättiT  drei  zählig  oder  ungeteilt 
und  sitzend).  Die  Teilljlattchcn  lineal-lanzettlicli, 
beiderseits  zugespitzt,  am  Kunde  scharf  gesägt, 
oberseits  kahl  oder  kurz  behaart,  unterseits 
länger  behaart.  Die  Blüten  zweihäusig;  die 
weiblichen  Blüien  in  achselständigen  beblätterten 
gedrängten  Blütenscliwänzen,  die  einzelne  Blüte 
in  der  Achsel  gefalteter  Tragblätter,  aus  einem 
becherförmigen,  dünnhäutigen  Perigon  und  dem 
Fruchtknoten  mit  2  langen  Narben.  Die  männ- 
lichen Blüten  in  achsel-  und  endständigen 
Trauben,  die  Blüten  hängend,  die  Hülle  fünf- 
blättrig,  die  5  Staubfäden  am  Grunde  der 
Kronenblätter  angeheftet.  Die  Frucht  bis  5  mm 
lang,  breit  eiförmig,  etwas  zusammengedrückt, 
einsamig.  Gebräuchlich  sind  die  getrockneten 
blühenden,  von  den  größeren  L'uibblättern  und 
Stengeln  befreiten  Spitzen  in  Ostindien  kultivier- 
ter weiblicher  Pflanzen  (männliche  Pflanzen  sind 
weniger  wirksam),  in  der  Droge  die  Blütenstände 
mit  den  Blättern  durch  ein  aus  zahlreichen 
Drüsenhaaren  ausgeschiedenes  Harz  zusammen- 
geklebt. Von  der  im  Orient  Haschisch  be- 
nannten Droge  werden  verschiedene  Handels- 
sorten (Gunjah  oder  Ganja,  Bhangair,  Charras 
oder  Churrus)  unterschieden.  Sie  enthält  0,3% 
ätherisches  Oel  und  etwa  20%  Harz;  in  letzterem 
sind  als  wirksame  Stoffe  Cannabin  (ein  Gluko- 
sid,  besitzt  die  hypnotische  Wirkung),  Tetano- 
cannabin  (ein  kramp|erzeugender  Stoff),  Oxy- 
cannabin  und  C  a  n  n  a  b  i  n  i  n  nachgewiesen. 
Von  anderer  Seite  werden  Cannabindon  und 
besonders  Cannabino^CijjHgäO,  ein  einwertiger 
Alkohol)  als  die  wirksamen  Verbind\ingen  an- 
gegeben. Die  Droge  dient  als  Schlafmittel,  Be- 
täubungsmittel und  harntreibendes  Mittel,  bei 
Lungenkrankheiten,  Katarrhen,  Keuchhusten, 
Migräne,  Wassersucht,  äußerlich  bei  Asthma  usw., 
verliert  jedoch  mit  dem  Alter  an  Wirksamkeit. 
Haschisch  wird  von  den  Indiern  gekaut,  in  Süd- 
amerika, Südafrika  und  Aegypten  geraucht, 
es  erregt  die  Phantasie  in  ungewöhnlich  starker 
Weise  und  ruft  Sehstörungen  durch  Erweiterung 
der  Pupille  und  Erregung  der  Netzhaut  hervor. 
Polygonaceen.  Zu  den  wichtigsten  Arznei- 
pflanzen zählt  der  Rhabarber,  Rheum  pal- 
matum  L.,  Rheupi  tanguticum  (Maxim.), 
Tschirch  und  Rh.  officinale  Baillon,  dessen 
Wurzelstock  als  Rhizoma  Rhei  in  den  Handel 
kommt  und  in  allen  Arzneibüchern  Aufnahme 
gefunden  hat.  Als  Stammpflanze  des  besten 
Rhabarber  wird  Rheum  palmatum  L.  an- 
genommen, doch  sind  sehr  wahrscheinlich  mehrere 
Rheumarten  an  der  Lieferung  der  Droge  be- 
teiligt. Ausdauernde  Stauden  von  1  bis  2  m  Höhe, 
wildwachsend  auf  den  Bergen  des  westlichen  und 
nordwestlichen  China  und  der  angrenzenden 
Gebiete  Tibets.  Der  sehr  starke,  innen  hohle 
Stengel  trägt  sehr  große,  langgestielte,  mit 
herzförmigem  Grunde  eiförmige,  bandförmig  ge- 
lappte und  zugespitzte  Blätter,  am  Grunde  der 
Blattstiele  eine  häutige,  zweiteilige  Tute.  Die 
sehr  zahlreichen  weißen  oder  grünlichweißen  Blü- 
ten in  großen,  dichten,  traubigen  Rispen.  Das 
Perigon  sechsteilig;  6  bis  9  am  Grunde  des 
Perigons  befestigte  Staubgefäße.  Der  Frucht- 
knoten dreikantig;  die  Früchte  rötlich,  geflügelt. 
Pharmazeutisch  gebräuchlich  ist  nur  der  Wurzel- 
stock älterer,  am  besten  mindestens  10  Jahre 
alter  Pflanzen.      Gesammelt  wird  kurz  vor  der 


Blütezeit  uiul  nach  der  Samenreife,  man  entfernt 
die  Blattreste,  Knospen,  Wurzeln  und  Rinde, 
spaltet  die  größeren  Stücke  quer  und  längs, 
durchbohrt  sie,  schnürt  auf  und  trocknet  an  der 
Luft  im  Freien  unter  Bäumen,  weniger  unter  dem 
Dache  der  Häuser.  Später  werden  die  Stücke 
in  den  Versandhäusern  nochmals  geschält,  ge- 
putzt, nachgetrocknet  und  kommen  dann  nach 
Herkunft  und  Bearbeitungsweise  in  die  verschie- 
denen Sorten  sortiert  über  Shensi,  Kanton, 
Shanghai  usw.  in  den  Handel.  Pharmazeutisch 
zulässig  ist  allein  die  am  höchsten  bewertete 
Shensi-Rhabarbersorte,  feste,  mehr  oder  weni- 
ger beschnittene,  zylindrische,  kegelförmige  oder 
fast  kugelige  Stücke  von  körnigem  Bruch,  außen 
hellgelb.  Von  den  vielen  chemischen  Stoffen  des 
Rhabarbers  sind  als  wirksam  2  Gruppen  von 
Glukosiden  zu  nennen,  die  Tannoglukoside 
(wirken  adstringierend,  stopfend  )und  die  An  thra- 
glukoside  und  deren  Spaltungsprodukte  (Chry- 
sophanein  und  Chrysophansäure,  Rheum- 
emodin,  Isoemodin,  Rhein,  Rheochry- 
sin  usw.,  alle  diese  wirken  abführend).  Anwen- 
dung in  kleinen  Dosen  als  Magenmittel,  in  größe- 
ren Dosen  Durchfall  stillend,  in  großen  Dosen 
als  Abführmittel. 

Ranunculaceen.  Als  Giftpflanzen  sind 
Helleborus  niger  L.,  die  schwarze  Nies- 
wurz, H.  foetidus  L.,  die  stinkende  Nies- 
wurz und  H.  viridis  L.,  die  grüne  Nieswurz, 
zu  nennen,  zweijährige  oder  ausdauernde  Pflan- 
zen, heimisch  in  Gebüschen  und  an  Waldrändern 
des  mittleren  und  südlichen  Europa,  die  letzteren 
zwei  seltener.  Bei  H.  niger  L.  der  dunkelbraune, 
zylindrische  Wurzelstock  rings  mit  Wurzeln 
besetzt,  im  Alter  vielköpfig,  dick  und  knorrig, 
treibt  aus  jedem  Kopfe  eine  Knospe.  Die  Blätter 
alle  wurzelständig,  langgestielt,  fußförmig  mit 
7  bis  9  glatten,  kurz  gestielten,  lederartigen, 
verkehrt  länglich-lanzettförmigen,  kahlen,  gegen 
die  Spitze  entfernt  gesägten,  oben  dunkel-,  unten 
hellgrünen  Blättchen.  Der  Blütenschaft  aufrecht, 
einfach,  blattlos,  grün,  im  unteren  Teil  oft  rötlich, 
mit  1  bis  3  von  einem  Niederblatt  gestützten 
großen  Blüten.  5  große,  blumenblattartige,  weiße, 
oft  rötlich  angehauchte,  am  Grund  grünliche 
Kelchblätter.  Die  Kronblätter  zahlreich,  klein, 
kurz  gestielt,  grünlichgelb,  zu  Honigbehältern 
umgebildet.  Zahlreiche  Staubfäden,  2  bis  9 
Fruchtblätter,  ebenso  viele  nach  außen  gebogene 
Griffel.  Die  Frucht  eine  an  der  Bauchnaht  der 
Länge  nach  aufspringende  Balgkapsel.  Blüte- 
zeit November  bis  März.  H.  foetidus  L.  besitzt 
ästige,  holzige,  schwarzbraune  Pfahlwurzel  und 
beblätterten,  bis  40  cm  hohen,  aufrechten  Stengel. 
Die  Wurzelblätter  fußförmig,  langgestielt,  mit 
scheidigem  Grund,  aus  7 bis  9  schmallanzettlichen, 
spitzen,  feingesägten,  lederartigen,  dunkelgrünen, 
kahlen  Blättchen  gebildet.  Die  Stengelblätter 
mit  breitem,  scheiflenartigem  Stiel  und  3  bis  7 
sehr  kleinen  verkümmerten  Blättchen.  Die 
Deckblätter  eiförmig;  der  Blütenstand  rispig- 
doldentraubig.  Die  Blüten  nickend;  5  keil- 
förmige, blaßgrüne,  oft  rot  berandete  Kelch- 
blätter. Blütezeit  anfangs  des  Frühlings.  H. 
viridis  L.  hat  mehrköpfig-ästigen,  braunen, 
horizontalen,  in  seinem  unteren  Teile  oft  kriechen- 
den Wurzelstock.  Der  Stengel  gabelig  verästelt, 
nur  an  den  Verästelungen  beblättert,  einblütig. 
Die  Wurzelblätter  langgestielt,  fußförmig,  hell- 
grün,   mit  7  breitlanzettlichen,  beiderseits  ver- 


Heil-  und  Grütpflanzen 


277 


schmälerten,  scharf  gesägten,  zugespitzten, papier- 
artigen Blättchen;  die  Stengelblätter  ungestielt, 
fünf- und  zuletzt  dreispaltig.  Die  Blüten  nickend, 
groß;  die  Kelchblätter  eirund,  grün  mit  rötlichem 
Rande.  Blütezeit  März  bis  April.  Alle  3  Arten 
enthalten  die  beiden  giftigen  Glukoside  Helle- 
borin  (CoHmO)  und  Helleborein  (Cg^HgeOg). 
Arzneilich  zurzeit  nicht  mehr  in  Verwendung. 
Der  Genuß  erwirkt  Erbrechen,  Pupillenerweite- 
rung, Herzlähmung  usw.,  das  Pulver  erregt 
heftiges  Niesen.  • —  Als  Herzgift  findet  in  neuerer 
Zeit  das  früher  nur  als  Volksmittel  gebräuchliche 
Kraut  des  Frühlingsadonis,  Adonis  ver- 
nalis  L.  (=  A.  apennina  Jacq.),  einer  bei  uns  auf 
sonnigen  Hügeln  und  Weiden  stellenweise  häufi- 
gen ausdauernden  Pflanze,  und  das  Kraut  des 
Sommeradonis,  Adonis  aestivalis  L. 
(=  A.  miniatus  Jacc{.,  A.  flavus  Schlecht.), 
einer  einjährigen,  auf  kalk-  und  tonhaltigem 
Ackerboden  durch  ganz  Deutschland  verbreiteten 
Pflanze  metlizinische  Verwendung.  A.  vernalis 
besitzt  meist  mehrköpfigen,  reich  bewurzelten, 
dunkelbraunen  Wurzelstock,  aufrechte,  einfache 
oder  verästelte,  stielrunde,  etwas  behaarte,  bis 
30  cm  hohe  Stengel  und  zerstreut  sitzende,  am 
Grunde  stengelumfassende,  kahle  oder  schwach 
behaarte,  handförmig-vielspaltige  bis  fiederteilig- 
vielspaltige  Blätter.  Die  Blüte  meist  vereinzelt, 
endständig,  überhängend,  mit  leicht  abfallendem, 
außen  behaartem ,  fünfblättrigem,  gelblich- 
grünem bis  bräunlichgrünem  Kelch,  die  Blätter 
kahnförmig  ausgehöhlt,  an  der  Spitze  meist  ge- 
zähnt. 10  bis  20  länglich-spitze  oder  fast  spatei- 
förmige, glänzend  zitronengelbe,  kahle  Blumen- 
blätter; zahlreiche  Staubblätter.  Die  zahlreichen 
Früchtchen  zu  einer  fast  kugeligen  oder  eiförmigen 
Sammelfrucht  zusammengedrängt.  Bei  A. 
aestivalis  der  Stengel  einfach  oder  nach  oben 
etwas  verästelt,  gefurcht  und  kahl.  Die  Blätter 
zwei-  bis  dreifach  gefiedert,  die  Blättchen 
linealig,  stengelumfassend,  an  den  unteren 
Blättern  breiter  und  gestielt,  kahl.  Die  Blüte 
einzeln  und  endständig,  der  Kelch  fünfblättrig, 
die  Kelchblätter  fest  an  die  ausgebreiteten  5 
bis  7,  meist  8  Ivi-onblätter  angedrückt.  Letztere 
doppelt  so  lang  wie  die  Kelchblätter,  länglich- 
eirund, mennigrot  oder  gelb,  am  Grunde  mit 
einem  mehr  oder  weniger  deutlichen  schwarzen 
Fleck  (dieser  kann  auch  fehlen).  Zahlreiche 
Staubgefäße.  Die  zahlreichen  Früchtchen  etwas 
zusammengedrückt,  kugelig  bis  schief  eiförmig, 
überseits  geschnäbelt,  am  Grunde  spitz  gezähnt. 
A.  vernalis  enthält  das  Herzgift  Adonidin 
(kein  einheitlicher  Körper,  ein  Gemenge  ver- 
schiedener Substanzen,  von  denen  das  Pikro- 
adonidin  das  wirksame  Prinzip  sein  soll). 
A.  aestivalis  enthält  zu  0,25  °o  ein  dem  Adonidin 
ähnliches  Glukosid  Adonin  (C24H40O9).  An- 
wendung an  Stelle  von  Digitalis  bei  Herzleiden 
und  Wassersucht. 

Rosaceen.  Der  ursprünglich  in  China  und 
Vorderasien  heimische,  seit  Jahrtausenden  als 
Kulturpflanze  in  den  warmen  gemäßigten  Zonen, 
besonders  im  Mittelmeergebiet,  jetzt  auch  in 
Kalifornien  usw.  in  größerem  Maßstabe  kulti- 
vierte Mandelbaum,  Prunus  amygdalus 
Stokes  =  Prunus  amygdalus  Stokes  var.  amara 
et  dulcis  DC,  ein  Strauch  oder  Baum  von  5 
bis  6  m  Höhe,  enthält  in  seinen  Samen,  Semen 
Amygdali,  den  süßen  wie  bitteren  Mandeln 
(in    ersteren    bis    55%,   in    letzteren    bis    50%) 


fettes  Oel,  in  den  bitteren  Mandeln  außerdem 
die  giftige  Blausäure.  Die  Frucht  eine  trockene 
Steinfrucht  mit  filzig  behaarter  Fruchtschale, 
der  äußere  Teil  der  Fruchtschale  hartfleischig,  der 
innere  als  Steinschale  ausgebildet.  Gewöhnhch 
ist  nur  ein  etwas  abgeplatteter,  unsymmetrisch- 
eiförmiger, etwa  2  cm  langer,  bis  1,5  cm  breiter 
und  bis  1  cm  dicker  Samen  (die  bekannten 
jMandeln)  ausgebildet.  Bittere  Mandeln  enthalten 
bis  zu  3,5%  ein  Glukosid  Amygdalin,  spaltet 
sich  bei  Gegenwart  von  Wasser  durch  das  eiweiß- 
artige Ferment  Emulsin  in  Bittermandelöl 
(Benzaldehyd),  Traubenzucker  und  Blau- 
säure. Süße  Mandeln  besitzen  kein  Glukosid. 
Ein  aus  bitteren  Mandeln  gewonnenes  Bitter- 
mandelwasser dient  als  beruhigendes  Mittel  füi" 
die  sensiblen  Nerven  der  Kehlkopfschleimhaut 
bei  Hustenreiz  und  als  Fiebermittel.  Das  fette 
Oel,  Oleum  Amygdalarum,  Mandelöl, 
kommt  in  den  Handel  als  sogenanntes  englisches 
und  französisches  Oel,  ersteres  aus  echten  Mandeln 
in  England,  Frankreich,  Oesterreich,  Italien  usw. 
gepreßt,  letzteres  meist  aus  Pfirsichkernen,  den 
Samen  von  Prunus  nana  Jess.  und  Pr.  per- 
sica  Jess.,  erhalten.  Mandelöl  dient  innerlich 
als  mildes  Laxans,  als  reizmilderndes  Mittel  bei 
entzündlichen  Zuständen  der  Verdauungs-  und 
Luftwege,  als  Antidot  bei  scharf  wirkenden  Älit- 
teln.  — ■  Als  Bandwurmmittel  sind  die  Blüten 
von  Hagenia  abyssinica  Gnielin  (=  Brayera 
anthelmintica  Kunth),  die  Kosoblüten,  Flores 
Koso,  sehr  geschätzt.  Ein  in  den  Gebirgen 
Abyssiniens,  am  Kilimandscharo  und  im  Usam- 
baragebirge  heimischer,  bis  20  m  hoher  Baum 
mit  unterbrochen  gefiederten  Blättern,  die 
Blättchen  länglich  lanzettförmig,  gesägt,  unten 
und  am  Rande  zottig,  die  Nebenblätter  groß, 
dem  am  Grunde  verbreiterten  Blattstiele  an- 
gewachsen. Die  Blüten  gestielt,  in  sehr  ästigen, 
achselständigen,  dicht  drüsig  behaarten,  polygam- 
zweihäusigen  Rispen,  die  männlichen  Blüten- 
stände grün,  locker,  die  weiblichen  rotviolett, 
sehrdichtblütig.  Nur  die  getrockneten  abgeblühten 
weiblichen,  bis  30  cm  langen  Blütenstämle  bezw. 
die  abgereppelten  Blüten  sind  pharmazeutisch 
gebräuchlich.  Die  weiblichen  Blüten  mit  mittel- 
ständigem Fruchtknoten,  das  Rezeptakulum  (der 
[  Blütenboden)  behaart,  fast  kreiseiförmig,  innen 
krugförmig  vertieft,  oben  durch  einen  Ring  ver- 
I  engt,  mit  je  einem  vier-  bis  fünfblättrigen  Außen- 
und  Innenkelch.  Die  äußeren  rötlichen  Kelch- 
blätter flach  ausgebreitet  und  etwa  dreimal 
länger  als  die  inneren,  nach  außen  zu  umge- 
schlagenen Kelchblätter;  2  stengehimfassende, 
rotviolette,  rundliche  Vorblätter.  Etwa  20  sterile 
Staubgefäße  (Staminodien);  2  bis  3  Frucht- 
blätter, von  denen  gewöhnlich  nur  eines  sich  zu 
[einer  Schließfrucht  entwickelt.  Die  Wirkung 
'.  als  Bandwurmmittel  beruht  auf  dem  Gehalt  an 
j  Kosotoxin,  daneben  Kosidin,  Kosoin,  Pro- 
itokosin,  bis  24%  Gerbstoff  usw. 
I  Leguminosen.  Caesalpinioideen.  Von 
ICassiaarten  liefern  Cassia  angustifolia 
Vahl  und  C.  acutifolia  Delile  die  als  Abführ- 
mittel gebräuchlichen  Sennesbiätter,  Folia 
Sennae.  Offizineil  sind  zurzeit  in  Deutschland, 
Oesterreich  und  der  Schweiz  allein  die  Blätter 
der  ersteren  Art,  welche  ursprünglich  in  Arabien, 
an  der  Ostküste  Afrikas  und  in  Vorderindien 
heimisch,  an  der  Südspitze  von  Vorderindien 
(Tinnevelly)   und    auf    Ceylon   in    der    Varietät 


278 


Heil-  und  Giftpflanzen 


royleana  Bisch,  in  großem  Maßstabe  angebaut 
wird.  Andere  Cassiaarten  spielen  als  Stanim- 
pflanzen  für  Sennesblätter  im  europäischen 
Handel  nur  eine  untergeordnete  Rolle.  C. 
angustifolia  ist  ein  unscheinbarer,  etwa  1  m 
hoher  Strauch  mit  rundem,  glattem  Stengel  und 
paariggefiederten,  fünf-  bis  sieben jochigen  Blät- 
tern, die  Blättchen  5  bis  G  cm  lang,  bis  2  cm  breit, 
ei-lanzettlich  bis  lineal-lanzettlich,  kurz  gestielt, 
spitzendigend,  steif,  fast  kahl,  gelblichgrün,  die 
Blattfläche  am  Grunde  unsymmetrisch.  An  wirk- 
samen Stoffen  sind  hauptsächlich  Emodin 
(Trioxymethylanthrachinon)  und  Chrysophan- 
säure  (frei  wie  als  Glukosid  Chrysophan)  zu 
nennen.  Die  Früchte,  Fructus  Sennae, 
Sennesfrüchte,  Sennesbälge,  besitzen 
gleiche  Verwendung  wie  die  Blätter.  Sie  sind 
vollständig  flach  gedrückt,  breit,  fast  nieren- 
förmig,  oft  etwas  sichelförmig  geki'ümmt,  häutig- 
lederartig,  bräunlich,  bis  5  cm  lang  und  2,5  cm 
breit,  vorn  schief  abgestutzt  oder  abgerundet, 
die  6  bis  10  Samen  sind  als  erhabene  Abdrücke 
in  der  Mittellinie  der  Frucht  sichtbar. 

Leguminosen.  Papilionaceen.  Von 
den  2  Handelssorten  des  Süßholzes,  der  unge- 
schälten spanischen  und  geschälten  russischen 
Ware  ist  für  erstere  Glycyrrhiza  glabra  L.  var. 
typica  Regel  et  Herder  die  Stammpflanze,  eine 
im  südlichen  Europa  und  südwestlichen  Asien 
einheimische  ausdauernde,  bis  2  m  hohe  Staude, 
in  England  und  bei  uns  an  einigen  Orten  in  kleinen 
Mengen  angebaut,  in  größerer  Kultur  in  Süd- 
frankreich, Italien  und  besonders  in  Spanien. 
Die  Pflanze  gedeiht  am  besten  auf  Sandboden 
mit  reichlich  Wasser  in  unmittelbarer  Nähe  der 
Flüsse.  Die  geschälte  russische  Droge  stammt  von 
Glycyrrhiza  glabra  L.  var.  glandulifera 
Regel  et  Herder  (=  Glycyrrhiza  glandulifera 
Waldst.  et  Kit.),  einer  im  südöstlichen  Europa 
(Ungarn,  Galizien,  in  den  mittleren  und  südlichen 
russischen  Gouvernements)  und  in  Westasien 
wildwachsenden  ausdauernden  Pflanze,  kultiviert 
besonders  in  Rußland  (z.  B.  an  den  Ufern  der 
unteren  AVolga,  am  Ural  usw.).  Ausdauernde 
Pflanzen  mit  mehreren  meist  einfachen,  aufrech- 
ten, unten  kahlen,  nach  oben  fein  behaarten, 
ästigen  Stengeln,  zerstreuten,  ungleich  gefieder- 
ten, ziemlich  großen  Blättern,  die  Fiederblättchen 
kurz  gestielt,  länglich,  mit  eingedrückter  Spitze, 
ganzrandig,unterseits  drüsig -klebrig.  Die  Blüten- 
trauben achselständig,  langgestielt,  locker-  und 
reichblütig  (Schmetterlingsblüte).  Die  Droge 
besteht  aus  den  ungeschälten  getrockneten 
Haupt-  und  Neben\\'urzeln  und  den  mehrere 
Meter  lang  werdenden  Ausläufern  der  spanischen 
bezw.  den  Wurzeln  und  Ausläufern  der  russischen 
Pflanze.  Produktionsgebiete  für  spanisches 
Süßholz  sind  Italien  (Kalabrien,  Sizilien),  be- 
sonders aber  Spanien  (an  erster  Stelle  Katalonien 
im  Gebiete  des  Ebro,  ferner  Navarra,  Altkastilien, 
Andalusien  usw.).  Die  russische  Wurzel  wird 
besonders  bei  Sarepta  und  auf  den  Inseln 
der  Wolgamündungen  ausgepflügt  und  gelangt 
über  Astrachan  nach  Moskau  und  Petersburg 
in  den  Handel,  oder  man  sammelt  von  meist 
wildwachsenden  Pflanzen  an  den  Ufern  des 
Ural  und  bringt  die  Ware  nach  Nischni- 
Nowgorod  oder  über  Batum  auf  den  Markt. 
Der  wesentlichste  Bestandteil  der  Wurzel  ist 
der  Süßholzzucker  Glycyrrhizin  (zu  6  bis 
8%,    das    saure  Kalium-  und   Calciumsalz   der 


Glycyrrhizinsäure,  ein  Glukosid),  daneben  Aspa- 
ragin,  Mannit,  a-Glukoside,  Saccharose 
usw.  Anwendung  innerlich  als  Hustenmittel 
und  Geschmackskorrigens.  Volksmittel.  — 
CoroniUa  varia  L.,  die  bunte  Kronwicke, 
eine  bis  1  m  hohe  ausdauernde  krautige  Gift- 
pflanze, bei  uns  sehr  häufig  an  Zäunen,  auf 
trockenen  Wiesen,  Weiden,  an  Wegrändern, 
heimisch  durch  ganz  Mittel-  und  Südeuropa. 
Der  Stengel  niederliegend  und  aufsteigend,  ästig, 
dünn,  gefurcht,  kantig,  glatt  oder  kurzrauh- 
haarig. Die  Blätter  abwechselnd,  5  bis  7  cm  lang, 
unpaarig  gefiedert,  die  Blättchen  kurzgestielt, 
verkehrt  oval-spatelförmig,  abgestutzt,  ganzran- 
dig,  glatt,  die  Nebenblättchen  klein,  lanzett- 
förmig, frei.  Die  Blüten  in  langgestielten,  zwölf- 
bis  zwanzigblütigen  Dolden.  Der  Kelch  kurz, 
glockig,  fünfzähnig;  die  Blumenki'one  fünfblätt- 
rig (Schmetterlingsblüte),  die  Fahne  rot,  die 
anderen  Blätter  weiß,  das  Schiffchen  mit  violet- 
tem Schnabel.  Die  Frucht  eine  vierkantige, 
aufrechtstehende,  an  den  Gliedern  zusammen- 
gezogene Hülse  mit  länglichen,  braunen  Samen. 
Enthält  Coronillin  (hauptsächlich  in  den 
Samen)  und  ein  kumarinartig  riechendes  Pseudo- 
cu marin.  Anwendung  sehr  vereinzelt  als  harn- 
treibendes Mittel  und  Herzmittel  (Ersatz  für 
Digitalis).  ■ —  Der  Hauhechel,  Ononis  spinosa 
L.,  ein  durch  fast  ganz  Europa  auf  Feldern  und 
Wiesen,  an  Wegen  und  Ackerrändern  vor- 
kommender, bis  60  cm  hoher  dorniger  Halbstrauch 
mit  behaarten,  meist  dornigen  Zweigen  und  wech- 
selständigen, eiförmigen, dreizähligen  (dieunteren) 
oder  einfachen,  eilänglichen  (die  oberen),  fein 
gezähnten  Blättchen.  Die  rosenroten,  blatt- 
achselständigen  Blüten  einzeln  oder  zu  zweien. 
Der  Kelch  fünfspaltig,  die  Blüten  vom  Bau  der 
Schmetterlingsblüte,  die  Hülsen  sehr  klein.  Die 
getrocknete,  bis  50  cm  lange,  von  vieljährigen 
Exemplaren  gesammelte  Wurzel  ist  offizineil, 
aber  fast  nur  beim  Volke  gebräuchlich.  Sie 
enthält  u.  a.  Ononin  (ein  kristallisierbares 
Glukosid),  Ononid  (Glukosid,  ein  dem  Gly- 
cyrrhizin ähnlicher  Körper),  Onocerin  (=  Ono- 
col,  ein  zweisäuriger  sekundärer  Alkohol).  An- 
wendung als  harntreibendes  Mittel  bei  Wasser- 
sucht, Blasenkatarrh,  Gicht,  Rheumatismus. 

Polygalaceen.  Von  dieser  Familie  sind 
2  Arten  zu  nennen,  Polygala  senega  L.  mit  der 
Varietät  latifolia  Torrey  et  Gray,  ausdauernde 
Pflanzen  Nordamerikas  (besonders  nördlich  des 
Tennesseeflusses,  von  34  bis  52"  nördlicher  Breite 
und  vom  Atlantischen  Ozean  bis  zu  den  Rocky- 
Mountains),  liefern  die  medizinisch  gebräuchliche 
Senegawurzel  und  Polygala  amara  L.  und 
Varietäten,  ausdauernde  Pflanzen,  heimisch  in 
Nord-  und  Mitteleuropa,  Italien  usw.,  bei  uns 
auf  sumpfigen  und  feuchten  wie  trockenen 
bergigen  Waldwiesen,  auf  Grasplätzen,  sandigen 
Hügeln,  in  lichten  Waldungen  zerstreut,  liefern 
die  Herba  Polygalae  amarae.  P.  amara  L. 
variiert  in  Größe,  Gestalt  und  Gehalt  an  Bitter- 
stoffen sehr  nach  den  Standorten.  Polygala 
senega  besitzt  mehrere  aufrechte,  einfache, 
glatte  Stengel  und  abwechselnde,  ovale  bis 
lanzottliche,  verschmälerte,  ganzrandige  Blätter. 
Die  Blüten  am  Ende  der  Stengel  in  langen  Aehren, 
kurzgostielt,  klein,  weiß,  zuweilen  rot.  5  ungleiche 
Kelchblätter;  eine  dreiteilige  Blumenkronc,  die 
Oberlippe  zweilappig,  die  Unterlippe  helmartig 
(s.  unten).   Pharmazeutisch  gebräuchlich  sind  die 


Heil-  und  Giftpflanzen 


279 


getrockneten  unterirdischen  Teile,  die  Wurzel- 
stöcke mit  den  AVurzeln.  Letztere  bis  20  cm  lang, 
doch  selten  über  0,8  cm  dick,  hellgelblichgrau, 
spindelförmig,  einfach  oder  nur  sehr  wenig 
sparrig  verästelt,  häufig  zickzackartig  oder 
sichelförmig  gebogen,  am  oberen  Ende  der  kurze, 
rundliche,  höckerig-knorrige,  mit  den  Resten 
der  Sprosse  und  dem  von  roten  Nebenblättern 
umhüllten  Knospen  versehene  Wurzelstock. 
Enthält  2  bis  5%  Senegin,  Polygalasäure, 
Senegon  (alle  drei  Glukoside),  fettes  Oel, 
Harz,  Gerbstoff  usw.,  aber  keine  Stärke. 
Anwendung  gegen  Katarrh  und  Husten.  Von 
Polygala  amara  wird  das  zur  Blütezeit  an 
trockenen  gebirgigen  Orten  (nur  die  an  bergigen 
und  trockenen  Standorten  wachsenden  Pflanzen 
besitzen  intensiv  bitteren  Geschmack)  mit  der 
Wurzel  gesammelte,  gut  getrocknete  Ivraut 
benutzt.  Die  Wurzel  holzig,  dünn,  hin-  und 
hergebogen,  wenig  ästig,  vielköpfig,  rötlichgelb; 
der  Stengel  dünn,  aufrecht  oder  aufsteigend, 
meist  einfach,  endet  mit  einer  Blütentraube.  Die 
Wurzelblätter  rosettenartig  gehäuft,  spateiförmig 
oder  verkehrt-eiförmig,  in  den  kurzen  Blattstiel 
verschmälert;  die  Stengelblätter  wechselständig, 
kleiner,  länglich-lanzettförmig  oder  keilförmig- 
länglich, sitzend  oder  fast  sitzend.  Sämtliche 
Blätter  ganzrandig,  ziemlich  dick  und  glatt,  die 
ganze  Pflanze  mehr  oder  weniger  flaumhaarig. 
Die  kleinen,  meist  blauen,  rötlichen,  seltener 
weißen  Blüten  in  langen,  reichblütigen,  end- 
ständigen  Trauben.  5  Kelchblätter,  die  beiden 
innersten  groß,  bhimenblattartig.  Die  Blunien- 
krone  drei-  auch  fünfblättrig,  das  vorderste  Blatt 
helmartig,  an  seinem  Ende  mit  lappigem  An- 
hängsel, die  übrigen  Blätter  mit  dem  Kiele  ver- 
wachsen. 8  Staubfäden,  zu  einer  offenen  Rinne 
vereinigt.  Die  Frucht  eine  flache,  verkehrt- 
eiförmige Kapsel.  Das  Kraut  enthält  Polj'gala- 
säure.  Polygonin  (Bitterstoff),  Saponin 
(=  Senegin)  usw.,  dient  gleichen  Zwecken  wie 
die  Senegawurzel. 

Rhamnaceen.  Zwei  nahe  verwandte  Pflan- 
zen, Rhamnus  frangula  L.,  ein  in  ganz  Europa, 
Nordwestasien  und  im  Mittelmeergebiet  heimi- 
scher Strauch,  und  Rhamnus  Purshiana  DC, 
ein  baumartiger  Strauch  Nordamerikas,  finden 
in  ihren  Rinden  —  Corte  x  Frangulae, 
Faulbaumrinde  bezw.  Cortex  Rhamni 
Purshiani,  amerikanische  Faulbaumrinde 
(auch  Cascara  sagrada  benannt)  —  gleiche 
medizinische  Verwendung  als  Abführmittel  bei 
habitueller  Verstopfung.  Rh.  frangula  wird 
etwa  3  bis  4  m  hoch,  besitzt  dornenlose  Zweige, 
wechselständige,  kurz  gestielte,  breitelliptische, 
kahle,  ganzrandige  Blätter  mit  an  der  Unterseite 
stark  hervortretender  Mittelrippe,  deren  je 
6  bis  8  Seitennerven  am  Rande  bogenförmig 
nach  dem  nächst  oberen  Nerven  verlaufen. 
Die  Blüten  zu  2  bis  G  in  den  Blattwinkeln,  lang- 
gestielt; der  Kelch  außen  grünlich,  innen  weiß, 
glockig,  fünfzipfelig,  die  5  weißen  Kronblätter 
kappenförmig,  kürzer  als  der  Kelch.  Der  Frucht- 
knoten oberständig,  fast  stets  dreiteilig  mit 
kurzem,  dickem  Griffel  und  meist  dreilappiger 
Narbe;  die  Frucht  eine  erst  rote,  später  schwarze 
Steinfrucht  mit  2  bis  3  rundlichen,  verkehrt- 
eiförmigen Samen.  Rh.  Purshiana  ist  bis 
6  m  hoch,  hat  dornenlose  Zweige,  wechselständige, 
gestielte,  breitelliptische,  an  der  Basis  meist  ab- 
gerundete, an  der  Spitze  abgestumpfte  oder  kurz 


zugespitzte,  fein  gezähnte,  unterseits  (besonders 
an  den  Blattnerven)  behaarte  Blätter.  Der 
Mittelnerv  tritt  an  der  Unterseite  stark  hervor, 
beiderseits  je  13  bis  15  parallel  verlaufende, 
schief  aufsteigende  Seitennerven.  Die  Blüten 
in  einzelstehenden,  blattachselständigen,  cjtuö- 
sen,  wenigblütigen  Blütenständen.  Als  wirk- 
sames Prinzip  in  beiden  Rinden  das  Glukosid 
Frangulin,  spaltet  sich  in  Rhamnodulcit 
(Glukose)  und  in  Frangulinsäure  (Emodin). 
— •  Frülier  waren  auch  die  frisch  fast  schwarzen, 
kugeligen,  etwa  1  cm  dicken,  getrocknet  dunkel- 
braunen, runzeligen,  0,5  bis  0,8  cm  dicken,  vier- 
samigen  Früchte  von  Rhamnus  cathartica  L., 
die  Kreuzdornbeeren,  Fructus  Rhamni 
catharticae  offizinell.  Ein  bis  4  m  hoher 
diöcischer  Strauch  mit  gegenständigen  oder 
wechselständigen,  wagerecht  abstehenden,  oft 
in  Dornen  endigenden  Zweigen,  verbreitet  in 
Nordafrika,  Mittelasien  und  durch  fast  ganz 
Europa.  Die  Blätter  teils  büschelig,  teils  gegen- 
ständig, teils  wechselständig,  gestielt,  breit 
elliptisch  oder  eiförmig,  kerbig  gezälmt,  unter- 
seits oft  weich  behaart,  mit  nur  2  bis  4  Paaren 
bogenförmiger  Seitennerven.  Die  Blüten  büsche- 
lig in  den  Blattwinkeln  der  diesjährigen  Triebe, 
vierzählig,  gelbgrün.  Die  Früchte  enthalten 
Rhamnoemodin  (das  wirksame  Prinzip), 
Rhamnosterin,  Chrysophanol  usw.,  dienen 
gleichfalls  als  Abfülirmittel,  sind  beim  Volke 
noch  gebräuchlich. 

Thymelaeaceen.  Daphne  mezereum  L. 
(=  Thymelaea  mezereum  Scop.,  ]\Iezereum 
officinarum  C.  A.  Meyer),  der  Seidelbast, 
Kellerhals,  ein  kleiner  bis  über  1  m  hoher 
Strauch  mit  wenigen  abstehenden  graubraunen 
Zweigen  und  wechselständigen,  lanzettlichen  bis 
verkehrt-eiförmigen,  stumpfen  bis  spitzen,  gegen 
den  kurzen  Blattstiel  verschmälerten,  ganz- 
randigen,  kahlen,  hellgrünen  Blättern,  heimisch 
in  schattigen  bergigen  Wäldern  des  nördlichen 
Europas  und  Westasiens.  Daphne  laureola  L., 
der  lorbeerblättrige  Kellerhals,  ein  kleiner, 
bis  75  cm  hoher,  aufrechter,  wenig  verästelter 
Strauch  mit  immergrünen,  lederigen,  etwas  breite- 
ren, verkehrt-lanzettförmigen  bis  keiKörmigen, 
in  den  kurzen  Blattstiel  verschmälerten,  kahlen, 
oberseits  dunkelgrünen,  unterseits  helleren  Blät- 
tern, heimisch  in  den  Gebirgsländern  Mittel- und 
Südeuropas.  BeiD.mezereumstehen  diezuBeginn 
des  Frühjahrs  vor  der  Entwickelung  der  Blätter 
erscheinenden  wohhiechenden  rosafarbenen  Blü- 
ten am  oberen  Teile  der  Aeste  in  den  Achseln 
der  vorjährigen  abgefallenen  Blätter  in  kleinen, 
meist  dreizähligen  Büscheln.  Eine  einfache, 
trichterförmige  Blütenhülle  mit  nach  oben  4  rad- 
f  örmig  ausgebreiteten  Zipfeln ;  8  gestielte  Staub- 
blätter, in  2  Ki-eisen,  4  im  Schlünde  des  Trichters 
und  4  am  oberen  Rande  desselben.  Der  ober- 
ständige Fruchtknoten  einfächerig,  eirund,  mit 
kurzem  Griffel  und  großer,  kopfiger  Narbe. 
Die  Früchte  als  rote,  glänzende,  fleischige,  ein- 
samige Beeren.  Bei  D.  laureola  die  Blüten  gelb, 
achselständig  in  vier-  bis  zehnblütigen  Büscheln, 
die  Frucht  eine  fleischige  blauschwarze  Beere. 
Nur  die  zu  Anfang  des  Frühjahrs  vor  der  Blüte 
von  D.  mezereum  abgelöste,  getrocknete  Rinde 
—  Cortex  Mezerei  — ■  findet  als  harntreibendes 
Mittel,  Abfülu-mittel,  Abtreibungsmittel,  haupt- 
sächlich aber  als  Hautreinigungsmittel  Verwen- 
dung.     Obschon  in  einigen   Ländern  offizinell, 


280 


Heil-  und  Giftpflanzen 


dient  die  Rimlo  hauptsächlich  als  Volksmittel. 
Sie  enthält  u.  a.  ein  schwachbitteres,  ungiftiges 
Glukosid  Baphnin  (C,5lI,gOg)  und  das  die  rei- 
zende Wirkung  bedingende  harzige  Anhydrid 
der  Mezereinsäure  (findet  sich  in  aUen  Teilen 
der  Pflanze). 

Ericaceen.  Arctostaphylos  uva  ursi 
(L.)  Sprengel  (=  A.  officinalis  Wimmer  und 
Grabowski,  Arbutus  uva  ursi  L.),  ein  kleiner 
immergrüner,  bis  1  m  langer,  niederliegender 
Strauch,  in  Europa,  Nordamerika,  Nordasien 
heimisch,  in  den  Niederungen  auf  Heiden,  in 
südlicheren  Gegenden  in  Gebirgswäldern.  Die 
Blätter  immergrün,  lederig,  spatelförmig,  kurz- 
gestielt, in  den  Blattstiel  verschmälert,  an  der 
Spitze  abgerundet  oder  etwas  rückwärts  gebogen, 
am  Rande  flach  oder  nur  wenig  zurückgebogen. 
Beide  Blattflächen  glatt,  glänzend,  fast  kahl, 
vertief t-netzadrig,  oberseits  dunkelgrün,  unter- 
seits  blaßgrün.  Die  Blüten  in  kleinen,  endstän- 
digen, drei-  bis  zehnblütigen,  überhängenden 
Trauben.  Der  Kelch  fünfteilig,  bleibend;  die 
weiße  oder  rötliche  Blüte  krugförmig,  einblätt- 
rig, oben  fünfspaltig,  mit  zurückgeschlagenen, 
rötlichen  Zipfeln.  10  Staubfäden,  die  Staub- 
beutel mit  2  Hörnchen.  Der  Fruchtknoten  fünf- 
fächerig, die  Frucht  eine  kugelrunde,  erbsen- 
große, dunkelrote,  fünffächerige  Steinbeere  mit 
5  länglichen,  eirunden  Kernen.  Das  in  den  ge- 
trockneten Blättern  • — ■  Folia  Uvae  ursi, 
Bären  trau  benblätter  —  bis  zu  3,5%  vor- 
kommende Glukosid  Arbutin  (durch  Säuren  in 
Zucker,  Hydrochinon  und  Methylhydrochinon 
spaltbar)  und  der  Gehalt  an  Gerbsäure  (über 
30%)  bedingen  die  reichliche  Anwendung  der 
Droge  als  zusammenziehendes  Mittel,  harn- 
treibendes Mittel,  als  Spezifikum  gegen  Nieren- 
und  Blasenleiden,  bei  Steinkranldieiten. 

Gentianeen.  Ihres  Gehaltes  an  Bitterstoffen 
wegen  finden  die  Blätter  des  Bitter-  oder 
Fieberklees,  Menj'anthes  trifoliata  L., 
das  Tausendguldenkraut,  Erythraea  cen- 
tauriuni  (L.)  Persoon  und  die  Wurzeln  einiger 
Gentianaarten,  an  erster  Stelle  von  Gen- 
tiana  lutea  L.,  daneben  von  G.  purpurea  L., 
G.  pannonica  Scopoli  und  G.  punctata  L. 
medizinische  Verwendung  als  Magenmittel  und 
Bittermittel,  beim  Volke  gegen  Wassersucht 
und  bei  Hautkrankheiten.  Menyanthes  tri- 
foliata L,.  eine  ausdauernde  Pflanze  der  nörd- 
lichen Halbkugel,  häufig  in  Sümpfen,  Gräben, 
an  Teichrändern,  besitzt  stengelartigen,  geglieder- 
ten, in  den  kurzen  aufsteigenden  Stengel  über- 
gehenden Wurzelstock  und  bandförmige,  drei- 
zählige,  langgestielte,  lebhaft  grüne,  frisch  etwas 
saftige  Blätter.  Die  Blättchen  fast  sitzend,  ei- 
länglich,  verkehrt-eiförmig  bis  elliptisch,  stumpf, 
fast  ganzrandig,  undeutlich  ausgeschweift  ge- 
kerbt, fiedernervig  und  völlig  kahl.  Die  Blüten 
in  langgestielten,  ziemlich  dichten  Trauben,  ge- 
stielt, von  kleinen  Deckblättchen  gestützt. 
Der  Kelch  fünfteilig,  mit  stumpfen  Absclmitten; 
die  Blumenkrone  trichterförmig,  weiß,  rosa 
punktiert,  fünfspaltig,  außen  kahl,  innen  behaart. 
5  Staubgefäße.  Der  eiförmlich  längliche  Frucht- 
knoten mit  einem  Griffel  mit  zweilappiger  Narbe ; 
die  Frucht  eine  kugelige  Kapsel  mit  5  bis  8  eiför- 
migen bräunlichen  Samen.  Die  Blätter  — 
Folia  Menyanthidis  s.  Trifolii  fibrini, 
Bitterklee  —  enthalten  als  wirksamen  Stoff 
das  Glukosid  Menyanthin  (spaltbar  in  Glukose 


und  Menyanthol).  Die  Verwendung  meist  in  Form 
des  Extraktes.  —  Auch  das  Tausendgulden - 
kraut,  Herba  Centaurii,  hat  in  iWr  Arznei- 
kunde zurzeit  nur  untergeordnete  Bedeutung, 
ist  aber  als  Volksmittel  mich  sehr  geschätzt. 
Die  ein-  bis  zweijährige,  in  15ergwäldern,  auf  lich- 
ten Waldstellen,  trockenen  Wiesen  Nordafrikas, 
Westasiens,  Süd-  und  Mitteleuropas,  Nord- 
amerikas heimische  Pflanze  besitzt  kahlen,  vier- 
bis  sechskantigen,  bis  30  cm  hohen,  hohlen,  unten 
einfachen,  oben  gabelteiUgen  Stengel,  hellgrüne 
und  kreuzgegenständige,  sitzende  bis  kurzge- 
stielte, verkehrt-eiförmige  oder  eiförmig-lanzett- 
liche, drei-  bis  fünfnervige,  ganzrandige,  kahle 
Blätter  und  sympodiale,  fünfzählige,  hellrosa 
Blüten  in  dichten,  doldig  erscheinenden,  wieder- 
holt dichasisch  verzweigten  Rispen.  Der  Frucht- 
knoten einfächerig,  aus  2  Fruchtblättern  ge- 
bildet, die  Frucht  eine  Kapsel.  Das  Kraut  ent- 
hält 0,3%  Erythrocentaurin  (geschmacklos), 
Erytaurin,  Bitterstoff  usw.  —  Die  meiste 
Verwendung  findet  die  Enzianwurzel,  Radix 
Gentiaiaae.  Gentiana  lutea  L.,  die  Haupt- 
lieferantin der  Wurzel,  wird  bis  über  1  m  hoch, 
findet  sich  in  den  Gebirgen  Mittel-  und  Süd- 
europas (in  Deutschland  im  Schwarzwald,  den 
Vogesen  und  den  Alpen).  Der  Stengel  aufrecht, 
un verästelt,  stielrund,  kräftig;  die  kahlen  grund- 
ständigen Blätter  gestielt,  bis  über  30  cnl  lang, 
länglich,  stumpf,  ganzrandig,  am  Grunde  scheidig ; 
die  oberen  Blätter  stengelumfassend,  eiförmig, 
ganzrandig,  etwas  gefaltet,  fünfnervig.  Die  zahl- 
reichen Blüten  am  Ende  des  Stengels  und  in  den 
Achseln  der  oberen  Blattpaare  in  Scheinwirteln. 
Die  Blüten  gestielt,  ansehnlich,  gelb,  fünf-  bis 
sechszipfelig,  flach  ausgebreitet;  der  Kelch  blaß- 
gelb und  in  2  Hälften  gespalten.  5  Staubgefäße. 
Der  Fruchtknoten  seitlich  etwas  zusammen- 
gedrückt, der  Griffel  mit  2  zurückgebogenen 
Narben.  Die  Frucht  eine  in  2  Klajjpen  auf- 
springende Kapsel  mit  zahlreichen  geflügelten 
Samen.  G.  pannonica  Scopoli  ist  heimisch  in 
den  österreichischen  und  süddeutschen  Alpen, 
in  der  Schweiz,  Siebenbürgen,  Ungarn,  Böhmen 
und  Norwegen,  G.  purpurea  L.  in  den  Alpen, 
Pyrenäen,  Apenninen,  Siebenbürgen  und  Nor- 
wegen und  G.  punctata  L.  in  den  Karpathen, 
den  Alpen  und  den  Sudeten.  Gebräuchlich  sind 
die  getrockneten  ganzen  unterirdischen  Teile 
ziemlich  kräftiger,  älterer  Pflanzen,  der  Wurzel- 
stock mit  den  bis  über  60  cm  langen  Wurzeln. 
Die  Wurzel  ist  frisch  fleischig  und  weißlich,  nach 
dem  Trocknen  stark  eingeschrumpft,  mehr  oder 
weniger  längsrunzelig,  an  der  Oberfläche  rötlich- 
braun bis  dunkelbraun,  auf  dem  Bruch  rötlich- 
gelb, glatt,  weder  holzig,  noch  faserig,  nochmehlig. 
In  der  frischen  Wurzel  Rohrzucker,  Gentia- 
nose  und  das  bittere  Glukosid  Gentiopikrin 
(spaltet  sich  in  Glukose  und  Dextrose),  beim 
Trocknen  verschwinden  allmählich  diese  Stoffe; 
in  der  getrockneten  Wurzel  Gentisin  (ge- 
schmacklos), Gentiin,  Bitterstoff,  Farb- 
stoffe, Fett  usw. 

Primulaceeu.  Giftige,  arzneilich  nicht  ver- 
wendete Knollen  besitzt  das  europäische  Alpen- 
veilchen, auch  europäische  Erdscheibe  be- 
nannt, Cyclamen  europaeum  L.  Einein  Süd- 
und  .Alitteleuropa  im  Gebirge  an  schattigen, 
feuchten  Orten  heimische  Pflanze  mit  knolligem, 
abgeplattet  rundlichem,  scheibenförmigem  Wur- 
zelstück,    langgestielten,    grundständigen,    rund- 


Heil-  und  Giftpflanzen 


281 


lich-herzförniigen,  kahlen,  obev.seits  dunkelgrün- 
iind  weißgefleckten,  unterseits  heller-  oder 
purpurfarbigen,  am  Kande  gezähnelten  Blättern. 
Die  Blüten  einzeln,  langgestielt,  rosenrot,  nickend. 
Der  Kelch  fünfteilig,  bis  zur  Fruchtreife  bleibend; 
die  Blumenkrone  fünfblättrig,  nach  der  Be- 
fruchtung abfallend,  mit  kurzer,  glockenförmiger 
Eöhre  und  fünfteiligem  Rande,  die  Zipfel  spitz. 
Blattstiele  und  Blütenstiele  rot  gefärbt.  5  konisch 
zusammengeneigte  Staubblätter;  der  Frucht- 
knoten eiförmig,  einfächerig,  der  fadenförmige 
Griffel  mit  unscheinbarer  Isarbe.  Die  Frucht 
eine  kugelige  oder  eiförmige,  fünffächerige,  viel- 
samige  Kapsel.  In  den  Knollen  das  giftige 
Glukosid  Cyclamin. 

Apocynaceen.  Der  Oleander,  Nerium 
Oleander  L.,  ein  von  Portugal  bis  Mesopo- 
tamien heimischer  Strauch  oder  Baum  mit  lineal- 
lanzettförmigen, schmalen,  spitzen,  ganzrandigen, 
glatten,  kahlen  und  lederartigen  Blättern  und 
rosenroten,  seltener  weißen  Blüten  in  end- 
ständigen, trugdoldigen  Rispen.  Der  Kelch 
fünfteilig,  am  Grunde  innen  drüsig  behaart, 
bleibend ;  die  Blumenkrone  trichterförmig-röhrig 
mit  tellerartig  ausgebreitetem,  fünfteiligem,  un- 
gleich gelapptem  Saum  und  einer  Nebenkione 
mit  zweispaltigen,  spitzen  Läppchen.  5.  Staub- 
blätter mit  langem,  seidig  behaartem,  spiralig 
gedrehtem,  federartigem  Fortsatz.  Der  Frucht- 
knoten zweifächerig;  die  Frucht  säulenförmig, 
aus  2  verwachsenen  Balgkapseln  gebildet,  zwei- 
fächerig, vielsamig;  die  Samen  geschöpft.  An- 
wendung der  Blätter  (in  Form  der  Tinktur)  als 
zeitweiliger  Ersatz  für  Digitalis,  früher  gegen 
chronischen  Hautausschlag,  in  Bulgarien  noch 
jetzt  als  menstruationsbeförderndes  Mittel  und 
Abtreibungsmittel.  Enthalten  Pseudocurarin 
(ein  Gemenge  von  Oleandrin  mit  indifferenten 
Stoffen)  und  Oleandrin  (Glukosid)  bezw.  nach 
anderen  Angaben  die  Glukoside  Oleandrin, 
Neriin  und  Xeriantin.  — •  Eine  wichtige  Heil- 
pflanze ist  Strophanthus  Kombe  Oliver, 
eine  im  tropischen  Ostafrika  bis  zum  Zambesi 
heimische  Pflanze,  deren  Samen  —  Semen 
Strophanthi,  Strophanthussamen  —  als 
harntreibendes  und  herzregulierendes  Mittel  bei 
allen  auf  Klappenerkiankung  und  Entartung 
der  Muskeln  herrührenden  und  nach  überstan- 
denen  anderen  Krankheiten  auftretenden 
Schwächezuständen  des  Herzens  in  den  Arznei- 
büchern Aufnahme  gefunden  hat.  Früher  war 
neben  der  jetzt  allein  offizinelbn  ostafrikanischen 
Str.  Kombe  Oliver  auch  die  westafrikanische 
Str.  hispidus  DC.  gebräuchlich.  Die  Frucht  aus 
2  weit  auseinandergespreizten,  nur  an  der  Basis 
zusammenhängenden  und  in  der  Bauchnaht 
aufspringenden  Balgkapseln,  bis  30  cm  lang, 
schmal,  dunkelbraun,  stark  Iängsf.,rchig.  Die  in 
großer  Zahl  vorhandenen  Samen  nach  oben 
von  einem  langgestielten  grannenartigen  Haar- 
schopf gekrönt  (ist  in  der  offizinellen  Droge 
entfernt),  etwa  9  bis  15  mm  lang,  3  bis  5  mm 
breit,  bis  3  mm  dick,  zusammengedrückt,  einer- 
seits flach,  andererseits  etwas  gewölbt,  länglich 
lineal  bis  lanzettlich,  oben  zugespitzt,  eng  an- 
gedrückt seidenglänzend  behaart.  In  den  Samen 
8  bis  8,5%  Strophanthin  (ein  stickstofffreies, 
amorphes,  leicht  in  Strophanthidin  spaltbares 
Glukosid),  daneben  Kombesäure,  Cholin, 
Trigonellin  usw.  Die  Strophanthussamen  ge- 
hören zu'unseren  stärksten  Herzgiften,  sie  bilden 


den  Hauptbestandteil  des  Kombepfeilgiftes 
(vgl.  den  Anhang  zu  diesem  Artikel  „Pfeil- 
gifte und  Pfeilgiftpflanzen"). 

A  sclepiadaceen.  Marsdenia  cundurango 
Reichb.  fil.,  ein  an  den  Westabhängen  der 
Kordilleren  in  den  Grenzgebieten  zwischen 
Ekuador  und  Peru  heimischer  Kletterstrauch, 
wird  als  die  Stammpflanze  der  Condurango- 
rinde,  Cortex  Condurango,  angesehen,  eines 
anfänglich  als  Spezifikum  gegen  Magenkrebs 
gerühmten  Arzneimittels,  das  sich  später  bei 
Magenleiden  bewährt  hat.  Die  wirksamen 
Bestandteile  der  Rinde  sind  einige  Glukoside, 
von  denen  man  ein  a-,  ß-,  7-,  d-  und  £-Condu- 
rangin  unterscheidet. 

Solanaceen.  Solanum  dulcamara  L., 
der  Bittersüßnachtschatten,  ein  in  feuch- 
ten Gebüschen,  besonders  an  Flußufern,  an  Wald- 
rändern, Zäunen  durch  ganz  Europa,  Asien  und 
Nordamerika  ziemlich  verbreiteter,  ausdauernder, 
klimmender  Halbstrauch  mit  laiechendem  Wurzel- 
stock und  holzigem,  bald  liegendem,  bald  auf- 
steigendem, bald  kletterndem,  verzweigtem, 
kantigem  Stengel  mit  ziemlich  starker  Mark- 
röhre, liefert  die  in  einigen  Ländern  noch  offi- 
zinellen Bittersüßstengel,  Gaules  (Stipites) 
dulcamarae.  Die  Blätter  wechselständig,  lang- 
gestielt, eiförmig,  zugespitzt,  ganzrandig,  am 
Grunde  oft  herz-  oder  spießförmig,  die  oberen 
Blätter  oft  mit  1  bis  2  gegenständigen  Läppchen 
geöhrt,  kahl  oder  schwach  behaart.  Die  in 
gabelspaltigen,  vielblütigen  Trugdolden  stehenden 
dunkelvioletten  Blumen  mit  radförmiger,  tief 
fünf  spaltiger  Blumenkrone,  die  Lappen  eilänglich, 
nach  der  Spitze  verschmälert,  in  der  Mitte  der 
Länge  nach  gef  alten,  am  Grunde  mit  2 
drüsigen,  grünen  oder  weißen  Flecken.  Der 
Kelch  fünf  zähnig,  becherförmig,  bleibend,  grün. 
Die  lanzettförmigen  Antheren  der  5  Staubgefäße 
bilden  einen  ziemlich  spitzen,  hochgelben  Kegel, 
aus  dessen  Spitze  der  dünne,  am  Kopfe  keulen- 
förmig verdickte  Griffel  hervorragt.  Die  Früchte 
als  hängende,  glänzende,  scharlachrote,  saftige 
Beeren  von  länglichrunder  Gestalt,  zweifächerig, 
mit  zahlreichen  nierenförmigen  Samen.  Die 
Stengel  werden  in  Form  des  Extraktes  als  blut- 
reinigendes und  wassertreibendes  Mittel  verordnet. 
In  den  Stengeln  und  Blättern  der  glukosidische 
Bitterstoff  Du Ic amarin,  ferner  Dulcarin  (ein 
Süßstoff)  und  angeblich  geringe  Mengen  Solanin 
bezw.  Solanidin.  — ■  Der  schwarze  Nacht- 
schatten, Solanum  nigrum  L.,  Europa, 
Asien  und  Nordamerika,  eine  einjährige  gemeine 
Unki-autpflanze,  in  Gärten,  an  Wegen,  auf 
Schutt,  Aeckern  und  abgeholztem  Waldboden, 
hat  aufrechten,  ästigen,  kantigen,  ki-antartigen, 
bis  50  cm  hohen  Stengel  und  gestielte,  eirund- 
keilförmige, ausgeschweifte  oder  buchtig  gezähnte, 
bald  kahle,  bald  wie  der  Stengel  behaarte  Blätter. 
Die  Blüten  doldentraubig,  locker;  der  Kelch 
fünfspaltig,  bleibend ;  die  Blumenki-one  weiß, 
klein,  bis"  zur  Mitte  fünfspaltig  mit  länglich- 
eiförmigen Zipfeln.  Die  Beeren  kugelig,  schwarz 
oder  grün  bleibend,  bald  gelblich  oder  mennigrot 
werdend.  Die  Beeren  beider  Arten  sind  giftig, 
enthalten  Solanin. 

Convolvulaceen.  Von  Exogonium 
Purga  (Wenderoth)  Bentham  (=  Ipomoea 
Purga  Hayne.  Ipomoea  Jalapa  Nuttall,  Convol- 
vulus  Purga  Wenderoth),  einer  ausdauernden,  bis 
2,5  m  hohen   Pflanze  mit  krautartigem,  links- 


282 


Heil-  und  Giftpflanzen 


windendem,  verästeltem,  kahlem,  meist  rötlichem 
Stengel,  langgestiplten,  kahlen,  herzförmigen,  zu- 
gespitzten, ganzrandigen,  unterseits  oft  rötlichen 
Blättern  nnd  blattachselständigen,  ein-  bis  drei- 
blütigon  Blütenstielen  mit  großen,  granatroten, 
fünf  zähligen  Blüten  vom  Bau  der  Winde,  be- 
heimatet in  den  Gebirgsländern  der  ostmexika- 
nischen Kordilleren,  kultiviert  in  Ostindien,  auf 
Ceylon,  Jamaika  und  in  Südamerika,  sind  die 
getrockneten  Knollen  —  Tubera  Jalapae, 
Jalapen  wurzeln,  Jalapenknollen  —  als 
Abführmittel  sehr  geschätzt.  Es  handelt  sich  in 
der  Droge  um  die  einfachen  oder  zu  mehreren 
vereinigten,  im  oberen  Teile  knollig  verdickten, 
fast  kugeligen,  birnförmigen  oder  länglich- 
spindelförmigen, zwischen  walnuß-  und  faust- 
großen, aus  den  zaiilreichen  Ausläufern  hervor- 
sprossenden Neben  wurzeln.  Harte,  schwere  und 
feste,  graubraune  oder  dunkelbraune,  an  der 
Außenseite  tief  längsgefurchte,  höckerige  Wurzeln 
von  ebenem,  liornartigem  oder  etwas  mehligem, 
nicht  faserigem  und  nicht  holzigem  Bruch. 
Wirksam  ist  das  bis  zu  20%,  meist  10  bis  13% 
in  den  Knollen  enthaltene  Harz,  Resina  Ja- 
lapae, in  diesem  nach  früheren  Angaben  die 
harzartigen  Glukoside  (Glukoresene)  Convol- 
vulin  zu  95%  und  Jalapin  zu  5%.  Neuere 
Untersuchungen  nennen  Ipurganol,  j^-Methyl- 
aeskuletin,  Convol vulinolsäure,  Ipurol- 
säure  usw. 

Scrophulariaceen.  Zu  den  wichtigsten 
Heilpflanzen  ist  der  rote  Fingerhut,  Digi- 
talis purpurea  L.,  zu  rechnen,  dessen  Blätter 
—  Folia  Digitalis,  Fingerhutblätter  — 
eine  ausgedehnte  Verwendung  bei  Herzleiden 
finden.  D.  purpurea  ist  eine  zweijährige  aiif- 
rechte  Pflanze  von  30  cm  bis  2  m  Höhe,  wächst 
wild  vorzugsweise  an  lichten  Stellen  in  Bergwäl- 
dern des  westlichen  Europas  (am  Rhein,  im 
Schwarzwald,  in  den  Vogesen,  in  Thüringen,  im 
Harz  usw.).  Die  Pflanze  entwickelt  im  ersten 
Jahre  eine  Blattrosette,  im  zweiten  Jahre  einen 
aufrechten,  graufilzigen,  meist  einfachen  Stengel. 
Die  Stengelblätter  bis  30  cm  lang,  länglich- 
eiförmig bis  länglich,  stumpf  zugespitzt,  runzelig, 
in  den  dreikantigen,  geflügelten  Blattstiel  ver- 
schmälert, die  oberen  sitzend,  der  Blattrand 
unregelmäßig  gekerbt,  die  Blattspreite  oberseits 
lebhaft  grün,  schwach  behaart,  unterseits  hell- 
grün bis  graugrün  durch  filzige  Behaarung.  Die 
Blüten  in  endständiger,  einseitswendiger  Traube, 
die  einzelnen  Blüten  kurz  gestielt,  überhängend, 
am  Grunde  von  einem  lanzettlichen  Nebenblätt- 
chen gestützt.  Der  Kelch  einblättrig,  fünfspal- 
tig,  die  Zipfel  weich  behaart.  Die  Blumenkrone 
außen  kahl,  innen  behaart,  bauchig-glockig,  hell- 
purpurn mit  schwarzen,  weiß  umrandeten 
Flecken.  Der  Blütensaum  lippenförmig,  bewim- 
pert, die  Oberlippe  kurz,  mit  zurückgeschlagenen 
Zipfeln,  die  Unterlippe  dreilappig,  der  Mittel- 
lappen groß.  Zwei  längere  und  zwei  kürzere 
Staubgefäße;  der  Griffel  fadenförmig  mit  zwei- 
lappiger Narbe.  Die  Frucht  eine  eirunde,  zwei- 
klap))ige  Kapsel  mit  zahlreichen  kleinen  kantigen 
Samen.  Zum  medizinischen  Gebrauch  sind  die 
Blätter  vor  oder  während  der  Blütezeit  von  nur 
wildwachsenden  zweijährigen  Pflanzen  zu  sam- 
meln, die  im  ersten  Jahre  entwickelten  Blätter 
sind  unzulässig.  In  den  Blättern  die  Glukoside 
Digitoxin  (der  wichtigste  Stoff,  der  Gehalt 
schwankt  zwischen    0,1    bis  0,6%,   spaltbar   in 


DigitoxoseiindDigitoxigenin),  Digitonin  (liefert 
Digitogenin,  Glukose  und  Galaktose).  Digitalin 
(besteht  aus  Digitaligenin,GlukoseundDigitalose). 
Digitaleinund  Digitophyllin,  ferner  Digito- 
flavon  (ein  gelber  Farbstoff)  und  andere  Stoffe, 
die  nicht  näher  bestimmt  sind.  Anwendung  als 
herzregulierendes  und  harntreibendes  Mittel 
besonders  bei  gesunkenem  arteriellem  Blutdruck, 
bei  Schwäche  der  Herzmuskulatur  infolge  von 
Klappenfehler,  als  Fiebermittel,  bei  Lungenent- 
zündung, Wassersucht  usw.  Digitalis  lutea 
L.,  eine  in  den  Gebirgen  von  Mittel-  und  Süd- 
europa vorkommende,  bis  1  m  hohe  Pflanze,  be- 
sitzt kahlen  Stengel  und  längliche  oder  lanzett- 
förmige, spitz  gezähnte  Blätter,  die  Wurzelblätter 
gestielt,  die  Stengelblätter  sitzend,  stengelum- 
fassend. Die  Blüten  gelb,  röhrenförmig,  in  end- 
ständigen, einseitswendigen  Trauben.  Bei 
Digitalis  ambigua  Murray,  heimisch  in  den 
Gebirgen  Mitteleuropas,  der  Stengel  drüsig  be- 
haart, die  Blätter  eiförmig  oder  länglich-lanzett- 
lich, gesägt,  die  Blütenspindel  filzig  behaart, 
die  Blüten  gelb,  innen  netzförmig  rot  geädert, 
Kelch  und  Blumenkione  behaart.  —  Von  gerin- 
gerer Bedeutung  ist  Gratiola  officinalis 
L.,  das  Gottesgnadenkraut,  eine  15  bis  30, 
selbst  bis  50  cm  hohe  ausdauernde  Pflanze, 
heimisch  in  Mittel-  und  Südeuropa,  Mittelasien, 
im  südlichen  Nordamerika,  bei  uns  auf  sumpfigen 
Wiesen,  in  Gräben,  an  Flußufern,  Teichen  sehr 
häufig.  Eine  Pflanze  mit  dünnem,  kriechendem 
Wurzelstock  und  aufrechtem,  einfachem,  in  der 
oberen  Region  verästeltem,  unten  rundem  und 
meist  violettrot  angelaufenem,  oben  vierkanti- 
gem, völlig  kahlem  Stengel.  Die  Blätter  gegen- 
ständig, ungestielt,  lanzettiich,  halbstengel- 
umfassend,  parallel  drei-  bis  fünfnervig,  von  der 
Mitte  bis  zur  Spitze  entfernt  gesägt,  auf  der 
Oberseite  hellgrün  bis  gelbbraun,  auf  der  Unter- 
seite etwas  heller  und  mit  dunklen,  vertieft 
sitzenden  Drüsenpunkten  versehen.  Die  Blüten 
langgestielt,  einzeln  in  den  Blattwankeln.  Der 
Kelch  tief  fünfteilig,  am  Grunde  von  2  kleinen, 
lanzettförmigen  Vorblättchen  gestützt,  die  Kelch- 
zipfel schmal  und  spitz.  Die  Blumenkrone  trich- 
terförmig, undeutlich  zweilippig,  weiß  oder  röt- 
lich, an  der  Röhre  gelb  oder  bräunlich,  im 
Schlünde  unter  der  Oberlippe  gelb  behaart. 
2  obere  fruchtbare  und  2  untere  unfruchtbare, 
am  Grunde  mit  der  Blumenki-one  verwachsene 
Staubblätter.  Der  Fruchtknoten  zweifächerig, 
die  Frucht  eine  eiförmige,  glatte,  zweifächerige, 
zweiklappig  aufspringende,  vielsamige  Kapsel. 
Das  Kraut  enthält  an  wirksamen  Stoffen  Gra- 
tiolin  (spaltbar  in  Gratioligenin  und  Glukose), 
Gratiolonund  Gratiolinin.  Anwendung  beim 
Volke  innerlich  als  Abführmittel,  Fiebermittel, 
harntreibendes  ]\Iittel,  äußerlich  auf  Geschwüre, 
Kraut  wie  Wurzel  können  zu  Vergiftungen  Ver- 
anlassung geben. 

Cucurbitaceen.  Die  Frucht  der  einjähri- 
gen, einhäusigen,  im  tropischen  Afrika,  Nord- 
ostafrika, Syrien,  Persien,  Südarabien,  Ostindien 
und  auf  Ceylon  heimischen,  in  Südspanien, 
Portugal,  auf  Cj^jern  angebauten  Wüstenpflanze 
Citrullus  colocynthis  (L.)  Schrader,  der 
Koloquinthe,  oder  ein  aus  ihr  bereitetes 
Extrakt  wird  als  kräftiges  Abführmittel  bei  star- 
ker Kotverhaltung,  Gicht,  Stockung  der  ]\Ien- 
struation,  Wassersucht  usw.  verordnet.  Eine 
Pflanze   mit  dicker,  fleischiger   Wurzel,  nieder- 


Heil-  und  Giftpflanzen 


283 


liegendem  oder  kletterndem,  verzweigtem,  dün- 
nem, gefurchtem,  etwas  steifhaarigem  Stengel 
und  abwechselnden,  langgestielten,  länglich-herz- 
förmigen, stumpf  zugespitzten,  stumpf  buchtig 
gezähnt-gelappten,  besonders  unterseits  weiß- 
zottigen Blättern.  Letzteren  gegenüber  ent- 
springen spiralig  gewundene  einfaclie  oder  zwei- 
spaltige Runken.  Die  Blüten  einzeln  in  den 
Blattwinkeln,  einhäusig,  mit  fast  runder  gelber, 
glockenförmiger,  tief  fünfteiliger  Blumenkrone, 
die  männlichen  Blüten  mit  3  Staubgefäßen,  die 
weiblichen  Blüten  mit  unterständigem  Frucht- 
knoten und  3  bis  5  unfruchtbaren  Staubfäden. 
Die  Beerenfrüchte  von  der  Größe  eines  Apfels, 
kugelig,  sehr  leicht,  innen  locker  und  schwammig, 
außen  von  einer  dünnen,  gelben,  glatten,  harten 
Haut  umgeben.  Die  Früchte  dreifächerig,  schein- 
bar sechsfächerig,  jedoch  aus  dem  dreifächerigen, 
unterständigen  Fruchtknoten  hervorgegangen, 
in  jedem  Fache  ein  zweischenkliger  Samenträger, 
an  den  Enden  des  letzteren  die  zahlreichen  kl.  inen, 
eiförmigen,  zusammengedrückten, gelblichen  glän- 
zenden Samen.  Haut  und  Samen  sind  in  der 
pharmazeutisch  verwendeten  Droge  entfernt. 
Als  wirksame  Substanz  wurde  früher  ein  zu  0,6 
bis  2%  in  dem  Fruchtfleisch  vorkommender 
glukosidischer  Bitterstoff  Colocynthin  (=  Ci- 
trullin)  angegeben;  neuere  Untersuchungen  nen- 
nen ätherisches  Oel,  Harz,  ein  Alkaloid, 
a-Elaterin,  den  Alkohol  Citrullol  usw. ;  die 
Samen  enthalten  nur  sehr  geringe  Mengen  Colo- 
cynthin. 

Compositen.  Der  AYermut,  Artemisia 
Absinthium  L.  (=  Absinthium  officinale 
Rieht.),  eine  in  Süd- und  Mitteleuropa,  West- und 
Nordasien,  Nordafrika  weitverbreitete  aus- 
dauernde Pflanze,  häufig  in  Bauerngärten  an- 
gepflanzt, im  größeren  ^Maßstäbe  in  einigen 
Gegenden  Deutschlands  in  Kultur.  Der  Stengel 
bis  1,2  m  hoch,  aufrecht,  ästig,  rund,  kurz  und 
zart  behaart,  gestreift.  Die  Grundblätter  drei- 
eckig-rundlich bis  eirundlich,  langgestielt,  drei- 
fach gefiedert;  die  mittleren  Stengelblätter 
doppelt-  und  einfachgefiedert  und  allmählich 
kürzer  gestielt;  die  oberen  Blätter  der  Blüten- 
region ungestielt,  ungeteilt  und  lanzettförmig. 
Alle  Blätter  oberseits  mattgrau,  unterseits  silber- 
grau, Blätter  wie  Stengel  seidenartig  glänzend 
und  filzig  behaart.  Die  Blütenkörbchen  in  reich 
verzweigten,  rispigen  Blütenständen,  die  Köpfchen 
fast  kugelig,  gestielt,  nickend,  einzeln  oder  zu 
zweien  in  der  Achsel  eines  lanzettförmigen  oder 
spateiförmigen  Deckblattes.  Zahlreiche  gelbe 
zwitterige  Röhrenblüten,  sehr  vereinzelt  auch 
weibliche  Randblüten  ohne  Zunge.  In  den  ge- 
trockneten blühenden  Zweigspitzen  und  Blättern 
als  wirksames  Prinzip  der  Bitterstoff  Absin - 
thiin,  daneben  0,5  bis  2%  ätherisches  Oel, 
Gerbstoff  usw.  Verwendet  als  Magenmittel, 
Bittermittel,  Betäubungsmittel,  Excitans  usw., 
beim  Volke  gegen  Skrofeln,  Würmer,  bei  Wasser- 
sucht. In  der  Likörfabrikation  zur  Bereitung 
des  Extrait  d'Absinthe. 

5c)  Pflanzen  mit  nicht  glukosi- 
dischen  Bitterstoffen.  Als  derartige 
Bitterstoffe  bezeichnen  wir  indifferente, 
nur  aus  Kohlenstoff,  Wasserstoff  und 
Sauerstoff  bestehende,  meist  bitter- 
schmeckende,   farblose    oder    nur   schwach- 


gefärbte, meist  kristallinische  Körper,  die  sich 
schwer  in  Wasser,  leicht  in  Alkohol  und 
Aether  lösen  und  vorläufig  unter  andere 
Verbindungen  nicht  eingereiht  werden  können. 

Simarubaceen.  Im  Handel  unterscheidet 
man  2  Quassiahölzer,  das  Jamaika-Bitter- 
holz, Lignum  Quassiae  jamaicense  von 
Picrasma  excelsa  (Sw.)  Planchon  (=  Picraena 
excelsa  Lindlay,  Quassia  excelsa  Swartz),  einem 
in  Westindien  heimischen,  stattlichen,  17  bis 
20  m  hohen  Baum,  und  das  Surinam-Bitter- 
holz, Lignum  Quassiae  surinamense  von 
Quassia  amara  L.  fil.,  einem  bis  iy^.  ^^  hohen 
Strauch  oder  kleinen  Baum,  im  tropischen  Ame- 
rika heimisch,  hier  und  in  Brasilien,  Kolumbien 
kultiviert.  Beide  Hölzer  enthalten  Bitterstoffe, 
welche  gemeinsam  als  Qu  assiin  bezw.  Picras- 
min  bezeichnet  werden,  sie  werden  als  Gift  für 
Spulwürmer  und  als  Fliegengift  verwendet. 
Picraena  excelsa  hat  zerstreute,  unpaarig 
gefiederte  Blätter,  jedes  Blatt  aus  11  bis  17 
Blättchen,  die  seitlichen  kurz  gestielt,  oval- 
länglich, lang  und  stumpf  zugespitzt,  ganzrandig, 
an  der  Mittelrippe  rötlich,  das  endständige 
Blättchen  schmaler  und  länger  gestielt.  Die  Blü- 
ten am  Ende  der  Zweige  in  den  Blattwinkeln  in 
kleinen,  ästigen  Rispen,  die  Blume  klein,  gelblich- 
grün, ausgebreitet.  5  Staubgefäße.  Bei  Quassia 
amara  die  Blätter  zerstreut,  einfach,  gedreit 
oder  unpaarig  gefiedert,  mit  geflügeltem,  geglie- 
dertem, rotem  Blattstiel,  die  Blättchen  sitzend, 
glatt,  länglich,  zugespitzt,  ganzrandig,  glänzend, 
an  den  Mittelrippen  und  am  Blattstiele  rot. 
Die  Blüten  am  Ende  der  Zweige  und  auf  kurzen 
Seitenästchen  in  ansehnlichen  aufrechten  Trauben 
oder  Rispen,  mit  rotem,  kleinem,  fünfteiligem 
Kelch  und  hochroter,  fünfblättriger,  zylindrisch- 
kegelförmiger Blumenkione.     10  Staubgefäße. 

Euphorbiaceen.  Croton  eluteria  (L.) 
Bennet,  ein  bis  6  m  hoher  baumartiger  Strauch 
Westindiens  (Bahama-Inseln)  mit  abwechselnden, 
gestielten,  fast  herzförmigen,  eilanzetthchen, 
stumpf  zugespitzten,  unterseits  mit  feinen,  glän- 
zenden, silberweißen  Schilfern  bedeckten,  leder- 
artigen Blättern  und  kleinen  Blüten  in  ein- 
fachen, achsel-  oder  gipfelständigen,  einhäusigen 
Aehren,  ist  die  Stammpflanze  der  medizinisch 
als  Magen-  und  Bittermittel  verwendeten  Cas- 
carillrinde,  Cortex  Cascarillae.  Die  Wir- 
kung beruht  auf  dem  Bitterstoff  Cascarillin, 
auf  dem  Harzgehalt  (15%)  und  dem  Gehalt 
an  ätherischem  Oel  (1  bis  3%).  —  Der  im 
südlichen  Asien,  auf  Neuguinea,  im  Norden  und 
Osten  Australiens  heimische,  weit  verbreitete 
Mallotus  philippinensis  (Lam.)  Müller 
Argov.  (=  Rottlera  tinctoria  Roxburgh),  ein 
bis  über  10  m  hoher  immergrüner  zweihäusiger 
Baum  mit  länglich-elhptischen  oder  länglich- 
eiförmigen, fast  ganzrandigen,  oberseits  kahlen, 
unterseits  flaumig  behaarten  Blättern  und  zwei- 
häusigen  Blüten  in  achselständigen  und  gipfel- 
ständigen Trauben,  liefert  die  als  Band  Wurm- 
mittel sehr  geschätzte  Kamala.  Letztere  ist 
der  von  den  etwa  1  cm  großen  dreisamigen  Kapsel- 
früchten abgeriebene  Ueberzug,  bestehend  aus 
Drüsen  und  Büschelhaaren  der  Epidermis,  ein 
leichtes,  feines,  weiches,  nicht  klebendes,  ungleich- 
förmiges, braunrotes  Pulver.  In  der  Droge  etwa 
80%  Harz,  in  diesem  u.  a.  das  wirksame  Rott- 
lerin  (=  Mallotoxin,  Kamalin). 


284 


Heil-  und  Giftpflanzen 


Compositen.  Von  Arnica  montaiia  L., 
'lern  Wohlvorloili.  einer  ausdauernden,  bis  45, 
oeiten  bis  GO  cm  hohen  Pflanze,  auf  waldreichen 
feuchten  und  moorifcen  l^ergwiesen  in  ganz  West- 
nnd  Mitteleuropa,  seltener  in  der  h'.beiie,  sind  die 
Blüten,  Blätter  und  Wurzeln  gebräuchlich,  doch 
nur  die  ersteren  offizinell.  Die  Wurzel  getrocknet 
fast  zylindrisch,  meist  bogenförmig  gekrümmt, 
von  den  Narben  der  abgestorbenen  Stengel  und 
Blätter  etwas  höckerig,  unterseits  mit  zahl- 
reichen dünnen,  leicht  zerbrechlichen  Xeben- 
wurzeln.  Der  Stengel  aufrecht,  drüsig-flaumig 
behaart,  sehr  spärlich  beblättert.  Die  grund- 
ständigen Blätter  kreuzgegenständig,  dicht  ge- 
drängt, fast  rosettenförmig,  länglich-verkehrt- 
eiförmig oder  verkehrt-lanzettförmig,  spitz  oder 
etwas  stumpf,  kurz  gestielt  oder  sitzend,  in  den 
Blattstiel  verschmälert,  fast  ganzrandig  und 
meist  fein  gewimpert,  oberseits  hochgrün,  weich- 
und  drüsenartig-zottig  oder  fast  kahl,  unterseits 
gelbgrün,  etwas  zottig  oder  auch  fast  kahl  und 
matt.  Diegrundständigen  Blätter  fünf- bis  sieben-, 
die  Stengelblätter  dreinervig,  kleiner.  Die  Blüten- 
köpfchen aus  14  bis  20  rotgelben,  zungenförmigen. 
weiblichen  Strahlblüten  und  zahlreichen  zwitte- 
rigen, fünf  zipfeligen,  röhrigen  Scheibenblüten, 
von  einem  vielblättrigen,  aus  2  Reihen  von 
Hüllblättchen  gebildeten  Hüllkelcheingeschlossen. 
Der  Fruchtknoten  unterständig,  die  Früchte 
beiderseits  zugespitzt,  rauhhaarig,  der  sitzende 
Pappus  aus  einer  Reihe  mit  kurzen  Haaren  be- 
setzter Borsten.  In  allen  Teilen  der  Pflanze 
Arnicin  (in  den  Blüten  zu  4%,  ein  amorpher 
Bitterstoff,  der  wirksame  Bestandteil).  An- 
wendung beim  Volke  innerlich  und  äußerlich 
als  anregendes  Mittel  auf  das  Nerven- und  Gefäß- 
system, bei  Lähmung,  Epilepsie,  Rheumatismus 
usw.  — ■  Aus  den  Blüten  der  Wurmsamen- 
pflanze, Artemisia  Cina  Berg,  in  Persien, 
Turkestan,  Buchara  heimisch,  im  russischen 
Turkestan  (in  den  Bezirken  Tschimkent  und 
Aulie-ata)  kultiviert,  wird  das  San  tonin 
(CigHigOg)  gewonnen,  ein  ausgezeichnetes  Heil- 
mittel gegen  Spulwürmer.  Ein  bis  50  cm  hoher 
Halbstrauch  mit  mehreren,  im  oberen  Teile  rispig 
verzweigten  Stengeln,  fiederschnittigen  Blättern 
und  zahlreichen  sitzenden  Blütenköpfchen  in 
einfachen  Aehren.  Im  unaufgeblühten  Zustand  die 
Blütenköpfchen  bis  4  mm  lang,  länglich,  beider- 
seits zugespitzt,  fast  kahl,  aus  3  bis  6  gelblichen 
zwitterigen  Blütenknospen  und  12  bis  20  breit- 
elliptischen bis  lineal-länglichen,  dachziegelig 
sich  deckenden  Hüllkelchblättern.  Die  Blüten- 
köpfchen, Flores  Cinae,  Zit  wer  bluten, 
fälschlich  Zitwersamen  und  Wurmsamen  genannt, 
werden  vor  dem  Aufblühen  gesammelt  (zu  dieser 
Zeit  ist  der  Gehalt  an  Santonin  am  höchsten),  doch 
wird  der  größte  Teil  der  Droge  an  Ort  und  Stelle 
auf  Rohsantonin  (1  bis  2,5%)  verarbeitet.  — 
Luctuca  virosa  L.  (=  L.  sinuata  Forskael, 
L.  silyestris  Lam.),  der  Giftlattich,  eine 
ein-  bis  zweijährige,  bis  1,8  m  hohe  Pflanze, 
heimisch  an  trockenen  felsigen  Stellen  und  in 
Hecken  im  südlichen  und  westlichen  Europa, 
in  Nordafrika  und  Nordasien,  zwecks  Gewinnung 
des  Milchsaftes  in  Deutschland  (an  der  Mosel), 
Oesterreich,  England,  Frankreich  und  Rußland 
angebaut.  In  P>ankreich  und  England  ist  auch 
L.  ixltissima  M.  Bieberstein,  in  England  die 
Varietät  montana,  in  den  Vereinigten  Staaten 
Nordamerikas    L.    canadensis    L.    in    Kultur. 


Der  eingetrocknete  Milchsaft  der  Pflanze,  das 
Lactucarium,  dient  als  Beruhigungsmittel  bei 
Krämpfen,  Hustenreiz,  Asthma,  nervöser  Er- 
regung, Schlaflosigkeit  usw.,  das  zur  Blütezeit 
gesammelte,  gut  getrocknete  Kraut  —  Herba 
Lactucae  virosae,  Giftlattichkraut  — • 
und  ein  aus  der  frischen  Pflanze  bereitetes  Ex- 
trakt finden  gleiche  Verwendung.  L.  virosa 
[hat  geraden,  aufrechten,  unten  einfachen,  in  der 
Blütenregion  rispig  verzweigten  Stengel,  der  untere 
Teil  holzig,  borstig  und  häufig  rot  gefleckt,  der 
obere  Teil  kahl,  hellgrün,  krautartig.  Die  Blätter 
spiralig  angeordnet,  horizontal  abstehend,  läng- 
lich verkelirt-eiförmig,  die  grundständigen  in  den 
Blattstiel  verschmälert,  die  stengelständigen 
sitzend,  mit  pfeilförmiger  Basis  stengelum- 
fassend, alle  stumpf  oder  spitz,  die  oberen  fast 
ganzrandig,  etwas  stachelig  gezähnt  und  ungeteilt, 
die  unteren  mehr  oder  weniger  buchtig,  alle  unter- 
seits auf  den  Nerven,  besonders  auf  der  Älittel- 
rippe  steif  borstig,  sonst  kahl.  Die  kleinen 
Blütenköpfchen  in  zusammengesetzter  vielver- 
zweigter Rispe,  alle  Aeste  laufen  wie  die  Haupt- 
achse in  ein  terminales  Köpfchen  aus.  Die 
Blüten  zwitterig,  zungenförmig  und  gelb.  Im 
Milchsaft  0,3%  Lactucin  (Bitterstoff),  bis  GQ^o 
Lactucerin  (=Lactucon,  Lattichfett),  Lactu- 
pikrin  usw. 

5d)  Schleimführende  Pflanzen.  Algen. 
Rhodophyceen.  Zwei  an  felsigen  Küsten 
der  Nordsee  und  des  Atlantischen  Ozeans 
vorkommende  Rotalgen,  Chondrus  crispus 
(L.)Stackhouse  (  =  Sphaerococcus  crispus  Agardh) 
und  in  geringerer  Menge  Gigartina  mamillosa 
(Gondenough  und  Wood  ward )  Agardh  (  =  Sphaero- 
coccus  mamillosus  Agardh)  liefern  ausgewaschen, 
an  der  Sonne  gebleicht  und  getrocknet  das 
irländische  Moos,  den  Knorpeltang,  Car- 
rageen,  Alga  Carrageen.  Chondrus  cris- 
pus am  Grunde  meist  stielartig,  einfach,  mit 
einer  kleinen,  beim  Einsammeln  abgerissenen 
Haftscheibe;  der  getrocknet  knorpelige,  fleischige 
Thallus  bis  15  cm  im  Durchmesser,  flach,  gallert- 
artig, laubartig,  wiederholt  gabelig  in  breitere 
und  schmälere  Lappen  geteilt,  die  Verästelungen 
entweder  schmal,  zusammengedrückt  stielrund, 
in  linealische,  hirschhornähnliche  Spitzen  aus- 
laufend oder  seltener  keilig-lappig  verbreitert, 
dann  an  der  Spitze  meist  kraus  geschlitzt.  Die 
Kapselfrüchte  (Cystocarpien)  eingesenkt,  ragen 
nur  wenig  hervor.  Bei  Gigartina  mamillosa 
der  Thallus  flacher,  dünner,  getrocknet  etwas 
rinnig  und  sehr  kraus,  die  Cystocarpien  treten 
warzenförmig  auf  beiden  Seiten  aus  dem  Thallus 
hervor.  Medizinisch  verwendet  in  Abkochung 
als  leicht  verdauliches  Nahrungsmittel  für  Kranke, 
als  reizmilderndes,  einhüllendes  Mittel  bei  Husten, 
Lungenkranklieiten,  bei  Skrophulose  usw.,  tech- 
nisch als  Klärmittel,  Klebemittel,  Bindemittel 
bei  Wasserfarben,  zur  Jodgewinnung.  Enthält 
bis  zu  80%  Basserin  (=  Pararabin,  Carra- 
genin,  Carrageenschleim)  usw.;  in  der  nicht 
mehr  als  16%  betragenden  Asche  Chloride, 
Bromide  und  Jodide. 

Flechten.  Das  isländische  Moos,  Cetra- 
ria islandica  (L.)  Acharius  (=  Liehen  islandicus 
L.,  Physcia  islandica  DC),  eine  über  den  größten 
Teil  der  nördlichen  Halbkugel  verbreitete,  stets 
auf  der  Erde  wachsende  Strauchflechte,  in 
Nordeuropa  in  der  Ebene,  im  mittleren  und  süd- 


Heil-  und  Giftpflanzen 


285 


liehen  Europa  auf  höheren  Bergen,  findet  als 
schleimiges  Arzneimittel  bei  Lungenkrankheiten, 
ferner  als  Stärkungsmittel,  Magenmittel,  im  hohen 
Norden  als  Nahrungsmittel  Verwendung.  Die 
Pflanze  wird  im  Harz,  Fichtelgebirge,  in  den 
Alpen  usw.  für  den  Lokalgebrauch  gesammelt, 
kommt  in  größeren  Mengen  aus  Skandinavien, 
Frankreich,  Spanien,  Tirol,  der  Schweiz,  nicht 
aber  aus  Island  in  den  Handel.  Eine  blattartig- 
strauchige,  rasenbildende  Strauchflechte,  bis 
10  cm  hoch,  aufrecht  oder  aufsteigend,  fast  laub- 
artig, unregelmäßig  gabelig  verzweigt,  beider- 
seits glatt,  am  Grunde  rinnig,  die  Zweige  gabelig 
gelappt,  an  den  Rändern  mehr  oder  weniger  um- 
gerollt, gefranst.  Überseits  olivengrün  bis  kasta- 
nienbraun, am  Grunde  meist  weiß  oder  blutrot, 
unterseits  grauweißlich  oder  hellbräunlich,  mit 
weißen  eingesenkten  Flecken.  Die  Droge  — 
Liehen  islandieus  — •  enthält  als  wirksamen 
Stoff  bis  zu  70 °p  Lichenin  (Flechtenstärke), 
daneben  Dextrolichenin ,  Protolichesterin- 
säure,  Lichesterinsäure,  Cetrarin  (Bitter- 
stoff) usw. 

Orchidaceen.  Von  einer  Anzahl  Arten  der 
Gattungen  Orchis,  üphrys,  Piatanthera 
und  Gymnadenia,  Europa,  Vorderasien ,  werden 
die  in  Deutschland  (im  Rhöngebiet,  Taunus, 
Odenwald  usw.)  und  Kleinasien  gesammelten 
Knollen  — ■  Tubera  Salep,  Salepknollen  — 
ihres  Schleimgehaltes  wegen  (etwa  50  %)  als 
innerliches  Mucilaginosum,  reizmilderndes  und 
einhüllendes  ]\Iittel  bei  Diarrhöen  und  Darm- 
katarrli  der  Kinder  medizinisch  verwendet.  Zu 
nennen  sind  Orehis  Morio  L.,  ü.  maseula  L., 
0.  pallens  L.,  0.  coriophora  L.,  0.  globosa 
L.,  0.  ustulata  L.,  0.  militaris  L.,  0.  papi- 
lionacea  L.,  0.  fusca  Jaccj.,  0.  tridentata 
Scop.,  0.  palustris  Jacq.  mit  ungeteilten 
kugeligen,  eirunden  oder  länglichen  IvnoUen 
(nur  diese  sind  in  Deutschland  pharmazeutisch 
zulässig),  0.  maculata  L.,  0.  latifolia  L., 
0.  sambueina  L.,  0.  incarnata  L.  mit  band- 
förmig gelappten  oder  doch  zwei-  bis  mehr- 
zackigen Knollen,  üphrys  arachnites  Murr., 
0.  aranifera  Huds.,  Ö.  apifera  Huds.,  0. 
myodes  L.,  Anacamptis  pyramidalis  Rieh, 
mit  rundlichen  und  Gymnadenia  conopea 
R.  Br.  und  G.  o  d  o  r  a  ti s  s i  m  a  Rieh,  mi t  gelappten 
Knollen.  Ausdauernde  Pflanzen  mit  am  Grunde 
2  länglichen,  verkehrt-eiförmigen  Knollen, 
dem  schwammigen  Mutterknollen  mit  dem 
blühenden  aufrechten  Sproß  und  dem  glatten, 
festen  und  fleischigen  Tochterknollen  mit  der 
Knospe  für  die  nächste  Vegetationsperiode.  Nur 
die  Tochterknollen  sind  pharmazeutisch  gebräuch- 
lich. Getrocknet  etwa  0,5  bis  3  cm  dick,  2  bis 
4  cm  lang,  mehr  oder  weniger  geschrumpft, 
außen  gelblich,  unregelmäßig  gefurcht,  bald 
glatt,  bald  rauher,  auf  dem  Bruch  hornartig. 

Papilionaceen.  Von  Trigonella  foenum 
graecum  L.,  dem  Bockshornklee,  werden 
die  schleimhaltigen  Samen  —  Bockshorn- 
samen, Semen  Foenugraeci  —  in  der 
Tierarzneikunde  als  auswurfbeförderndes  Mittel 
gegen  Katarrh  der  Larynx  und  der  Bronchien, 
bei  Druse  der  Pferde  verordnet.  Die  Pflanze 
ist  einjährig,  krautartig,  im  Mittelmeergebiet 
wie  im  westlichen  und  südlichen  Asien  heimisch 
und  besonders  in  Südeuropa,  Indien,  Marokko, 
Aegypten  in  Kultur.    Der  Stengel  30  bis  60  cm 


hoch,  aufrecht,  rund,  glatt,  steif;  die  Blätter  ab- 
wechselnd, zum  Teil  lang  gestielt  (am  Grunde 
des  Blattstieles  2  zugespitzte  Nebenblätter), 
dreizählig,  die  einzelnen  Blättchen  länglich- 
keilförmig oder  verkehrt-eiförmig,  stumpf  oder 
mehr  oder  weniger  ausgerandet,  glatt,  gegen  die 
Basis  unten  sehwach  behaart,  das  mittlere  Blatt 
etwas  länger  gestielt.  Die  Blüten  einzeln  oder 
zu  zweien,  achselständig,  ungestielt,  blaßgelb. 
Die  Samen  zu  10  bis  20  in  den  etwa  bis  10  cm 
langen,  nachunten  schwach  siehelförmiggekrümm- 
ten,  am  Ende  in  eine  lange,  feine  und  hohle 
Spitze  auslaufenden  netzartig  geäderten  Hülsen. 
Die  Samen  getrocknet  sehr  hart,  bräunlichgelb 
oder  braunrot,  sehr  ungleich  gestaltet  (fast 
rhombisch-vierseitig  oder  flach  rautenförmig), 
etwas  zusammengedrückt,  durch  eine  tief  ein- 
sehneidende Furche  in  zwei  ungleiche  Teile 
geteilt.  In  den  Samen  28%  Schleim  (der 
wirksame  Stoff),  die  Alkaloide  Trigonellin 
(C,H,NO,,  zu  0,13%,  ohne  physiologische  Wir- 
kung) und  Cholin,  fettes  Oel,  ätherisches 
Oel  usw. 

Linaceen.  Linum  usitatissimum  L., 
der  Lein,  Flachs,  eine  ein-,  zuweilen  zwei- 
jährige, bis  60  cm  hohe,  wildwachsend  nicht 
bekannte,  sehr  alte  Kulturpflanze,  zurzeit  mit 
Ausnahme  der  äquatorialen  Länder  fast  überall 
angebaut,  liefert  den  Leinsamen,  Semen 
Lini  und  das  Leinöl,  Oleum  Lini.  Man 
kultiviert  den  Flachs  vorwiegend  als  Gespinst- 
pflanze, nur  einige  Länder  (besonders  Indien, 
Rußland,  Algerien,  Aegypten,  Brasilien,  die 
Vereinigten  Staaten  Nordamerikas)  bauen  die 
Pflanze  auch  der  ölreichen  Samen  wegen.  Man 
unterscheidet  Leinsaat  (für  die  Aussaat  be- 
stimmte, ausgereifte,  keimfähige  Samen,  nur 
diese  sind  pharmazeutisch  gebräuchlich)  und 
Schlagsaat  (dient  der  Oelgewinnung,  vielfach 
unausgereifte  Samen,  ein  Nebenprodukt  der 
Flachsgewinnung).  Der  Stengel  einzeln,  aufrecht, 
kahl,  unten  einfach,  oben  ästig;  die  Blätter  zer- 
streut, lineal-lanzettlich,  spitz,  ungestielt,  ganz- 
randig,  glatt.  Die  Blüten  in  doldentraubigen 
Rispen,  hellblau  oder  weiß,  lang  gestielt,  fünf- 
zählig.  Die  fünffäeherigen,  durch  5  wandständige, 
unvollständige,  nicht  bis  zum  Zentrum  reichende 
Scheidenwände  zehnfächerigen  Kapseln  mit  10 
stark  flachgedrückten,  länglich-eiförmigen, scharf- 
kantigen, 4  bis  6  mm  langen,  glatten,  glänzenden, 
gelblichen  bisdunkelrotbraunen  Samen.  Schleim- 
gelialt  der  Samen  5  bis  6%,  fettes  Oel 
30  bis  40  %.  Ein  einhüllendes,  reizmilderndes  und 
resorptionshemmendes  Mittel  bei  Katarrh.  Diar- 
rhöe, Erkrankungen  der  Harnröhre,  äußerlieh  zu 
Kataplasmen,  Latwergen,  Klystieren. 

Tiliaeeen.  Weniger  in  der  Medizin,  reichlich 
beim  Volke  finden  die  im  Juni  und  Juli  gesammel- 
ten, schnell  und  vorsichtig  getrockneten  Blüten 
der  bekannten  Winterlinde,  Tilia  eordata 
Miller  (=  T.  ulmifolia  Seopoli,  T.  parvifolia 
Ehrh.)  und  der  Sommerlinde,  Tilia  platy- 
phylla  Seopoli  (=  T.  grandifolia  Ehrh.)  ihres 
Schleim-  und  Gerbstoffgehaltes  wegen  innerlieh 
als  schweiß-  und  harntreibendes  Mittel,  äußerlich 
zu  Kataplasmen,  IMund-  und  Gurgelwässer  Ver- 
wendung. Bäume  mit  fast  kugeliger  Ivrone,  die 
Blätter  wechselständig,  mittellang  gestielt,  schief- 
rund  lich-herzförmig  oder  schief  dreieckig,  zu- 
gespitzt, ungleich  spitz  gezähnt,  oberseits  dunkel- 
grün, unterseits  graugrün  bis  blaugrün,  beider- 


286 


Heil-  und  Giftpflanzen 


seits  kahl,  in  den  Nervenwinkcln  weißgclb  oder 
rostbraun  behaart.  Die  Knospen  stumpf-eiförmig, 
kahl,  abstehend.  Die  Blüten  in  drei-  bis  fünfzehn- 
blütigen  Trugdolden,  dem  6  bis  8  cm  langen 
Stiel  des  Blütenstandes  bis  zur  Hälfte  ein  ziemlich 
gleich  breiter,  lineallänglicher  häutiger  Flügel  — 
eines  der  Vorblätter  des  Blutenstandes  —  an- 
gewachsen. Das  andere  beträchtlich  kleinere, 
schuppenartig  entwickelte  Vorblatt  birgt  die 
Knospe  für  den  nächsten  Blütenstand  in 
seiner  Achsel.  Der  Blütenstand  der  Winterlinde 
reichblütiger  als  der  der  Sommerlinde.  5  leicht 
abfallende  Kelchblätter;  5  etwas  größere  Kronen- 
blätter; 30  bis  40  in  5  Gruppen  angeordnete, 
ursprünglich  aus  5  Staubblättern  hervorgegangene 
Staubfäden.  Der  Fruchtknoten  aus  5  verwach- 
senen Fruchtblättern,  oberständig,  kugelig,  fünf- 
fächerig, dicht  behaart-filzig;  die  Frucht  ein  ein- 
samiges  Nüßchen. 

Malvaceen.  Vom  Eibisch,  Althaea  offi- 
cinalis  L.,  werden  die  Blätter  —  Folia  Al- 
thaeae  —  und  die  Wurzel  —  Radix  Althaeae 

—  ihres  Schleimgehaltes  wegen  innerlich  als 
deckendes  Mittel  bei  entzündlichen  Zuständen 
des  Magens  und  Darmes,  als  reiz-  und  husten- 
milderndes, auswurfbef  orderndes  Mittel,  äußerlich 
zu  i\lund  und  Gurgelwässern,  Kataplasmen  be- 
nutzt. Eine  ausdauernde  Pflanze,  heimisch  in 
Mittel-  und  Südeuropa,  Westasien,  an  Wegen, 
Gräbenusw.,kultiviertin  Nordbayern,  Thüringen, 
Sachsen,  Hessen,  Ungarn,  Belgien,  Frankreich. 
Der  Stengel  aufrecht,  bis  über  1  m  hoch,  unten 
holzig,  oben  krautig,  ästig,  weiß-filzig-zottig, 
innen  markig.  Die  Blätter  länger  oder  kürzer 
gestielt,  bis  10  cm  lang,  breitherzförmig-eiförmig, 
drei-  bis  fünflappig  mit  spitzen  Endlappen,  am 
Grunde  herzförmig  oder  keilförmig,  drei-  bis  fünf- 
nervig, grob  gezähnt,  beiderseits  weichsammet- 
artig  behaart.  Die  Blüten  blattwinkelständig, 
einzeln  oder  in  kleinen  Trauben.  Der  Außenkelch 
neunspaltig,  mit  lanzettförmigen  Zipfeln;  der 
Innen  kelch  etwas  größer  und  fünf  spaltig.  Die 
5  Ivronblätter  fast  so  lang  wie  breit,  aus- 
gerandet,  rötlichweiß,  am  Grunde  der  Staub- 
fadenröhre verwachsen;  zahlreiche  Staubgefäße. 
Medizinisch  gebräuchlich  sind  nur  die  geschälten, 
gutgetrockneten,  fleischigen, nicht  holzigen,  gelb- 
lich-weißen Wurzelzweige  und  Nebenwurzeln 
zweijähriger  kultivierter  Pflanzen.  In  den 
Wurzeln  35%  Schleim,  37%  Stärke,  10% 
Zucker,    2%     Asparagin,    Gerbstoff    usw. 

—  Gleiche  Verwendung  wie  die  Eibischblätter 
haben  die  Malvenblätter,  Folia  Malvae, 
von  Malva  silvestris  L.  und  M.  neglecta 
Wall.  (=  M.  vulgaris  Fries),  ein-  bis  zweijährige 
Pflanzen,  heimisch  in  Europa,  Algerien,  Mittel- 
asien, für  den  pharmazeutischen  Bedarf  in 
Belgien  und  Ungarn,  in  kleineren  Mengen  auch 
in  Bayern  und  Thüringen  kultiviert.  M.  silve- 
stris bis  1  m  hoch,  der  Stengel  rauhhaarig,  die 
Blätter  wechselständig,  7  bis  11  cm  lang,  12  bis 
20  cm  breit,  kürzer  gestielt  als  bei  ]\I.  neglecta, 
rundlich-nierenförmig,  am  Grunde  flach-herz- 
förmig, die  3  bis  7,  meist  5  Lappen  schärfer  ein- 
geschnitten, die  einzelnen  Lappen  rundlich  oder 
mehr  spitz.  Die  Blüten  in  den  Blattachseln 
büschelig  gehäuft.  Die  Kronblättcr  hellpurpur- 
rot mit  dunkleren  Streifen,  die  Blumenblätter 
drei-  bis  viermal  länger  als  die  Kelchblätter. 
M.  neglecta  wird  bis  0,.5  m  hoch  und  zeigt  meist 
hellrosenrote,    fast    weiße     Blumenblätter,     die 


Blätter  bis  8  cm  breit,  lang  gestielt,  rundlich- 
herzförmig, am  Grunde  ein  tiefer  und  schmaler 
nierenförmiger  Einschnitt,  die  Lappen  verhält- 
nismäßig kurz.  Behaarung  beiderseits,  bei  M. 
silvestris  stärker. 

Caprifoliaceen.  Sambucus  nigra  L., 
der  Hollunder,  ein  durch  ganz  Europa  und 
Mittelasien  verbreiteter,  bis  10  m  hoher  Baum 
mit  dickem,  schneeweißem  Mark  im  Stamm,  den 
Aesten  und  Zweigen.  Die  Blätter  gegenständig, 
gestielt,  mit  5  bis  7  eirunden  oder  länglich- 
eiförmigen,  kurz-  oder  ungestielten,  langzugespitz- 
ten, ungleich  scharf  gesägten,  fast  kahlen  Fieder- 
blättchen. Die  Nebenblätter  warzenförmig  oder 
fehlend.  Der  Blütenstand  eine  vielblütige  flache 
Trugdolde,  am  Grunde  fünfteilig,  mehrfach  ver- 
zweigt, die  kurzgestielten  Blüten  unter  dem 
Fruchtknoten  mit  2  hinfälligen  Vorblättchen. 
Die  Blüte  klein,  s}anpetal,  gelblichweiß,  leicht 
abfallend,  mit  kurzer  Röhre,  fünf  lappig.  5  drei- 
eckige kurze  Kelchblätter;  5  Staubgefäße.  Der 
unterständige  Fruchtknoten  meist  dreifächerig, 
der  Griffel  kurz,  mit  3  kurzen  stumpfen  Narben. 
Die  Beeren  schwarz.  Die  getrockneten  Blüten  — 
Flores  Sambuci,  Fliedertee  — ■  beim 
Volke  sehr  geschätzt,  innerlich  als  schweiß-  und 
wassertreibendes  Mittel,  äußerlich  zu  Mund-  und 
Gurgelwasser. 

Compositen.  Die  Blätter  von  Tussilago 
f  arf  ara  L,,  einer  häufigen,  auf  feuchtem,  tonigem 
oder  lehmigem  Boden  wachsenden  ausdauernden, 
bis  25  cm  hohen  Pflanze  dienen  ihres  Schleim- 
gehaltes wege.r  als  Mucilaginosum  und  Husten- 
mittel. Der  weißfilzige  Stengel  einfach,  aufrecht, 
stets  einköpfig,  mit  rötlichbraunen,  lanzettlichen, 
spitzen,  den  Stengeln  angedrückten  Schuppen- 
blättern besetzt.  Die  nach  der  Blütezeit  er- 
scheinenden Blätter  grundständig,  langgestielt, 
herzförmig-rundlich,  buchtig,  gezähnt,  bis  15  cm 
lang  und  fast  ebenso  breit,  oberseits  kahl  und 
dunkelgrün  glänzend,  unterseits  filzig-weißlich. 
Der  Hüllkelch  des  Blütenköpfchens  zylindrisch; 
die  goldgelben,  fruchtbaren,  zungenförmigen 
Randblüten  in  mehreren  Reihen,  die  unfrucht- 
baren Scheibenblüten  röhrig-trichterförmig,  fünf- 
zähnig. 

5e)  Planzen  mit  Süßstoff.  Oleaceen. 
Fraxinus  Ornus  L.  (=  Fraxinus  flori- 
fera  Scopoli,  Ornus  europaea  Persoon), 
die  Mannaesche,  ein  im  ganzen  südlichen 
Europa  und  in  Vorderasien  einheimischer,  bis 
10  m  hoher  Baum,  zur  Saftgewinnung  zurzeit 
nur  im  nordwestlichen  Teile  von  Sizilien  und 
stellenweise  auf  dem  italienischen  Festlande  in 
Kultur.  Die  Blätter  gegenständig,  ohne  Neben- 
blätter, unpaarig  (siebenzählig)  gefiedert,  die 
Teilblättchen  eiförmig,  kurzgestielt  (das  End- 
blättchen  länger  gestielt),  zugespitzt,  kerbig- 
gesägt,  oberseits  kahl,  unterseits  schwach  be- 
haart. Die  Blüten  in  achsel-  und  endständigen 
Rispen;  der  Kelch  becherförmig  mit  4  spitzen 
Abschnitten,  die  4  Kronblätter  gelblich,  lang, 
schmal-lanzettlich,  am  Grunde  paarweise  ver- 
wachsen. 2  Staubgefäße.  Die  Frucht  einsamig, 
lincal-lanzettlich,  geflügelt.  Zur  Gewinnung 
des  Saftes  werilen  die  Bäume  vom  8.  bis  10.  .fahre 
an  auf  einer  Seite  in  kurzen  Abständen  von  1 
bis  4  cm  mit  zahlreichen  parallelen,  wagerechten 
Rindeneinschnitten  versehen.  Der  austretende 
Saft  erstarrt  innerhalb   weniger  Stunden  an  der 


Heil-  imd  Griftpflanzen 


287 


Luft  zxi  einer  gelblichweißen,  ki-istallinischen 
Masse,  der  Manna.  Im  Handel  nur  das  in  Sizilien 
gewonnene  Produkt.  Von  den  verschiedenen 
Handelssorten  ist  nur  die  sogenannte  Stengel- 
manna, Manna  cannellata,  pharmazeutisch 
zulässig.  Enthält  bis  90%  d-Mannit  (ein 
sechswertiger  Alkohol),  daneben  Manneotriose 
(ein  Trisaccharid),  Glykose,  Schleim,  Dex- 
trin usw.     Dient  als  leichtes  Abführmittel. 

Papilionaceen.  Glycyrrhiza  glabra  L., 
die  Süßholzpflanze  s.  unter  5b  Glukoside 
fühi-ende  Pflanzen. 

5  f)  Pflanzen  mit  ätherischen  Oelen. 
Aetherische  oder  flüchtige  Oele  nennt  man 
organische  Verbindungen  sehr  verschiedener 
Zusammensetzung,  welche  infolge  ihrer  Flüch- 
tigkeit durch  Destillation  der  Pflanzen  mit 
Wasser  oder  Dampf  gewonnen  werden  können. 
Sie  bedingen  den  spezifischen  Geruch  und  Ge- 
schmack der  Pflanzen,  sind  bei  gewöhnlicher 
Temperatur  flüssig  und  in  Berührung  mit 
der  Luft  flüchtig.  Die  Zahl  dieser  Verbin- 
dungen entspricht  der  Zahl  der  durch  einen 
besonderen  Geruch  ausgezeichneten  Pflan- 
zen oder  Pflanzenstoffe. 

Coniferen.  Juniperus  communis  L., 
der  Wacholder,  ein  immergrüner,  stark  ver- 
zweigter Strauch,  seltener  Baum  der  gemäßigten 
und  kalten  Zone  der  nördlichen  Halbkugel  (ganz 
Europa,  Mittel-  und  Nordasien),  meisters  auf 
Heiden  und  in  Kiefernwäldern  anzutreffen.  Die 
Blätter  zu  3  wirtelständig,  sitzend,  lineal,  steif, 
stachehg  spitz,  oberseits  hellgrün,  flachrinnig, 
mit  einem  bläulichweißen  Mittelstreifen,  unter- 
seits  stumpf-gekielt.  Die  Blütenknospen  auf 
verschiedenen  Pflanzen.  Die  gelben  inännlichen 
Kätzchen  fast  sitzend,  eiförmig-länglich,  mit  zahl- 
reichen Staubfäden, in  3  bis  4  Wirtein  angeordnet; 
die  weiblichen  Blütenkätzchen  sehr  kurz  gestielt, 
aufrecht,  die  einzelnen  Blüten  aus  3  Samen- 
knospen. Unter  jeder  der  letzteren  ein  Deckblatt. 
Die  Deckblätter  werden  nach  der  Befruchtung 
fleischig,  wachsen  zusammen,  umschließen  die 
3  Samenknospen  und  bilden  die  Frucht.  Medi- 
zinisch gebräuchlich  sind  die  sorgfältig  getrock- 
neten, reifen,  im  zweiten  Jahre  von  wildwach- 
senden Pflanzen  gesammelten,  schwarzbraunen, 
glänzenden  oder  schwach  bestäubten,  etwa 
erbsengroßen,  fast  kugeligen,  fleisclügen  Früchte. 
In  dem  markigen  mürben  Fruchtfleisch  3  hart- 
schalige  braune  Samen  mit  großen  Oelschläuchen. 
Die  Früchte  und  ein  aus  denselben  zu  etwa  1% 
gewonnenes  ätherisches  Oel  dienen  als  Magen- 
mittel, blähungtreibendes,  harn-  und  auswurf- 
beförderndes Mittel,  als  Antiseptikum  gegen 
Blasenleiden,  als  Gewürz,  zur  Branntweinfabrika- 
tion usw.  —  Von  Juniperus  Sabina  L., 
dem  Sadebaum,  Sevenbaum  sind  die  ge- 
trockneten beblätterten  jüngsten,  frucht-  und 
blütentragenden  Zweigspitzen,  Herba  Sabinae, 
Sadebaumspitzen,  und  ein  durch  Destillation 
mit  Wasserdampf  aus  den  frischen  Blättern  und 
Zweigspitzen  gewonnenes  ätherisches  Oel,  Oleum 
Sabinae,  Sadebaumöl,  zu  4  bis  5%  in  den 
Blättern  enthalten,  als  Magenmittel,  harn- 
treibendes Mittel,  Abtreibungsmittel,  Wurm- 
mittel,   bei    Gebärmutterleiden,    Störungen    der 


Menstruation  usw.  gebräuchlich.  Das  Oel  gehört 
zu  den  stark  wirkende^  Heilmitteln,  zu  den  irri- 
tierenden Giften,  ruft  leicht  Abortus  hervor,  wes- 
halb in  seiner  Verordnung  Vorsicht  geboten  ist. 
Ein  immergrüner,  meist  niedriger,  ausgebreiteter 
Strauch  oder  kleiner  Baum,  heimisch,  doch  nicht 
allgemein  verbreitet  in  der  Tannen-  und  sub- 
alpinen Region  von  Mittel-  und  Südeuropa  usw., 
bei  uns  häufig  in  Gärten  und  Baumanlagen 
kultiviert.  Die  Blätter  sehr  kurz,  entweder 
(die  jüngeren)  vierzeihg-kreuzgegenständig,  fast 
schuppenartig-dachziegelförmig,  stumpfHch,  auf- 
recht fest  angedrückt  oder  (die  älteren)  länger, 
dünner,  etwas  entfernt  abstehend,  lanzett- 
förmig, zugespitzt,  doch  nicht  stechend,  oben 
hohl  und  bläulich,  in  abwechselnden  dreigliede- 
rigen  Wirtein.  Alle  Blätter  auf  der  Mitte  des 
Rückens  mit  einer  eiförmigen  bis  langlinealischen 
Oeldrüse.  Die  Blüten  in  endständigen  männ- 
lichen und  weiblichen  Kätzchen.  Die  Staubblüten 
länglich-eiförmig,  an  der  Spitze  kleiner  Zweige, 
aus  10  bis  14  dreieckigen,  schuppenförmigen, 
kreuzweise  angeordneten  Staubblättern;  die 
Fruchtblüten  einzeln  an  der  Spitze  kleiner  auf- 
rechter Zweige  mit  4  gelblichweißen,  fleischigen, 
3  aufrechte  Samenanlagen  umschließenden 
Schuppenblättern.  Die  Beerenzapfen  auf  ge- 
krümmten Kurztrieben,  grün  oder  blauschwarz, 
fast  kugelig,  etwas  höckerig,  ein-  bis  viersamig, 
aus  den  4  verwachsenen  Schuppen  blättern  gebildet. 
—  Verschiedene  Pinusarten  liefern  das  Ter- 
pentin, Terebinthina,  Balsamum  Tere- 
binthinae,  aus  dem  durch  Destillation  mit 
Wasserdampf  das  Terpentinöl,  Oleum  There- 
binthinae,  erhalten  wird.  Pinus  Pinaster 
Solander  (=  Pinus  maritima  Poiret),  die  See- 
strand flehte,  heimisch  in  der  Westhälfte  des 
Mittelmeergebietes  bis  Portugal,  ist  die  Stamm- 
pflanze für  den  gemeinen,  französischen 
Terpentin,  welcher  den  größten  Teil  des  in  Europa 
gewonnenen  Terpentins  bildet;  Pinus  Taeda  L., 
P.  palustris  Miller,  P.  heterophylla  EUiot, 
P.  echinata  Miller,  P.  australis  Michaux  u.  a., 
Vereinigte  Staaten  von  Nordamerika,  sind 
als  Stammpflanzen  für  den  amerikanischen 
Terpentin  zu  nennen.  Bedeutung  für  den  Handel 
haben  nur  die  amerikanischen  und  französischen 
Terpentinöle,  andere  Handelssorten  sind  von 
nebensächlicher  Bedeutung.  Die  Vereinigten 
Staaten  Nordamerikas  produzieren  jährlich  etwa 
70  Mill.  kg  Oel  im  Werte  von  32  Mill.  M.  Neben 
dem  amerikanischen  und  französischen 
Oel  unterscheidet  man  noch  österreichisches 
Terpentinöl  von  Pinus  Laricio  Poiret,  Wiener 
Wald;  galizisches  Terpentinöl;  Terpentinöl 
aus  venetianischem  (Lärchen-)  Terpentin, 
von  Larix  decidua  Miller  (=  Larix  europaea 
DC),  Südtirol,  Steiermark;  Terpentinöl  aus 
Kanadabalsam,  von  Abies  balsamea  Miller 
(=  Pinus  balsamea  L.),in  den  Laurentine-Bergen, 
in  der  Provinz  Quebec, ferner  von  Abies  Fraseri 
Pursch.  und  Abies  canadensis  Michaux 
(=  Tsuga  canadensis  Carr.);  Terpentinöl  aus 
Straßburger  Terpentin,  von  Abies  alba 
Miller  (=  Abies  pectinata  DC,  Pinus  Picea  L.), 
Produktion  sehr  gering;  russisches  Terpentin- 
öl von  Pinus  silvestris  L.  usw.  Anwendung 
innerlich  als  reizendes  Magenmittel  gegen  chroni- 
sche Verdauungsstörungen,  als  harntreibendes 
Mittel  bei  Wassersucht,  bei  chronischen  Katarrhen 
des    Respirationsapparates   und    der    Blase,   bei 


288 


Heil-  und  Giftpflanzen 


Gallensteinkoliken,  bei  Tripper,  als  Darmanti- 
septikum,  als  Wurmmittel,  bei  Krampfkolik 
der  Kühe  usw.,  gegen  Phosphorvergif tiingen, 
äußerlich  als  hautreizemies.  erregenih'S  und  ab- 
leitendes I\[ittel,  als  Antiseptikum,  Desinfiziens, 
zu  Einatmungen  bei  Bronchitis  und  bei  Lungen- 
gangr<än. 

Zingiberaceen.  Die  zu  dieser  Familie 
gehörigen  offizinellen  Pflanzen  finden  mehr  als 
Gewürz  (vgl.  den  Artikel  ,,Ge würzpflanzen"), 
denn  als  Heilmittel  Verwendung.  Elettaria 
cardamomum  White  et  Maton,  die  Stamm- 
pflanze der  Kardamomen,  Fructus  Carda- 
m  0 111  i ,  ist  eine  ausdauernde  Pflanze  mit  knolligem, 
gerillgeltem  und  gegliedertem  Wurzelstock  und 
bis  über  2,5  m  hohen  einfachen  Stengeln  aus 
zweizeiligen,  großen,  länglich-lanzettlichen,  am 
Grunde  scheidigen,  zugespitzten,  ganzrandigen, 
behaarten  Blättern.  Die  bis  60  cm  hohen,  im 
oberen  Teile  verzweigten  Blütentriebe  mit  meist 
vierblütigen  Blütenständen  aus  grünlichweißen 
Blüten  mit  blauen  bis  purpurvioletten,  gelb- 
gerandeten  Lippen.  Heimisch  in  feuchten  Berg- 
wäldern der  Westküste  des  südlichen  Vorder- 
indiens, hier  und  in  anderen  tropischen  Gegenden, 
besonders  aber  in  Malabar  und  auf  Ceylon  in 
Kultur.  Die  kurz  vor  der  Reife  in  ganzen  Frucht- 
ständen abgeschnittenen,  an  der  Sonne  nach- 
gereiften, getrockneten  und  gebleichten  Früchte 
sind  bis  1,5  cm,  seltener  bis  2  cm  lang,  dreifäche- 
rig, eirund  oder  länglich,  stumpf  dreikantig  und 
springen  fachspaltig  auf.  Die  etwa  12  bis  25 
Samen  in  drei  doppelten,  durch  dünnhäutige 
Scheidewände  getrennten  Reihen,  durch  gegen- 
seitigen Druck  unregelmäßig  kantig.  Gehalt  an 
ätherischem  Oel  3  bis  8%.  Anwendung  als 
Magenmittel,  Aromatikum,  blähungstreibendes 
Mittel,  an  erster  Stelle  als  Gewürz.  —  Alpinia 
officinarum  Hance,  eine  ausdauernde,  ur- 
sprünglich an  der  Süd-  und  Ostküste  der  chine- 
sischen Insel  Hainan  heimische  Pflanze,  hier,  auf 
der  gegenüberliegenden  Halbinsel  Leitschon, 
in  Slam  usw.  in  Kultur.  Die  bis  2  m  hohen  Stengel 
tragen  an  der  unteren  Hälfte  glatte  Blatt- 
scheiden, inder  oberen  abwechselnde,  fast  sitzende, 
breitlanzettliche,  beiderseits  fast  kahle,  bis  60  cm 
lange  Blätter.  Die  Blüten  fast  sitzend,  grünlich- 
weiß, an  der  Spitze  des  Stengels  in  schlaffen, 
aufrechten  traubigen  Rispen.  Der  reich  sympodial 
verzweigte,  hin-  und  hergebogene,  bis  1  m  lange, 
bis  über  2  cm  dicke  Wurzelstock  kommt  ge- 
trocknet und  zerschnitten  als  Rhizoma  Ga- 
langae,  Galgantwurzel,  in  den  Handel,  ent- 
hält 0,25  bis  0,35%  Alkaloide  (Alpinin,  Ga- 
langin und  Kaempferid),  ätherisches  Oel 
usw.,  dient  als  Aromatikum,  jMagenmittel, 
blähungtreibendes  Mittel  usw.  —  Curcuma 
zedoaria  (Berg)  Roscoe  (=  Curcuma  Zerumbet 
Roxbourgh),  die  Stammpfhinze  der  Zitwer- 
wurzel, Rhizoma  Zedoarinae,  heimisch 
wahrscheinlich  im  tropischen  Asien,  kultiviert 
in  Vorderindien,  auf  Ceylon,  Madagaskar  usw., 
ist  eine  ausdauernde  Pflanze  mit  bis  40  cm 
langen,  grundständigen,  kurz  scheidig  gestielten, 
breitlanzettlichen,  langzugespitzten,  glatten, 
unterseits  seidenhaarigen,  oberseits  kahlen  Blät- 
tern, bis  30  cm  hohem  Blütenschaft  mit  bis  etwa 
12  cm  langer  Blütenähre  aus  grünen  oder  rosen- 
farbenen  Deckblättern  und  gelben  Blüten.  Die 
iii  fast  kreisrunden,  bis  4  cm  breiten,  bis  1  cm 
dicken  Querscheiben  zerschnittenen,  seltener  der 


Länge  nach  halbierten,  eirunden  oder  birn- 
förmigen,  cjuergerunzelten,  getrockneten  Knollen 
des  Wurzelstockes  dienen  wegen  ihres  Gehaltes 
an  ätherischem  Oel  (1  bis  1,8%)  gleichen 
Zwecken  wie  die  Galgantwurzel.  —  Zingiber 
officinale  Roscoe  (=  Amomum  Zingiber  L.) 
ist  die  Stammpflanze  des  Ingwer,  Rhizoma 
Zingiberis.  Eine  wahrscheinlich  in  Ostindien 
heimische,  hier,  auf  den  Inseln  des  südasiatischen 
Archipels  wie  in  anderen  tropischen  und  sub- 
tropischen Gegenden  häufig  kultivierte,  bis  1  m 
hohe,  ausdauernde  krautartige  Pflanze  mit  zwei- 
zeilig geordneten,  langscheidigen,  fast  sitzenden, 
schmallanzettlichen,  lang  zugespitzten,  ganz- 
randigen,  glatten  Blättern,  die  Achse  sehr  kurz. 
Die  Blütensprosse  niedriger,  nur  mit  langscheidi- 
gen Schuppenblättern  ohne  eigentliche  Spreite 
bekleidet.  Hochblätter,  in  deren  Achseln  die 
Einzelblüten  stehen,  groß  und  besonders  am 
Rande  lebhaft  gefärbt.  Die  Blüten  hellgelb  mit 
violettem,  heller  geflecktem  Labellum.  Der 
Wurzelstock  horizontal  kriechend,  knollig -ästig, 
in  einer  Ebene  verzweigt,  seitlich  zusammen- 
gedrückt, geringelt.  Der  Gehaltan  ätherischem 
Oel  je  nach  der  Sorte  1  bis  3%,  daneben  Harz 
und  Gingeroi  (scharfaromatisch).  In  der  Heil- 
kunde wie  Galgant  benutzt,  hauptsächlich  als 
Gewürz. 

Piperaceen.  Piper  cubeba  L.  fil.  (=  Cu- 
beba  officinalis  Micjuel),  ein  bis  6  m  hoher,  zwei- 
häusiger  Kletterstrauch  mit  gegliedertem  Stengel, 
abwechselnden,  gestielten,  herzförmigen  bis  ei- 
förmigen, lederigen,  kahlen,  zugespitzten  Blättern, 
heimisch  im  malaiischen  Archipel,  kultiviert  auf 
Java,  Sumatra,  Westindien  usw.  Die  Früchte 
zu  4  bis  5  cm  langen,  dichten  Aehren  vereinigt, 
die  männlichen  Kätzchen  sehr  kurz  gestielt, 
schlank,  walzenförmig,  die  weiblichen  länger  ge- 
stielt. Nur  die  vor  vollständiger  Reife  gesammel- 
ten, ausgewachsenen,  sorgfältig  getrockneten 
Früchte  — ■  die  Kubeben,  Cubebae  —  sind 
medizinisch  gebräuchlich,  wirksam  sind  die  zu 
1,7%  in  den  Früchten  enthaltene  Ku  beben - 
harzsäure  und  das  ätherische  Oel  (7  bis 
18%).  Verwendung  als  gewürzhaftes  Stoma- 
chikum,  anregendes  Mittel,  auswurfbeförderndes 
Mittel,  an  erster  Stelle  gegen  Blasen-  und  Harn- 
röhrenkatarrh. 

Santalaceen.  Santalum  album  L.,  ein 
in  Indien  (Mysore)  heimischer,  6  bis  10  m  hoher, 
dicht  belaubter,  immergrüner  Baum,  kultiviert 
in  den  Gebirgen  von  Coory,  Bombaj',  ]\Iadras 
und  besonders  Mysore,  auf  den  Sandelholz- 
inseln des  indischen  Archipels  usw.,  liefert  das 
ostindische  und  Macassar-Sandelholzöl, 
Oleum  Santali.  Andere  Oel  liefernde  Arten 
sind  Santalum  freycinetianum,  Sandwich- 
inseln, S.  Yasi,  Fidchiinseln,  Fusanus  spicatus, 
F.  acuminatus,  Australien.  Von  den  ver- 
schiedenen Handelssorten  ist  nur  das  ostindische 
Oel  offizineil,  aus  dem  Kernholz  der  Stämme 
zu  2  bis  5%  durch  langsame  Destillation  mit 
Wasserdampf  erhalten.  Es  enthält  80%  a-  und 
/j'-Santalol  (kein  einheitlicher  Körper),  6% 
cc-  und  /i-Santalen  (Sesc}uiterpene),  3%  San- 
talal  (Aldehyd),  Santalon  (Keton)  usw.  An- 
wendung gegen  Tripper,  als  auswurfbeförderndes 
Mittel. 

Lauraceen.  Diese  Familie  ist  reich  anpflan- 
zen mit  ätherischen  Oelen.  Der  offizineile 
Kassia-    oder    chinesische    Zimt,    Cortex 


Heil-  luid  Griftpflanzen 


289 


Cinnamonii    Cassia    s.    chinensis,   stammt :  Bechern   auf  Stielen    von  gleicher   Farbe.      Die 
von  Cinnamomum  Cassia  (Nees  v.  E.)  Blume    im    Herbst    ausgegrabenen,    bis    '20   cm   dicken, 
(=  C.  aromaticum  Ch.  Nees,  Laurus  Cassia  L.),   ästigen,    knorrigen    und    holzigen    Wurzeln    — 
einem  ansehnlichen  Baum,  heimisch  und  kulti-' Radix    Sassafras,    Sassafraswurzel,    Lig- 
viert  im  südlichen  China,  Annam,  Cochinchina, ,  num     Sassafras,     Sassafrasholz  —  dienen 
ferner  kultiviert  auf  Japan,  Sumatra,  Ceylon,  in  '  wegen    ihres    (jehaltes    an   ätherischem    Oel   als 
Smhimerika    usw.        Der    gleichfalls    offizinelle    harn- und  schweißtreibendes  Mittel,  hauptsächlich 
Ceylonzimt,   Cortex  Cinnamomi    ceylani-   als    Blutreinigungsmittel,    bei    Gicht,    Asthma, 
cus    wird    von    Cinnamomum    ceylanicum    Rheumatismus,  Hautausschlägen  usw. 
Blume  (=  Laurus  Cinnamomum  L.)  gewonnen, '        Cruciferen.      Brassica   nigra    (L.)    Koch 
einem  bis  9  m  hohen  Baum  (in  Kultur  strauch-[(=  Sinapis  nigra  L.,  Brassica  sinapoides  Roth), 
artig),  auf  Ceylon  heimisch  und  in  sogenannten  |  eine  in  Mittel- und  Südeuropa,  Mittelasien,  Nord- 
Zimtgärten  kultiviert,  ferner  angebaut  im  süd- 1  afrika,    Nord-  und    Südamerika   als    Feldfrucht 
liehen   Ostindien,  auf  Java,   Sumatra,  in   West-   kultivierte,     einjährige     Pflanze     [daneben     in 
Indien,    Südamerika  usw.      Die    Rinden   finden  i  Indien  Br.  juncea  (L.)  Hook.  f.  et  Thoms  (=  Si- 
wegen  ihres   Gehaltes  an  ätherischen   üelen  (je  !  napis  juncea  L.)  und  in  Südrußland  Br.  Besse- 
nach  der  Art  1  bis  4°o)  hauptsächlich  als  Gewürz  ,  riana  Andr.  reichlich  in  Kultur].    Der  Stengel 
Verwendung,    in    der    Heilkunde    innerlich    als  |  aufrecht,  sparrig-ästig,  bis   über   1  m  hoch,  in 
gewürzhaftes     Stomachikum,     Nervinum,      als    seinem    unteren    Teil    zerstreut    behaart.       Die 
krampfstillendes  Mittel,  als  menstruationsbeför-  unteren      Blätter      leierförmig-fiederteilig      mit 
derndes     Mittel,     Geruchs-    und     Geschmacks- ,  großem,    länglichrundem,   ungleich    buchtig   ge- 
korrigens  (vgl.  den  Artikel,, Gewürzpflanzen"),    zähntem  Endlappen,  die  obersten  Blätter  ganz- 
—  Aus  den  Wurzeln  und  dem  unteren  Stammholz    randig  und  lineal,  alle  gestielt.  Die  Blüten  in  end- 
von     Cinnamomum     camphora     L.      (Nees  ,  und    achselständigen    Trauben,    jede    Blüte    mit 
V.    E.   et   Ebermaier)   (=    Camphora   officinalis '  4  linealen,  abstehenden    Kelchblättern,  4  gold- 
Nees,  Laurus  camphora  L.),  einem  an  der  chine-   gelben  genagelten    Kronblättern,   4  langen  und 
sischen  Küste  von  Cochinchina  bis  zur  Mündung    2  kurzen  Staubfäden.  Die  Frucht  eine  bis  30  mm 
des    Jang-tse-kiang,    besonders    in    den    südlich  i  lange,  bis  2  mm  breite,  fast  vierkantige,  kurz 
vom  34.   Breitengrad  gelegenen   Teilen    Japans,   gestielte    Schote,   zweifächerig,  in   jedem  Fache 
den  Inseln  Kiushiu,Shikoku,  Formosaheimischen,  I  4  bis  6  annähernd  kugelige,  hell-  oder  dunkel- 
hier    wie    in    Aegypten,    auf    Madagaskar,    den  j  rotbraune    Samen.       Diese    geben    neben    etwa 
Kanaren,  Ceylon  usw.  kultiviertem  Baum  wird    30%   fettem    Oel  eine   Ausbeute   von   0,5  bis 
an    Ort  und    Stelle  in   primitiver   Weise   durch   0,75%  ätherischem   Oel;  das  Glukosid  Sini- 
Destillation     mit     Wasserdampf     und     spätere  I  strin  (myronsaures  Kali)  spaltet  sich  bei  Gegen- 
Sublimation    der    Kampfer,    Camphora,    ge- ]  wart  von  Wasser  durch  das  eiweißartige  Ferment 
Wonnen.      Ein    bis   30  und    mehr   Meter  hoher  !  Myrosin  in   Senföl,  Rechtstraubenzucker 
Baum  mit  abwechselnden,  elliptischen  bis  läng- ,  und  Kaliumbisulfat.     Das  ätherische  Oel  — 
lichlanzettlichen,  kurzgestielten,  steifen,  glatten,    Oleum    Sinapis   aeth.  — in  Verdünnung  mit 
ganzrandigen,     stark    fiedernervigen,    kampfer- ,  Spiritus  zu  Einreibungen  bei  Gicht,  Rheumatis- 
artig  riechenden  Blättern.    Der  Kampfer  findet   mus,  Zahnschmerz  usw.,  der  Samen  — ■  Semen 
sich   gelöst  in   einem,  in    zahlreichen    Oelzellen  !  Sinapis  —  gepulvert  als  Brechmittel  bei  Ver- 
gebildeten  ätherischen   Oel,   letzteres  setzt  sich  giftungen,  in  der  Tierheilkunde  als  Magenmittel, 
durch      Oxydation      im      lebenden     Baum     in  |  harntreibendes    Mittel,    äußerlich   in    Form    des 
Kampfer  um.    Je  älter  der  Baum  und  je  dichter    Senf  feiges     zu     Aufschlägen     bei     Ohnmächten, 
das  Holz,  je  höher  der  Kampfergehalt.    In  den  i  Blutandrang  zum  Kopfe,  Neuralgie,  Entzündung 
Handel    kommt    der    Kampfer   in    1    bis   5    kg  [innerer  Organe,  bei  Rheumatismus  usw. 
schweren,  konvex-konkaven,  in  der  Mitte  durch-         Rutaceen.      Citrus    aurantium    L.    sub- 
löcherten  Kuchen,  eine  weiße,  in  kleinen  Stücken    spec.    amara    L.,    die    Orange,    Pomeranze, 
farblose,   durchsclieinende,  kristallinisch-körnige,   heimisch  im  Nordosten  Indiens  und  in  Südchina, 
auf  der  Schnittfläche  glänzende  I\Iasse.    Kampfer   angebaut  im  Orient  und  Südeuropa,  und  Citrus 
wirkt  innerlich  in  kleinen  Dosen  beruhigend,  in    medica  L.  subspec.    Limonum  (Risso)  Hooker 
größeren  Gaben  als  kräftiges  Erregungsmittel  des   fil.,  der  Zitronenbaum,  heimisch  im  südlichen 
zentralen  Nervensystems  bei  kollapsartigen  Zu- 1  Himalaya,  Persien,  Medien,  gleichfalls  angebaut 
ständen,  besitzt  sehr  gute  Wirkung  auf  das  Herz,   im    Mittelmeergebiet,   in    Südafrika   und    Nord- 
bekämpft   Herzschwächen;   ferner   als    auswurf- 1  amerika     (vgl.     den     Artikel     ,,Obst").       Von 
beförderndes   Mittel  bei   Keuchhusten,   Asthma, '  beiden  Bäumen  werden  die  getrockneten  Rinden 
bei  Delirium  tremens.    Aeußerlich  zu  Einreibun- ,  der     reifen     Früchte     — •    die     Pomeranzen- 
gen als  reizendes,  ableitendes,  hautrötendes  und  j  oder     Orangenschalen,     Cortex     Aurantii 
schmerzlinderndes     Mittel,     bei     rheumatischen  j  fruc tu s  und  die   Zitronenschalen,    Cortex 
Leiden,  Lähmungen  usw.,  als  Antiparasitikum,    Citri   fructus    — ■   von    ersterer   auch   die   ge- 
Antiseptikum.   Kampfer  ist  ein  Keton  CjoHjsO.    trockneten,  unreif   abgefallenen,   0,5   bis   2   cm 
—  Sassafras  officinale  Nees  v.  E.  (=  Laurus   dicken   runden  oder  stumpf-eiförmigen  Früchte 
Sassafras  L.),  ein  im  östlichen  Nordamerika,  Flo-   — ■    Fructus    Aurantii    immaturi,    unreife 
rida,    Virginien,     Pennsylvanien    einheimischer,    Pomeranzen  — -und  die  getrockneten  Blätter 
sehr  verbreiteter,  bis  10  und  mehr  Meter  hoher  i  —  Folia  Aurantii  —  verwendet.     Gehalt  an 
zweihäusiger  Baum  mit  abwechselnden,  großen, !  ätherischem    Oel  etwa   1,25%.      Anwendung 
grünen,  rot  gestielten  und   rot  geäderten,  ein-   des  ätherischen  Oeles  und  des  Bitterstoffes  wegen 
fachen  oder  zwei-  bis  dreilappigen,  anfangs  be- ,  als    aromatisches,    appetitanregendes    und    ver- 
haarten, später  kahlen  Blättern,  kleinen,  gelben,   dauungbeförderndes     Mittel,     als     Geschmacks- 
in  Doldentrauben  angeordneten  Blüten  und  blau-  korrigens,  Nervenheilmittel  und  krampfstillendes 
schwarzen,  eiförmigen   Beeren  in   kleinen  roten    Mittel.    —    Von    Ruta    graveolens    L.,    der 
Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V.  19 


290 


Heil-  imd  Giftpflanzen 


Gartenraute,   einer    ausdauernden,   bis    1    m   sitzen  einen  vierkantigen  unterständigen,  zwei- 
hohen   halbstrauchartigen     Pflanze    Südeuropas   fächerigen   Fruchtknoten   (Blütenachse),   4  blei- 
und  Xordafrikas,   bei  uns  in    Gärten   kultiviert    bende,     dreieckige,      abstehende      Kelchblätter, 
und  auch  oft  verwildert,  war  das  Kraut  früher    4   fast    kreisrunde,    sich    dachziegelig    deckende 
offizinell.  wird   beim   Volke  jetzt  noch  als  Ab-    Kronblätter,    zahlreiche    gegen    (len  Griffel   ge- 
treibungsmittel    benutzt.       Das    Kraut    enthält    krümmte  Staubblätter  und  einen  einfachen  Griffel, 
ätherisches    Gel,    ein    Glukosid    Rutin,    ein    Innerhalb     der     Staubblätter     ein     viereckiger 
flüchtiges  Alkaloid,  Cumarin  usw.,  der  Genuß    Drüsenring.         Blütenblätter    und     Staubfäden 
der  frischen  Pflanze  kann  tödliche  Wirkung  haben,    vielfach   abgefallen.      Die    Frucht   eine    beeren- 
Der   Stengel  aufrecht,  ästig,  kahl,  weißlich  be- '  artige    Scheinfrucht,    dadurch    entstanden,    daß 
reift,  glatt;  die  Blätter  abwechselnd,  die  unteren    bei  der  Fruchtreife  die  mit  dem  Fruchtknoten 
zwei-,  fast  dreifach  fiederschnittig,  die   oberen  •  fest  verwachsene  Blütenachse  fleischig  wird  und 
einfacher,  dreizählig  bis  ungeteilt,  gestielt,  die    das  Perikarp  mit  dem  Samen  umschließt.     Der 
Blättchen    etwas   dicklich,    lanzettförniig-spatel-    Gehalt    der    Blüten    an    ätherischem  Gel    16 
förmig,  kahl,  mattgrün.    Die  Blüten  trugdoldig,    bis  25 °o,  durchschnittlich  17  bis  19*^0-     In  der 
die  endständigen  Blüten  der  Hauptverzweigungen    Medizin  Blüten  wie  ätherisches  Gel  als  ]Magen- 
f ünfzählig,  die   übrigen   vierzähbg.      Die    Ivron-   mittel,  als  Mittel  zur  Anregung  der  Speichelsekre- 
blätter  gelblichgrün,  an  ihren  fransig  angefresse-   tion,   als  Gegenmittel  bei  Diarrhöe,   als  Konser- 
nen    Rändern    schubförmig    aufwärts    gebogen,  i  vierungsmittel  für  leicht  verderbliche  ^Mixturen, 
nach  unten  in  der  Regel  plötzlich  verschmälert,  j  Korrigens,    Kaumittel,   zu    Zahnpulvern,    Zahn- 
Die  Staubblätter  in  zwei-,  vier-  oder  f ünfzähligen    tropfen   usw. ;    Küchengewürz.    —    Verschiedene 
Ki-eisen,   der    Fruchtknoten    aus    4   oder    5   am    Eukalyptusarten,     hauptsächlich     Eucalyp- 
Grundemiteinander  verwachsenen  Fruchtblättern,    tus  globulus  Labillardiere,  der  Fieber  bäum, 
Die  Frucht  eine  vier-  oder  fünffächerige  Kapsel,   ein  bis  60  und  mehr  Meter  hoher  Baum  Austra- 
in jedem  Fache  zahlreiche  Samen.  liens,     zur     Assanierung     sumpfiger     Gegenden 
Anacardiaceen.        Die     Wurzelrinde     von    seiner   Schnellwüchsigkeit  und  seines  günstigen 
Rhus   aromatica  Alton,  einem  in   den   mitt-   Einflusses    wegen    in    Afrika,    Südeuropa    und 
leren    und    südlichen  Vereinigten    Staaten    von    anderen  warmen  Ländern  angebaut,  ilaiieben  E. 
Nordamerika    heimischen,    1    bis    2    m    hohen    amygdalina     Labill.,     E.     dumosa     Maid., 
Strauch,  enthält  ätherisches  Gel  und  Weichharz    E.  oleosa    F.  v.   M.,  E.  rostrata   Schlechtd., 
und    ist    als    kräftigendes    und    harntreibendes  i  E.  sideroxylon  A.  Cunn.,  E.  odorata  Behr 
Mittel   bei  Nieren-,    Blasen-  und    Gebärmutter-  und    zahlreiche    andere    Arten   liefern    in    ihren 
blutungen,  bei  Durchfall,  Dysenterie,  Diabetes,    Blättern      das     ätherische      Eukalyptusöl, 
Syphilis  usw.  im  Gebrauch.  —  Im  mittleren  und    Oleum  Eucalypti.     Meist  versteht  mau  unter 
südlichen  Deutschland  ist  oft  in  Gärten  wie  auch   letzterem  nur  das  Gel  von  E.  globulus.    E.  glo- 
verwildert  der  Giftsumach  anzutreffen,  Rhus  '  bulus    hat    zweierlei    Blattformen,    die    zuerst 
toxicodendron  L.  (=  Rhus  radicans  L.,  Toxi-  erscheinenden     dorsiventralen     Blätter     junger 
codendron  magnum    Stend.),  ein  in  Gebüschen  i  Bäume  oder  jüngerer  Zweige  älterer  Bäume  und 
und  Wäldern  des  mittleren  und  nördlichen  Nord-  die    später    erscheinenden    isolateralen    Blätter, 
amerika,  in    Ostasien   heimischer   vielgestaltiger    Erstere  sind  gegenständig,  10  bis  12  und  mehr 
Strauch  verschiedener  Größe,  bald  mit  kleinem    Zentimeter  lang,  6  bis  7  cm  breit,  sitzend,  ei- 
aufrechtem     Stamm      (—    Rh.     toxicodendron    förmig,    mit    herzförmigem    Grunde    stengelum- 
quercifolium  Michx.),  bald  niedrig  und  liegend  i  fassend,  bereift,  letztere  sind  zerstreut,  gestielt, 
(=  Rh.  toxicodendron  a  vulgare  Michx.).     Die    sichelförmig,    zugespitzt,    nicht    herzförmig    an 
Blätter    lang    gestielt,    dreizählig,    mit    zarten,    der  Basis,  bis  20  cm  und  mehr  lang,  bis  5  cm  breit, 
buchtig    gezähnten    oder    weitläufig    gekerbten,    lederig,    kahl,    blaugrün,    am     Stiele    gedreht, 
unterseits  weichhaarigen,  spitzen,  ungleich  ent-   Der  Mittelnerv  tritt  scharf  hervor.      Gehalt  an 
wickelten   Blättchen.      Das  mittlere  und  etwas  |  ätherischem    Gel    etwa  0,75%;   das    Gel  des 
größere  Blatt  langgestielt,  oval,  oben  kurz  zuge-    Handels   wird   hauptsächlich  in    Australien   ge- 
spitzt oder  in  eine  lange  Spitze  ausgezogen,  die    wonnen. 

seitenständigen  kurz  gestielt  oder  sitzend,  oben'  Umbelliferen.  Einige  offizineile  Pflanzen  aus 
zugespitzt.  Die  Farbe  unterseits  dunkelgrün,  dieser  Familie  finden  wegen  ihres  Gehaltes  an 
oberseits  heller.  In  den  frischen  Blättern  wie  |  ätherischem  Oel  mehr  als  Gewürz  (vgl.  den  Artikel 
überhaupt  in  allen  Teilen  der  Pflanze  ein  an  der  ,, Gewürzpflanzen"),  denn  als  Heilmittel  Ver- 
Luft sich  schwärzender,  auf  der  Haut  Ent- i  Wendung.  Der  Anis,  Fructus  Anisi,  von 
Zündung  und  Anschwellung  bewirkender  Harz-  Pimpinella  anisum  L.,  einer  einjährigen, 
saft.  :  bis  50  cm  hohen  Pflanze  des  östlichen  Mittelmeer- 

Myrtaeeen.  Jambosa  caryophyllus  i  gebietes,  hierund  in  fast  allen  wärmeren  Klimaten 
(Sprengel)  Niedenzu  (=  Eugenia  caryophyllata  (in  Deutschland,  Rußland,  Italien,  Spanien, 
Thunberg,  Caryophyllus  aromaticus  L.),  der  Frankreich,  Oesterreich  usw.)  kultiviert.  Ein 
Gewürznelkenbaum,  ein  bis  18  m  hoher  Kraut  mit  stielrundem,  zartgerilltcm  Stengel, 
Baum  mit  dichter,  immergrüner,  pyramiden-  die  untersten  Blätter  ungeteilt,  herzförmig- 
förmiger  Laubkrone,  heimisch  auf  den  Molukken  rundlich  mit  eingeschnitten -gesägten  Rändern, 
und  den  südlichen  Philippinen,  kultiviert  in  fast ,  die  mittleren  mehrfach  gefiedert  mit  keilförmigen 
allen  Tropenländern  (vgl.  den  Artikel  ,,Ge würz-  und  gelappten  oder  lanzettlichen  Zipfeln,  die 
pflanzen").  Die  nach  völliger  Entwickelung  |  obersten  dreispaltig  oder  ungeteilt.  Dolden  und 
der  Blütenknospen  kurz  vor  dem  Abfallen  der  j  Döldchen  vier-  bis  neunstrahlig.  Hülle  und 
Blütenblätter  geernteten,  an  der  Sonne  auf  I  Hüllchen  fehlen  meist.  5  gleich  große,  umgekehrt- 
Matten  unter  Palmenblättern  sorgfältig  ge-  herzförmige  Kronblätter  mit  eingebogenen  Zip- 
trockneten  Blüten  —  die  Gewürznelken,  fein.  Die  Früchte  eirund,  rauh  behaart,  mit 
Caryophylli,    Flores    Caryophylli    —    be-    dem   Griffelpolster  und  den  2  Griffeln  gekrönt. 


Heil-  und  Giftpflanzen 


291 


Der   Kümmel,  Friictus  Carvi,    von  Carumlusw.  —  Levisticum   officinale   Koch  (=  Li- 
carvi   L.,  einer   zweijährigen,   bis   1  m  hohen,   gusticum    Levisticum    L.,    Levisticum    vulgare 


in  Nord- und  Mitteleuropa  fast  überall  auf  Wiesen 
anzutreffenden  Pflanze,  angebaut  in  Mittelruß- 
land, Holland,  Finnland,  Norwegen,  England, 
Deutschland  usw.  Der  Stengel  kahl,  gefurcht, 
vom    Grunde   an   verästelt,  röhrig;  die    Blätter 


Reichb.),  wahrscheinlich  in  Südeuropa  heimisch, 
in  größeren  Mengen  in  Sachsen,  Thüringen, 
Holland  und  Frankreich  angebaut,  vielfach  in 
Bauerngärten  als  Küchengewürz  gezogen.  Der 
Stengel  steif  aufrecht,  bis  2  m  hoch,  besonders 


doppelt  gefiedert,  die  Abschnitte  fiederspaltig  und    oben  reichlich  verästelt,  stielrund,  feingestreift, 


fiederteiligmitlinealen, spitzen  Zipfeln, die  Wurzel- 
blätter scheidig  gestielt.  Die  Blüten  in  end- und 
blattwinkelständigen,  zusammengesetzten,  acht- 
bis  zehnstrahligen  Dolden,  die  Döldchen  zehn- 
bis  fünfzehnstrahlig.      Hüllen  fehlen,  die    Hüll 


kahl,  hohl,  nur  an  den  Blattansatzstellen  durch 
Querböden  gefächert.  Die  Blätter  spiralig,  die 
untersten  langgestielt,  unpaarig-doppeltgefiedert, 
der  Blattstiel  am  Grunde  scheidig  erweitert.  Die 
Fiederchen  mehr  oder  weniger,  die  Endfiederchen 


chen  armblättrig,  fehlen  oft  auch.  Die  End-  j  bisweilen  sehr  tief  geschlitzt  oder  gelappt,  um- 
zipfel  der  5  weißen  Kronblätter  umgeschlagen.  |  gekehrt-eiförmig,  dunkelgrün,  beiderseits  glän- 
Die  Frucht  länglich-eirund,  von  der  Seite  zu-  zend.  Die  oberen  Blätter  einfacher,  kurz  gestielt, 
samraengedrückt,  kahl,  mit  einem  gewölbten  [  fiederspaltig  bis  dreilappig,  zuletzt  ganzrandig. 
Griffelfuß  und  2  sehr  kurzen,  zurückgebogenen  j  Die  ganze  Pflanze  kahl.  Die  Blüten  in  zu- 
Griffeln. An  dritter  Stelle  der  Fenchel,  Fruc-  sammengesetzter,  ziemlich  flacher,  meist  acht- 
tus  Foeniculi,  von  Foeniculum  vulgare  Ibis  fünfzchnstrahliger  Dolde.  Die  Hülle  sechs- 
Miller  (=  F.  capillaceum  Gilbert),  einer  ein-  bis  i  bis  fünfzehnblättrig,  zurückgeschlagen,  die 
mehrjährigen  Pflanze,  heimisch  vom  Kaukasus  Blättchen  schmal,  zugespitzt,  grün  und  weiß 
bis  Abessinien,  vielfach  kultiviert,  bei  uns  auch  1  barandet.  Am  Grunde  der  reichblütigen  Döld- 
verwildert.  Der  Stengel  stielrund,  aufrecht,  J  chen  ein  Hüllchen  aus  zahlreichen  Blättchen, 
fein  gerillt,  wie  die  ganze  Pflanze  kahl;  die  Blätter  I  Die  Blumenblätter  gelb,  an  der  Spitze  ein- 
gestielt, am  Grunde  gescheidet,  drei- bis  vierfach  gebogen.  Die  Frucht  elliptisch,  vom  Rücken 
fiederschnittig,  die  einzelnen  Abschnitte  fädlich.  |  her  zusammengedrückt.  Der  Wurzelstock 
Die  Dolden  zehn- bis  zwanzigstrahlig,  ohneHüllen,  1  und  die  Wurzeln  frisch  fleischig,  getrocknet 
die  Döldchen  reichstrahlig,  ohne  Hüllchen.  !  schwammig  und  weich,  hellgraubraun,  oft  mehr- 
Die  Blüten  mit  5  gelben,  "rundlichen,  an  der  i  köpfig.  In  der  frischen  Wurzel  0,3  bis  0.5%,  in 
Spitze  eingerollten  Blumenblättern.  Von  allen  !  der  getrockneten  0,6  bis  1%  ätherisches  Oel 
drei  Pflanzen  werden  die  Früchte  und  das  in  den  i  usw.  Die  getrocknete  Wurzel  —  Liebstöckel- 
Früchten  enthaltene  ätherische  Oel  als  Magen-  wurzel,  Radix  Levistici  —  innerlich  als 
mittel,     blähungtreibendes     und     auswurfbeför-  i  harntreibendes     Mittel,     Magenmittel,     ki-ampf- 


derndes  Mittel,  als  Mittel  zur  Beförderung  der 
Menses  und  zur  Steigerung  der  Milchabsonderung 
verwendet,  dienen  aberhauptsächlichzumWürzen. 
—  Angelica  Archangelica  L.  (=  Archan- 
gelica  officinalis  Hoff  mann,  Angelica  officinalis 
Mönch),  eine  zweijährige  Pflanze,  heimisch  im 
nördlichen    Europa  und   im    mitteleuropäischen 


stillendes  Mittel  usw.,  Volksmittel.  —  Ferner 
Pimpinella  Saxifraga  L.  und  P.  magna  L. 
und  Varietäten,  durch  ganz  Europa  und  Vorder- 
asien auf  Wiesen,  Weiden,  an  Wegen  usw.  ver- 
breitete ausdauernde  Pflanzen.  Der  getrocknete 
Wurzelstock  außen  gelblichgrau,  meist  mehr- 
köpfig,  mit  den  Resten  der  hohlen  oberirdischen 


Gebirge,  angepflanzt  im  nördlichen  und  mitt- [  Achsen  und  den  Narben  abgeschnittener  Knospen, 
leren  Deutschland.  Der  Stengel  aufrecht,  stiel-  An  der  Basis  des  Wurzelstockes  eine  einfache, 
rund,  hohl,  kahl,  zuweilen  rötlich  angehaucht,  i  spindelförmige,  außen  groblängsfurchige,  mit 
bis  2,5  m  und  höher.  Die  unteren  Blätter  bis  starken  Warzen  besetzte  Hauptwurzel  oder 
über  50  cm  lang,  gestielt,  zwei-  bis  dreifach  mehrere  Wurzelfasern.  Die  Wurzel  — ■  Radix 
fiederschnittig,  oberseits  dunkelgrün,  unterseits  Pimpinellae,  Biberneilwurzel  —  enthält 
bläulichgrün,  beiderseits  kahl,  die  oberen  Stengel-  [  zu  0,4%  ätherisches  Oel  usw.,  dient  als  Volks- 
blätter  einfacher.  Der  Blattstiel  am  Grunde  zu  \  mittel  wie  Angelika  und  Levistikum,  die  Tinktur 
einer   großen,    blasenartigen    Scheide    erweitert,    zu  Mund-  und  Gureelwässern. 


Die  Blüten  in  sehr  großen,  fast  kugelförmigen, 
zusammengesetzten,  vielstrahligen  Dolden  an 
den  Enden  der  Hauptachse  und  der  Seitenäste,  die 
Döldchen  vielstrahlig ;  Hüllen  fehlen,  die  Hüll- 
chen zurückgeschlagen,  aus  sehr  zahlreichen 
linealischen  Blättchen.  Die  Blüten  grün,  der 
Kelch  als  sehr  schwach  gezähnelter  Wulst,  die 
5  elliptischen  Blumenblättchen  an  der  Spitze 
nach  innen  breit  umgebogen.  Die  Frucht  oval, 
kahl.  Der  getrocknete,  mit  zahlreichen  Blatt- 
resten usw.  beschopfte,  unten  oft  abgestorbene 
Wurzelstock  mit  den  Wurzeln  —  Angelika- 
wurzel, Radix  Angelicae  — ■  innerlich  als 
harntreibendes  Mittel,  Magenmittel,  Reizmittel 
für  das  Nervensystem,  krampfstillendes  Mittel, 
äußerlich  zu  Einreibungen,  Bädern.  Im  hohen 
Norden  Europas  sind  die  frischen  grünen  Pflanzen- 
teile ein  beliebtes  Gemüse.  In  der  trockenen 
Wurzel  0,35  bis  1,0%,  in  frischer  Wurzel  0,2  bis 
0,37%  ätherisches  Oel,  daneben  Harz, 
Angelikasäure,      Bitterstoff,      Gerbstoff 


Labiaten.  Von  den  zahlreichen,  wegen  ihres 
Gehaltes  an  ätherischen  Oelen  zu  Heilzwecken 
benützten  Lippenblütlern  sind  hier  nur  die 
wichtigsten  aufgeführt.  Lavandula  spica  L. 
(=  L.  officinalis  Chaix.),  in  den  westlichen 
Mittelmeerländern  heimisch,  zur  Oelgewinnung 
in  Südfrankreich,  England  kultiviert.  Ein  stark 
verästelter,  bis  60  cm  hoher  Halbstrauch  mit  ein- 
fachen, vierkantigen,  am  Grunde  beblätterten 
Aesten.  Die  Blätter  gegenständig,  sitzend, 
linealisch  bis  lanzettlich,  mit  umgebogenem 
Rand,  anfänglich  filziggrau,  später  grün,  unter- 
seits drüsig  punktiert.  Die  getrockneten,  vor  der 
vollständigen  Entfaltung  von  der  endständigen, 
blattlosen,  ährenförmigen,  lockeren  Infloreszenz 
gesammelten  Blüten  —  Lavendelblüten, 
Flores  Lavandulae— besitzen  röhrenförmigen, 
stark  längsrippigen,  weißlichen,  nach  oben  stahl- 
blauen, drüsigpunktierten  Kelch,  blaue,  röhren- 
artig geschlossene  Blumenkrone  mit  verkehrt- 
herzförmiger zweilappiger  Überlippe  und  gleich- 

19* 


292 


Heil-  und  Giftpflanzen 


mäßig  gerundeter  dreilappiger  Unterlippe.  2 
längere  und  2  kürzere  Staubgefäße,  in  halber  Höhe 
der  Kronröhre  innen  angewachsen ;  ein  ober- 
ständiger  Fruchtknoten  aus  2  Fruclitblättorn 
gebildet,  durch  faisclie  Scheidewände  vierteilig. 
Die  Samen  als  4  J^üßchen.  üehalt  an  ätheri- 
schem Oel  bis  3%.  Aeußerlich  zu  Bädern, 
Kräuterkissen,  Essenzen,  Einreibungen  usw.  — 
Von  der  Melisse,  Melissa  officinalis  L., 
der  Pfefferminze,  Mentha  piperita  L. 
(wahrscheinlich  ein  Bastard  zwischen  M.  aquatica 
L.  und  M.  viridis  L.),  dem  Rosmarin,  Ros- 
marinus  officinalis  L.,  und  dem  Salbei, 
Salvia  officinalis  L.  sind  die  getrockneten 
Blätter  medizinisch  gebräuchlich.  Melissa 
officinalis  L.  ist  eine  in  Südeuropa  heimische, 
bei  uns  in  einigen  Gegenden  angebaute  Pflanze 
mit  bis  90  cm  hohem,  vierseitigem,  ästigem  Sten- 
gel und  gegenständigen,  langgestielten,  3  bis 
5  cm  langen,  eiförmigen  oder  mehr  oder  weniger 
herzeiförmigen,  stumpf  grobkerbig  gesägten, 
oberseits  gesättigtgrünen  und  zwischen  den  tiefer 
liegenden  Nerven  runzelig-gewölbten,  unterseits 
helleren  Blättern.  Die  Blüten  in  kurzgestielten, 
achselständigen,  einseitswendigen  Scheinquirlen. 
Der  Gehalt  der  getrockneten  Blätter  — ■  Melis- 
senblätter, Folia  Melissae  —  an  ätheri- 
schem Oel  0,1  bis  0,25%.  —  Mentha  piperita 
L.,  angeblich  in  England  wild,  in  England, 
Deutschland,  Frankreich,  Rußland,  Indien, 
Japan,  den  Vereinigten  Staaten  Nordamerikas 
in  größeren  Mengen  zur  Oelgewinnung  kultiviert. 
Der  Stengel  bis  1  m  hoch,  aufrecht,  vierkantig; 
die  Blätter  gegenständig,  kurzgestielt,  in  den  Blatt- 
stiel verschmälert,  3  bis  9  cm  lang,  eilanzettlich 
bis  eiförmig-länglich,  mehr  oder  weniger  zu- 
gespitzt, ungleich  scharf  gesägt,  oberseits  hoch- 
grün, unterseits  etwas  blasser,  fast  kahl,  auf 
beiden  Seiten  mit  zahlreichen  punktförmigen, 
gelblichen  Drüsenschuppen.  Der  Blattstiel  und 
die  Nerven  vielfach  violett  gefärbt.  Die  Blüten 
in  reichblütigen  Scheinquirlen,  die  unteren  ge- 
stielten voneinander  abgedrückt,  die  oberen 
sitzenden  dicht  zusammengedrängt,  die  Farbe 
der  Blumenkione  dunkelviolett.  In  den  getrock- 
neten Pfefferminzblättern,  Folia  Menthae 
piperitae,  1  bis  2,5%,  im  frischen  Kraut  0,1  bis 
0,25%  ätherisches  Oel.  Beide  Pflanzen  dienen 
als  Magenmittel,  blähungtreibendes,  schweiß- 
treibendes und  krampfstillendes  Mittel,  bei  Kolik, 
Diarrhöen,  Uterus-  und  Blasenleiden  usw.  Von 
Rosmarinus  officinalis  L.,  einem  1  bis  2  m 
holien  immergrünen,  stark  verästelten  Strauch 
der  Mittelmeerländer,  dort  wie  in  England  kul- 
tiviert, werden  die  getrockneten  Blätter  —  Ros- 
marinblätter, Folia  Rorismarini  —  als 
blähungtreibendes  und  anregendes  Mittel,  zur 
Beförderung  der  Menses,  äußerlich  zu  Ein- 
reibungen verwendet.  Die  Blätter  gegen- 
ständig, dicht  zusammenstehend,  fast  sitzend, 
starr,  gleichbreit,  lineal,  stumpf,  ganzrandig, 
lederartig,  am  Rande  stark  eingerollt,  die  Unter- 
seite nur  als  schmale  Furche  sichtbar.  Oberseits 
glänzend  hellgrün,  runzelig,  kahl,  unterseits 
weiß-  oder  grünfilzig,  mit  stark  hervortretender 
Mittelrippe.  Die  Blüten  kurz  gestielt,  hell- 
violett, in  achselständigen,  vier-  bis  achtblütigen 
Trauben.  Von  den  4  Staubfäden  die  beiden 
unteren  fruchtbar,  die  oberen  länger,  unfruchtbar, 
oft  verkümmert  oder  fehlend.  Oelgehalt  1%. 
. —  Salvia  officinalis  L.,  ein  bis  70  cm  hoher 


Strauch  oder  Halbstrauch  Südeuropas  (Mittel- 
meergebiet), bei  uns  häufig  kultiviert,  als  Garten- 
pflanze vielfach  angebaut.  Man  bevorzugt  zum 
nuMÜzinischen  Gebrauch  die  Blätter  kultivierter 
Pflanzen.  Diese  gestielt,  bis  10  cm  lang,  länglich, 
lanzettüch  oder  eiförmig,  spitz  oder  stumpf,  am 
Rande  fein  gekerbt,  am  Grunde  in  den  Blattstiel 
verschmälert,  abgerundet  oder  schwach  herz- 
förmig, nicht  selten  geöhrt,  im  allgemeinen  ver- 
schieden gestaltet.  Charakteristisch  die  klein- 
aderig-runzelige Spreite,  welche  zwischen  den 
Maschen  des  dichten  Nervennetzes  nach  oben 
gewölbt  ist.  Beide  Blattseiten  je  nach  dem 
Standort  gleichmäßig  weiß-  oder  graufilzig, 
grünlich  bis  silbergrau.  Die  Blumenkrone  violett, 
zweilippig,  die  Oberlippe  helmartig,  die  größere 
Unterlippe  dreilappig  mit  gespreiztem  zwei- 
lappigem Mittellappen.  Nur  2  Staubfäden.  Der 
Griffel  nach  vorn  übergebogen,  endet  in  eine 
zweispaltige  Narbe,  deren  Zipfel  ungleich  groß 
sind.  Gehalt  an  ätherischem  Oel  1,5  bis  2,5%. 
Anwendung  als  fäulniswidriges  Mittel,  Konfor- 
tativum,  zusammenziehendes  Mittel  (wegen  des 
Gerbsäuregehaltes),  zu  Mund- und  Gurgelwässern, 
bei  Angina  und  Skorbut,  zu  Kataplasmen,  zur 
Verminderung  der  Milchabsonderung,  die  Tinktur 
gegen  übermäßige  Schweißabsonderung. 

Compositen.  Matricaria  chamomilla 
L.,  die  Kamille,  eine  einjährige,  in  Europa  und 
Westasien  weitverbreitete,  in  Nordamerika  und 
Australien  eingebürgerte  Unkiautpflanze  und 
Anthemis  nobilis  L.,  ausdauernd,  wildwach- 
send im  südlichen  und  westlichen  Europa,  kul- 
tiviert in  Deutschland,  Belgien,  England  usw., 
liefern  die  Kamillen,  Flores  Chamo- 
millae  bezw.  die  römischen  Kamillen, 
Flores  Chamomillae  romanae.  Erstere 
besitzt  bis  20  cm  hohen,  verästelten,  aufrechten 
Stengel,  sitzende,  doppelt  fiederteilige  Blätter, 
die  einzelnen  Blattzipfel  linealfadenförmig.  Der 
Hüllkelch  aus  20  bis  30  grünen,  in  3  Reihen  dach- 
ziegelartig geordneten  Hüllblättern,  der  Blüten- 
boden halbkugelig-kegelförmig,  hohl,  olme  Spreu - 
blättchen,  mit  12  bis  18  weißen  Zungenblüten  und 
zahlreichen  sehr  kleinea,  gelben,  zwitterigen 
Röhrenblüten.  Alle  Teile  der  Pflanze  haarlos. 
Die  allein  gebräuchlichen  gefüllten  Blüten  der 
kultivierten  Varietät  von  Anthemis  nobilis  etwa 
2  bis  3  cm  groß,  mit  dachziegelartigem,  aus 
ovalen,  gesägten  Blättchen  gebildetem  Hüllkelch 
und  gewölbtem,  nicht  hohlem,  am  Scheitel  mit 
Spreu  blättchen  besetztem  Blütenboden,  sehr 
zahlreichen  weißen,  zungenförmigen,  weiblichen 
Strahlenblüten  und  nur  wenigen  mittleren, 
gelben,  zwitterigen  Röhrenblüten.  Beide  Blüten 
dienen  wegen  ihres  Gehaltes  an  ätherischem 
Oel  als  Nervenheihnittel,  blähungtreibendes 
und  schweißtreibendes  Mittel,  zu  Bädern,  Kata- 
plasmen, Augen  wässern,  Mundwässern,  als 
schwaches,  aber  wirksames  Antiseptikum.  — 
Von  Achillea  millef  oliuniL.,  der  Schafgarbe, 
dient  das  Kraut  nur  als  Volksmittel.  Die  Pflanze, 
durch  fast  ganz  Europa  auf  Feldern  und  Wiesen, 
an  Wegen  und  Rainen  gemein,  hier  und  da  in 
Kultur,  hat  aufrechten,  einfachen  oder  oben 
ästigen,  mehr  oder  weniger  zottig  behaarten 
Stengel,  wechselständige,  länglich-  oder  lineal- 
lanzettliche  Blätter,  die  unteren  gestielt  mit  am 
Grunde  verbreitertem  Blattstiel,  die  oberen 
sitzend,  halb  stengelumfassend,  alle  doppelt 
bis    dreifach   fiederschnittig,    mit   sehr    kurzen, 


Heil-  und  Cxiftpflanzen 


293 


lanzettlichen  oder  fädigen,  mehr  oder  weniger 
zottig  behaarten  Zipfeln.  Die  Blütenkörbchen  in 
zusammengesetzten,  gipfelständigen,  gedrängten 
oder  lockeren  Doldentrauben.  Die  Blättchen  des 
Hüllkelches  länglich-eiförmig,  häutig  gerandet, 
die  Strahlenblüten  weiblich,  weiß  oder  rosarot, 
die  Scheibenblüten  zwitterig,  gelb.  Achillea 
millefolium  variiert  sehr  nach  dem  Standort 
in  der  Verteilung  der  Blätter,  der  Behaarung, 
der  Größe  und  Dichte  der  Doldentrauben,  in  der 
Farbe  der  Blüten  usw.  Enthält  ätherisches 
Oel,  einen  stickstoffhaltigen  Bitterstoff  Achil- 
lein usw.,  wird  bei  Bleichsucht,  Katarrh,  haupt- 
sächlich aber  als  Blutreinigungsmittel  ver- 
wendet. 

5g)  Harzhaltige  Pflanzen.  Harze 
bestellen  nur  aus  Kohlenstoff,  Wasserstoff 
und  Sauerstoff  und  sind  den  Terpenen  nahe- 
stehende Verbindungen,  wahrscheinlich  an 
der  Luft  gebildete  Oxydationsprodukte 
derselben. 

a)  Weich  harze  (Balsame),  in  Alkohol 
und  Aether  lösliche  Gemenge  von  ätherischen 
Oelen  und  Harzen  in  geringerer,  aromati- 
schen Säuren,  Alkoholen  und  Estern  in 
größerer  Menge. 

Leguminosen  —  Caesalpiniaceen.  Von 
Copaifera  (Copaiba)  officinalis  (Jac- 
quin)  L.,  C.  guyanensis  (Desfontaines)  0. 
Kuntze,  C.  coriacea  (Martins)  0.  Kuntze, 
C.  confertiflora  (Benth.)  0.  Kuntze,  C.  Langs- 
dorffii  (Desf.)  0.  Kuntze,  stattlichen,  bis  30  m 
und  darüber  hohen  Bäumen  mit  zerstreirt 
stehenden,  paarig  gefiederten,  lederigen,  durch- 
scheinend punktierten  Blättern  und  kleinen, 
zwitterigen,  meist  weißen  Blüten  in  end-  oder 
achselständigen,  einfachen  oder  rispigen  Aehren, 
heimisch  im  nordöstlichen  Südamerika,  Nordost- 
brasilien usw.,  wird  durch  Anzapfen  der Copaiva- 
balsam,  Balsamum  Copaivae  gewonnen, 
ein  in  Sekreträumen  des  Stammes  sich  bildender 
Balsam.  Von  den  verschiedenen  Handelssorten 
sind  nur  der  dickflüssige  Maracaibo-  (Vene- 
zuela-)Balsam  und  der  dünnflüssige  Para- 
(Maranham-)Balsam  bei  uns  pharmazeutisch 
zulässig.  Der  Balsam  enthält  40  bis  65%  äthe- 
risches Oel  und  bis  40%  Harzsäuren  usw., 
wird  als  harntreibendes- und  auswnrf beförderndes 
Mittel  bei  Nieren-  und  Harnsteinen,  bei  Tripper, 
chronischem  Lungenkatarrh  verordnet. 

Leguminosen—  Papilionaceen.  Myro- 
xylon  balsamum  (L.)  Harms  var.  Pereirae 
(Royle)  Baillon  (=  Toluifera  Pereirae  (Klotzsch) 
Baillon)ist  die  Stamnipflanze  des  Perubalsams, 
Balsamum  Peruvianum.  Ein  bis  20,  selten 
30  m  hoher  immergrüner  Baum  mit  verhältnis- 
mäßig kurzem  Stamm,  abwechselnden,  gestiel- 
ten, unpaariggefiederten,  durchscheinend  punk- 
tierten Blättern  und  zahlreichen  zwitterigen 
Blüten  in  langgestielten,  lockeren  Trauben, 
heimisch  in  Bergwäldern  eines  Costa  del  Balsamo 
benannten  schmalen  Küstenstriches  der  Republik 
San  Salvador,  des  einzigen  für  den  Handel  in 
Betracht  kommenden  Produktionslandes.  Der 
nach  teilweisem  Entblößen  des  lebenden  Stammes 
von  der  Rinde  und  Schwelen  der  entrindeten 
Stellen  austretende  Balsam  wird  in  Lappen  auf- 
gefangen, ausgekocht,  ausgepreßt  und  kommt  als 
eine    dunkelbraune,    klare,    in    dünner    Schicht 


rubinrote,  dicke  Flüssigkeit  in  den  Handel. 
Als  wichtigster  Bestandteil  zu  G2  bis  64%  das 
Perubalsamöl  (Cinnamein).  Innerhch  als  aus- 
wurfbeförderndes und  harntreibendes  Mittel, 
gegen  Tuberkulose,  äußerlich  als  Mittel  gegen 
Räude  und  Ausschlag,  als  Antiseptikum  bei 
Wunden,  als  Haarwuchsmittel,  Geruchskorri- 
gens  usw. 

ß)  Gummiharze.  Weiche  oder  halb- 
flüssige, in  Wasser  und  Alkohol  teilweise 
lösliche  amorphe  Gemenge  von  Gummi, 
Pflanzenschleim,  Harz  und  ätherischen  Oelen ; 
in  Wasser  löst  sich  das  Gummi,  in  Alkohol 
das  Harz. 

Euphorbiaceen.  Von  den  Wolfsmilch- 
arten findet  bei  uns  nur  der  Saft  von  Euphor- 
bia resinifera  Berg,  einer  blattlosen,  bis  2  m 
hohen,  mit  vierkantigen  Zweigen  versehenen, 
fleischig-kaktusartigen  Pflanze  Marokkos  (an 
den  Abhängen  des  Atlas  besonders  südöstlich 
der  Stadt  Marokko),  als  Euphorbium,  Resina 
Euphorbii  medizinische  Verwendung.  Das  Harz 
tritt  infolge  von  Einschnitten  in  den  Stamm 
und  die  Zweige  aus  den  zahlreichen  ungegliederten 
Milchschläuchen  aus,  erhärtet  an  der  Pflanze, 
wird  abgenommen  und  vor  der  Verwendung 
soweit  als  möglich  von  den  anhaftenden  Pflan- 
zenteilen gereinigt.  Frülier  innerlich  als  starkes 
Abführmittel,  jetzt  nur  noch  äußerlich  zu  scharfen 
Einreibungen,  als  Zusatz  zu  blasenziehenden 
Salben  und  Pflastern.  Der  Harzgehalt  des 
Euphorbiums  etwa  60  %.  Beim  Volke  sind  ferner- 
hin gebräuchlich:  Euphorbia  pilulifera  L. 
(=  E.  capitata  Lani.,  E.  hirta  L.),  eine  ein- 
jährige, bis  60  cm  hohe  Pflanze,  heimisch  und 
verbreitet  in  Queensland,  Nordamerika  (Texas 
bis  Neumexiko),  in  den  tropischen  Teilen  von 
Mittel-  und  Südamerika,  West-  und  Ostindien, 
West-  und  Ostafrika  usw.,  und  Euphorbia 
peplis  L.  (=  Tith}mialus  pephs  Gärtn.),  eine 
einjährige,  bis  30  cm  hohe  Pflanze,  heimisch  in 
den  Mittelnieerländern,  durch  fast  ganz  Europa, 
Nordafrika  und  Nordasien  verbreitet,  nach 
Nordamerika  verschleppt.  Diese  finden  als 
HerbaEuphorbiae  pi lulif er ae, Pille nwolfs- 
milehkraut  bezw.  Herba  Euphorbiae  pe- 
plis,  Garten  wolfsmilchkraut  beim  Volke 
als  Abführmittel,  harntreibendes  und  auswurf- 
beförderndes Mittel,  anregendes  Mittel,  bei  Trip- 
per, Husten,  Bronchitis,  Wassersucht,  besonders 
bei  Asthma  Verwendung.  Als  wirksame  Stoffe 
gelten  ein  Alkaloid  und  ein  Glukosid.  E.  piluli- 
fera besitzt  schlanken,  aufrechten  oder  anstei- 
genden, einfachen  oder  etwas  ästigen,  im  oberen 
Teile  grobhaarigen,  außen  glänzend  roten  bis 
rotbräunlichen  Stengel.  Die  Blätter  gegen- 
ständig, länglich  eiförmig  oder  schief  lanzettlich, 
stumpf -spitzig,  kurz  gestielt,  sehr  fein  gesägt, 
oberseits  glänzend  dunkelgrün,  unterseits  hell- 
grün, beiderseits  behaart.  Die  zahlreichen  kleinen 
Blütenstände  in  dichten  achselständigen  oder  end- 
ständigen, sitzenden  oder  kurzgestielten,  kuge- 
ligen Trugdolden.  Bei  E.  peplis  der  Stengel 
rund  und  vom  Grunde  aus  verzweigt,  die  Blätter 
abwechselnd  oder  zerstreut,  gestielt,  umgekehrt 
eiförmig,  ganzrandig,  kahl,  abgestutzt,  nehmen 
von  unten  nach  oben  an  Größe  zu.  Die  Blüten 
in  drei  strahligen,  wiederholt  drei-  bis  sechsmal 
gegabelten  Dolden.    In  den  Vereinigten  Staaten 


294 


Heil-  und  Giftpflanzen 


Nordamerikas  wird  das  Kraut  von  Euphorbia 
nutans  Lag.,  E.  corollata  L.  und  E.  hype- 
ricifolia  A.  Gray  zu  Heilzwecken  benutzt. 
Als  Giftpflanzen  ohne  medizinische  Bedeutung 
sind  zu  nennen:  Die  Zypressen  Wolfsmilch, 
Euphorbia  cyparissias  L.,  häufig  an  Wegen 
und  Waldrändern,  auf  Weiden,  trockenen  Triften 
usw.  Der  Stengel  auf  rocht,  ästig,  dicht  beblättert; 
die  Blätter  spiralig  angeordnet,  schmal  lineal,  die 
oberen  fast  borstenförmig,  ganzrandig,  kahl, 
meist  bläulichgrün.  Die  Dolde  \ielstrahlig,  die 
Strahlen  wiederholt  gabelig,  die  Deckblätter 
dreieckig-eiförmig,  bei  der  Fruchtreife  oft  rot 
werdend.  — •  Euphorbia  helioscopia  L.,  die 
sonnen  wendige  Wolfsmilch,  einjährig,  auf 
Garten-  und  Ackerboden  in  ganz  Deutscnland. 
Der  Stengel  rund,  kahl,  meist  einfach,  die 
Blätter  zerstreut,  umgekehrt-eiförmig  oder  keil- 
förmig, gestielt,  vorn  gesägt,  nach  unten  zu 
ganzrandig.  Fünfstrahlige,  zwei-  bis  dreigabelige 
Dolden.  Euphorbia  esula  L.,  die  gemeine 
Wolfsmilch,  E.  lathyris,  die  kreuzblättrige 
Wolfsmilch  u.  a. 

Guttiferen.  Garcinia  Hanburyi  Hooker 
fil.,  heimisch  an  der  Ostküste  des  Golfes  von 
Slam,  liefert,  wenn  auch  vielleicht  nicht  aus- 
schließlich, doch  zum  größten  Teil  das  Gummi- 
gutt,  Gummiresina  Gutti  des  Handels. 
Ein  bis  15  m  hoher  Baum  mit  gegenständigen, 
kurzgestielten,  elliptischen,  kurz  zugespitzten, 
ganzrandigen,  kahlen,  lederartigen,  oberseits 
glänzend  dunkelgrünen  Blättern  und  einge- 
schlechtigen, zweihäusigen  Blüten.  Das  Gummi- 
harz findet  sich  in  Form  sehr  feiner  Körnchen 
in  der  schleimreichen,  stark  quellenden  resino- 
genen  Schicht  der  langen  und  großen  schizogenen 
Sekretbehälter,  welche  besonders  in  der  Rinde, 
doch  auch  im  Marke,  den  Blättern  und  den 
Früchten  vorkommen.  Man  gewinnt  es  durch 
Einschneiden  der  Stämme  und  fängt  den  heraus- 
tretenden schleimigen  gelben  Saft  in  kleine 
Bambusröhren  auf.  Nach  etwa  einem  Monat  ist 
der  Saft  erstarrt.  Gehalt  an  Harz  (cc-,  ß-,  y- 
Garcinolsäure)  bis  86%,  durchschnittlich  77%, 
an  Gummi  je  nachdem  bis  27%.  Ein  starkes 
Abführmittel,  harntreibendes  Mittel,  bei  Wasser- 
sucht usw. 

Umbelliferen.  Ferula  assa  foetida  L., 
F.  narthex  Boissier,  F.  foetida  (Bunge)  Regel 
und  andere  liefern  den  Asant,  Stinkasant, 
Asa  foetida.  Bis  2,5  m  hohe  kräftige  Stauden, 
heimisch  in  Persien,  Afghanistan,  dem  oberen 
Indusgebiet,  kultiviert  bei  Herat  usw.  Der  bei 
der  geringsten  Verletzung  der  Wurzel  aus- 
tretende Milchsaft  wird  gesammelt,  eingetrocknet 
und  kommt  in  2  Sorten  (als  Hing -Asa  und 
Hingra  -Asa)  zu  uns  in  den  Handel.  Verwendung 
innerlich  als  beruhigendes  Mittel  bei  Krampf- 
kolik, als  Wurmmiftel,  als  Vorbeugungsmittel 
gegen  habituellen  Abortus,  bei  Hysterie,  Nervosi- 
tät, als  Riechmittel  usw.,  reichlicher  in  der 
Veterinärmedizin.  Der  Harzgehalt  der  Droge 
etwa  bis  70%,  der  Gehalt  an  Gummi  bis  50%, 
durchschnittlich  ca.  25%,  an  ätherischem  Oel 
3  bis  9%,  meist  6%. 

y)  Hartharze,  amorphe,  in  der  Kälte 
meist  harte  und  spröde,  beim  p]rwärmen 
weiche  und  oft  klebrige  Stoffe,  völlig  unlöslich 
in  Wasser,  löslich  in  Alkohol,  meist  auch  in 


Aether,  fetten   und  ätherischen  Oelen,  ent- 
halten kein  oder  nur  wenig  ätherisches  Oel. 

i  Zygophyllaceen.  Guajacum  officinale 
I  L.  und  G.  sanctum  L.,  erstere  ein  im  tropischen 
Amerika,  besonders  auf  den  kleinen  und  großen 
Antillen  wachsender,  bis  12  m  hoher  Baum 
mit  gegenständigen,  kurz  gestielten  oder  fast 
sitzenden,  paarig  gefiederten,  immergrünen  Blät- 
tern und  hellblauen,  ansehnlichen  Blüten  in 
sechs-  bis  zehnblütigen  Dolden,  letztere  auf  den 
Bahamas-Inseln  und  in  Florida  heimisch.  Von 
beiden  Arten  stammt  das  of  f  izinelle  Guajakholz, 
Pockholz,  Lignum  Guajaci,  im  Groß- 
handel in  10  bis  30  cm  dicken,  oft  mehrere 
Zentner  schweren,  von  der  Rinde  befreiten 
Stamm-  und  Zweigstücken,  im  Kleinhandel  nur 
geraspelt  und  geschnitten.  Beim  Volke  als  Blut- 
reinigungsmittel, gegen  Hautbanklieiten,  Rheu- 
matismus. Im  Holze  etwa  15%  Harz,  daneben 
Saponin  und  Saponinsäure,  Guttin  usw.; 
nach  neueren  Angaben  ist  dem  Saponin  die 
arzneiliche  Wirkung  zuzuschreiben. 

_  Styracaceen.  Als  Stammpflanze  für  das 
bei  uns  allein  gebräuchliche  Siam-Benzoeharz 
wird  Styrax  Benzoin  Dryander,  ein  mittel- 
hoher Baum  Siams  angenommen,  dieselbe  Pflanze, 
welche  auf  Sumatra  die  Sumatrabenzoe  liefert. 
Auch  dieses  Harz  fließt  aus  dem  Baum  freiwillig 
oder  infolge  von  tiefen  Einschnitten,  das  Produkt 
ist  ein  pathologisches,  der  Baum  besitzt  weder 
Seki-etbehälter  noch  irgendein  Seki'et.  Die  Droge 
dient  innerlich  als  auswurfbeförderndes  Mittel  bei 
chronischen  Katarrhen,  äußerlich  zu  Räucherun- 
gen, bei  Wunden,  Verbrennungen,  Sommer- 
sprossen, zu  Zahnmitteln  usw.,  findet  besonders 
in  der  Kosmetik  Verwendung.  Enthält  70  bis 
80%  Harz  (38%  Benzoesäure,  57%  Resinol- 
tannol,  5%  Benzoeresinol). 

5h)  Pflanzen  mit  fetten  Oelen. 
Lycopodiaceen.  Lycopodium  clavatum 
L.,  eine  in  den  meisten  Ländern  mit  gemäßigtem 
oder  kälterem  Klima  verbreitete  ausdauernde 
Pflanze,  in  höheren  Breiten  in  den  Wäldern  des 
Tieflandes,  in  niederen  Breiten  im  Gebirge.  Der 
Stengel  bis  über  1  m  lang,  liriechend  und  am  IBoden 
wurzelnd,  wiederholt  gabelig  verzweigt  durch 
aufstrebende  und  aufrechte  Aeste,  dicht  besetzt 
mit  sitzenden,  linien -lanzettlichen,  hell-  oder 
gelblichgrünen,  in  eine  lange  weiße  haarförmige 
Spitze  auslaufenden,  steifen,  ganzrandigen  oder 
gesägten  Blättern.  Letztere  an  den  kriechenden 
Aesten  nach  oben  gerichtet,  an  den  aufrechten 
Zweigen  allseits  wendig  und  etwas  aufwärts  ge- 
krümmt, in  Wirtein  oder  spiralig  in  mehreren 
Zeilen  sehr  dicht  angeordnet.  Die  blättertragen- 
den Aeste  enden  in  einzelne,  meist  aber  in  zwei- 
bis  vier  walzigrunde,  grünlichgelbe  Fruchtähren. 
Die  Sporophylle  eiförmig,  kurz  in  eine  farblose 
Borste  zugespitzt, am  Grunde  abgerundet, fast  herz- 
förmig, sehr  kurz  gestielt,  am  Rande  ausgefressen 
gezähnelt;  die  Sporangien  schmaler  als  die 
Sporophylle,  nierenförmig,  gedunsen,  zweiklappig 
aufspringend,  je  eines  am  Grunde  der  Sporo- 
ph^dle.  Die  zahlreichen  Sporen  —  Bärlapp- 
samen, Lycopodium  —  enthalten  etwa  50% 
fettes  Oel,  sie  dienen  als  harntreibendes  lüttel 
bei  Blasenleiden,  äußerlich  als  austrocknendes 
Streupulver  bei  Wunden.  Das  Kraut  —  Bär- 
lappkraut,   Herba    Lycopodii    clavati    — 


Heil-  und  Griftpflanzen 


295 


enthält  Zucker,  Bitterstoffe,  Fett,  Harz,  männlichen  Blüten  in  lange.i,  grünen,  herab- 
organische Säuren,  den  alkaloidischen  Körper  hängenden,  später  abfallenden,  dicken  Kätzchen 
Lycopodin  usw.,  wird  beim  Volke  als  menstrua-  in  vorjährigen  Achselknospen;  die  weiblichen 
tionsbeförderndes  Büttel,  als  harntreibendes  Blüten  in  geringerer  Zahl  (1  bis  4)  am  Gipfel 
Mittel  und  Abführmittel  verwendet.  Andere  der  jungen  Sprosse,  die  2  Fruchtblätter  enden 
Lycopodiumarten,  z.  B.  L.  annotinum,  L.  in  großen,  federigen,  auseinanderspreizenden 
complanatum,  L.  alpinum  dienen  in  einigen  I  Narben.  Der  Fruchtknoten  unterständig;  die 
Gegenden  Europas  gleichen  Zwecken.  1  Steinfrucht  mit  grüner,  später  braunschwarzer, 

Euphnrbiaceen.  Croton  Tiglium  L.  '  abfallender  Hülle. 
(=  Tiglium  officinale  Kl.),  ein  in  Ostindien  i  Fagaceen.  \on  Quercus  robur  L.,  der 
heimischer,  liier,  auf  Java,  den  Philippinen  und  Eiche  bezw.  deren  beiden  Formen  Qu.  pedun- 
in  China  kultivierter,  bis  G  m  hoher  Baum  odei  culata  Erhart,  Stieleiche,  Sommereiche 
Strauch  und  Ricinus  communis  Müll.  Argov.  u"d  Qu.  sessiliflora  Smith.  Traubeneiche, 
mit  seinen  Varietäten,  in  Kultur  bis  5  und  mehr  Steineiche,  Wintereiche,  in  Europa  ziemlich 
Meter  hoch,  heimisch  in  Ostindien  und  Afrika,  allgemein  verbreiteten,  bis  40  m  hohen  Bäumen 
kultiviert  der  Oelgewinnung  wegen  in  allen  1  mit  weit  ausgebreiteter  Krone,  ist  die  getrocknete 
wärmeren  Zonen  (Italien,  Frankreich,  England,  glatte  und  silbergraue  Rinde  junger,  12  bis 
Nordamerika,  Ost-  und  Westindien  usw.),  ent-  20  Jahre  alter  Bäume  oder  von  Stockausschlägen, 
halten  in  ihren  reifen  Samen  zu  40  bis  50%  !  die  sogenannte  Spiegelrinde  oder  Glanznnde 
fettes  Oel  von  abführenden  Eigenschatten.  |  offizinell.  Sie  enthält  16  bis  20%  Eisengerb- 
Das  Krotonöl,  Oleum  Crotonis  wird  beipä^re  und  dient  als  zusammenziehendes  und 
gelinder  Wärme  ausgepreßt,  nicht  mit  Lösungs- 1  blutstillendes  Mittel,  als  Gegenmittel  bei  Alka- 
mitteln  ausgezogen;  Rizinusöl,  Oleum  Ricini,!loid-  und  Metallvergiftungen,  zu  Mund-  und 
wird  durch  zweimaliges  Pressen  ohne  Anwendung  I  Gurgelwässer,  Bäder  usw.  Quercus  pedun- 
von  Wärme  gewonnen;  eine  dritte,  warme  culata  hat  wechselständige,  sehr  kurz  gestielte, 
Pressung  liefert  ein  minderwertiges,  als  Brennöl  |  ovale  bis  verkehrt-eiförmige,  mehrfach  tief  und 
benutztes  Oel.  Im  Krotonöl  freie  Krotonöl- 1  stumpf  ausgebuchtete,  am  Grunde  geöhrte,  ober- 
säure  oder    Krotonöl    bezw.   das   krotonöl- 1  "nd  unterseits  meist  kahle  Blätter.     Die  mann - 


saure  Triglycerid,  ferne'-  Glyceride  der 
Stearin-,  Palmitin-,  Olein-,  Laurin-,  Isovalerian-, 
Myristicin säure  und  einiger  anderer  organischer 


liehen  Infloreszenzen  herabhängend,  die  weib- 
lichen Infloreszenzen  an  der  Spitze  der  dies- 
jährigen Sprosse  blattachselständig,  aufrecht  und 


Säuren.  Rizinusöl  enthält  das  Triricinolein,  ^^'enigblütig,  die  Blüten  einzeln.  Die  Früchte 
das  Trielvcerid  der  abführend  wirkenden  Rizinol- 1  auf  langen  Stielen,  von  dem  schuppig-holzigen 
säure,  toner  Glyceride  der  Dioxystearinsäure  !  Be<*hei"  eingehüllt.  Bei  Qu.  sessiliflora  die 
usw.  In  den  Samen  beider  Pflanzen  ein  giftiges  I  Blätter  länger  gestielt,  verkehrt-eiförmig,  buchtig, 
Toxin  (Crotin  bezw.  Ricin,  kolloidale,  sehr  auf  der  Unterseite  im  Frühjahre  weichhaarig, 
hoch  molekulare  Stoffe,  deren  chemischer  Bau  !  später  mit  kurzen  Härchen.  Die  Früchte  nur 
noch  nicht  erforscht  ist),  das  nicht  in  das  Oel  über- ;kurzgestielt,  zu  2  bis  5  zusammen, 
geht,  aber  in  den  Preßkuchen  nachzuweisen  ist-  Leguminosen  —  Mimosoideen.    Acacia 


In    den   Rizinussamen    außerdem    das   Alkaloid 
Ricin  in  (CgHsNaO). 


catechu  (L.  fil.)  Willdenow  (=  Mimosa  sundra 
Roxb.)  und  Acacia  suma  Kurz  (=  Mimosa 
suma   Roxb.),  hohe   Bäume    Vorderindiens  und 


Linaceen.       Ueber    den    Leinsamen,    die    ^""7   ^^V-^"-^  "7«   ^'^^^'."^    vu,u,,iuuut.u.   uxm 

Samen      von      Linum      usitatissimum       l.  '  ^^'.  ^^'^If  ^^^^l-Ä  T*/ k    ' qo  "^ 

s.  unter  „IV.   Schleimführende   Pflanzen".  .gefiederten    Blattern    mit^  8    bis   30  und    mehr 

"  I  r  lederpaaren  und  40  bis  50  Paaren  kleiner,  weich 

5i)  Gerbstoffpflanzen.  Gerbstoffe  behaarter  Fiederblättchen,  die  Blüten  in  kurz- 
(Gerbsäuren)  sind  aus  Pflanzen  extrahierte,  (gestielten,  walzenförmigen,  gelben,  ziemlich 
in  Wasser  lösliclie  Stoffe  von  znsammen- !  schlaffen  Aeliren,  liefern  durch  Auskochen  des 
ziehendem  Geschmack,  welche  dnrch  Eisen-  dunkelroten,  zerhackten  Kernholzes  das  zurzeit 
salze  blanschwarz  oder  orü„schwarz  gefällt  ^^^^  offizmeUe  Pegu-Katechu,  Katechu. 
werden,  Eiweiß,  nnd  Leimlösnng  f^en  und  |  ^2^^/^  r^^^  Sie^^l^  Ruli^iS 
tierische   Haut  m   Leder   verwandeln.  Uncaria   Gambir  (Hunt.)  Roxb.    (=  Ourou- 

Juglandaceen.  Beim  Volke,  weniger  in  der  paria  Gambir  Baill.),  einem  kletternden  Strauch 
Medizin  werden  die  Blätter  des  bekannten  :  Hinterindiens  und  der  Sundainseln,  gewonnene 
Walnußbaumes,      Juglans     regia     L.      —  sogenannte  Gambir-Katechu,  Gambir,  medi- 


Folia  Juglandis  — ihres  Gerbstoffgehaltes 
wegen  als  innerliches  und  äußerliches  zusammen- 
ziehendes Mittel,  als  Blutreinigungsmittel,  als 
Mittel  gegen  Skrofulöse  und  Eingeweidewürmer 


zinisch  gebräuchlich.  Der  beste  Pegu-  oder 
Bombay  Catechu  kommt  in  unregelmäßigen, 
etwa  8  cm  breiten  und  etwa  20  mm  uicken 
Kuchen    oder    auch   größeren    Blöcken    in    den 


benutzt.  Der  Walnußbaum  stammt  aus  dem  '  Handel.  Enthält  Katechin  und  Katechin- 
Orient,  ist  in  Kfeinasien,  Persien,  Indien  und  gerbsäure;  der  Gerbsäuregehalt  beläuft 
Japan  heimisch  und  wird  in  ganz  Europa  seiner  |  sich  je  nach  der  Qualität  auf  15  bis  54%.  Die 
Früchte  wegen  kultiviert.  Die  Blätter  Wechsel- 1  Verwendung  zu  medizinischen  Zwecken  ist  zurzeit 
ständig,  unpaarig  gefiedert  mit  2  bis  6  Paaren  !  nur  vereinzelt,  innerlich  als  zusammenziehendes 
fast  sitzender  Blättchen  an  langer  rinniger  und  blutstillendes  Mittel,  äußerlich  zu  Zahn- 
Blattspindel.  Das  große  Endblättchen  lang-  tinkturen,  Zahnpulvern,  Gurgelwässern, 
gestielt,  die  seitlichen  Blätter  kleiner,  alle  {  Leguminosen.  Caesälpiniodeen.  Kra- 
länglich-eiförmig,  zugespitzt,  ganzrandig,  oft  j  meria  triandra  Ruiz  et  Pavon,  ein  in  Peru  und 
etwas  ausgeschweift,  mit  meist  12  gleichmäßig  i  dem  angrenzenden  Brasilien  und  Bolivien  auf 
starken  primären  Seitennerven.    Die  zahlreichen    sandigen    Abhängen    der    Kordilleren    in    1000 


296 


Heil-  und  Giftpflanzen 


bis  2500  m  Höhe  wachsender  kleiner  Halbstrauch  I 
mit  verhältnismäßig  großer  Wurzel,  sparrig  sich  I 
ausbreitendem,  liolzigem  Stengel,  zerstreuten, 
ungestielten,  kleinen,  länglichen  bis  verkehrt- 
eiförmigen,  spitzen,  ganzrandigen,  unterseits 
seidenhaarigen  Blättern.  Die  Blüten  einzeln  an 
der  Spitze  der  Zweige,  gestielt.  Der  Kelch  vier- 
blättrig, außen  seidenhaarig,  weißlich,  innen 
hochrot,  gewimpert;  die  Krone  vierblättrig, 
dunkelrot;  3  Stanbgefäße.  Die  von  wildwach- 
senden Pflanzen  gegrabenen,  bis  60  cm  langen, 
meist  bis  1,5  cm  dicken,  holzigen  Wurzeläste, 
niclit  auch  die  Hauptwurzel  und  die  dieser  etwa 
noch  anhaftenden  Reste  der  oberirdischen  Achse, 
sind  als  Ratanhiawurzel,  Radix  Ratanhiae 
offizinell.  In  der  Wurzel  bis  40%  Gerbsäure. 
Anwendung  als  innerliches  zusammenziehendes 
Mittel  bei  Durchfall,  äußerlich  zu  Mund-  und 
Gurgelwässern,  zu  Zahnpulvern. 

5k)  Pflanzen  mit  organischen  Säuren. 
Leguminosen.  Caesalpinioideen.  Tama- 
rindus  indica  L.  Ein  in  Ost-  und  West- 
indien, Zentralamerika,  Brasilien,  auf  den 
Sundainseln,  in  Australien,  Aegypten  und 
anderen  Tropenländern  kultivierter  starker, 
bis  25  m  hoher  immergrüner  Baum  mit  ab- 
wechselnden, paarig  gefiederten  Blättern  aus 
12  bis  20  Paaren  linealisch-länglicher,  abgerun- 
deter, gestutzter  bis  ausgerandeter,  ganzrandiger, 
fast  sitzender  Blättchen.  Die  Blüten  zu  7  bis 
12  in  einfachen  endständigen  Trauben,  die  Vor- 
blätter rosenrot,  der  Kelch  vierblättrig,  gelb- 
lichweiß, von  den  5  Kronblättern  nur  die  3 
hinteren  völlig  entwickelt,  rot  geädert,  anfangs 
weiß,  später  gelb.  Die  Frucht  —  Tamarinde, 
Fructus  Tamarindi  —  eine  bis  20  cm 
lange,  bis  3  cm  breite  matte,  bräunliche,  gestielte, 
etwas  zusammengedrückte,  quergefächerte,  nicht- 
aufspringende Hülse  mit  3  bis  12  unregel- 
mäßigen,glänzendbraunen,  gerundet-eckigen,  ein- 
zeln in  den  Fächern  liegenden  Samen.  Ein  aus- 
gewachsener Baum  liefert  350  selbst  500  Pfund 
Früchte,.  In  Deutschland  sind  nur  die  ost- 
indischen Tamarinden,  Kalkutta-Tamarinden  im 
Handel.  In  den  Früchten  bis  16%  Säuren, 
aus  7io  Weinsäure  (teilweise  als  saures  Kalium- 
salz), daneben  Apfelsäure,  etwas  Milchsäure  und 
Spuren  von  flüchtigen  Säuren.  Das  in  den  Früch- 
ten enthaltene  Mus  —  Tamarindenmus, 
Pulpa  Tamarindorum  —  dient  wegen  des 
Gehaltes  an  Weinstein  als  leichtes  Abführmittel. 

Valerianaceen.  Valerianaofficinalis  L., 
eine  in  mehreren  Varietäten  in  ganz  Europa, 
Kleinasien  und  dem  südlichen  asiatischen  Ruß- 
land heimische,  an  feuchten  wie  trockenen, 
steinigen  und  gebirgigen  Orten,  auf  Wiesen,  an 
Bächen  usw.  häufige,  wildwachsende  ausdauernde 
Pflanze,  in  Deutschland.  Frankreich,  Holland, 
Belgien,  England  verschiedentlich  in  Kultur. 
Der  Wurzelsfock  aufrecht,  verkehrt-eiförmig,  am 
unteren  Ende  abgestorben,  seitlicli  zuweilen 
mit  längeren  Ausläufern,  oicht  mit  zahlreichen, 
bis  20  cm  langen  Nebenwurzeln  b(^setzt.  Der 
Stengel  einzeln,  bis  1  m  hoch,  hohl,  gefurcht, 
am  Grunde  meist  behaart;  die  Blätter  sämtlich 
unpaarig  gefiedert,  die  unteren  sehr  lang  ge- 
stielt, die  stengelstäiidigen  kurzgestielt,  aus 
7  bis  10  Blättchenpaaren.  Die  Blättchen  fast 
linealisch,  eingeschnitten  gesägt,  kahl.  Die 
Blüten  weiß  oder  rötlich,  in  zusammengesetzter, 


endständiger  Trugdolde.  Die  Kelchröhre  mit  dem 
Fruchtknoten  verwachsen,  die  Blumenkrone 
röhrig-trichterförmig  mit  fünfspaltigem  Saum. 
3  Staubgefäße  (können  auch  fehlen).  Nur  die 
aus  Kulturen  stammenden  oder  an  trockenen, 
bergigen,  nicht  sumpfigen  und  ebenen  Orten 
gesammelten  getrockneten  Wurzelstöcke  mit 
eleu  Wurzeln  —  Baldrianwurzel,  Rhizoma 
Valerianae  —  sind  wegen  ihres  Gehaltes  an 
ätherischem  Oel  und  Baldriansäure  usw. 
als  krampfstillendes  Mittel  bei  Krampfkolik 
und  Hysterie,  alsExcitans  bei  Kollaps,  als  Nerven- 
heilmittel, Wurmmittel,  Magenmittel  im  Ge- 
brauch. 

Literatur.      O.   €.   Berg  und  C.  F.   Schmidt, 

Atlas  der  oj'fizinellen  Pßanzev,  II.  Aufl.  von 
A.  Meyer  und  K.  Schumann.     Leipzig  1893. 

—  G.  IJragendorff,  Die  Heilpflamen  der  ver- 
schiedenen     Völker   und   Zeiten.     Stuttgart  1898. 

—  P.  Hsser,  Die  Giftpflanzen  Deutschlands. 
Bra.unschiveig  1910.  —  E.  Gilg,  Lehrbuch  der 
Pharmakognosie,  IL  Aufl.,  1910.  —  (;.  Karsten 
lind  Fr,  Oltnianns,  Lehrbuch  der  Pharma- 
kognosie. Jena  1909.  —  Köhlers  3Iedisinal- 
pflanzen.  Gera.  —  Arthur  Meyer,  Drogen- 
kunde. Berlin  1891192.  —  J.  Möller,  Lehr- 
buch der  Pharmakognosie,  II.  Aufl.     Wien  1906. 

—  Wilhelm  Mitlacher,  Torikologisch  oder 
foreytsisch  wichtige  Pflanzen  und  vegetabilische 
Drogen.  Berlin-  Wien  1904-  — O.  Schmiedeberg, 
Grtmdriß  der  Pharmakologie,  VI.  Aufl.  Leiptzig 
1909.  —  A.  Tschirch,  Handbuch  der  Pharma- 
kognosie. Leipzig  1909fg.  —  C.  Wehmer, 
Die  Pflanzenstoff'e.  Jena  1911.  —  J.  Wiestier, 
Die  Rohstoffe  des  Pflanzenreiches,  2.  Bd.  Leipzig 
1900.  —  E.  Winterstein  und  G.  Trier,  Die 
Alkaloide.  Berlin  1910.  —  H.  Zornig,  Arznei- 
drogen, Bd.  L  und  II.  Leipzig  lOOOjlS  (hier 
ausführliche  Litcratnrangaben) . 

H.  Zornig, 


Anhang. 

Pfeilgii'te  und  Pfeilgiftpflanzeii. 

1.  Begriffsbestimmung.  2.  Geschichtliches. 
3.  Pfeilgifttj'pen  und  deren  geographisclie  Ver- 
breitung. 4.  Darstellung  der  Pfeilgifte.  5.  Roh- 
stoffe der  Pfeilgifttechnik  (Pfeilgiftpflanzen). 
6.  Chemie  und  Wirkung  der  Pfeilgifte. 

I.  Begriffsbestimmung.  Als  Pfeilgifte 
bezeichnet  man  vegetabilische  Giftge mische, 
mit  welchen  seit  unvordenklichen  Zeiten 
die  Primitivvölker  ihre  Waffen,  vorzugs- 
weise diePfeil-undLanzenspitzen  bestreichen, 
die,  in  den  Organismus  eingeführt,  rasch 
tödlich  wirken.  Sie  stellen  für  gewöhnlich 
dunkelbraune  bis  schwarze,  bröckelige  bis 
pulverige,  extraktartige  oder  teerige  Massen 
dar,  welche  meist  einen  bitteren  Geschmack 
und  leichte  Löslichkeit  besitzen.  Unter  dem 
Mikroskope  fiiulet  man  außer  Zellfragmenten, 
braune,  strukturlose,  opake  Schollen,  welche 
wohl  den  größten  Anteil  an  der  Zusammen- 


Heil-  und  Giftpflanzen  (Pfeiigifte  und  Pfeilgiftpflanzen) 


297 


Setzung  bilden,  Kriställchen,  Fetttröpfchen, 
Harzkügelchen  u.  dgl. 

2.  Geschichtliches.  Der  Gebrauch  der 
Pfeilgifte  und  Giftpfeile  ist  uralt,  denn  schon 
Homer,  Herodot,  Dioskorides,  Strabo, 
Plinius  u.  a.  war  deren  Anwendung  be- 
kannt. In  Europa  finden  Giftpfeile  bis  ins 
Mittelalter  bei  der  Jagd  häufige  Verwendung. 
Die  ersten  authentischen  Nachrichten  über 
Pfeilgifte  verdanken  wir  G.  E.  Eumphius, 
dem  indischen  Plinius  (1627  bis  1702),  der 
bereits  in  seinem  Herbarium  amboinense 
über  das  Ipoh,  seine  Gewinnung,  Verwen- 
dung und  Verbreitung  mitteilt.  W.  Raleigh 
berichtet  1595  über  den  Gebrauch  des  süd- 
amerikanischen Pfeilgiftes  Curare,  bei  dessen 
Bereitung  dann  später  A.  v.  Humboldt  und 
Schomburgk  Augenzeugen  waren.  Durch 
die  Forschungsreisenden  Livingstone, 
Emin  Pascha,  Stanley,  Schweinfurth, 
Wißmann  u.  a.  erhalten  wir  Kenntnis  über 
die  Pfeilgifte  in  .Vfrika.  Die  wissenschaft- 
liche Erforschung  dieser  tückischen  Gifte 
wurde  durch  Leschenault,  Pelletier  und 
Caventou  inauguriert.  So  haben  die 
letzten  Jahre  eine  Anzahl  wichtiger  Ergeb- 
nisse gebracht  und  sich  besonders  Boorsma, 
Geiger,  Hartwich,  Greshoff,  Rosen- 
thal, Pabisch  mit  der  Bearbeitung  der 
asiatischen  Pfeilgifte  beschäftigt,  Brieger, 
Gilg,  Fräser,  Krause,  Lewin,  Faust, 
Paschkis  die  Pfeilgifte  Afrikas  eingehend 
studiert,  während  Planchon,  Schom- 
burgk, Boehm,  Rodrigues-Barbosa 
und  de  Lacerda  das  Curare  zum  Gegen- 
stand ihres  Arbeitsgebietes  wählten. 

3.  Pfeilgifttypen  und  deren  geogra- 
phische Verbreitung.  Die  Verwendung  der 
Pfeilgifte  und  der  Gebrauch  vergifteter  Pfeile 
ist  naturgemäß  an  das  Vorhandensein,  der 
zur  Herstellung  notwendigen  Rohmaterialien 
gebunden.  Die  gleichen  Pfeilgiftdrogen 
werden  oft  von  ethnographisch  verschiedenen 
Völkerstämmen  verarbeitet.  Auf  Grund  der 
Rohstoffe  und  mit  Berücksichtigung  ihrer 
geographischen  Verbreitung  können  wir 
mehrere  Typen  der  Pfeilgifte  unterscheiden: 

1.  Asiatische  Pfeilgifte  :  a)  der  Ipoh- 
typus,  ß)  die  Akonitgifte,  y)  das  philip- 
pinische   Pfeilgift; 

2.  Afrikanische  Pfeilgifte:  a)  die 
Acocantheragifte,  ß)  die  Strophantus- 
gifte,  y)  der  Euphorbiatypus  ; 

3.  Die  südamerikanischen  Curare- 
arten. 

Vereinzelt  können  auch  andere  Pfeil- 
giftkompositionen angetroffen  werden,  die 
sich  von  den  obigen  Grundtypen  botanisch, 
chemisch  und  physiologisch  abweichend  ver- 
halten, nur  kleine  Verbreitungsgebiete  auf- 
zuweisen haben. 

Wohl  die  größte  Verbreitung  unter  den 


asiatischen  Pfeilgiften  hat  das  Ipoh  (Pohon 
Upas,  üpas  Antjar)  in  seinen  verschiedenen 
Formen,  welches  aus  dem  eingekochten 
Milchsäfte,  seltener  dem  Holze  und  der  Rinde 
von  Antiaris  toxicaria  Lesch.  und  dem 
Extrakte  der  Wurzeln  verschiedener  Strych- 
nosarten,  vorzüglich  Strychnos  Tieaite 
Lesch.,  unter  Beigabe  anderer  pflanzlicher 
Ingredienzien,  dargestellt  wird.  Außerdem 
finden  bei  manchen  Stämmen  Zusatzdrogen 
Verwendung,  wie  zur  Bereitung  des  Ipoh 
mallaje,  Derris  elliptica  Benth.,  Taber- 
naemontana  malaccensis  Hook.,  The- 
vetia  neriifolia  Juss.,  zum  Ipoh  kayu, 
Dioscorea  hirsuta  Blume,  Amorpho- 
phallus-  und  Homalonemaarten,  zum  Ipoh 
aker  diverse  Strychnosarten  (Strychnos 
maingayi  C.  B'.  Cl.  Strychnos  Wal- 
lichiana  Benth.),  ferner  zum  Gift  der  Drang 
Panggahn  die  Bruzin  führende  Strychnos 
lanceolaris  Miq.  Das  Ipoh  der  Örang 
Mentera  und  Örang  Blandas,  wie  das  Siren 
der  Dajaks  auf  Borneo  führen  neben  Antiaris 
immer  Derris  elliptica  Benth.;  gelegent- 
lich zählen  auch  P  angin  in  edule  Reinw., 
Excoecaria  Agalloche  L.,  Lansium 
domesticum  Jac,  Alocasia  denudata 
Engl,  unter  die  Ingredienzien.  Erwähnt 
sei,  daß  die  Giftköche  in  Ermangelung 
von  sogenannten  Hauptdrogen,  welche  durch 
die  übermäßige  Giftproduktion  im  Ver- 
schwinden begriffen  sind,  zu  Ersatzdrogen 
schreiten,  wie  z.  B.  bei  den  Eingeborenen 
des  indo-malaiischen  Archipels,  die  diverse 
Menispermaceen  (Cocculus  flavescens 
D.  C,  Cocculus  laurifolius  D.  C, 
Cocculus  umbellatus  D.  C,  Coscinium 
fenestratum  Colebr.  und  Tinospora 
crispa  Miers.)  beigeben,  wodurch  ihre  Er- 
zeugnisse Curare-artige  Wirkung  erhalten. 

In  den  unabhängigen  Staaten  am  Süd- 
abhange  des  Himalaya,  in  Assam,  in  Nepal 
und  im  Quellgebiete  des  Brahmaputras, 
sowie  in  den  südöstlichen  Provinzen  Chinas 
und  Nordbirmas  finden  die  xVkonitgifte 
(Mischnigift,  Pfeilgifte  der  Pädan,  der  Muong 
und  der  Mois)  Verwendung,  deren  Stamm- 
drogen Aconitum  ferox  Wall.,  Aconitum 
luredum  Wall.,  Aconitum  palmatum 
sind.  Das  Gift  der  Ainos  auf  Yesso  wird 
aus  Aconitum  japonicum  Thbg.  erzeugt. 
x\uf  den  Philippinen  sind  die  Gifte  der 
Negritos,  der  Negritos-Mischlinge  von  Iriga 
und  der  Ygorotten  in  Gebrauch,  welche 
dieselben  aus  Extrakten  der  Rinde  von 
Lophopetalum  toxicum  Loh.,  Lunasia 
amara  L.  und  den  Samen  von  Stro- 
phantus  Cuminghii  C.  D.  gewinnen. 

Die  afrikanischen  Pfeilgifte  sind  vor- 
wiegend an  die  Pflanzenfamilien  der  Apo- 
cynaeen  (Acocanthera  und  Strophantus)  und 
Euphorbiaceen,  vereinzelt  auch  an  Papilio- 


298 


Heil-  und  Gift|-)flanzen  (Pfeilgifte  und  Pfeügiftpflanzen) 


"^ 


I 


naceen  und  Amaryllideen  gebunden.  Große 
Verbreitung  haben  im  östlichen  Afrika  Aco- 
canthera  Sehimperi  D.  C,  A.  Ouabajo 
Cath.,  A.  abyssinica  K,  Schuhm.  für  die 
Herstellung  des  Wabajo  der  Somaliländer 
(Somaligift),  der  Gifte  der  Wataita  und 
Wakamba,  zwischen  Kenia  und  Kiliman- 
dscharo, der  Waschamba  in  Usambara,  der 
Wapare,  Wandorobo  und  Wakiüga  nördlich 
vom  Nyassa  und  dem  Shashigifte  am 
Viktoria'  Nyanzasee.  Als  Hauptdrogen  zur 
Gewinnung  der  westafrikanischen  Pfeilgifte 
Inee  kommt  Strophantus  hispidus  D.  C. 
und  Str.  gratus  Wall,  et  Hook,  in  Betracht. 
(Strophantusgifte  von  Gabun,  Gifte  der 
Abongo  im  Stromgebiete  des  Ogowe,  we  im 
Hinterlande  von  Kamerun  und  Togo.)  Bei 
den  Giften  der  Hottentotten,  der  Busch- 
männer und  der  Kalaharileute  in  Südafrika 
finden  die  Euphorbiaceen  (Euphorbia 
Candelabrum,  E.venenifica,  E.arbores- 
cens)  sowie  die  Amaryllideae,  Haeman- 
thus  toxicarius  Verwendung,  nebenbei 
spielen  als  Zutaten  der  Inhalt  der  Giftzähne 
von  Echidna  arietans  und  Cobra 
capella,  der  Eingeweidesaft  der  Diam- 
>^^phidia  simplex  (Chrysomelidae),  Spinnen 
usw.  eine  große  Kolle.  Die  Pfeilgifte  der 
Bergdamara  und  Ovambo  in  Südwestafrika 
sind  aus  der  Apocynaceae,  Adeniura 
Boehmianum  Schinz  bereitet.  Als  Curare 
(Uirare,  Wourali,  Voorali)  werden  die  heute 
noch  von  zahlreichen  Indianerstämmen 
Südamerikas,  besonders  im  Flußgebiete  des 
Orinoko  und  iVmazonas  gebräuchlichen  Pfeil- 
gifte bezeichnet,  zu  deren  Fabrikation  in 
erster  Linie  Strychnos-Arten  als  Basis, 
seltener  Anomospermum  grandifolium 
Eichl.  und  als  Zutaten  Piperaceen,  Aroideen, 
Menispermaceen  u.  dgl.  dienen,  und,  in 
Flaschenkürbissen,  Bambusrohren  oder 
irdenen  Töpfchen  verpackt,  als  Kalebassen-, 
Tubo-  und  Topfcurare  in  den  Handel  gehen. 
Nach  der  Verbreitung  der  verwendeten 
Strychnos-Arten  lassen  sich  nach  Planchon 
4  Curaredistrikte  unterscheiden: 

1.  Curare  der  Ticunas,  Pebos, 
Yaguas  und  Oregonen  in  der  Gegend 
des  oberen  Amazonas,  die  Flüsse  Solimoens, 
Javiri,  Ica  und  Yapura  umfassend  (Strych- 
nos  Castelnaeana  Wedd.); 

2.  Curare  der  Maquiritaras  und 
Piaroas  in  der  Gegend  des  oberen  Orinoko 
bis  zum  Rio  negro  (Strychnos  Gubleri 
Planch.); 

3.  Curare  der  Makusis,  Orecuma- 
nos  und  Wapisianos  in  Englisch-Guyana. 
Strychnos  toxifera  Schomb.,  Strychnos 
Schomburgkii  Ivl.  und  Strychnos 
cogens  Benth.); 

4.  Curare  der  Trios  und  Roucou- 
yenen  im  oberen  Französisch- Guyana  (Ober- 
Paru).    (Strychnos  Crevauxii  Planch.) 


4.  Darstellung  der  Pfeilgifte.  Die  Pfeil- 
gifte sind  Eigenheit  und  Geheimnis  eines 
jeden  Volksstammes.  Ihre  Darstellung  ist, 
wie  die  Bereitung  der  Arzneien  in  früheren 
Zeiten  in  tiefes  Dunkel  gehüllt  und  meist  von 
einem  mystischen  Nimbus  umgeben.  Den 
Priestern,  den  Häuptlingen  oder  Stamm- 
ältesten oblag  in  den  meisten  Fällen  die 
streng  geheim  gehaltene  Erzeugung,  welche 
an  abgelegenen  Orten,  zu  bestimmten  Zeiten 
und  unter  eigenartigen  Zeremonien  vorge- 
nommen wurde.  Die  Pfeilgifte  werden  her- 
gestellt durch  Auspressen  meist  Milchsaft 
führender  Pflanzen,  durch  Zerkleinern  und 
Klopfen  der  Borke,  der  Rinde  und  des  Holzes, 
sowie  x\uslaugen  und  Einkochen  derselben 
auf  offenem  Feuer.  Manchmal  mengt  man 
auch  tierische  Stoffe  bei,  wie  in  Fäulnis 
befindliches  Blut,  den  Inhalt  der  Drüsen  der 
Giftschlangen,  das  Hautdrüsensekret  von 
Phyllobatesarten_,  den  Saft  verschiedener 
Insekten  u.  a.  m.  Mit  dieser  erhaltenen  dick- 
flüssigen Masse  werden  die  Pfeilspitzen 
bestrichen,  deren  toxische  Wirkung  die- 
selben oft  Jahre  hindurch  bewahren  können. 
Einzelne  Stämme  treiben  mit  dem  gewönne-^ 
nen  Pfeilgift    einen    schwungvollen  Handel. 

5.  Rohstoffe  der  Pfeilgifttechnik  (Pfeil- 
giftpflanzen). Die  Rohstoffe  für  die/ Dar- 
stellung der  Pfeilgifte  werden  größtenteils 
dem  Pflanzenreiche  entnommen,  nur  wenige 
sind  tierischen  Ursprungs. 

Im  nachfolgenden  sollen  jene  Pflanzen 
in  übersichtlicher  Weise  angeführt  werden, 
welche  in  der  Pfeilgifttechnik  verwendet 
werden  und  deren  toxische  Wirkung  auf 
Grund  chemischer  und  physiologischer  Stu- 
dien bewiesen  ist. 

Gymnospermae. 

Gnetaceae:  Gnetum  scandens  Roxb. 
Rinde,   Ipoh    der    Örang    Panggahn   in    Perak. 

Angiospermae:  Monocotyledoneae. 

Araceae:  Amorphophallus  sativus 
Blume,  A.Prainii  Hook.,  Saft  der  Wurzelknollen, 
Ipoh.  Dieffenbachia  Seguine  Schott. 
Rhizome  zum  Ipoh  (malaiische  Halbinsel),  Curare 
der  Tecunas.  Homalonema  rubra  Hassk. 
Wurzel,  Ipoh  der  Makassaren.  Alocasia  singa- 
porensis  Lindl.,  Saft,  Ipoh  der  Örang  Mentera. 
Epipremum  giganteum  Schott.,  Früchte. 
Ipoh  Örang  Sakai.  Photos  decursiva  L., 
Knollen,  Akonitgifte  der  Lepcha  in  Sikkim 
(östl.  Himalaya)  und  Nepal. 

Amaryllidaceae:  Haemanthus  toxi- 
carius. Saft  der  Zwiebel,  Buschmännergift, 
Gift  der   Namaquahottentotten. 

Dioscoreaceae:  Dioscorea  daemona 
Roxb.,  D.  hirsutaj[Blume,  Knollen.  Ipoh  kayu 
(Dioscorin !) 

Dicotyledoneae:  Piperaceae:  Piper 
Chaba  Blume,  Wurzel,  Ipoh  mallaye.  Piper 
geniculatum,  Wurzel,  Curare,  Surinamgebiet. 
Arthantes  geniculata  Miq.  Ottonia  Wara- 
kabacoura  Miq.,  Wurzelrinde,  Curare  der 
Tecunas. 


^ 


?> 


^ 


Heil-  und  Giftpflanzen  (Pfeügifte  und  Pfeilgiftpflanzen) 


299 


Moraceae-Artocarpoideae-(5lmediceae: 
Antiaris  toxicaria  Lesch.,  Milchsaft  und 
Rinde.  Ipoh  Antjar,  Ipoh  kayu  (Antiarin)! 
Antiaris  Benetti  Seem.,  Saft  der  Stämme 
und  Zweige.     Pfeilgift  der  Fidschiinseln. 

Urticaceae:    Boehmeria    nivea    Gaud., 
Blätter,  Ipoh  der  Orang  Sakai  und  Makassaren. 
Laportea  crenulata   Gaud.,  Brennhaare  der 
■  Blätter.     Ipoh  der  Örang  Sakai. 

Phj'tolacaceae:  Petiveria  alliacea  L. 
Curare  der  Tecuna. 

Rannnculaceae:  Aconitum  ferox  Wall., 
A.  lurednm  Hook.,  A.  palmatum  Don., 
Knollen,  Pfeilgift  der  indischen  Bergvölker 
im  östlichen  Himalaya,  im  Flußgebiete  des 
Braluuaputra  und  Nepal  (Mishnigift),  Aconitin! 
Aconitum  japonicum  Thbg.,  A.  Fischeri 
Rchb.,  junge  Seitenknollen,  Gift  der  Ainos  auf 
Yesso. 

Menispermaceae:  Coscinium  fenestra- 
tum  Colebr.  Rinde,  Ipoh  der  Örang  Panggahn. 
Berberin,  Saponin!  Cocculus  laurifolius  D.C., 
C.  umbellatus  Steud.  C.  toxiferus  Wedd. 
Wurzel  und  Rinde  als  Zusatzdrogen  zum  Ipoh. 
Cocclaurin!  Pikrotoxin!  Tinospora  crispa 
Miers.,  Wurzel,  Ipoh  auf  Java,  Siren  der  Dajaks 
auf  Borneo.  Pikrotoxin!  Abuta  Imene  Mart., 
Rinde,  Zusatzdroge  zum  Curare  der  Tecuna,  der 
Yuriindianer  am  Rio  Yapura.  Ano  mo  s p er  mu  m 
grandifolium  Eichl.     Curare  der  Tecuna. 

Leguminosae:Dalbergieae:Derris  ellip- 
tica  Benth.,  Wurzel  zum  Ipoh  krohi  (Perak), 
Ipoh  mallaje,  Ipoh  tennik  im  Straits  Settlements, 
Siren  auf  Borneo.  Derrid!  Derris  uliginosa 
Benth.,  Wurzel,  Pfeilgift  auf  den  Neuen  Hebri- 
den.  Phaseoleae:  Physostigma  venenosum 
Balf.,  Samen.  Pfeilgift  im  Hinterlande  von 
Sierra  Leone,  Physostigmin!  Caesalpinioi- 
deae:  Erythrophlaeum  guineense,  Rinde, 
Pfeilgift  der  Mombuttuzwerge,  im  Futareiche 
und  nordwärts  bis  Gabun.     Erythrophlaein ! 

Linaceae:  Roucheria  Griffithiana 
Plan  eh. ,  Früchte,   Ipoh  putih. 

Rutaceae:  Lunasia  costulata  Miq.,  L. 
amara  Bl.,  Holz  und  Rinde  zum  philippinischen 
Pfeilgift  der  Xegritos,  Negritomischlinge  und 
Ygorroten.     Lunaki-in,  Lunakridin! 

Meliaceae:  Carapa  malaccensis  Lam., 
Wurzel,  Ipoh  krohi,  Ipoh  mallaye  auf  der  malai- 
ischen Halbinsel.  Lansiumdomesticum  Jack., 
Blätter  und  Früchte  zum  Siren  der  Dajaks  auf 
Borneo. 

Eu  ph  0  r  biac  ea  e:  Excoecaria  Agal- 
locha  L.,  Milchsaft,  Ipoh  der  Örang  Bessua. 
Euphorbia  arborescens,  E.  Candelabrum, 
E.  cereiformis,  E.  venenifica,  Milchsaft, 
Pfeilgifte  der  Wagogo,  Hottentotten  und  Busch- 
männer. 

Anacardiaceae:  Melanorhaea  Wallichii 
Hook,  fil.,    Holz,"|Ipoh,   malaiische  Halbinsel. 

Celastraceae:  Lophopetalum  pallidum 
L  an  s.,  Rinde,  Ipoh  der  Örang  Mentera.  L.  to  xi- 
cum  Loh  er,  Rinde  zum  philippinischen  Pfeilgift 
der  Negritos  auf  Luzon. 

Icacinaceae:  Miquelia  caudata  King, 
Pfeilgift  der  Örang  Sakai. 

Flacourtiaceae:  Paneium  eduleRein  w.. 


junge  Knospen  zum  Siren  auf  Borneo.  —  Blau- 
säure! 

Umbelliferae:  Hydrocotyle  asiatipa  L., 
Blätter,  Ipoh  der  Örang  Battak  (Sumatra)  und 
Siren  auf  Borneo.  —  Blausäure! 

Loganiaceae:  Strychnos  Tieute  Lesch., 
Wurzel,  Grundlage  des  Upas  Tieute  (Java), 
Upas  Radja  (Celebes),  Upas  Tjettek  (Sumatra), 
Siren  auf  Borneo.  —  Strychnin,  Brucin! 

Strych.  lanceolaris  Miq.,  Rinde  und 
Wurzel,  Ipoh  der  Örang  Mentera,  Örang  Panggahn, 
Örang  Kutan  (Malakka).  —  Brucin  (Santesson)! 
Strych.  Maingayi  C.  B.  Clarke,  Wurzelrinde 
zum  Ipoh  lampong  malaiischer  Archipel.  Strych. 
Wallichiana  Benth.,  Wurzel  zum  Ipoh  aker  auf 
Borneo.  Strych.  toxifera  Benth.,. Wurzelrinde, 
Curare  von  Guyana  (Kalebassencurare).  —  Cura- 
rin!  Curin!  Strych.  Castelnaei  Wedd., 
Wurzel  in  Britisch-Guyana  zum  Curare  (Topf- 
curare),  Protocurarin,  Protocurin  (Boehm). 
Strych.  Gubleri  Planch.,  Strych.  cogens 
Benth.,  Strych.  Crevauxii  Planch.,  Strych. 
triplinervis  Mart.,  Wurzelrinde  zum  Para- 
curare  (Tubocurare).  —  Tubocurarin  —  Tubo- 
curin  (Boehm)!  Strych.  Icaja  Baill.,  Rinde, 
Blätter  und  Wurzeln,  Pfeilgift  der  Mombuttu- 
zwerge,  tropisches  Afrika.  —  Strychnin! 

Apocynaceae:  Tabernaemontana  ma- 
laccensis Hook.,  T.  sphaerocarpa  Bl. 
Wurzelrinde  zum  Ipoh  der  Örang  Mentera,  Ipoh 
mallaje.  Thevetia  neriifolia  Juss.,  Wurzel. 
Ipoh  mallaje,  malaiischen  Halbinsel.  —  The- 
vetin!  Strophantus  Kombe  Olivier, 
Samen,  Kombegift  im  tropischen  Südostafrika. 
Stroph.  hispidus  P.  D.  C,  Samen,  Inee  oder 
Onagee,  Westafrika,  Gabun.  Stroph.  gratus 
Wall,  et  Hook.,  Samen,  Pfeilgifte  Sierra  Leone, 
Gabun.  —  Strophantin!  Stroph.  Cumingii 
D.  C,  Pfeilgift  auf  Luzon.  Adenium  Boeh- 
mianum  Schinz.,  Holz  und  Rinde,  Echujiagift 
der  Bergdamara  —  Echujin  (Boehm)!  Aco- 
canthera  Schimperi  D.  C,  A.  Defflersii 
Schweinf.,  A.  Ouabajo  Cath.,  A.  venenata 
Don.,  Holz  und  Rinde,  von  hamitischen  Völker- 
schaften im  Somalilande  zum  Pfeilgifte  Wabajo, 
—  Ouabain!  A.  abyssinica  K.  Schuhm., 
Wurzel,  Holz  und  Rinde,  Shashigift  in  Deutsch- 
Ostafrika  und  am  Viktoria  Nyanzasee.  — 
Acocantherin,  Abyssinin! 

Verbenaceae:  Callicarpa  cana  L., 
Blätter  zum  Ipoh  am  malaiischen  Archipel. 

Solanaceae:  Nicotiana  tabacum  L., 
Blätter, Ipoh  auf  Java,  Siren  (Borneo).  Nikotin! 
Solanum  Cayapense  L.,  Blätter,  Pfeilgift 
der  Caj'apasindianer,  Ekuador.  Capsicum 
baccatum  L.,  Früchte  als  Zutaten  zum  Ipoh 
(Java),  Siren  (Borneo).  —  Capsaicin! 

Rubiaceae:  Coptosapelta  flavescens 
Korth.,  Blätter,  Pfeilgift  auf  dem  malaiischen 
Archipel.  Randia  dumentorum  Lam., 
Wurzel.     Ipoh  der  Örang  Mentera. 

6.  Chemie  und  Wirkung  der  Pfeilgifte. 
Die  Pfeilgifte  stellen,  vom  chemischen  Ge- 
sichtspunkte aus  betrachtet,  keine  einheit- 
lichen Substanzen,  sondern  Gemenge  dar, 
deren  wirksame  Bestandteile  meist  Alka- 
loide  oder  Cxlykoside,  wie  z.  B.  Akonitin, 
Strychnin,   Brucin,  Antiarin,  Curarin  u.   a. 


300 


Heil-  und  Giftpflanzen  (Pfeilgifte  und  Pfeilgiftpflanzen)  —  Heintz 


sind.  Auf  Grund  eingehender  Studien  ist  es 
Caventou.  Pelletier,  Mulder,  de  Vrij, 
Weffers-Bettink,  Greshoff,  Kiliani, 
Hartwich  und  Geiger  gelungen,  aus  dem 
Ipoli  und  seinen  Rohstoffen,  Strychiiin, 
Bruzin,  Antiarin,  Ipoliin,  üerrid,  neben 
harzartigen  Substanzen  Pluavil  und  Alban 
abzuscheiden.  Aus  den  afrikanischen  Pfeil- 
giften wurden  durch  Arnaud,  Lewin, 
Merck,  Faust,  Krause,  Boehm,  Thonis 
u.  a.  die  Apozineenglykoside,  Strophantin, 
Acücantherin,  Ouabain,Abyssinin  und  Echujin 
dargestellt,  die  sich  physiologisch  wie  die 
Digitalisgruppe  verhalten.  In  den  asiatischen 
Akonitgiften  wurde  Akonitin  nachgewiesen. 
Die  wirksamen  Prinzipiell  der  verschiedenen 
Curarearten  wurden  in  letzter  Zeit  durch 
Boehm  eingehend  erforscht  und  außer  dem 
länger  bekannten  Curarin,  auch  noch  Proto- 
curarin,  Tubocurarin  und  das  Herzgift  Curin 
isoliert.  Die  rasche  Wirkung  der  Pfeilgifte 
ist  wohl  in  den  meisten  Fällen  übertrieben, 
immerhin  sind  dieselben  vom  schnellen, 
lethalen  Ausgange  begleitet,  da  es  bis  heute 
nicht  gelungen  ist,  sicher  wirkende  Gegen- 
mittel zu  ergründen.  Die  Pfeilgifte  wirken 
innerlich  genommen  fast  gar  nicht,  dagegen 
in  die  Wunde  gebracht,  stellen  dieselben 
typische  Herz-,  Krampf-  und  Lähniungs- 
gifte  dar.  Zu  den  Herzgiften  zählen  ihrer 
Wirkung  nach  die  afrikanischen  Pfeilgifte 
und  die  daraus  isolierten  Apozyneenglyko- 
side  (Strophantin,  Ouabain,  Acocantherin), 
von  den  asiatischen  Pfeilgiften  das  Ipoh,  sow^eit 
bei  deren  Darstellung  die  Antiaris-Rohstoffe 
verwendet  wairden  und  das  philippinische 
Pfeilgift  (Herzgift  der  Negritos).  Strychnin 
führende  Pfeilgifte  steigern  die  Reflexerreg- 
barkeit des  Zentralnervensystems  und  töten 
unter  furchtbaren  tetanischen  Krämpfen 
durch  Respirationsstillstand.  Bei  Akonit- 
giften erfolgt  der  Tod  durch  Lähmung  des 
Atmungszentrums  und  Erstickung.  Curare 
und  Curarine  lähmen  die  peripheren  En- 
dungen der  motorischen  Nerven  in  den  will- 
kürlichen Muskeln,  auch  die  Vagusendigungen 
des  Herzens;  der  Tod  tritt  durch  Lähmung 
der  Atemmuskeln  ein.  Aehnliche  Wirkung 
haben  auch  einige  in  Asien  aus  Cocculus- 
arten  erzeugte  Pfeilgifte.  Vgl.  auch  den 
iVrtikel  „Heil-  und  Giftpflanzen". 

Literatur.  G.  E.  H^nnphius,  Herbarium  amboi- 
lunse  1750,  IT.  5fi5.  *—  I^eschenault,  ,Slrychnoi< 
Tiente  et  Antiaris  toxicaria.  Ann.  du  31vs. 
nation.  d'histoire  naturelle,  XVI,  4^9.  Paris 
1810.  —  Felletier  und  Caventou,  Upas  Tiente. 
Ann.  Chi-m.  et  Phys.,  XXVI,  44.  Purin  I824. 
—  Mulder ,  Chemische  Untersuch  iimjen  des 
javanischen  Upasgiftes.  Poggendorfs  Ann.  f. 
Phys.  Chem.,  II,  14,  18S8.  —  J.  B.  HenUel, 
Pfeilgi.fte  aller  Völker.  Xeues  Jahrb.  f.  Pharm., 
XII,  2S8.  —  Rosenthal,  Synopsis  Plant, 
diaphoricar.  Erlangen  1862.  —  Th.  Fräser, 
On  the  Kombe  Arrotv-Poison  of  Africa.    Journ. 


of  Anatom,  and  Physiol.,  VII,  ISO.  1870.  — 
C.  V.  Schroff,  jun.,  Beitrüge  zur  Kenntnis  des 
Akonits.  Wien  1871.  —  Jt.  Scliomburgk,  On 
the  Urari.  Adelaide  1879.  —  H.  v.  Siebold, 
P/eilgifte  der  Ai'nos.  Zeitschr.  f.  Ethnologie,  431. 
Berlin  1878.  —  L,  Lewin,  Die  Pfeilgifte. 
Berlin  1894.  —  Th.  Fräser  and  J.  Tillie, 
Acocanthcra  Schimperi.  Pharvi.  Journ.  and 
Transact.,  76,  1895.  —  C.  Hartwich,  Die 
neuen  Arzneidrogen  aus  dem  Pflanzenreiche. 
Berlin  1897.  —  L.  Lewin,  Lehrbuch  der 
To.rikologie.  Berlin  1897.  —  Cf.  Vragendorff, 
Die  Heilpflanzen  der  verschiedenen  Völker  und 
Zeiten,  1898.  —  J.  Wiesner,  Die  Rohstoffe 
des  Pflanzenreiches,  2.  Avfl.  Leipzig  1900.  — 
W.  G.  Boorsma,  Ueber  philippinische  Pfeil- 
gifte. Bull,  de  l'institut  botan.  du  Builenzorg, 
'vi,  1900.  —  M.  Greshoff,  Indische  Ver- 
gif trapporten.  s'Gravevshage  1902.  —  Verselbe, 
iSchetsen  imn  nuttige  Planten.  Leiden  1904-  — 
Jf.  Boehm,  Das  südamerikanische  Pjeitgift 
Curare  in  chemischer  und  physiologischer  Be- 
ziehung. Abh.  d.  kgl.  sächs.  Ges.  d.  Wiss. 
Leipzig,  XXIL,  XXIV.  Bd.  —  P.  Geiger,  Bei- 
träge zur  Kenntnis  der  Ipoh-Pf eil  gifte.  Z>(.ss. 
Zürich  1901.  —  «7.  Barbosa  -  Itodrigues, 
L'uiraery  ou  Curare.  Brüssel  1903.  —  Gilg, 
Thoins  iind  Schedel,  Die  Strophantiisfrage. 
Berlin  1904-  —  R.  Martin,  Die  Inlandstämme 
der  Malaiischen  Halbinsel.  Jena  1907.  — 
J.  B,  de  Lacet'da,  De  vnriis  j^lantis  veneni- 
feris  Flora  Brasiliensis.  Rio  1908.  —  H, 
Pabisch,  Die  Pfeilgiftpflanzen .  Wien  1909.  — 
C.    Wehmer,  Die  Pflayizenstoffe.     Jena  1912. 

H.  JPabisch, 


Heintz 

Wilhelm 

Er  wurde  in  Berlin  am  4.  November  1817 
geboren  und  ist  am  2.  Dezember  1880  zu 
Halle  a.  S.  gestorben,  wo  er  als  Professor 
der  Chemie  (1851  Extraordinarius,  1855 
Ordinarius)  bis  zu  seinem  Tode  erfolgreich 
gewirkt  hat.  Der  Richtung  seines  Lehrers 
Heinrich  Rose  entsprechend  bearbeitete  der 
junge  Apotheker  zuerst  Gegenstände  der  anor- 
ganischen Chemie.  Als  Assistent  des  Klinikers 
Schönlein  wandte  er  sich  dann  physiologisch- 
chemischen Fragen  zu,  ohne  jedoch  sich  ganz  aus 
dem  Bereich  der  anorganischen  und  pharma- 
zeutisclien  Chemie  zu  entfernen.  Seit  Beginn 
der  Hallenser  Zeit  beschäftigte  er  sich  vorwiegend 
mit  Fetten  verschiedener  Herkunft,  um  deren 
Zusammensetzung  zu  ermitteln.  Durch  seine 
mit  erstaunlicher  Ausdauer  ausgebildete  ^lethode 
der  fraktionierten  Fällung  gelangte  er  zur  Lösung 
dieser  wichtigen  Frage.  Seine  vorbiklliche  Sorg- 
falt zeigte  sich  noch  in  den  späteren  Arbeiten 
über  die  von  ihm  entdeckten  Produkte  der 
Wechselwirkung  von  Chloressigsäure  und  Am- 
moniak: die  Diglykol  und  Triglykolamidsäuren 
sowie  über  die  aus  Aceton  und  Ammoniak  ent- 
stehenden Verbindungen,  Diaceton-  und  Tri- 
acetonamin.  Seine  Untersuchungen  sind  zuerst  in 
Poggendorffs  Annalen,  später  in  Liebigs  Annalen 
und  im  Journal  f.  prakt.  Chemie  veröffentlicht. 
Mit  größeren   literarischen  Werken   ist  Heintz 


Heintz  —  Heliumgruppe  (Helium) 


301 


nicht  hervorgetreten.  Der  von  J.  Wislicenus 
liebevoll  geschriebene  Nekrolog  (Ber.  i6,  3121ff.) 
gibt  über  sein  Leben  und  Wüken  vollständig  Auf- 
.schluß. 

E.   V.   Meyer. 

Heliumgruppe. 

Edelgase. 
I.  Helium.  II.  Argon.  III.  Neon.  IV.  Krypton. 
V.     Xenon.        VI.    Xiton    (Radiumemanation). 
VII.     Thoriumemanation.         VIII.     Aktinium- 
emanation. 


Die  Gase  der  Heliumgruppe  (Edelgase) 
werden  im  periodischen  System  der  Ele- 
mente in  eine  besondere  Gruppe  zwischen 
die  Halogene  und  die  Alkalimetalle  gestellt. 
Diese  Stellung  zwischen  den  extrem 
elektropositiven  Alkalimetallen  und  den 
extrem  elektronegativen  Halogenen  erklärt 
die  Eigenschaften  der  Edelgase  zur  Zu- 
friedenheit, insbesondere  die  Atomgewichte 
und  die  Beziehungen  der  radioaktiven 
Edelgase  zu  den  übrigen  radioaktiven  Ele- 
menten. 


H 

F 

Cl 

Br 

J 


i,oo8                 He 
19,0                 Ne 
1        35,4'J                  A 
r       79,9^                  Kr 
126,92                  X 

3,99 

20,2 
39,88 
82,92 
130,2 

Akt-Em 
Th-Em 
Ra-Em 
(Niton) 

218,5 
222,4 
222,5 

I.   Helium. 

He.   Atomgewicht  =  3,99. 

1.    Atomgewicht.      2.    Vorkommen.      3.    Ge- 
schichte.      4.    Darstellung.       5.    Eigenschaften.  ; 
6.    Erkennung    und    Bestimmung.       6.    Photo- 
chemie (Spektrum). 

1.  Atomgewicht.  Da  das  Helium,  ebenso 
wie  die  übrigen  Elemente  dieser  Gruppe,  keine 
definierten  chemischen  Verbindungen  ein- 
geht, konnte  sein  Atom-  und  Molekulargewicht 
gewicht,  ebenso  wie  das  Atom-  und  Moleku- 
largewicht der  übrigen  Edelgase,  nur  auf 
indirektem  Wege  — ■  nämlich  aus  Analogie- 
schlüssen durcli  Vergleich  bestimmter  phy- 
sikalischer Konstanten  —  ermittelt  werden. 
Aus  dem  Verhältnis  der  spezifischen  Wär- 
men des  Heliums,  bei  konstantem  Druck 
und  konstantem  Volumen,  das  man  in  guter 
Uebereinstimmung  mit  dem  für  einatomige 
Gase  berechneten  Wert  1,667  zu  1,67  fand, 
folgert  man,  daß  Helium  ein  einatomiges  Gas 
ist;  unter  Berücksichtigung  des  Volumge- 
wichtes des  Heliums,  das  man  bezogen  auf 
die  Einheit  (Ho=l)  zu  1,98  und  1,99  fand, 
folgt,  daß  sein  Atom-  und  Molekulargewicht 
=  3,99  ist. 

2.  Vorkommen.  Da  das  Helium  das  Ent- 
ladungsprodukt der  Alphastrahlen  —  (die 
ihrerseits  nichts  anderes  sind  als  mit  dem 
doppelten  Elementarquantum  der  Elektrizi- 
tät doppelt  geladene  Heliumatome)  —  radio- 
aktiver Substanzen  ist,  und  da  alphastrah- 
lende radioaktive  Substanzen  allenthalben 
zwar  in  sehr  verdünnter  Weise,  aber  sehr 
verbreitet  vorkommen,  ist  das  Helium  ein 
fast  überall  in  geringen  Mengen  vorhandenes 
Element.  Das  Helium  findet  sich  in- 
folgedessen  besonders   in   den   stark   radio- 


Li 

6,94 

Be 

9,1 

Na 

23,00 

Mg 

24,32 

K 

39,10 

Ca 

40,07 

Rb 

85,45 

Sr 

87,63 

Cs 

132,81 

Ba 

137,37 

Akt 

X 

222,5 

Th 

X 

222,4 

Ra 

225,9 

aktiven  Uranium-  und  Thoriummineralien; 
und  zwar  in  diesen  in  occludierter  Form  und 
in  sehr  wechselnder  Menge.  Da  eine  große 
Anzahl  Mineralquellen  und  Mineralcpi eilen- 
gase alphastrahlende  radioaktive  Substanzen 
enthalten,  ist  das  Helium  ein  fast  nie  fehlen- 
der Bestandteil  der  Quellgase  von  Mineral- 
wässern. Da  die  radioaktiven  Emanationen 
(die  alle  Alphastrahler  sind),  insbesondere 
Radiumemanation,  aus  dem  Erdboden 
allenthalben  in  die  Luft  diffundieren,  so  ist 
das  Helium  auch  stets  in  der  atmosphärischen 
Luft  in  geringen  Mengen  enthalten.  Die 
Konzentration  des  Heliums  in  der  Atmo- 
sphäre beträgt  etwa  5,6.10-^  Gewichtspro- 
zente. 

3.  Geschichte.  Gelegentlich  der  Sonnen- 
finsternis am  18.  August  1868  wurde  bei 
der  spektroskopischen  Untersuchung  der 
Chromosphäre  neben  den  beiden  bekannten 
gelben  Natriumlinien  eine  dritte  gelbe 
Linie  beobachtet,  die  nahe  den  Natrium- 
linien, aber  etw-as  mehr  nach  dem  blauen 
Ende  des  Spektrums  lag.  Diese  Linie  war 
stets  begleitet  von  einigen  anderen  Linien, 
und  wurde  auch  später  im  Spektrum  von 
verschiedenen  Fixsternen  und  Nebelflecken 
beobachtet.  Man  schrieb  diese  neuen  Spek- 
trallinien einem  auf  der  Erde  unbekannten 
Elemente  zu,  das  von  Frankland  und  Lok- 
kyer  nach  seinem  Vorkommen  auf  der 
Sonne  ,, Helium"  genannt  wurde. 

Im  Jahre  1882  glaubte  Palmieri  in 
vulkanischen  Produkten  des  Vesuvs  das 
Helium  auf  der  Erde  entdeckt  zu  haben; 
er  bestimmte  die  Wellenlänge  der  gelben 
Linie  zu  587,5  ptju,  scheint  aber  kein  Gas 
isoliert  zu  haben. 


302 


Heliumgruppe  (Helium) 


Ramsay  fand  im  Jahre  1895  in  den 
(.iasen,  die  Cleveit  beim  Erhitzen  mit  nicht 
oxydierenden  anorganischen  Sänren  und 
beim  Schmelzen  mit  Alkalikarbonaten  ab- 
gibt, nach  Entfernung  des  Stickstoffs  neben 
Ai'gon  im  Spektrum  insbesondere  an  der 
gelben  Linie  von  der  Wellenlänge  587,45  ßu 
das  Helium  der  Sonnenchromosphäre  wieder. 

4.  Darstellung.  Da  das  Helium  in  der 
Atmosphäre  und  in  den  Quellgasen  nur  in 
sehr  gerijiger  Menge   und  zudem  stets  mit 


iVrgon  zusammen  vorkommt,  von  dem  num 
es  nur  durch  eine  langwierige  fraktionierte 
Diffusion  oder  fraktionierte  Verflüssigung 
und  Verdampfung  trennen  kann,  bilden  die 
stark  radioaktiven  Mineralien  das  zweck- 
mäßigste Ausgangsinaterial  für  die  Gewin- 
nung des  Heliums,  i^s  hat  sich  gezeigt,  daß 
einige  Mineralien,  insbesondere  der  Cleveit 
beträchtliche  Mengen  von  Helium,  beim 
Erhitzen  für  sich  oder  mit  Schwefelsäure 
abgeben,    wie    die   folgende    Tabelle    zeigt: 


Mineral 

Herkunft 

Zusammensetzung 

bei 

Helium  in  com  pro  Gramm 
des  Minerals 

m  Erhitzen    |  beim  Erhitzen  mit 
für  sich                 Schwefelsäure 

Cleveit 
Fergusonit 

.Schweden 
Schweden 

Uxyde  von  Uranium 

und  Blei,  mit  Oxyden 

der  seltenenErdmetalle 

Uranium  und  Cerium- 

niobat 

1,487                           3,201 
1,041            ,          etwa  2  ccm 

Wenn  es  nicht  wie  bei  einer  ciuantitativen 
Heliumbestimmung  darauf  ankommt,  das 
gesamte  in  einem  Mineral  enthaltene  Gas 
zu  gewinnen,  so  ist  es  das  einfachste  das 
Mineral  in  feinst  gepulvertem  Zustande  in 
einer  schwer  schmelzbaren  Röhre  entweder 
für  sich  zu  erhitzen  oder  mit  schwefelsaurem 
Kali  zu  schmelzen  oder  in  einem  Kolben 
mit  verdünnter  Schwefelsäure  zu  behandeln 
und  die  entweichenden  Gase  aufzufangen. 
Das  auf  solche  Weise  erhaltene  Rohgas 
enthält  stets  noch  Kohlensäure,  Wasser- 
dampf, Stickstoff  und  Kohlenwasserstoffe. 
Die  Kohlensäure  entfernt  man  mit  konzen- 
triertem Kali,  das  Wasser  mit  Phosphor- 
pentoxyd,  darauf  den  Wasserstoff  durch 
Ueberleiten  des  Gasgemisches  über  glühendes 
Kupferoxyd  und  entfernt  zuletzt  die  Haupt- 
menge des  Stickstoffs  durch  Ueberleiten 
über  glühendes  Magnesium.  DieKohlenwasser- 
stoffe  werden  durch  das  Kupferoxyd  ver- 
brannt und  das  dabei  gebildete  Kohlendioxyd 
und  Wasserdampf  durch  Natronkalk  und 
Phosphorpentoxyd  entfernt.  Die  letzten 
Reste  des  Stickstoffs  entfernt  man  dadurch, 
daß  man  dem  Gase  etwas  Sauerstoff  zu- 
mischt und  nun  durch  Behandeln  mit  einer 
Hochspannungsflamme  den  Stickstoff  mit 
dem  Ueberschuß  des  Sauerstoffs  zu  Salpeter- 
säure verbrennt  und  diese  mit  Kali  ab- 
sorbiert. Den  Ueberschuß  des  Sauerstoffs 
entfernt  man  durch  Phosphor.  Beim  Ar- 
beiten mit  Helium  müssen  allenthalben 
Glasgefäße  mit  Quecksilberverschluß  ver- 
wendet werden;  denn  bei  Wasser  als  Sperr- 
flüssigkeit würde  atmosphärische  Luft  zu- 
treten. Helium  kann  auch  aus  flüssiger  Lnft 
dargestellt  werden;  denn  Helium  und  Neon 
sind   leichter  flüchtig   als   Argon,    Krypton 


und  Xenon  und  sind  zusammen  in  dem 
stickstofffreien  Gasgemisch  enthalten,  welches 
sich  aus  flüssiger  Luft  entwickelt.  Von  seinen 
Begleitern  muß  das  Helium  dann  durch 
fraktionierte  Destillation  oder  fraktionierte 
Adsorption  getrennt  werden. 

5.  Eigenschaften.  Das  Helium  ist  ein 
farbloses  Gas.  Seine  Dichte  beträgt  nach 
neueren  Bestimmungen  0,1782  g  im  Normal- 
liter. Daraus  berechnet  sich  das  ^lolekular- 
gewicht  des  Helinms  zu  3,994  (bezogen  auf 
02  =  32).  Das  Verhältnis  seiner  spezifischen 
Wärmen  bei  konstantem  Druck  und  kon- 
stantem Volumen  wnrde  nach  neueren 
Bestimmungen  zu  1,63  gefunden,  in  guter 
Uebereinstimmung  mit  den  früher  erhaltenen 
Werten.  KamerÜngh  Onnes  ist  es  jüngst 
gelungen  das  Helium  in  der  zur  Erzeugung 
des  flüssigen  Wasserstoffs  dienenden  Weise  zu 
verflüssigen,  und  zwar  dnrcli  Abkühlung  des 
auf  100  Atmosphären  zusammengepreßten 
Heliums  auf  15''  absolut,  vermittels  flüssigen 
Wasserstoffs.  Das  flüssige  Helium  wurde 
in  einem  doppelwandigen  evakuierten  ver- 
silberten Gefäß  aufgesammelt,  das  sich  in 
einem  ebensolchen  Gefäße  befand,  das  mit 
flüssigem  Wasserstoff  beschickt  war,  welches 
sich  seinerseits  wieder  in  einem  mit  flüssiger 
Luft  beschickten  Gefäße  befand,  das  in 
einem  Bade  von  Alkohol  stand.  Das  flüssige 
Helium  ist  farblos,  besitzt  eine  außerordent- 
lich geringe  Kapillarität,  eine  Dichte  von 
0,154  und  einen  Siedepunkt  von  4,5*'  absolut. 
Die  kritische  Temperatur  des  Heliums  liegt 
nicht  viel  über  5"  absolut,  und  der  kritische 
Druck  liegt  nicht  viel  über  2,3  Atmosphären. 
Bei  der  Temperatur  4,28**  absolut  beträgt 
der  Druck  767  mm  Quecksilber,  entsprechend 
bei   4,97"   1329,   bei   5,10"   1520,   bei   5.15'' 


Heliumgnippe  (Helium  —  Argon) 


303 


1569,  bei  5,22«  1668,  bei  der  kritischen 
Temperatur  5,25"  der  kritische  Druck  1718  mm 
Quecksilber.  Die  Viskosität  des  Heliums 
(bezogen  auf  Luft)  beträgt  1,086.  Die  Diffu- 
sionsgeschwindigkeit des  Heliums  ist,  ver- 
glichen mit  der  des  Wasserstoffs  ungefähr 
10  "o  größer  als  seiner  durch  Wägung  er- 
mittelten Dichte  entspricht.  Helium  diffun- 
diert nicht  durch  glühendes  Palladium, 
Platin  oder  Eisen,  jedoch  bei  höherer  Tempe- 
ratur durch  Quarzglas.  Durch  1  qcm 
Quarz  von  1  mm  Dicke  diffundiert  in  1 
Stunde  bei  einer  Atmosphäre  Druckdiffe- 
renz 0,007  cm  Helium  bei  1200».  Die  Dif- 
fusion des  Heliums  durch  Quarz  ist  von 
einer  geringen  Diffusion  des  Neons  begleitet; 
diese  Diffusionsfähigkeit  des  Heliums  durch 
Quarz  läßt  sich  beiuitzen,  um  das  Helium 
von  den  leichteren  Bestandteilen  der  Luft 
zu  trennen.  l 

Helium  ist  in  Benzol  und  Alkohol  fast ' 
ganz  unlöslich.    Auch  in  Wasser  ist  Helium 
nicht  gut  löslich.    Ueber  die  Löslichkeit  der 
Edelgase   in  Wasser   gibt   folgende    Tabelle 
Auskunft  (V.  Autropow): 

t"  Xenon        Krypton      Argon    Neon    Heliun  | 


0 
10 
20 
30 

40 


0,2109 
0,1500 
0,1109 
0,0900 
0.0812 


50  0,0878 


0,1249  0,1166 
0,0965  0,0877 
0,0788  0,0670 
0,0762  0,0597 
0,0740  0,0561 
0,0823  0,0610 


0,0561  0,0114  05°i34 

0,0438  0,0118  0,0100 

00379  0,0147  0,0138 

0,0348  0,0158  0,0161 

0,0338  0,0203  0,0191 

0,0343  0,0317  0,0226 


6.  Erkennung  und  Bestimmung.  Zur 
Erkennung  des  (aus  Gasgemischen  ange- 
reicherten) Heliums  dient  fast  ausschließlich 
das  charakteristische  Emissionsspektrum  des 
Heliums,  das  man  leicht  erhält,  Wenn 
man  durch  das  verdünnte  Helium  im 
PI  ück  er  sehen  Rohr  die  Entladung  eines 
Induktoriums  gehen  läßt  (vgl.  unter  7.  Photo- 
chemie, das  Spektrum  des  Heliums).  Die  quan- 
titative Bestimmung  des  Heliums  geschieht 
in  der  üblichen  Weise  durch  Volumenmessung 
Es  ist  dazu  notwendig,  das  Helium  von  den 
es  begleitenden  Gasen  in  reinem  Zustande 
zu  isolieren.  Auch  auf  refraktometrischem 
Wege  läßt  sich  unter  geeigneten  Versuchs- 
bedingungen der  Gehalt  eines  Gases  an 
Helium  ermitteln.  Zur  Bestimnumg  des 
vollen  Heliumgehaltes  in  einem  Mineral 
ist  es  notwendig,  das  betreffende  Mineral 
in  einer  zugeschmolzenen  Röhre  mit  ver- 
dünnter Schwefelsäure  zu  erhitzen  und  das 
Gas  in  bekannter  Weise  zu  sammeln.  Die 
vollständige  Zersetzung  der  Mineralien  bei 
150**  erfordert  zuweilen  mehrere  Tage. 

7.  Photochemie  ( Spektrum).  Das  Emis- 
sionspektrum des  Heliums  im  Plücker- 
schen  Rohr  ist  sehr  charakteristisch;  außer 
der  bekannten  intensiven  gelben  Linie  D.^ 
von  der  Wellenlänge  587,6  /.ijn  zeigt  das 
Heliumspektrum  noch  folgende  Linien: 


Wellenlänge 
in  fzfi 

Hellrot '706,577 

1706,551 
Hellrot 667,81 

Gelb  (D3)  stark  leuchtend-  .   .      {^l^'%l 

Gelbgrün,  schwach 504,782 

Grün,  ziemlich  stark 501,575 

Grün,  sehr  stark 492,208 

Blau,  stark M7i,339 

1471,317 

Blau,  sehr  stark I447'i^5 

1447,166 

Blauviolett 443,775 

Blauviolett,  schwr.di 438,811 

Violett,  ziemlich  schwach      .    .        416,912 

Violett 414,391 

Violett 1412,115 

1412,098 

Violett,  sehr  stark (402,652 

.  ,  .      ,.  (402,635 

violett,  ziemlich  stark  ....        402,414 

Dunkelviolett,  sehr  -stark  .    .    .      /^^^^oS 

1396,484 


IL  Argon, 
Atomgewicht  = 


39,88. 


1.  Atomgewicht.  2.  Vorkommen.  3.  Ge- 
schichte. 4.  Darstellung.  5.  Eigenschaften. 
6.  Erkennung  und  Bestimmung. 

1.  Atomgewicht.  Das  Verhältnis  der 
spezifischen  Wärmen  des  Argons  bei  kon- 
stantem Druck  und  konstantem  Volumen 
wurde  aus  der  Schallgeschwindigkeit  zu  1,61 
bestimmt,  welche  Zahl  der  für  einatomige 
Gase  berechneten  Zahl  1,66  sehr  nahe  kommt. 
Das  Atom-  und  Molekulargewicht  des  Ai-gons 
bezogen  auf  0  =  16  ist  demnach  39,88:  denn 
die  Dichte  des  Ai'gons  bezogen  auf  0  =  16 
wurde  zu  19,96  gefunden. 

2.  Vorkommen.  Das  Argon  ist  in  wesent- 
licher Menge  in  der  atmosphärischen  Luft 
enthalten;  die  Luft  enthält  allenthalben  in 
konstanter  Menge  etwa  0,94  Vol.-Prozente 
Argon.  Der  aus  atmosphärischer  Luft  nach 
Entfernung  des  Sauerstoffs  übrigbleibende 
,, atmosphärische  Stickstoff"  enthält  demnach 
im  Mittel  1,19  Vol.-Prozente  Argon. 

Da  mithin  Argon  in  nicht  unwesentlichen 
Mengen  in  der  atmosphärischen  Luft  ent- 
halten ist,  findet  es  sich  auch  überall  da, 
wo  die  Luft  zutritt,  und  da  das  Argon  weiter- 
hin in  Wasser  ungefähr  2V2  mal  löslicher  ist 
als  Stickstoff,  so  ist  z.  B.  das  Argon  im 
„atmosphärischen  Stickstoff",  der  im  frischen 
Regenwasser  gelöst  ist,  in  wesentlich  höherer 
Menge  enthalten  als  in  dem ,, atmosphärischen 
Stickstoff"  aus  trockener  Luft. 

Argon  ist  ferner  in  kleiner  Menge  auch 
ein  steter  Begleiter  des  Heliums,  das  in  man- 


304 


Heliiimgi'uppe  (Argon  —  Neon) 


clierlei      Mineralien,      Mineralwässern     und 
Quellgasen  enthalten  ist. 

3.  Geschichte.  Das  Argon  wurde  im 
Jahre  1893  von  Lord  Rayleigh  im  „atmo- 
sphärischen Stickstoff"  entdeckt,  und  zwar 
auf  Grund  der  Tatsache,  daß  der  ,, atmosphä- 
rische Stickstoff"  stets  eine  um  etwa  ^2% 
höhere  Dichte  besaß,  als  der  auf ,, chemischem 
Wege"  dargestellte  Stickstoff.  Die  Isolierung 
des  iVrgons  erfolgte  durch  Verbrennung 
des  Stickstoffes  mit  Sauerstoff  durch  den 
elektrischen  Funken,  wobei  der  unverbrenn- 
liche  Gasrest  im  wesentlichen  aus  xVrgon 
bestand.  Es  ist  interessant  zu  bemerken, 
daß  schon  der  Entdecker  des  Wasserstoffs 
die  Beobachtung  gemacht  hatte,  daß  beim 
Durchschlagen  elektrischer  Funken  durch 
Gemische  von  atmosphärischem  Stickstoff 
und  Sauerstoff  ein  unverbrennlicher  Gasrest 
hinterbliebe.  Er  hatte  also  schon  das  Argon 
in  Händen  gehabt. 

4.  Darstellung.  Die  Darstellung  des 
Argons  erfolgt  fast  ausschließlich  aus  atmo- 
sphärischer Luft,  indem  man  aus  ihr  Sauer- 
stoff, Stickstoff,  Kohlendioxyd,  Wasser- 
dampf und  Wasserstoff  auf  chemischem  Wege 
entfernt,  wobei  das  sogenannte  Rohargon, 
das  ein  Gemenge  von  Argon,  Helium, 
Neon,  Krypton  und  Xenon  ist,  hinterbleibt. 
Die  Bestandteile  des  Rohargons  werden  dann 
durch  phj'sikalische  Methoden,  z.  B.  durch 
fraktionierte  Verflüssigung,  Destillation,  Ad- 
sorption oder  Diffusion  getrennt.  Der  Sauer- 
stoff wird  meistens  durch  Ueberleiten  der 
Luft  über  glühendes  Kupfer,  über  erhitzte 
Erdalkalimetalle  oder  auch  über  Phosphor 
entfernt.  Zur  Entfernnng  des  Stickstoffs 
kann  man  sich  entweder  der  Verbrennung 
des  Stickstoffs  mit  einem  Ueberschuß  von 
Sauerstoff  durch  den  elektrischen  Funken 
oder  die  Hochspannungsflamme  bedienen, 
oder  den  Stickstoff  ebenfalls  durch  Ueber- 
leiten des  Gemenges  über  erhitzte  Erdalkali- 
metalle enfernen.  Auch  des  metallischen 
Lithiums  kann  man  sich  zur  Stickstoff- 
adsorption bedienen. 

5.  Eigenschaften.  Argon  ist  ein  farbloses 
chemisch  völlig  inaktives  Gas,  das  durch 
starken  Druck  und  Abkühlung  zu  einer  farb- 
losen Flüssigkeit  verdichtet  werden  kann. 
Die  kritische  Temperatur  des  flüssigen  Argons 
liegt  bei  155,6*'  in  der  absoluten  Temperatur- 
skala, der  kritische  Druck  beträgt  40,2  m 
Quecksilber  und  der  Siedepunkt  beim  Druck 
einer  Atmosphäre  liegt  bei  86,9"  absoluter 
Temperatur. 

Bei  — 189,6"  C  erstarrt  Argon  zu  einer 
festen  Masse,  deren  Schmelzpunkt  bei 
—  187,9°  C  liegt,  lieber  die  Löslichkeit  des 
Argons  siehe  beim  Helium. 

6.  Erkennung  und  Bestimmung.  Zum 
Nachweise  des  Argons  dient  fast  ausschließ- 
lich   sein    charakteristisches    Spektrum    im 


Plückerschen  Rohr,  Doch  emittiert  das 
Argon  drei  ganz  verschiedene  Spektren, 
je  nach  der  Art  der  Entladungen  mit  denen 
man  erregt  und  je  nach  dem  Drucke,  unter 
dem  sich  das  Argon  im  Plückerschen  Rohr 
befindet.  Man  unterscheidet  drei,  das  grüne, 
das  rote  und  das  blaue  Ai-gonspektrum,  die 
alle  sehr  charakteristische  und  außer- 
ordentlich linienreiche  Spektren  darstellen. 
Bezüglich  des  spektroskopischen  Nachweises 
der  Edelgase  Helium  und  Argon  im  Gemisch 
unter  sich  und  mit  anderen  Gasgemengen  ist 
zu  bemerken,  daß  es  für  den  Nachweis  eines 
Gases  in  einem  Gemenge  je  nach  den  Be- 
dingungen des  Druckes  für  jeden  Gasbestand- 
teil eine  Minimalkonzentration  gibt,  unter- 
halb derer  der  betreffende  Gasbestandteil 
nicht  mehr  spektroskopisch  nachweisbar  ist. 
Die  folgende  Tabelle  gibt  hierüber  Auskunft: 
He  in  H^  33  %;  He  unsichtbar  bei  2,61  mm. 
Hein  Ha  10  %;  He  eben  sichtbar  bei  niedrig- 
stem Druck. 
H,  in  He    0,001%;  H,  sichtbar  bei  allen 

Drucken. 
N2  in  He    0,01   °o;  N.,  fast  unsichtbar. 
He  in  N,  10,0     %;  He  schwer  sichtbar. 
A    in  He    0,06  %;  sichtbar  bei  allen  Drucken. 
He  in  A     33,0    %;  unsichtbar  bei   2,62   mm. 
He  in  A    25,0     %;  unsichtbar  bei  0,58  mm. 
N,  in  A       0,42  %;  imsichtbar  bei  0,17  mm. 
N,  in  A       0,08  %;  sichtbar  bei  1,05  mm;  un- 
sichtbar bei  0,18  mm. 
A    in  N,  37,0     %;  nicht  sichtbar. 
A     in  O2    2,3      %;  schwer sichtbarbeil,04mm. 

in.  Neon. 
Ne.   Atomgewicht  ----  20,2. 

IV.   Krypton. 
Kr.   Atomgewicht  =  82,92. 

V.  Xenon. 
X.   Atomgewicht  =  130,2. 

1.  Atomgewichte.  2.  Vorkommen.  3.  Eigen- 
schaften.    4.  Spektra. 

1.  Atomgewichte.  Das  Verhältnis  der 
spezifischen  Wärmen  bei  konstantem  DrucK 
zu  den  spezifischen  Wärmen  bei  konstanter 
Temperatur  ist  auch  bei  den  Gasen  Neon, 
Krypton  und  Xenon  etwa  von  dem  Wert, 
wie  er  sich  für  einatomige  Gase  berechnen 
läßt,  1,66.  Aus  den  (auf  0  =  16  bezogenen) 
Gasdichten  für  Neon  =  9,97;  Ivi-ypton  = 
40,88;  und  Xenon  =  64  berechnen  sich  die 
zugehörigen  Atom-  und  Molekulargewichte 
uir  Neon  =  20,2;  Ivrypton  =  82,92  und 
Xenon  =  130,2. 

2.  Vorkommen.  Neon,  Krypton  und 
Xenon  kommen  in  außerordentlich  kleiner 
Menge,  aber  als  ständige  Begleiter  des 
Argons  vor,  so  enthält  z.  B.  die  atmosphärische 
Luft  im  Mittel  8,6. 10~^  Gewichtsprozente 
Neon;  14.10^®  Gewichtsprozente  Krypton; 
und  2,6.10  ^  Gewichtsprozente  Xenon. 

3.  Eigenschaften.     Neon,  Krypton  und 


HeliumgTuppe  (Neon  —  Aktiniumemanation) 


305 


Xenon  sind  wie  Helium  und  Argon  farblose 
und  völlig  indifferente  Gase.     Einige  ihrer 


Eigenschaften  sind  in  der  folgenden  Tabelle 
enthalten : 


Neon 

Krypton 

Xenon 

Brechungsvennögen  (Luft  =  i) 

0,2345 

1,450 

2,368 

Gasdichte  (0  =  i6) 

9,97 

40,88 

64 

Atom-  und  Molekulargewicht 

20 

81,8 

128 

Siedepunkt  bei  760  mm 

— 

121,330  abs 

T. 

163,90  abs.  T. 

Schmelzpunkt 

— 

104"  abs. 

T. 

1330  abs.  T. 

Kritische  Temperatur 

680  abs.  T. 

210,5"  abs. 

T. 

287,8»  abs.  T. 

Kritischer  Druck  (m  Hg) 

— 

41,240 

43,500 

.Spez.  Gew.  der  verflüssigten  Gase 

— 

2,155 

3,52 

Atom-  und  Molekularvolumen 

— 

37,84 

36,40 

4.  Spektra.  Neon  leuchtet  im  Plücker- 
schen  Rohr  intensiv  orangerot  und  gibt 
ein  charakteristisches  linienreiches  Spektrum. 
Krypton,  das  im  Plückerschen  Rohr 
hellviolett,  und  Xenon,  das  im  Plücker- 
schen Rolir  himmelblau  leuchtet,  geben  je 
zwei  linienreiche  charakteristische  Emis- 
sionsspektren. 


VI.  Niton  (Radiumemanation). 

Nt.   Atomgewicht  ~  222,4. 

VII.  Thoriumemanation. 
Atomgewicht  =  ca.  200. 

VIII.  Aktiniumemanation. 
Atomgewicht  =   ?. 

1.  Atomgewichte.  2.  Vorkommen.  3.  Dar- 
stellung. 4.  Eigenschaften.  5.  Erkennung  und 
Bestimmung.     6.  Spektren. 

Die  drei  radioaktiven  Emanationen  sind 
gasförmige  Substanzen,  die  sich  mit  allen 
ihren  physikalischen  und  chemischen  Eigen- 
schaften in  die  Gruppe  der  Edelfiase  ein- 
fügen, aber  außerdem  die  Eigenschaften 
radioaktiver  Stoffe  haben;  d.  h.  sie  sind  in 
einer  ständigen  selbsttätigen  Zersetzung  be- 
griffen, die  mit  einer  einem  Reaktionsge- 
setze I.  Ordnung  erfolgenden  Geschwindig- 
keit (ohne  bis  jetzt  nachgewiesenen  Tem- 
peraturkoeffizienten) und  unter  Aussendung 
einer  Elektronenstrahlung  verläuft,  deren 
wesentliclier  Teil  eine  a-Strahlung  ist.  | 

I.  Atomgewichte.  Aus  der  empirischen  i 
Beziehung,  wonach  das  Produkt  aus  der 
Diffusionskonstante  und  der  Quadratwurzel 
des  Molekulargewichtes  für  verschiedene 
Gase  eine  konstante  Zahl  ist,  ermittelte  man 
für  die  Radiumemanation  den  Wert  von 
etwa  176  für  das  Molekulargewicht.  Infolge 
des  Mitdiffundierens  aktiver  Niederschläge 
ist  dieser  Wert  vermutlich  viel  zu  klein. 

Nach  einer  anderen  Beziehung,  nach 
der  die  Ausströmungsgeschwindigkeiten  von 
Gasen  aus  engen  Oeffnungen  sich  umgekehrt 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


verhalten  wie  die  Quadratwurzeln  der  Mole- 
kulargewichte, fand  man  das  Molekularge- 
wicht der  Radiumemanation  zu  234  und 
neuerdings  zu  220,  während  das  Molekular- 
gewicht der  Thoriumemanation  auf  dieselbe 
Weise  zu  etwa  200  bestimmt  wurde.  Gray 
und  Ramsay  bestimmten  auf  einer  eigens 
hierfür  konstruierten  Mikrowage  direkt  die 
Gasdichte  der  Radiumemanation  durch  Wä- 
gung und  fanden  als  Mittel  von  5  Versuchen 
das  Molekulargewicht  zwischen  218  und  227 
liegend,  welche  Werte  als  Mittel  die  Zahl  223 
ergeben.  Ramsay  und  die  Internationale 
Atomgewichts-Kommission  nahmen  den  von 
der  Umwandlungstheorie  erforderten  Wert 
222,4  als  den  richtigen  an  und  unter  aiesem 
Werte  erschien  die  Radiumemanation  zum 
erstenmal  im  Jahre  1911  unter  dem  von 
Ramsay  vorgeschlagenen  Namen  ,, Niton". 
Das  Molekulargewicht  der  Aktiniumemanation 
konnte  bis  jetzt  noch  nicht  ermittelt  werden, 
und  doch  stellt  gerade  die  Ermittlung 
dieser  Zahl  eines  der  wichtigsten  Pro- 
bleme dar;  denn  wir  kennen  weder  das 
Atomgewicht  des  Aktiniums  selbst,  noch  deu 
genetischen  Zusammenhang  des  Aktiniums 
mit  den  übrigen  Radioelementen.  Eine  Be- 
stimmung des  Atomgewichtes  der  Aktinium- 
emanation würde  durch  Hinzufügung  des 
doppelten  Atomgewichtes  des  Heliums 
das  Atomgewicht  des  Aktiniums  selbst  er- 
geben' und  dadurch  dessen  Stelle  im  perio- 
dischen System  der  Elemente  und  damit 
in  den  Umwandlungsreihen  festlegen. 

2.  Vorkommen.  Infolge  der  genetischen 
Beziehungen  der  Emanationen  zu  ihren 
radioaktiven  Mutterelementen  Radium,  Tho- 
rium und  Aktinium  und  der  ständigen 
Produktion  der  Emanationen  seitens 
dieser  Mutterelemente  und  infolge  der  gas- 
förmigen Natur  der  Emanationen,  vermöge 
derer  sie  allenthalben  vom  Orte  ihrer  Bildung 
hinwegdiffundieren  können  und  w^eiterhin 
infolge  der  weiten  Verbreitung  der  radio- 
aktiven Mutterelemente,  sind  die  radio- 
aktiven Emanationen  weit  verbreitete  und 
fast  nirgends  fehlende  Substanzen.      Durch 

20 


306 


Heliumgruppe  ( Aktiniumemanation ) 


ihre  weit  {größere  Lebensdauer  ist  die 
Radiumemanatioii  von  den  drei  Emana- 
tionen diejenige,  deren  Vorhandensein  sich 
am  meisten  bemerkbar  maclit.  Infolgedessen 
ist  die  Radiumemanation  ein  fast  nie  fehlen- 
der Bestandteil  der  atmosphärischen  Luft, 
besonders  der  Luft,  die  in  den  Poren  des 
Erdreiches  sich  befindet,  und  der  Gase,  die 
aus  Mineralquellen  entweichen  und  in  den 
Mineralcjuellen  gelöst  sind.  Die  ab- 
soluten Werte  derartiger  Radiumemana- 
tionsvorkommnisse  sind  in  allen  Fällen 
außerordentlich  gering,  und  übersteigen 
bezüglich  der  Radiumemanationskonzen- 
tration selbst  in  den  neuerdings  beobachteten 
Höchstfällen  wohl  niemals  die  Gleichge- 
wichtsmenge von  einem  Tausendstel  Milli- 
gramm    Radium    pro     Liter     Quellwasser. 

3.  Darstellung.  Die  Emanationen 
werden  hergestellt,  indem  man  wäs- 
serige Lösungen  ihrer  Muttersubstanzen,  in 
denen  man  durch  genügend  langes  Stehen 
im  verschlossenen  Zustande  die  Emana- 
tionen sich  anreichern  ließ  kocht,  und  die 
durch  Kochen  entweichenden  Gase  auf- 
fängt. Bei  der  Darstellung  und  insbesondere 
auch  bei  der  Aufbewahrung  der  Emana- 
tionen ist  ihre  sehr  verschiedene  Zerset- 
zungsgeschwindigkeit und  die  damit  zu- 
sammenhängende Lebensdauer  zu  berück- 
sichtigen. 

4.  Eigenschaften.  Bezüglich  ihrer 
gewöhnlichen  chemischen  Eigenschaften 
gleichen  die  drei  radiovaktiven  Emanationen 
völlig  den  übrigen  Edelgasen,  denn  sie 
stellen  wie  diese  farblose  und  chemisch 
völlig  reaktionsunfähige  Gase  dar. 

Von  den  rein  physikalischen  Eigen- 
schaften der  Emanationen  ist  am  besten 
deren  Verteilungskoeffizient  zwischen  Luft 
und  Flüssigkeiten  untersucht.  Der  Ver- 
teilungskoeffizient der  Radiumemanation 
zwischen  Wasser  und  Luft  beträgt  bei  0*^ 
==  0,506;  der  Verteilungskoeffizient  hat 
einen  erheblichen  Temperaturkoeffizienten, 
der  bei  Zimmertemperatur  pro  Grad 
—  3,9%  beträgt.  Oberhalb  75«  ist  die  Lös- 
lichkeit der  Radiumemantion  nahezu  unab- 
hängig von  der  Temperatur.  In  Salzlösungen 
ist  die  Radiumemanation  erheblich  weniger 
löshch  als  in  reinem  Wasser.  In  einer  großen 
Anzahl,  insbesondere  organischer  Flüssig- 
keiten ist  Radiumemanation  wesentlich 
löslicher  als  in  Wasser  und  zwar  scheint 
die  Beziehung  zu  bestehen,  daß  die  Löslichkeit 
keit  der  Radiumemanation  in  Flüssigkeiten 
mit  dem  Kleinerwerden  deren  Dielektrizitäts- 
konstante steigt.  Die  Reihenfolge  von 
Flüssigkeiten,  geordnet  nach  ihrem  Lösungs- 
vermögen für  radioaktive  Emanationen  ist 
übrigens  für  die  drei  Emanationen  dieselbe. 
Der  absolute  Verteilungskoeffizient  der 
Thoriumemanation    zwischen    Wasser    und 


Luft  ist  bei  16"  ungefähr  1,  der  der  Aktinium- 
emanation bei  derselben  Temperatur  etwa  2. 
Die  Löslichkeit  der  drei  Emanationen  im 
Wasser  steigt  also  in  der  Reihe:  Radiuin- 
emanation,  Thoriumemanation,  Aktinium- 
emanation. Für  die  Verteilung  der  Radium- 
emanation zwischen  Wasser  und  Luft  wurde 
auch  der  experimentelle  Beweis  erbracht, 
daß  hierbei  das  Henry  sehe  Gesetz  gilt. 

Ueber  die  Löslichkeitsverhältnisse  der 
Emanationen  geben  die  folgenden  Tabellen 
Auskunft: 

1.  Verteilungskoeffizient  der  Radium- 
emanation  zwischen   Wasser  u.  Luft: 


Verteilungs- 

Verteilungs- 

Temp. 

koeffizient  der 
Ra-Em  zw. 

Temp. 

koeffizient  der 
Ra-Em  zw. 

Wasser  u.  Luft 

Wasser  u.  Luft 

oO 

0,506 

34,8« 

0,176 

4,3 

0,424 

35,2 

0,170 

5,7 

0,398 

39,1 

0,160 

10,0 

0,340 

51,0 

0,138 

14,0 

0,303 

60,0 

0,127 

17,6 

0,280 

74,0 

0,112 

20,0 

0,245 

79,0 

0,111 

26,8 

0,206 

82,0 

0,111 

31,6 

0,193 

91,0 

0,108 

2.  Löslichkeit   der    Radiumemanation 
in    organischen    Flüssigkeiten: 


^ 

-ij 

■:.'^^ 

Lösungsmittel 

Löslichkei 
bei  18" 

Löslichkei 
bei  O" 

Temperatu 

koeffizient 

Löslichkei 

Glyzerin 

0,21 





Wasser 

0,285 

0,52 

0,031 

Anilin 

3,80 

4,43 

0,0130 

Alkohol 

6,17 

8,28 

0,0103 

Aceton 

6,30 

7,99 

0,0153 

Aethylacetat 

7,35 

9,41 

0,0174 

Amylalkohol 

9,31 

— 

— 

Benzol 

12,02 

— 

— 

Xylol 

12,75 

— 

— 

Toluol 

13,24 

18,4 

0,0193 

Chloroform 

15,08 

20,5 

0,0182 

Aether 

15,08 

20,9 

0,0184 

Hexan 

16,56 

23,4 

0,0203 

Cyclohexaii 

18,04 

23,4 

— 

Schwefelkohlenstoff 

23,14 

33,4 

0,0210 

Auch  feste  Substanzen,  insbesondere 
kolloidale  Substanzen  und  sonstige  Stoffe 
mit  großentwickelter  Oberfläche  absorbieren 
die  radioaktiven  Emanationen.  Bei  kolloi- 
daler Kieselsäure,  Kohle  und  gunimiartigen 
Stoffen  ist  diese  Adsorption  besonders  groß. 
So  adsorbieren  auch  Metalle  die  Emana- 
tionen in  bemerkbarem  Maße,  was  zur 
Folge  hat,  daß  bei    den    elektrischen    Mes- 


lieliuingruppe  ( Aktiniumeinanation ) 


307 


3.  Löslichkeit   der   Radiumemanation 
in    Salzlösungen    bei  IS'': 


Salzlösung 


KCl 

KCl 

KCl 

KCl 

NH4CI 

NaCl 

NaCl 

NaCl 

NaCl 

NaCl 

NaCl 

CUSO4 

CUSO4 

HgCl3 

PMNOa)^ 

Pb(N03)2 

AgN03 

KMnO. 


Dichte 


1,175 
1,100 
1,069 
1,028 
1,078 
1,203 
1,121 
1,096 
1,039 
1,021 
1,008 

1,193 
1,042 
1,049 
1,283 

1,237 
1,190 
1,038 


0,061 
0,114 

0,133 
0,187 
0,096 
0,052 
0,077 
0,096 
0,163 
0,202 
0,239 
0,075 
0,194 
0,250 

0,143 
0,166 
0,192 
0,194 


sungen  oftmals  die  Halbwertzeiten  der  Ema- 
nationen zu  klein  gefunden  werden. 

Von  sonstigen  Eigenschaften  der  Ema- 
nationen wurde  die  Diffusion  in  Gase,  ins- 
besondere Luft  eingehend  von  verschiedenen 
Autoren  untersucht.  Die  Versuchsergebnisse 
sind  in  der  folgenden  Zusammenstellung 
enthalten. 


Diffusions- 
konstante 

in  cm^ 

sec-^ 

k 

bei  t» 

Radiumemanation  in  Luft 

1 
l 

0,07 
0,10 

15" 
13» 

Thoriumemanation  in  Luft 

0,102 
0,09 

o» 
15" 

Aktiniumemanation  in  Luft 

1 

0,112 
0,123 

15" 
15" 

Aktiniumemanation  in  Wasser 

Stoff 
Aktiniumemanation  in  Kohlen 

\ 
-i 

0,112 
0,330 
0,412 
0,073 

15" 
15° 
15« 
15" 

säure                                          \ 
Aktiniumemanation  in  Schwefel-  i 

dioxyd                                       \ 
Aktiniumemanation  in  Argon 

0,077 
0,062 
0,106 

15" 
15° 
15" 

Die  zahlenmäßige  Ermittelung  der  Diffu- 
sion ist  bei  den  Emanationen,  wegen  der 
oben  erwähnten  Beziehung  der  Diffusions- 
konstanten zum  x\tomgewicht,  zur  Ermitte- 
lung der  Atomgewichte  der  Emanationen 
von  besonderer  Wichtigkeit;  namentlich  bei 
der  Aktiniumemanation.  Bei  der  Radium- 
emanation wurde  auch  die  Diffusions- 
konstante in  Flüssigkeiten  bestimmt,  z.  B. 
in  Wasser  k  =  0,066  x  cm^  X  Tag-^  und  in 
Toluol  0,168  X  cm2  x  Tag-i. 


Die  drei  Emanationen  lassen  sich  durch 
starke  iVbkühlung  und  Druck  zu  Flüssig- 
keiten verdichten.  —  Die  Siedepunkte  der 
flüssigen  Radiumemanation  bei  verschie- 
denen Drucken  sind  aus  folgender  Tabelle 
ersichtlich: 


Druck  in  cm 

Siedepunkt 

in  absolut.  Grade 

0,9 

146 

D 

172 

25 

195 

50 

202,6 

76 

208 

80 

212,4 

100 

217,2 

200 

234,5 

400 

255,3 

500 

262,8 

1000 

290,3 

1500 

307,6 

2000 

321,7 

2500 

334,5 

3000 

346,0 

3500 

356,0 

4000 

364,4 

4500 

372,9 

4745 

377,5 

Die  kritische  Temperatur  der  Radium- 
emanation liegt  bei  377, 5°  absolut  (=  104,5" 
C).  Die  flüssige  Radiumemanation  ist  farblos, 
verursacht  aber  lebhafte  Fluoreszenz.  — ■  In 
der  Reihe  der  Edelgase  steigt  die  Siede- 
temperatur und  die  Dichte  der  verflüssigten 
Gase  mit  steigendem  Atomgewicht: 


Atomgewicht 
Siedepunkt  (ab- 
solute T) 
Spez.  Gewicht 


39,9 


82 


86,9       121,3 
1,212       2,155 


128       I   222 

i 
163,9    j    208 
3,52  !  5—6 


Der  Erstarrungspunkt  der  Radium- 
emanation  liegt  bei  • — 71"  C. 

Der  Siedepunkt  der  Thorium-  und  der 
Aktiniumemanation  w^erden  in  der  Nähe 
des  Siedepunktes  der  Radiumemanation 
liegen,  also  in  der  Nähe  von  —60"  bis  — 70"  C. 
—  Genaue  Bestimmungen  konnten  noch  nicht 
ausgeführt  werden. 

Die  radioaktiven  Konstanten  der  drei 
Emanationen  sind  in  der  folgenden  Tabelle 
enthalten : 

(Tabelle  siehe  nächste  Seite  oben.) 

5.  Erkennung  und  Bestimmung.  Zur 
Erkennung  der  Emanationen  dienen  in  erster 
Linie  die  charakteristischen  Zersetzungsge- 
schwindigkeiten der  ,, aktiven  Nieder- 
schläge", die  sich  bei  der  freiwilligen  Zer- 

20* 


308 


HeliumgTuppe  (Aktiniumemanation) 


Kadiumemanation     Thoriuraemanation    Aktiniumemanation 


l  in  sec— ' 
Halbwertszeit 
Reichweite  der  a-Strahleii 
in  Luft  bei  760  mm  Druck 


bei 


0» 

15» 


2,085   X    10—8    j 

1,31  X  10—- 

1,8  :':  10 

3,854  Tage         ! 

53,3  Sek. 

3,9  Sek. 

3,94  t-m 

4,74  <•"! 

5,40  cm 

4,iO  cm 

5,oü  cm 

5,70  cm 

Setzung  der  Emanationen  im  geschlossejien 
Gefäße  an  den  Wandungen  und  insbesondere 
auf  Leitern,  die  auf  ein  hohes  negatives 
Potential  geladen  sind,  absetzen. 

Die  Zersetzung  dieser  Substanzen  aus 
„Radiumemanation"  erfolgt  nach  langer 
Exposition  im  Sinne  der  Gleichung: 

Nt=No(;^\.e~^-^-^^^.-.e~^-* 

V.2 — A3  A2 — /a 

worin  X^,  die  Radioaktivitätskonstante  des 
Radiiim"B  =  5,38  x  10-'*  x  sec"  ^,  und 
/3  die  Radioaktivitätskonstante  des  Ra- 
dium C  =  4,13  X  10-^  X  sec-i  ist. 

Die  aus  ,, Thoriumemanation"  nach 
langer  Exposition  sich  bildenden  ,, aktiven 
Niederschläge"  zersetzen  sich  gemäß  der 
Gleichung: 

Nt  =  No .  (1,094.  e-«i  t  _  o,094  x  e-«.  t), 
worin 

Ol    =    1,81    X    10-5    y^   ggß-l     j^j^(J 

Og  =  2,10  X  10-"  sec-i 
ist. 

Die  aus  ,,Aktiniumemanation"  sich 
bildenden  ,, aktiven  Niederschläge"  zer- 
setzen sich  ab  15  Minuten  nach  beliebig 
langer  Exposition  gemäß  dem  einfa,chen 
Epxonentialgesetze : 

Nt  =  Nü.e-^-S 
worin 

/  =  3,2x~*sec"' 
ist. 

Zur  Erkennung  der  Radiumemanation 
kann  auch  deren  charakteristische  Zer- 
setzungsgeschwindigkeit selbst  dienen;  sie 
zersetzt  sich  im  Sinne  der  Gleichung: 
Nt  =No.e-^-t,  worin  ).  =  2,085  x  10-«  x 
sec— ^  ist,  so  daß  innerhalb  je  3,854  Tagen  die 
Hälfte  der  Emanation  verschwunden  ist.  — 

Als  quantitatives  Maß  für  Radiumemana- 
tionsmengen und  Emanationskonzentrationen 
dient  die  Angabe  der  Menge  Radium  (Ele- 
ment) mit  der  sich  die  zu  bezeichnende 
Menge  Radiumemanation  im  radioaktiven 
Gleichgewichte  befindet,  und  zwar  nennt 
man  speziell  die  Menge  Radiumemanation, 
die  sich  im  (ileichgewichte  mit  1  g  Radium 
(Element)  befindet,  1  ,, Curie"  Radium- 
emanation. —  1  ,, Curie"  Radiumemanation 
nimmt,  bei  0"  und  760  mm  Druck  einen 
Raum  von  0,60  cmm  ein. 

Die  quantitative  Bestimmung  der  Ra- 
diumemanation geschieht  (unter  Be- 
rücksichtigung ihrer  Zersetzungsgeschwin- 
digkeit)   in    der    bei    der   Bestimmung   des 


Radiums  (vgl.  den  Artikel  ,,Beryllium- 
gruppe")  beschriebenen  Weise. 

Für  die  Umrechnung  der  ,,  Sättigungs- 
ströme" in  ,,Curies"  Emanation,  bezw. 
Gewichtsmengen  Radium  bedürfen  die  im 
Abschnitte  ,,  Radium"  (vgl.  den  Artikel 
,, Berylliumgruppe")  angegebenen  Zahlen- 
w^erte  auf  Grund  der  Ergebnisse  neuerer 
Arbeiten  mit  größeren  Mengen  reiner  Radium- 
salze einer  Korrektion: 

1  ,, Curie"  Radiumeraanation  im 
Gleichgewicht  mit  seinen  Zerfallsprodukten 
unterhält  in  einem  unendlich  großen  Kon- 
densator einen  Sättigungsstrom  Jco  = 
6,31  x  10«  E.S.E  =  2,10  X  10-3  ^mp. 

1  ,, Curie"  Radiumemanation,  be- 
freit von  ihren  Zerfallsprodukten  unter- 
hält in  einem  unendlich  großen  Konden- 
sator einen  Sättigungsstrom  von  Joo  =  2,7 
X  10«  E.S.E  =  0,9   X   10-3  Amp. 

In  zylindrischen  Kondensatoren  von  der 
Innefläche  s  und  dem  Volumen  v  beträgt 
der  Sättigungsstrom,  unterhalten  von  Ra- 
diumemanation  im  Gleichgewichte 


i  =  Joo  (1—0,572 

und     von     Radiumemanation     befreit     von 
ihren  Zersetzungsprodukten 


i  =  Joo.  1  —  0,517- 


6.  Spektrum.  Radiumemanation  emit- 
tiert im  Plückerschen  Rohr  ein  sehr  charak- 
teristisches und  linienreiches  Spektrum,  das 
an  die  Spektra  der  übrigen  Edelgase  er- 
innert. xVm  deutlichsten  sind  zw'ei  Gruppen 
von  grünen  und  violetten  Linien. 

Das  Spektrum  ist  völlig  verschieden 
vom  Spektrum  des  Radiums  selbst  und  vom 
Spektrum  des  Heliums.  Li  dem  Maße  wie  die 
Radiumemanation  durch  ihre  a- Strahlung 
Helium  abspaltet,  tritt  in  alter  Emanation 
auch  das  Spektrum  des  Heliums  auf. 

Literatur.  Gmelin-Krant,  Handbuch  der  an- 
organischen Chemie,  i.  Band,  1.  Abteilung. 
Heidelberg  1907.  —  M.  W.  Travers,  Experi- 
mentelle Untersuchtingen  von  Gasen.  Bravn- 
schtvig  1905.  —  G.  v.  Hevesy,  Die  Eigenschaften 
der  Emanationen.  (Zusammenfassender  Bericht.) 
Jahrbuch  der  Radioaktivität  und  Elektronik. 
Band  10  (1913).  S.  198.  —  E.  Rutherford, 
Radioactive  substunces  and  their  radiations. 
Cambridge  191o. 

Erich  Ehler. 


Helinlioltz  —  Henkel 


309 


Helmholtz 

Hermann  von. 


Arbeiten  mögen  hier  nur  die  grundlegenden  Ar- 
beiten über  die  Tlieorie  der  anomalen  Dispersion 
und    über    die    Anwendung    der    mechanischen 


Geboren    am    31.    August    1821^  m    Potsdam,  |  Wärmetheorie  auf  chemische  Vorgänge  heraus 

gestorbenam8.Septemberl894inCharlottenburg.    gegriffen  sein.     In  weiten  Kreisen  bekannt  sine 

Hehnholtz  war  der  Sohn  eines  Gymnasiallehrers,  i  geine    populär    wissenschaftlichen    Reden    unt_ 

5is  zu  seinem  7.   Jahre  war  der  Knabe  durch  j  Vorträge,  in  welchem  er  sich  im  gleichen  Maß, 

u-änklichkeit  viel  ans   Zimmer  gefesselt,   aber   ^^ie  j^  den  wissenschaftlichen  Abhandlungen,  als 


d 
und 


ngen, 
ollendeter 


Literatur.  Leo  Königsberger,  Hermann  von 
Heimholte.  BraunscMveig  1903.  —  Derselbe, 
Volksausgabe.  Braiinschweig  1911.  —  W.  v. 
Besold,  Hermann  v.  Helmholtz.  Gedächtnisrede. 
Leipzig  1895.  —  Th,  W.  Engelmann,  Her- 
mann von  Helmholtz.  Gedächtnisrede.  Leipzig 
1894.  —  'S.  S.  Epstein,  Hermann  von  Helmholtz 
als  Mensch  tmd  Gelehrter.  Sonderabdr.  aus  d. 
Deutschen  Revue,  1896.  —  J.  Reiner.  Hermann 
von  Heimholte.    Bd.  6  der  Klassiker  der  Natur- 


wissenschoflen. 


E,  Drude. 


von  einem  lebhaften  Trieb  nach   Unterhaltung  !  ein  Meister  klarer  Darstellung  und  volle 
und  Betätigung  beseelt.    Schon  damals  erwarb  er  |  p^j-m    erweist.        Anatomie    und    Physiologie, 
sich   beim    Spielen   mit  Bauhölzern  eine    Reihe  i  Mathematik  und  Physik,  Philosophie  und  Aesthe- 
geometrischer    Kenntnisse,    so    daß    ihm   später  j  ^ik   beanspruchen   das   Vorrecht,   diesen  großen 
die  in  der  Schule  vorgetragenen  Sätze  der  Geo- '  Gelehrten  den  Ihren  zu  nennen,  der  unvergäng- 
metrie  wie  alte  Bekannte  erschienen.  Es  erwachte    ij^.^g    Spuren     seines    Wirkens     in    all    diesen 
in  ihm  ein  so  lebhaftes  Interesse  für  die  Phjsik,    Wissenschaften  zurückgelassen  hat 
daß   er  nach   Beendigung  seiner   Gymnasialzeit 
den  Wunsch  hatte,  sich  dem  Studium  derselben 
zuzuwenden.      Auf   Veranlassung   seines  Vaters, 
der   die  Physik   für   kein  ,, Brotstudium"    hielt, 
wendete  er  sich  der  Medizin  zu  und  trat  in  die 
militärärztliche  Lehranstalt,  die   Pepiniere,  ein. 
Hier  ward  ihm   das    Glück,    Johannes   Müllers, 
des    bedeutenden    Anatomen    und    Physiologen 
Schüler  zu  werden  und  einen  Kreis  angeregter 
junger  Forscher,  wie  du  Bois-Reymond,  Brücke, 
Virchow  vorzufinden.     1842  promovierte  er  mit 
einer    mikroskopisch-anatomischen    Arbeit    und 
wurde  bald  darauf  Militärarzt  bei  den   Garde- 
husaren in  Potsdam.     Seine  freie  Zeit  benutzte 
er  eifrig  zu  wissenschaftlichen  Untersuchungen, 
die,  wenn  sie  auch  physiologische  Stoffe  behan- 
delten, doch  stark  nach  der  physikalischen  Seite 
hinneigten.     Um  diese  Zeit  beschäftigte  Helm- 
holtz Denken  in  erster  Linie  das  Problem  der 
Lebenskraft,  und  seine  Ueberlegungen  führten  ihn 
zu  der  scharfen  und  klaren  Formulierung  jenes 
großen   Naturgesetzes    von    der    Erhaltung    der 
Kraft  —  später  das  Gesetz  von  der  Erhaltung  der 
Energie  genannt  — ,  das  er  1847  veröffentlichte. 
1848  wurde  er  Lehrer  am  anatomischen  Museum 
und  Lehrer  der  Anatomie  an  der  Kunstakademie 
in    Berlin   und   1849    Professor   der   Physiologie 
und  allgemeinen  Pathologie  in  Königsberg.     Es 
entstanden   Abhandlungen   über   die   Fortpflan- 
zungsgeschwindigkeit der  Nervenreizung,  und  fast 
gleichzeitig,  1851,  gelang  ihm  die  Erfindung  des 
Augenspiegels,  die  für  die  Augenheilkunde  von 
grundlegender    Bedeutung    wurde.       Diese    Er- 
findung wies  Helmholtz  auf  die  Erforschung  des 
Gesichtsinnes  hin,  die  ihn  fast  ein  Jahrzehnt  lang 
beschäftigte,    und    deren    Resultate    er    in    dem 
großen  Werk  ,, Physiologische  Uptik"  niederlegte. 
Unmittelbar     darauf     entstand    das    klassische 
Werk  ,, Lehre  von  den  Tonempfindungen",  worin 
er  das  uralte,  aber  bis  dahin  ungelöste  Problem 
der  Konsonanz  und  Dissonanz  von  Tönen  und 
alle     damit    zusammenhängenden    Fragen     der 
Harmonielehre  löste.      Inzwischen  war  er  1856 
auf  den  Lehrstuhl  für  Anatomie  und  Physiologie 
nach  Bonn  und  1858  auf  den  für  Physiologie  nach 
Heidelberg     berufen   worden.      Untersuchungen 
rein  physikalischen  Inhalts  —  vor  anderen  be- 
schäftigte   ihn    das    Grundgesetz    der    Elektro- 
dynamik  —   liefen   nebenher;    und   endlich   im 
Jähre   1871   war   es   ihm  vergönnt,   sich   völlig 
seiner    ersten    Liebe,    der    Physik,    zu   widmen, 
durch  die  Berufung  auf  den  Lehrstuhl  der  Physik 
an   der   Universität  Berlin,   den  er  inne  hatte, 
bis  er  1887  zum  Präsidenten    der  Physikalisch- 
Technischen  Reichsanstalt  in  Charlottenburg  er- 
nannt wurde.  Von  seinen  späteren  physikalischen 


Helmout 

Jean  Baptiste  von. 

1577  bis  1644.  Er  wurde  in  Brüssel  geboren, 
studierte  fast  alle  Zweige  der  Wissenschaft, 
daher  er  „der  Faust  des  17.  Jahrhunderts" 
genannt  wurde,  ohne  von  ihnen  befriedigt  zu 
werden.  Nur  in  der  Medizin  erklärte  er  die 
relativ  größte  Wahrheit  zu  finden  und  widmete 
sich  ihr  später  ausschließlich,  speziell  als  An- 
hänger und  Vertreter  der  Paracelsischen  Rich- 
tung, die  er  namentlich  in  bezug  auf  die  Termino- 
logie sowie  gemäß  den  erweiterten  Kenntnissen 
in  der  Chemie  modifizierte,  nachdem  er  1599 
promoviert,  längere  Reisen  gemacht  und  sich 
schUeßUch  in  Voloorde  bei  Brüssel  niederge- 
lassen hatte.  Sein  Hauptwerk  Ortus  medicina«, 
id  est  iiiitia  physicae  inaudita  etc.  ist  äußerst 
dunkel  und  abstrus  geschrieben,  wie  denn  über- 
haupt van  Helmout  es  liebte,  die  biolo- 
gischen und  pathologischen  Vorgänge  zu  alle- 
"orisieren.  Er  spricht  von  archeus  influus,  in- 
^itus  u.  a.  und  arbeitet  stark  mit  dem  Begriff 
der  Fermente.  Als  Begründer  der  pneumatischen 
Chemie  und  Entdecker  der  Kohlensäure  genießt 
er  in  der  Geschichte  der  Chemie  berechtigten  Ruf. 

Literatur.     Biogr.  Lex.  ed.  Hirsch. 

A.  Pagel. 


Henkel 

Johann  Friedrich. 

Geboren  am  11.  August  1679  zu  Merseburg;  ge- 
storben am  26.  Januar  1744    zu  Freiberg.     Er 


310 


Henkel — -Hertz 


studierte  zunächst  in  Leipzig  Medizin,  promo- 
vierte daselbst  und  ließ  sich  dann  in  Freiberg 
als  Arzt  nieder.  Seine  Neigung  zu  wissenschai't- 
liclien,  besonders  chemischen  Untersuchungen 
zog  ihn  aber  bald  von  der  J^raxis  ab,  so  daß  er 
sich  nur  der  Chemie  und  iMineralogie  und  deren 
Anwendung  auf  den  Hüttenbetrieb  widmete. 
Da  die  Resultate  einiger  seiner  auf  die  Porzellan- 
fabrikation bezüglichen  Versuche  in  Meißen  mit 
Vorteil  in  Anwendung  gebracht  werden  konnten, 
wurde  er  zum  kurfürstlich  sächsischen  Bergrat 
ernannt. 

Die  äußeren  Kennzeichen  der  ]\Iineralien  ge- 
nügten ihm  nicht  mehr  zur  Charakteristik,  er 
begann  mit  Feuer  und  chemischen  Hilfsmitteln 
zu  untersuchen  und  muß  daher  als  einer  der 
hauptsäclilichsten  Förderer  der  chemischen 
Mineralogie  seiner  Zeit  angesehen  werden.  Als 
wichtigere  Werke  sind  zu  nennen:  Flora  satur- 
nizanz,  oder  die  Verwandtschaft  der  Pflanzen 
mit  dem  Mineralreich  (Leipzig  1722).  • —  Pyrito- 
logia  oder  Kieshistorie,  als  des  vornehmsten 
Minerals,  nach  dessen  Namen,  Arten,  Lager- 
stätten, Ursprung  usw.  (Leipzig  1725).  —  Idea 
generalis  de  lapidum  origine  (Dresden  und 
Leipzig  1734). 

Literatur.  Ersch  nnd  Gruber,  II.  Sekt.,  5, 
3L5.  —  Fr.  V.  Kobell,  Geschichte  der  Minera- 
logie.    S.  39 ff. 

K.  Spangenberg, 


Henry 

William. 


Geboren  am  12.  Dezember  1774  in  Manchester, 
gestorben  am  30.  August  1836  in  Pendieburg 
bei  Manchester.  H  e  n  r  y  war  Besitzer  chemischer 
Fabriken  in  Manchester.  Das  1803  veröffent- 
lichte Gesetz,  das  seinen  Namen  trägt,  besagt, 
daß  die  Gase  sich  in  einem  Lösungsmittel  ihrem 
Druck  proportional  lösen.  Er  unternahm  Unter- 
suchungen über  die  Diffusion  von  Quecksilber 
durch  Blei  und  andere  Metalle;  1842  entdeckte 
er  die  oszillierende  Entladung  von  Leydener 
Flaschen. 

JE.   Drude. 


Hercynische  Faltung. 

Bezeichnung  für  die  Faltung  zur  Zeit  des 
Oberkarbons.  Sie  besteht  aus  zwei  vom 
Süden  Frankreichs  ausgehenden  Bögen,  dem 
östlichen  oder  variscischen  und  dem 
westlichen  oder  armorikanischen  Bogen. 
Man  hat  das  Gebirge  auch  als  ,, mittel- 
europäische paläozoische  Alpen"  bezeichnet. 
Vgl.  den  Artikel  „Cirebirge  der  Erde". 


Herschel 

Friedrich  Wilhelm. 

Geboren  am  15.  November  1738  in  Hannover, 
gestorben  am  25.  August  1822  in  Slough  bei 
Windsor.  Sein  Vater  war  Militärmusiker  und 
konnte  den  zahlreichen  Kindern  nur  eine  mittel- 
mäßige Erziehung  geben,  doch  lenkte  er  das  Inter- 
esse des  begabten  Knaben  zeitig  auf  sein  Lieb- 
lingsgebiet, die  Astronomie.  Mit  14  Jahren  trat 
der  junge  Herschel  als  Hoboist  beim  Militär  ein, 
kam  als  solcher  nach  London,  wurde  Musiker 
in  Leeds,  1765  Organist  in  Halifax  in  Yorkshire, 
1766  in  Bath.  Die  Theorie  der  :\Iusik  führte  ihn 
zur  Mathematik  und  diese  zur  Optik.  Er  begann 
Spiegel  zu  schleifen  und  als  1774  das  erste 
größere  Spiegelteleskop  vollendet  war,  wiu'de 
er  praktischer  Astronom,  ohne  seinen  Organisten- 
beruf aufzugeben.  Als  ihm  am  13.  März  1781 
die  Entdeckung  des  Sidus  Georgium  (Uranus) 
gelungen  war,  ermöglichte  ihm  ein  königliches 
Jahresgehalt,  sich  ganz  der  Astronomie  zuzu- 
wenden. Er  verlegte  seinen  Wohnsitz  nach 
Datchet  und  bald  darauf  nach  Slough  bei  Windsor. 
Dorthin  begleitete  ihn  seine  Schwester  Karo- 
line, die  ihn  fortan  bei  seinen  wissenschaftlichen 
Untersuchungen  unterstützte.  Er  fuhr  fort, 
Spiegelteleskope  zu  bauen,  und  als  der  Bau  eines 
40-füßigen  Riesenteleskopes  vollendet  war  (1785), 
machte  er  damit  zahlreiche  Sternbeobachtungen 
und  Messungen,  entdeckte  Sternhaufen  und  Nebel- 
flecken und  wies  auf  die  Existenz  von  Doppel- 
sternsystemen hin.  Er  beobachtete  gemeinsam 
mit  Wollaston  das  ultrarote  Spektrum  mittels 
des  Thermometers  und  entdeckte  1809  eine  op- 
tische Interferenzerscheirmng,  die  als  Her  sc  hei- 
sche Streifen  bekannt  ist. 

Literatur.  Wolf,  Wilhelm  Herschel.  Zürich  1867. 
—  Holden,  Sir  William  Herschel,  Ms  life  and 
ivorks.     London  1881.     Dejitsch,  Berlin  1882. 

E.   Drude. 


Hertz 

Heinrich  Rudolf. 

Geboren  am  22.  Februar  1857  in  Hamburg  als 
Sohn  des  Rechtsanwalts  und  späteren  Senators 
Hertz,  gestorben  am  1.  Januar  1894  in  Bonn. 
Nachdem  er  bis  1873  eine  Privatbürgerschule 
besucht  hatte,  bereitete  er  sich  im  Elternhaus 
auf  den  Besuch  der  Prima  des  Johanneums, 
der  Hamburger  Gelehrtenschule  vor,  die  er  1874 
bezog.  Schon  bei  dem  Knaben  war  neben  emem 
ausgezeichneten  Ciedächtnis  ausgesprochene 
naturwissenschaftUche  Begabung  und  technisches 
Geschick  zu  bemerken.  Nach  abgelegter  Matu- 
ritätsprüfung ging  Hertz  nach  Frankfurt,  um 
als  angehender  Bauingenieur  das  erforderliche 
Volontärjahr  beim  städtischen  Bauamt  zuzu- 
l)ringen,  studierte  darauf  ein  Semester  am 
Polyteclinikum  in  Dresden  und  trat,  um  seiner 
Dienstpflicht  zu  genügen,  in  das  Eisenbahnregi- 
ment in  Berlin  ein.  Zur  Fortsetzung  seiner 
Studien  ging  er  im  Herbst  1877  nach  München, 
ging  aber  hier  zur   Universität  über,   um  sich 


Hertz  -^  Hessel 


311 


der  reinen  Wissenschaft  zuzuwenden.  1878  [  öffentlicht.  Aus  diesen  einseitigen  Publikationen 
kehrte  er  nach  Berlin  zurück,  um  unter  Helm- i  mag  sich  die  eigentümliche  Tatsache  erklaren, 
holtzs  Leitung  zu  arbeiten.  Schon  ein  Jahr  daß  seine  wichtigste  Leistung,  die  theoretisch 
später  löste  er  eine  von  der  philosophischen  wie  praktisch  bedeutungsvolle  Erkenntnis  und 
Fakultät  gestellte  Preisarbeit  über  die  in  Spiralen  ,  Formulierung  des  Satzes  von  der  „Konstanz  der 
und  Drähten  induzierten  Extraströme,  promo- 1  Wärmesummen"  (1840)  längere  Zeit  vergessen 
vierte  1880  und  wurde  im  gleichen  Jahre  Assistent :  war  oder  anderen  zugeschrieben  wurde.  Durch 
bei  Helmholtz.  Auf  dessen  Anraten  habilitierte  ,  dieses  Prinzip  von  Heß,  das  sich  später  als  un- 
er  sich  1883  in  Kiel,  wo  er  einen  Lehrauftrag  ;  mittelbare  Konsec^uenz  des  Satzes  von  der  Er- 
für  theoretische  Physik  sogleich  erhielt.  1885  ,  haltung  der  Energie  ergab,  wird  festgestellt,  daß  die 
ging  er  als  ordentlicher  Professor  der  Physik  ,  durch  einen  chemischen  Vorgang  erzeugte  Wärme- 
an  die  technische  Hochschule  zu  Karlsruhe,  ,  menge  stets  dieselbe  ist,  einerlei  ob  der  Vorgang 
1889  siedelte  er  nach  Bonn  über,  als  Nachfolger  j  auf  einmal  oder  in  getrennten  Abschnitten  ver- 
vonClausius.  Von  Anfang  an  wies  seine  Neigung  läuft.  Ostwald  hat  zuerst'  diese  Leistung  des 
ihn  auf  die  Elektrizitätslehre  hin.  Nachdem  in  ;  Begründers  der  neuen  Thermochemie  der  Ver- 
den Jahren  1880  bis  1884  eine  Reihe  von  Einzel-  ^  gessenheit  entrissen,  lieber  die  Arbeiten  von  Heß 
Untersuchungen,  zumeist  auf  elektrischem  Gebiet,  ;  vgl.  Poggendorf  f  s  biographisch-literarisches 
erschienen  waren,  ließ  eine  theoretische  Arbeit '  Handwörterbuch  Band  1  S.  1094. 
ihn  tief  in  die  Maxwell  sehe  elektromagnetische  ' 


Lichttheorie  eindringen,  als  deren  Anhänger 
er  sieh  rückhaltlos  bekannte.  Nunmehr  wandte 
Hertz  seine  Kraft  der  experimentellen  Bestätigung 
dieser  Theorie  zu,  und  so  entstand  in  den  Jahren 
1887  und  1888  jene  glänzende  Reihe  von  Unter- 
suchungen, die  der  Max  well  sehen  elektroma- 
gnetischen Lichttheorie  zum  endgültigen  Sieg 
verhalf.  Es  gelang  ihm,  in  seinem  Oszillator 
elektrische  Schwingungen  sehr  hoher  Schwin 
gungszahl  zu  erzeugen,  mit  Hilfe  seines  Resona 


E.  V.  Meyer. 


Hessel 

Johann  Friedrich  Christian. 


Geboren  am  27.  April  1796  zu  Nürnberg;  gestor- 
ben am  3.  Juni  1872  zu  Marburg.  Er  besuchte 
torslhre  Ausstrahlung  zu  studieren,  und  zu  zeigen,  '  zunächst  die  Industrieschule  seiner  Vaterstadt, 
daß  die  von  dem  Oszillator  ausgesandten  ,,Strah-  '  wo  ihn,  obwohl  er  für  den  Kaufmannsstand  be- 
len  elektrischer  Kraft"  denselben  Gesetzen  der  I  stimmt  war,  besonders  die  Vorträge  über  Natur- 
Reflexion,  Brechung  und  Polarisation  gehorchten,  I  geschichte  und  Geometrie  fesselten.  Er  absolvierte 
wie  die  Lichtstrahlen.  Es  war  damit  erwiesen,  ;  dann  die  später  aus  dieser  Schule  hervorgegangene 
daß  es  den  Lichtwellen  gleichartige  elektroma-  i  Realstudienanstalt  mit  der  Berechtigung  zum 
gnetische  Wellen  gibt,  daß  also  die  Lichtwellen  |  Uebertritt  an  eine  Universität.  In  der  Folgezeit 
nichts  anderes,  als  solche  elektromagnetische  '  studierte  er  in  Erlangen  (1813)  Medizin  und  pro- 
Wellen sehr  kurzer  Wellenlänge  sind.  Hertz  i  movierte  (1817)  zu  Würzburg  in  diesem  Fache, 
selbst  vergleicht  die  Maxwellsche  Theorie  mit '  Danach  ging  er  nach  München,  wo  er  zufällig 
einer  Brücke,  die  in  kühnem  Bogen  die  Kluft  C.  C.  v.  Leonhard  kennen  lernte,  mit  dem  er 
zwischen  dem  Gebiet,  der  optischen  und  der  i  1818  nach  Heidelberg  übersiedelte.  Dort  trieb 
elektromagnetischen  Erscheinungen  überspannt.  1  er  außer  Medizin  Chemie  und  Mineralogie,  und 
Spätere  Arbeiten  beschäftigen  sich  mit  der  Fort- 1  zwar  besonders  Kristallographie.  1821  erwarb 
Pflanzung  der  elektrischen  Wellen,  hauptsächlich  1  er  die  philosophische  Doktorwürde  und  widmete 
aber  mit  dem  Ausbau  der  Maxw  eil  sehen  Theorie.  I  sich  von  da  an  ganz  der  Mineralogie.  1821  wurde 
Ein  bemerkenswertes  Buch  ,,Ueber  die  Prinzipien  i  ei"  auch  in  Heidelberg  Privatdozent  und  in  dem- 


der  Mechanik"  vollendete  Hertz  auf  dem  letzten 

Krankenlager. 

Literatur.  M.  Planck,  Rudolf  Heinrich  H., 
Rede  i.  d.  phys.  Ges.  zu  Berlin  gehalten.  Leipzig 
1S94.  —  H.  Ebevt,  Heinrich  H.,  Sonderabdr. 
a.  d.  Sitzungsber.  der  physikal.-med.  Societät 
Erlangen,  1S94.  —  W.  König,  John  Tyndall 
u.  Heinrich  H.,   Gedächtnixrede  189.5. 

E.    Vrude. 


Heß 

G.   Heinrich 


Geboren  7.  August  1802  zu 
11.  Dezember  1850  in  Petersbur_ 
an  der  Universität  sowie  an  der  Artillerieschule 
und  am  Institut  des  Bergkorps  war.  Seine  Ar- 
beiten, die  der  Mineralchemie  wie  der  organischen 
Chemie  angehören  und  überall  den  ausgezeich- 
neten Beobachter  verraten,  sind  durchweg  in 
den  Berichten  der  Petersburger  Akademie  ver- 


selben  Jahre  noch  außerordentlicher  Professor 
der  Minei^alogie  und  Technologie  zu  Marburg,  wo 
er  1825  zum  ordentlichen  Professor  ernannt 
wurde. 

Hessel  war  eigentlich   mehr   Mathematiker 
als  Mineralog,  wie  denn  auch  seine  wissenschaft- 
lichen   Arbeiten    sich    hauptsächlich    auf    den 
mathematischen  Teil  der  Mineralogie,  besonders 
der    Kristallographie,    beziehen.       Als    sein    be- 
deutendstes   Werk    ist    seine    ,,Kristallometrie" 
(Leipzig  1830)  zu  nennen.   Durch  Verbindung  der 
von  Haüy  geschaffenen  Grundlage  mit  der  neuen 
Weißschen  Zonen-  und  Achsenlehre  und  dessen 
Zusammenfassung  von  Kristallreihen  zu  6  großen 
Gruppen  suchte  er  darin  auf  mathematischem 
Wege  ein  allgemeines  Gesetz  der  Körpergestal- 
[  tung  zu  finden  und  konnte  als  Erster  beweisen, 
Genf,    gestorben  I  daß  es  nur  32  Kristallreihen  mit  gleichen  Sym- 
wo  er  Professor  !  metrieverhältnissen  geben  könne. 

Literatur.  JusH,  Grundlagen  zu  einer  Hessi- 
schen Gelehrten  Geschichte.  —  Allg.  De^itsche 
Biographie,  I2,   807. 

■  K,  Spangenberg. 


312 


Heterozyklische  Verbindungen 


Heterozyklische  Verbindungen. 

1.  Allgemeines:  a)  Systematik.  ]))  Eigen- 
schaften, c)  Gewinnung  und  Vorkommen. 
2.  Spezielle  Besprechung  der  hauptsächlichsten 
heterozyldischen  Systeme  und  ihrer  wichtigsten 
Abkömmlinge:  a)  Dreiringe.  b)  Vierringe, 
c)  Fünt'ringe.  d)  Sechsgliederige  Ringe,  e)  Sieben- 
und  mchrgliederige  Ringe. 

I.  Allgemeines.  i  a)  Systematik. 
Unter  heterozyklischen  Verbindungen 
versteht  man  eine  außerordeiitlicli  iimfans;- 
reiche,  sehr  wichtiffe  Klasse  oriianischer 
Verbindinig:en,  deren  molekularer  Aufbau 
durch  einen  Atomring  gekennzeichnet  ist, 
der,  im  Gegensatz  zu  dem  für  die  karbo- 
zyklischen  Verbindungen  charakteristischen, 
nur  aus  Kohlenstoff  bestehenden  Ring, 
neben  diesem  Grundstoff  noch  andere, 
deshalb  als  Heteroatome  bezeichnete  Ele- 
mente enthält.  Als  solche  kommen  vor- 
wiegend Sauerstoff,  Stickstoff  und  Schwefel 
in  Betracht. 

Man  kennt  allerdings  auch  heterozyklisehe 
Systeme  mit  Selen,  Phosphor  und  neuerdings 
mit  Jod,  doch  können  diese  wegen  geringerer 
Wichtigkeit  hier  übergangen  werden. 

Je  nach  der  Zahl  der  außer  Kohlenstoff 
in  einem  Ringgebilde  vorhandenen  fremden 
Atomarten  spricht  man  von  mono-,  di-, 
tri-  usw.  hetero  atomigen  Ringen.  Die 
systematische  Einteilung  derselben  kann 
nach  verschiedenen  Prinzipien  vorgenommen 
werden:  einerseits  nach  der  Natur  und  Auzahl 
der  Heteroatome,  dergestalt,  daß  beispiels- 
weise nacheinander  die  Ringgebilde  mit  1, 
2,  3  Atomen  N,  0,  S  usw.,  hernach  die  poly- 
heteroatomigen  Ringe  abgehandelt  werden, 
oder  andererseits  nach  der  Gesamtzahl  der 
ringbildenden  Atome.  Die  erstere  Einteilung 
hat  den  Nachteil,  daß  Substanzen  von  ganz 
verschiedenem,  chemischem  Charakter  (wie 
z.  B.  das  fünfgliederige  Pyrrol  und  das  sechs- 
gliederige Pyridin,  die  beide  monohetero- 
atomige  Gebilde  mit  einem  Stickstoffatom 
darstellen)  in  einer  Gruppe  zusammentreffen. 
Es  ist  deshalb  besser,  das  zweite  Einteilungs- 
prinzip zu  wählen,  denn  dann  kommen 
Ringgebilde  von  analogem,  molekularen  Bau 
und  deshalb  von  annähernd  gleichem  Be- 
ständigkeitsgrad im  System  nebeneinander 
zu  stehen.  Man  kann  eine  derartige  Gruppie- 
rung auch  als  , »Einteilung  nach  isologen 
Reihen"  bezeichnen.  In  den  meisten  und 
wichtigsten  Gebilden  beträgt  die  Gesamt- 
zahl der  Atome  5  oder  6,  was  damit  zusammen- 
hängt, daß  solche  Ringe,  ähnlich  wie  die 
entsprechenden  Kohlenstoffringe,  im  all- 
gemeinen am  festesten  gefügt  sind.  Drei- 
und  viergliederige  Systeme  bilden  sich  viel 
schwieriger  und  sind  deshalb  auch  wesent- 
lich unbeständiger.  Bei  Ringen  von  mehr  als 
sechs  Gliedern  scheint  die  Beständigkeit 
ebenfalls    wieder    abzunehmen,    wennschon 


neuerdings  Siebenerringe  synthetisiert  worden 

sind,  die  sich  immer  noch  als  recht  stabil 

erwiesen  haben. 

Die  Mannigfaltigkeit  der  heterozyklischen 

Verbindungen  wird  noch  wesentlich  dadurch 

vergrößert,  daß  die  Hetcroringe  entweder 
mit  Benzol-  oder  Naphthalinkernen,  oder  auch 
mit  anderen  Heterozyklen  verschweißt  sein 
können.  Mau  spricht  dann  von  konden- 
sierten heterozyklischen  Systemen. 
Eine  Anzahl  der  wichtigsten  hetero- 
zyklischen Typen  werden  in  vorliegendem 
Artikel  nur  flüchtig  gestreift  werden,  da  sie 
wegen  ihrer  größeren  Bedeutung  gesondert 
abzuhandeln  sind  (vgl.  die  Artikel  über 
,,Azine,  Akridingruppe,  Chinolin- 
gruppe,  Pyridingruppe,  Indigogruppe 

i  [inkl.  Cumaron-,  Benzothiophen-, 
Indazolgruppe],  Puringruppe)".   Ferner 

i  sei  noch   darauf  hingewiesen,   daß  es  zahl- 

!  reiche  Verbindungen  gibt,  die  zwar  der 
obigen  Definition  entsprechen,  deren  Hetero- 
ringsystem  indessen  so  außerordentlich  leicht 
durch    einfache    Hydrolyse    geöffnet    wird, 

.  daß  man  sie  nur  als  Pseudoheterozyklika 
bezeichnen  kann.  Es  siud  dies  hauptsäch- 
lich   die    Laktone,    Laktame,    sowie    die 

i  Anhydride  und  Imide  zweibasischer 
Säuren.  Derartige  Substanzen  werden  bei 
den  durch  Wasseraddition  aus  ihnen  hervor- 

1  gehenden  Stammsubstanzen  besprochen  (vgl. 
die  Artikel  ,, Säuren  (organische),  An- 
hydride, Fettsäuren,  Ammoniak- 
derivate [d  Säureimide,  Laktame]"). 
ib)  Eigenschaften.  Bezüglich  der 
allgemeinen  physikalischen  und  che- 
mischen Eigenschaften  der  hetero- 
zyklischen Verbindungen  lassen  sich  wegen 
der  außerordentlich  großen  Verschiedenheit 
der  hierher  gehörigen  Substanzen  nur  wenige, 
allgemein  gültige  Regeln  anführen:  Auf  die 
relativ  große  Stabilität  fünf-  und  sechs- 
gliederiger  Ringe  gegenüber  solchen  von 
mehr  oder  weniger  Gliedern  ist  bereits  hin- 
gewiesen worden.  Interessant  ist  vor  allem 
die  Tatsache,  daß  gewisse  heterozyklische 
Verbindungen  eine  außerordentlich  weit- 
gehende Aehnlichkeit  in  physikalischer, 
weniger  in  chemischer  Hinsicht  mit  manchen 
karbozyklischen  Substanzen  aufweisen.  So 
entspricht  das  Furan,  vor  allem  aber  das 
Thiophen  weitgehend  dem  Benzol,  z.  B. 
hinsichtlich  seines  Siedepunktes,  seines  Ge- 
ruchs usw.  Diese  merkw-ürdige  Erscheinung 
—  man  könnte  sie  vielleicht  als  eine  Art 
chemischer  Mimicry  bezeichnen  —  ist  nicht 
nur  auf  die  Grundkörper  beschränkt,  son- 
dern zeigt  sich  auch  noch  bei  den  Derivaten. 

So  ist  z.  B.  das  a-Oxythionaphten  rein  äußer- 
lich vom  a-Naphtol  kaum  zu  unterscheiden.  Jene 
Erscheinung  tritt  ferner  auch  beim  Vergleich 
von  monoheteroa tomigen  Ringen  mit  polyhetero- 
atomigen  Ringen    zutage,  wie    das  Beispiel    des 


Heterozyklische  Verbindungen 


313 


Thiazols  lehrt,  das  sogar    bis    auf    den    äußerst  |  artiges  Ringsystem  entsteht.     So  ist  z.  B.  von 
charakteristischen  Geruch   dem  Pyridin   gleicht,    ihm  ein  Para-Indol  synthetisiert  worden: 


H 
C 

HCr    ^CH 

c 

H 
Benzol 

H 
C 

HC,|    ^CH 
HC'I 

s 

Thiophen 

OH 

OH 

'\/VcH 

/\/%H 

1           'CH 

s 

ci-Oxy  thiona  phten 

H 

«-Naphtol 

H 

C 

Hey   ^CH 

hoAh 

Thiazol 

Hcl          'CH 

N 
Pyridin 

, CH 


\ 


CH 


CH 


./ 


Man  hat  die  Erklärung  für  diese  Tatsachen 
vermutlich  darin  zu  suchen,  daß  ein  Sauerstoff- 
atom, mehr  noch  ein  Schwefelatom,  räumlich  der 
Gruppierung  CH  =  CH  im  Ringsystem  äcpii- 
valent  ist.  Neuerdings  hat  nämlich  v.  Braun 
gezeigt,  daß  während  der  Fünferring  (CH2)4  =  S 
sich  außerordentlich  glatt  bildet,  sich  der  Ent- 
stehung des  Sechserringes  (CH2)5  =  S  beträcht- 
liche Schwierigkeiten  entgegenstellen,  die  ähnlich 
groß  sind  wie  die  bei  der  Synthese  des  Siebener- 
ringes (CHj)«  =  NH  auftretenden. 

Ein  weiterer  allgemeiner  Erfahrungssatz, 
der  sich  beim  Studium  der  heterozyklischen 
Verbindungen  ergeben  hat,  ist  der,  daß  eine 
Methingruppe  im  Ringsystem  durch  ein  N- 
Atom  äquivalent  vertreten  werden  kann, 
ohne  daß  die  Stabilität  der  Verbindung  da- 
durch leidet.  Diese  Vertretung  von  Kohlen- 
stoff durch  Stickstoff  bewirkt  eine  fast  regel- 
mäßige Steigerung  der  Schmelzpunkte. 

ic)  Gewinnung  und  Vorkommen. 
Die  meisten  heterozyklischen  Verbindungen 
kann  man  sich  durch  einen  Kondensations- 
vorgang entstanden  denken,  die  polyzykli- 
sehen  Heterogebilde  speziell  durch  Ort  ho - 
Kondensation  geeigneter  Benzol- 
derivate. In  der  Tat  beruhen  auch  die 
meisten  synthetischen  Darstellungsmethoden 
auf  solchen  Vorgängen. 

Eine  ganz  neue  Perspektive  auf  dem  Gebiet 
kondensierter  heterozyklischer  Verbindungen  er- 
öffnet die  jüngst  von  v.  Braun  gemachte  Be- 
obachtung, daß  auch  die  zwei  Parastellungen 
eines  Benzolkerns  durch  eine  Heterobrücke  ver- 
bunden werden  können,  so  daß  ein  ganz  eigen- 


Indol  p-Indol 

das  dem  entsprechenden,  bisher  aliein  für  existenz- 
fähig gehaltenen  normalen  Indol  zum  Ver- 
wechseln ähnlich  ist,  ein  neuer  Beweis  für  die  oft 
festgestehte  große  Analogie  von  Ortho-  und  Para- 
verbindungen. 

Von  den  heterozyklischen  Substanzen 
entfällt  weitaus  die  größte  Anzahl  auf  stick- 
stoffhaltige Ringe.  Erst  dann  kommen  die 
sauerstoffhaltigen  Verbindungen.  Zahl- 
reiche mehr  oder  weniger  komplizierte  Natur- 
produkte gehören  hierher,  wie  die  haupt- 
sächlich vom  Pyridin  derivierenden  Pflanzen- 
alkaloide,  ferner  die  wichtigen  Purinbasen, 
gewisse  Eiweißspaltprodukte,  wie  Indol  usw. 
(vgl.  die  betreffenden  Artikel).  Schwefel- 
haltige Ringgebilde  scheinen  dagegen  weder 
im  Pflanzen-  noch  im  Tierreich  vorzukommen. 
Sie  sind  nur  synthetisch  zugänglich.  Eine 
wichtige  Fundgrube  für  viele  technisch  be- 
deutungsvolle heterozyklische  Verbindungen 
bildet  der  Steinkohlen-,  Holz-  und  Knochen- 
teer. Sehr  viele  Heterozyklika  werden  vor 
allem  auch  in  der  Technik  in  größtem  Maß- 
stabe künstlich  dargestellt.  So  z.  B.  zahlreiche 
wichtige  Farbstoffe  (vgl.  den  betreffenden 
Artikel),  ferner  auch  wichtige  Heilmittel, 
wie  Antipyrin  u.  a. 

2.  Spezielle  Besprechung  der  hauptsäch- 
lichsten heterozyklischen  Systeme  und  ihrer 
wichtigsten  Abkömmlinge.  2a)  Dreiringe. 
Hierher  gehörige  relativ  beständige  Substanzen 
sind  nur  in  geringer  Zahl  bekannt.  Es  seien 
genannt  das  Aethylenoxyd  HjC  — CHj,  eine 

bei  12,5"  siedende,  aus  Aethylenchlorhydrm 
durch  Alkalien  entstehende  Flüssigkeit,  und  die 
sogenannten  fetten  Diazokörper,  die  sich 
vom  Diazomethan  als  Muttersubstanz 
leiten. 

/N  N. 


ab- 


H.,C<   II 


N- 


\C00C„H, 


Diazomethan  Diazoessigester 

Ein  für  synthetische  Zwecke  besonders 
wichtiges  Derivat  desselben  ist  der  Diazoessig- 
ester (vgl.  den  Artikel  ,,Azo Verbindungen", 
S.  747).  Hier  ist  auch  auf  die  Möglichkeit  einer 
anderen  Formulierung  dieser  Diazoderivate  hin- 
gewiesen, wonach  sie  gar  nicht  zu  den  hetero- 
zyklischen Verbindungen  zu  rechnen  sein  würden. 
2b)  Viergliederige  Ringe.  Monohetero- 
atomige  Systeme  liegen  vor  im  Trimethylen- 
oxyd,  eiiier  Flüssigkeit  vom  Siedepunkt  50", 
und  dem  Trimethylenimid,  einer  starken 
Base  vom  Siedepunkt  57". 


314 


Heterozyklische  Verbindungen 


/CHjv 
H,CC         ^0 


/CHo 


\ 


CH, 


R/illl 


Trimethj'lenoxyd  Trimethylenimid 

Polylieteroatoniigc  Substanzen  sind  die  Sauer- 
stoff und  Stickstoff  als  Ringgbeder  enthaltenden 
Beta  ine  (I)  und  die  analogen  schwefelhaltigen 
Thetine  (II). 

RaX  R; 

r/  I  I  I 

0— C  =  0  0— C  =  0 

Betaine  Thetine 

Sie  entsprechen,  da  sie  als  innere  quarternäre 
Ammonium-  bezw.  Sulfoniumsalze  aufzufassen 
sind,  vollkommen  den  /^^-Laktonen.  Das  ge- 
wöhnliche Beta  in  ist  eine  in  großen  Mengen 
in  der  Rübenzuckermelasse  vorkommende  Sub- 
stanz, die  der  Formel  I  entspricht,  wenn  in  dieser 
für  R,,  R.,,  Rg  je  CH3  gesetzt  wird. 

2e)  Fünfgliederige  Ringe.  a)  Mono- 
heteroatomige  Ringe.  Ein  besonderes  Inter- 
esse beanspruchen  die  einfachsten  Verbindungen 
mit  nur  einem  Heteroatom:  Sauerstoff,  Schwefel, 
Stickstoff.  Sie  heißen  Furfuran,  Thiophen 
und  Pvrrol. 


HC 

II         11  II 

HC        CH  HC 

\o/  \ 


CH      HC CH      HC 

II 
CH 


-CH 


Furfuran 


3/ 
Thiophen 


HC        CH 

H 
Pvrrol 


Sie  sind  die  Muttersubstanzen  zahlreicher  wich- 
tiger Produkte  und  entstehen  teilweise  nach 
analogen  Methoden,  da  sie,  wie  aus  den  obigen 
Konstitutionsformeln  hervorgeht,  analogen  Bau 
besitzen.  Sie  können  deshalb  verschiedentlich 
auch  ineinander  umgewandelt  werden.  So 
geben  z.  B.  l,4-I)iketoverbindungen  bei  der 
inneren  Abspaltung  von  Wasser  Furane,  bei  der 
Einwirkung  von  Phosphoi-pentasulfid  Thiophene, 
bei  der  von  Ammoniak  Pyrrole,  wie  folgendes 
Schema  lehrt: 

H,C  —  C  — R 


0 

0 
I! 
H,C  — C— R' 


.R 


/R 


HC  =  C< 
(-H,0)->     1  >0 

HC  =  C< 

\R' 

.R 


HC=C,  /. 

^OH  HC  =  C< 

>    i+VSs)^    I  >S 

.OH  HC  =  C< 

HC  =  C^  \R' 

^R' 

/R 
HC  =  C< 
(-fNH3)->    I  >NH 

HC  =  C< 

\R' 


Die  Bezeichnungsweise  der  Derivate  dieser 
Stammsubstanzen  wird  so  gehandhabt,  daß  man 
die  beiden  neben  dem  Heteroatom  stehenden 
Kohlcnstoffatome  mit  dem  Indices  «  und  aj, 
die  entfernteren  C-Atome  mit  ß  und  ß-i  ver- 
sieht. 

c)  Furfurangruppe.  Das  Furfuran 
(auch  Furan  genannt),  eine  bei  33"  siedende 
Flüssigkeit,  ist  im  Vorlauf  des  Fichtenholzteers 
enthalten,  ebenso  wie  sein  a-Methylderivat, 
das  sogenannte  Sylvan  vom  Siedepunkt  63". 
Ersteres  wird  auch  synthetisch  durch  Destillation 
von  brenzschleimsaurem  Calcium  gewonnen. 
Charakteristisch  sind  seine  Farbenreaktionen 
mit  Isatin  und  Phenanthrenchinon.  Wichtige 
Derivate  des  Furans  sind  die  Brenzschleim- 
säure  (a-Furankarbonsäure)  vom  Schmelz- 
punkt 134",  die  bei  der  Destillation  von  Schleim- 
säure entsteht,  vor  allem  aber  deren  Aldehyd, 
das  Furf  urol,  eine  bei  der  Hydi-olyse  der  meisten 
Kohlehydrate  (speziell  der  Pentosen)  entstehende, 
in  ihren  Reaktionen  dem  Benzaldehyd  sehr 
ähnliche  Flüssigkeit  vom  Siedepunkt  162". 

Furfurol  läßt  sich  außerordentlich  leicht 
nachweisen  durch  Ueberführung  in  rote  Farb- 
stoffe der  Formel: 


Rx 


.R 


Nn— C=C— C  =  C— C=N— R' 
R'/        H    H    H     I     H      \y 
OH  ^ 

wenn  man  den  Aldehyd  mit  primären  oder  sekun- 
dären aromatischen  Aminen  und  Mineralsäuren 
zusammenbringt  (Schiffsche  Furfurol- 
reaktion  zum  Nachweis  von  Pentosanen  usw.). 

Ein  Tetrahydrofuran  liegt  in  dem  aus 
a-d - Glykolen  entstehenden  Tetramethylen- 
oxyd vor. 

Ein  kondensiertes  Furan  ist  das  Cumaron, 
ein  anderes  das  Diphenylenoxyd  (vgl.  den 
Artikel  ,,Indigogruppe'"J. 

H 

S 

CH 


\/\o/ 

Cumaron 


/ 


Diphenylenoxj'd. 


ß)  Thiophengruppe.  Thiophen,  Siede- 
punkt 84",  findet  sich  im  Stein-  und  Braunkohlen- 
teer als  Begleiter  des  Benzols,  mit  dem  es  ja 
außerordentlich  große  Aehnlichkeit  besitzt.  Che- 
misch unterscheidet  es  sich  von  ihm  durch  eine 
blaue  Farbenreaktion,  die  es  beim  Zusammen- 
treffen mit  Isatin  und  konzentrierter  Schwefel- 
säure gibt  (Indopheninreaktion).  Thiophen  ent- 
steht synthetisch  reichlich  beim  Erhitzen  von 
bernsteinsaurem  Natrium  mit  Phosphortrisulfid. 
Neuerdings  ist  eine  becjueme  technische  Dar- 
stellungsmethode gefunden  worden,  die  im  Ueber- 
leiten  von  Acetylen  über  erhitzten  Pyrit  besteht. 
Methylthiophene  heißen  Thiotolene  und 
entstehen  —  außer  aus  y-Dikarbonylverbindungen 
—  auch  nach  denselben  Methoden  wie  homologe 
Benzole,  so  z.  B.  aus  Thiophen,  Alkylbromid  und 
Aluminiumbromid.  Halogen-  und  araidosub- 
stituierte  Thiophene  sind  ebenfalls  bekannt. 
Das  Amidoprodukt  heißt  auch  Thiophen  in; 
es  bildet  ein  hellgelbes,  sehr  zersetzliches  Oel. 
Ein    kondensiertes    Thiophen    liegt    im    Thio- 


Heterozyklische  Yerbindungen 


315 


naphten  vor,  dessen  (^-Ox5'denvat  jetzt  große 
technische  Bedeutung  besitzt  (vgl.  den  Artikel 
„Indigogruppe"). 

y)  Pyrrolgruppe.  Die  Muttersubstanz, 
das  Pyrrol,  hat  seinen  Namen  von  der  Fähigkeit 
erhalten,  einen  mit  Salzsäure  befeuchteten 
Fichtenspan  feuerrot  zu  färben.  Die  Pyrrole 
erscheinen  zwar  ihrer  Formel  nach  als  sekundäre 
Amine,  sie  ähneln  aber  in  ihrem  Verhalten 
vielmehr  dem  Phenol,  zumal  dann,  wenn  in 
/5-Stellung  keine  Substituenten  vorhanden  sind. 
Dies  gilt  ebenfalls  für  die  kondensierten  Pyrrole, 
die  Indole. 

Diese  Erscheinung  erklärt  sich  daraus,  daß 
die  Pyrrole  auch  in  tautomeren  Nebenformen 
reagieren  können: 


HC CH2  HC 

bzw 


CH 


HC        CH 


HC        CH2 


Die  in  diesen  vorhandene  CHo-Gruppe  ist, 
ähnlich  wie  die  Methylengruppe  der  tautomeren 
Formen  der  Phenole,  besonders  reaktionsfähig. 
Uebrigens  lassen  sich  die  Reaktionen  der  Pyrrole 
und  Indole  vielleicht  noch  besser  in  Parallele 
stellen  zu  denjenigen  primärer  Amine,  indem  die 
CH.,-Gruppe  weitgehend  einer  NH,-Gruppe  ent- 
spricht. Diese  Analogie  zu  den  Phenolen  und 
primären  Aminenzeigt  sich  z.  B.  aufs  deutlichste 
bei  der  Einwirkung  von  Salpetersäure,  salpetriger 
Säure,  Diazoverbindungen,  Aldehyden,  Säure- 
chloriden, Halogenen,  Chloroform  und  Alkali  usw. 
Der  Angriff  dieser  Agenzien  erfolgt  fast  stets  in 
/5-Stellung. 

Es  sei  noch  darauf  hingewiesen,  daß  die 
Pyrrole  in  wichtigen  Beziehungen  zu  Eiweiß- 
körpern, sowie  zum  Blut-  und  Blattfarbstoff 
stehen. 

Das  Pyrrol  vom  Siedepunkt  131"  gewinnt 
man  als  leicht  sich  bräunende  Flüssigkeit  tech- 
nisch aus  Knochenteer,  synthetisch  ist  es  zu- 
gänglich durch  Erhitzen  von  schleimsaurem 
Ammon.  Durch  konzentrierte  Säuren  verharzt 
es  sehr  schnell  unter  Bildung  eines  roten  Farb- 
stoffs (Pyrrolrot).  Ein  sehr  bemerkenswerter 
Uebergang  vom  Pyrrol-  zum  Pyridinring  voll- 
zieht sich  beim  Erhitzen  des  Pyrrols  mit  Chloro- 
form und  Natriumäthylat  (vgl.  den  Artikel 
,,Pyridingruppe").  Em  besonders  charak- 
teristisches Derivat  ist  das  Pyrrolkalium 

HC CH 

II  I! 

HC        CH 


Es  ist  als  Spaltprodukt  sowohl  aus  dem  Blut- 
farbstoff wie  aus  Chlorophyll  erhalten  worden, 
wodurch  die  Verwandtschaft  dieser  beiden 
biochemisch  so  bedeutungsvollen  Substanzen 
offenkundig  wird.  Von  halogensubstituierten 
Pyrrolen  sei  das  Tetrajodpyrrol  genannt, 
ein  gelbes  Pulver  vom  Schmelzpunkt  140», 
das  unter  dem  Namen  Jodol  als  geruchloser 
Jodoformersatz  in  den  Handel  kommt.  Die 
Pyrrol  karbonsäuren  gleichen  den  Phenol- 
karbonsäuren. Sie  entstehen  durch  Oxydation 
homologer  Pyrrole,  sowie  durch  Einwirkung  von 
Kohlendioxyd  auf  Pyrrolkalium. 

Dihydropyrrole  heißen  auch  kurz  Pyr- 
rol ine.  Sie  gehen  durch  weitere  Reduktion  in 
Tetrahydropyrrole  oder  Pyrrolidine  über, 
die  ausgeprägten  Basencharakter  besitzen.  Letz- 
tere können  auch  als  Tetramethylenimine 
bezeichnet  werden. 

Ein  wichtiges  Derivat  ist  das  Prolin,  die 
ß-Karbonsäure  des  Pyrrolidins,  die  in  der 
linksdrehenden  Form  bei  der  Hydrolyse  zahl- 
reicher Proteine  auftritt. 

H 

H^C— C— COOK 

I       /-^^ 
H2C— CHo 
Prolin 

Kompliziertere  solche  Säuren  werden  beim 
Abbau  mancher  Alkaloide  erhalten.  So  entsteht 
aus  Hygrin  die  Hygrinsäure  (n-Methyl- 
pyrrolidin-a-Karbonsäure),  aus  Tropin 
bezw.  Ecgonin  (den  Spaltprodukten  des  Atro- 
pins  und  Cocains)  die  Tropinsäure,  eine 
n  -  Methylpyrrolidin  -a-a^-essigkar  bon- 
säure. 

Ketopyrrolidine  heißen  auch  Pyrroli- 
done.  Ein  «-cc^-Diketopyrrolidin  ist  z.  B.  das 
Succinimid 

H„C— C^ 

I        >NH 
H.C-C/ 

Succinimid. 

Von  kondensierten  Pyrrolderivaten 
seien  hier  kurz  angeführt:  das  Indol  (vgl.  den 
Artikel  ,, Indigogruppe")  und  das  Dibenzo- 
pyrrol,    auch   Carbazol    genannt. 


das  sich  mit  Halogenalkylen  und  Säurechloriden 
usw.  zu  n-Pyrrolderivaten  umsetzt.  C-Alkyl- 
pyrrole  sind  im  Steinkohlenteer  enthalten  und 
entstehen  synthetisch  durch  Umlagerung  der 
n-alkylierten  Produkte.  Von  ihnen  ist  am 
wichtigsten  das  Hämopyrrol  (Siedepunkt  198") 
von  der  vermutlichen  Konstitution: 

H.<CC CCoHe: 


HC 


CCH, 


Carbazol  vom  Schmelzpunkt  238»,  Siede- 
punkt 351",  kommt  in  Rohanthrazen  vor  und 
hat  neuerdings  große  Bedeutung  als  Ausgangs- 
material für  wertvolle  blaue  Küpenfarbstoffe 
erlangt. 

2c)  Fü  n  f  gl  iede  rige  Ringe,  b)  Poly- 
heteroatoraige  Ringe.  Hierher  gehören 
im  wesentlichen  die  sogenannten  Azole, 
die  als  Heteroatome  N  und  0,  N  und  S  oder  nur  N 
enthalten.  Sie  lassen  sich  sämtlich  vom  Furan, 
Thiophen  und  Pyrrol  dadurch  ableiten,  daß  man 


316 


Heterozyklische  Verbindungen 


in  diesen  Grundkörpern  Methingruppen  dnrch 
I^  ersetzt.  I^ie  Bezeichnnngsweise  schließt  sich 
im  allgemeinen  an  diese  Ilerleitnng  an,  indem  man 
die  Verbindungen,  außer  durch  die  von  ihren 
Entdeckern  herrührenden  Trivialnamen,  so  kenn- 
zeichnet, daß  man  den  Ort,  wo  der  Ersatz  von 
CH  durch  Tvl  stattfindet,  durch  die  Präfixe 
a,  aj,  b  und  b^  kenntlich  macht.  So  ist  z.  B. 
das  Pyrazol  von  der  Konstitution 

HC CH 

II  il 

HC        N 

H 

als  Pyrro-(a)-Monazol  zu  bezeichnen. 

a)  Pyrazolgruppe.  Sie  ist  die  wichtigste 
Untergruppe  der  Azole.  Die  von  der  Mutter- 
substanz (Formel  s.  oben)  sieh  ableitenden 
Dihydroderivate  heißen  abgekürzt  Pyrazo- 
line,  die  Tetrahydroderivate  Pyrazolidine. 
Ketoabkömmlinge  dieser  Hydroverbindungen 
werden  Pyrazolone  oder  Pyrazolidone  ge- 
nannt. 


HC CH2 

N        C  =  0 

H 
Pyrazolon 


HjC CH2 

HN        C  =  0 

H 
Pyrazolidon 


Für  Substitutionsprodukte  bedient  man  sich 
des  Schemas: 

(4)  HC CH(3) 

li  II 

(5)  HC        N(2) 

H(lj 

Die  Pyrazolderivate  sind  bis  jetzt  nur  auf 
synthetischem  Wege  erhalten  worden.  Die 
wichtigsten  Methoden  sind  die  folgenden: 

1.  Die  eigentlichen  Pyrazole  bilden  sich  aus 
Hydrazonen  von  /i-Diketonen  resp.  |5-Keto- 
aldehyden,  durch  doppelten  Austritt  von  Wasser 


Ro 


-C— CH2 

i! 
0 


-C — R3 

II 

0 


R,— C— CH,— C— R< 


+  H2N— NHRi 
R") — C — LH  =  C — Ro 


N- 


NHR, 


N- 


NRi 


2.  Pyrazolkarbonsäuren  entstehen  durch 
Oxydation  der  homologen  Pyrazole  oder  durch 
Addition  von  Diazoessigester  an  ]\Iono-  und 
Dikarbonsäuren  der  Acetylenreihe : 


RCOOC^N  + 

C- 

-COOR 

RCOOC 

=  CCOOR 

III 

^ 

1 

^" 

c- 

-COOR 

HN 

CCOOR 

N 

// 

N 

3.  Pyrazoline  bilden  sich  außer  bei  der 
Reduktion  der  Pyrazole  durch  LImlagerung  der 
Hydrazone  von  (^-Olcfinaldeliyden  mit  Eis- 
essig: 


H.,C  =  CH— CH        HX— CHj,— CH 

1^1"  II 

HN N        RN N 

R 

Die  Pyrazoline  zeigen  eine  charakteristische 
Farbenreaktion  bei  der  Oxydation  mit  Chro- 
maten   oder    Eisenehlorid    (Pyrazolinreaktion). 

4.  Pyrazolone  (die  desmotrop  sind  mit  den 
Oxypyrazolen)  werden  in  3-  und  5-Pyrazolone 
eingeteilt.  Sie  zählen  zu  den  am  meisten  durch- 
forschten Pyrazolderivaten.  Besonders  große 
technische  Bedeutung  haben  gewisse  5-Pyr- 
azolone.  Sie  entstehen  aus  den  Hydrazonen 
von  /j-Ketoestern  durch  Alkoholabspaltung. 
Das  typische  Beispiel  hierfür  ist  die  Bildung  von 
l-Phenyl-3-methyl-5-Pyrazolon 


N 

II 

H,CC 


C„H, 

NiH    OC2H5 

'       '/ 

C  =  0 


N 


N 


CH2  H3CC — CH, 

l-Phenyl-3-methyl-5-Pyrazolon. 

Dieses  Derivat  ist  von  besonderer  Wichtigkeit 
wegen  seiner  Fähigkeit,  sich  in  4-Stellung  mit 
Diazoverbindungen  zu  wertvollen  (Pyrazolon- 
azo-)  Farbstoffen  zu  vereinigen,  sodann  auch 
wegen  seiner  leicht  durch  einfache  ;\Iethylierung 
zu  bewirkenden  Ueberführung  in  das  hoch- 
wichtige Antipyrin,  ein  treffliches  Fieberheil- 
niittel  von  der  Konstitution 

CeHs 

N 


H,CN        C  =  0 


HXC= 


=CH 


Dieses  dient  wiederum  als  Ausgangsmaterial  für 
das  Pyramidon  oder  4-Dimetliylamidoanti- 
pyrin,  das  ebenfalls  ein  vorzügliches  Anti- 
pyretikum  darstellt. 

Kondensierte  Pyrazole  liegen  in  den 
sogenannten  Indazolen,  die  den  Indolen 
entsprechen,  vor  (vgl.  den  Artikel  ,, Indigo- 
gruppe"). 

H 
CH  /.         C 


N     bezw. 


NH 


/ 


N 


Indazol. 


/3)  Imidazolgruppe.  Unter  Imidazol 
versteht  man  das  Pyrro-(b)-Monazol,  auch 
Glyoxalin  genannt.     Es  hat  die  Konstitution: 

a)  HC— N^ 

II        ^CH(ft) 
^)  HC— N/ 

H(n) 

Glyoxaline  bilden  sich  aus  o-Diketoverbin- 
dungen  mit  Ammoniak  und  Aldehyden,   z.   B. 


Heterozy Mische  Yerbin  dun.u-en 


31^ 


R^_C  =  0  +  2NH3  El— C— N 

R,_C  =  0  +  0  =  C— K3  R2— C— N' 

H  H 


%, 


CRs 


Sie  sind  stärker  basisch  als  die  Pyrazole. 

Wichtige  Einzelvertreter  dieser  Gruppe  sind 
1.  Gh'oxalin  (Imidazol),  Schmelzpunkt  90", 
Siedepunkt  2G3",  darstellbar  aus  Glyoxal,  Am- 
moniak und  Fornialdehyd.  Sein  n-^lethylderivat 
steht  in  Beziehung  zu  dem  Alkaloid  Pilo- 
carpin. 

2.  Lophin  =  a-/J-;i-Triphenylglyoxalin, 
Schmelzpunkt  275",  entsteht  leicht  aus  H3'dro- 
benzamid.  Es  phosphoresziert  stark  beim  Schüt- 
teln mit  alkoholischer  Kalilauge. 

3.  1-Histidin  =  /j-Glyoxalin-a-amido- 
propionsäure: 


HC 


H 
/N— C— CHo— CH(NH.,)— COOK 

^N-CH 


bildet  Kristallblätter  vom  Schmelzpunkt  263" 
und  ist  ein  wichtiges  Spaltprodukt  zahlreicher 
Proteine. 

4.  Lysidin  (fi-Methylglyoxalidin): 

I         7C-CH3 
H2C— N-^ 
H 

Schmilzt  bei  105"  und  leitet  sich  von  einem 
hydrierten  Imidazol  ab.  Es  wird  gewonnen 
durch  Kondensation  von  Aethylendiamin  mit 
Essigsäure  und  dient  als  Gichtmittel. 

Kondensierte  Glyoxaline  liegen  in  den 
sogenannten  Benz imidaz ölen  vor,  von  denen 
zahlreiche  Vertreter  aus  aromatischen  o-Diaminen 
durch  Ringschluß  mittels  Säuren  usw.  erhältlich 
sind. 


.N 


\ 


CH 


Benzimidazol. 
y)    Oxazole     (Furo-(b)-Monazole.        Sie 
haben  die  Konstitution: 

N  =  CH^ 

I    >'^ 

HC  =  C 

ß    Ha 

und  entstehen 

1.  aus  a-Halogenketonen  und  Säureamiden, 
z.  B. 

R— C  =  0  H.,N 

I  +      "     ^C-Ri  -- 

CH^Br  0/ 

R— C-N. 

II        ^C-Ri 
HC— 0/ 

2.  aus  Aldehydcyanhydrinen  und  Aldehyden 
unter  Einwii'kung  von  gasförmiger  Salzsäure, 
z.  B. 


C=N 

I  +  HC-CeH. 

CeHj— C— OH  I 

H  0 


HC-N. 

II         >C- 
CÄC— 0/ 


-C«H,  +  H,0 


Oxazole  sind  schwachbasische  Substanzen, 
deren  Heteroring  leicht  gesprengt  wird.  Die 
niederen  Glieder  riechen  pyridinartig. 

Benzooxazole  entstehen  leicht  durch  allerlei 
Kondensationsvorgänge    aus    o-Amidophenolen. 

d)  Isoxazole  (Furo- (a)-Monazole)  sind 
den  Pyrazolen  analog  konstituiert  und  werden 
deshalb  nach  prinzipiell  ähnlichen  Methoden 
wie  diese  gewonnen. 

HC CH 

II         11 
HC        N 

\o/ 

Isoxazol. 

Sie  entstehen  z.  B.  aus  Monoximen  von  ß- 
Diketonen  durch  Wasserabspaltung.  Analog 
bilden  sich  die  ausgesprochen  sauren  Charakter 
zur  Schau  tragenden  Isoxazolone  aus  Mon- 
oximen und  /j-Ketoestern. 

e)  Thiazole  (Thio-(b)-Monazolej: 

N=CHfi 

I         /^ 
HC  =  C 
ß    Ha 

Sie  besitzen  fast  dieselben  physikalischen  Eigen- 
schaften wie  die  entsprechenden  Pyridinbaseu 
und  werden  synthetisiert  aus  Thioamiden  (Thio- 
harnstoffen  usw.)  durch  Einwirkung  von  a- 
Halogenaldehj'den  und  -ketonen,  z.  B. 


HC  =  0      HN, 


HC— N. 


%r_ 


C— NH, 


I         +       ^C— NH, 
H2C— Cl     HS/  '  HC— S 

Chloracetaldehyd  Thioharnstoff  ft-Aminothiazol. 

Aus  letzterer  Verbindung  ist  durch  Entami- 
dierung  das  Thiazol  selbst  zu  gewinnen.  Vom 
Tetrahydrothiazol  leitet  sich  die  sogenannte 
Rhodaninsäure  ab: 


H 
0=C— N 


C  =  S 


H2C  — s^ 

welche  eine  sehr  reaktionsfähige  Methylengruppe 
besitzt. 

Benzothiazole  von  der  Konstitution 


S. 


CH 


^ 


bilden  sich  leicht  aus  o-Aminothiophenolen. 
J)  Triazolgruppe.  Sie  zerfällt  wiederum  in 
Pyrro-(a,  ai)-Diazole  oder  Osotriazole. 
Pyrro-(a,  b)-diazole  und  eigentliche  (sym- 
metrische) Triazole,  die  ihrerseits  wieder  in 
den  beiden  Formen:  Pyrro-(a,  bi)-  und  (b, 
bi)-diazole  existieren. 


318 


Heterozyklische  Verbindungen 


1.  Osotriazole: 

HC=N. 

!         >NH 

bilden  sich  durch  Kondensation  von  Stickstoff- 
wasserstoff Scäure  mit  Acetj'len  oder  durch  Um- 
setzung von  Diazomethan  mit  Halogencyaniden. 

H 

HN.  HC— Nv 


CH 
CH 


+ 


k>' 


HC— N-^ 


N 


Osotriazole  stellen  eigenartig  narkotisch  rie- 
chende, unzersetzt  destillierende  Flüssigkeiten 
dar.  Ihr  Imidwasserstoffatom  ist  durch  Metalle 
ersetzbar.  Benzoderivate  dieser  Muttersubstanz 
sind  die  sogenannten  Pseudoazimidobenzole 

NR 


2.  Pyrro-(a,  b)-diazole: 

ß    '^ 
HC  =  CH 

I      /NR(u) 

N=N 

Der  Stammkörper  ist  wegen  der  vorliegenden 
eigenartigen  Tautomerieverhältnisse  identisch 
mit  Osotriazol.  Derivate  können  erzeugt  werden 
aus  Estern  der  Stickstoffwasserstoffsäure  und 
^^-Ketonsäureestern  bei  Gegenwart  von  Natrium- 
äthylat. 

CeHä— N  0  =  C— CH3 

/\    +  i  -> 

N=N  H2C— COOK 

Diazobenzolimid  Acetessigester 


C„H.-N 


CCH, 


N  =  N— CCOOR 
n-Phenyl-a-methyl-Pyrro-(a,  b)-diazol- 
/J-karbonsäureester 

3.  Symmetrische  Triazole: 

(2) 
(3)HC=N. 


N  =  CH 


(4)N=C/ 
H(5) 


N: 


=  CH 


stellen  schwache  Basen  dar,  die  durch  Wasser- 
abspaltung aus  Acidylderivaten  von  Hydrazidinen 
gewonnen  werden  können. 


RC 


^-^ 


N— NHR' 
^NHCOCH, 


RC< 


/ 


N-NR' 

I 
^N  =  CCH, 


Triazolone  (Ketodihydrotriazole)  ent- 
stehen aus  Acetylurethanen  und  Arylhydrazinen. 

r/)  Tetrazolgruppe.  Die  Tetrazole  sind 
Pyrrotriazole.  Sie  lassen  sich  auf  die  Mutter- 
substanzen 


HC-Ns 
N=N/ 


N=CH 


NH      und 


I        / 

N=N 


NH 


zurückführen  und  entstehen 


1.    durch    Addition    von    Blausäurederivaten 
an  Stickstoff  Wasserstoff  säure : 

H 

/N  ^N— N 


C=NH  +  HN 


\ 


N 


HC 


-^ 


■N— N 


2.  durch  Umsetzung  von  Imidchloriden  mit 
Aziden 

.Cl 


RC4  +  NaNj 

^NR' 


RC^        II 
^N— N 
R' 
Tetrazole  sind  sehr  beständige,  feste  Sub- 
stanzen,    die,     falls     das     Imidwasserstoffatom 
nicht    substituiert     ist,     ausgeprägten    Säure- 
charakter besitzen. 

d-)  Furazane   sind  Furo-(a,  ai)-diazoIe: 
HC=Nv 

I       >o 

HC=N/ 

und  entstehen  aus  Glyoximen  durch  Wasser- 
austritt bei  Gegenwart  von  Alkalien. 

H3CC=N\^„  H3C.C  =  N. 

I  OH  I  /O 

H3CC=N/^^  H3CC=N/ 

Dimethylglyoxim         Dimethylfurazan 

/)  Azoxime   sind  Furo-(a,   bj-diazole: 
HC=N. 

I       >o 

N=C/ 
H 

Sie  werden  aus  Amidoximen  durch  Konden- 
sation mit  Karbonsäuren  gewonnen. 

5c)  Azosulfime  entsprechen  der  Formel: 
HC=N. 

I       >s 
N=C/ 
H 

und  werden  analog  den  Azoximen  durch  Ein- 
wirkung von  Schwefelkohlenstoff  auf  Amidoxime 
erzeugt. 

2d)  Sechsgliederige  Ringsysteme.  In 
diese  Gruppe  gehören  clie  weitaus  wichtigsten 
aller  heterozyklischen  Verbindungen.  Sie  werden 
deshalb  in  ausführlicher  Weise  gesondert  be- 
handelt (vgl  die  Artikel  ,,Azine,"  ,,Acridin- 
gruppe",  ,,Pyridingruppe",  ,,Chinolin- 
gruppe"). 

Hier  sollen  nur  noch  cüe  folgenden  wichtigen 
Typen  besprochen  werden. 

a)  Monoheteroatomige  Ringe. 

ß)  Pyrongruppe. 

Das  Heteroatom  ist  Sauerstoff.  Man  unter- 
scheidet ß-Pyrone  und  7-Pyrone.  Erstere  sind 
Laktone  vonDiolefin-(3-o.xykarbonsäuren,  letztere 
Anhydride  von  Diolefindioxyketonen.  Ein 
K,   «'-Pyronon    ist   das    Glutakonsäureanhydrid. 

0 

H  II 

C  C 


HC 

HC' 


CH 
C  =  0 


HC 

Hc' 


0 
ti-Pyron 


CH 
CH 


0 
7-Pyrcn 


Heterozyklische  Verbindungen 


319 


HC, 
Hü 


CH, 

'c=o 


HjCi 
0=0 


'V 


CH 

€  =  ü 


0 


0 


cc-y-Pyronon  Glutakonsäureanhydrid 

a-  und  y-Pyrone  zeigen  vielfach  ähnliche 
Reaktionen:  so  wird  bei  beiden  der  Brücken- 
sauerstoff sehr  leicht  gegen  die  Imidogruppe 
ausgetauscht  unter  Uebergang  in  Pyridin- 
derivate  (vgl.  den  Artikel  „Pyridingruppe"). 
Dargestellt  werden  «-Pyrone  im  allgemeinen 
durch  Kohlendioxydabspaltung  aus  den  zuge- 
hörigen Karbonsäui'en.  So  entsteht  das  «-Pyron 
(C  u  m a  1  i n)  aus  C  u  m a  1  i n  s ä  u r  e  (a-Pyronkarbon- 
säure),  die  ihrerseits  aus  Aepfelsäure  und  kon- 
zentrierter Schwefelsäure  gewonnen  wird.  Ein 
1-Phenyl-a-Pyron  findet  sich  in  der  sogenannten 
Cotorinde. 

Viel  wichtiger  sind  die  y-Pyrone,  einmal 
deswegen,  weil  sie  die  Grundsubstanzen  einer 
Reihe  wichtiger,  in  der  Natur  vorkommender 
Verbindungen  darstellen,  sodann  auch  deswegen, 
weil  an  Vertretern  dieser  Gruppe  in  den  letzten 
Jahren  grundlegende  Studien  über  die  Vier- 
wertigkeit des  Sauerstoffs  angestellt  wurden. 
Zu  jenen  Naturprodukten  gehören  vor  allem  die 
im  Opium  sich  findende  Mekonsäure: 

0 


HC, 

Hoocd 


|COH 
CCOOH 


0 


eme/j-Oxy-y-pyron-a-cifj-dikarbonsäure,  aus 
der  durch  Kohlensäureabspaltung  schließlich 
Pyrokomensäure  (jS-Oxy-y-pyron)  gewonnen 
werden  kann,  und  dieChelidonsäure  (y-Pyron- 
ci,  a^-dikarbonsäure) 

0  0 


HC^ 
HOOCC'J 


c 


0 


^CH 
IcCOOH 


Pyrokomensäure 


Chelidonsäure. 


Die  letztgenannte  Säiu'e  liefert  beim  Erhitzen 
zunächst  Komansäure  und  später  y-Pyron 
selbst. 


HC,/     yn 

HC/      yR 

Hc'        IccooH 

0 

Hcl          'cH 
0 

Komansäure 

y-Pyron. 

Synthetisch  können  y-Pyronderivate  aus  1,  3, 
5-Triketonen  durch  Wasserabspaltung  erzeugt 
werden. 

0 


C 


H,C 


/ 


CH, 


H5C200CC  =  0  O^CCOOCaHs 
Acetondioxalester 

0 


HC 

HX'.,oocd 


CH 
CCOOCaH, 


Chelidonsäureester. 

Nach  letzterer  Methode  läßt  sich  das  y-Pyron 
und  somit  auch  das  y-Pyridon  (y-Oxypyridin) 
relativ  leicht  gewinnen  (vgl.  den  Artikel  ,, Py- 
ridingruppe"). Das  y-Pyron  (Pyrokoman) 
ist  eme  bei  32"  schmelzende,  bei  315"  siedende 
Substanz,  die  sich  leicht  zu  Derivaten  des 
Bisoxymethylenacetons 


0  =C 


H      H 

C  =  C— OH 


/ 


C  =  C-OH 
H      H 


aufspalten  läßt.  Wichtiger  ist  das  a.  a^-Dimethyl- 
pyron  (Schmelzpunkt  132°),  welches  aus  De- 
hydracetsäure  beim  Erhitzen  mit  Jodwasser- 
stoffsäure entsteht.  Es  ist  bekannt  durch  seine 
Fähigkeit,  mit  Säuren  salzartige  Verbindungen 
zu  liefern,  die  man  folgendermaßen  formulieren 
kann: 

OH 


HC 

Hxd 


|CH 
CCH, 


X 

Analoge  Oxoniumsalze  sind  neuerdings  auch 
auf  die  Weise  synthetisiert  worden,  daß  man 
y-Pyronderivate  mit  Grignardschen  Verbin- 
dungen umsetzte.  Es  entstehen  dabei  sogenannte 
Pyranole,  die  zu  den  üxoniumsalzen  im  Ver- 
hältnis der  Pseudobasen  stehen,  weshalb  jene 
auch  durch  Einwirkung  von  Säuren  leicht  aus 
diesen  hervorgehen. 

0 


HC 
HC 


CH 
CH 


+  RMgX 


320 


Heterozyldische  Verbindungen 


R      OH 

\/ 

C 


HC 
HC 


CH 
CH 


HC 
HC 


CH 
CH 


X 


Man  bezeichnet  neuerdings  derartige  üxonium- 
salze  als  Pyryliumverbindungen.  Sie  sind 
isolog  mit  den  Pyridiniumsalzen,  in  welche  sie 
auch  leicht  durch  Einwirkung  von  Arylaminen 
übergehen. 


CH, 


CH3 
C 


+  , 


HC, 


,CH 


HjC^      i'CH^  ■  H^N.C^H^     H3CCI  11CCH3 

0  N\ 

X 

2,    4,    6-Trimethyl- 
pyryliumchlorid 


X 


2,    4,    6-Trimethyl- 
phenylpyridiniumchlorid. 

Von  einem  «-7-Pyronon  leitet  sich  die 
bereits  erwähnte  Dehydracetsäure  ab.  Sie 
ist  ein  l-Aceto-S-methyl-a-y-Pyronon 
und  bildet  sich  beim  Kochen  von  Acetessig- 
-ester. 

Benzoderivate  des  a-Pyrons  sind  die 
sogenannten  Cumarine  und  die  Isocumarine 


H 
C 


H 

C 

~^C'H 
0 


Cumarin 


0 
Isocumarin. 


Nur  die  letzteren  tauschen  leicht  den  zyklisch 
gebundenen  Sauerstoff  gegen  die  Imidogruppe 
aus  unter  Uebergang  in  Isochinolinderivate 
(vgl.  den  Artikel  „Chinolingruppe").  Ab- 
kömmlinge des  Cumarins  sind  die  Benzo-a- 
pyranole,  cbe  durch  Kondensation  von  o-Oxy- 
benzaldehyden  mit  Ketonen  bei  Gegenwart  von 
Säuren  entstehen.  Hierbei  bilden  sich  direkt 
die  als  Salze  der  Pyranole  aufzufassenden 
Benzopyryliumverbindungen,  die  isolog 
mit  Chinoliniumsalzen  sind. 


/ 


H 

C  =0 


+ 


CH3 
0  =  C— CH, 


OH 


H 

Cl 
a-Methylbenzopyryliumchlorid 

Vom  Benzo-7-Pyron,  auch  Chromon  ge- 
nannt, leitet  sich  eine  große  Gruppe  sehr  wich- 
tiger, meist  gelber  Pflanzenfarbstoffe  ab,  die 
speziell  Oxyderivate  des  /5-Phenylbenzo-y-Pyrons 
sind.  Letzteres  erhielt  deswegen  den  besonderen 
Namen  Fla  von. 


0 


0 


|CH 

PCH 


0/ 
Chromon 


|C-< 
CH 


-0/ 
Flavon 


(Näheres    darüber    im    Artikel    ,, Farbstoffe). 
Ein    Dibenzo-7-pyron     ist    das     Xanthon: 


0' 


dessen  Dioxyderivat,  das  Euxanthon,  das 
färbende  Prinzip  des  sogenannten  Indischgelb 
bildet.  Xanthone  können  synthetisiert  werden 
durch  Wasserabspaltung    aus  Arylsalicylsäuren: 

0 


Phenylsalicylsäure 


0 
Xanthon 


Die  Xanthone  lassen  sich  sehr  leicht  zu  den 
zugehörigen  Alkoholen,  den  Xanthydrolen 
reduzieren,  welche  eine  sehr  reaktionsfähige 
Hydroxylgruppe  besitzen.  Sie  sind  als  die 
Pseudobasen  der  intensiv  gelben,  kräftig  fluores- 
zierenden Xanthyliumsalze  aufzufassen. 


H 
C 


Xanthydrol 


X 

Xanthyliumsalze. 


o-Oxybenzaldehyd  Aceton 


Wichtige  Derivate  des  Xanthydrols  sind  die 
Farbstoffgruppen  der  Fluoresceine,  Pyronine. 
Khodamine. 

ß)  Penthlophengruppe.  Das  Heteroatom 
ist  Schwefel. 


Heterozyklische  Verbindungen 


321 


Die    Muttersubstanz,    das    eigentliche    Pen- 
thioplien: 

H    H 
H2C<^  >S 

H    H 

ist  noch  nicht  bekannt.  Dagegen  ist  ein  /J-Methyl- 
penthiophen  aus  «-Methylglutarsäure  durch 
Einwirkung  von  Phosphortrisulfid  als  gelbes  Oel 
vom  Siedepunkt  134"  erhalten  worden. 

Ein  hydriertes  Benzodcrivat  des  Penthiophens 
ist  das  neuerdings   synthetisierte  Thiochroman: 


CH., 


Dibenzoderivate  des  Penthiophens  sind 
die  Thioxanthoue: 


darstellbar  aus  Phenylthiosalicylsäuren  mit  kon- 
zentrierter Schwefelsäure. 

2d)  Sieben- und  mehrgliede rigeHetero- 
ringe.  Auf  ihre  schwierigere  Bildung  wurde 
bereits  hingewiesen.  Doch  sind  neuerdings  eine 
Anzahl  wichtiger  Vertreter  siebengliederiger 
Ringe  synthetisiert  worden,  so  das  Hexa- 
methylenimin  und  das  Homotetrahydro- 
ohinolin. 


H,C- 


-CH, 


H„C        CH. 
H„C        CH, 

H 


CH3 
CH, 

i  I  CH, 

\/\/CH. 

N 
H 


/\^(CH,)-CHX1 


^NH. 

o-Aminophenylbutylchlorid 

Andere  siebengliederige  Ringe  liegen  vor  im 
Imidodibenzyl: 


H.,C        . 

H,C\_ 
/ 

Azodiphenylmethan: 
/"" 

II 


'NH 


'CH„ 


Karbonyl-o,  o'-diaminodiphenyl : 


H 


C  =  0 


Hexamethylenimin  Homotetrahydrochinolin. 

Ersteres  bildet  sich  nur  in  sehr  geringer 
Menge  bei  der  inneren  Kondensation  von  6-Chlor- 
hexylamin,  letzteres  relativ  gut  aus  o-((5-Chlor- 
butyl)-Anilin,  das  seinerseits  aus  o-Amino- 
phenylbuttersäureester  durch  die  nachstehend 
skizzierte  Reaktionsfolge  zu  gewinnen  ist: 

.(CH,)3-C00C,H5 


sowie  im  o-Xylylenmerkaptal  des  Acetons: 
/\/^"^\s      /CH3 

^        ^CHa 

CH, 

Achtgliederige  Ringe  kann  man  annehmen 
im  Disalicylid: 

(!) 


./ 


C— 0 


-^NH, 
o-Amidophenylbuttersäureester 

(CH3)3— CH,OH 


und  im  Diphenyldiphenchinoxalin: 


-N  =  C— C„H, 


,-N=:C-C«H, 


"NH. 

o-Aminophenylbutylalkohol 
Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften. 


Band  V. 


21 


322 


Heterozyklische  Verbindungen  —  Kasiwetz 


Eingsysteme  mit  noch  mehr  Gliedern 
sinden  sich  schließlich  beispielsweise  im  Sebacin- 
säurehydrazid: 


-CO-^ 


/NH 


und  im  o-Xylylenpentamethylendiamin: 
,CH,— NH  — CH.,  — CH,v 


X'H., 


\/  ^CH,— NH  — CHj  — CH/ 


Literatur.  Wedekind,  Heterozykiische  Verbin- 
dungen. —  Brühl,  Chemie  der  füvfylied erigen 
heterozyklischen  Systeme.  —  Iferselbe,  Chemie 
der  sechsgliederigen  heterozyklischen  Systeme.  — 
Richter,    Organische  Chemie.     11.  Aufl.,  Bd.  2. 

W.   König. 


Heteromorphismus. 

Soviel   wie    Polymorphismus. 
Artikel  „Kristallchemie". 


Verl,   den 


Hexapoden. 

Insekten,  der  durch  Verteilung  des 
Körpers  in  Kopf,  Brust  und  Hinterleib, 
sowie  durch  den  Besitz  von  3  Beinpaaren 
und  zumeist  von  Flügeln  ausgezeichnete 
Zweig  der  Güedertiere.  Vgl.  die  Artikel 
„Arthropoda"  und  ,, Insekts". 


Hippokrates. 

450  bis  380?  v.  Chr.,  der  Vater  der  wissenschaft- 
lichen Medizin  zum  Unterschied  von  n.ehieren 
gleichnamigen  Berufsgenossen  als  „der  Große" 
bezeichnet,  stammte  aus  Kos,  dem  jetzigen  Stanco, 
wo  er  in  einer  Asklepiadenschule  seine  fach- 
mäßige Ausbildung  erhielt,  machte  längere 
Reisen,  wobei  er  als  ,,Periodeut"  praktizierte, 
und  endete  sein  Leben  in  Larissa.  Unter  seinem 
Namen  geht  eine  in  Alexandrien  etwa  ein  Jahr- 
hundert später,  enzyklopädisch  geordnete  und 
redigierte  Sammlung  von  Schriften,  die  sich  auf 
alle  (jebiete  der  Gesamtmedizin  beziehen  und 
über  deren  Echtheit  die  Meinungen  noch  heute 
weit  auseinander  gehen.  Soviel  ist  sicher,  daß 
Hippokrates  ein  vorzüglicher  Beobachter, 
namentlich  in  allen  der  sinnlichen  Wahrnehmung 
zugänglichen  Gebieten  wie  z.  B.  der  Chirurgie, 
und  ein  verständiger,  rationeller,  nüchterner,  allen 
schweren  Eingriffen  abgeneigter  Heilkünsterwar. 


Die  von  ihm  gelieferte  Beschreibung  einzelner 
Zustände  ist  meisterhaft,  bis  vielfach  heute  noch 
nicht  übertroffen.  Auch  das  Experiment  kannte 
und  übte  er  bereits.  AViclitig  ist,  daß  die  Grund- 
lage seiner  medizinischen  Anschauungen  eine 
zeitgemäße  Biologie  (die  alte  Empedokleische 
hunidiale  Elementai(iualitätciilehre)  bildet.  End- 
lich sinil  auch  seine  ethischen  Cirundsätze  (Ver- 
halten des  Ai-ztes  in  seinem  Beruf  usw.)  be- 
achtenswert. Von  den  zahlreichen  Ausgaben  des 
("orpus  Hippocraticura  seien  die  griechisch- 
französische von  E.  Littre,  die  deutsche  von 
F  u  c  h  s  und  die  wertvolle  Anthologie  (griechisch- 
deutsch) von  Theodor  B  e  c  k  -  B  a  s  e  1  ge- 
nannt. 

J.  Pagel. 


Hirn 

Gustav  Adolf. 

Geboren  am  21.  August  1815  in  Logelbach 
bei  Kolmar,  gestorben  am  14.  Januar  1890  in 
Kolmar.  Ohne  einen  höheren  Bildungsgang 
durchgemacht  zu  haben,  widmete  Hirn  sich  als 
Farbentechniker  einer  Kattunfabrik  in  Logel- 
bach wissenschaftlichen  Untersuchungen  auf 
dem  Gebiet  der  Wärmetheorie.  1850  bestimmte 
er  das  Wärmeäciuivalent  aus  den  Prozessen 
der  Dampfmaschine,  1858  maß  er  dasselbe  durch 
Stoß.  Er  gab  1862  die  experimentelle  Bestäti- 
gung des  paradoxen  Verhaltens  des  gestättigten 
Wasserdampfes  und  beobachtete  1867  die  ther- 
mische Ausdehnung  von  Flüssigkeiten  oberhalb 
ihres  normalen  Siedepunktes. 

Literatur.  Slaby,  John  Ericsson  und  Adolf  Hirn, 
Prometheus  1891. 

E.    Drude. 


Historische  Geologie. 

Vgl.  den  Artikel  ,,Stratigraphie". 


Hlasiwetz 

Heinrich. 


Er  wurde  am  7.  April  1825  zu  Reichenberg  in 
Böhmen  als  Sohn  des  Apothekers  Philip  p 
H  1  a  s  i  w  e  t  z  geboren,  trat  früh  in  dessen  Apo- 
theke, um  nach  seiner  Lehrzeit  im  Pharmazeuti- 
schen Institut  der  Universität  Jena  weiterzu- 
arbeiten und  sich  den  Naturwissenschaften  zu 
widmen.  Nach  Vollendung  seines  Studiums  in 
Wien  und  Prag,  und  nachdem  er  in  Innsbruck 
als  Professor  der  Chemie  1851  bis  1867  gewrrkt 
hatte,  siedelte  er  nach  Wien  an  die  Technische 
Hochschule  über,  wo  er  bis  zu  seinem  Tode  am 
7.  Oktober  1875  mit  großem  Erfolge  tätig  war. 
Fast   alle    Experimentaluntersuchungen    von 


Hlashvetz  —  Van  t'Hoff 


323 


Hlasiwetz  gehören  dem  Gebiete  der  organischen 
Chemie  an,  die  er  zum  Teil  in  gemeinsamer  Arbeit 
mit  trefflichen  Schülern,  wie  ßarth,Gr ab owski, 
Habermann,  Weselsky  u.  a.,  durch  höchst 
wertvolle  Beiträge  zur  Kenntnis  verschiedenster 
Stoffe,  besonders  des  Pflanzenreiches,  z.  B.  Gly- 
koside, Harze  u.  a.,  bereichert  hat.  Diese  Ar- 
beiten sind  in  Liebigs  Annalen,  im  Journal  f. 
prakt.  Chemie  und  in  den  Wiener  Akademie- 
berichten veröffentlicht. 

Ueber  sein  Leben  und  Wirken,  das  sich  auch 
in  ausgezeichneter  Weise  auf  das  Gebiet  der 
Musik  erstreckt  hat,  gibt  der  von  seinem  Schüler 
Barth  geschriebene  Nekrolog  Aufschluß  (Ber. 
9,  1961). 

E.   V.   Meyer. 


Hoeven 

Jan  van  der. 
Geboren  am  9.  Februar  1801  in  Rotterdam,  ge- 
storben am  16.  März  1868  in  Leiden,  studierte 
daselbst  Naturwissenschaft  und  Medizin,  dann  in 
Paris  Zoologie  und  ließ  sich  nach  seiner  Promo- 
tion in  seiner  Vaterstadtals  praktischer  Arzt  nieder. 
1826  wurde  er  zum  außerordentlichen,  1835  zum 
ordentlichen  Professor  der  Zoologie  in  Leiden 
berufen.  Sein  Hauptwerk  ist  das  ,,Handboek 
der  Dierkunde"  (Leiden  1827  bis  1833,  3  Bde., 
2.  Aufl.  das.  1846  bis  1855,  deutsch,  v.  Schlegel, 
Leipzig  1850  bis  1856  2  Bde.).  Er  versucht  darin 
unter  Beachtung  der  Systematik  die  ganze 
Zoologie  physiologisch  aufzufassen.  Er  verband 
nach  Carus,  ,,bei  einer  äußerst  reichen  Erfah- 
rung und  ausgebreiteter  Gelehrsamkeit  kritisches 
Urteil  mit  naturhistorischem  Blick  in  seltener 
Weise."  Seine  Schriften  sind:  Tijdschrift  voor 
natuurlijke  Geschiedenis  en  Physiologie  (Revue 
d'Histoire  naturelle  et  de  Physiologie) ;  Leyde  1834 
bis  1845,  12  vol.:  publiziert  zusammen  mit  de 
Vriese.  Recherches  sur  PHistoire  naturelle  et 
de  l'Anatomie  des  Liniaces;  Leyde  1838.  Rede- 
voeringen  en  Verhandelingen,  Amsterdam  1846. 
Deutsch.  Berlin  1848.  Bijdragen  tot  de  natu- 
urlijke Geschiedenis  van  den  Negerstam.  Leyde 
1842.  Phüosophia  zoologica.  Leyde  1864. 
Weitere  kleinere  Schriften  sind:  Acta  de  l'Aca- 
demie  Leopold-Charees  in  den  Memoii-es  del'Aca- 
demie  des  Sciences  de  Strasbourg  und  in  dem 
Transactions  of  the  Zoolog.  Society  of  London. 
In  den  Verhandlungen  der  Niederländischen 
Akademie  befindet  sich  von  ihm  die  Beschrei- 
bung des  bisher  unbekannten  Männchens  von 
Nautilus  pompilius. 
Literatur.       Carus,      Geschichte     der     Zoologie. 

München  1872.  —  JVouvelle  Biographie  generale, 

Bd.  23,  24. 

IV.    Hanns. 


Studium  der  Rechte  und  der  Naturwissenschaften. 
Nach  Abschluß  seiner  Studien  wurde  er  in  Gotha 
Beamter  der  Geheimen  Kanzlei,  Legations- 
sekretär und  1817  Regierungsbevollmächtigter 
fiir  die  Universität  Jena.  1826  übertrug  man  ihm 
die  Stelle  eines  Kurators  der  Sternwarte  auf  dem 
Seeberg;  1828  wurde  er  Direktor  des  Uber- 
konsistoriums  in  Gotha  und  1832  Direktor  der 
wissenschaftlichen  und  Kunstsammlungen.  Er 
starb  am  24.  IMai  1837  in  Gotha. 

Seine  literarische  Tätigkeit  begann  1801 
mit  der  Herausgabe  eines  Magazins  für  die  ge- 
samte Mineralogie  und  Geologie,  von  dem  aber 
nur  4  Bände  erschienen.  Neben  zahlreichen 
wissenschaftlichen  Abhandlungen  auf  demGebiete 
der  ^Mineralogie,  Geographie  und  Meteorologie 
schrieb  er  gemeinschaftlich  mit  Jakobs:  der 
Thüringer  Wald  (Gotha  1807  bis  1812).  Weiter 
veröffentlichte  er:  Geognostische  Bemerkungen 
über  Karlsbad  (Gotha  1810),  Gemälde  der  phy- 
sischen Beschaffenheit,  besonders  der  Ciebirgs- 
formationen  von  Thüringen  (Erfurt  1812). 
Der  ,,  Gothaische  Hofkalender"  wurde  1801 
bis  1816  von  ihm  herausgegeben.  Seine  größte 
Bedeutung  auf  geologischem  Gebiete  liegt  darin, 
daß  er  einer  der  ersten  war,  der  entgegen  der 
Katastrophentheorie  Cuviers  die  Ansicht  aus- 
sprach, daß  sich  die  meisten  geologischen  Er- 
scheinungen aus  den  heute  um  uns  stattfindenden 
Vorgängen  erklären  lassen,  wenn  man  genügend 
lange  Zeiträume  voraussetzt.  Diese  Anschauung 
findet  sich  klargelegt  in  seinem  Werke:  Geschichte 
der  durch  die  Ueberlieferung  nachgewiesenen 
natürlichen  Veränderungen  cler  Erdoberfläche 
(3  Bde.,  1822,  1826  und  1834),  das  ilin  zu  den 
hervorragendsten  Geologen  und  Geographen 
seiner  Zeit  stellt. 

Literatur.  Otto  Reich,  Karl  Ernst  Adolf  von 
Hojf,  der  Bahnbrecher  moderner  Geologie.  Leipzig 
1905.  —  Allgemeine  Deutsche  Biographie,  Bd.  12, 
,S'.  564. 

O.  Marschall. 


Hoff. 

Karl  Ernst  Adolf  von. 
Er  wurde  am  1.  November  1771  in  Gotha  ge- 
boren, widmete  sich  in  Jena  und  Göttingen  dem 


Vau  t'Hoff 

Jacobus  Henricus. 

Geboren  am  30.  August  1850  in  Rotterdam  als 
Sohn  eines  trefflichen  Arztes,  der  ihm  eine  aus- 
gezeichnete Erziehung  zuteil  werden  ließ,  ge- 
storben zu  Berlin  am  1.  ■März  1911  hat  van 
t'Hoff  durch  seine  bahnbrechenden  Arbeiten  im 
Bereiche  der  allgemeinen  Chemie  Wii'kungen 
ausgelöst,  wie  kaum  ein  anderer  Zeitgenosse. 
Nachdem  er  in  seinem  Heimatlande  die  Studien 
in  Delft  an  der  Technischen  Hochschule  be- 
gonnen und  in  Leiden  an  der  Universität  fort- 
gesetzt hatte,  vollendete  er  sie  in  Bonn  und 
Paris,  wohin  ihn  Kekule  und  Wurtz  zogen. 
Nach  kleineren  organisch-chemischen  Arbeiten 
veröffentlichte  er  von  Utrecht  aus  eine  Schrift 
,,La  chimie  dans  l'espace  (1874)",  in  der  er  die 
Lehre  vom  asymmetrischen  Kohlenstoffatom  ent- 
wickelte; fast  gleichzeitig  war  Le  Bei  in  Paris 
auf  ähnliche  Gedanken  gekommen.  Die  zu 
schöner  Entfaltimg  gelangte  Stereochemie  ist 
die  Frucht  der  van  t'Hoff  sehen  Studien. 

21* 


324 


Van  t'Hoff  ^rv.  Hof  mann 


Aus  seiner  Assistentenstellung  in  Utrecht 
wurde  er  nach  Amsterdam  l)erufen,  wo  er  die 
schaffensfi-eudigste,  an  wissenschaftlichen  Taten 
reichste  Zeit  verbrachte  (1877  bis  1894).  Seit 
Ende  1895  ist  er  als  Akademiker  in  Berlin  zu- 
gleich als  Ilonorar])rot'essor  an  der  Universität 
bis  zu  seinem  Tode  unermüdlich,  mit  häufiger 
Erschöpfung  seiner  Kräfte,  tätig  gewesen. 

In  Amsterdam  erschienen  1879  seine  ,, An- 
sichten über  die  organische  Chemie",  ein  philo- 
sophisch angelegtes,  ideenreiches  Werk,  das  aber 
nicht  die  Bedeutung  erlangte,  wie  seine  1884 
veröffentlichten  ,,Etudes  de  dynamique  chimi- 
que",  in  denen  mehrere  höchst  wichtige  Arbeiten 
aus  der  Yerwandtschaftslehre  enthalten  sind. 
In  den  folgenden  Jalu-en  erschienen  drei  bahn- 
brechende Abhandlungen  in  den  Schriften  der 
Schwedischen  Akademie,  die  letzte  auch  im  ersten 
Band  der  Zeitschrift  für  physikalische  Chemie. 
In  diesen  Arbeiten  sind  die  (irundzüge  der  Lehre 
von  der  Keaktionsgeschwindigkeit,  dem  che- 
mischen Gleichgewicht,  der  Dissoziation,  der 
Umwandlungstemperatur,  der  elektromotorischen 
Kraft  der  Voltaelemente  enthalten.  Dazu  kam 
die  Ausgestaltimg  der  Lehre  von  den  verdünnten 
Lösungen,  wobei  Arrhenius'  Anregungen  unver- 
kennbar sind,  nämlich  die  Erkenntnis  der  Be- 
ziehungen des  osmotischen  Druckes  zur  mole- 
kularen Zusammensetzung,  als  eine  Leistung  von 
größter  Bedeutung  und  Tragweite. 

Das  Jahr  1887  bringt  van  't  Hoff  eiiie 
glänzende  Berufung  nach  Leipzig,  gleichzeitig 
die  Gründung  der  Zeitschrift  füi'  physikalische 
Chemie.  Um  den  Meister  sammeln  sich  treffliche 
Schüler  aus  Holland  und  aller  Herren  Länder. 

In  Berlin  begann  er  alsbald  ein  neues  Problem 
zu  bearbeiten,  die  Frage  der  Staßfurter  Salz- 
ablagerungen von  physikalisch-chemischen  Ge- 
sichtspunkten aus,  und  diese  erfolgreichen 
Forschungen,  die  meist  in  den  Berliner  Akademie- 
berichten veröffentlicht  sind,  haben  ihn  bis  ans 
Lebensende  beschäftigt.  Zuletzt  hoffte  er  noch 
eine  physiologische  Aufgabe,  die  Bildung  or- 
ganischer Stoffe  aus  unorganischen  in  der  grünen 
Pflanze,  in  Angriff  nehmen  zu  können,  jedoch 
setzte  der  Tod  seinem  an  wissenschaftlichen 
Taten  überreichen  Leben  ein  Ziel.  Die  schöne 
Biographie  Ernst  Cohens  (Leipzig  1912)  gibt 
über  sein  Leben,  seine  Persönlichkeit  und  sein 
reiches  Wirken  in  erschöpfender  Weise  Auf- 
schluß. Ein  vollständiges  Verzeichnis  sämtlicher 
Schriften  und  Abhandlungen  van  't  Hoff s  ist 
darin  enthalten.  Sodann  sei  auf  Üstwalds 
geist-  und  lebensvollen  Nekrolog,  Ber.  44,  2219ff., 
hingewiesen. 

E.  V,  Meyer. 


Hof  manu 

August  Wilhelm  von. 

Dieser  hervorragende  Forscher,  ausgezeichnete 
Lehrer,  Meister  des  Wortes,  des  geschriebenen 
wie  des  gesprochenen,  ist  am  8.  April  1818  in 
Gießen  geboren,  wo  sein  Vater  als  Provinzial- 
baumeister  wirkte,  in  Berlin  am  5.  Mai  1892  ge- 
storben, wo  er  als  Nachfolger  Mitscherlichs 
vom  Jahre  1865  ab    eine   ganz  außerordentlich 


erfolgreiche  Tätigkeit  bis  zu  seinem  Tode  ent- 
i  wickelte.  Eine  ausführliche  Würdigung  seines 
Lebens  und  Wirkens  in  liebevoller  biographischer 
;  Schilderung  ist  in  dem  Sonderheft  der  I3erichte 
der  Chemischen  Gesellschaft,  das  am  84.  Ge- 
burtstage II  0  f  m  a  n  n  s  herausgegeben  wurde, 
enthalten:  ,,A.  W.  v.  PI  o  f  m  a  n  n  ,  ein  Lebens- 
bild von  J.  V  0  1  h  a  r  d  und  E.  Fische  r." 
Außerdem  sei  auf  die  ihm  gewidmete  schöne 
Gedächtnisrede  F.  Tie  m  a  n  n  s  (Ber.  25,  3377) 
hingewiesen. 

Als  Schüler  und  Assistent  Liebigs  hat 
V.  Hof  mann  stets  auf  die  experimentelle  Seite 
chemischen  Forschung  den  größten  Nachdruck  der 
gelegt  und  sich  bis  in  seine  letzten  Tage  die 
Freude  an  Laboratoriumsarbeiten  bewahrt.  Nach- 
dem er  nui-  ein  Semester  als  Privatdozent  in  Bonn 
tätig  gewesen  war,  erging  an  ihn  der  Ruf  nach 
London  an  das  km-z  zuvor  gegründete  College 
of  Chemistry,  dem  er  schon  im  Herbst  1845 
Folge  leistete.  Er  brachte  in  den  20  Jahren 
seines  Wii'kens  dasselbe  zu  schönster  Blüte.  Die 
große  Zahl  seiner  ausgezeichneten  Schüler  aus 
der  Londoner  wie  der  Berliner  Zeit  ist  der  sicht- 
barste Beweis  für  seine  glänzende  Lehrbegabung. 
Bevor  v.  Hofmann  nach  Berlin  übersiedelte, 
war  er  kurze  Zeit  in  Bonn,  ohne  dort  feste  Wurzeln 
zu  schlagen. 

Als  ausgezeichneter  Schriftsteller  hat  er  sich 
durch  seine  ,,Einleitmig  in  die  moderne  Chemie" 
und  besonders  dm-ch  vorzügliche  Nekrologe  auf 
verstorbene  Fachgenossen  bekannt  gemacht. 
Es  seien  die  mustergültigen  Erinnerungs- 
schriften genannt,  die  dem  Andenken  Liebigs, 
Wühlers,  Wurtz',  Dumas',  Sellas  gewidmet 
sind. 

Seine  Experimentaluntersuchungen  zeigen  ihn 
als  vielseitigen,  gedankenreichen  Forscher.  Die 
ersten  Arbeiten  galten  dem  Anilin,  der  aus  Stein- 
kolilenteer  gewonnenen  Base;  seiner  Vorliebe 
für  organische  Verbindungen  des  Stickstoffes  'st 
er  sein  Leben  lang  treu  geblieben.  Kein  anderer 
hat  dieses  damals  noch  iungfräiüiche  Gebiet  so 
bereichert  wie  er.  In  ähnlicher  Weise  begründete 
und  befruchtete  er  andere  Zweige  der  organischen 
Chemie.  Die  entsprechenden  phosphorhaltigen 
Substanzen,  ferner  Cyan-  und  Isocyan-Verbin- 
dungen,  sowie  neue  Schwefelverbindungen,  z.  B. 
Senföle  u.  a.,  hat  er  entdeckt  und  so  klar  durch- 
forscht, daß  spätere  Arbeiten,  mit  denen  seine 
zahlreichen  Schüler  sich  beschäftigten,  nur  Er- 
gänzungen der  von  dem  Meister  eroberten  Gebiete 
auszuführen  hatten. '  Die  große  Zahl  in  Liebigs 
Annalen,  später  meist  in  den  Berichten  der 
Deutschen  chemischen  Gesellschaft  veröffent- 
lichter Untersuchungen  ist  Legion.  Aus  der 
oben  genannten  Erinnerungsschrift  sind  sie  zu  er- 
sehen. Durch  H Ofmanns  Forschungen,  welche 
Stoffe  aus  dem  Teer  betrafen,  ist  mittelbar  wie 
unmittelbar  die  Teerfarbenindustrie  ganz  außer- 
ordentlich gefördert  worden,  so  daß  man  sich 
deren  Entwickelung  ohne  seine  Arbeiten  nicht 
vorstellen  kann.  In  die  ersten  Jahre  dieser  In- 
dustrie fallen  seine  wichtigen  Untersuchungen 
über  Rosanilinfarbstoffe. 

Endlich  ist  eines  von  ihm  zustande  gebrachten 
Werkes  zu  gedenken,  das  zur  Hebung  der  che- 
mischen Wissenschaft  sehr  stark  beigetragen 
hat:   der  Gründung  der  Deutschen  Chemischen 


V.  Hofniann  —  Hooker 


325 


Gesellschaft  in  Berlin  1867.  25  Jahre  lang  hat  er 
als  ihr  unermüdlicher  Führer  im  Mittelpunkt 
derselben  gestanden. 

J^,  V.  Meyer. 


Hofmeister 

Wilhelm  Friedrich  Benedikt. 

Geboren  am  18.  Mai  1824  zu  Leipzig.  Er  empfing 
seine    Vorbildung   auf    der    Realschule    daselbst 
und     wurde     darauf,     einer     Familientradition 
gemäß,  Kaufmann.  Neben  seinem  Beruf  widmete 
er     sich    botanischen    Studien,     deren    hervor- 
ragende Ergebnisse  ihm,  der  damals  Musikalien- 
händler war,  1863  einen  Ruf  an  die  Universität 
Heidelberg  verschafften.      Von  dort  siedelte  er 
1872  als  Nachfolger  H.  v.  .Mohls  nach  Tübingen 
über,  wo  er  bis  zu  seinem  Tode  wirkte.    Er  starb 
am  12.  Januar  1877  zu  Lindenau  bei  Leipzig.  — 
Hofmeister  hat  wie  kein  anderer  durch  seine 
entwickelungsgeschichtlichen        Untersuchungen 
Bahnbrechendes  galeistet.   Er  beschrieb  als  erster 
die  Organisation  der  Samenanlage,  wies  auf  den 
Embryosack  und  das  in  ihm  enthaltene  ,, Keim- 
bläschen" hin  und  verfolgte  Schritt  für  Schritt 
die  Entstehung  des  Embryos  aus  der  befruchteten 
Eizelle.     Mit  Hilfe  derselben,  auf  die  einzelnen 
Zellen    zurückgreifenden  Methode,    verfolgte    er 
die    Entwickelungsgeschichte     der    Moose    und 
Gefäßkryptogamen     und     deckte     deren    Gene- 
rationswechsel    auf;     sodann     verglich     er    die 
Embryologie    der    höheren    Kryptogamen    mit 
der     der     Coniferen     und     Angiospermen,     bei 
denen  er  Spm-en  desselben  Generationswechsels 
wie     bei     jenen    auffand     und     deren     Staub- 
und Fruchtblätter  er  auf  die   Sporophylle   der 
Gefäßkryptogamen    zurückführte.        So    waren 
zum  ersten  Male  die  entwickelungsgeschichtlichen 
Zusammenhänge    der    großen    Pflanzengruppen 
klargelegt  und  ein  Verständnis  ihrer  genetischen 
Verwandtschaft     ermöglicht.     —     Von     seinen 
Arbeiten  seien  hier  nur  erwähnt:  ,,Die  Entstehung 
des  Embryos  der  Phanerogamen"  (Leipzig  1849), 
,, Vergleichende    Untersuchungen    der    Keimung, 
Entfaltung  und  Fruchtbildung  höherer  Ivrypto- 
gamen"    (ebendort    1851,    mit   33    Tafeln)    und 
zahlreiche    Einzelarbeiten    in    den    Jahrbüchern 
für  wissenschaftliche  Botanik  und  den  Abhand- 
lungen der  sächsischen  Gesellschaft  der  Wissen- 
schaften.  In  dem  in  Verbindung  mit  A.  de  Bary 
und    J.     Sachs    herausgegebenen    ,, Handbuch 
der  physiologischen  Botanik  bearbeitete  er  ,,Die 
Lehre   von   der   Pflanzenzelle"  (1867)   und  eine 
,, Allgemeine  ^Morphologie  der  Gewächse"  (1868). 
Er  hat  auch  eine  Reihe  physiologischer  Arbeiten 
verfaßt. 

W.  Ruhland. 


Höhlen. 

Als  Höhlen  bezeichnet  man  größere 
Hohlräume  im  festen  Gestein.  Seltener  sind 
sie  primär  in   Lavaströmen,  bei  denen  das 


Innere  noch  weiter  geflossen  ist,  nachdem 
die  Kinde  erstarrt  war,  oder  durch  Auf- 
stauung von  Schichten  bei  der  Faltung  ent- 
standen. Meist  sind  sie  sekundär  durch 
Auswaschung  von  mehr  oder  minder  lös- 
lichen Gesteinen  (Gips,  Kalk)  durch  hindureh- 
sickerndes  Wasser  entstanden.  Sie  sind 
nicht  selten  mit  Tropfsteinen  (Stalaktiten, 
Stalagmiten)  ausgekleidet  und  dienen  oft 
Tieren  zum  Unterschlupf.  Auch  der  vor- 
geschichtliche Mensch  hat  häufig  Höhlen 
als  Wohnstätten  benutzt.  Darum  sind  die 
Höhlenböden  oft  reich  an  Knochenresten, 
Feuersteinsplittern  usw.  Berühmt  sind 
die  Höhlen  im  Kalkstein  des  Karstgebirges 
mit  ihren  unterirdischen  Wasserläufen  und 
Seen. 


Homöomorphismus. 

Aehnlichkeit  in  der  Kristallform  bei 
chemisch  unähnlichen  Körpern.  Vgl.  den 
Artikel  ,, Kristallchemie". 


Hooke 

Robert. 


Geboren  am  18.  Juli  1635  in  Freshwater  auf  der 
Insel  Wight  als  Sohn  eines  Pfarrers,  gestorben 
am  3.  März  1703  in  London.  Er  studierte  in 
Oxford,  wurde  Assistent  von  Boyle,  1662  Ex- 
perimentator an  der  neugegründeten  Royal 
Society,  später  Mitglied  und  1678  Sekretär  der- 
selben, gleichzeitig  Professor  der  Geometrie  am 
Gresham  College  in  London.  Das  nach  ihm  be- 
nannte Gesetz  über  die  elastische  Dehnung 
fand  er  1660,  publizierte  es  aber  erst  1676. 
Gemeinsam  mit.Huygens  legte  er  den  Eis-  und 
Siedepunkt  als  Fixpunkte  für  das  Thermometer 
fest.  1665  unternahm  er  die  erste  Untersuchung 
der  Farben  dünner  Blättchen  und  gab  1671  die 
erste  Idee  einer  Wellentheorie  der  Gravitation, 
1678  eine  Elastizitätstheorie.  Eine  Anzahl 
physikalischer  Apparate  verdanken  ihm  ihre 
Entstehung,  so  ein  zusammenlegbares  Mikro- 
skop-Okular,  ein  selbstregistrierender  Regenmes- 
ser, die  Kreisteilmaschine  und  die  Zahnrad- 
sirene. 

E.   Drude. 


Hooker 

Sir  Joseph  Dalton. 

Geboren  am  30.  Juni  1817  in  Halesworth 
(Suffolk)  als  Sohn  von  William  Hooker. 
Er  studierte  in  Glasgow  und  promovierte  1839 
zum  Doktor  der  Medizin.    Darauf  schloß  er  sich 


326 


Hooker  —  Horae 


als  Arzt  und  Botaniker  der  antarktischen  Expe- 
dition der  Schiffe  Erebus  und  Terror  unter 
James  Ross  an  und  lernte  so  in  den  Jahren 
1840  bis  1843  die  Vegetation  von  Neu-Seeland, 
Australien,  Kerguelen,  Feuerland  und  den 
Falklands-Inseln  kennen.  Narli  seiner  I^ückkehr 
trat  er  1845  als  Botaniker  in  den  J)ienst  der 
englischen  (ienlngical  Surve)',  verließ  jedoch 
schon  1847  im  Auftrage  der  Regierung  l^ngland, 
um  das  nördliche  Indien  3  Jahre  lang  botanisch 
zu  durchforschen.  1855  wurde  er  Assistent- 
Direktor  bei  seinem  Vater  und,  nach  dessen  Tode, 
1865  Direktor  von  Kew,  dessen  wissenschaftliche 
und  ökonomische  Samndungen  und  Einrichtungen 
unter  ihm  eine  großartige  Weiterentwickelung 
erfuhren.  1885  gab  er  seine  Stellung  auf  und  zog 
sich  auf  seinen  Landsitz  nach  Sunningdale  zurück, 
wo  er  am  10.  Dezember  1911  starb.  —  Hooker 
hat  als  erster  die  Entwickelungsgeschichte 
einzelner  Florengebiete  darzustellen  versucht, 
wozu  ihn  besonders  die  Bearbeitung  der  Samm- 
lungen Ch.  Darwins  von  den  Galapagosinseln 
anregte.  Dasselbe  Bestreben  tritt  z.  B.  in  seinem 
Werk  über  die  Flora  Tasmaniens,  die  arktische 
Flora  usw.  zutage,  wobei  vor  allem  die  geologischen 
Verhältnisse,  die  Verbreitungsmöglichkeiten  der 
Pflanze,  ihr  Verhältnis  zu  den  bestäubenden 
Insekten  usw.  berücksichtigt  wurden.  Von  seinen 
größeren  Werken  seien  nur  erwähnt:  die  Flora 
antarctica  (1844  bis  1847),  die  Floren  von  Neu- 
seeland (1853  bis  1855), '  Tasmanien  (1860  und 
1863),  die  Niger-Flora  (1849),  und  vor  allem 
sein  Hauptwerk,  die  ,, Flora  of  British  India" 
(7  Bde.,  1872  bis  1897),  und  die  ,, Genera  plan- 
tarum"  (1865  bis  1893,  mit  Beut  ha  m).  Er  gab 
ferner  das  ,,Botanical  Magazine"  und  die  ,,Icones 
plantarum"  heraus. 

Literatur.     Engler  in  Ber.  d.  Deutsch.  Bot.  Ge- 
feilsch.,  30,  S.  (87)  bis  (94), 

W.  liuhland. 


(1837  bis  1854,  10  Bde.),  die  „Species  Filicum" 
(1846  bis  1864,  5  Bde.)  und  zahlreiche  andere 
Arbeiten  über  Farne,  Moose,  Orchideen,  Samm- 
lungen von  anderen  Reisenden  usw.  Er  redi- 
gierte auch  seit  1834  das  weltbekannte  „Botanical 
Magazine"  und  andere  Zeitschriften.  Er  starb 
in  Kew  am  12.  August  1865. 

Literatur.     Joseph  Hooker  in  Annais  ofBolany, 
Bd.  16,  1002. 

W.   Buhlanil. 


Hooker 

Sir  William  Jackson. 

Geboren  am  6.  Juli  1785  in  Xorwich.  Er  studierte 
Naturgeschichte,  besonders  Botanik  und  machte 
1809  seine  erste  botanische  Reise  nach  Island, 
deren  Sammlungen  mit  dem  Schiff  auf  der  Heim- 
reise verbrannte.  1814  bereiste  er  Frankreich, 
die  Schweiz  und  Norditalien.  1820  wurde  er 
Professor  der  Botanik  in  Glasgow  und  1841 
Direktor  der  Königlichen  Gärten  in  Kew,  die 
unter  seiner  Leitung  einen  außerordentlichen 
Aufschwung  nahmen.  Auf  seine  Anregung  gingen 
zahlreiche  botanische  Sammelreisenden  in  über- 
seeische Länder  und  wurden  kDloniale  botanische 
Gärten  gegründet.  Hierdurch  und  durch  zahl- 
reiche eigene  wissenschaftliche  Arbeiten  hat  er 
die  floristische  und  sj'stematische  Botanik 
mächtig  gefördert.  Von  seiiuui  Werken  seien 
er\vähnt  seine  P^loren  von  Schottland  (London 
1821),  von  Nordamerika  (London  1833  bis  1840, 
2  Bde.),  die  „Exotic  Flora"  (Edinburg  1823 
bis  1827,  3  Bde.),  die  „British  Flora  Crypto- 
gamica"  (1833),  die  ,,  Genera  from  the  British 
Flora"(1830)  usw.,  ferner  die  ,,Icones  plantarum" 


Hoppe-Sej ier 

Ernst  Felix  Immanuel. 

1825  bis  1895  seit  1872  Ordinarius  der  phy- 
siologischen Chemie  an  der  Universität 
Straßburg  i.  E.  Er  stammte  aus  Frei- 
burg i.  B.,  studierte  an  mehreren  Universi- 
täten, zuletzt  in  Berhn,  wo  er  1850  promovierte, 
praktizierte  hier  auch  einige  Jahre,  übernahm 
1854  die  Stellung  als  Pathologischer  Prosektor 
in  Greifswald,  habiUtierte  sich  daselbst,  wurde 
1856  Assistent  am  Pathologischen  Institut  von 
Virchow  für  die  Chemische  Abteilung,  seit 
1860  als  Extraordinarius  und  ging  1861  als 
Ordinarius  der  angewandten  Chemie  nach  Tü- 
bingen. Er  gehört  zu  den  Begründern  der  neueren 
physiologischen  Chemie,  um  die  er  sich  als  Lehrer 
und  Forscher,  sowie  als  Haupt  einer  besonderen 
Schule  verdient  gemacht  hat.  Zu  den  haupt- 
sächlichsten seiner  zahlreichen  Arbeiten  gehören 
die  über  die  Eigenschaften  der  Blutfarbstoffe, 
Eiweißstoffe,  Gärungen,  Aktivierung  des  Sauer- 
stoffs, Bestandteile  des  Protoplasmas,  ferner 
im  einzelnen  namentlich  zur  Chemie  der  Zelle  und 
Eiweißkörper  (Vitellin:  Jchthin:  Globulin;  Al- 
bumin). U.  a.  hat  er  die  Bedeutung  des  Hämo- 
globins für  die  innere  Atmung,  den  Zusammen- 
hang der  Blutfarbstoffe  mit  dem  Lecithin  nach- 
gewiesen, ferner  das  Nuclein  in  den  Blutkörperchen 
sowie  das  Hämochromogen.  Von  ihm  rühren  her 
Methoden  zur  Analyse  des  Hämoglobins,  zur 
Untersuchung  seiner  Spaltungsprodukte  und 
Darlegung  der  Beziehungen  zwischen  roten  Blut- 
körperchen und  Gallenfarbstoffen.  Wichtig  sind 
ferner  seine  Studien  über  die  Bedeutung  des 
Cholesterins  und  der  Fette  in  den  Zellen.  Er  ist 
Verfasser  eines  großen,  öfter  aufgelegten  Hand- 
buchs der  physiologisch-pathologisch-chemischen 
Analysen  und  Herausgeber  der  „Zeitschrift  für 
physiologische  Chemie". 

Literatur.     Biogr.  Lex.  ed.  Paget. 

J.  Paget. 


Horae. 


Der  bergmännische  Kompaß  wird  in 
2  X  12  Stunden  geteilt  und  zwar  von  Nord 
über  Ost  in  Süd  und  von  Süd  über  West 
nach  Nord.  1  Stunde  bedeutet  also  15°. 
Die    Nord-Südlinie     ist   hora   12,    die    Ost- 


Horae  —  HumViold 


327 


Westlinie  hora  6,  die  Nordost-Südwestlinie 
hora  3  und  die  Südost-Nordwestlinie  hora  9. 
(Vgl.  den  Artikel  „Streichen  der  Schich- 
ten".) 


Hornitos. 


Schlackenkegel    auf    Lavaströmen, 
den  Ai'tikel  „Vulkanismus". 


Vgl. 


Horst. 


Eine  Art  von  Schollengebirgen. 
Artikel  „Gebirgsbau". 


Vgl.  den 


Huggiiis 

Sir  William. 

Geboren  am  7.  Februar  1824  in  London,  ge- 
storben 1910.  Er  errichtete  1856  auf  dem  Tulse 
Hill  zu  London  ein  Observatorium.  Huggins  ist 
eine  Autorität  auf  dem  Gebiet  der  Spektralana- 
lyse. Er  unternahm  1864  Untersuchungen  über 
die  Spektren  der  Elemente;  1868  beobachtete  er 
zum  erstenmal  eine  Linienverschiebung  durch 
Dopplereffekt  im  Spektrum  des  Sirius  und 
wandte  das  Dopplersche  Prinzip  auf  andere 
Himmelskörper  an.  Er  lieferte  den  Nachweis, 
daß  Nebelflecken  Gasspektren  zeigen. 

E.  Drude. 


^^ 


Hughes 

David  Edwin. 

^      Geboren  am  16.  Mai  1831  in  London,  gestorben 
am  22.    Januar  1900   daselbst.      Er  ging  1838 
nach  Virginia,  wurde  1850  Professor  der  Musik 
N     und  bald  darauf  auch  der  Naturwissenschaften 
^,    in  Bamdstown  in  Kentuck}'.     1858  siedelte  er 
^  \nach  Bowlinggreen  über,  um  sich  ganz  der  Kon- 
struktion des  Typendrucktelegraphen  zu  widmen, 
die  1855  abgeschlossen  war.    Er  ging  darauf  nach 
London,    erfand    1878    das    Mikrophon    —    das 
1877  ebenfalls  von  Berliner  konstruiert  worden 
war  —  und  machte  es  praktisch  nutzbar.    1879 
konstruierte  er  die  Induktionswage. 

E.   Drude. 


Humboldt 

Friedrich    Heinrich  Alexander  Freiherr  von. 

Geboren  am  14.  September  1769  in  Berlin,  ge- 
storben am  6.  Mai  1859  daselbst.  Studierte  W.-S. 
1787/88  in  Frankfurt  a/0.,  darauf  hi  Berhn  und 
1789  in  Göttmgen,  ,wo  er  u.  a.  die  Vorträge  von 
Blumenbach,  Gmelin,  Lichtenberg  hörte. 
Von  hier  unternahm  er  auch  häufige  Ausflüge 
in  die  weitere  Umgebung,  als  deren  Frucht  die 
Schrift  ,,Ueber  die  Basalte  am  Rhein",  nebst 
Untersuchungen  über  Syenit  und  Basanit  der 
Alten  (Braunschweig  1790)  erschien.  1790  unter- 
nahm er  Reisen  nach  Belgien,  Holland,  Frank- 
reich und  besuchte  nach  seiner  Rückkehr  die 
Handelsschule  in  Hamburg.  1791  bezog  er  die 
Bergakademie  in  Freiberg,  wo  er  bei  Werner 
hörte  und  in  engen  Verkehr  mit  L.  v.  Buch 
trat.  Er  gab  hier  auch  die  ,, Flora  subterranea 
Fribergensis  et  aphorismi  ex  physiologia  chemica 
plantarum"  (Berün  1793,  deutsch  Leipzig  1794) 
heraus.  1792  wurde  er  Assessor  im  Bergdeparte- 
ment und  bald  Oberbergmeister  in  den  frän- 
kischen Fürstentümern.  Er  vermehrte  hier  das  Ma- 
terial zu  seinem  1792  erschienenenWerkes  ,,Ueber 
die  gereizte  Muskel-  und  Nervenfaser,  nebst 
Vermutungen  über  den  chemischen  Prozeß 
des  Lebens  in  der  Tier-  und  Pflanzenwelt"  (Berlin 
1797  bis  99  2  Bde.). 

Schon  1797  gab  er  seine  Stelle  auf,  um  sich 
ganz  der  Naturwissenschaft  zu  widmen;  er  ging 
auf  3  Monate  nach  Jena,  wo  er  mit  Goethe  und 
Schiller  in  Verkehr  trat.  BedeutungsvoU  wurde 
für  ihn  eine  Reise  nach  Spanien,  1798/99,  wohin 
er  mit  dem  Pariser  Botaniker  Aime  Bonpia nd 
ging  und  wo  er  die  Erlaubnis  zur  Bereisung  des 
noch  unerforschten  spanischen  Amerikas  erhielt. 
1799  schifft  er  sich  mit  Bonpland  ein,  besuchte 
Teneriffa  und  durchforschte  dann  Venezuela  und 
das  Orinokogebiet.  1800  ging  er  nach  Cuba 
und  1801  nach  Cartagena  und  dem  Plateau 
von  Bogota.  Am  23.  Juni  1802  bestieg  Hum- 
boldt den  Chimborazo  und  erreichte,  wenn  auch 
nicht  den  Gipfel,  so  doch  die  größte  von  Menschen 
erreichte  Höhe  von  5810  m.  Humboldhvandte 
sich  darauf  nach  Mexiko,  wo  er  ein  Jahr  weilte; 
ging  dann  nach  Havana,  Philadelphia  und 
Washington  und  schiffte  sich  1804  wieder  nach 
Europa  ein.  Er  ging  zunächst  nach  Paris,  wo  ihn 
besonders  gasanalytische  Untersuchimgen  mit 
Gay-Lussac  beschäftigte.  1805  kehrte  er  zeit- 
weilig nach  Berlin  zurück;  nach  mehreren  Reisen 
nach  Frankreich,  Italien  usw.,  hielt  er  1827  in 
der  LTniversität  und  in  der  Singakademie  seine 
berühmten  Vorlesungen  über  die  physische 
Weltbeschreibung. 

Nicht  lange  hielt  es  ihn  in  Berlin,  schon  1829 
unternahm  er  mit  Ehrenberg  und  G.  Rose  eine 
reich  ausgestattete  russische  Expedition  nach 
dem  Ural  und  Altai  und  dem  Kaspischen  Meer. 
Nach  seiner  Rückkehr  wiu'de  er  mit  mehreren 
politischen  Missionen  im  Ausland  betraut.  Durch 
sein  hohes  Ansehen  gelang  es  ihm  in  Verbindimg 
mit  Gaus  eme  Organisation  von  magnetischen 
Beobachtungsstationen  zu  schaffen,  die  die 
Vorläufer  unserer  heutigen  meteorologischen 
Stationen  darstellen.  Sein  ständiger  Aufenthalt 
blieb  von  nun  an  Berlin,  wo  er  insbesondere 
seinen  Studien  und  dem  Entwurf  seines  ,, Kosmos, 
Entwm'f  einer  physischen  Weltbeschreibung" 
lebte. 


Humbold  ^  Hiinter 


Humboldt  war  ein  Polyhistor  im  besten 
Sinne;  seine  Kenntnisse  erstreckten  sich  über 
alle  Disziplinen  der  Naturwissenschaft.  Aber  dieser 
staunenswerte  Universalismus  wurde  für  ihn 
nur  die  Quelle  zu  weiteren  hohen  Leistungen, 
die  in  seinem  Kosmos  gipfeln.  Er  versucht  hier 
die  Erscheinungen  der  k(irj>erlichen  Dinge  im 
allgemeinen  Zusammenhang,  die  Natur  als  ein 
durch  innere  Kraft  bewegtes  und  belebtes  Ganze 
aufzufassen.  Der  Kosmos  stellt  gleichsam  eine 
säkulare  Zusammenfassung  der  gesamten  Natur- 
wissenschaften dar. 

Während  seines  fast  20  jährigen  Aufenthaltes 
in  Paris  schritt  er  zur  Bearbeitung  seines  ameri- 
kanischen Reisewerkes,  für  das  die  tüchtigsten 
Kräfte  (Oltmanns,  Knuth,  Cuvier,  Lat- 
reille,  Valenciennes,  Gay-Lussac,  The- 
nard,  Vaucjuelin  u.  a.)  zur  Mitarbeit  gewonnen 
wurden.  Die  Gesamtausgabe  in  30  Bänden  (20 
in  Folio,  11  in  Quart,  sind  in  6  Abteilungen  ge- 
teilt und  haben  den  Titel  Voyage  aux  regions 
equinoxiales  du  nouveau  continent  fait  en  1799 
—1804. 

Die  einzelnen  Abteilungen  sind:  1.  Relation 
historicjue  (unvollendet).  Paris  1811  bis  1829, 
deutsch  V.  Hauff,  Stuttgart  1869,  4  Bde. 
2.Recueil  d'observations  de  Zoologie  et  d'anatomie 
comparee (1805 bis  1832.  2 Bde.).  3.  Essai  politique 
sur  la  royaume  de  la  Nouvelle  Espagne.  Paris 
1881,  5  Bde.  Deutsch.  Stuttgart  1809  bis  1814. 
5  Bde.  4.  Observations  astronomiques,  Operations 
trigonometriques  et  mesutes  barometriques, 
redigees,  et  calculees  par  Jabbo  Oltmanns.  Paris 
1808  bis  1810.  2  Bde.  5.  Physique  generals  et 
geologie:  essai  sur  la  geographie  des  plantes, 
accamp.  d'un  tableau.  Parisl807.  Deutsch.  Stutt- 
gart 1807.  6.  Plantes  equinoxiales,  redigees  par 
A.  Bonpland,  Paris  1809  bis  1818.  2  Bde.  nebst 
anderen  botanischen  Spezialwerken.  Die  asiati- 
sche Reise  behandeln:  Fragments  de  geologie 
et  de  climatologie  asiatiques.  Paris  1832.  2  Bde. 
Reise  nach  dem  Ural,  den  Altai  und  dem  kas- 
pischen  Meer  mit  Ehrenberg  und  Rose.  Berlin 
1837  bis  1842.  2  Bde.  Gesammelte  Werke  von 
Humbold.     Stuttgart  1889,  12  Bde. 

Die  Zoologie  verdankt  HumbolcUzwar  keinen 
bedeutenden  Zuwachs  an  neuen  Formen,  doch 
sind  seiner  Schilderangen  des  Tierlebens  muster- 
haft. Besonders  gewann  durch  ihn  die  wissen- 
schaftliche Behandlung  der  Tiergeographie,  da- 
durch, daß  er  das  Vorkommen  der  Arten  in  Be- 
ziehung zu  den  gesamten  Naturverhältnissen 
brachte. 

Literatur.  Bruhns,  A  l exander  v o n  Hu m - 
hold},  ('tue  unssenschaflliche  Biographie.  3  Bde. 
Leipzig  1S7S.  —  S,  Günther,  Biographie  in 
der  Sammlung  „Geistesheldcn".  Bd.  39.  Berlin 
1901.  —  Allgem.  deutsche  Biographie,  Bd.  13, 
1881. 

W.   Harms. 


H  unter 

John. 

Geboren  am  13.  Februar  1728  in  Long  Calder- 
wood,  Lanarkshiie,  gestorben  am  IG.  Oktober 
1793  in  London,  erlernte  den  praktischen  Teil 


der  anatomischen  Wissenschaft  bei  seinem  Bruder 
Wüliam  in  London.  1755  wurde  er  in  Oxford 
immatrikuliert,  wo  er  sich  indessen  nicht  lange 
wohlfühlte,  er  selbst  sagte:  ,,they  w0nted  to  -^Z 
make  an  old  woman  of  me,  or  that  I  should 
stlff  Latin  and  Greek  at  the  university".  Schon..^ 
im  nächsten  Jahre  unterstützt  er  seinen  Bruder 
wieder  im  anatomischen  Unterricht  und  Praxis. 
1760  wurde  er  Stabschirurg  und  nahm  an  einer 
Expedition  Keppels  nach  Belle-Isle  und  1762 
an  dem  spanischen  Feldzuge  teil,  wo  er  seine 
Kenntnisse  der  menschlichen  Anatomie  wesent- 
lich erweiterte;  dort  studierte  er  auch  die  Phy- 
siologie der  überwinternden  Tiere.  Nach  London 
zurückgekehrt,  praktizierte  er  als  Wundarzt 
und  eröffnete  eine  private  Unterrichtsklasse 
für  Anatomie  und  Chirurgie.  Nebenbei  aber 
trieb  er  mit  nie  erlahmendem  Eifer  vergleichende 
Anatomie  und  Physiologie,  zu  welchem  Zwecke 
er  erst  ein  Stück  Land  erwarb,  wo  er  in  aller  Ruhe 
arbeiten  und  lebende  Tiere  halten  und  beobachten 
konnte.  1768  wurde  er  dirigierender  Arzt  am 
St.  Georgshospital,  1776  Wundarzt  des  Königs, 
1786  zweiter  und  1790  erster  Generalchirurg 
der  Armee  und  Generalinspektor  der  ]\Iilitär- 
hospitäler  und  1792  Vizepräsident  des  neu- 
errichteten Tierarzneikollegiums  in  London. 
Die  Royal  Society  ernannte  ihn  1767  zu  ihrem 
Mitgliede  auf  Grund  einer  Arbeit  über  die  Sirenen 
von  Südkarolina. 

Er  brachte  im  Laufe  der  Jahre  eine  große 
anatomische  Sammlung  zusammen,  die  später 
von  der  Regierung  angekauft  wurde.  Sie  wurde 
dem  königlichen  Kollegium  der  Wundärzte  über- 
lassen, in  welchem  jährlieh  eine  Gedächtnisrede 
auf  Hunter  (Hunterian  oration)  gehalten  wii'd. 

Sein  Museum  ist  auch  jetzt  noch  eines  der 
größten  und  am  meisten  nach  vergleichend- 
physiologischen Prinzipien  angelegte  Sammlung 
der  Welt.  Wie  John  Hunter  zu  seiner  Zeit 
wohl  den  größten  Ueberblick  über  die  Zootomie 
besaß,  so  tritt  uns  auch  in  seiner  Schöpfiuig 
die  Organisation  der  gesamten  Tierwelt  nach 
den  Funktionen  elementarster  Art  entgegen. 
Mit  Monro  machte  er  gleichzeitig  die  Entdeckung 
der  Pneumatizität  der  Vogelknochen  und  des  Zu- 
sammenhangs ihrer  Lufträume  mit  den  Lungen. 

Bei  Hunter  drehte  sich  alles  um  die  Funk- 
tion. Er  teilte  die  Organe  ein  in  die,  welche 
die  Erhaltung  des  Individuums,  die,  welche  der 
Erhaltung  der  Art  und  die,  welche  den  Verkehr 
mit  der  Außenwelt  vermitteln.  Dementsprechend 
ordnete  er  die  zootomischen  Tatsachen  nicht  nach 
den  Verwandtschaftsverhältnissen  der  Tiere,  son- 
dern nach  funktioneller  Bedeutung  ihrer  Organe. 

Seine  bemerkenswertesten  Schriften  sind: 
Natural  historv  of  the  human  teeth,  2  Bde., 
1771  bis  1778.'  On  the  venereae  disease,  1786. 
A  treatise  on  the  blood,  inflammation  and 
gunshot  wounds,  1794,  deutsch  von  Hebenstreit, 
Leipzig  1797. 

Aus  seinem  Nachlaß  von  R.  Owen:  Essays 
and  observations  on  natural  history,  anatomy, 
physiology  etc.,  2  Bde.,  1801. 

Literatur.  J-  AdaniSf  Memoirs  of  the  life  and 
doctrine  of  täte  John  II.  London  1818.  —  Ge- 
samtausgabe seiner  Schriften  von  Pa  Im  er.  4  Bde. 
London  1838,  und  Biographie  von  Drcwy  Otlvy. 

W.  Harms. 


Hut  —  Huxley 


329 


Hut. 

Ms  „eiserner  Hut"  wird  bei  Erzgängen, 
welche  Kiese  führen,  insbesondere  bei  den 
Silbererzgängen,  der  oberste  Teil  des  Ganges 
bezeichnet,  "der  infolge  Verwitterung  be- 
sonders reich  an  Rot-  und  Brauneisenerz  ist. 
Darunter  befindet  sich  dann  das  gediegene 
Silber  und  in  noch  größerer  Tiefe  die  ge- 
schwefelten Silbererze.  Vgl.  den  Artikel 
,, Erzlagerstätten". 


Huxley 

Thomas  Henry. 

Gteboren  am  4.  Mai  1825  in  Ealing,  gestorben  am 
29.  Juni  1895  in  Eastbourne,  beschäftigte  sich 
zuerst  von  1844  an  mit  der  Medizin  bei  seinem 
Schwager  Dr.  J.  G.  S  c  o  1 1 ,  der  ihn  für  die  mensch- 
liche Anatomie  interessierte.  1842  wurde  er  an 
der  Universität  in  London  immatrikiüiert  und 
erhielt  1845  den  Grad  eines  M.  B.  Im  selben 
Jahre  entdeckte  er  die  nach  ihm  benannte 
Zellschicht  in  dem  Haarfollikel.  Nachdem  er  1846 
seine  Befähigung  zum  Praktizieren  nachge- 
wiesen hatte,  trat  er  in  den  Dienst  der  Marine 
und  machte  als  Assistenzarzt  vom  H.  M.  S. 
„Eattlesnake"  eme  Reise,  die  ihn  von  1846  bis 
1850  nach  Australien  und  Great  Barrier  Reef 
führte.  Er  hatte  Gelegenheit  auf  dieser  Reise 
ein  reiches  Material  von  Hydrozoen,  Mollusken 
und  Tunicaten,  wie  überhaupt  niedere  Meeres- 
tiere, die  das  Thema  seiner  ersten  zoologischen 
Arbeit  bildeten,  zu  sammeln.  In  seiner  Arbeit 
über  die  Medusen  erkannte  er  ihre  Zusammen- 
setzung aus  nur  zwei  Zellagen,  und  verglich  sie 
mit  den  beiden  embryonalen  Schichten,  Ectoderm 
und  Entoderm,  die  von  Pander  und  v.  Baer 
gefunden  waren.  Er  legte  so  den  Grund  für  die 
Gastraeatheorie  Haeckels  und  Ray  Lan- 
ka s  t  e  r  s. 

Mangels  Entgegenkommen  von  selten  seiner 
vorgesetzten  Behörde  verließ  er  1854  den  Marine- 
dienst und  erhielt  einen  Lehrauftrag  für  Natui-- 
geschichte  an  der  Royal  School  of  ]\Iines. 

Der  Einfluß,  den  1859  die  Origin  of  Species 
von  Darwin  auf  ihn  ausübte,  war  von  grund- 
legender Bedeutung  für  seine  weitere  Ent- 
wickelung.  Er  ist  in  der  Folge  das  für  England 
geworden,  was  Haeckel  für  Deutschland  war, 
beide  haben  die  Ideen  Darwins  der  gebildeten 
Welt  nahegebracht.  Er  selbst  nannte  sich  der 
Generalagent  Darwins.  Besonders  war  es 
noch  nötig,  die  Abstammung  des  Menschen  näher 
zu  begründen  und  mit  der  Theorie  von  Darwin  in 
Einklang  zu  bringen.  Huxley  hat  sich  unab- 
W  lässiglich  bemüht,  namentlich  Ojens  Einwände 
zu  widerlegen.  SeinHauptwerk  über  dieseuGegen- 
stand  ist:  Zoological  Evidence  as  to  Maus  Place 
inNature''  (1863  Collect.  Essays.  Vol.  VII.)  neben 
vielen  anderen  mehr  oder  weniger  populären 
Schriften.  Trotz  seiner  regen  Tätigkeit  auf 
dem  Gebiete  der  Popularisation  der  Naturwissen- 
schaft fand  er  dennoch  Zeit  für  seine  Lehr- 
tätigkeit. Er  war  von  1863  bis  1869  Hunterian 
Professor  an  der  Royal  College  of  Surgeons  und 


FaUerian  Professor  an  Royal  Institution  von  1863 
bis  1867,  daneben  war  er  ein  sehr  tätiges  .Alitglied 
der  Royal,  Zoological  und  Ethnological  Society. 

Aber  auch  seine  rein  wissenschaftlichen 
Arbeiten  sind  sehr  zahlreich  in  dieser  Zeit.  So 
sein  Essay  on  the  Classification  of  Devonian 
Fishes.  1861.  In  the  Classification  of  Animals 
und  On  the  Vertebrate  Skull  1863.  Manual  of 
the  Comparative  Anatomy  of  Vertebrates  Ani- 
mals 1871. 

Besonders  sind  seine  Elementary  lessons 
in  Physiology  1866  sehr  geschätzt  worden  und 
haben  30  Auflagen  erlebt. 

In  den  Jahren  von  1870  bis  1885  setzt  noch 
eine  reiche  Periode  intensiv  wissenschaftlicher 
Tätigkeit  ein;  besonders  waren  es  philosophische 
Probleme,  die  ihn  jetzt  beschäftigten;  worauf  ihn 
Krankheit  zwang,  sich  fast  vollständig  zurück- 
zuziehen. 

Im  Jahre  1872  als  die  School  uf  Mines  in  ein 
größeres  Gebäude  übersiedelte,  konnte  er  seinen 
Lieblingsplan  verwirklichen,  jedem  Studenten 
die  Möglichkeit  zu  geben  auf  einem  Laboratoriums- 
I  platze  für  sich  zu  arbeiten,  ein  Erfordernis,  das  uns 
heute  als  selbstverständlich  gilt.  Den  Plan  für 
diese  Kurse  geben  die  1875  erschienenen  ,, Ele- 
mentary Biology"  wieder. 

Von  1870  bis  1872  war  er  Mitglied  der  ersten 
Schulbehörde  in  London,  und  konnte  so  großen 
Einfluß  auf  die  Ausgestaltung  des  elementaren 
Unterrichts  inseinemSinne  nehmen.  Auchauf  den 
wissenschaftlichen  Unterricht  hat  er  durch  seine 
Stellung  als  Mitglied  der  Königlichen  Kommis- 
sion für  Förderung  des  wissenschaftlichen  Unter- 
richts (1870  bis  1875)  in  grundlegender  Weise  ein- 
gewükt, 

Ihm  ist  geradezu  die  ]\Iethodik  des  biolo- 
gischen Universitätsunterrichts  in  England  zu 
danken.  In  praktischer  Weise  war  er  1880  bis 
1885  als  Fischereiinspektor  tätig.  Zu  erwähnen 
wäre  noch,  daß  er  in  den  fünfziger  Jahren  eine 
Schädeltheorie  und  seine  Lehre  von  dem  Archi- 
typus  der  Form  aufstellte.  Er  hat  auch  zuerst 
die  Abstammung  der  Vögel  von  den  Reptilien 
vertreten  und  beide  Klassen  zu  den  Sauropsiden 
zusammengezogen. 

Nach  anderen  Ehrungen  wurde  er  1892  zum 
Mitglied  des  geheimen  Rates  ernannt;  jedoch 
hat  sich  Huxley  nie  viel  aus  diesen  äußeren 
Ehrungen  gemacht.  Das  von  Huxley  erstrebte 
kann  am  besten  mit  seinen  eigenen  Worten 
wiedergegeben  werden,  to  promote  the  increase 
of  natural  knowledge  and  to  further  the  appli- 
cation  of  scientific  methods  of  investigation  to 
aU  the  Problems  of  life  to  the  best  of  my  abüity, 
m  the  conviction  which  has  grown  with  my 
growth  and  strengthened  with  my  strength,  that 
there  is  no  alteration  for  the  sufferings  of  man- 
kind  except  ver-^city  of  thought  and  action,  4i 
\  and  the  resolute  facmg  of  the  world  as  it  is  when 
the  garment  of  make-believe,  by  which  pious 
i  hands  liave  hidden  its  uglier  features,  is  stripped 
off." 

Seine  Werke  sind  gesammelt  in  Collected 
Essays.  9  Bde.  1893  bis  1894.  Eine  Ausgabe 
seiner-  wissenschaftlichen  Werke  haben  Sir 
Michael  Foster  und  Ray  Lankester  in 
4  Bd.  besorgt. 


330 


Huxley  —  Hydrate 


Literatur.      Lije  and  Letters  of  T.   H.   Huxley, 

by  his  son  Leonard  Huxley.  2  voh  1900. — 
Dictionary  of  National  Biography.  Supl.  ]'ol. lll. 
London  1901. 

W.   Ilafms, 


Hiiygeiis 

Christian. 

Geboren  am  14.  April  1629,  im  Haag,  gestorben 
am  8.  Juni  1695  ebenda.  Durch  seinen  Vater 
erhielt  er  den  ersten  Unterricht  in  Mathematik 
und  Mechanik,  studierte  dann  in  J>eiden  und 
Breda  vorzugsweise  Jura,  unternahm  1649 
große  Reisen  nach  Deutschland,  Frankreich, 
England.  1666  wurde  er  Mitglied  der  Pariser 
Akademie  und  lebte  bis  1681  in  Paris,  dann  kehrte 
er  in  seine  Vaterstadt  zurück.  Huygens  ist  so- 
wohl als  Physiker,  wie  als  Astronom  und  mecha- 
nischer Erfinder  bedeutend  gewesen.  Die  Ph3'sik 
verdankt  ihm  in  erster  Linie  die  Aufstellung  der 
Wellentheorie  des  Lichts,  deren  allgemeine 
Grundlagen  er  1678  der  Pariser  Akademie  vor- 
legte, nachdem  er  schon  ein  Jahr  früher  die 
Gesetze  der  Reflexion  und  Brechung  daraus 
abgeleitet  hatte;  er  beobachtete  die  Polarisation 
des  Lichts  bei  Doppelbrechung  1688  und  stellte 
1690  das  Prinzip  der  Wellenausbreitung  auf, 
als  Huygenssches  Prinzip  bekannt,  wohingegen 
das  Huygenssche  Theorem  das  Gleichgewicht 
schwimmender  Körper  betrifft.  Von  weittragen- 
der Bedeutung  war  ferner  die  Einführung  des 
Pendels  für  Uhren  1658,  die  er  1674  durch  die 
Einführung  der  Spiralfeder  für  Taschenuhren 
ergänzte.  Er  gab  eine  Theorie  der  Zentrifugal- 
kraft 1673  und  begründete  das  Gesetz  von  der 
Erhaltung  der  lebendigen  Kraft  in  der  Mechanik. 
Mit  Guericke  gab  er  die  erste  brauchbare  Idee 
zum  Spiegelteleskop,  wovon  er  selbst  eine  Anzahl 
anfertigte. 

E,  Drude, 


Hydrate. 

1.  Definition  und  Konstitution  der  Hydrate. 
2.  Die  Bildung  der  Hydrate.  3.  Die  Existenz- 
bedingungen der  Hydrate.  4.  Ueber  die  Zer- 
setzung der  Hydrate.  5.  Ueber  die  Verwitterung 
von  Hydraten.  6.  Unnormales  Verhalten  einiger 
Hydrate.  7.  Die  Bildungswärme  der  Hydrate. 
8.  Ueber  einige  den  Kristallhydraten  ähnliche 
Komplexbildungen.  9.  Ueber  die  Existenz 
von  Hydraten  in  Lösung. 

I.  Definition  und  Konstitution  der 
Hydrate.  Unter  einem  Hydrat  versteht  man 
im  a]li!;emeinen  die  Verbindung  eines  ehemi- 
seheii  Individuums  mit  Wasser,  und  zwar 
die  sogenannte  chemische  Verbindung,  d.  h. 
der  betreffende  Stoff  und  das  Wasser  müssen 
in  ganz  bestimmten  Verhältnissen,  wie  sie 
durch  ilire  Molekulargewiclite  gegeben  sind, 


in  den  betreffenden  Verbindungen  ent- 
halten sein. 

Diese  Verbindung  kann  nun  dadurch  zu- 
stande kommen,  daß  das  Wasser  direkt  in 
das  chemische  Molekül  eintritt,  wie  dies 
z.  B.  der  Fall  ist,  wenn  ein  Oxyd  eines 
Metalles  sich  zu  einem  Oxydhydrat  ver- 
bindet, etwa  wie  CaO  +  HgO  =  Ca(0H)2, 
oder  das  Oxvd  eines  Nichtmetalles  zu  einer 
Säure,  wie'z.  B.  SO3  +  H^O  =  SO4H2; 
oder  aber  es  kann  das  Wasser  an  ein  anderes 
Molekül  addiert  werden,  wie  dies  z.  B.  der 
Fall  ist.  wenn  das  anhydrische  Natriumsulfat 
sich  mit  zehn  Molekülen  Wasser  zu  Glauber- 
salz verbindet.  Hydrate  dieser  letzteren 
Art  bilden  also  komplexe  Moleküle  und  man 
schreibt  sie  auch  wie  komplexe  Salze,  indem 
man  die  Formel  des  Wassers  von  der  Formel 
des  Salzes  durch  einen  Punkt  trennt.  Also 
SOiNas .  10  H.2O.  Man  nennt  dieses  addierte 
Wasser  auch  Kristallwasser,  weil  die  meisten 
Hydrate  dieser  Art  besonders  schön  kristalli- 
sieren und  meist  bei  der  Kristallisation  aus 
wässeriger  Lösung  erhalten  werden.  Vom 
physikalisch-chemischen  Standpunkt  ist  ein 
wesentlicher  Unterschied  zwischen  diesen 
beiden  Kategorien  nicht  zu  machen,  auch 
ist  vielfach  die  Entscheidung  schwer,  welcher 
derselben  man  ein  Hydrat  zurechnen  soll. 
So  ist  man  geneigt  die  drei  Hydrate  der 
Phosphorsäure  die  Meta-,  Pyro-  und  Ortho- 
säure  sämtlich  der  ersten  Kategorie  zuzu- 
zählen, während  man  das  zweite  Hydrat  der 
Schwefelsäure  meist  H2SO4 .  HgO  schreibt, 
obgleich  eine  Formel  SO5H4  mit  der  W'ertig- 
keit  des  Schwefels  durchaus  verträglich  wäre. 
Immerhin  ist  es  günstig  für  die  beiden  Kate- 
gorien eine  verschiedene  Bezeichnung  zu 
wählen.  Wir  wollen  die  ersteren  ., chemische", 
die  kristallwasserhaltigen  ,,Ivi"istallhydrate" 
nennen. 

Eine  besondere  Theorie  der  Konstitution 
der  Hydrate  hat  Werner  entwickelt.  Nach 
W^erner  sind  die  Moleküle  des  Kristall- 
wassers nicht  an  das  Salzmolekül  als  solches, 
sondern  an  die  Metallatome  der  Salzmoleküle 
gebunden.  So  ist  die  Formel  des  CaCL- 
Hydrates  nicht  zu  schreiben:  CaCU  .  6H2O, 
sondern  (Ca  6  HoO)Cl2.  Es  ist  also  das  Wasser 
direkt  an  das  Calciumatom  gebunden.  Um 
die  Art  der  Bindung  zu  erklären  nimmt 
W^erner  zwei  Arten  von  Valenzen  an,  so- 
genannte Haupt-  und  Nebenvalenzen.  Die 
ersteren  werden  in  dem  vorliegenden  Fall 
gegen  die  Chloratome,  die  letzteren  gegen  das 
Wasser  betätigt.  Es  hat  sich  nun  ergeben, 
daß  die  ma.Kimale  xVnzahl  von  Nebenvalenzen, 
die  ein  i\letall  betätigen  kann,  G  ist.  Tat- 
sächlich ist  nun  aucli  die  Zahl  von  Hydraten, 
die  mit  (5  Molekülen  Iviüstallwasser  kristalli- 
sieren, ganz  außerordentlich  groß.  Werner 
zählt  allein  46  solcher  Salze  von  zweiwertigen 
Metallatomen  auf.    Immerhin  ist  es  nicht  zu 


Hydrate 


331 


übersehen,  daß  auch  Salze  häufit^  vorkommen, 
die  eine  größere  Anzahl  von  Wasser mole- 
kiilen  auf  ein  Metallatom  enthalten.  So  z.  B. 
die  sogenannten  Vitriole,  Sulfate  zwei- 
wertiger Metalle,  die  mit  7  Molekülen  Kristall- 
wasser aufzutreten  pflegen.  Diese  finden  ihre 
Erklärung  durch  die  Annahme,  daß  in  ihnen 
6  Moleküle  Wasser  an  das  IMetall,  1  IMolekül 
dagegen  an  den  Säurerest  gebunden  sind. 
Es  wäre  danach  z.  B.  das  Zinksulfat  zu 
schreiben:  (ZnöHaO) .  (SO4H2O).  Die  mit 
12  Wasser  kristallisierenden  Alaune  wären 
vielleicht  dadurch  zu  erklären,  daß  man  in 
ihnen  Doppelmoleküle  von  W^asser  annimmt, 
eine  Annahme,  die  dadurch  gerechtfertigt 
erscheint,  daß  das  Wasser  eine  große  Neigung 
besitzt,  sich  zu  assoziieren.  Die  Formel 
des  Alaunes  wäre  dann:  (Me6H402)RS04. 
Beim  Lösen  in  Wasser  tritt  bekanntlich  Disso- 
ziation ein  unter  Abspaltung  von  Ionen. 
Hierbei  verbleibt  das  Wasser  bei  dem  be- 
treffenden Ion.  So  bildet  also  beim  Lösen 
das  Kalziumchlorid  die  Ionen:  (CaßHaO). 
-f-  2  er.  Die  Wem  er  sehe  Theorie  besitzt 
zweifellos  zahlreiche  Vorzüge,  doch  soll 
in  Nachstehendem  die  alte  Schreibweise 
als  die  einfachere  beibehalten  werden. 

2.  Die  Bildung  der  Hydrate.  Die  meisten 
Hydrate  entstehen  einfach,  wenn  man  die 
Einzelkomponenten  in  solchen  Mengen  und 
unter  solchen  Bedingungen  zusammenbringt, 
daß  die  Hydrate  bei  denselben  existieren 
können.  Bringt  man  also  beispielsweise  bei 
einer  Temperatur  von  +  20"  wasserfreies 
Natriumsulfat  mit  einer  zum  Lösen  unge- 
nügenden Menge  Wasser  zusammen,  so 
entsteht  das  Hydrat  Na2S04 .  IOH2O  das 
sogenannte  Glaubersalz,  da  bei  dieser  Tempe- 
ratur und  unter  den  angegebenen  Bedin- 
gungen dieses  Salz  beständig  ist.  Die  Bildung 
der  Hydrate  aus  den  Einzelkomponenten 
kann  häufig  recht  langsam  verlaufen.  Die 
allmähliche  Bindung  des  Wassers  unter 
Hydratbildung  spielt  bei  einer  Reihe  von 
technischen  Vorgängen  eine  wesentliche  Rolle. 
So  namentlich  bei  der  Erhärtung  des  Zement- 
klinkers und  beim  Abbinden  von  Gips.  Im 
allgemeinen  aber  stellt  man  die  kristall- 
wasserhaltigen Salze  dar,  indem  man  die 
wässerigen  Lösungen  der  betreffenden  an- 
hydrischen  Salze  unter  solchen  Temperatur- 
und  Druckbedingungen,  unter  denen  das 
betreffende  Hydrat  existieren  kann,  der  Ein- 
dampfung unterwirft.  Sobald  der  Sättigungs- 
zustand für  dieses  Hydrat  erreicht  ist,  kann 
es  auftreten;  es  ist  aber  nicht  notwendig, 
daß  dies  tatsächlich  auch  geschieht,  vielmehr 
kann  es  ausbleiben  und  an  seiner  Stelle  ein 
anderes  unter  den  betreffenden  Bedingungen 
weniger  beständiges  Hydrat  auftreten.  Um 
dies  zu  vermeiden  ist  es  gut  die  gesättigte 
Lösung  mit  einigen  Körnchen  des  gewünschten 
Hydrates  zu  impfen.      Vielfach   kann   man 


Hydrate  aus  niedrigeren  Hydraten  durch 
Zusammenbringen  nut  Wasser  und  aus 
höheren  Hydraten  erhalten,  indem  man  die 
letzteren  erhitzt,  oder  mit  wasserentziehen- 
den Mitteln  behandelt,  also  z.  B.  über 
konzentrierte  Schwefelsäure  oder  geglühtes 
Chlorcalcium  bringt. 

3.  Die  Existenzbedingungen  der  Hy- 
drate. Die  verschiedenen  Hydrate  haben  nur 
ein  beschränktes  Existenzgebiet  und  zwar  ist 
dieses  Gebiet  durch  zwei  Faktoren  bedingt: 
durch  den  Druck  und  die  Temperatur.  Ist 
die  Existenzgrenze  eines  Hydrates  erreicht, 
so  kann  es  entweder  in  ein  anderes  niederes 
Hydrat  bezw.  Anhydrid  und  Wasser,  oder 
aber  in  ein  solches  und  Wasserdampf  zer- 
fallen. 

Ob  ein  Zerfall  eintreten  wird,  und  ob  der- 
selbe zur  Bildung  von  Wasserdampf  oder 
Wasser  führen  wird,  ist  leicht  zu  übersehen. 
Es  gilt  nämlich  hier,  wie  überall  in  der  Gleich- 
gewichtslehre das  Gesetz,  daß  stets  das 
System  am  beständigsten  sein  wird,  das 
den  geringsten  Dampfdruck  besitzt.  Es  wird 
also  ein  Hydrat,  das  wir  1  nennen  wollen, 
in  ein  anderes  niederes  Hydrat  bezw.  An- 
hydrid, das  wir  2  nennen  wollen,  und  Wasser 
zerfallen,  wenn  der  Dampfdruck  der  ge- 
sättigten Lösung  (denn  beim  Zerfall  bildet 
sich  ja  nicht  reines  Wasser  und  Hydrat  2, 
sondern  das  letztere  und  seine  gesättigte 
Lösung)  von  2  niedriger  ist,  als  der  Wasser- 
dampfdruck über  dem  Hydrat  1,  und  es  wird 
in  ein  niederes  Hydrat  und  Wasser  dampf 
zerfallen,  wenn  seine  Dampftension  höher  ist 
als  der  äußere  Druck.  Der  Uebergang  eines 
Hydrates  in  ein  niederes  Hydrat  unter  Bil- 
dung der  gesättigten  Lösung  nennt  man  auch 
,, Schmelzen  im  Kristallwasser".  Um  ein 
eigentliches  Schmelzen  handelt  es  sich  hier 
aber  nicht,  denn  es  tritt  nur  eine  partielle 
Verflüssigung  auf.  Es  kommen  aber  auch 
Fälle  vollständiger  Schmelzung  von  Hydraten 
vor,  die  wir  weiter  unten  noch  näher  be- 
sprechen werden.  Ein  typisches  Beispiel  für 
den  eben  betrachteten  Fall  ist  die  Zersetzung 
des  Glaubersalzes,  die  nach  der  Formel 
S04Na,  .  10H,O  =  SO.,Na,  +  1011,0  ver- 
läuft, und  zwar  erfolgt  dieselbe  bei  einer  Tem- 
peratur von  +  32,6".  Bei  dieser  Temperatur 
schneiden  sich  die  Dampfdruckkurven  der 
gesättigten  Anhydridlösung  und  des  Deka- 
hydrates, sind  also  bei  dieser  Temperatur 
gleich.  Mithin  sind  auch  bei  dieser  Tempe- 
ratur beide  Formen  nebeneinander  be- 
ständig. Vgl.  hierzu  die  Fig.  1:  AB  ist  die 
Dampfdruckkurve  der  gesättigten  Lösung,  CD 
diejenige  des  Dekahydrates.  Die  Tension 
beträgt  bei  dieser  Temperatur  31  mm. 
Würden  wir  statt  bei  Atmosphärendruck 
bei  einem  äußeren  Druck  von  weniger  als 
31  mm  die  Erwärmung  vornehmen,  so  würde 
das   Dekahvdrat   keine    Schmelzerscheinung 


332 


Hydrate 


zeigen,  sondern  direkt  Anliydrid  und  Dampf 
bilden. 

Es  kann  nnn  vorkommen,  daß  ein  llydrat 
eine  Tension  besitzt,  die  unter  allen  Um- 
ständen nnd  bei  allen  erreichbaren  Tempe- 
raturen höher  ist,  als  die  Tension  eines  an- 
deren Hydrates,  oder  der  c;esättigten  Lösung. 
Ein  solches  Hydrat  wird  dann  überhanpt 
kein  Existenzgebiet  mehr  besitzen.  Trotz- 
dem gelingt  es  unter  Umständen  solche 
Hydrate  zu  erhalten,  eine  Möglichkeit, 
die  wir  der  Fähigkeit  chemischer  Systeme 
verdanken,  ihre  Existenzgebiete  vorüber- 
gehend zu  überschreiten.  Solche  Hydrate 
sind  labil  und  müssen  sich  früher  oder  später 
stets  in  die  stabileren  Systeme  umwandeln. 
Ein  genau  studierter  Fall  dieser  Art  ist  das 
Heptahydrat  des  Natriumsulfates.  Die  Ver- 
hältnisse werden  gleichfalls  aus  der  Fig.  1 


3^mm  _ 


ersichtlich.  EF  ist  hier  die  Tensionskurve 
des  Heptahydrates.  Unterhalb  24°  wird  wie 
man  sieht  das  Heptahydrat  gegenüber  der 
gesättigten  Lösung  stabil,  bleibt  aber  immer 
instabil  gegenüber  dem  Dekahydrat.  Es 
kann  erhalten  werden,  wenn  man  durch 
rasche  Abkühlung  der  gesättigten  Lösung 
eine  Kristallisation  des  Dekahydrates  bei 
32"  sorgfältig  vermeidet,  und  wenn  mög- 
lich durch  Impfen  mit  Heptahydrat  seine 
Bildung  unterhalb  24"  befördert.  Mit  der 
Zeit  muß  es  aber  in  Dekahydrat  und  An- 
hydrid zerfallen. 

Es  kann  nun  aber  auch  noch  ein  dritter  Fall 
vorkommen,  nämlich  der,  daß  das  niedere 
Hydrat  bezw.  das  Anhydrid  in  Wasser  so 
erheblich  löslich  ist,  daß  das  Wasser,  das 
bei  der  Zersetzung  des  höheren  Hydrates 
frei  wird,  genügt,  um  das  entstehende  niedere 
Hydrat  vollständig  aufzulösen,  und  daß  die 
entstehende  Lösung  hierbei  noch  nicht 
einmal  gesättigt  ist,  also  noch  Wasser  ab- 
geben kann,  ohne  daß  sich  feste  Substanz 
abscheidet.     Es  tritt  dann  also  keine  Zer- 


setzung des  Hydrates  ein,  sondern  es  bildet 
sich  eiiu>  homogene  Lösung  von  der  gleichen 
Zusammensetzung  wie  das  unzersetzte  Hy- 
drat. Hier  haben  wir  tatsächlich  die  typi- 
schen Erscheinungen  des  Schmelzens,  man 
sagt:  ,,das  Hydrat  schmilzt  unzersetzt". 
Solche  Fälle  des  unzersetzten  Schmelzens 
von  Hydraten  sind  äußerst  häufig,  so  bildet 
z.  B.  das  Eisenchlorid  4  Hydrate  mit  12,  7,  ö, 
und  4  Molekülen  Wasser,  die  sämtlich  un- 
zersetzt schmelzen.  Dieses  unzersetzte 
Schmelzen  wird,  wie  aus  dem  oben  Gesagten 
ohne  weiteres  hervorgeht,  eintreten,  wenn 
der  Dampfdruck  des  betreffenden  Hydrates 
größer  geworden  ist  als  derjenige  einer 
Lösung  von  der  gleichen  Zusammensetzung. 
Die  Bestimmung  der  Dampftensionen  ist 
wie  man  sieht  für  die  Ermittelung  der  Exi- 
stenzgrenzen von  Hydraten  von  größter  Be- 
deutung. Außer  der  Tensionsbestimmung  kann 
auch  die  Ermittelung  der  Löslichkeit  dazu 
dienen,  die  Existenzgrenzen  von  Hydraten 
festzulegen.  Wenn  sich  nämlich  die  Löslich- 
keitskurven  zweier  Hydrate  bei  einer  Tempe- 
ratur schneiden,  so  muß  bei  dieser  Tempe- 
ratur die. Existenzgrenze  des  einen  derselben 
liegen,  und  zwar  ist  stets  das  löslichere 
Hydrat  gegenüber  dem  weniger  löslichen 
unbeständig.  Auch  hier  mögen  die  Verhält- 
nisse an  dem  Beispiel  des  Natriumsulfates 
illustriert  werden.  In  Fig.  2  geben  die  Kurven 


20"      30"      ^0'^ 

Temperatur 

Fig.  2. 


50°      60' 


CA  die  Löslichkeit  des  Dekahydrates,  ED 
des  Heptahydrates  und  DAB  des  Anhydrids 
an.  Das  Punktierte  soll  instabile  Zustände 
andeuten. 

Auch  die  Existenz  eines  wirklichen 
Schmelzpunktes  bei  Hydraten  läßt  sich  aus 
der  Löslichkeitskurve  entnehmen,  dieselbe 
bildet  bei  der  Temperatur  des  unzersetzten 
Schmelzens  ein  Temperaturmaximum.  Vgl. 
hierzu  die  Fig.  3  (Löslichkeitskurve  des 
CaCL  .  6H.,0). 

4.  Ueber  die  Zersetzung  der  Hydrate. 
4  a)  B  e  i  k  0  n  s  t  a  n  t  e  r  T  e  m  p  e r  a t  u  r .  Bringen 
wir  ein  Hydrat  bei  einer  bestimmten  Tempe- 
ratur in  einen  geschlossenen  luftleer  ge- 
pumpten  Kaum,  so   wird  sich  hier  alsbald 


Hydrate 


333 


ein  Druck  ienstellen,  der  der  Tension  des 
Hydrates  bei  dieser  Temperatur  entspricht. 
Entfernt  man  den  gebildeten  Dampf,  so  wird 
sich  dieser   Druck   sofort   wieder   herstellen 


Temperatur 

Fig.  3. 

und  dies  wird  so  fortgehen,  bis  das  ganze 
Hydrat  zerfallen  ist,  und  das  nächst  stabilere 
sich  gebildet  hat.  Während  der  ganzen 
Zeit  wird  also  der  Druck  konstant  bleiben. 
Sobald  aber  der  letzte  Rest  des  Hydrates 
sich  zersetzt  hat,  erfolgt  ein  plötzliches  Ab- 
sinken der  Tension  auf  den  Wert,  der  dem  bei 
der  Zersetzung  entstandenen  Hydrat  ent- 
spricht. Bei  diesem  neuen  Hydrat  wird  sich 
das  gleiche  wiederholen,  der  Druck  wird 
konstant  bleiben,  bis  das  ganze  Hydrat  in 
das  nunmehr  nächst  beständige  übergegangen 
ist,  und  dies  so  fort,  bis  das  Anhydrid  er- 
reicht ist.  Es  wird  also  ein  stufenweises 
Zerfallen  des  Hydrates  stattfinden,  wie  es 
z.  B.  in  der  Fig.  4  für  den  Fall  der  Hydrate 


ij.ymr 


3Qmm 


4.4' 


H,0         5H,0  3HoO 


1H,0 

Fi?.  4. 


CuSO^ 


des  Kupfersulfates  bei  einer  Temperatur 
von  50°  C  dargestellt  ist.  Jede  Stufe  zeigt 
uns  die  Existenz  eines  Hydrates  an  von  der 


Zusammensetzung,  wie  sie  durch  die  Stelle 
gegeben    ist,    bei    der    der    Sprung    erfolgt. 

4b)  Bei  konstantem  Druck.  Hält 
man  im  Gegensatz  zu  oben  den  äußeren  Druck 
konstant,  so  muß  man  zur  Dissoziation  der 
Hydrate  die  Temperatur  steigern.  Sobald 
die  Tension  des  Hydrates  gleich  dem  Partial- 
druck  des  Wassers  in  der  Umgebung  geworden 
ist,  beginnt  der  Zerfall  und  schreitet  bei 
konstant  gehaltener  Temperatur  fort,  bis 
das  nächst  stabile  Hydrat  erreicht  und  das 
ursprüngliche  vollständig  zersetzt  ist.  Dann 
müssen  wir  die  Temperatur  von  neuem 
steigern  bis  die  Tension  dieses  neuen  Hydrates 
gleich  der  der  Umgebung  geworden  ist,  und 
so  fort  bis  zum  Anhydrid.  Die  Temperaturen 
nun,  bei  denen  die  Tension  einen  gegebenen 
Wert  erreicht,  oder  die  Tensionen  für  eine 
bestimmte  Temperatur,  sind  für  die  Hydrate 
verschiedener  Stoffe  außerordentlich  ver- 
schieden und  ebenso  für  die  verschiedenen 
Hydratationsstufen  ein  und  desselben  Stoffes. 

So  erkennen  wir  aus  Fig.  4,  daß  das  letzte 
Molekül  Wasser  am  Kupfersulfat  mehr  als 
zehnmal  so  fest  gebunden  ist  als  die  ersten 
beiden  Moleküle.  Aber  es  gibt  zahlreiche 
Hydrate,  bei  denen  ein  oder  mehrere  Wasser 
moleküle  noch  erheblich  fester  gebunden  sind, 
und  die  infolgedessen  erst  bei  recht  hohen 
Temperaturen  ihr  Wasser  vollständig  ver- 
lieren. Eine  besonders  häufige  Erscheinung 
aber  ist  es,  daß  gerade  die  letzten  Moleküle 
besonders  schwer  abgegeben  werden. 

Ganz  analoge  Erscheinungen  beobachtet 
man  auch  bei  der  anderen  Klasse  von 
Hydraten,  die  wir  oben  zum  Unterschied 
als  ,, chemische"  Hydrate  bezeichnet  hatten. 
So  zerfällt  die  Orthophosphorsäure  etwa 
bei  250"  unter  Abgabe  von  1  Molekül  Wasser 
zu  der  Pyrophosphorsäure,  und  diese  bei 
ca.  320°  unter  Abgabe  von  einem  Molekül 
Wasser  in  Metaphosphorsäure.  Diese  letztere 
hält  ihr  Wassermolekül  so  fest,  daß  es  selbst 
bei  Rotglut  nicht  zu  entweichen  vermag. 
Auch  von  der  Schwefelsäure  ist  eine  Reihe 
von  Hydraten  bekannt  und  zwar  die  gewöhn- 
liche Schwefelsäure,  ein  Mono-  und  ein  Di- 
hydrat  derselben.  Diese  schmelzen  unzer- 
setzt  und  zwar  die  dihydrische  bei  —39° 
diemonohydrische  bei  +  3,5°  und  die  gewöhn- 
liche Schwefelsäure  bei  +  10,5°.  Das  Di- 
hydrat  verliert  ein  Wasser  bei  195°,  das 
Monohydrat  eins  bei  205°,  während  die 
normale  Schwefelsäure  kein  Wasser  abgibt, 
sondern  bei  338°  unzersetzt  siedet.  Der 
Unterschied  gegen  die  oben  angeführten 
Hydrate  besteht  hier  also  nur  darin,  daß  die 
Tension  der  Schwefelsäure  selbst  einen 
höheren  AVert  besitzt,  als  ihre  Wasserdampf- 
tension. Viele  Säurehydrate,  deren  Eigen- 
tension sehr  gering  ist,  lassen  sich  aber  ohne 
Schwierigkeit  ihres  letzten  Wassermoleküles 
berauben,  so  z.  B.  die  Kieselsäure,  für  die 


334 


Hydrate 


man  eine  j^anze  Reihe  von  Hydraten  an- 
nimmt, die  Zinnsäure,  die  Zirkonsäure  u.  a.  m. 
Aehnliches  gilt  auch  für  die  Hydrate  der 
basischen  Oxyde.  So  geht  das  Magnesium- 
oxydhydrat bereits  bei  einer  Temperatur  von 
ca.  loÖ"  unter  Atmosphärendruci^  in  chis  Oxyd 
über'),  während  das  Kaliumliydroxyd,  das  bei 
tiefen  Temperaturen  ein  Hydrat  KOlI  .  2H2O 
bildet,  das  letzte  Wasser  unter  Oxydbildung 
selbst  bei  sehr  hohen  Temperaturen  nicht 
verliert,  sondern  sich  unzersetzt  verflüchtigt. 

5,  UeberdieVerwitterung  von  Hydraten. 
Nach  dem  oben  Gesagten  muß  ein  Hydrat 
an  eine  Umgebung,  die  einen  geringeren 
Wasserdampfdruck  hat  als  ihren  eigenen, 
so  lange  Wasser  abgeben,  bis  der  Partial- 
druck  in  der  Umgebung  gleich  demjenigen 
des  Hydrates  geworden  ist.  Liegt  das  Hydrat 
nun  an  der  freien  Luft,  so  wird  dieser  Punkt 
niemals  eintreten,  denn  der  entstandene 
Wasserdampf  wird  durch  die  Zirkulation 
der  Luft  stets  fortgeführt.  Das  Hydrat  muß 
also  vollständig  zerfallen,  es  ,, verwittert". 
Ist  dagegen  sein  Wasserdampfdruck  geringer, 
als  der  Partialdruck  des  Wasserdampfes 
der  Luft,  so  wird  es  nicht  zerfallen;  im 
Gegenteil  ein  solches  Hydrat  wird,  falls  es 
vorher  teilweise  zersetzt  war,  Wasser  aus  der 
Atmosphäre  aufnehmen,  um  seinen  normalen 
W^assergehalt  wieder  herzustellen.  Ein  solches 
teilweise  oder  ganz  zersetztes  Hydrat  ist 
also  als  ein  ,,Trockenmitter'  anzusehen. 
Ein  technisch  brauchbares  Trockenmittel 
wird  ein  System  natürlich  nur  dann  sein, 
wenn  es  ein  Hydrat  mit  einem  ganz  erheblich 
viel  niederen  Dampfdruck  bildet  als  dem 
des  zu  trocknenden.  Ein  solches  Trocken- 
mittel ist  bekanntlich  das  geglühte  Chlor- 
calcium  dessen  niederstes  Hydrat  das 
CaClj .  H2O  erst  bei  einer  Temperatur  ober- 
halb 200*^  dieses  letzte  Wassermolekül  ab- 
gibt. 

6.  Unnormales  Verhalten  einiger 
Hydrate.  Das  theoretisch  geforderte  Kon- 
stantbleiben der  Tension  eines  Hydrates 
während  seiner  isothermischen  Zersetzung 
ist  nicht  in  allen  Fällen  erfüllt.  Vielmehr 
zeigt  eine  Reihe  von  Hydraten  Wasser- 
abgabe unter  ständig  sinkendem  Dampf- 
druck. Gleichzeitig  bemerkt  man  aber  bei 
diesen  Hydraten  noch  einen  anderen  Unter- 
schied im  Verhalten  gegenüber  den  normalen 
Hydraten.  Während  nämlich  die  letzteren 
bei  einer  partiellen  Zersetzung  infolge  des 
Auftretens  der  neuen  Phase  trübe  werden, 
bleiben  die  ersteren  während  der  W^asser- 
abgabe  vollkommen  klar.  Man  hat  deshalb 
angenommen,  daß  es  sich  bei  diesen  Hydraten 
gar  nicht  um  Verbindungen,  sondern  um 
feste  Lösungen  von  Wasser  in  der  betreffen- 
den anhydrischen  Substanz  handelt.    Wenn 


1)  John  Johnston,   Z.  f.  phys.  Ch.   62,  330. 


diese  Deutung  richtig  ist,  so  gehören  diese 
Stoffe  jedenfalls  nicht  zu  den  Hydraten. 
Die  am  längsten  bekannten  Repräsentanten 
dieser  Gruppe  sind  die  auch  natürlich  vor- 
kommenden Zeolithe.  Neuerdings  hat  man 
aber  auch  noch  eine  Reihe  anderer  Stoffe 
kennen  gelernt,  die  ein  analoges  Verhalten 
zeigen,  so  z.  B.  zahlreiche  Amphibole^) 
und  eine  Reihe  von  Salzen  der  seltenen 
Erden,  wie  die  Oxalate  des  Cers,  Lanthans, 
Zirkons  u.  a.  m.-) 

7.  Die  Bildungswärme  der  Hydrate, 
Bei  dem  Zusammentritt  von  Wasser  und 
Anhydrid  zu  Hydraten  findet  stets  eine 
Wärmeabgabe  statt.  Diese  Wärmeabgabe 
kann  unter  Umständen  recht  erheblich  sein. 
Hierbei  zeigt  es  sich,  daß  die  Addition 
der  Wassermoleküle  zu  den  verschiedenen 
Hydratstufen  mit  recht  verschiedenen  Wärme- 
tönungen erfolgen  kann.  Ganz  allgemein 
gilt  aber  die  Regel,  daß  die  erste  Hydrat- 
stufe mit  einer  besonders  hohen  Wärme- 
entwickehmg  gebildet  wird.  Als  Beispiel 
sei  hier  die  Wärmetönung  bei  der  Hydratation 
des  Zinksulfates  angeführt.  Dieses  Salz 
vermag  Hydrate  mit  1,  3,  4,  6  und  7  Mole- 
külen Wasser  zu  bilden.  Lassen  wir  ein 
Mol  d.  s.  also  162  g  anhydrisches  Zinksulfat 
sich  hydratisieren,  so  wird  das  erste  Mol 
Wasser,  d.  i.  also  die  ersten  18  g  mit  einer 
Wärmeentwickelung  von  8480  cal.  die  beiden 
nächsten  Mole  mit  einer  Wärmeentwicke- 
lung von  nur  2340  cal,  pro  Mol  Wasser 
addiert.  Das  vierte  Mol  wird  mit  1750  cal., 
das  fünfte  und  sechste  mit  je  2180,  das 
siebente  mit  3420  cal.  angelagert.  Ganz 
analoge  Verhältnisse  finden  sich  bei  den 
anderen  Hydraten,  von  denen  eine  Anzahl 
in  der  nachstehenden  Tabelle  angeführt  sein 
mögen.  Hierin  bedeuten  die  römischen 
Ziffern  die  der  Reihe  nach  addierten  Wasser- 
moleküle. 


SrCl, 


CaCL 


MgSO, 


CUSO4 


I     5260  I) 

n   3800  ii( 

Y\  V 

VI/  "33°  VI 


I     69S0         I    6460 
II     2250       U\ 

IV/  ^-^  IV    2180 


3250 


v\ 


3IÖO  yj^      ../^ 

VII     3700 


V     3410 


Noch  erheblich  höhere  Wärmetönungen 
ergeben  sich  vielfach  bei  der  Bildung  von 
chemischen  Hydraten.  So  werden  bei  der 
Hydratation  von  CaO  zu  Ca(0H)2  15000  cal, 
frei,  bei  der  Bildung  von  Metaphosphorsäure 
aus    P,0,    und    Wasser    sogar    34600   cal. 


1)  Allen  und  Clement,   Ztschr.  f.  anorg.  Ch. 
68,  317  (1910).                      ^  ^„     ,,„    ^^ 

2)  Lüwenstein,   Ztschr.    f.    anorg.  Ch.  hö,  b\) 

(1909). 


Hydrate 


335 


Auch  hier  erweist  sich  dasselbe  Gesetz  wie 
oben  als  gültig,  daß  nämlich  die  erste  Hydra- 
tationsstufe mit  der  größten  Wärmeentwicke- 
lung erreicht  wird.  l)er  Vorgang  SO3  +  H2O 
entwickelt  21300  cal.,  der  Vorgang  SO4H2 
-f  H2O  dagegen  nur  6700  cal. 

8.  Ueber  einige  denKristallhydraten  ähn- 
liche Komplexbildungen  ( ,,Solvate"j.  Wie 
einleitend  bemerkt,  sind  die  als  Kristallhydrate 
bezeichneten  Verbindungen  als  Komplex- 
moleküle aufzufassen  und  es  ist  daher  erklär- 
lich, daß  sie  mit  den  anderen  Komplexmole- 
külen im  Verhalten  Aehnlichkeit  besitzen. 
Eine  ganz  besondere  Analogie  weisen  aber 
eine  Reihe  von  Komplexverbindungen  auf, 
die  in  analoger  Weise  wie  die  Hydrate  ent- 
stehen, nämlich  durch  Iviüstallisation  aus 
entsprechenden  Lösungsmitteln.  So  ver- 
mögen zahlreiche  Salze  bei  der  Kristalli- 
sation aus  Alkohol  oder  Benzol  als  Lösungs- 
mittel mehrere  Molekiüe  dieser  Stoffe  zu 
addieren.  Man  spricht  dann  von  Ivristall- 
alkohol  und  Kristallbenzol.  So  bildet  KOH 
mit  2  Molekülen,  Lithimchlorid  mit  4, 
Calciumchlorid  mit  4,  Magnesiumchlorid  mit 
6  Molekülen  Kristallalkohol  additive  Ver- 
bindungen. Auch  Verbindungen  mit  Ivristall- 
benzol  und  anderen  Kohlenwasserstoffen  sind 
bekannt.  So  kristallisiert  z.  B.  die  Pikrin- 
säure mit  einer  ganzen  Anzahl  dieser  Kohlen- 
wasserstoffe aus  deren  Lösungen.  Ebenso  sind 
Additionsprodukte,  die  man  beim  Kiüstalli- 
sieren  aus  Wasserstoffsuperoxydhaitiger  Lö- 
sung erhält,  als  Ivi-istallwasserstoffsuperoxyde 
bezeichnet  worden  ^j.  So  bilden  z.  B.  die 
Sulfate  und  Karbonate  der  Alkalien  solche 
lü'istallwasserstoffsuperoxyd  -  Verbindungen. 
Den  Hydraten  durchaus  ähnliche  Additions- 
verbindungen sind  auch  die  Ammoniakate, 
die  vielfach  beiKristallisation  ausammoniaka- 
lischer  Lösung  gebildet  werden,  so  z.  B.  das 
schön  kristallisierendeKnallsilber  Ag20.2NH3 
und  die  Ammoniakate  des  Chlorsilbers: 
AgCl.SNHg  und  2AgCl  .  SNHg.  Ersteres 
unterhalb,  letzteres  oberhalb  15"  beständig. 

Nach  der  Wer n ersehen  Theorie  sind 
auch  diese  Verbindungen  ganz  ähnlich  wie 
die  Hydrate  aufzufassen;  auch  in  ihnen 
sind  die  Ammoniak-,  Alkohol-,  usw.  Mole- 
küle als  direkt  an  das  Metallatom  addiert 
anzusehen.  Das  Ammoniakat  des  Chlor- 
silbers wäre  demnach  nach  Werner  zu 
schreiben:  (Ag  3  NHgjCl. 

9.  Ueber  die  Existenz  von  Hydraten 
und  Solvaten  in  Lösung.  Die  Frage, 
ob  Hydrate  und  Solvate  in  der  Lösung 
als  solche  fortbestehen  können  oder  nicht, 
ist  namentlich  in    neuerer  Zeit  Gegenstand 


1)  Wiede,Ber.  d.  d.  ehem.  Ges.  31,  516 
(1898),  32,  378  (1899).  Tanatar,  Ztschr.  f. 
anorg.  Ch.  28,  255  (1901).  Will  stätter,  Ber. 
d.  d.  ehem.  Ges.  36  (1903),  1828  u.  zahlr.  andre. 


zahlreicher  eingehender  Untersuchungen 
j  und  Diskussionen  gewesen.  Eine  Möglich- 
keit, diese  Frage  auf  direktem  Wege  zu  ent- 
scheiden, bestehtnicht;  um  so  zahlreicher  sind 
aber  die  Möglichkeiten  auf  Umwegen  zu 
einer  Entscheidung  zu  gelangen,  und  diese 
!  verschiedenen  Wege  haben  sämtlich  zu  dem 
Resultat  geführt,  daß  diese  Frage  zu  be- 
jahen ist. 

Die  direkte  Beobachtung  lehrt  nur,  daß 
die  Lösungen  von  Hydrat  und  anhydri- 
schem  Salz  bei  gleicher  Konzentration  iden- 
tisch sind.  Dies  kann  nur  dadurch  erklärt 
werden,  daß  entweder  die  Hydrate  zerfallen, 
oder  das  anhydrische  Salz  sich  hydratisiert, 
oder  daß  beides  stattfindet,  d.  h.  daß  in  einer 
Lösung  ein  Gleichgewicht  zwischen  hydra- 
tisierten  und  nicht  hydratisierten  Mole- 
külen besteht.  Theoretisch  ist  dieses  letztere 
sogar  unbedingt  zu  erwarten;  es  müssen 
in  einer  Lösung  alle  die  Molekülarten 
bereits  enthalten  sein,  die  aus  dieser  Lösung 
sich  abscheiden  können.  Nur  über  die  relative 
Menge  in  der  diese  vertreten  sind,  sagt  die 
Theorie  nichts  aus.  Die  oben  erwähnten 
Untersuchungen  haben  zu  der  Ueberzeugung 
geführt,  daß  der  Anteil  an  hydratisierten 
Molekülen  in  der  Lösung  recht  erheblich  sein 
kann. 

Die  Prinzipien,  auf  denen  diese  Methoden 
beruhen,  können  hier  nur  kurz  erwähnt 
werden:  Die  von  van  t'Hoff  ermittelten 
Gesetze  des  osmotischen  Druckes  bedingen, 
daß  die  durch  einen  gelösten  Stoff  ver- 
ursachte Gefrierpunktserniedrigung  pro- 
portional ist  der  Anzahl  der  gelösten  Mole- 
küle, dividiert  durch  die  Anzahl  der  Mole- 
küle des  Lösungsmittels.  Durch  Hydratation 
wird  nun  dieser  letztere  Wert  verringert.  Bei 
den  kleinen  Konzentrationen,  bei  denen  für 
gewöhnlich  die  Gefrierpunktsmessungen  an- 
gestellt werden,  fällt  diese  Verringerung  nicht 
in  Betracht,  wohl  aber  bei  höheren  Konzen- 
trationen, und  so  muß  bei  zunehmender 
Konzentration  durch  die  Hydratation  eine 
zunehmende  Abweichung  von  dem  osmo- 
tischen Gesetz  bedingt  sein,  was  auch  tat- 
sächlich festgestellt  worden  ist.  Einen  anderen 
Anhalt  konnte  man  für  die  Existenz  der 
Hydrate  in  Lösung  aus  der  Löslichkeits- 
beeinflussung  gewinnen.  Theoretisch  darf 
Zusatz  eines  Stoffes  zu  der  Lösung  eines 
anderen  indifferenten  Stoffes  die  Löslichkeit 
des  letzteren  nicht  beeinflussen.  Dies  wird 
jedoch  anders,  sobald  der  Zusatz  durch 
Wasser  auf  nähme  sich  in  der  Lösung  hydrati- 
siert, denn  dadurch  entzieht  er  ja  einen  Teil 
des  verfügbaren  Lösungsmittels,  muß  also 
die  Löslichkeit  des  anderen  Stoffes  erniedrigen, 
wie  es  tatsächlich  festgestellt  worden  ist. 
Auch  hier  muß  naturgemäß  der  Einfluß  um 
so  höher  werden,  je  geringer  die  relative 
Menge    des    Lösungsmittels,    je    höher    also 


336 


Hydrate  —  Hydrolyse 


die  Konzentration  ist.  SchlielJlich  deutet  die 
Form  der  Selinielzkiuvoii  der  Hydrate  auf 
Hydratation  in  der  flüssigen  Phase.  Es 
müßte  nämlich,  wenn  eine  Hydratation  in 
der  Schmelze  nicht  stattfindet",  das  Tempe- 
raturmaximuni  eine  unstetige  Spitze  bilden. 
Andererseits,  falls  die  flüssige  Phase  voll- 
ständig hydratisiert  ist,  müßte  das  Tempe- 
raturmaxinium  ganz  flach  sein.  Meist  ist  es 
ein  ausgesprochenes  aber  kontinuierliches 
Maximum,  was  auf  partielle  Hydratation  in 
der  Lösung  deutet. 

Es  findet  nun  bekanntlich  in  vielen  Fällen 
bei  der  Auflösung  ein  Zerfall  des  Salzes  in 
seine  Ionen  statt.  Ein  Teil  der  beschriebenen 
Methoden  hat  zu  der  Ueberzeugung  geführt, 
daß  auch  die  so  entstehenden  Ionen  zum 
großen  Teil  hydratisiert  sind.  Dieses  Resultat 
konnte  auch  auf  andere  Weise  verschiedent- 
lich bestätigt  werden. 

Vor  allen  Dingen  war  es  die  Natur  der 
inneren  Reibung  von  Salzlösungen  und  die 
lonenbeweglichkeit,  die  einen  Schluß  in  dieser 
Richtung  rechtfertigte.  Aus  der  Leitfähig- 
keit der  Alkalisalze  ergibt  sich  beispiels- 
weise, daß  die  Beweglichkeit  des  Lithium- 
ions am  geringsten  ist  und  für  die  anderen 
Alkaliionen  mit  zunehmendem  Gewacht  zu- 
nimmt, während  das  entgegengesetzte  Ver- 
halten zu  erwarten  wäre,  wenn  sich  die  reinen 
Ionen  bewegten.  Dies  Verhalten  findet  aber 
eine  Erklärung  in  der  Annahme,  daß  das 
Lithiumion  an  die  größte  Wassermasse 
gekettet  sei.  Diese  Annahme  ist  nun  auf 
anderem  Wege  bestätigt  worden.  Es  ließ 
sich  nämlich  das  Verhältnis  der  an  je  einem 
Anion  bezw.  Kation  gebundenen  Wasser- 
mengen quantitativ  bestimmen.  Zu  diesem 
Zweck  elektrolysierte  man  die  verschiedenen 
Salze  unter  Zusatz  von  indifferenten  Stoffen 
wie  Resorzin,  Mannit  u.  a.  Wenn  nun  das 
Anion  Wasser  mit  sich  führt,  so  muß  die 
Konzentration  dieses  indifferenten  Stoffes 
an  der  Anode  abnehmen,  da  ja  mit  dem 
Anion  Wasser  zugeführt  würd,  und  an  der 
Katode  entsprechend  wachsen.  Führt  das 
Kation  Wasser  mit,  so  wird  das  entgegen- 
gesetzte der  Fall  sein.  Praktisch  sind  beide 
hydratisiert,  aber  in  verschieden  starkem 
Maße,  so  daß  dennoch  eine  Konzentrations- 
änderung erfolgt.  Mit  abnehmendem  Atom- 
gewicht ergab  sich  tatsächlich  die  erwartete 
Zunahme  der  Hydratation  in  der  Alkali- 
reihe, so  daß  das  Lithiumion  etwa  doppelt 
so  viel  Wasser  haben  dürfte  als  das  Natrium- 
ion, und  etwa  dreimal  so  viel  als  das  Kalium- 
ion. Die  absolute  an  ein  einzelnes  Ion 
gebundene  Wassermenge  konnte  bisher  nicht 
mit  Sicherheit  ermittelt  werden,  doch  deutet 
alles  darauf  hin,  daß  dieselbe  recht  erheblich 
sein  dürfte.  Schließlich  sei  noch  darauf  hin- 
gewiesen, daß  auch  die  oben  auseinander- 
gesetzte   Konstitutionstheorie    der    Hydrate 


von  Werner  eine  Hydratation  der  Ionen  zur 
Voraussetzung  hat. 

Literatur.  Z%t  i  und  2.  Vgl.  Dammer, 
Jlandb.  d.  anorg.  Ch.  1,  425.  —  Ostwald, 
Grundl.  d.  anorg.  Chemie.  2.  Aufl.,  I44.  — 
Werner,  Neuere  Anschmmngen  anj  dem.  Ge- 
biete der  anorg.  Ch.  Braunschweig  1905.  — 
Derselbe,  Ztschr.  f.  anorg.  Ch.  3,"  267  (1903). 
Zu  3    und  4.       van't    Hoff,     Vorlesungen. 

1,  S.  51  ff.  —  Findlay,  Die  Phasenlehre.  S.  SS  ff. 

—  Tammann,  Kristallisieren  und  Sclnne.lzen. 
S.  250ff'.  —  Marc,  Vorlesungen  über  die  ehem. 
Gleichgewichtslehre.     S.  llSff. 

Zu  5.  Brauns,  Chemische  ßfineralogie. 
394ff: 

Zu   6.     Rinne,     X.    Jahrb.   f.    Min.    1887, 

2,  S.  17,  1897,  I,  S.  41.  —  Tammann, 
Wied.  Ann.    1897,  63,  16.  —  Derselbe,   Ztschr. 

phys.  Ch.  1898,  27,  S^S.  —  Findlay,  Die 
Phasenlehre.  S.  110.  —  Bodländer,  JV.  Jahrb. 
f.  Hin.  Beit.     12,  52  (1899). 

Zu  7.  Jahn,  Grundsätze  der  Thermo- 
chemie. S.  4^ ff-  —  Thomsen,  Systemat.  Durch- 
führung thermochemischer  Untersuchungen.  S.  24ff. 

—  E,  JBaur,  Ahrens  Sammig.  Chem.  u. 
Chem.-Techn.  Vorträge.  8,  466.  —  WasJibiirn, 
Jahrb.  der  Radioaktivität  u.  Elektronik.  5,  493 
(1908)  und  6,  69  (1909). 

B.  Marc, 


Hydrolyse. 

1.  Begriff.    2.  Hydrolyse  der  Kohlehydrate: 

a)  Allgemeines,  b)  Inversionsgeschwindigkeit. 
3.  Hydrolyse  der  Ester:  a)  Allgemeines,  b)  Ver- 
seif ungsgeschwindigkeit.  4.  Hydrolyse  des 
Eiweißes.  5.  Hydrolyse  der  Salze :  a)  Allgemeines. 

b)  Grad  der  Hydrolyse. 

1.  Begriff.  Der  Begriff  Hydrolyse 
umfaßt  alle  diejenigen  chemischen  Umsetzun- 
gen, welche  mit  einer  Aufnahme  von  Wasser 
verbunden  sind.  Ihre  Zahl  ist  sehr  groß. 
Es  sollen  deshalb  im  folgenden  nur  die 
wichtigsten  abgehandelt  werden,  nämlich  die 
Hydrolyse  der  Kohlehydrate,  der  Ester, 
des  Eiweißes  und  der  Salze.  Vgl.  dazu  auch 
die  entsprechenden  Spezialartikel,  sowie 
die  Artikel  ,,C  he  mische  Kinetik", 
,, Ionen"  u.  a. 

2.  Hydrolyse  der  Kohlehydrate.  2a)  All- 
gemeines. Als  Kohlehydrate  faßt  man  eine 
Reihe  von  Stoffen  meist  pflanzlichen  Ur- 
sprungs zusammen,  in  denen  das  Verhältnis 
von  Wasserstoff  zu  Sauerstoff  dasselbe  ist 
wie  im  Wasser.  Die  meisten  in  der  Natur 
vorkommenden  Kohlehydrate  enthalten  im 
Molekül  6  Kohlenstoffatome  oder  ein  ganzes 
Vielfaches  davon.  Nach  ihrer  Molekular- 
größe teilt  man  sie  ein  in  Mono-,  Di-,  Tri- 
uud  Polysaccharide.  Die  Monosaccharide 
mit  6  Kohlenstoffatomen  haben  die  allgemeine 
Formel      CgHiaOg.          Durch      Vereinigung 


Hydi'olyse 


337 


zweier  Moleküle  Monosaccharid  unter  Au&- ' 
tritt  von  einem  Molekül  Wasser  entstehen 
die  Disaccharide,  C12H22O11.  Die  Trisaccha- 
ride  sind  aus  drei  Molekülen  Monosaccharid 
minus  zwei  Wasser  aufgebaut,  haben  also 
die  Formel  CigHgaOig.  Bei  den  Polysaccha- 
riden ist  die  Zahl  der  zu  einem  Molekül 
vereinigten  Monosaccharidmoleküle  noch  un- 
bekannt, jedenfalls  aber  ungeheuer  groß. 
Zu  den  Disacchariden  gehören  Rohrzucker 
und  Milchzucker,  zu  den  Polysacchariden 
Stärke  und  Zellulose. 

Alle  Polysaccharide  (die  Di-  und  Tri- 
saccharide  mit  eingeschlossen)  gehen  beim 
Behandeln  mit  verdünnten  Säuren  in  der 
Wärme  unter  Wasseraufnahme  in  Mono- 
saccharide über,  erleiden  also  eine  hydro- 
lytische Spaltung.  Dieselbe  Spaltung  be- 
wirken auch  gewisse  ungeformte  Fermente 
oder  Enzyme  —  das  sind  eiweißähnliche 
Verbindungen  —  schon  in  der  Kälte.  Da 
fast  nur  die  Monosaccharide  der  alkoho- 
lischen Gärung  fähig  sind,  die  Stärke  und 
der  von  allen  Zuckern  wichtigste  Rohr- 
zucker dagegen  nicht,  ist  es  auch  technisch 
von  größter  "Wichtigkeit,  daß  sich  die  höher 
molekularen  nicht  gärungsfähigen  Kohle- 
hydrate durch  Hydrolyse  in  Zuckerarten 
umwandeln  lassen,  die  unmittelbar  vergoren 
werden  können.  Um  diese  Umwandlung  zu 
bewirken,  bedient  sich  die  Technik  der  En- 
zyme. Die  wichtigsten  sind  das  Invertin  und 
die  Diastase.  Das  Invertin,  das  im  Hefe- 
pilz entsteht,  vermag  den  Rohrzucker 
hydrolytisch  zu  spalten.  Durch  die  Diastase, 
die  sich  beim  Keimen  der  Gerste  bildet, 
wird  die  Stärke  bei  Temperaturen  von  50 
bis  60°  hydrolysiert. 

Als    Produkt    der    Hydrolyse   tritt   mit- 1 
unter  nur  ein  einziges  Monosaccharid  auf, ' 
z.  B.  bildet  sich  aus  Malzzucker  ausschließ- 
lich Traubenzucker: 

C12H2.O11+H2O  ^  2C6H1A 
Malzzucker  Traubenzucker. 

Gewöhnlich  entstehen  aber  zwei  isomere 
Monosaccharide  in  äquivalenten  Mengen 
nebeneinander,  z.  B.  aus  Rohrzucker  neben 
Traubenzucker  Fruchtzucker, 

C12H22O11  +  HoO  ->  CgHioOg 
Rohrzucker  Traubenzucker 

+  C6H12O6 
Fruchtzucker, 

und   aus  Milchzucker  neben   Traubenzucker 
Galaktose. 

Bisweilen  erfolgt  zunächst  auch  nur 
partielle  Hydrolyse.  So  entsteht  aus  der 
Stärke  das  Disaccharid  Malzzucker  neben 
dem  Polysaccharid  Dextrin.  Das  Endprodukt 
der  Hydrolyse  ist  bei  beiden  Trauben- 
zucker. 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


2b)  Inversionsgeschwindigkeit.  Der 
Verlauf  der  hydrolytischen  Spaltung  von 
Kohlehydraten  ist  zuerst  und  am  eingehend- 
sten beim  Rohrzucker  studiert  worden. 
Der  Rohrzucker  ist  dafür  auch  ganz  besonders 
geeignet,  weil  sich  bei  ihm  das  Fortschreiten 
der  Reaktion  ohne  jeden  Eingriff  in  das 
System  außerordentlich  bequem  messend 
verfolgen  läßt.  Während  nämlich  der  Rohr- 
zucker selbst  die  Ebene  des  polarisierten 
Lichtes  nach  rechts  dreht,  ist  das  bei  der 
hydrolytischen  Spaltung  daraus  entstehende 
Gemisch  äquivalenter  Mengen  von  Trauben- 
zucker und  Fruchtzucker  linksdrehend,  weil 
Fruchtzucker  stärker  nach  links  dreht  als 
Traubenzucker  nach  rechts.  Bei  der  Hydro- 
lyse des  Rohrzuckers  schlägt  also  die 
Drehungsrichtung  von  rechts  nach  links 
um,  und  man  bezeichnet  deshalb  den  ganzen 
Vorgang  auch  als  Inversion  und  das  durch 
die  Spaltung  entstehende  Monosaccharid- 
gemisch  als  Invertzucker.  Beobachtet  man 
mit  Hilfe  eines  Polarisationsapparats,  wie 
sich  bei  einer  gegebenen  Rohrzuckerlösung 
die  Drehung  mit  der  Zeit  ändert,  so  erhält 
man  dadurch  zugleich  Aufschluß  über  die 
Geschwindigkeit,  mit  welcher  die  Hydro- 
lyse fortschreitet.  Derartige  Messungen 
sind  bereits  im  Jahre  1850  von  Wilhelmy 
angestellt  worden.  Er  erwartete,  daß  die 
Geschwindigkeit  der  Reaktion  (v)  in  jedem 
Augenblick  der  dann  gerade  in  cler  Lösung 
vorhandenen  Rohrzuckerkonzentration  (c) 
proportional  sein  würde,  wie  es  die  folgende 
Gleichung,  in  welcher  k  eine  Konstante 
bedeutet,   zum  Ausdruck  bringt:   v  =  c  .  k. 

Wilhelmy  fand  seine  Erwartungen  be- 
stätigt und  zwar  lange  bevor  Guldberg  und 
Waage  das  Gesetz  der  chemischen  Massen- 
wirkung ableiteten.  Nach  diesem  sollte 
die  Reaktionsgeschwindigkeit  (v)  eigentlich 
nicht  nur  durch  die  Konzentration  des  Rohr- 
zuckers (Cj),  sondern  auch  durch  diejenige 
des  Wassers  (C2)  bedingt  sein,  v  =  c^ .  Cj .  k, 
die  Umsetzung  also  nicht  mono-,  sondern 
bimolekular  verlaufen.  Sie  ist  trotzdem 
monomolekular,  weil  das  Wasser,  das  gleich- 
zeitig als  Lösungsmittel  dient,  in  so  großem 
Ueberschuß  vorhanden  ist,  daß  die  sehr 
kleine,  bei  der  Reaktion  wirklich  verbrauchte 
Wassermenge  praktisch  an  der  Konzentra- 
tion des  Wassers  nichts  ändert,  so  daß  Cg 
mit  in  die  Konstante  k  hineingezogen  werden 
kann.  Dann  gilt  aber  die  Gleichung  v  =  c,  K. 
Für  die  Geschwindigkeit  ist  also  die  Rohr- 
zuckerkonzentration allein  maßgebend.  W^ie 
gut  die  Gleichung  erfüllt  ist,  zeigt  die  aus- 
gezeichnete Uebereinstimmung  der  K-Werte 
in    folgender    Tabelle    (nach    Arrhenius): 

Tabelle  siehe  nächste  Seite  oben. 

Die  Inversionsgeschwindigkeit  des  Rohr- 
zuckers   ist    unter    sonst    gleichen    äußeren 

22 


338 


Hydrolyse 


Dauer  der 
Eeaktion 
in  Minuten 
o 

45 

90 
150 
210 
270 


Vorhandene 
Zuckermenge 

65,45 
56,95 
49,45 
40,70 

33,70 
20,95 


Wasser  ein  Salz  entsteht,  so  aus  Säure  und 
Alkohol  ein  Ester,  z.  B.: 


0,00134 
0,00135 
0,00132 
0,00137 
0,00142 


Bedingungen  in  h(»heni  Maße  von  der  Tempe- 
ratur und  von  der  Anwesenheit  <>;ewisser 
an  derer  Stoffe  abhänjj;ig.  Rohrzucker  wird  zwar 
auch  in  reiner  wässeriger  Lösung,  besonders 
bei  Temperaturen  über  100",  liydrolysiert, 
mit  meßbarer  Geschwindigkeit  aber  nur 
bei  Gegenwart  von  Säuren  oder  Enzymen, 
die  wieder  ihrer  Menge  nach,  noch  sonst 
irgendwie  verändert  werden.  Derartige 
AVirkungen  bezeichnet  man  als  katalytische, 
die  Erscheinung  selbst  als  Katalyse.  Die 
Geschwindigkeit  der  Zuckerinversion  ist 
bei  verdünnten  Lösungen  unter  sonst  gleichen 
Bedingungen  der  Konzentration  des  Kataly- 
sators proportional,  mit  der  Natur  desselben 
variiert  sie  aber  außerordentlich.  Mineral- 
säuren wirken  bei  gleicher  Konzentration 
etwa  gleich  stark,  die  Fettsäuren  dagegen 
viel  schwächer  und  trotz  gleicher  Konzen- 
tration sehr  verschieden.  Diese  Tatsachen 
finden  ihre  einfache  Erklärung  dadurch, 
daß  nicht  die  Säuren  als  solche  das  kata- 
lytisch  wirksame  sind,  sondern  die  allen 
Säuren  gemeinsamen  Wasserstoffionen.  Ver- 
suche haben  denn  auch  ergeben,  daß  die 
Inversionsgeschwindigkeit  des  Rohrzuckers 
tatsächlich  der  Konzentration  der  anwesen- 
den Wasserstoffionen  proportional  ist,  wie 
folgende  Tabelle  (nach  Arrhenius)  zeigt.  Sie 
gilt  für  25"  und  eine  Konzentration  der  Säure 
von  0,1  normal  und  enthält  die  beobachteten 
und  die  aus  der  Konzentration  der  Wasser- 
stoffionen berechneten  Inversionsgeschwindig 
keiten. 


Säure 


Inversionsgeschwindigkeit 
beob.  berechn. 


HCl 
HBr 

Ameisensäure 

3,34 
3,41 
0,135 

3,41 
3,50 
0,134 

Essigsäure 

Propionsäure 

Bnttersäure 

0,0430 
0,0341 
0,0362 

0,0409 
0,0325 
0,0355 

Umgekehrt  kann  man  natürlich  auch 
aus  der  Geschwindigkeit,  mit  welcher  eine 
Säure  Rohrzucker  invertiert,  auf  ihre  Stärke, 
also  auf  ihren  Dissoziationsgrad,  schließen. 
Die  Anwesenheit  von  Neutralsalzen  gibt 
allerdings     zu     einigen     Störungen    Anlaß, 

3.  Hydrolyse  der  Ester.  3a)  All- 
gemeines. Die  Ester  lassen  sich  mit  den 
Salzen  in  Parallele  stellen,  wenn  man  die 
Basen  mit  den  Alkoholen  vergleicht.  Ebenso 
wie  aus  Säure  und  Base  unter  Austritt  von 


CH3 .  COO  H  +  HOiNa  =  CH3 .  COONa-f  H2O 


CHs.COOH-f  HOC2H5 
=  CH3COOC2H5  +  H2O. 

Man  kann  demnach  die  Ester  in  zweierlei 
Weise  auffassen,  entweder  als  Derivate  der 
Säuren,  deren  durch  Metalle  ersetzbarer 
Wasserstoff  durch  Kohlenw^asserstoffreste 
vertreten  ist,  oder  als  Derivate  der  Alkohole, 
in  denen  der  Alkoholwasserstoff  durch  Säure- 
reste ersetzt  ist.  Es  gibt  Ester  von  Mineral- 
säuren und  von  organischen  Säuren.  13 ie 
letzteren  sind  die  wichtigsten.  Zu  ihnen 
gehören  auch  die  natürlichen  Fette,  fetten 
Oele,  Wachs  und  Walrat.  Während  die 
letzten  beiden  Ester  aus  Fettsäuren  und  ver- 
schiedenen hochmolekularen,  meist  ein- 
wertigen Alkoholen  sind,  leiten  sich  die 
natürlichen  Fette  und  fetten  Oele  ganz 
allgemein  von  einem  und  demselben  drei- 
wertigen Alkohol,  dem  Glyzerin,  ab,  und 
zwar  sind  seine  sämtlichen  drei  Alkohol- 
wasserstoff atome  durch  die  Reste  hoch- 
molekularer Fettsäuren  ersetzt: 


CH2 .  0  .  (CO  .  R) 
CH  .  0  .  (CO  .  R) 

CH2 .  0  .  (CO  .  R) 

Fett 


CH2 .  OH 
CH  .OH 

CH2.OH 

Glycerin. 


Am  Aufbau  sind  hauptsächlich  die  beiden 
gesättigten  Fettsäuren  Stearin-  (C18H36O2) 
und  Palmitinsäure  (C18H32O2),  sowie  die 
ungesättigte  Oelsäure  (C18H34O2)  beteiligt. 
Der  Oelsäureester,  meist  Triolein  genannt, 
ist  bei  gewöhnlicher  Temperatur  flüssig, 
der  Stearin-  und  der  Palmitinester  (Tri- 
stearin  bezw.  Tripalmitin)  sind  dagegen  fest. 
Alle  natürlichen  Fette  sind  Gemische  aller 
drei  Ester.  Je  nachdem,  ob  der  Oelsäure- 
ester vorwiegt  oder  nicht,  sind  sie  flüssig 
oder  fest.  Zum  Teil  enthalten  sie  auch 
gemischte  Ester,  wie  Oleodistearin 

/O.CO.Ci,H35 

C3H5^0.C0.C,Ä5 

\0.C0.Ci,H33 

Allen  Estern  gemeinsam  ist  die  Eigen- 
schaft, durch  Hydrolyse  zu  zerfallen  in  Säure 
und  Alkohol,  woraus  sie  unter  Abspaltung 
von  Wasser  erhalten  werden  können,  z.B.: 

CHj.COOCH^  +  H2O  -  CH3COOH  + 
HO.C2H5. 

Die  Hydrolyse  erfolgt  bei  den  Estern  mit 
niedrigem"  Molekulargewicht  teilweise,  wenn 
auch  langsam,  schon  durch  die  Einwirkung 
des  Wassers  allein.  Sie  wird  wesentlich 
beschleunigt  durch  den  Zusatz  kleiner  Mengen 


Hydrolyse 


339 


starker  Säuren  und  noch  mehr  durch  Basen. 
Die  Hydrolyse  der  Fette  wird  ferner  auch 
noch  diirch  die  Lipase  bewirkt,  unter  welchem 
Kamen  man  bestimmte,  im  Tier- und  Pflanzen- 
reich weit  verbreitete  Fermente  zusammen- 
faßt. 

Die  hydrolytische  Spaltung  der  hette 
in  Fettsäuren  und  Glycerin  wird  technisch 
in  größtem  Maßstabe  ausgeführt.  Bei  dem 
seit  alters  her  angewandten  Verfahren  er- 
hitzt man  die  Fette  mit  wässeriger  Natron- 
oder Kalilauge  und  erhält  neben  freiem 
Glycerin  die  Alkalisalze  der  Fettsäuren, 
z.  B.: 

C3H,(O.CO.Cl5H3^)3+  3NaOH  = 
Tripalmitin 
3Ci5H3iCOONa+C3H5(OH)3 
Palmitins .  Natrium    Glycerin. 

Diese  Alkalisalze  stellen  die  gewöhnlichen 
Seifen  dar,  und  deshalb  bezeichnet  man  den 
Vorgang  der  hydrolytischen  Spaltung  nicht 
nur  der  Fette,  "sondern  allgemein  der  Ester, 
als  Verseifung.  Vielfach  wird  der  Aus- 
druck „Verseifung"  auch  auf  alle  möglichen 
anderen  hydrolytischen  Prozesse  angewendet. 
Die  Verseifung  der  Fette  durch  wässerige 
Alkalien  verläuft  verhältnismäßig  langsam 
und  nicht  ganz  quantitativ.  Der  Grund  dafür 
liegt  in  der  Unlöslichkeit  der  Fette  in  Wasser. 
Benutzt  man  ein  Medium,  am  besten  Alko- 
hol, in  welchem  sich  sowohl  das  zu  ver- 
seifende Fett,  als  a\ich  das  Verseifungsmittel 
(Alkalihvdroxyd)  löst,  so  geht  die  Hydro- 
lyse viel  glatter  vonstatten.  Deshalb  führt 
man  die  Verseif ung  von  Fetten  im  Labora- 
torium seit  langem  in  alkoholischer  Lösung 
aus,  besonders  auch,  wenn  es  sich  um  die 
Analyse  der  Fette  handelt.  Man  kocht 
dann  eine  gewogene  Menge  Fett  in  alko- 
holischer Lösung'  mit  überschüssiger  Alkali- 
lauge bekannten  Gehalts  bis  die  Verseifung 
vollständig  ist  und  titriert  den  Ueberschuß 
des  Alkalis  zurück  (Verseifungszahl). 

Ebenso  wie  durch  Alkalien  kann  man  die 
Verseif  ung  der  Fette  auch  durch  Bleioxyd 
bewirken.  Man  erhält  dann  natürlich  statt 
der  Alkalisalze  die  Bleisalze  der  Fettsäuren, 
die  in  Wasser  unlöslich  sind  und  als  Blei- 
pflaster in  der  Pharmazie  Verwendung 
finden. 

Da  die  Technik  beide  hydrolytischen 
Spaltprodukte  der  Fette,  Fettsäuren  und 
Glycerin,  in  möglichster  Reinheit  braucht, 
hat  man  versucht,  das  alte  unvollkommene 
Verfahren  der  Verseifung  mittels  wässeriger 
Alkalien  zu  verbessern.  Am  vorteilhaftesten 
wäre  es  offenbar,  wenn  die  Hydrolyse  sich 
mit  Wasser  allein  durchführen  ließe,  denn 
dann  würde  man  sowohl  das  Glycerin  als 
auch  die  Fettsäuren  gleich  ganz  rein  er- 
halten. 


C3H3(O.CO.a,H35)3+3H20  = 
Tristearin 

3Ci,H35.COOH+C3H5(OH)3 
Stearinsäure  Glycerin. 

Das  gelingt  zwar,  wenn  man  in  Druck- 
kesseln Wasserdampf  von  200",  was  einem 
Druck  von  15  Atmosphären  entspricht,  ein- 
wirken läßt,  beide  Spaltungsprodukte  er- 
leiden aber  bei  der  hohen  Temperatur  schon 
geringe  Zersetzung,  so  daß  das  Verfahren  in 
dieser  Form  technisch  nicht  brauchbar  ist. 
Es  hat  sich  aber  gezeigt,  daß  man  mit  einer 
Temperatur  von  170  bis  180"  und  8  bis  10  At- 
mosphären Druck  auskommt,  wenn  man  dem 
Wasser  eine  kleine  Menge  einer  Base,  wie 
Kalk,  Magnesia  oder  Zinkoxyd  zusetzt.  Das 
eigentlich  verseifende  Agens  ist  auch  hier 
das  Wasser,  die  Base  wirkt  mehr  kataly tisch, 
denn  ein  kleiner  Bruchteil  der  theoretisch 
erforderlichen  Menge  ist  ausreichend. 

Die  Verseif  ung  der  Fette  kann  auch  durch 
konzentrierte  Schwefelsäure  bei  Tempe- 
raturen von  etwa  110°  bewirkt  werden.  Die 
Schwefelsäureester     des     Glycerins,     z.     B. 


CH 


.(0H).3 

o.sOo.oh' 


die  zunächst  entstehen,  werden  durch  Wasser 
wieder  in  Glycerin  und  Schw^efelsäure  zer- 
legt, so  daß  die  Wirkung  der  Schwefelsäure 
hier  auch  eine  mehr  katalytische  ist. 

Seit  etwa  einem  Jahrzehnt  hat  man  auch 
die  fettspaltenden  Enzyme,  die  Lipasen,  zur 
technischen  Verseifung  der  Fette  nutzbar 
gemacht.  Derartige  Enzyme  sind  in  Pflanzen- 
samen, besonders"  reichlich  in  dem  Rizinus- 
samen  enthalten,  der  auch,  zumal  in  ent- 
öltem Zustande,  sehr  billig  zu  beschaffen 
ist.  Man  kann  entweder  den  Rizinussamen 
direkt  verwenden,  oder,  was  heute  meist 
geschieht,  erst  seinen  Fermentgehalt  durch 
geeignete  Behandlung  anreichern.  Die  Hydro- 
lyse' der  Fette  durch  diese  Enzyme  geht  bei 
Temperaturen  zwischen  10  und  40"  vor  sich, 
besonders  lebhaft,  wenn  eine  geringe  Menge 
Säure  vorhanden  ist. 

Eine   Verseifung   der  Fette  zu    Glycerin 

und  Fettsäuren  tritt  auch  bei  der  Verdauung 

im  Darm  ein. 

3b)  Ver seif ungsgesch windigkeit.  Die 

Geschwindigkeit  der  Verseifung  eines  Esters 

zu  Säure  und  Alkohol  ist  schon  frühzeitig 

untersucht    worden,    und    zwar    besonders 

an  dem  Beispiel  der  Verseif  ung  von  Aethyl- 

acetat  durch  Natronlauge: 


CH3.COOC.2H5 
Aethylacetat 

CH3C00Na 
Natriumacetat 


+ 


NaOH     = 
Natriumhydroxyd 

C2H5OH 
Alkohol 


340 


Hydi'olyse 


Da  die  Base  verbrauclit  wird,  läßt  sich 
das  Fortschreiten  der  Realvtioii  auf  titriiiietri- 
schein  Wejije  bequem  verloli^^eii. 

Nach  dem  Massenwiricunssgesetz  sollte 
die  Reaktionsgesch\vindiü:keit  in  jedem 
Augenblick  dem  Produkte  der  dann  gerade 
bestehenden  Konzentrationen  der  beiden 
reagierenden  Stofl'e  proportional  sein.  Nennen 
wir  die  Reaktionsgeschwindigkeit  v,  die 
Konzentration  des  Esters  Cj,  diejenige  des 
Natriumhydroxyds  Co  und  k  eine  Konstante, 
so  müßte  also  die  (xleichung  v  =  c,  .  Cj .  k 
gelten.  Ihre  Richtigkeit  ist  durch  den  Ver- 
such bestätigt  worden,  wenigstens  soweit 
starke  Basen  in  Betracht  kommen.  Die 
folgende  kleine  Tabelle  (nach  Nernst), 
die  für  die  Verseifung  von  Aethylacetat 
mittels  Natriumhydroxyd  bei  10"  gilt,  zeigt 
die  ausgezeichnete  Uebereinstimmung  der 
k-Werte. 


Verbrauchte 

Zeit  in 

Anzahl  ccm 

k 

Mimiton 

einer  U,0429 

n-Säurelösung 

o 

61,95 

— ■ 

4,89 

50,51 

2,36 

10,37 

42,40 

2,38 

28,18 

29,35 

2,33 

00 

14,92 

— 

Weitere  Versuche  haben  gelehrt,  daß 
alle  starken  Basen  bei  gleicher  Konzentration 
die  Reaktionsgeschwindigkeit  in  gleicher 
"Weise     beeinflussen.  Bei     Anwesenheit 

schwacher  Basen,  wie  z.  B.  von  Ammoniak, 
ist  die  Reaktionsgeschwindigkeit  nicht  nur 
viel  kleiner,  sondern  es  hat  für  sie  auch  die 
obige  Geschwindigkeitsgleichung  keine  Gültig- 
keit. 

Diese  auf  den  ersten  Blick  unerklär- 
lichen Verhältnisse  werden  bei  Berücksichti- 
gung der  elektrolytischen  Dissoziations- 
theorie sofort  verständlich.  Das  was  bei  der 
Reaktion  tatsächlich  verbraucht  wird,  sind 
nämlich  nicht  die  NaOH-Moleküle,  sondern 
die  ÜH'-lonen,  wie  durch  die  Betrachtung 
der  folgenden  Gleichung  ohne  weiteres  klar 
wird. 

CH3.COOC2H5  +  Na-  +  OH'  = 
CH3.C00'+  Na-  +  C2H5OH. 

Die  Verseifungsgeschwindigkeit  muß  also 
ausschließlich  durch  die  Konzentration  der 
OH'-Ionen  bestimmt  sein.  Gleich  stark 
dissoziierte  Basen  müssen  hiernach  gleich 
wirksam  sein,  was  auch  der  Fall  ist,  und  die 
Wirkung  muß  um  so  schwächer  sein,  je 
weniger  die  Base  dissoziiert  ist.  So  erklärt 
sich  die  geringe  Wirksandveit  des  Ammoniaks 
und  anderer  schwacher  Basen.  Daß  die 
Geschwindigkcitsgleichung,  die  sich  für 
starke  Basen  so  gut  bewährt,  für  schwache 
Basen  ohne  weiteres  nicht  gültig  ist,  wird 


jetzt  auch  verständlich.  Im  Verlaufe  der 
Reaktion  entstehen  nämlich  Salze  der  Base, 
welche  die  Dissoziation  der  letzteren  sehr  stark 
zurückdrängen.  Die  Folge  davon  ist,  daß  die 
Konzentration  der  Hydroxylionen,  und  folg- 
lich auch  die  Verseifungsgeschwindigkeit, 
viel  schneller  abnimmt,  als  die  Konzentration 
der  Base  selbst.  Setzt  man  in  dieGeschwindig- 
keitsgleichung  die  Konzentration  der  OH'- 
Ionen  ein,  so  gilt  sie  auch  hier. 

Für  die  Verseifungsgeschwindigkeit  eines 
Esters  ist  also  die  Konzentration  der  OH'- 
Ionen  maßgebend,  ebenso  wir  für  die  Zucker- 
inversion diejenige  der  H'-Ionen.  Man  kann 
deshalb  durch  Messung  der  Verseifungs- 
geschwindigkeit eines  Esters  den  Gehalt  einer 
gegebenen  Lösung  an  OH'-Ionen  ermitteln, 
ähnlich  wie  aus  der  Inversionsgeschwindig- 
keit auf  den  Gehalt  einer  Lösung  an  H'-Ionen 
geschlossen  werden  kann.  Wir  werden  noch 
Anwendungen  dieser  Methoden  kennen 
lernen. 

Ester  werden  ebenso  Avie  durch  Hydroxyl- 
ionen auch  durch  Wasserstoffionen  verseift. 
Die  Wirkung  der  Hydroxylionen  ist  aber 
stets  viel  größer  als  diejenige  der  Wasser- 
stoffionen; beim  Methjiacetat  z.  B.  über- 
trifft sie  letztere  unter  sonst  gleichen  Be- 
dingungen um  das  1350fache.  Es  besteht 
auch  sonst  noch  ein  wesentlicher  Unter- 
schied zwischen  diesen  beiden  Methoden  der 
Verseifung.  Während  nämlich  die  Hydroxyl- 
ionen selbst  mit  an  der  Reaktion  beteiligt 
sind,  also  verbraucht  werden,  wirken  die 
Wasserstoffionen  nur  durch  ihre  Gegenwart, 
also  rein  katalytisch,  wie  z.  B.  aus  der  folgen- 
den Gleichung  hervorgeht. 

CH3.COOCH3+  H2O+  H- 

Methylacetat 
=  CH3COOH  +  CH3OH  +  H- 
Essigsäure      Methylalkohol 

Der  Gleichung  nach  sollte  man  erwarten, 
daß  die  Reaktion,  ebenso  wie  die  Verseifung 
durch  Natronlauge,  bimolekular  ist.  In  Wirk- 
lichkeit ist  sie  aber  monomolekular,  weil  die 
Konzentration  des  in  großem  Ueberschuß 
vorhandenen  Wassers,  ebenso  wie  bei  der 
Rohrzuckerinversion,  praktisch  konstant 
bleibt.  Die  Geschwindigkeit  (v)  ist  also  aus- 
schließlich von  der  Konzentration  des  Methyl- 
azetats (c)  abhängig. 

v  =  k  .  c. 

Die  Konstante  hat  bei  gleicher  Tempe- 
ratur verschiedene  Werte,  je  nach  dem  Ge- 
halt der  Lösung  an  Wasserstoffionen  und 
kann,  ebenso  wie  die  Inversionskonstante,  als 
Maß  dafür  dienen.  Für  diesen  Zweck  hat 
man  hauptsächlich  die  ,,Methylacetatkata- 
lyse"  benutzt.  Der  Fortgang  der  Reaktion 
kann  auch  hier  titrimetrisch  leicht  verfolgt 


Hydrolyse 


341 


werden.  Man  könnte  glauben,  daß  der  Ver- 
lauf der  Reaktion  durch  die  bei  ihr  ent- 
stehende Essigsäure  kompliziert  wird.  Das 
ist  jedoch  nicht  der  Fall,  vorausgesetzt,  daß 
die  Konzentration  der  zu  untersuchenden 
Lösung  an  Wasserstoffionen  von  vornherein 
nicht  zu  gering  ist.  Dann  wird  nändich 
durch  den  Ueberschuß  an  Wasserstoffionen 
die  Dissoziation  der  Essigsäure  praktisch 
vollständig  zurückgedrängt. 

Wenn  man  die  Verseifung  eines  Esters 
durch  reines  Wasser  bewirkt,  so  macht  sich 
allerdings  das  allmähliche  Auftreten  von 
Essigsäure  und  das  damit  verbundene  An- 
wachsen der  Wasserstoffionenkonzentration 
geltend  und  zwar  in  sehr  interessanter  Weise. 
Zuerst  bewirken  die  Hydroxylionen  des 
Wassers  die  Verseifung.  Ihre  Konzentration 
wird  aber  allmählich  verringert  durch  die 
bei  dem  Prozeß  entstehende  Essigsäure  und 
die  Folge  davon  ist,  daß  die  Geschwindig- 
keit der  Reaktion  kleiner  wird.  Nun  wird 
aber,  wie  wir  gesehen  haben,  die  Verseifung 
auch  durch  Wasserstoffionen  beschleunigt, 
wenn  auch  weniger  als  durch  Hydroxyl- 
ionen. Wenn  sich  genügend  AVasserstoff- 
ionen  gebildet  haben,  steigt  infolgedessen 
die  Reaktionsgeschwindigkeit  wieder  an, 
nachdem  sie  vorher  auf  ein  Minimum  ge- 
sunken war. 

Die  Crleichungen,  welche  wir  im  vorauf- 
gehenden für  die  Verseifungsgeschwindig- 
keit  gültig  gefunden  haben,  sind  es  nur  dann, 
wenn  die  Verseifung  praktisch  vollständig 
zu  Ende  geht.  Das  ist  aber  gewöhnlich 
nicht  der  Fall,  vielmehr  macht  die  Reaktion 
Halt  lange  bevor  die  ganze  vorhandene 
Menge  Ester  zu  Säure  und  Alkohol  verseift 
ist.  Bringt  man  z.  B.  äquimolekulare  Mengen 
Aethylacetat  und  Wasser  zusammen,  so 
kommt  die  Reaktion  schon  zum  Stillstand, 
wenn  ungefähr  Vs  der  angewandten  Menge 
Ester  hydrolysiert  ist.  Die  Ursache  liegt 
darin,  daß  die  Verseif ungsprodukte,  Essig- 
säure und  Alkohol,  das  Bestreben  haben, 
Ester  und  Wasser  wieder  zurückzubilden. 
Die  Reaktion  führt  demnach  zu  einem  Gleich- 
gewichtszustand, den  man  auch  erreicht, 
wenn  man  statt  von  Ester  und  Wasser, 
von  Säure  und  Alkohol  ausgeht.  Die  Ester- 
verseifung  ist  also  eine  umkehrbare  Reaktion: 

Ester  +  Wasser  ^  Säure  +  Alkohol. 

Die  Geschwindigkeit  der  Reaktion  von 
links  nach  rechts  ist  gegeben  durch  die 
Gleichung 

I.  Vi  =  [Ester] .  [Wasser] .  k^, 

worin  v^  die  jeweilige  Geschwindigkeit, 
kl  die  Geschwindigkeitskonstante  und  die 
Zeichen  [Ester]  und  [Wasser]  die  Konzentra- 
tionen der  betreffenden  Stoffe  bedeuten. 
Für   die    Geschwindigkeit   der    Reaktion   in 


umgekehrter  Richtung,  also  der  Esterbildung, 
gilt  die  ganz  analoge  Gleichung 

II.  V2  =  [Säure] .  [Alkohol] .  k^. 

Die  wirklich  gemessene  Verseif  ungs- 
geschwindigkeit  entspricht  der  Gleichung  I 
nur  im  ersten  Augenblick.  Sobald  sich  aber 
Säure  und  Alkohol  in  etwas  .größerer  Menge 
gebildet  haben,  macht  sich  deren  Tendenz, 
sich  wieder  in  Ester  und  Wasser  umzusetzen, 
bemerkbar  und  die  Ester bil düng  arbeitet 
der  Ester ver seif ung  entgegen.  Die  Ge- 
schwindigkeit Vi  wird  also  um dieGeschwindig- 
keit  V2  vermindert  und  die  Gesamtgeschwindig- 
keit V  ergibt  sich  zu: 

V  =  V,  —  V2  = 
[Ester] .  [Wasser] .  k^— [Säure] .  [Alkohol],  kg. 

Die  Reaktion  kommt  zur  Ruhe,  wenn 
Vi  gleich  V2  geworden  ist.  Dann  gilt  demnach 
die  Gleichuno; 


Säure].  [Alkoliol].k2 


[Ester].  [Wasser],  kl 
oder 

[Ester]. [Wasser]  _  kg 
[Säure]. [Alkohol ""  k^  ^  ■^^• 

Diese  Gleichung  stellt  die  Anwendung  des 
Massenwirkungsgesetzes  auf  den  Zustand  des 
Gleichgewichtes  dar.  Sie  besagt,  daß  gegebene 
Mengen  Ester,  Säure,  Alkohol  und  Wasser 
nur  dann  dauernd  nebeneinander  existieren 
können,  wenn  das  Verhältnis  ihrer  Konzen- 
trationen der  Gleichung  entspricht,  und 
sie  setzt  uns  in  den  Stand,  wenn  die  Gleich- 
gewichtskonstante K  bekannt  ist,  voraus- 
zusagen, wieweit  die  Verseif  ung  eines  Esters 
oder  seine  Bildung  unter  gegebenen  Bedin- 
gungen  günstigstenfalls   fortschreiten   kann. 

4.  Hydrolyse  des  Eiweißes.  Die  Eiweiß- 
körper, die  auch  Proteine  genannt  werden, 
gehören  ebenso  wie  die  Kohlehydrate  und 
die  Fette  zu  unseren  Nahrungsstoffen.  Sic 
enthalten  nicht  nur  die  Elemente  Kohlen- 
stoff, Sauerstoff  und  Wasserstoff,  wie  die 
anderen  beiden  Gruppen,  sondern  außerdem 
noch  Stickstoff  und  Schwefel.  Die  sehr  un- 
angenehmen physikalischen  Eigenschaften 
(Proteine  sind  meist  amorph,  gehören  zu 
den  Kolloiden  und  sind  deshalb  schwer  rein 
zu  bekommen)  und  die  äußerst  komplizierte 
Zusammensetzung  (unter  der  Annahme,  daß 
nur  ein  Atom  Schwefel  im  Molekül  ent- 
halten ist,  berechnen  sich  schon  Molekular- 
gewichte von  2000  und  mehr)  haben  der 
Aufklärung  dieser  physiologisch  so  überaus 
wichtigen  Substanzen  schier  unüberwind- 
liche Schwierigkeiten  bereitet. 

Von  allen  Versuchen,  die  Proteine  zum 
Zwecke  der  Konstitutionsaufklärung  zu 
spalten,  hat  nur  die  Spaltung  durch  Hydro- 
lyse Erfolg  gehabt  und  hat  uns  den  ersten 
und  einzigen  Einblick  in  den  Bau  des  Mole- 


342 


Hydrolyse 


küls  fjcfjcben.  Das  ist  iiisofoni  hoiiuM-koiis- 
wert,  als  die  Hydrolyse  uns  auch  über  die 
Konstitution  der  h(')hernu)lekularen  Ko Ide- 
hydrate und  der  Fette  zuerst  Klarheit  ver- 
schafft hat. 

Die  Hydrolyse  der  Proteine  kann  durch 
Säuren  oder  Alkalien  bewirkt  werden,  am 
besten  durch  Kochen  mit  rauchender  Salz- 
säure oder  mit  25j)rozentiij;er  Schwefelsäure. 
Dabei  zerfällt  das  ÄlolekiU  in  zahlreiche  meist 
gut  kristallisierende  Spaltstücke  von  ein- 
facher Struktur,  die  Aminosäuren.  Die 
Trennung  der  verschiedenen  Aminosäuren 
voneinander  ist  nicht  ganz  leicht,  gelingt  aber 
nach  E.  Fischer  durch  Veresterung  des 
Säuregemenges  und  fraktionierte  Destillation 
der  Ester  im  Vakuum. 

Die  Hydrolyse  führt  bei  allen  Proteinen 
in  der  Hauptsache  zu  denselben  Amino- 
säuren, nur  ihr  Mengenverhältnis  ist  ver- 
schieden. Es  sind  etwa  die  folgenden  (nach 
Diels):  Glykokoll,  Aminoisovaleriansäure, 
Leucin,  Serin,  Asparaginsäure, Glutaminsäure, 
/^-Phenylalanin.  Tyrosin,  Prolin,  Cystin, 
Lysin  und  Arginin. 

Die  Hydrolyse  der  Proteine  kann  auch 
durch  die  verdauenden  Fermente  des  Magen- 
Darmkanals,  wie  Trypsin  und  Pepsin,  be- 
wirkt werden.  Sie  nimmt  dann  einen  viel 
gemäßigteren  Verlauf  als  mit  Säuren,  so  daß 
sich  Stoffe  fassen  lassen,  die  ihrem  Charakter 
nach  zwischen  den  Proteinen  und  den 
Aminosäuren  stehen,  die  Albumosen  und  die 
Peptone.  Letztere  stehen  den  Aminosäuren, 
erstere  den  Proteinen  am  nächsten.  Schreitet 
die  Hydrolyse  weiter  fort,  so  entstehen  noch 
einfachere  Verbindungen,  die  sogenannten 
Polypeptide,  die  ihrerseits  weiter  hydroly- 
sierl  werden  zu  den  Aminosäuren.  Poly- 
peptide sind  auch  bei  der  vorsichtigen  Hydro- 
lyse mittels  Säuren  erhalten  worden. 

Der  Umstand,  daß  die  Hydrolyse  der 
Eiweißstoffe  schließlich  zu  den  Aminosäuren 
fidirt,  läßt  keinen  Zweifel  daran,  daß  diese 
die  Bausteine  des  EiweißmolektÜs  sind.  Es 
fragt  sich  nur,  in  welcher  Weise  sie  mit- 
einander verknüpft  sind.  Von  vornherein 
war  es  am  nächstliegenden  anzunehmen,  daß 
die  Aminogruppe  des  einen  Moleküls  mit  der 
Karbüxylgruppe  eines  zweiten  Moleküls 
unter  Austritt  von  Wasser  und  unter  Bil- 
dung eines  Amids  reagiert  hat,  so  wie  es  die 
folgende  Gleichung  für  das  einfache  Bei- 
spiel der  Aminoessigsäure  veranschau- 
licht: 

NHg .  CH2 .  CO  ÖH  +  H  NH.CH2.COOH  = 

NH2.CH2.CO.NH.CH2.COOH  +  H2O. 

Da  das  Keaktionsprodukt  wieder  sowohl 
eine  Amino-,  wie  auch  eine  Karboxylgruppe 
enthält,  kann  sich  die  Amidbildung"  mit  der 
gleichen  oder  mit  anderen  Aminosäuren 
beliebig  oft  wiederholen.      Es   können   also 


a\d'  diese  Weise  die  verschiedenartigsten 
Aminosäuren  zu  einem  Molekülkomplex  von 
beliebiger  Größe  zusammentreten.  Verbin- 
dungen von  dieser  Struktur  nennt  Fischer 
Polypeptide.  Die  Vermutung,  daß  in  den 
Eiweißstoffen  die  Aminosäuren  in  ähnlicher 
Weise  aneinander  gekettet  sind,  wie  in  diesen 
synthetischen  Polypeptiden,  hat  dadurch  sehr 
an  Wahrscheinlichkeit  gewonnen,  daß  unter 
den  Produkten  der  gemäßigten  Hydrolyse 
von  Eiweiß  Polypeptide  aufgefunden  worden 
sind,  die  sich  als  durchaus  identisch  erwiesen 
haben  mit  Polypeptiden,  die  bereits  vorhet 
synthetisiert  worden  waren. 

5.  Hydrolyse  der  Salze.  5a)  All- 
gemeines. Viele  chemisch  neutrale  Salze 
lösen  sich  mit  alkalischer  Reaktion  in  Wasser 
auf,  z.  B.  Soda,  Cyankalium  und  Seife.  Die 
Lösungen  anderer  Salze,  z.  B.  von  Zink- 
chlorid, Kupfersulfat  und  Eisenchlorid 
reagieren  sauer.  Das  Wasser  zerlegt  also  die 
betreffenden  Salze  in  ihre  Bestandteile, 
Säure  und  Base;  oder  mit  anderen  Worten, 
die  Salze  erleiden  Hydrolyse.  Den  Vorgang 
der  Hydrolyse  veranschaidicht  folgende 
Gleichung,  worin  M  ein  Metall  und  S  einen 
Säurerest  bedeuten: 

MS  +  H2O  =  MOH  +  HS. 

Die  Gleichung  von  rechts  nach  links 
gelesen,  ist  der  allgemeine  Ausdruck  für  die 
Neutralisation  einer  Säure  durch  eine  Base. 

Der  Neutralisationsvorgang  gehört  also 
zu  den  umkehrbaren  Reaktionen, 


Hydrolyse 


MS+  H2O  "Z 


Neutralisation 


MOH+  HS, 


und  man  sollte  deshalb  erwvirten,  daß  alle 
Salze  hydrolysiert  werden.  Genau  genommen 
ist  das  auch  der  Fall,  aber  bei  den  Salzen  von 
starken  Basen  mit  starken  Säuren  ist  die 
Hydrolyse  so  geringfügig,  daß  wir  sie  mit 
unseren  analytischen  Hilfsmitteln  nicht  nach- 
weisen können.  Deutlich  in  die  Erschei- 
nung tritt  sie  nur  bei  Salzen  starker  Basen 
mit  schwachen  Säuren  und  bei  Salzen  starker 
Säuren  mit  schwachen  Basen.  Im  ersten 
Falle  reagiert  die  Lösung  alkalisch,  im 
zweiten  sauer. 

Gewöhnlich  bleiben  die  Prodid^te  der 
Hydrolyse,  auch  wenn  es  sich  z.  B.  um  an 
und  für  sich  schwer  lösliche  Metallhydroxyde 
handelt,  gelöst.  Bisweilen  schreitet  jedoch 
die  Hydrolyse  so  weit  fort,  daß  die  Löslich- 
keitsgrenze eines  der  Bestandteile  über- 
schritten wird;  dann  erfolgt  Ausscheidung. 
Das  kann  z.  B.  bei  Wismut-  und  Antimon- 
salzen geschehen. 

Der  sehr  merkwürdige  Vorgang  der  Hydro- 
lyse von  Salzen  wircl  verständlich,  wenn 
man  die  Theorie  der  elektrolytischen  Disso- 
ziation  zu   Rate  zieht.      Nach  ihr  sind  in 


Hycli'olyse 


343 


wässerigen  Salzlösungen  nicht  nur  die  Ionen 
des  betreffenden  Salzes  neben  undissoziierten 
Molekülen  desselben  vorhanden,  sondern 
ferner  noch,  wenn  auch  nur  in  minimaler 
Konzentration,  die  Ionen  des  Wassers. 

MS    ^  M-  +   S' 

H2O    ^  H-  +  OH' 

Ebenso  wie  die  Ionen  des  Salzes  unter 
Bildung  der  undissoziierten  Verbindung  mit- 
einander reagieren,  müssen  sie  auch  mit  den 
Ionen  des  Wassers  in  Reaktion  treten,  und 
zwar  in  der  Richtung  der  beiden  Pfeile, 
unter  Bildung  der  betreffenden  Säure  (SH) 
und  Base  (MOH).  Von  der  undissoziierten 
Verbindung  wird  soviel  entstehen,  daß  sie 
mit  ihren  Ionen  im  Gleichgewicht  steht,  nach 
den  folgenden  Gleichungen: 

M-  +  OH'  ^  MOH 
S'  +  H-     ^  SH 

Sind  Säure  und  Base  stark,  liegt  also 
das  Gleichgewicht  bei  beiden  ganz  auf  der 
linken  Seite,  so  wird  die  Konzentration  der 
Ionen  des  Wassers  durch  die  Anwesenheit 
des  Salzes  nicht  oder  nur  außerordentlich 
wenig  beeinflußt.  Ist  aber  eine  der  beiden 
schwach,  so  liegen  die  Verhältnisse  wesent- 
lich anders.  Bei  dem  Salz  einer  schwachen 
Base  mit  einer  starken  Säure,  z.  B.  bei 
CUSO4,  müssen  sich  wegen  der  geringen 
Dissoziation  der  Base  größere  Mengen  davon 
bilden.  Dazu  werden  aber  Hydroxylionen 
des  Wassers  verbraucht,  während  die  Wasser- 
stoffionen zurückbleiben.  Die  Folge  ist, 
daß  die  Lösung  sauer  reagiert.  Ist  der  saure 
Bestandteil  schwach,  wie  z.  B.  bei  KCN, 
so  werden  dem  Wasser  zur  Bildung  der  wenig 
dissoziierten  schwachen  Säure  Wasserstoff- 
ionen entzogen,  und  die  Lösung  reagiert 
durch  die  zurückbleibenden  Hydroxylionen 
alkalisch. 

5b)  Grad  der  Hydrolyse.  Der  Grad 
der  Hydrolyse  läßt  sich  auf  Grund  des 
Massenwirkungsgesetzes  berechnen,  wenn 
man  die  verschiedenen  Gleichgewichte  be- 
rücksichtigt, welche  sich  in  der  Lösung  eines 
hydrolysierten  Salzes  einstellen.  Wir  gehen 
dabei  von  der  allgemeinen  Hydrolysen- 
gleichung 

MS  +  H2O  ^  MOH  +  HS 

aus.  Für  das  Gleichgewicht  liefert  uns  das 
Massenwirkungsüesetz  die  Gleichung- 


wie  wir  gesehen  haben,  in  hohem  Maße  von 
den  Dissoziationsgraden  der  betreffenden 
Säure,  Base  und  des  Wassers  abhängig.  Wir 
müssen  deshalb,  um  die  Verhältnisse  ganz 
übersehen  zu  können,  diese  in  der  obigen 
Gleichung  mit  berücksichtigen.  Für  die  in 
Betracht  kommenden  vier  Reaktionen 

1.  MS  ^  M-  +  S' 

2.  MOH  ^  M-  +  OH' 

3.  SH  it  S'  +  H- 

4.  H2O  ^  H-  +  OH' 

liefert  das  Massenwirkungsgesetz  folgende 
Gleichungen,  in  welchen  die  Gleichgewichts- 
konstanten fortlaufend  mit  k^  bis  k4  be- 
zeichnet sind. 

[M-].[S].  [M-].[OH']. 

"^^  ~    [MS]    '  ^^~     [MOH]    ' 


[S'].[H.], 


;k, 


_[H-].[ojr] 

[SH]    '  *"*  -     [HÖH]    ■ 

Wenn  man  aus  diesen  Gleichungen  die 
Werte  für  die  undissoziierten  Bestandteile 
berechnet  und  sie  in  die  obige  Hydrolysen- 
gleichung einsetzt,  so  erhält  man 


K  = 


ki.k4 
ko.ka 


[MS].[H20] 


K, 


[MOH].  [HS] 

worin  die  Zeichen  [MS],  [HS]  usw.  die 
Konzentrationen  der  betreffenden  Bestand- 
teile und  K  die  Gleichgewichtskonstante,  hier 
auch  als  Hydrolysenkonstante  bezeichnet, 
bedeuten.      Der    Grad    der    Hydrolyse   ist, 


Diese  Gleichung  gibt  über  alle  Erschei- 
nungen bei  der  Hydrolyse  Aufschluß.  Sie 
sagt  uns,  daß  die  Hydrolyse  um  so  weiter 
fortschreitet,  je  kleiner  kg  und  kg  sind,  je 
weniger  dissoziiert  oder  je  schwächer  also 
Base  und  Säuie  sind;  und  je  größer  k4  ist, 
je  weitgehender  das  Wasser  in  seine  Ionen 
zerfallen  ist.  Da  die  Dissoziation  des  Wassers 
mit  steigender  Temperatur  stark  zunimmt, 
sind  die  Salze  demnach  unter  sonst  gleichen 
Bedingungen  in  der  Hitze  viel  weitgehender 
hydrolytisch    gespalten    als    in    der    Kälte. 

Ferner  gestattet  die  Gleichung  den  Grad 
der  Hydrolyse  aus  den  Dissoziationskon- 
stanten der  Komponenten  zu  berechnen. 
Kennt  man  andererseits  die  Hydrolysen- 
konstante und  drei  der  anderen  Gleichgewichts- 
konstanten, so  ergibt  sieh  daraus  die  fünfte 
Konstante.  So  ist  die  Dissoziationskonstante 
des  Wassers  und  diejenige  mancher  schwacher 
Säuren  und  Basen  bestimmt  worden. 

Mit  den  durch  Rechnung  für  den  Grad 
der  hydrolytischen  Spaltung  gefundenen 
Werten  stimmen  die  gemessenen  gut  überein. 
Zur  experimentellen  Ermittlung  des  Hydro- 
lysengrades kann  man  bei  Salzen  starker 
Basen  mit  schwachen  Säuren  die  Verseifungs- 
geschwindigkeit  eines  Esters  benutzen,  die 
ja  von  der  Konzentration  der  OH'-Ionen  ab- 
hängig ist.  Bei  Lösungen  von  Salzen  starker 
Säuren  mit  schwachen  Basen  läßt  sich  der 
Gehalt  an  Wasserstoffionen,  und  also  auch 
der  Hydrolysengrad,  aus  der  Inversions- 
geschwindigkeit von  Rohrzucker  oder  besser 


344 


Hydrolyse  —  Hypnose 


aus  der  Wasserstoffionenkatalyse  der  Ester- 
verscifung  ermitteln.  Mit  dem  gleichen 
Erfolg  sind  auch  noch  verschiedene  andere 
Reaktionen  benutzt  worden,  deren  (reschwin- 
digkeit  von  der  Konzentration  der  ÜH'-  oder 
der  H--Ionen  abhängig  ist. 

Die  folgende  Tabelle  entliäli  für  einige 
Salze  den  Grad  der  hydrolytischen  Spaltung 
in  Vio  n-Lösung  und  bei  25"  (nach  N ernst). 

Kaliumcyanid       1,12  % 

Natriumkarbonat 3,17    ,, 

Kaliumphenolat 3,05    „ 

Borax 0,5      ,, 

Katriumacetat      0,008 ,, 

Literatur.  Meyer -Jacobson,  Lehrbuch  der 
organischen  Chemie.  Lci-pzig.  —  v.  Richter- 
Anschütz,  Chemie  der  Kohlenstoffccrbindangen. 
Bonn.  —  Hollemann,  Lehrbuch  der  organischen 
Chemie.  Leipzig.  —  Diels,  Einführung  in  die 
organische  Chemie.  Leipzig.  —  Nernst,  Theo- 
retische Chemie.  Stuttgart.  —  Ostwalü,  Lehr- 
buch der  allgemeinen  Chemie.  Leipzig.  — 
van  't  Hoff,  Vorlesungen  über  theoretische  und 
physikalische  Chemie,  Braunschweig.  —  Ar- 
i^henlns,  Theorien  der  Chemie.  Leipzig.  — 
Derselbe,  Theories  o/  Solutions.  New  Haven.  — 
Herz,  Leitfaden  der  theoretischen  Chemie.  Stutt- 
gart. —  Höber,  Physikalische  Chemie  der  Zelle 
und  Gewebe.  Leipzig.  —  Abderhalden,  L^ehr- 
buch  der  jjhysiologinchen  Chemie.  Berlin  und 
Wien. 

O.  Mnnini. 


Hydroxyde. 

Hydroxyde  nennt  man  Verbindungen, 
welche  die  einwertige  ,.Hydroxyl"gruppe 
—  OH  enthalten;  über  die  anorganischen 
Hydroxyde  sind  die  Kapitel  von  den  mit  der 
Hydroxylgruppe  verbundenen  Elementen 
und  Gruppen  nachzusehen  (vgl.  auch  den 
Artikel  „Basen").  Die  organischen  Hydr- 
oxyde werden  in  den  Artikeln  „Alkohole", 
„Phenole",  ,, Säuren",  ferner  in  den 
Spezialartikeln,  z.  B.  ,,Naphtalingruppe", 
„Pyridingruppe"  u.  a.  beschrieben. 


Hypnose. 

1.  Geschichtliches.  2.  Das  Syniptomenbild 
der  Hypnose:  a)  Typen  hypnotischer  Erschei- 
nungen; b)  Das  angebUchc  Auftreten  besonderer 
Fähigkeiten  in  der  Hypnose.  3.  Die  Theorie 
der  Hypnose:  a)  Die  Suggestibihtät;  b)  Die 
Mittel  zum  Hervorbringen  der  Hypnose;  c)  Die 
physiologischen  Vorgänge  im  (iehirn  bei  der 
Hypnose.  4.  Die  praktische  Bedeutung  der 
Hypnose:    a)  Die  therapeutische  Bedeutung  der 


Hypnose;  b)  Die  forensische  Bedeutung  der 
Hypnose.  5.  Die  sogenannte  Hypnose  der  Tiere: 
a)  tieschichthches;  b)  Physiologische  Analyse 
der  sogenannten  Hypnose  der  Tiere. 

Mit  „Hypnose"  wird  seit  der  Einfüh- 
rung des  Wortes  ,,Hypnotismus"  durch 
den  um  dieses  Gebiet  sehr  verdienten 
schottischen  Arzt  James  Braid  in  wenig 
glücklicher  Weise  ein  Zustand  bezeichnet, 
der  mit  dem  Schlaf  (i^T/■o^)  nicht  das  geringste 
zu  tun  hat.  Auch  etwas  Mystisches,  das 
man  in  älterer  Zeit  an  diesem  Zustande  er- 
blickte und  das  Laien  in  neuerer  Zeit  infolge 
seiner  Verwechselung  mit  dem  sogenannten 
Spiritismus  w^ieder  in  ihm  gesehen  haben, 
haftet  diesem  Zustande  schlechterdings 
nicht  im  mindesten  an.  Zu  dem  Un- 
fug des  Spiritismus  hat  die  Hypnose 
keinerlei  Beziehung.  Bei  der  Hypnose 
handelt  es  sich  vielmehr  um  einen  Wach- 
zustand, der  durch  manche  Besonderheiten 
sich  vom  normalen  Wachzustand  in  gewissem 
Grade  unterscheidet,  im  übrigen  aber  genau 
wie  dieser  durchaus  der  physiologischen 
und  psychologischen  Analyse  zugänglich 
ist  und  ebenso  wie  dieser  allmählich  immer 
genauer  erforscht  wird. 

I.  Geschichtliches.  Hypnotische  Zu- 
stände von  mehr  oder  weniger  ausgespro- 
chenem Charakter  sind  überall  und  zu  allen 
Zeiten  vorgekommen,  wo  auch  immerMenschen 
leben  und  gelebt  haben.  Es  ist  auch  ganz 
zweifellos,  daß  man  bereits  in  sehr  frühen 
Zeiten  solche  Zustände  beobachtet  und  zu 
bestimmten,  vor  allem  religiösen  Zw'ecken 
mehr  oder  weniger  zielbewußt  ausgenutzt 
hat.  Bei  allen  Völkern  des  Altertums  und 
der  Neuzeit,  bei  Kulturvölkern  ebenso  wie 
bei  Primitivstämmen  haben  die  Priester, 
Schamanen  und  Medizinmänner  von  jeher 
es  verstanden,  Leute,  sei  es  durch  allerlei  ge- 
heimnisvolle Vornahmen,  sei  es  durch  den 
autoritativen  Nimbus  ihrer  Persönlichkeit 
in  eine  geistige  Verfassung  zu  bringen, 
in  der  sie  kritililos  und  blind  alles  glaubten, 
was  man  wünschte,  und  in  der  man  auch 
Sinnestäuschungen  in  Gestalt  von  Götter- 
erscheinungen und  anderen  Wun^lern  her- 
vorrufen konnte.  Das  alles  hat  in  älteren 
Zeiten  und  auf  primitiveren  Kultur- 
stufen entsprechend  der  geringeren  Ent- 
wickelung  des  kritischen  Denkens  im  täg- 
lichen Leben  sogar  eine  viel  größere 
Rolle  gespielt  als  heute.  Aber  daß  man 
durch  besonders  extreme  Fälle  von  Leicht- 
gläubigkeit und  Einbildungsvermögen,  die 
durch  bestimmte  Maßnahmen  produziert 
werden  konnten,  sich  wissenschaftlich  ver- 
anlaßt sah,  nach  den  ,, Ursachen"  dieser 
seltsamen  persönlichen  oder  gegenständlichen 
Einflüsse  zu  forschen,  geschah  erst  in  neuerer 
Zeit.  Entsprechend  den  jeweihgen  natur- 
wissenschaftlichen   Vorstellungen    sah    man 


Uf^'n^tM 


=•  /■;  w  77 


Hypnose 


345 


diese  „Ursachen"  in  verschiedenen,  mehr 
oder  weniger  geheimnisvollen  oder  bekannten 
Faktoren.  Vor  allem  spielte  ein  „Fliiidum", 
das  von  den  Menschen  oder  Gegenständen 
ausgehen  sollte,  eine  große  Rolle  bei  der 
Erklärung  solcher  auffallenden  Wirkungen 
auf  die  Vorstellungen  und  den  Willen  des 
Menschen.  Wegen  der  in  gleichem  Maße 
geheimnisvollen  Wirkungen  des  Magneten 
auf  Eisen  wurde  schon  im  XVI.  und  XVII. 
Jahrhundert  diese  Beeinflussung  auch  beim 
Menschen  als  eine  magnetische  betrachtet. 
Besonders  aber  hat  im  XVIII.  Jahrhundert 
der  bekannte  Wiener  Arzt  Mesmer  (1734 
bis  1815)  die  Lehre  vom  ,, tierischen  Magnetis- 
mus" entwickelt.  Mesmer  glaubte  anfangs, 
daß  der  Magnet  selbst  einen  Einfluß  auf 
den  menschlichen  Organismus  ausübe,  und 
wendete  den  Magnetismus  viel  als  Heil- 
faktor an.  Was  er  dabei  von  Wirkungen 
beobachtete,  beruhte  auf  Hypnose.  Er 
überzeugte  sich  dann  auch  später,  daß  der 
,, tierische  Magnetismus",  d.  h.  in  seinem 
Sinne  das  magnetische  Fluidum,  durch  das 
der  Mensch  auf  den  Menschen  wirke,  von 
dem  mineralischen  Magnetismus  wesent- 
lich verschieden  sei.  Mesmer  einfach  als 
Schwindler  zu  betrachten,  geht  nicht  an. 
Er  glaubte  offenbar  selbst  fest  an  seine 
Theorien  und  hat  zweifellos  das  Verdienst, 
zum  ersten  Male  die  wissenschaftlichen 
Kreise  auf  einen  wichtigen  Tatsachenkom- 
plex aufmerksam  gemacht  zu  haben,  wenn 
auch  seine  Anschauungen  zum  größten 
Teile  hier  Ablehnung  erfuhren.  Dennoch 
breitete  sich  der  ,,Mesmerismus"  immer 
weiter  aus  und  der  Mystizismus,  der  ihm  an- 
haftete, erregte  die  Gemüter  bis  weit  in  die 
zweite  Hälfte  des  XIX.  Jahrhunderts  hinein. 
Wissenschafthche  Gesellschaften  gaben  Gut- 
achten darüber  ab,  Aerzte  traten  dafür 
ein  und  dagegen  auf,  und  sogenannte  ,,Magne- 
tiseure"  durchzogen  die  Länder  und  gaben 
öffentliche  Vorstellungen. 

Der  Erste,  der  in  nüchterner  Weise  die 
Tatsachen  wissenschaftlich  studierte,  war 
seit  1841  der  schottische  Arzt  James 
Braid.  Braid  unternahm  eine  Nach- 
prüfung der  bekannten  Experimente  der 
Mesmeristen,  von  denen  er  glaubte,  daß 
sie  auf  Täuschung  beruhen.  Er  überzeugte 
sich  aber  bald,  daß  wirklich,  auch  unter 
Ausschluß  jeder  Täuschung,  eine  Reihe 
der  von  Mesmer  angegebenen  Versuche 
gelingen,  und  analysierte  dieselben  nun 
kritisch  weiter.  Dabei  fand  er,  daß  sie  weder 
durch  Magnetismus  noch  durch  ein  mystisches 
Fluidum  bedingt  sind,  sondern  daß  es  sich 
ganz  allein  handelt  um  eine  enorm  gesteigerte 
Einbildungskraft  und  Leichtgläubigkeit  der 
Versuchspersonen.  Durch  geeignete  Mittel 
—  Braid  benutzte  meistens  das  langdauernde 
x\nstarrenlassen  von  irgendw^elchen  leblosen 


Gegenständen  —  gelingt  es,  manche  Personen 
in  eine  Geistesverfassung  zu  versetzen, 
in  der  sie  leichtgläubig  und  kritiklos  alle 
möglichen,  selbst  absurde  Vorstellungen  an- 
nehmen, die  man  ihnen  erweckt  und  in  der 
sie  selbst  Schmerzen  nicht  empfinden,  wenn 
man  ihnen  einbildet,  sie  wären  verschwunden. 
Braid  nannte  diese  abnorme  Geistesver- 
fassung ,,Hypnotisnius"  und  benutzte 
den  Hypnotismus  bereits  zur  Anästhesierung 
von  Patienten  bei  chirurgischen  Operationen. 
Durch  zahllose  Experimente  zeigte  er  zum 
ersten  Male,  daß  schlechterdings  keinerlei 
mystische  Ki'aft,  sondern  nur  ein  sehr  hoher 
künstlich  gesteigerter  Grad  von  Leicht- 
gläubigkeit dem  ganzen  Tatsachenkomplex 
zugrunde  liegt. 

In  der  Folgezeit  beschäftigten  sich  nun- 
mehr eine  ganze  Reihe  von  namhaften 
Aerzten  und  Physiologen  mit  dem  Hypnotis- 
mus, so  in  Frankreich  besonders  Liebault, 
Bernheim,  Richet,  Charcot,  in  Deutsch- 
land Heidenhain,  Grützner,  Preyer, 
Moll,  Dessoir,  Vogt,  in  England  Hack 
Tuke,  Langley,  Kingsburg,  inOesterreich 
Krafft-Ebing,  in  der  Schweiz  Forel,  in 
Italien  Lombroso,  Morselli  u.  a.  Der 
Hypnotismus  oder  — •  wie  man  den  Zustand 
später  nannte  — die  ,, Hypnose"  wurde  von 
Aerzten,  besonders  von  Psychiatern  in  großem 
Umfange  therapeutisch  verwertet.  Durch 
öffentliche  Vorführungen  machte  sie  nament- 
lich der  professionelle  dänische  ,, Hypnoti- 
seur" Hansen  in  ganz  Europa  beim  großen 
Publikum  bekannt  und  zahlreiche  andere 
,, Hypnotiseure"  folgten  seinem  Beispiel. 
Die  Hypnose  wurde  in  den  70er  und  80er 
Jahren  des  vorigen  Jahrhunderts  bald  so 
populär,  daß  überall  hypnotische  Seancen 
abgehalten  und  selbst  in  Privatgesellschaften 
hypnotische  Experimente  zur  Unterhaltung 
veranstaltet  wurden,  genau  wie  zur  Zeit 
Mesmers,  bis  man  erkannte,  daß  diese 
Experimente  unter  Umständen  auf  gewisse 
Personen  einen  nachteiligen,  ja  sehr  be- 
denklichen Einfluß  auszuüben  vermögen  und 
bis  dann  gesetzlich  die  Veranstaltung  hyp- 
notischer Vorstellungen  untersagt  wurde. 

Trotz  des  umfangreichen  Studiums  der 
Hypnose  haben  sich  aber  bis  heute  selbst 
viellach  in  wissenschaftlichen  Kreisen  noch 
manche  irrige  Anschauungen  über  dieses 
Gebiet  erhalten,  die  nur  langsam  einer 
nüchternen  und  kritischen  Auffassung  weichen, 

2.  Das  S)miptomenbild  der  Hypnose. 
Im  Grunde  genommen  ist  ,  der  Sympto- 
menkomplex der  Hypnose  ein  unbegrenztes 
Gebiet,  denn  er  ist  so  umfassend  wie  In- 
halt und  Ausdruck  des  Vorstellungs-  und 
Willenslebens  beim  Menschen  überhaupt. 
Es  kann  sich  daher  hier  nur  darum 
handeln,  den  Zustand  der  Hypnose  durch 
einzelne    allgemeine    oder    besonders    auf- 


346 


Hypnose 


fällige  Symptome  zu  charakterisieren  und  vor 
allem  angebliche  Symptome  aus  seinem  Bilde 
zu  eliminieren.  Dazu  ist  es  zweckmäßig, 
zunächst  einige  ausges])rochene  Typen  von 
hypnotischen  Erscheinungen  zu  betrachten. 
2a)  Typen  hypnotischer  Erschei- 
nungen. Zu  den  gewöhnlichsten  Symptomen 
im  Zustande  der  Hypnose  gehören  die  Be- 
einflussungen des  psychomotorischen 
(iebietes.  Wenn  jemandem,  der  sich  in 
Hypnose  befindet,  gesagt  wird,  er  solle  eine 
bestimmte  Bewegung  ausführen,  so  führt 
er  sie  aus,  falls  sie  überhaupt  willkürlich 
ausgeführt  werden  kann,  selbst  wenn  die 
Bewegung  zwecklos,  unsinnig,  lächerlich 
ist.  Hier  handelt  es  sich  alsoumErregungen 
der  motorischen  Sphäre  des  Großhirns, 
die  durch  den  Befehl  hervorgebracht  und 
nicht  durch  die  Kontrolle  kritischer  Ueber- 
legungen  in  ihrer  Ausführung  beeinflußt 
werden.  Eine  nicht  selten  vorkommende 
Form  der  motorischen  Erregung  ist  die 
,, Katalepsie",  d.  i.  eine  länger  dauernde 
tonische  Kontraktion  der  Muskeln.  Hebt 
man  z.  B.  den  Arm  der  Versuchsperson 
in  die  Höhe  und  läßt  man  ihn  los,  so  bleibt 
der  Arm,  wenn  die  Versuchsperson  denkt, 
sie  solle  den  x\rm  hochhal;;en,  nicht  selten 
so  lange  in  dieser  Stellung  bis  die  Ermüdung 
ihn  allmählich  zum  Sinken  bringt.  Hier 
liegt  eine  tonische  Impulsentladung  von 
Seiten  der  psychomotorischen  Sphäre  des 
Großhirns  vor,  die  häufig  je  nach  Stellung, 
die  man  dem  Arm  oder  dem  Kopf  oder  dem 
Rumpf  usw.  passiv  gibt,  aktiv  modifiziert 
wird,  so  daß  die  Versuchsperson  in  jeder 
beliebigen,  bizarren  Haltung,  die  ihr  der 
Experimentator  erteilt,  verharrt.  Man 
spricht  dabei  von  einer  ,, Flexi  bilitas 
cerea",  wenn  man  bei  der  passiven  Aende- 
rung  der  Stellung  eines  Körperteils  einen 
gewissen  Widerstand  der  Muskeln  an  der 
Versuchsperson  fühlt,  bei  dessen  Ueberwin- 
dung  man  gelegentlich  auch  eine  Art  leichten 
Knirschens  in  den  Händen  verspürt.  Die 
tonische  Kontraktion  kann  sich  auf  Befehl 
auch  auf  sämtliche  Skelettmuskeln  des 
Körpers  erstrecken  und  bei  einigermaßen 
muskelkräftigen  Personen  so  stark  sein, 
daß  man  die  Versuchsperson  so  auf  zwei 
weit  auseinandergerückte  Stühle  legen  kann, 
daß  der  Hinterkopf  auf  der  Sitzkante  des 
einen  ruht,  während  die  Hacken  auf  der  des 
anderen  liegen  und  der  ganze  übrige  Körper 
ohne  Unterstützung  bleibt.  Ebenso  wie 
motorische  p]rregungen  können  auch  moto- 
rische Hemmungen  auf  Befehl  entstehen, 
sei  es,  daß  kontrahierte  Muskeln  erschlafft 
werden,  sei  es,  daß  in  Ruhe  befindliche 
Muskeln  nicht  kontrahiert  werden  können. 
In  diesem  Falle  ist  z.  B.  die  Versuchsperson 
nicht  imstande,  den  erhobenen  Arm  sinken 
zu  hissen  oder  vom  Stuhl  aufzustehen. 


Eine  zweite  Grup])e  von  Symptomen  be- 
steht in  Beeinflussungen  der  senso- 
rischen Sphäre.  Die  Versuchsperson  kann 
auf  Befehl  lokalisierte  oder  allgemeine  An- 
ästhesien oder  Hyi)erästhesien  zeigen. 
Eine  Nadel  kann  z.  B.,  ohne  daß  die  ge- 
ringste Empfiiulung  entsteht,  durch  die  Haut 
gestochen  werden.  Andererseits  kann  die 
leiseste  Berührung  der  Haut  bereits  heftige 
Schmerzen  hervorrufen.  An  diese  einfachen 
Sensibilitätsstörungen  schließen  sich  auf  das 
Engste  an  die  komplizierteren  Sinnes- 
täuschungen. Auf  Anregung  des  Experi- 
mentators können  ,, positive  Halluzina- 
tionen" bei  der  Versuchsperson  entstehen, 
sei  es,  daß  wirklich  vorhandene  Gegenstände 
falsch  gedeutet,  sei  es,  daß  gar  nicht  vor- 
handene Dinge  halluzinatorisch  wahr- 
genommen werden.  Eine  Kartoffel,  ein  zu- 
sammengeballtes Stück  Papier  wird  als 
Apfel  angesehen  und  behandelt.  Ein 
großer,  bissiger  Hund  wird  halluzinatorisch 
gesehen,  wo  überhaupt  kein  Gegenstand 
ist.  Umgekehrt  können  vom  Experimen- 
tator auch  sogenannte  ,, negative  Halluzi- 
nationen" hervorgerufen  werden,  indem 
z.  B.  Gegenstände,  die  sich  im  Gesichts- 
felde befinden,  vollkommen  aus  dem  Bewußt- 
sein ausgeschaltet  werden.  Eine  Person, 
die  im  Zimmer  ist,  wird  auf  Befehl  des 
Experimentators  nicht  gesehen,  wohl  aber 
kann  ihre  Stimme  gehört  werden  oder  um- 
gekehrt. So  vermag  ferner  der  Experimen- 
tator bei  der  Versuchsperson  jede  beliebige 
Vorstellung  durch  Worte  oder  Hand- 
lungen zu  erwecken.  Sie  wird  kritiklos 
hingenommen.  Das  wird  besonders  auffällig, 
wenn  die  Vorstellung  vollkommen  absurd 
ist.  Erzählt  z.  B.  der  Experimentator  ernst- 
haft, daß  gestern  Nachmittag  der  Sultan 
mit  dem  Papst  im  Cafe  Bauer  Schach 
gespielt  hätte,  so  wird  diese  bizarre  Mit- 
teilung auch  ernsthaft  von  der  Versuchs- 
person hingenommen.  Seltener  und  wohl 
immer  nur  im  engsten  Anschluß  an  ent- 
sprechende Direktiven  des  Experimentators 
findet  ein  assoziatives  Ausspinnen  der 
erweckten  Vorstellung  statt.  So  kann 
z.  B.  auf  Anregung  des  Experimentators 
die  halluzinatorische  Vorstellung  eines 
Rosenstrauches  zu  den  Bewegungen  des 
Abpflückens  und  weiterhin  des  Verteilens 
der  abgepflückten  Rosen  an  bestimmte 
Personen  im  Zimmer  führen  usw.  Aber  es 
ist  charakteristisch  für  den  Zustand  der 
Hypnose,  daß  dieses  assoziative  Fortführen 
der  gegebenen  Suggestion  niemals  von  selbst 
größere  Dimensionen  annimmt.  Im  Gegen- 
teil, die  Versuchsperson  hält  sich  fast  immer 
auf  das  allerengste  an  die  gegebene  Sugge- 
stion und  hält  diese  häufig  zähe  fest.  Ja, 
es  ist  eine  ganz  gewöhnliche  Erscheinung, 
daß    die    Versuchsperson    automatisch    nur 


Hypnose 


347 


alles  das  tut,  was  ihr  gesagt  wird  oder  was 
sie  den  Experimentator  tun  sieht.  Es  be- 
steht hcäufig  sogar  die  Neigung,  rein  auto- 
matisch dem  Experimentator  jede  Bewegung 
nachzumachen  und  jedes  Wort  nachzu- 
sprechen. Es  kann  als  ein  ganz  gewöhn- 
liches Symptom  der  Hypnose  bezeichnet 
werden,  daß  die  Versuchsperson  jede  selb- 
ständige Aeußerung  und  jede  eigene  assoziative 
Fortführung  einer  Vorstellung  unterläßt, 
wenn  sie  nicht  durch  den  Experimentator 
dazu  aufgefordert  wird. 

Auch  das  Aufhören  der  Bewußtseins- 
tätigkeit, d.  h.  der  Eintritt  von  Schlaf 
kann  durch  den  Experimentator  bei  der 
Versuchsperson  erzielt  werden.  Oft  genügt 
der  bloße  Befehl  „Schlafen  Sie  jetzt!", 
um  den  Eintritt  des  Schlafes  zu  veranlassen. 
Häufig  aber  muß  der  Versuchsperson  erst 
durch  allerlei  andere  Vorstellungen  die 
Ueberzeugung  mühsam  aufgedrängt  werden, 
daß  sie  unter  den  gegebenen  Bedingungen 
wirklich  schlafen  kann  und  schlafen  wird, 
bis  endlich  der  Erfolg  eintritt. 

Schließlich  bedarf  noch  eine  Gruppe 
von  Erscheinungen  der  Erwähnung,  das 
sind  die  sogenannten  posthypnotischen 
Wirkungen.  Ein  Auftrag,  der  während 
der  Hypnose  gegeben  wird  und  erst  lange 
nach  der  Rückkehr  in  den  normalen  Zustand 
ausgeführt  werden  soll,  wird  ausgeführt, 
auch  wenn  die  Versuchsperson  sich  nach 
der  Hypnose  nicht  mehr  erinnert,  was 
mit  ihr  während  der  Hypnose  geschehen 
ist.  Wird  z.  B.  der  Versuchsperson  in  der 
Hypnose  aufgegeben,  sie  solle  am  nächsten 
Tage  zu  einer  bestimmten  Stunde  zum 
Experimentator  in  die  Wohnung  kommen 
und  aus  seiner  Bibliothek  ein  bestimmtes, 
ihr  gänzlich  unbekanntes  Buch  erbitten, 
und  wird  ihr  dann  gesagt,  daß  sie  nach  der 
Rückkehr  aus  der  Hypnose  jede  Erinnerung 
an  das,  was  mit  ihr  besprochen  ist,  verloren 
haben  wird,  so  kann  sie  nach  dem  ,, Er- 
wachen" tatsächlich  nicht  angeben,  was 
in  der  Hypnose  geschehen  ist,  kommt  aber 
am  folgenden  Tage  zu  der  angegebenen 
Stunde  und. verlangt  das  Buch.  Fragt  man 
die  Versuchsperson  in  solchen  Fällen,  warum 
sie  das  tut,  so  kann  sie  meistens  keinen 
Grund  angeben  und  bekennt,  daß  sie  einem 
,, inneren  Drange"  oder  ,, Zwange"  gefolgt 
sei,  oder  sie  legt  sich  selbst  einen  möglichst 
plausiblen  Grund  für  ihre  Handlung  zurecht. 

Das  ist  eine  Reihe  von  typischen  hypno- 
tischen Erscheinungen,  denen  sich  aber 
eine  unabsehbare  Zahl  von  speziellen  und 
gelegentlichen  Symptomen  anreiht,  auf  die 
hier  nicht  weiter  eingegangen  werden  kann. 

2b)  Das  angebliche  Auftreten  be- 
sonderer Fähigkeiten  in  der  Hypnose. 
Die  eben  gegebene  Uebersicht  über  die 
typischen  Symptome  in  der  Hypnose  enthält 


keinerlei  Leistungen,  die  nicht  auch  willkürlich 
jeden  Augenblick  im  normalen  Wachzustande 
von  der  Versuchsperson  hervorgebracht 
werden  könnten.  Es  sind  nun  aber  nicht  selten, 
sogar  von  einzelnen  angesehenen  Forschern, 
Angaben  gemacht  worden  über  Fälle,  in 
denen  während  der  Hypnose  bei  den  Ver- 
suchspersonen Fähigkeiten  aufgetreten  sein 
sollen,  die  der  Mensch  im  normalen  Zustande 
nicht  besitzt,  und  über  Leistungen,  die  er 
nicht  willkürlich  produzieren  kann. 

So  glaubte  z.  B.  Kraff  t-Ebing  bei  einer 
Versuchsperson  eine  Reihe  von  Leistungen 
beobachtet  zu  haben,  die  kein  Mensch 
willkürlich  hervorzubringen  imstande  ist. 
Diese  Person  — ■  es  handelte  sich  um  eine 
Hystero-Epileptica  —  sollte  z.  B.  in  der 
Hypnose  verborgene  Magnete  am  Magnetis- 
mus zu  erkennen  vermögen,  während  es 
eine  unendlich  oft  festgestellte  Tatsache 
ist,  daß  der  Magnetismus  eine  Energie- 
form ist,  die  auf  keine  lebendige  Substanz 
auch  nur  die  geringste  Wirkung  ausübt. 
Auch  die  Entstehung  von  Blasen  auf  der 
Haut  bei  Auflegung  eines  einfachen  Papier- 
stückes, das  der  Versuchsperson  als  starkes 
Blasenpflasterangegeben  worden  war,  glaubte 
Krafft-Ebing  bei  derselben  Person  beob- 
achtet zu  haben.  Es  hat  sich  indessen 
später  herausgestellt,  daß  alle  diese  schein- 
baren Fähigkeiten  auf  Täuschungen  seitens 
der  Versuchsperson  beruhten.  Auf  die 
gleiche  Weise  ist  eine  ganze  Anzahl  ähnlich 
unglaubwürdiger  Angaben  über  auffällige 
Fähigkeiten  während  der  Hypnose  in  die 
wissenschaftliche  Literatur  gelangt,  wie  z.  B. 
auch  die  Angabe,  daß  die  Versuchsperson 
auf  Befehl  ihre  Körpertemperatur  steigern 
konnte  und  daß  das  Thermometer  diese 
Temperatursteigerung  anzeigte.  Die  Ver- 
suchspersonen bei  solchen  Experimenten 
sind  meistens  hysterische  Lidividuen  gewesen 
und  es  ist  eine  bekannte  Tatsache,  daß 
gerade  zu  dem  Symptomenbild  dieser  Krank- 
heit eine  gewisse  Neigung  zur  Simulation 
gehört,  die  sich  häufig  in  den  raffiniertesten 
Täuschungen  äußern  kann.  Die  Simulation 
muß  daher  bei  allen  hypnotischen  Experi- 
menten in  der  gewissenhaftesten  Weise  aus- 
geschaltet werden. 

Bei  der  Beurteilung  der  Fähigkeiten, 
die  in  der  Hypnose  auftreten,  ist  aber 
noch  ein  anderer  Umstand  zu  berücksichtigen. 
Man  befindet  sich  nämlich  vielfach  in  Un- 
kenntnis über  gewisse  Leistungen,  die  der 
Mensch  willkürlich  jeden  Augenblick  aus- 
führen kann  und  die  daher  im  gegebenen 
Falle,  wenn  sie  in  der  Hypnose  hervorgerufen 
werden,  leicht  als  Ausdruck  des  Auftretens 
spezifischer  Fähigkeiten  während  dieses  Zu- 
standes  gedeutet  werden.  So  hat  man 
früher  vielfach  die  Unterdrückung  des  Lid- 
schlußreflexes   bei    Berührung    der    Cornea 


.348 


Hypnose 


als  ein  Symptom  zur  Erkenmiiiii:  der  Hypnose 
aul'i;cl'aßt,  weil  man  von  der  ialschen  Voraus- 
setzung ausging,  daß  dieser  Reflex  will- 
kürlich im  normalen  Zustande  nicht  unter- 
drückt werden  könne.  Das  ist  aber  unzu- 
trei't'eiul.  So  hat  man  ferner  in  der  Hypnose 
eine  besondere  Steigerung  der  Muskel- 
leistungen zu  beobachten  geglaubt,  weil 
man  sich  nicht  klar  machte,  daß  manche 
Leistungen,  die  auf  den  ersten  Blick  staunen- 
erregend erscheinen,  in  Wirklichkeit  gar 
keinen  besonderen  Aufwand  an  Muskel- 
anstrengung erfordern.  Auch  im  normalen 
Zustande  kann  ein  Mensch  von  einiger- 
maßen kräftiger  Muskulatur  sich  so  über 
zwei  Stühle  legen,  daß  er  nur  auf  zwei 
Unterstützungspunkten  ruht,  am  Kopf  und 
an  den  Fersen.  Nichts  ist  ferner  leichter  als 
die  Unterarme  in  geringer  Entfernung  von 
der  Brust  horizontal  so  mit  den  Mittel- 
fingern aneinander  zu  halten,  daß  selbst 
ein  ziemlich  kräftiger  Mensch  dieselben 
nicht  seitwärts  auseinanderziehen  kann.  Das 
liegt  daran,  daß  die  Beugemuskeln  der 
Arme,  welche  die  Versuchsperson  kontrahiert, 
viel  kräftiger  sind,  als  die  Streckmuskeln, 
welche  derjenige  kontrahieren  muß,  der 
die  Arme  der  Versuchsperson  auseinander- 
ziehen will.  Aehnliche  Beispiele  von  Muskel- 
leistungen, die  besonders  auffallend  zu  sein 
scheinen  und  in  Wirklichkeit  verhältnis- 
mäßig gering  sind,  gibt  es  mehr,  und 
damit  ist  auch  die  Quelle  zu  mancherlei 
Täuschungen  und  Irrtümern  gegeben.  Aber 
noch  mehr. 

Eine  ganze  Anzahl  von  Leistungen, 
die  nicht  clirekt  vom  Willen  abhängig  sind, 
kann  auf  indirektem  Wege  willkürlich 
hervorgebracht  werden.  Man  kann  nicht 
willkürlich  ohne  weiteres  bei  gewöhnlicher 
Zimmertemperatur  Schweiß  sezernieren,  aber 
es  gelingt  manchem,  namentlich  bei  einiger 
Uebung,  auch  ohne  hypnotischen  Befehl 
das  Gefühl  der  Angst  so  intensiv  zu  repro- 
duzieren, daß  bei  nicht  allzu  niedriger  Außen- 
temperatur ein  leichter  Schweißausbruch 
erfolgt.  Hier  tritt  die  Schweißsekretion 
sekundär  als  Begleiterscheinung  eines  Af- 
fektes auf,  der  willkürlich  erweckt  werden 
kann.  In  gleicher  Weise  kann  eine  mäßige 
Er^yeiterung  der  Hautgefäße  und  eine  geringe 
Steigerung  der  Herzfrequenz  sekundär  auch 
ohne  Hypnose  von  einzelnen  Menschen 
leicht  erzielt  werden.  Auch  das  Aufhören 
des  Pulses  an  der  Kadialarterie  und  ein 
gewaltiges  Absinken  des  Blutdruckes  ist 
unschwer  indirekt  willkürlich  zu  ermög- 
lichen, ohne  daß  die  Herztätigkeit  dabei 
direkt  beeinflußt  wird.  Es  muß  nur  jemand 
wissen,  wie  er  es  machen  muß,  um  das  zu 
erreichen.  Dazu  gehört  eine  geringe  i)hysio- 
logische  Kenntnis,  nämlich  die  Kenntnis 
des    alten    V als al vaschen    Versuches,    der 


darin  besteht,  daß  die  Lungen  durch  eine 
tiefe  Inspiration  stark  gefüllt  und  dann 
bei  Verschluß  der  Glottis  durch  eine  heftige 
Anstrengung  der  Exspirationsmuskeln  in 
diesem  starken  Füllungszustande  kompri- 
miert werden.  Dadurch  werden  die  Kapil- 
laren in  der  Lunge  verengert,  so  daß  das 
Blut,  das  aus  der  Lungenarterie  in  die 
Lungen  hineinströmt,  nicht  in  genügendem 
Maße  durch  dieselben  hindurch  in  die  Lungen- 
venen gelangen  kann.  Infolgedessen  tritt 
eine  Stauung  des  Blutes  im  venösen  Teil 
des  Herzens  ein  und  das  Arteriensystem 
wird  arm  an  Blut.  Der  Blutdruck  sinkt 
und  die  Pulsschwankungen  können  all- 
mählich so  schwach  werden,  daß  sie  an  der 
Radialis  nicht  mehr  zu  fühlen  sind.  So 
kann  man  das  erstaunliche  Resultat  er- 
zielen, daß  man  willkürlich  den  Puls  imter- 
drückt.  Natürlich  darf  der  Versuch  nament- 
lich bei  Personen  mit  krankem  Zirkulations- 
apparat nicht  zu  weit  getrieben  werden. 
Auch  die  Weite  der  Pupille  kann  auf  indirek- 
tem Wege  willkürlich  verändert  werden, 
obwohl  weder  derDilatator  noch  derSphinkter 
Pupillae  willkürlich  direkt  innerviert  werden 
kann.  Auch  hierzu  gehört  die  physiologische 
Kenntnis  der  Tatsache,  daß  die  W'eite  der 
Pupille  sich  ändert  je  nach  dem  Sehen 
in  die  P^erne  oder  der  Akkommodation 
für  die  Nähe.  Die  Pupille  erweitert  sich 
beim  Einstellen  des  Auges  für  die  Ferne, 
sie  verengert  sich  bei  Akkommodation 
für  die  Nähe.  Hält  2nan  nun  z.  B.  eine 
Kerze  vor  das  eine  Auge,  so  daß  die  Pupille 
infolge  des  Lichteinfalls  etwas  verengert 
ist  und  stellt  man  dabei  das  Auge,  ohne  es 
sonst  weiter  zu  bewegen,  für  die  Ferne  ein, 
so  erweitert  sich  die  Pupille.  Bei  Akkom- 
modation für  die  Nähe  verengert  sie  sich 
wieder. 

So  können  also  auch  ohne  Hypnose 
eine  ganze  Anzahl  von  Leistungen,  die  nicht 
direkt  dem  Willen  unterworfen  sind,  indirekt 
als  Begleiterscheinungen  oder  Folgen  will- 
kürlicher Leistungen  hervorgebracht  werden. 
Diese  Tatsache  und  ferner  der  Umstand, 
daß  manche  Menschen,  sei  es  die  angeborene, 
sei  es  die  durch  lange  Uebung  erworbene 
Fähigkeit  haben,  manche  Leistungen  will- 
kürlich zu  produzieren,  die  anderen  nicht 
gelingen,  wie  z.  B.  die  isolierte  Innervation 
bestimmter  Muskeln,  muß  bei  der  Frage 
nach  den  Fähigkeiten  in  der  Hypnose  im 
Auge  behalten  werden.  Berücksichtigt 
man  das,  dann  findet  man,  was  leider  auch 
in  Aerztekreisen  noch  immer  nicht  all- 
gemein bekannt  ist,  daß  in  der  Hypnose 
keine  anderen  Leistungen  hervor- 
gebracht werden  können,  als  solche, 
die  auch  im  normalen  Zustande 
willkürlich  produziert  werden 
können. 


Hypnose 


349 


3.  Die  Theorie  der  Hypnose.  Es  ent- 
steht nunmehr  die  Frage,  wie  dieses 
reiche  und  mannigfaltige  Symptomenbild 
zu  deuten  ist  und  welches  das  gemein- 
schaftliche Prinzip  ist,  das  eine  Zusammen- 
fassung eines  so  heterogenen  Erscheinungs- 
komplexes unter  den  einheitlichen  Begriff 
der  Hypnose  rechtfertigt. 

3a)  Die  Suggestibilität.  Wenn  es 
richtig  ist,  daß  in  der  Hypnose  nur  Leistungen 
auftreten,  die  auch  ohne  Hypnose  willkür- 
lich produziert  werden  können,  dann  kann 
das  charakteristische  Moment  der  Hypnose 
nicht  in  diesen  Leistungen  selber  gelegen 
sein,  sondern  in  den  Bedingungen,  unter 
denen  sie  auftreten.  Ein  Ueberblick  über 
die  oben  mitgeteilten  Beispiele  von  hypno- 
tischen Erscheinungen  zeigt,  daß  diese 
sämtlich  nur  unter  der  Bedingung  auftreten, 
daß  die  Vorstellung  der  betreffenden 
Leistung  bei  der  Versuchsperson  auf  irgend- 
einem Wege  hervorgerufen  wird.  Die  Vor- 
stellung der  betreffenden  Leistung  ist  die 
unerläßliche  Bedingung  für  jedes  hypno- 
tische Symptom,  aber  sie  ist  nicht  an  sich 
allein  das  Kennzeichen  der  Hypnose.  Auch 
im  normalen  Zustande  ist  eine  willkürliche 
Leistung  immer  nur  die  Folge  der  Vor- 
stellung dieser  Tätigkeit.  Was  uns  bei  den 
hypnotischen  Leistungen  gewöhnlich  auf- 
fällt, ist  erst  die  Kritiklosigkeit,  mit  der  die 
Versuchsperson  die  ihr  erweckte  Vorstellung 
annimmt  und  ernsthaft  verwertet  ohne 
Rücksicht  auf  ihre  eigenen  Erfahrungen 
oder  die  gegebene  Situation.  Solche  Vor- 
stellungen können  durch  einen  Terminus 
technicus  als  ,, Suggestionen"  bezeichnet 
werden.  Den  Begriff  der  Suggestion  kann 
man  daher  am  besten  in  folgender  Weise 
definieren:  Eine  Suggestion  ist  eine 
Vorstellung,  die  bei  einem  Menschen 
von  einem  anderen  erweckt  ist  und 
nicht  der  Kontrolle  der  Kritik  unter- 
worfen wird. 

Indessen  solche  Suggestionen  begegnen 
uns  im  täglichen  Leben  auf  Schritt  und  Tritt, 
ohne  daß  wir  dabei  von  Hypnose  zu  reden 
pflegen.  Bei  jedem  Menschen  werden  von 
anderen,  sei  es  durch  Worte,  sei  es  durch 
Schriften  Vorstellungen  erweckt,  die  nicht 
der  Kritik  unterworfen  werden,  weil  vielen 
Menschen  das  kritische  Nachdenken  schwer- 
fällt, oder  die  vielfach  sogar  nicht  einmal 
kritisch  kontrolliert  werden  können,  weil 
die  dazu  nötigen  Erfahrungen  fehlen.  Eine 
gewisse  Suggestibilität  besitzt  daher  jeder 
Mensch  auch  im  normalen  Zustande.  Von 
einer  Hypnose  aber  sprechen  wir  erst  dann, 
wenn  sogar  leicht  kontrollierbare  Vorstel- 
lungen, die  man  bei  einem  Menschen  er- 
weckt hat,  nicht  mehr  kritisch  kontrolliert, 
sondern    unbesehen    hinsrenommen    und    zu 


Gedanken  oder  Handlungen  verwertet  wer- 
den. Der  Zustand  der  Hypnose  ist 
also  lediglich  ein  Zustand  über  die 
Norm     gesteigerter      Suggestibilität. 

Aus  dieser  Begriffsbestimmung  der  Hyp- 
nose ergibt  sich  die  fundamentale  Tatsache, 
daß  der  Zustand  der  Hypnose  durch  keiner- 
lei scharfe  Grenze  vom  normalen  Wach- 
zustand getrennt  ist.  Er  unterscheidet 
sich  von  diesem  nicht  prinzipiell  und  quali- 
tativ, sondern  nur  graduell  und  quantitativ, 
und  nur  in  seiner  extremen  Entwickelung 
pflegt  der  Zustand  der  Hypnose  auch  vom 
Laien  deutlich  als  etwas  Charakteristisches 
erkannt  zu  werden. 

Da  der  Zustand  der  Hypnose  ohne 
merkliche  Grenze  in  den  normalen  Wach- 
zustand übergeht,  so  ist  es  begreiflich, 
daß  auch  im  normalen  Zustande  schon  hier 
und  da  Suggestionen  eine  Rolle  spielen, 
die  kaum  noch  von  derjenigen  der  hypno- 
tischen Suggestion  verschieden  ist.  So 
werden  namentlich  gewisse  Suggestionen 
ungemein  leicht  angenommen,  sobald  nur 
die  betreffende  Vorstellung  irgendwie  er- 
regt wird.  Spricht  nuan  z.  B.  von  Ungeziefer 
und  schildert  man  die  Empfindungen,  die 
es  macht,  und  seine  Tätigkeit  einem  Menschen 
recht  anschaulich,  so  beginnt  er  alsbald 
seinen  eigenen  Körper  zu  überhören,  ob 
nicht  irgendwo  ein  juckender  Punkt  vor- 
handen ist,  und  da  immer  auf  der  Haut- 
oberfläche irgendwelche  Stellen  vorhanden 
sind,  von  denen  aus  wir  Empfindungen 
wahrnehmen  können,  sobald  wir  die  Auf- 
merksamkeit darauf  lenken,  so  wird  er 
alsbald  eine  solche  Stelle  gefunden  haben 
und  anfangen,  dieselbe  zu  kratzen.  Im 
weiteren  Verlauf  des  geistigen  Verhörs 
seiner  Hautoberfläche  wird  er  allmählich 
finden,  daß  von  zahlreichen  Punkten  immer 
wieder  solche  Empfindungen  ausgehen,  wie 
wir  sie  schon  anschaulich  geschildert  haben 
und  er  wird  sehr  bald  die  Möglichkeit  er- 
wägen, daß  er  selbst  auch  ein  Opfer  des 
Ungeziefers  geworden  sei.  Dann  wird  er 
sich  überlegen,  wo  in  der  letzten  Zeit  eine 
Gelegenheit  war,  solches  aufzufangen,  und 
findet  er  gar,  daß  solche  Gelegenheit  in  der 
Tat  vorgekommen  ist,  dann  wird  die  Sugge- 
stion schließlich  vollständig  angenommen  und 
er  ist  überzeugt,  selbst  Ungeziefer  zu  haben. 
Eine  Suggestion,  die  ebenfalls  sehr  leicht 
angenommen  wird,  ist  die  Vorstellung  der 
Müdigkeit  und  des  Gähnens.  Wird  vom 
Gähnen  gesprochen  oder  auch  nur  assoziativ 
die  Vorstellung  der  Müdigkeit  erweckt, 
so  tritt  bei  vielen  Personen  in  der  Tat  Gähnen 
auf,  das  sicher  nicht  stattgefunden  hätte 
ohne  diese  Suggestion,  Aus  diesem  Grunde 
wirkt  auch  das  Gähnen  so  ungemein  an- 
steckend und  wenn  erst  in  einer  Gesellschaft 
der  eine   angefangen   hat  zu  gähnen,   dann 


350 


Hypnose 


folgen  bald  zalilreic-lio  aiulore  nach.  Hier 
haben  wir  ein  vollkoniinenes  Anal()t!;on  zu 
der  in  der  Hypnose  sehr  iiäiili^  vorkommenden 
Tatsache,  daß  die  Versiiclisperson  dem 
Experimentator  alles  nachahmt  und  nach- 
spricht (..Echolalie''),  was  sie  ihn  tun  sieht 
oder  sa<i^en  hört.  Auch  die  Sus:<,'estion 
der  Verleijenheit  wird  außerordentlich  leicht 
angenommen.  Wenn  wir  einem  Menschen 
im  Gespräch  scherzhaft  sagen:  na  na, 
Sie  werden  ja  ganz  verlegen,  so  wird  in  der 
Tat  alsbalci  ein  verlegenes  Lächeln  auf 
seinem  Gesichte  erscheinen  und  eine  zu- 
nehmende Röte  dasselbe  überziehen.  Ferner 
müssen  wir  uns  dessen  bewußt  sein,  daß 
ein  großer  Teil  unserer  Erziehung  vor  allem 
in  den  Kinderjahreii  durch  suggestive  Be- 
einflussung geleitet  wird,  in  der  Weise, 
daß  dem  Kinde  gesagt  wird:  das  ist  schlecht, 
das  ist  gut,  das  ist  ungezogen,  das  ist  falsch, 
das  ist  richtig,  das  darf  man  nicht  usf.  Das 
Kind,  das  noch  keine  kritische  Kontrolle 
ausüben  kann,  nimmt  gläubig  alle  diese 
Suggestionen  hin.  Das  Kind  verhält  sich 
genau    wie    ein    Erwachsener    in    Hypnose. 

Auch  für  die  posthypnotischen  Aufträge 
haben  wir  ein  Analogon  im  normalen  Wach- 
zustand in  der  Erfüllung  von  Versprechungen. 
Wir  haben  jemandem  versprochen  an  einem 
bestimmten  Tage  irgend  etwas  zu  erfüllen. 
Unsere  Erziehung  hat  uns  die  Suggestion 
gegeben:  ein  Versprechen  muß  man  halten. 
Nach  dem  Versprechen  denken  wir  vielleicht 
lange  Zeit  gar  nicht  an  das  Versprechen. 
Andere  Bewußtseinsinhalte  ziehen  täglich 
durch  unser  Denken.  Aber  zur  gegebenen 
Zeit  wird  die  Suggestion  wirksam  und  wir 
erfüllen,  was  wir  versprochen  haben. 

Aber  auch  eine  Steigerung  der  Suggesti- 
bilität  über  das  gewöhnliche  Maß  hinaus 
beobachten  wir  sehr  häufig  im  täglichen 
Leben,  ohne  daß  wir  gewohnt  sind,  hier 
gleich  von  Hypnose  zu  sprechen.  Das  all- 
gemeinste Moment,  das  geeignet  ist  die 
Suggestibilität  selbst  bei "  Menschen  mit 
guter  Durchschnittskritik  ganz  bedeutend 
zu  steigern,  ist  der  Autoritätsglaube.  Hat 
irgendeine  Persönlichkeit  erst  einmal  auf 
irgendeine  Weise,  etwa  durch  Bildungs- 
gang, Studium,  Leistungen  usw.  eine  gewisse 
Autorität  gewonnen,  dann  kann  sie  die 
Menschen  in  hohem  Grade  suggestiv  beein- 
flussen und  es  werden  Suggestionen  ohne 
weiteres  kritiklos  von  ihr  angenommen, 
die  sonst  unter  anderen  Verhältnissen  so- 
fort kritisch  abgelehnt  werden  würden. 
Der  Geistliche,  der  Arzt,  der  Parteiführer 
sind  für  große  Gruppen  von  Menschen 
solche  Autoritäten  mit  größter  Suggestions- 
kraft. Tritt  ein  Arzt,  zu  dem  der  Patient 
Vertrauen  hat,  in  das  Krankenzimmer 
und  sagt  er  dem  Patienten  nur  wenige 
beruhigende  Worte,  so  fühlt  sich  der  Patient, 


der  vorher  von  der  völligen  Hoffnungslosig- 
keit seiner  Krankheit  unerschütterlich  über-  t 
zeugt  war,  schon  halb  geJfeilt,  und  solche  ~ 
suggestive  Kraft  hat  sogar  nicht  selten 
der  Arzt  dem  .Vizte  gegenüber.  Die  Sugge- 
stionstherapie hat  daher  auch  in  der  ärzt- 
lichen Kunst  eine  ungeheuer  große  Bedeu- 
tung gewonnen.  Damit  befinden  wir  uns 
aber  schon  mitten  im  Bereich  der  Hypnose, 
obwohl  man  hier  noch  gar  nicht  von  Hypnose 
zu  sprechen  pflegt.  Der  Laie  wird  erst  auf- 
merksam und  denkt  an  Hypnose,  wenn  er 
sieht,  daß  der  Autoritätsglaube  zur  kritik- 
losen Hinnahme  von  Suggestionen  führt,  die 
auffällig,  widerspruchsvoll,  unsinnig,  albern, 
bizarr  sind  und  unter  gewöhnlichenUmständen 
ohne  längere  Ueberlegung  sofort  abgewiesen 
werden  w^ürden.  xAber  dabei  handelt  es 
sich  —  das  sei  nochmals  betont  —  nicht 
um  etwas  prinzipiell  anderes,  sondern  nur 
um  verschiedene  Grade  der  gesteigerten 
Suggestibilität.  Allerdings  muß  auch  berück- 
sichtigt werden,  daß  individuell  die  Sugge- 
stibilität an  sich  schon  sehr  verschieden 
groß  und  auch  bei  verschiedenen  Lidividuen 
in  sehr  verschiedenem  Grade  steigerungs- 
fähig ist.  Der  Laie  aber  hat,  wenn  von  Hyp- 
nose die  Rede  ist,  immer  nur  die  extremen 
und     staunenerregenden     Fälle     im     Auge. 

Von  diesem  Gesichtspunkte  aus  ist  auch 
die  viel  umstrittene  Frage  zu  beurteilen,  ob 
alle  Menschen  hypnotisierbar  sind  oder 
nur  bestimmte  Individuen.  Diese  Frage 
kann  nur  relativ  auf  einen  bestimmten 
Suggestibilitätsgrad  beantwortet  werden.  Li 
geringerem  Grade  kann  die  Suggestibilität 
wohl  bei  allen  Menschen  gesteigert  werden. 
Je  bizarrer  aber  die  Suggestionen  sind,  und 
je  offensichtlicher  sie  allen  Erfahrungen 
widersprechen,  um  so  geringer  wird  die 
Zahl  derjenigen  Personen  werden,  deren 
Suggestibilität  in  genügendeniMaße  gesteigert 
werden  kann,  um  ihre  kritiklose  Annahme  zu 
gestatten. 

Schließlich  ist  es  auf  Grund  dieser  Auf- 
fassung der  Hypnose  als  einer  gesteigerten 
Suggestibihtät  auch  begreiflich,  daß,  wie  alle 
kritischen  Erfahrungen  gezeigt  haben,  ein 
Mensch  nicht  hypnotisiert  werden  kann,  wenn 
er  selbst  fest  überzeugt  ist,  daß  es  nicht  ge- 
lingt. Uebtervon  vornherein  allen  suggestiven 
Beeinflussungsversuchen  gegenüber  entspre- 
chende Kritik,  dann  wird  er  eben  absurde 
Suggestionen,  die  er  kontrollieren  kann,  nicht 
annehmen,  und  dann  kann  von  einer  Hypnose 
nicht  die  Rede  sein.  Es  gehört  zum  Zu- 
standekommen der  Hypnose  in  erster  Linie 
die  Ueberzeugung  der  Versuchsperson,  daß 
sie  in  einen  besonderen  Zustand  versetzt 
werden  kann.  Das  führt  zur  Erörterung 
der  Mittel  zur  Erzeugung  der  Hypnose. 

3b)  Die  Mittel  zum  Hervorbringen 
der  Hypnose.     Seitdem  Mesmer  den  Mag- 


Hypnose 


351 


neteii  angewandt  hatte,  um  die  Menschen  in 
,, magnetischen  Schlaf"  zu  versetzen  und  seit- 
dem Braid  gezeigt  hatte,  daß  der  Magnet 
dabei  durch  irgendeinen  beliebigen  anderen 
Gegenstand  ersetzt  werden  Ivann,  sind  die 
mannigfaltigsten  Methoden  für  die  Herbei- 
führung der  Hypnose  benutzt  worden.  Eine 
der  gelaräuchlichsten  Methoden  ist  die,  daß 
man  der  auf  einem  Stuhle  sitzenden  Versuchs- 
person einen  kleinen  Gegenstand,  etwa  einen 
Knopf,  ein  Stück  Ivreide,  ein  Glasprisma  oder 
den  Finger  vor  die  Augen  hält,  und  denselben 
von  ihr  andauernd  fixieren  läßt.  Dabei  ist 
es  zweckmäßig,  ein  gewisses  Müdigkeits- 
gefühl in  den  Augenmuskeln  hervorzubringen, 
indem  man  den  Gegenstand  ziemlich  nahe 
und  hoch  hält,  so  daß  die  Augen  konvergierend 
und  nach  oben  gerichtet  weit  geöffnet 
gehalten  werden  müssen.  Nach  einigen 
Minuten,  in  manchen  Fällen  schon  nach 
einigen  Sekunden,  ist  die  Versuchsperson  in 
dem  Zustande  gesteigerter  Suggestibilität  und 
folgt  den  Befehlen  des  Experimentators. 
Eine  andere  Methode  besteht  in  dem  Aus- 
führen sogenannter  ,, magnetischer  Striche". 
Der  P^xperimentator  streicht  mit  den  flachen 
Händen  in  der  Entfernung  von  einigen 
Zentimetern  der  Hautoberfläche  folgend  von 
oben  nach  unten  langsam  am  Körper  der 
Versuchsperson  herab,  immer  wieder  mit 
den  Händen  in  weitem  Bogen  nach  oben 
zurückkehrend  und  von  neuein  beginnend. 
Eine  dritte  Methode  besteht  in  dem  scharfen 
Anstarren  der  Versuchsperson.  Der  Ex- 
perimentator sitzt  vor  der  Versuchsperson 
und  blickt  ihr  scharf  einige  Zeit  in  die  Augen, 
wobei  sie  selbst  die  Augen  des  Experimen- 
tators fixieren  muß.  Auch  unterstützt  man 
vielfach  die  Wirkung  dadurch,  daß  man  die 
Daumen  der  Versuchsperson  in  den  ge- 
schlossenen Händen  hält.  Eine  weitere 
Methode  benutzt  akustische  Sinnesreize. 
Man  läßt  die  Versuchsperson  mit  angestrengter 
Aufmerksamkeit  auf  das  monotone  Ticken 
einer  Uhr  hören  oder  auf  andere  rhythmische 
Geräusche. 

Alle  diese  Dinge  haben  aber  weiter  keinen 
Zweck,  als  der  Versuchsj)erson  die  Ueber- 
zeugung  beizubringen,  daß  etwas  Außer- 
ordentliches mit  ihr  geschieht  und  daß  sie 
in  einen  abnormen  Zustand  gerät,  in  dem  sie 
dem  Willen  des  Experimentators  unterworfen 
ist.  Mit  anderen  Worten,  alle  diese  Mittel 
sollen  nur  dazu  dienen,  bei  der  Versuchs- 
person die  Vorstellung  zu  erwecken,  daß  sie 
in  Hypnose  versetzt  werden  wird.  Nur 
wenn  die  Versuchsperson  weiß,  daß  sie  hyp- 
notisiert werden  soll,  sind  alle  diese  Mittel 
wirksam.  Ohne  sein  Wissen  kann 
kein  Mensch  in  Hypnose  ver- 
setzt werden.  Infolgedessen  führt 
auch  jedes  beliebige  andere  Mittel  zum 
Ziele,  wenn  es  nur  bei  der  Versuchsperson 


die  Ueberzeugung  erweckt,  daß  sie  dadurch 
in  Hypnose  geraten  wird.  So  genügen  z.  B. 
häufig  einige  autoritative  Worte,  wie:  .,Sie 
werden  jetzt  einschlafen"  oder  ,,  Schließen 
Sie  die  Augen !  Sie  können  jetzt  nicht  mehr 
die  Augenlider  hochheben"  und  ähnliches. 
Diese  ,, Verbalsuggestion"  ist  besonders  dann 
wirksam,  wenn  eine  Person  von  dem  Ex- 
perimentator schon  öfter  hypnotisiert  worden 
war.  Ueberhaupt  sind  diejenigen  Personen, 
die  schon  mehrfach  hypnotisiert  worden 
sind,  viel  Ifeichter  zu  hypnotisieren  als  solche, 
die  zum  ersten  Male  hypnotisiert  werden, 
weil  die  ersteren  schon  genau  wissen,  daß 
es  gelingen  wird.  Die  Ueberzeugung,  daß  sie 
in  Hypnose  verfallen  werden,  wird  bei 
ihnen  ohne  Schwierigkeiten  augenblicklich 
hervorgerufen,  während  es  bei  Personen,  die 
noch  nicht  hypnotisiert  waren,  häufig  nicht 
leicht  gelingt,  ihnen  diese  Ueberzeugung  zu 
erwecken. 

Sind  Personen  schon  öfter  von  demselben 
Experimentator  hypnotisiert  gewesen,  so 
verfallen  sie  häufig  beim  bloßen  Anblick 
desselben  schon  in  Hypnose.  Ja  bisweilen 
ist  die  Gegenwart  des  Experimentators  gar 
nicht  erforderlich.  Es  genügt,  die  auf  irgend- 
einem assoziativen  Wege  entstandene  Vor- 
stellung von  dem  Zustande  der  Hypnose  und 
die  Ueberzeugung,  daß  dieser  Zustand  auch 
ohne  Beisein  des  Experimentators,  etwa 
durch  den  Willen  des  Abwesenden  hervor- 
gebracht werden  könnte,  um  die  Suggestibili- 
tät so  zu  steigern,  daß  die  betreffende  Person 
das  Opfer  ihrer  eigenen  ,, Autosuggestion" 
wird. 

Die  Rückkehr  aus  der  Hypnose  erfolgt 
am  besten  auf  Befehl,  indem  der  Experi- 
mentator der  Versuchsperson  sagt:  ,, Jetzt 
sind  Sie  wieder  wach."  Dabei  kann  noch 
während  der  Hypnose  vollkommene  Er- 
innerungslosigkeit  an  das,  was  während  der 
Hypnose  geschehen  ist,  suggeriert  werden. 
Wird  der  Befehl  zur  Rückkehr  aus  der  Hyp- 
nose nicht  ausdrücklich  erteilt,  so  kehrt  die 
Versuchsperson  gewöhnlich  von  selbst  wieder 
aus  ihr  zurück,  sobald  sie  die  Sitzung  für 
abgebrochen  hält. 

Aus  alledem  geht  hervor,  daß  es  nicht  be- 
stimmte objektive  Mittel  sind,  welche  die 
Hypnose  hervorrufen,  etwa  so  wie  es  be- 
stimmte Stoffe  gibt,  die  unter  allen  Um- 
ständen Narkose  erzeugen,  sondern,  daß  das 
einzige  Mittel  zur  Herbeiführung  der  Hyp- 
nose darin  besteht,  bei  der  Versuchsperson 
die  subjektiveUeberzeugung  zu  erwecken,  daß 
sie  in  Hypnose  geraten  wird.  Die  Hypnose 
beruht  also  in  letzter  Linie  immer 
nur  auf  einer  Autosuggestion  und  der 
Experimentator  tut  nichts  weiter, 
als  daß  er  das  Zustandekommen 
dieser  Autosuggestion  durch  seine 
Mittel  einleitet  oder  erleichtert. 


352 


Hypnose 


3c)  Die  physiologischen  Vorgänge 
im  Gehirn  bei  der  Hypnose.  Ist  die  Hyp- 
nose ein  Zustand,  der  sich  nicht  prinzipiell, 
sondern  nur  graduell  vom  normalen  Wach- 
zustand unterscheidet  und  ohne  (irenze  in  ihn 
übergeht,  so  liegt  es  auf  der  Hand,  daß  die 
Symptome  der  Hypnose  auch  auf  denselben 
Vorgängen  beruhen  müssen,  wie  die  Tätig- 
keiten des  normalen  Wachzustandes.  Da 
der  Ausgangs])unkt  aller  Erscheinungen  der 
Hypnose  im  bewußten  Vorstellungsleben 
liegt,  so  müssen  also  auch  die  Vorgänge  in 
der  Hypnose  angeknüpft  werden  an  die 
normalen  Bewußtseinsvorgänge,  und  ihre 
sjjezielle  Analyse  muß  nach  denselben  all- 
gemeinen Prinzipien  erfolgen,  wie  die  Analyse 
der  Bewußtseinsvorgänge.  Als  echte  Be- 
wußtseinsvorgänge haben  die  hypnotischen 
Suggestionen  daher  nichts  mit  dem  Schlafe 
zu  tun,  wie  der  Name  unglücklicherweise 
zu  glauben  verführt.  Die  Hypnose  kann 
wohl  benutzt  werden,  um  Schlaf  herbei- 
zuführen, indem  die  Bedingungen  für  seinen 
Eintritt  suggestiv  hervorgerufen  werden, 
aber  Hypnose  ist  nicht  identisch  mit  Schlaf. 
Eher  kann  man  noch  die  Hypnose  mit  dem 
Traumleben  vergleichen,  aber  Träume  sind 
nicht  Schlaf,  sondern  das  Gegenteil  davon, 
d.  h.  eine  partielle  Unterbrechung  des  Schlafes, 
ein  partieller  Wachzustand.  (Vgl.  den 
Artikel  „Schlaf".) 

Daß  bei  einem  Menschen  durch  Worte, 
Gesichtseindrücke,  auf  assoziativem  Wege 
usw.  Vorstellungen  hervorgerufen  werden 
können,  ist  kein  spezifisches  Merkmal  der 
Hypnose.  Der  Mechanismus  dieser  Aus- 
lösung von  Vorstellungen  ist  der  gleiche  wie 
immer  und  überall:  Eine  Erregung,  die  ein 
Sinnesreiz  hervorgerufen  hat,  oder  die  von 
irgendeiner  Gruppe  von  Ganglienzellen  in 
der  Gehirnrinde  kommt,  gelangt  auf  den 
bekannten  Leitungs-  oder  auf  assoziativen  Ver- 
bindungswegen zu  gewissen  Partien  der 
Assoziations-  oder  Vorstelhmgsgebiete  der 
Großhirnrinde  und  erweckt  hier  eine  Erregung 
in  bestimmten  miteinander  assoziierten  Neu- 
rongruppen. Damit  ist  die  entsprechende 
Vorstellung  gegeben.  Diese  kann  assoziativ 
weiter  ausgesponnen  werden  durch  Fortleitung 
der  Erregung  zu  anderen  assoziierten  Neuron- 
gruppen, und  kann  so  Anlaß  zur  Aneinander- 
reihung von  Vorstellungen  oder  auch,  wenn 
die  Erregung  auf  die  motorische  Sphäre 
übergeleitet  wird,  zu  motorischen  Aeuße- 
rungen,  zu  Handlungen  und  Muskeltätigkeiten 
führen.  Während  aber  im  normalen  Wach- 
zustande der  Ablauf  des  Vorstellungslebens 
in  der  Regel  der  gegenseitigen  Kontrolle 
der  einzelnen  Vorstellungen  unterliegt,  indem 
nur  solche  Vorstellungen  assoziativ  für  die 
Gedankenbildung  weiter  verwendet  werden, 
die  den  durch  Erfahrung  gewonnenen  Vor- 
stellungen nicht  widersprechen,  alle  wider- 


spruchsvollen Vorstellungen  dagegen,  wenn 
sie  assoziativ  auftauchen,  durch  kon- 
trastierende Vorstellungen  aus  dem  weiteren 
Assoziationsverlauf  ausgeschaltet  werden, 
findet  eine  solche  kritische  Korrektur  der 
Vorstellungen  in  der  Hypnose  gar  nicht  oder 
nicht  in  dem  normalen  Maße  statt  und  selbst 
die  widersprechendsten  und  absurdesten  Vor- 
stellungen werden  ernsthaft  angenommen, 
ohne  verworfen  zu  werden.  Es  fragt  sich 
daher,  wie  diese  Hemmung  der  kritischen 
Kontrolle  physiologisch  bedingt  ist. 

Das  Prinzip,  das  dieser  Hemmung  zu- 
grunde liegt,  spielt  auch  im  normalen  Vor- 
stellungsleben eine  weitverbreitete  Rolle. 
Auch  hier  werden  z.  B.  Vorstellungen,  die 
sich  augenblicklich  im  Bewußtseinsfelde  be- 
finden, durch  neu  auftauchende  Vorstellungen 
gehemmt,  so  daß  immer  nur  ein  einzelner 
Vorstellungskoni])lex  im  Bewußtseinsfelde 
vorhanden  ist.  Handelt  es  sich  hierbei  um 
die  Hemmung  einer  schon  bestehenden  Vor- 
stellung, so  haben  wir  demgegenüber  bei 
der  Hypnose  in  der  Hemmung  der  kri- 
tischen Kontrolle  eine  Hemmung  des  weiteren 
Assoziationsablaufs.  Eine  bestimmte  Vorstel- 
lung, die  suggestiv  erweckt  ist,  wird  tonisch 
festgehalten  und  bleibt  allein  im  Bewußtseins- 
felde bestehen,  ohne  daß  sich  andere,  etwa 
kontrastierende  Vorstellungen  assoziativ  an- 
schließen und  die  erstere  auslösen.  Auch 
für  diese  Hemmung  des  sukzessiven  Asso- 
ziationsablaufs haben  wir  im  täglichen  Wach- 
zustande gewisse  Analoga.  Wenn  nämlich 
ein  Vorstellungskomplex  oder  Affekt  mit 
besonderer  Intensität  auftritt,  ist  nicht  selten 
jedes  assoziative  Weiterausspinnen,  jede 
Üeberlegung  gehemmt.  Löst  z.  B.  ein  plötz- 
licher Anblick  oder  eine  unerwartete  Nach- 
richt einen  intensiven  Gedanken  oder  einen 
heftigen  Affekt  aus,  so  ist  häufig  für  einige 
Zeit  jede  andere  Tätigkeit  gehemmt.  Am 
bekanntesten  in  dieser  Beziehung  ist 
die  ,, Schrecklähmung",  bei  der  die  Hemmung 
der  assoziativen  Tätigkeit  auch  auf  das 
motorische  Gebiet  sich  erstreckt  und  der 
Mensch  unfähig  ist,  einen  anderen  Gedanken 
zu  konzipieren.  In  der  gleichen  Weise  wirkt 
auch  die  Vorstellung,  welche  in  der  Hypnose 
vom  Experimentator  bei  der  Versuchsperson 
suggestiv  erweckt  wird,  wie  eine  jede  inten- 
sive Vorstellung  hemmend  auf  den  weiteren 
Assoziationsverlaiif  und  so  kommt  es,  daß 
sie  nicht  der  kritischen  Beurteilung  unter- 
worfen wird. 

Ueber  die  physiologischen  Vorgänge  in 
den  Neuronen,  die  diesen  nervösen  Hemmungs- 
erscheinungen zugrunde  liegen,  wissen  Avir 
zwar  jetzt  etwas  besser  Bescheid,  als  noch 
vor  einem  Jahrzehnt.  Wir  kennen  heute 
das  allgemeine  Prinzip,  auf  dem  sie  beruhen 
und  die  fundamentale  Rolle,  die  sie  im  ge- 
gesamten Leben  des  Nervensj'^stems  spielen. 


Hypnose 


353 


(Vgl.  die  Artikel  „Irritabilität"  und 
„Nervensystem".)  x\ber  wir  kennen 
leider  noch  zu  wenig  die  speziellen  Bedin- 
gungen, die  in  der  Großhirnrinde  bestehen 
und  den  Ablauf  der  Erregungen  beherrschen, 
um  heute  schon  die  Einzelheiten  des  ganzen 
Assoziationsgetriebes  restlos  verstehen  zu 
können.  Doch  ist  das  nur  eine  Frage  der  Zeit 
und  die  zellularphysiologische  Erforschung 
des  Nervensystems  dringt  fortdauernd  tiefer 
in  diese  Verhcältnisse  ein.  Es  mag  hier  ge- 
nügen, bezüglich  der  Genese  der  Hemmungen 
auf  folgende  allgemeine  Punkte  hinzuweisen. 
Aus  zahlreichen  Erfahrungen  wissen  wir, 
daß  die  Impulse,  welche  auf  den  Neuron- 
ketten im  Nervensystem  verlaufen,  fast  immer 
Serien  von  rhythmisch  intermittierenden 
Einzelerregungen  sind.  Treffen  nun  zwei 
solche  Serien  an  einem  gemeinsamen  Inter- 
ferenzpunkte, d.  h.  in  einer  Ganglienzelle 
zusammen,  so  entsteht  dadurch  an  diesem 
Punkte  eine  Frequenzvermehrung  der  Einzel- 
erregungen, welche  die  lebendige  Substanz 
in  der  Zeiteinheit  erfährt.  Diese  Frequenz- 
vermehrung ist  es,  welche  die  Hemmungs- 
vorgänge im  Gefolge  hat,  indem  sie  es  mit 
sich  bringt,  daß  jeder  einzelne  Erregungs- 
stoß der  einen  Serie  in  das  Refraktärstadium 
eines  Erregungsstoßes  der  anderen  Serie  fällt, 
so  daß  er  unwirksam  bleibt  und  keine  über- 
schwellige Erregung  auslöst.  Da  das  für 
sämtliche  Einzelstöße  gilt,  so  bleibt  die 
betreffende  Ganglienzelle  während  der  ganzen 
Dauer  der  Interferenz  in  Ruhe,  d.  h.  sie  ist 
gehemmt,  obwohl  jede  Serie  von  Erregungs- 
stößen für  sich  allein  infolge  der  geringeren 
Frequenz  ihrer  einzelnen  Erregungsstöße  eine 
dauernde  Erregung  im  Gefolge  haben  würde. 
Dieses  Prinzip  ist  z.  B.  sehr  klar  zu  erkennen 
in  dem  einfacheren  Fall  der  Hemmung  einer 
Muskelkontraktion  durch  das  Rückenmark 
des  Frosches.  Reizt  man  z.  B.  die  9.  hintere 
Rückenmarkswurzel  für  sich  allein  faradisch, 
so  erhält  man  auf  reflektorischem  Wege 
durch  das  Rückenmark  eine  tonische  Kon- 
traktion des  Musculus  gastrocnemius.  Reizt 
man  die  8.  oder  10.  hintere  Rückenmarks- 
wurzel faradisch  für  sich  allein,  so  erhält 
man  den  gleichen  Erfolg.  Reizt  man  aber 
während  der  dauernden  faradischen  Reizung 
der  9.  Wurzel  gleichzeitig  auch  die  8.  oder 
10.  Wurzel,  so  hört  die  tonische  Erregung 
des  Muskels  während  der  ganzen  Dauer 
dieser  letzteren  Reizung  auf  und  kehrt  erst 
bei  Unterbrechung  derselben  wieder  zurück. 
Die  analogen  Verhältnisse  dürfen  wir  im 
Gehirn  voraussetzen.  Wird  auf  irgendeinem 
Sinnes-  oder  Assoziationswege  ein  Vor- 
stellungskomplex erregt,  so  hemmt  dieser 
eine  andere  Vorstellung,  die  schon  besteht, 
namentlich  wenn  sie  geringere  Intensität 
hat.  Umgekehrt:  hat  die  schon  bestehende 
Vorstellung  größere  Intensität,  dann  hemmt 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


diese  das  Zustandekommen  einer  neuen  Vor- 
stellung. Das  sind  die  normalen  Hemmungen, 
die  das  Vorstellungsleben  beherrschen  und 
die  es  mit  sich  bringen,  daß  immer  nur  ein 
Vorstellungskomplex,  d.  h.  eine  Gruppe  von 
assoziierten  Vorstellungen  simultan  im  Be- 
wußtseinsfelde vorhanden  ist.  Dabei  steht 
bekanntlich  immer  derjenige  Vorstellungs- 
komplex im  Bewußtseinsfelde,  welcher  die 
größte  Intensität  hat.  Da  es  sich  jedenfalls 
auch  bei  den  Erregungen  der  Ganglienzellen  in 
den  Vorstellungsgebieten  der  Großhirnrinde 
um  rhythmisch  intermittierende  Erregungs- 
serien handelt,  so  wird  hier  für  die  Hemmung 
dasselbe  Prinzip  in  Betracht  kommen,  wie  es 
dem  eben  geschilderten  einfacheren  Bei- 
spiele am  Rückenmark  zugrunde  liegt.  Bei 
den  in  der  Hypnose  erweckten  Suggestionen 
handelt  es  sich  um  Vorstellungskomplexe  von 
besonderer  Intensität.  Die  Aufmerksamkeit 
ist  allein  auf  sie  konzentriert.  Infolgedessen 
wird  alles  übrige  Vorstellungsleben  gehemmt 
sein,  soweit  nicht  vom  Experimentator 
weitere  Suggestionen  gegeben  werden.  Es 
kommt  aber  noch  ein  anderes  Moment  dazu. 
Die  Vorstellungen  in  der  Hypnose  werden 
sehr  lange  festgehalten.  Es  ist,  wie  bereits 
gesagt,  in  der  Hypnose  ein  charakteristisches 
Moment,  daß  die  Vorstellungen  die  Neigung 
haben,  tonischen  Charakter  anzunehmen. 
Die  kataleptischen  Erscheinungen  bringen 
das  deutlich  für  das  motorische  Gebiet  zum 
Ausdrucke.  Infolgedessen  bleiben  auch  die 
Hemmungen  lange  bestehen.  Die  ganze 
Aufmerksamkeit  ist  und  bleibt  in  der  Hyp- 
nose konzentriert  auf  das,  was  der  Experi- 
mentator sagt  und  tut.  Bei  großer  Kon- 
zentration der  Aufmerksamkeit  ist  aber  auch 
im  Wachzustand  schon  alles  andere  Vor- 
stellungsleben gehemmt  und  zwar  um  so 
länger  und  stärker,  je  länger  und  intensiver 
die  Aufmerksamkeit  für  ein  Vorstellungs- 
gebiet in  Anspruch  genommen  wird.  Leute, 
die  zerstreut  sind  und  sich  nicht  konzen- 
trieren können,  sind  nicht  zu  hypnotisieren. 
Auch  die  Analyse  der  physiologischen  Vor- 
gänge im  Gehirn  bestätigt  also  nur  die  Auf- 
fassung, die  immer  wieder  betont  werden  muß, 
daß  die  Vorgänge  in  der  Hypnose  sich  nicht 
prinzipiell  von  denen  im  Wachzustande  unter- 
scheiden, daß  allen  Unterschieden  immer  nur 
Intensitätsverschiedenheiten  zugrunde  liegen. 

4.  Die  praktische  Bedeutung  der  Hyp- 
nose. Da  der  Ablauf  des  Vorstellungs-  und 
Willenslebens  in  der  Hypnose  stark  beein- 
flußt werden  kann,  so  hat  man  der  Hypnose 
vielfach  eine  große  medizinische  und  gericht- 
liche Bedeutung  beigemessen.  Es  soll  hier 
daher  wenigstens  kurz  die  Frage  berührt 
werden,  wieweit  das  berechtigt  ist. 

4a)  Die  therapeutische  Bedeutung 
derHypnose.  Als  die  Tatsachen  der  Hypnose 

23 


354 


Hypnose 


in  medizinischen  Kreisen  bekannter  wurden, 
also  in  der  z^Yeiten  Hälfte  des  vorif^en  Jahr- 
hunderts, begann  man  nach  praktischen  An- 
wendungsmöglichkeiten für  die  Hypnose  zu 
suchen.  Schon  Braid  hatte  die  Hypnose 
als  Büttel  zur  Schmerzausschaltung  bei 
chirurgischen  Operationen  angewendet  und 
em))fohlen.  Es  ist  auch  nicht  zu  bestreiten, 
daß  mau  auf  suggestivem  Wege  den  Ope- 
rationss(*limerz  unter  Umständen  vollkommen 
unterdrücken  kann.  Zur  Zeit  Braid s  war 
daher  die  Hypnose  im  gegebenen  Fall  tat- 
sächlich ein  wertvolles  Hilfsmittel  bei  Ope- 
rationen,, denn  damals  waren  die  Narkotika 
noch  nicht  in  die  chirnrgischePraxis  eingeführt. 
Heute  dagegen  besitzen  wir  in  Aether,  Chloro- 
form, Cocain  usw.  eine  ganze  Reihe  von  all- 
gemeinen uiul  lokalen  Anästheticis  von  un- 
vergleichlich größerem  Werte  als  die  Hypnose, 
so  daß  die  Suggestion  kaum  noch  oder  höch- 
stens einmal  als  unterstützendes  Moment  für 
die  Anästhesierung  herangezogen  wird. 

Man  hat  aber  au  die  Hypnose  auch  aller- 
lei therapeutische  Hoffnungen  bezüglich  der 
verschiedensten  Krankheiten  geknüpft.  Man 
hat  sie  vielfach  wahllos  zur  Heilung  von 
rheumatischen  Erkrankungen,  von  Herz- 
krankheiten, Verdauungsstörungen,  Frauen- 
krankheiten, Hautkrankheiten,  Nervenkrank- 
heiten und  vielen  anderen  ganz  heterogenen  Zu- 
ständen benutzen  wollen.  Demgegenüber  hat 
sich  allmählich  das  Anwendungsgebiet  mehr 
und  mehr  eingeschränkt  und  auch  theoretisch 
präzisiert,  in  dem  Maße,  wie  sich  die  Kennt- 
nis vom  Wesen  der  Hypnose  entwickelte. 

Nach  dem,  was  wir  über  das  Zustande- 
kommen  aller  Wirkungen  in   der  Hypnose 
wissen,  ist  es  jetzt  von  vornherein  klar,  daß  nur 
solche    Krankheiten    oder    Symptome    hyp- 
notisch beeinflußt  werden  können,  die  über- 
haupt  dem  Vorstellungs-  und  Willensleben 
unterworfen  sind.  Es  können  also  z.  B.  Infek- 1 
tionskrankheiten,  Giftwirkungen,  organische ; 
Veränderungen  der  Gewebe,  Tumoren  xisvf. 
nicht     hj'pnotisch    geheilt    werden.      Wohl ; 
ist  es  möglich,  Schmerz  suggestiv  zu  lindern, 
aber  damit  wird  nur  ein  subjektives   Sym-  i 
ptom,  nicht  die  objektive  Veränderung,  d.  h. 
die  eigentliche  Erkrankung  selbst  behandelt.  ; 
Dagegen  bilden  solche  Krankheiten  ein  sehr  1 
günstiges  Objekt  für  eine  Suggestionstherapie,  \ 
die  auf  abnormen  Veränderungen  des  Vor- 
Stellungslebens  beruhen,  wie  z.  B.  die  hyste- 
rischen  Erscheinungen.     Hysterische    Kon- 
trakturen   oder    Lähmungen    der    Muskeln, ' 
fixe    Ideen,    Zwangsvorstellunc;en,    perverse 
Neigungen    usw.    können,    selbst    wenn    sie  i 
jahrelang  bestanden  haben,  suggestiv  in  der 
Tat  geheilt  werden.     Freilich  ist  es,  wenn  ' 
das  Vorstellungsleben  selbst  nicht  wieder  ge- 
sundet,   nicht    ausgeschlossen,    daß    wieder 
Rückfälle  eintreten  oder  wieder  neue  Sym- 
ptome zum  Vorschein  kommen. 


i       Ein  Punkt  darf  aber  bei  der  Frage  nach 
der  therapeutischen  Verwendung  der  Hypnose 
nie  außer  Acht  gelassen  werden,  das  ist  die 
Gefahr,    die    bei    häufiger   Anwendung   der 
I  Hypnose  für  den  Patienten  erwachsen  kann. 
Abgesehen  von  den  oft  sehr  unglücklichen 
Folgen  ungeschickter  und  schädlicher  Sug- 
I  gestionen,  die  bisweilen  vom  Experimentator 
!  gar    nicht    vorausgesehen     oder    berechnet 
werden    können ,    bildet    bei    öfterem  Hyp- 
j  notisieren  die  Steigerung  der  Suggestibilität 
auch  während  des  Wachzustandes,  ferner  die 
zunehmende  Leichtigkeit  des  .Hypnotisiert- 
werdens und  schließlich  das  Auftreten  von 
Autosuggestionen  die  wesentlichste   Gefahr, 
die  unter  Umständen  das  ganze  Vorstellungs- 
leben des  betreffenden  Menschen  stark  schä- 
j  digen   und   verändern   kann.     Infolgedessen 
;  sollte  die  Hypnose  nur  von  einem  kritisch  ge- 
schulten Psychiater  und  Neurologen,  der  den 
Patienten  sehr  sorgfältig  untersucht  hat  und 
!  seine  psychische  Verfassung  genau  kennt,  zu 
''  therapeutischen  Zwecken  angewendet  werden. 
Jeder  erfahrene  Arzt  aber  wird  auch  ohne 
i  eigentliche    Hypnose    durch    Suggestionsbe- 
handlung eine  Menge  erreichen  können. 

4b)  Die  forensische  Bedeutung  der 
Hypnose.  Auch  die  forensische  Bedeutung 
der  Hypnose  ist  lange  Zeit  überschätzt 
worden.  Man  hat  von  vornherein  an- 
genommen, daß  die  Ausführung  von  Ver- 
brechen in  der  Hypnose  jemandem  ebenso 
suggeriert  werden  könne,  wie  irgendeine  be- 
liebige andere  Handlung  und  daß  der  Be- 
treffende das  Verbrechen  zwangsmäßig  aus- 
führen müsse  unter  dem  Einfluß  dieser 
Suggestion.  Es  ist  auch  vielfach  im  Anschluß 
daran  die  Frage  erörtert  worden,  wieweit 
jemandem  ein  Verbrechen,  das  er  in  der 
Hypnose  ausgeführt  habe,  strafrechtlich  an- 
gerechnet werden  solle.  Demgegenüber  hat 
die  Erfahrung  gelehrt,  daß  der  hypnotische 
Zustand  durchaus  nicht  zur  Ausführung  von 
Verbrechen  disponiert.  Die  überwiegende 
Mehrzahl  aller  forensischen  Psychiater  steht 
heute  auf  dem  Standpunkt,  daß  es  sich  in 
den  seltenen  Fällen,  in  denen  auf  suggestive 
Beeinflussung  hin  Verbrechen  ausgeführt 
werden,  wohl  immer  um  Menschen 
handelt,  die  auch  im  normalen  Wach- 
zustande bei  günstiger  Gelegenheit  ^tm- 
das  gleiche  Verbrechen  ausführen  würden. 
Ein  normaler  Mensch  von  normaler  ethischer 
Erziehung  ist  auch  in  der  Hypnose  nicht  zur 
Ausführung  eines  Verbrechens  zu  bringen. 
Das  haben  zahlreiche  Experimente,  die 
nach  dieser  Richtung  hin  von  Psychiatern 
und  Gerichtsärzteu  angestellt  worden  sind, 
immer  wieder  gezeigt.  Die  Versuchsperson 
führt  zwar  in  der  Hypnose  zunächst  alles 
aus,  was  ihr  der  Experimentator  sagt,  aber 
je  näher  die  entscheidende  Handlung  rückt, 
um    so    mehr    bemächtigt    sich    ihrer    eine 


Hypnose 


355 


starke  Aufregung,  die  schließlich  so  heftig 
wird,  daß  die  Versuchsperson  bei  der 
eigentlichen  Ausführung  versagt.  Bei  einem 
normalen  Menschen  ohne  ethischen  Defekt 
sind  durch  die  Erziehung  mit  der  Vor- 
stellung eines  Verbrechens  von  vornherein 
so  viele  kontrastierende  Vorstellungen  un- 
trennbar zu  einem  einheitlichen  Vorstellungs- 
komplex assoziiert,  daß  auch  diese  immer 
gleichzeitig  mit  erweckt  werden,  wenn  die 
Vorstellung  des  Verbrechens  entsteht.  Diese 
kontrastierenden  Vorstellungen  hindern  die 
Ausführung  des  Verbrechens.  Die  Aus- 
führung von  verbrecherischen  Handlungen  in 
der  Hypnose  oder  auch  posthypnotisch  unter 
dem  Einfluß  einer  während  der  Hypnose 
gegebenen  Suggestion  spielt  daher  nicht  in 
Wirklichkeit,  sondern  nur  in  Romanen  und 
Theaterstücken  als  Sensationsmotiv  eine  be- 
liebte, den  Laien  immer  wieder  gewaltig 
packende  Rolle. 

Dagegen  ist  die  Frage,  ob  an  einer  Person, 
die  sich  in  Hypnose  befindet,  vom  Hyp- 
notiseur strafbare  Handlungen  begangen 
werden  können,  ohne  daß  die  Person  Wider- 
stand leistet,  weniger  übereinstimmend  be- 
urteilt werden.  In  der  Literatur,  nament- 
lich in  der  französischen,  ist  eine  größere 
Anzahl  von  Angaben  gemacht  worden,  daß 
namentlich  Notzuchtsverbrechen  in  der  Hyp- 
nose ausgeführt  worden  seien.  Indessen 
dürfte  auch  hierbei  der  Erziehungsgrad  der 
betreffenden  Frauen  einen  wesentlich  aus- 
schlaggebenden Faktor  bilden  und  es  ist 
nicht  ganz  unwahrscheinlich,  daß  es  sich 
in  solchen  Fällen  um  Personen  handelt,  die 
auch  im  normalen  Wachzustande  schwach 
genug  wären,  eine  entsprechende  Handlung 
etwa  aus  Furcht  ohne  allzugroßes  Wider- 
streben   zu   dulden. 

5,  Die  sogenannte  Hypnose  der  Tiere. 

Mit  Rücksicht  auf  den  phylogenetischen  Zu- 
sammenhang des  Menschen  mit  den  Tieren 
liegt  die  Frage  nahe,  ob  sich  auch  in  der 
Tierreihe  bereits  Tatsachen  finden,  die  als 
eine  wirkliche  Hypnose  wie  diejenige  des 
Menschen  aufgefaßt  werden  müssen.  Man 
ist  in  der  Bejahung  dieser  Frage  nicht  sehr 
zurückhaltend  gewesen.  Wenn  man  sich  in- 
dessen kritisch  vergegenwärtigt,  wie  wenig 
wissenschaftlich  exakt  dasjenige  Gebiet  be- 
arbeitet werden  kann,  das  man  als  ,, Tier- 
psychologie" bezeichnet,  womit  nicht  die 
objektive  Physiologie  des  Nervensystems  und 
der  Sinnesorgane,  sondern  die  Erforschung 
des  subjektiven  Bewußtseinslebens  gemeint 
sein  soll,  dann  wird  man  sich  den  Schwierig- 
keiten nicht  verschließen,  die  sich  der  Be- 
antwortung der  genannten  Frage  entgegen- 
stellen. Um  von  Hypnose  bei  Tieren  sprechen 
zu  können,  müßte  nachgewiesen  werden,  daß 
ihre  Suggestibilität  künstlich  über  die  Norm 


gesteigert  werden  kann,  so  daß  sie  Vor- 
stellungen annehmen,  die  sie  unter  gewöhn- 
lichen Verhältnissen  nicht  annehmen  würden. 
Ein  solcher  Nachweis  dürfte  in  exakter  Form 
kaum  zu  führen  sein,  jedenfalls  fehlen  uns 
bis  heute  alle  Grundlagen  dafür.  Alles,  was 
man  dafür  anführen  könnte,  ist  lediglich 
Ausdruck  subjektiver  Deutungen  und  Theo- 
rien und  hat  keinen  größeren  wissenschaft- 
lichen Wert  als  die  Geschichten,  die  seit 
alters  her  unter  der  Spitzmarke  ,, Verstand 
oder  Instinkt"  in  Familienblättern  dem 
staunenden  Leser  zum  Nachdenken  vor- 
gesetzt zu  werden  pflegen. 

Unter  den  Erscheinungen,  die  vielfach  als 
,, Hypnose"  bei  Tieren  gedeutet  worden  sind, 
verdient  aber  eine  Gruppe  ein  physiologisches 
Interesse  und  aus  diesem  Grunde  soll  sie 
hier  anhangsweise  berücksichtigt  werden,  ob- 
wohl sich  nachweisen  läßt,  daß  sie  nichts 
mit  der  Hypnose  des  Menschen  zu  tun  hat. 

5a) Geschichtliches.  Im  Jahre  1G36  be- 
schrieb der  Professor  der  Mathematik  und  der 
orientalischen  Sprachen  an  der  Universität 
Altdorf,  Daniel  Schwendter,  das  merk- 
würdige Experiment,  daß  man  eine  wilde 
Henne  in  ganz  abnormer  Stellung  zu  voll- 
kommenem Stilliegen  veranlassen  könne, 
wenn  nuin  sie  mit  dem  Schnabel  auf  den 
Tisch  drückt  und  mit  einem  Stück  Kreide 
über  ihren  Schnabel  und  der  Länge  nach 
über  denselben  hinaus  auf  den  Tisch  einen 
starken  Strich  zieht.  Das  Experiment  ist 
dann  aber  erst  bekannter  geworden  durch 
Athanasius  Kircher,  der  es  in  etwas  an- 
derer Form  in  seiner  ,,xArs  magna  lucis  et 
umbrae"  als  das  ,,Experimentum  mirabile 
de  imaginatione  gallinae"  mitteilt.  Kircher 
fesselt  erst  das  Huhn  mit  Bindfaden,  dann 
drückt  er  den  Schnabel  auf  den  Tisch  und 
zieht  den  Kreidestrich.  Wenn  er  dann  den 
Bindfaden  abnimmt,  bleibt  das  Tier  ruhig 
liegen.  Während  Schwendter  dieses  Ver- 
halten des  Huhnes  als  eine  Furcht-  oder 
Schrecklähmung  deutet,  sieht  Kircher  darin 
eine  Wirkung  der  Einbildungskraft  des 
Huhnes.  Das  Huhn  hält  nach  seiner  Deutung 
den  Kreidestrich  für  einen  Bindfaden  und 
glaubt,  es  sei  noch  gefesselt  und  könne  nicht 
aufstehen.  Wäre  die  Auffassung  Kirchers 
richtig,  so  könnte  in  der  Tat,  wie  es  auch  von 
Czermak  und  Danilewski  noch  in  neuerer 
Zeit  geschehen  ist,  von  einer  Hypnose  des 
Huhnes  gesprochen  werden. 

Dieser  iVuffassung  sind  indessen  schon 
verschiedene  Forscher  entgegengetreten. 
Czermak  hat  bereits  bemerkt,  daß  die 
Fesselung  und  der  Ki-eidestrich  zum  Zustande- 
kommen der  Erscheinungen  entbehrlich  sind. 
Aber  er  glaubte  sich  doch  überzeugt  zu  haben, 
daß  sie  einige  Bedeutung  als  unterstützende 
Momente  haben.  Czermak  hat  besonders  an 
Tauben    experimentiert    und    glaubt    beob- 

23* 


356 


Hypnose 


achtet  zu  haben,  daß  es  leichter  ist, 
Tauben  zum  Stilliegen  in  der  abnormen 
Stellung  zu  veranlassen,  wennman  ihnen 
den  Finger  oder  irgendeinen  anderen 
Gegenstand,  wie  z.  B.  eine  Glaskugel 
oder  einen  Korkstöpsel  usw.  in  der  Höhe 
der  Schnabclwurzel  dauernd  vor  Augen  hält. 
Er  Avurde  aber  dadurch  hauptsächlich  in 
seiner  Auffassung  des  Zustandes  als  Hyp- 
nose bestärkt. 

Preyer  dagegen  zeigte,  daß  alle  diese 
Hilfsmittel  ohne  weiteren  Einfluß  sind  und 
konnte  einfach  durch  sanftes  Unterdrücken 
der  anfänglichen  Abwehrbewegungen  mit  der 
Hand  leicht  die  Erscheinung  hervorbringen. 
Es  gelang  ihm  auch,  den  gleichen  Zustand 


der  Erscheinung  als  eines  tonisch  gewordenen 
Lagereflexes,  eine  Erklärung,  die  in  neuerer 
Zeit  durch  weitere  Untersuchungen  ver- 
schiedener Forscher,  wie  Mangold,  Poli- 
manti,  Szymans ki u.a. bestätigt wordenist. 
5b) Physiologische  Analyse  der  soge- 
nannten Hypnose  derTiere.  Sind  die  Zu- 
stände der  Bewegungslosigkeit,  in  welche  die 
Tiere  verfallen,  wenn  man  sie  in  eine  abnorme 
Körperlage  versetzt  und  ihre  Abwehrbewe- 
gungen kurze  Zeit  unterdrückt,  wirklich 
durch  Hypnose  bedingt,  dann  ist  ihre  Ent- 
stehung nur  durch  Beeinflussung  des  Vor- 
stellungslebens der  Tiere  möglich,  denn  alle 
hypnotischen  Erscheinungen  kommen  nur 
auf  dem  Wege  der  Suggestion,  d.   h.  durch 


\   V^  pig   i      (iroßhirnloses  Huhn  mit  tonisch  gewordenem  Lagereflex.     Nach  Yerworn. 


bei  einer  großen  Zahl  anderer  Tiere,  wie 
Kaninchen,  Meerschweinchen,  verschiedenen 
Vogelarten,  Reptilien,  Fröschen  und  Krebsen 
auf  die  gleiche  Weise  zu  erzielen.  Preyer 
kam  auf  Grund  seiner  Beobachtungen  zu 
der  Ueberzeugung,  daß  es  sich  dabei  um  eine 
Schrecklähmung  handle  und  nannte  daher 
diesen  Zustand  „Kataplexie".  Die  Tiere 
sollen  vor  Schreck  und  Aufregung  bewegungs- 
los werden. 

Heu  bei  gab  wieder  eine  andere  Er- 
klärung und  deutete  auf  Grund  von  Experi- 
menten am  Frosch  den  Zustand  einfach  als 
Schlaf.  Er  glaubte  sich  überzeugt  zu  haben, 
daß  die  Frösche  besonders  leicht  in  diesem 
Zustand  der  Bewegungslosigkeit  verharren, 
wenn  alle  äußeren  Sinneseindrücke  ausge- 
schaltet werden.  Unter  diesen  Umständen 
können  die  Tiere  stundenlang  still  liegen. 

Eine  physiologische  Analyse  des  Zu- 
standes, in  dem  sich  das  Zentralnervensystem 
während  der  Bewegungslosigkeit  befindet, 
führte  schließlich  Verworn  zur  iVuffassung 


Vermittlung  des  Vorstellungslebens  zustande. 
Das  Vorstellungsleben  ist  gebunden  an  die 
Großhirnrinde.  Das  haben  uns  für  den  Men- 
schen die  klinischen  und  physiologischen  Er- 
fahrungen in  ausgedehntem  Maße  bewiesen 
und  das  gleiche  müssen  wir  auf  Grund  des 
Verhaltens  großhirnloser  Tiere  aus  Analogie 
auch  für  die  übrigen  Wirbeltiere  schließen. 
Es  lag  also  nahe,  experimentell  zu  prüfen, 
ob  großhirnlose  Tiere  noch  auf  die  gleiche 
Weise  in  diegleichen  Zustände  der  Bewegungs- 
losigkeit versetzt  werden  können,  wie  ent- 
sprechende unverselirte  Individuen.  Heubel 
hatte  bereits  beobachtet,  daß  auch  großhirn- 
lose Frösche  noch  die  gleichen  Zustände 
zeigen.  Verworn  hat  dann  Hühnern  das 
Großhirn  exstirpiert  und  auch  bei  diesen 
Tieren  genau  die  gleichen  Erfolge  erzielt,  wie 
bei  normalen  (Fig.  l),jadiegroßhirnlosen  Tiere 
können  durchschnittlich  länger  in  Bewegungs- 
losigkeit gehalten  werden,  ehe  sie  wieder 
auf  die  Beine  springen,  als  intakte,  weil  bei 
ihnen   eine   ganze    Keihe   wichtiger    Sinnes- 


Hypnose 


357 


eindrücke,  die  das  Aufspringen  und  die 
Rückkehr  in  die  normale  Körperlage  ver- 
anlassen, ausgeschaltet  sind.  Szymanski 
hat  schließlich  auch  bei  großhirnlosen  Ka- 
ninchen noch  dieselben  Zustände  beobachtet. 
Aus  allen  Experimenten  geht  unabweislich 
der  Schluß  hervor,  daß  bei  diesen  künstlich 
hervorgerufenen  Zuständen  der  Bewegungs- 
losigkeit in  abnormen  Körperlagen  von  Hyp- 
nose nicht  die  Rede  sein  kann. 

Ebensowenig  aber  kann  an  Schlaf  ge- 
dacht werden,  wie  es  Heubel  tut.  Diese 
Auffassung  hat  schon  Preyer  abgelehnt  im 
Hinweis  darauf,  daß  die  Tiere  sich  gerade 
im  Beginn  des  Versuchs  in  heftiger  Erregung 
befinden  und  daß  zur  Einleitung  des  Schlafes 


Bewegungslosigkeit  bringen  will,  ist  es  nötig, 
dasselbe  sicher  und  schnell  zu  ergreifen  und 
in  seine  abnorme  Körperlage  zu  bringen,  vor 
allem  aber  dasselbe  in  dieser  abnormen 
Körperlage  eine  kurze  Zeit  zu  fixieren  und 
die  anfänglichen  Bewegungen,  die  es  macht, 
um  aus  der  abnormen  Lage  wieder  auf  die 
Beine  zu  kommen,  sanft  aber  bestimmt  zu 
unterdrücken.  Dann  kann  man  es  vorsichtig, 
sehr  langsam  nach  und  nach  loslassen  und 
die  Hände  entfernen  unter  Vermeidung  jeder 
hastigen  Bewegung  vor  den  Augen  des 
Tieres,  und  das  Tier  bleibt  nun  still  in  seiner 
auffallenden  Stellung  liegen.  Diese  Stellung 
ist  das  wichtigste  Moment  und  enthält  den 
Schlüssel   für   das   Verständnis   des   ganzen 


Fig.  2.    Meerschweinchen  in  tonischer  Lagereflexstellung,    a  und  b  zwei  verscliiedene 
Körperstellungen,  die  durch  das  Umdrehen  in  verschiedene  Lagen  bedingt  sind.    Nach  Verworn. 


nicht  Erregung,  sondern  umgekehrt,  mög- 
lichste Ausschaltung  aller  Sinneserregung 
notwendig  ist.  Auch  wäre  das  plötzliche 
Einschlafen  vollkommen  unmotiviert. 

Was  schließlich  Preyers  Deutung  des 
Zustandes  als  Schrecklähmung  betrifft,  so 
spricht  das  Verhalten  der  großhirnlosen  Tiere 
auch  nicht  gerade  für  eine  solche,  wenn  man 
unter  Schreck,  wie  das  üblich  ist,  einen  sub- 
jektiven Affekt  versteht.  Immerhin  wäre  an 
eine  plötzliche  Shockwirkung  ohne  sub- 
jektiven Schreckaffekt  zu  denken,  aber  eine 
weitere  Analyse  liefert  uns  eine  andere 
Auffassung  des  Zustandes. 

Wenn  man  ein  Tier  in  den  Zustand  der 


Vorgangs.  Sobald  man  sie  genauer  unter- 
sucht, findet  man,  daß  die  Haltung  der  ein- 
zelnen Teile  des  Körpers  jedesmal  die  gleiche 
ist,  wenn  man  das  Tier  in  derselben  Weise 
ergriffen  und  in  derselben  Richtung  umge- 
dreht hat,  daß  sie  aber  wieder  eine  ganz  andere 
ist,  wenn  man  das  Tier  in  einer  anderen 
Richtung  umgedreht  und  in  die  abnorme 
Lage  gebracht  hat  (Fig.  2  a  und  b).  Dabei 
beobachtet  man,  daß  bestimmte  Muskeln 
tonisch  kontrahiert  sind,  oft  so  stark,  daß 
z.  B.  die  Extremitäten  einem  Druck  mit  dem 
Finger  einen  gewissen  Widerstand  leisten,  und 
zwar  ist  das  charakteristische  Moment  des 
ganzen  Symptomenkomplexes  das,  daß  gerade 


358 


Hypnose  —  Hyrtl 


diejenigen  Muskeln  tonisch  kontrahiert  sind, 
die  ini  Beginn  des  Versuchs  von  dem  Tiere 
benutzt  werden,  um  sich  eben  aus  dieser 
speciellcn  Lage  wieder  in  die  normale  Stellung 
zurückzubringen.  Diese  Rückiühruug  des 
Tieres  aus  einer  abnormen  Lage  indienormale 
ist  ein  reflektorischer  Vorgang,  der  bei  den 
Vögeln  und  Säugetieren  durch  das  Klein- 
hirn, beim  Frosch  durch  die  Basis  des  Mittel- 
hirns vermittelt  wird.  Er  erfolgt,  wenn  das 
Tier  nicht  irgendwie  gehindert  wird,  rein 
niaschinoumäßig,  prompt  und  sicher.  Unter- 
drückt mau  dagegen  wie  in  den  vorliegenden 
Experimenten  diesen  Lagekorrektionsreflex 
mit  den  Händen,  so  wirkt  die  abnorme 
Körperlage  andauernd  als  Reiz  und  die 
Muskeln,  die  zu  ihrer  Korrektion  dienen, 
werden  nicht  ruckartig  kurz,  sondern  an- 
dauernd tonisch  innerviert,  d.  h.  das  Tier 
bleibt  in  der  Stellung  des  unvollendeten 
Lagereflexes  gewissermaßen  erstarrt  liegen. 
Daher  kommt  es,  daß  die  Haltung  des  Tieres 
jedesmal  dieselbe  ist,  wenn  man  es  in  der- 
selben Weise,  und  jedesmal  anders,  wenn  man 
es  in  verschiedener  Weise  in  eine  abnorme 
Lage  gebracht  hat.  Es  sind  jedesmal  die- 
jenigen Muskeln  tonisch  innerviert,  die 
gerade  zur  Befreiung  aus  der  betreffenden 
Lage  innerviert  werden  müssen.  Da  dieser 
Reflex  nicht  durch  das  Großhirn  vermittelt 
wird,  so  ist  es  ohne  weiteres  verständlich, 
daß  auch  großhirnlose  Tiere  noch  die  Er- 
scheinung zeigen. 

Die  Rückkehr  der  Tiere  in  die  normale 
Körperstellung  erfolgt  nach  kürzerer  oder 
längerer  Zeit  spontan,  indem  das  Tier,  wenn 
es  intakt  ist,  gewöhnlich  vom  Großhirn  her, 
wenn  es  großhirnlos  ist,  von  irgendwelchen 
Sinneswegen  her  einen  neuen  verstärkten 
Lnpuls  zum  Aufstehen  gibt.  Verworn 
hat  solche  Impulse  an  den  Muskeln  graphisch 
darstellen  können.  Ebenso  kann  das  still- 
liegende Tier  auch  jeden  Augenblick  durch 
einen  äußeren  Sinnesreiz,  z.  B.  durch  einen 
Gesichtseindruck,  ein  Geräusch,  einen  An- 
stoß in  der  gleichen  Weise  zum  Aufstehen  ver- 
anlaßt werden. 

Nach  alledem  ist  also  das  charakteristi- 
sche Moment  der  sogenannten  Hypnose  der 
Tiere  ein  tonisch  gewordener  Lagekorrek- 
tionsreflex, der  mit  Hypnose  selbst  nichts 
weiter  zu  tun  hat. 

Literatur.  J.  Braid,  Der  Ilypuotismim.  Aus- 
gewählte Schriften.  Deutuch  von  W.  Preyer. 
Berlin  1882.  —  It.  Heidenhain,  Der  soge- 
nannte tierische  Magnetisvius.  Leipzig  1880.  — 
Bemheim,  De  la  Suggestion  et  de  ses  appli- 
cations  u  la  therapeutique.  Paris  1886.  — 
A.  Moll,  Der  Ilypnoti.smus.  III.  Aufl.  Berlin 
1895.  Zeitschr.f.  Hypnotismus.  —  M.  Verworn, 
Beiträge     zur     Physiologie     des    Zentralnerven- 


systems. I.  Die  sogenannte  Hypnose  der  Tiere. 
Jena  1898.  —  Szynianshi,  lieber  künstliche 
Modifikationen  des  .'sogenannten  hypnotischen 
Zustandcs  bei  Tieren.  Pflüg  er  s  Arch.,  Bd.  148, 
1912. 

M.    Verworn. 


Hyrtl 

Joseph. 

Geboren  am  7.  Dezember  1811  in  Eisenstadt  in 
Ungarn,  gestorben  am  17.  Juli  1894  InBerchtolds- 
dorf  bei  Wien,  studierte  in  Wien  Anatomie,  wo 
er  schon  1832  Prosector  wurde.  Er  bemühte 
sich  als  solcher  wesentlich  um  die  Bereiche- 
rung der  Sammlung  anatomischer  Präparate. 
1837  wurde  er  Professor  der  Anatomie  in  Prag, 
nachdem  er  1835  promoviert  hatte.  Nach 
dem  Tode  seines  Lehrers  Berres  1845  wurde 
er  in  gleicher  Eigenschaft  nach  Wien  berufen. 
1847  wurde  er  auch  wirkliches  ^Mitglied  der 
Kaiserlichen  Akademie  der  Wissenschaften. 

Seine  Arbeiten  betreffen  hauptsächlich  die 
vergleichende  Anatomie.  So  hat  er  Unter- 
suchungen über  das  Gehörorgan,  verschiedene 
Partien  der  feineren  Gefäßlehre  und  die  ver- 
gleichenden Anatomie  der  Fische  geliefert.  Das 
Hauptgewicht  seiner  Tätigkeit  legte  er  auf  das 
Anfertigen  künstlerisch  vollendeter  Präpa- 
rate, die  weltberühmt  geworden  sind. 

Von  seinen  Arbeiten  seien  genannt:  Ver- 
gleichend-anatomische Untersuchungen  über  das 
Gehörorgan  des  Menschen  und  der  Säugetiere. 
Prag  1845.  Lepidosiren  paradoxa.  Ebd.  1845. 
Beiträge  zur  vergleichenden  Angiologie.  Wien 
1850.  Beiträge  zur  Moi"phologie  der  Urogenital- 
organe der  Fische.  Ebd.  1850.  Das  uropoetische 
System  der  Knochenfische.  Ebd.  1852.  Ueber 
die  accessor.  Kiemenorgane  der  Clupeaceen.  Ebd. 
1856.  Anatom.  Mitteilung  über  Mormyrus 
und  Gymnarchus.  Ebd.  1856.  Cryptobranchus 
japonicus.  Ebd.  1865.  Die  Blutgefäße  der 
menschlichen  Nachgeburt.  Ebd.  1870.  Cranium 
cryptae  ]\Ietelicensis.  Ebd.  1877.  Weit  verbreitet 
waren:  Lehrbuch  der  Anatomie  des  ]\lensciien. 
Prag  1846,  20  Aufl.  Wien  1889  und  Handbuch 
der  topogr.  Anatomie  (2  Bde.  Wien  1847,  7.  Aufl. 
1882).  Ueber  den  technischen  Teil  der  Anatomie 
handelt  das  Handbuch  der  praktischen  Zer- 
gliederungskunst. Wien  1870.  Als  besonders 
verdienstvoll  muß  auch  noch  die  durch  ihn  er- 
folgte (iründung  des  ausgezeichneten  ;\Iuseums 
für  vergleiclu>nde  Anatomie  in  Wien  erwähnt 
werden.  Im  Jahre  1874  erfolgte  seine  Emeri- 
tierung, er  lebte  bis  zu  seinem  Tode  fast  er- 
blindet in  Berchtoldsdorf  bei  Wien,  wo  er  noch 
schrieb:  Das  Arabisclie  und  Hebräische  in  der 
Anatomie.  Wien  1879.  •  Onomatologia  ana- 
tomica.  Wien  1880.  Die  alten  deutschen  Kunst- 
worte der  Anatomie.     Wien  1884. 

Literatur.  Wnrzhach,  Biographisches  Le.vikon 
des  A'aisertunis  Oesterreieh.  9.  Teil.  Wien  186S. 
Brockha us   Kon versationslexikon . 

W.    Harms. 


Jainin 

Jules  Celestin. 

Er  wurde  am  30.  Mai  1818  in  Termes 
in  den  Ardennen  geboren  und  ist  am  12.  Fe- 
bruar 1886  in  Paris  gestorben.  Er  war  Pro- 
fessor der  Physik  am  College  Louis  le  Grand 
in  Paris,  dann  an  der  polytechnischen  Schule 
und  an  der  Fakultät  der  Wissenschaften.  1868 
wurde  er  ^Mitglied  der  Akademie,  1884  Sekretär 
derselben.  Seine  Arbeiten  liegen  vorwiegend  auf 
dem  Gebiet  der  Optik  und  beschäftigen  sich  mit 
Untersuchungen  und  ^lessungen  von  Polarisation, 
Interferenz,  Absorption.  Er  konstruierte  einen 
Interferenzialrefraktor  und  einen  Kompensator 
zur  Herstellung  von  Gangunterschieden. 

E.  Brucle. 


stallographie  auf  Grund  des  Gesetzes  von 
der  Rationalität  der  Indizes  nicht  möglich 
ist,  sondern  eine  Kombination  von  Oktaeder 
(8  Flcäehen)  und  Pentagondodekaeder  (12 
Flächen)  darstellt.  Vgl.  den  xArtikel  „Kri- 
stallformen". 


Idiomorph. 

Gleichbedeutend  mit  Automorph,  be- 
zeichnet die  Begrenzung  der  minerahschen 
Gemengteile  eines  Gesteins  durch  eigene 
Kristallflächen.  Gegensatz  Allotriomorph 
=  Xenomorph,  Begrenzung  durch  andere 
Minerahen.  Vgl.  den  Artikel  ,, Gesteins- 
struktur''. 


Jet. 

Gleichbedeutend  mit  Gagat  ist  eine  zu 
Trauerschmuck  verwendete  Braunkohle  (Faul- 
schlaramkohle).   Vgl.  den  Artikel ,, Kohlen". 


Ikosaeder. 

In  der  Mathematik  ein  von  20  gleichen 
Flächen  begrenzter  Körper,  der  in  der  Kji- 


Imatrasteine. 

Manchmal  flach-kreiselförmig,  manchmal 
durch  Aggregation  zweier  Steine  brillen-  oder 
biskuitartig  geformte,  öfters  auch  unregel- 
mäßig gestaltete  den  Lößpuppen  ähnliche 
festere  im  Ton  oder  Tonschiefer  vorkommende 
Konkretionen,  oder  ihnen  ähnliche  Körper. 
Früher  wurde  ihre  Entstehung  durch  In- 
filtration von  kohlensaurem  Kalk  längs 
Spalten  erklärt,  heute  durch  Adsorptionser- 
scheinungen und  Diffusion  in  Kolloiden. 

Literatur.  Die  Lehrbücher  der  Geologie.  — 
li.  E.  Liesegang,  Geologische  Diffusionen, 
Dresden  1913. 


Immunität. 

1.  Definition  des  Begriffs  und  Abgrenzung  des 
Gebiets  (Allergie).  2.  Unterabteilungen:  spezifi- 
sche Immunität  und  Resistenz.  3.  Grade  der  Im- 
munität: Disposition,  Virulenz.  4.  Faktoren  der 
Resistenz;  Entzündung,  Phagozytose,  Alexin. 
5.  Immunität  gegen  Gifte,  a)  Bakteriengifte, 
Toxin,  b)  Natürliche  Immunität  gegen  Gifte, 
cj  Erworbene  spezifische Immunitätgegen Toxine; 
Antitoxin,  d)  Antitoxinbildung  und  Antitoxin- 
wirkung, cc)  Aeltere  Theorien,  ß)  Seitenketten- 
theorie, y)  Kritik  der  Seitenkettentheorie  und 
andere  Erklärungsversuche.  6.  Spezifische  Im- 
munität gegen  Zellen  und  Eiweißkörper.  A.  Die 
einzelnen  Antikürperarten.  a)  Agglutinin.  a)  Un- 
einheitlichkeit  des  spezifischen  Agglutinins. 
ß)  Bildung  und  Schwinden  von  Agglutinin  und 


860 


Immunität 


anderen  Antikörpern,  b)  Präzipitin,  c)  Lysin. 
u)  Spezifische  Bakteriolyse.  ß)  Hämolyse. 
7)  Vorstellungen  über  den  komplexen  Bau  der 
Lysine.  Ambozeptor  und  Komplement,  d)  Eigen- 
schaften und  Komponenten  des  Komplements. 
f)  Wirkungsweise  des  Komplements.  Komple- 
mentabsorption. Bordets  Antikörper.  ^)  Zyto- 
toxine  und  proteolytische  Antikörper.  ?;)  Schutz- 
fermente, d)  Opsonin  und  Bakteriotropin. 
e)  Anaphylaxie.  «)  Ueberempfindlichkeit  im 
weitesten  "  Sinn.  ß)  Anaphylaxieversuch  am  i 
Meerschwein.  7)  Passive  Anaphylaxie,  d)  Anti- 
anaphylaxie.  f)  Anaphylatoxin.  f)  Antifermente. 
B.  Vorstellungen  über  das  Wesen  der  Antikörper- 1 
reaktionen.  C.  ZelluLäre  Immunität,  a)  Phago- 
zytenlehre.  b)  Bildungsstätten  der  Antikörper, 
c)  üewebsimmunität.  7.  Verhalten  der  Infek- 
tionserregergegenüber den  Schutzstoffen,  a)  Bak- 1 
terien.  «)  Begriff  der  Virulenz  oder  Infektiosität. 
Aggressintheorie.  ß)  Angriffs-  und  Verteidigungs- 
mittel der  infektiösen  Bakterien,  y)  Variabilität 
der  Bakterien,  b)  Fadenpilze  und  Protozoen.  c)Me- 
tazoen.  8.  Bedeutung  der  einzelnen  Immunitäts- 
formen, a)  Antitoxische  Immunität  (Antiendo- 
toxin).  b)  Antiinfektiöse  Immunität  (antiaggres- 
sive, athreptische,  antiblastische  Immunität), 
c)  Allergie  und  Gewebsimmunität.  9.  Eintritt 
von    Immunität    im   Verlauf    von  Krankheiten. 

10.  Erbliche     Uebertragung     der     Immunität. 

11.  Künstliche  Immunisierung.  a)  Aktive 
Immunität,  u)  Zu  Schutzzwecken,  ß)  Zu  Heil- 
zwecken, b)  Passive  Immunität,  a)  Zu  Heil- 
zwecken, ß)  Zu  Schutzzwecken,  c)  Kombiniertes 
Verfahren.  Simultanimpfujig.  Sensibilisierte 
und  abgesättigte  Impfstoffe.  12.  Immunitäts- 
reaktionen und  ihre   diagnostische  Verwertung. 

a)  Physikalische  und  chemische  Methoden  zum 
Nachweis      einer      Antigen-Antikörperreaktion. 

b)  Verwertung  der  einzelnen  Immunreaktionen. 
u)  Agglutination,  ß)  Präzipitation.  7)  Bakterio- 
lyse. d)  Hämolyse.  s)  Komplementabsorption, 
.s)  Opsoninproben.  7j)  Ueberempfindlichkeits- 
proben.  9-)  Nachweis  von  Toxin  und  Antitoxin. 
13.  Beziehung  der  Immunitätsforschung  zur 
Pathologie  und  zur  Physiologie. 

I.  Definition  des  Begriffs  und  Ab- 
grenzung des  Gebiets  (Allergie).  Unter 
Iiniuunität  eines  Lebewesens  versteht  man, 
daß  es  durcii  eine  bestimmte  Krankheits- 
ursache nicht  krank  gemacht  wird;  aus  dem 
Begriff  der  Krankheitsursaclie  folgt  also, 
daß  es  sich  bei  der  Feststellung  der  Immu- 
nität immer  um  einen  Analogieschluß  handelt 
• — ^  dasselbe  Individuum  zu  einer  anderen  Zeit, 
andere  Individuen  der  gleichen  Rasse  oder 
anderer  Rasse,  aber  der  gleicJien  Art,  oder 
endlich  irgendwelche  Lebewesen  näherer  oder 
fernerer  Verwandtschaft  werden  durch  diese 
Ursache  krank  gemacht.  Wenn  dasselbe 
Individuum  früher  empfänglich  war,  so 
ist  es  erworbene  Immunität,  im  anderen 
Falle  angeborene  oder  natürliche  Immu- 
nität des  Individuums,  der  Rasse  usw. 
Diese  Vorstellung  bezieht  sich  hauptsächlich 
auf  die  Empfänglichkeit  für  Infektions- 
krankheiten (parasitäre  Krankheiten)  und 
auf    die    Wirkung    bestimmter    Gifte;    die 


einfache  Gewöhnung  an  Gifte  aber 
schließt  man  meist  aus  und  begreift  nur  eine 
verhältnismäßig  rasche  Umstimmung  gegen 
gewisse  Gifte  ein,  in  Analogie  zu  dem  Um- 
schlag von  hoher  Empfänglichkeit  (Dis- 
position) zu  völliger  Immunität,  wie  er 
beim  Ueberstehen  vieler  Infektionskrank- 
heiten, z.  B.  der  Pocken,  eintritt.  Die 
Erforschung  der  Ursachen  dieser  Umstim- 
mung aber  hat  dazu  geführt,  den  Begriff 
auch  zu  erweitern,  nämlich  die  veränderte 
Reaktionsweise  einzubegreifen  gegenüber  Ein- 
wirkungen, die  eigentlich  keine  ^Crankheits- 
ursachen  sind,  und  auch  eine  veränderte 
Reaktionsweise  der  Lebewesen,  die  sie  nicht 
weniger  empfindlich  gegen  eine  besondere 
Einwirkung  macht,  sondern  sogar  empfind- 
licher. Für  diesen  erweiterten  Begriff  der 
Immunität  hat  v.  Pirquet  den  Namen 
Allergie  eingeführt. 

2.  Unterabteilungen:  spezifische  Im- 
munität und  Resistenz.  Immunität  in 
diesem  Sinne  bezieht  sich  immer  nur  auf 
eine  spezifische  Ursache,  einen  bestimmten 
lebenden  Krankheitserreger  oder  bestimmte 
chemische  Substanzen,  sie  ist  also  immer 
spezifische  Immunität.  Bei  ihrer  Unter- 
suchung kann  man  aber  die  allgemeinen 
Abwehrmittel  der  Organismen  gegen  para- 
sitische Lebewesen  und  gegen  die  Schädigung 
durch  körperfremde  Substanzen  nicht  außer 
acht  lassen,  da  auf  ihnen  großenteils  oder 
für  manche  Fälle  allein  die  natürliche 
Immunität  von  Rassen,  Arten  usw.  beruht 
und  sie  die  Grundbedingungen  sind,  aus 
denen  sich  eine  spezifische  erworbene  Im- 
munität erst  entwickeln  kann.  Mit  M.  Hahn 
bezeichnen  wir  diese  Gruppe  von  Erschei- 
nungen als  die  natürliche  Resistenz 
eines  Lebewesens  und  betrachten  sie  als 
einen  w^esentlichen  Teil  der  Faktoren,  die 
auch  bei  der  spezifischen  Immunität  zur 
Geltung  kommen. 

3.  Grade  der  Immunität.  Immunität 
kann  in  verschiedenem  Grade  bestehen, 
was  wir  messen  können  an  der  Menge  der 
Krankheitserreger  oder  des  Giftes,  die  ohne 
Erkrankung  vertragen  werden;  bei  der 
absoluten  Immunität  können  diese  un- 
begrenzt sein,  bei  völliger  Disposition 
erregen  die  denkbar  kleinsten  (1  Erreger  bezw. 
1  Molekül)  mit  Sicherheit  die  Erkrankung. 
Beide  Grenzfälle  sind  wohl  kaum  je  ver- 
wirklicht; alle  zwischenliegenden  kann  man, 
je  nachdem  Gesichtspunkt,  als  v  e  r  s  c  h  i  e  d  e  n  e 
Grade  der  Immunität  oder  auch  der 
Disposition  bezeichnen:  diese  beiden  Be- 
griffe sind  gewissermaßen  reziprok  zu  einander. 
Wenn  wir  die  Immunität  gegen  einen  Krank- 
heitserreger an  der  Menge  desselben,  die 
zur  Infektion   nötig  ist,  messen,  so  müssen 

:  wir  ganz  gleichbleibende  Bedingungen  für  die 
I  InfeTvtion  anwenden  (subkutane  oder  intra- 


Immunität 


361 


peritoneale  oder  intravenöse  Einimpfung, 
Aufträufeln  auf  die  unverletzte  Schleimhaut 
usw.,  gleiche  Rasse,  gleiches  Gewicht  und 
gleiche  Lebensbedingungen  der  Versuchs- 
tiere). Außerdem  müssen  wir  voraussetzen 
können,  daß  die  Eigenschaften  desselben 
unverändert  bleiben;  in  Wirklichkeit  ist  das 
nicht  der  Fall,  die  Erreger  variieren  in  der 
Fähigkeit,  Infektion  zu  erregen,  in  der 
Virulenz  oder  Infektiosität  (s.  yAa). 
Immunität  und  Virulenz  sind  korrelative 
Begriffe  —  man  kann  sie  aneinander  nur 
messen,  sobald  man  den  einen  Begriff  für  die 
Versuchsreihe  als  genügend  konstant  be- 
trachten kann:  Reinkulturen  oder  Organe 
infizierter  Tiere  von  gleichbleibender  Virulenz 
bezw.  frische  Versuchstiere  von  gleichartiger, 
nicht  individuell  sehwankender  Empfänglich- 
keit. In  manchen  Fällen  kann  man  Reihen 
verschieden  empfänglicher  Tiere  und  ent- 
sprechende Virulenzgrade  des  Erregers  auf- 
stellen; z.  B.  für  die  Milzbrandinfektion 
sind  absteigend  empfänglich:  Meerschwein- 
chen, Kaninchen,  Ratten,  Hunde,  Tauben, 
Hühner.  Meistens  ist  die  Virulenz  eines 
Erregers  aber  nur  für  eine  bestimmte  Tier- 
art zu  definieren,  sie  ist  ebenfalls  spezifisch; 
häufig  ist  Virulenzsteigerung  gegen  eine  Tier- 
art verbunden  mit  Abschwächung  für  eine  ' 
andere. 

4.  Faktoren  der  Resistenz  gegen 
Infektion.  Gegen  das  Eindringen  para- 
sitischer Mikroorganismen  sind  die  Metazoen 
zunächst  mechanisch  geschützt  durch  die 
verhornte  Epidermis  und  durch  den  Schleim- 
überzug, die  sonstigen  Sekrete  und  die 
Flimmerhaarströmung  der  Schleimhäute. 
Wenn  diese  Verteidigungswerke  der  ersten 
Linie  durch  einen  Zufall  oder  durch  die 
Angriffswaffen  der  Mikroparasiten  durch- 
brochen werden,  so  sind  diese  den  Bestand- 
teilen der  Gewebslymphe,  Plasma  und  Wan- 
derzellen, ausgesetzt.  In  den  meisten  Fällen 
ruft  ein  solcher  Einbruch  eine  Entzündung 
hervor  (s.  Pathologie,  12  c),  bei  dem  das ' 
gebildete  Exsudat  aus  Leukozyten  und 
Blutplasma  besteht.  Die  Leukozyten  ver- 
mögen als  Phagozyten  Bakterien  und 
andere  Mikroorganismen  aufzunehmen,  ab- 
zutöten und  zu  verdauen,  wie  insbesondere 
Metschnikoff  bewiesen  hat.  Das  Blut- 
plasma und  das  Blutserum  haben  ebenfalls 
die  Fähigkeit,  Bakterien  und  andere  Zellen 
zu  schädigen,  zu  eigentümlicher  Quellung 
und  vollständiger  Auflösung  zu  bringen : 
Bakteriolyse.  H.  Buchner  führte  das 
auf  das  Alexin  des  Blutserums  zurück, 
einen  Stoff,  der  außer  durch  seine  Wirkung  | 
dadurch  charakterisiert  war,  daß  er  durch  } 
Erhitzen  auf  mehr  als  56°  unwirksam  ge- 
macht wird.  Wie  unten  (6cö)  auszuführen, 
wissen  wir  heute,  daß  die  Alexinwirkung 
des    frischen    Blutes    auf    dem    Zusammen- 


wirken verschiedener  Körper  beruht.  Durch 
die  Anhäufung  von  Leukozyten  und  Blut- 
serum wirkt  also  die  Entzündung  infektions- 
abwehrend  und  auch  die  späteren  Stadien 
der  Entzündung  können  so  wirken.  Das 
Einsetzen  spezifischer  Immunitätsreaktionen, 
das  erst  durch  das  Eindringen  der  Erreger 
in  die  Körpergewebe  angeregt  wird,  tritt 
meist  erst  nach  der  Entzündung  ein;  man 
kann  das  als  die  Verteidigungsmaßnahmen 
der  dritten  Linie  bezeichnen.  Viele  virulente 
Erreger  haben  nun  aber  die  Eigenschaft, 
die  Erscheinungen  der  Entzündung  zu 
modifizieren  durch  Sekrete,  Gifte,  die  auf  die 
Gefäße  und  Wanderzellen  wirken  und  auf 
diesem  Wege  sich  gegen  Bakteriolyse  und 
Phagozytose  zu  schützen;  darauf  beruht  der 
enge  Zusammenhang  zwischen  Immunität 
gegen  Infektion  und  gegen  Gifte. 

5.  Immunität  gegen  Gifte.  5a)  Bak- 
teriengifte; Toxine.  Bakterien  bilden 
sehr  verschiedene  Giftstoffe.  Am  frühesten 
wurden  aus  Fäulnisgemischen  die  Pt omaine 
isoliert,  zum  Teil  hochgiftige,  zu  den  Alkalo- 
iden  gehörende  Stoffe.  Später  erkannte  man, 
daß  ihre  Bildung  nicht  für  die  einzelne 
Bakterienart  charakteristisch  ist,  sondern 
daß  sie  Abbauprodukte,  Bausteine  des  bei 
der  Fäulnis  durch  die  Enzyme  verschiedener 
Bakterienarten  zersetzten  Eiweiß  sind  und 
daß  sie  bei  den  Infektionskrankheiten  keine 
Rolle  spielen.  Aus  Bakterienreinkulturen 
stellte  man  giftige  Eiweißstoffe,  Toxalbu- 
mihe  (Brieger)  oder  Bakterienproteine 
ziemlich  rein  dar,  die  einen  wesentlichen 
Leibesbestandteil  der  Bakterien  bilden.  Sie 
sind  zum  Teil  für  Bakterienarten  charakteri- 
stisch, aber  ihre  Giftwirkung  ist  weder  so 
stark  noch  so  spezifisch,  wie  wir  es  zur 
Erklärung  der  Giftwirkung  bei  Infektion 
annehmen  müssen;  Bakterienproteine  aus 
hochvirulenten  und  aus  ganz  unschuldigen 
saprophytischen  Bakterien  zeigen  oft  ganz 
gleiche  Wirkung.  Dann  gelang  bei  einigen 
sehr  giftigen  Bakterien  die  Darstellung 
spezifischer  T  0  x  i  n  e  (v.  B  e  h  r  i  n  g,  K  i  t  a  s  a  1 0, 
Roux),  zuerst  des  Diphtherietoxins  und  des 
Tetanotoxins  aus  Reinkulturen  des  Diphtherie- 
und  Tetanusbazillus.  Sie  sind  in  wässriger 
Lösung  lösliche  Sekrete  dieser  Bakterien, 
chemisch  nicht  definiert  (vermutlich  keine 
Eiweißkörper,  aber  Kolloide,  die  sehr  schwer 
eiweißfrei  zu  erhalten  sind),  sehr  labiler 
Konstitution  (durch  Erhitzen  auf  Tem- 
peraturen von  60"  aufwärts  in  Lösung  rasch 
zerstört,  langsamer  durch  Lichtwirkung, 
durch  Sauerstoff  bei  mäßiger  Temperatur 
usw\),  von  sehr  hoher  Giftigkeit.  Das 
Tetanotoxin  ist  der  giftigste  (in  kleinster 
Menge  tödliche)  bekannte  Stoff;  die  Gift- 
wirkung der  Toxine  ist  streng  spezifisch,  nur 
auf  bestimmte  Tierarten  und  Organe  wirk- 
sam; sie  ist  meist  noch  dadurch  charakteri- 


36l 


Immumtät 


siert,  daß  sie  erst  nach  einer  längeren 
Inkubationszeit  nach  ihrer  Resorption 
einsetzt.  Endlich  ist  für  die  Toxine  cha- 
rakteristisch die  Bildung  von  Antitoxin 
im  Tierkörper  und  die  streng  spezifische 
gegenseitige  Beeinflussung  von  Toxin  und 
zugehörigem  Antitoxin. 

Dann  hat  nuin  in  Bakterien  noch  Endo- 
toxine  gefunden.  Sie  werden  definiert 
als  hochgiftige,  spezifische  Bestandteile  der 
Bakterien,  die  nicht  sezerniert  werden, 
sondern  nur  durch  teilweise  oder  völlige 
Zerstörung  der  Bakterienzellen  in  Lösung 
kommen.  Inwieweit  ihnen  im  übrigen  die 
Eigenschaften  der  Toxine  zuzuschreiben  sind, 
ist  strittig,  ihre  Unterscheidung  von  giftigen 
Bakterienproteinen  sehr  schwierig,  daher  die 
Abgrenzung  derselben  heute  kaum  möglich. 
Endlich  können  an  und  für  sich  ungiftige 
Eiweißstoffe  der  Bakterien  im  Tierkörper 
zu  Giften  umgewandelt  werden,  s.  unten  6Ae. 
Gifte  mit  den  Eigenschaften  der  Toxine 
werden  auch  von  höheren  Pflanzen  ge- 
bildet (z.  B.  Ricin  im  Ricinussamen,  Abrin 
in  der  Paternosterbohne,  Robin  aus  Robinia 
Pseudacacia),  von  höheren  Pilzen  (Amanita- 
toxin  aus  Amanita  phalloides),  von  Tieren 
(Schlangengifte,  Blutserum  des  Aals,  Gift 
des  Skorpions,  Leibesflüssigkeit  der  Kreuz- 
spinne und  vieler  niederer  Tiere). 

5b)  Natürliche  Immunität  gegen 
Gifte.  Jede  Giftwirkung  ist  bedingt 
zunächst  durch  eine  gewisse  Konzentration 
des  Giftes;  eine  spezifische  Giftwir- 
kung auf  einzelne  Funktionen  und  Organe 
ist  dadurch  erklärlich,  daß  sich  das  Gift  in 
dem  betreffenden  Organ  anreichert,  wie 
Paul  Ehrlich  zuerst  ausgeführt,  0 verton 
und  H.  H.  Mayer  für  die  Narkotika  gezeigt 
haben.  Vgl.  Narkose  und  Gifte.  Diese 
Anreicherung  kann  bedingt  sein  durch  die 
verschiedene  Löslichkeit  in  oder  durch 
chemische  .Vffinität  zu  den  Zell-  und  Ge- 
websbestandteilen.  Die  Inkubationszeit 
hängt  zum  Teil  davon  ab,  daß  diese  An- 
reicherung des  Giftes  in  den  giftempfind- 
lichen Organen  eine  bestimmte  Zeit  er- 
fordert; diese  ist  abhängig  von  der  Gesamt- 
menge des  resorbierten  Giftes  (seiner  Kon- 
zentration), von  der  Reaktions-  und  Diffu- 
sionsgeschwindigkeit und  damit  auch  von 
der  Temperatur.  Giftanreicherung  in  einem 
Organ  oder  Gewebe  bedeutet  aber  noch 
nicht  Giftempfindlichkeit  dieses  Organs  — ■ 
diese,  deren  Mechanismus  wir  noch  nicht 
genauer  kennen,  muß  außerdem  vorhanden 
sein;  diese  Wirkung  erfordert  bei  den  Toxinen 
auch  eine  bestimmte  Zeit  —  der  zweite  Teil 
der  Inkubationszeit  eines  Giftes.  Voll- 
ständige oder  relative  angeborene  Immuni- 
tät gegen  ein  Gift  kann  also  verschiedene 
Ursachen  haben,  wie  sich  am  besten  am 
Tetanotoxin  zeigen  läßt:  dieses  ist  erstlich, 


wie  die  meisten  Toxine,  unschädlich,  wenn 
es  mit  der  Nahrung  zugeführt  wird;  denn 
es  wird  durch  die  Verdauungssäfte  zerstört. 
Auf  anderem  Wege  (parenteral)  zugeführt, 
ruft  es  schwere  Funktionsstörungen  be- 
stimmter Nervenzentren  hervor  (Krämpfe, 
Steigerung  der  Reflexerregbarkeit),  weil 
es  im  Nervengewebe  gespeichert  wird; 
diese  Speicherung  ist  nachweisbar  durch 
Verimpfung  des  vergifteten  Nervengewebes 
auf  andere  hochempfindliche  Tiere,  bevor 
die  Wirkung  manifest  wird.  Wenn  sie 
fehlt  (bei  der  Schildkröte)  ist  das  Tier 
unempfänglich.  Relative  Immunität  be- 
sitzen aber  auch  solche  Tiere,  bei  denen 
das  Tetanotoxin  nicht  nur  im  Nerven- 
gewebe, sondern  auch  in  anderen  Organen 
gespeichert  wird,  in  denen  es  keine,  oder 
doch  nicht  so  gefährliche  Wirkungen  hervor- 
ruft, z.  B.  in  der  Leber  des  Kaninchens 
und  Meerschweinchens:  um  bei  diesen  Tieren 
Krämpfe  hervorzurufen,  muß  man  ihnen 
auf  das  Körpergewicht  berechnet  größere 
MengenTetanusg ift  einsi)ritzen  als  den  meisten 
anderen  Säugetieren.  Die  Unabhängigkeit 
von  Speicherung  und  Giftwirkung  wird  er- 
sichtlich beim  Frosch,  der  unter  normalen 
Bedingungen  unempfindlich  ist,  obgleich 
sein  Zentralnervensystem  sich  mit  Tetano- 
toxin anreichert;  Kjämpfe  aber  treten  erst 
auf,  wenn  der  vergiftete  Frosch  längere 
Zeit  auf  einer  erhöhten  Temperatur  (30"  C) 
gehalten  war.  Ein  letzter  möglicher  Fall 
ist  die  Zerstörung  des  Giftes  innerhalb 
eines  bei  anderen  Tierarten  empfänglichen 
Organs;  so  wird  Strychnin  im  Herz  von 
Schnecken  zerstört. 

5c)  Erworbene  spezifische  Immu- 
nität gegen  Toxine;  Antitoxin.  Es  ge- 
lingt, für  ein  Toxin  empfängliche  Säugetiere 
durch  Verimpfung  von  nicht  tödlichen  Dosen 
dieses  Toxins  zu  immunisieren,  so  daß  sie  stei- 
gende, vielmals  tödliche  Dosen  dieses  Toxins 
ohne  Schaden  ertragen.  Meist  ist  es  besonders 
schwierig,  den  ersten  Schritt  auf  diesem 
Wege  zu  tun,  eine  Grund  immun ität  her- 
zustellen; C.  Fränkel,  Behring,  Roux 
gelang  dies,  indem  sie  Toxine  vor  der  Ver- 
impfung al3schwächten  durch  vorsichtiges 
Erhitzen  oder  durch  chemische  Mittel.  Heute 
bedient  man  sich  dazu  meist  der  Simultan- 
impfung (s.  unten  11 C).  Ist  einmal  die 
tirundimmunität  vorhanden,  dann  gelingt 
es,  besonders  bei  großen  Tieren  (Ziegen,  Eseln, 
Pferden)  leicht,  durch  Steigerung  der  ein- 
gespritzten Toxindosen  Unempfänglichkeit 
für  hundertfach  tödliche  zu  erzielen,  im 
Gegensatz  zu  der  Gewöhnung  an  chemisch 
definierte  Gifte  (Narkotika  und  andere), 
bei  denen  durch  langsame  Steigerung  eine 
mäßige  Unempfindlichkeit  leicht  zu  er- 
reichen ist,  aber  bald  eine  Grenze  der  To- 
leranz erreicht  wird. 


Iinmimität 


363 


Das  Serum  solcher  Tiere  hat  die  Eigen- 
schaft, daß  es.  anderen  Tieren  (auch  anderer 
Art)  eingespritzt,  sie  ebenfalls  in  gewissem 
Maße  unempfindlich  macht  gegen  das  be- 
treffende Toxin:  passive  Immunität; 
noch  wirksamer  ist  diese  Entgiftung,  wenn 
man  das  an ti toxische  Serum  mit  der 
Toxinlösung  im  Glase  mischt  und  einige 
Zeit  stehen  läßt  bis  zur  Injektion.  P.  Ehr- 
lich hat  gezeigt,  daß  dann  von  einem  Serum 
und  einer  Toxinlösung  sich  ganz  bestimmte 
Mengen  entsprechen,  von  denen  die  erstere 
die  letztere  neutralisiert,  gleichgültig  ob 
man  von  beiden  Bruchteile  oder  das  Vielfache 
nimmt:  das  sogenannte, .Gesetz der Multipla", 
richtiger  der  konstanten  Proportion,  das  mit 
der  Stöchiometrie  der  chemischen  Reaktionen 
verglichen  wird.  Die  entgiftende  Substanz 
des  Serums  wird  Antitoxin  genannt;  seine 
chemische  Konstitution  ist  unbekannt,  mög- 
licherweise könnte  es  zu  den  Eiweißkörpern 
gehören,  jedenfalls  ist  es  kolloidal.  Es  ist 
einzig  charakterisiert  durch  die  sireng  spe- 
zifische AVirkung  auf  das  Toxin.  Durch 
Erhitzen  auf  Temperaturen  zwischen  55** 
und  65"  wird  es  zerstört,  d.  h.  wird  un- 
wirksam (s.  unten  iiBa  und  12 Bh). 

5d)  Theorien  der  Antitoxinbildung 
und  iVntitoxinwirkung.  a)  Aeltere 
Theorien.  Eine  der  ersten  Vermutungen 
war,  daß  das  spezifische  Antitoxin  ein  Um- 
wandlungsprodukt des  eingeführten  Toxins 
sei.  Diese  Annahme  wurde  widerlegt  durch  die 
Beobachtung,  daß  bei  früher  schon  immuni- 
siert gewesenen  Pferden  die  Einimpfung  einer 
isehr  kleinen  Toxinmenge  die  Produktion  von 
so  viel  Antitoxin  auslösen  kann,  daß  mehr 
als  100000  der  eingeführten  Dosen  dadurch 
neutralisiert  werden  (Knorr  1895).  Ebenso 
ließ  sich  die  Annahme,  daß  das  Toxin  durch 
das  Antitoxin  zerstört  werde,  nicht  auf- 
rechterhalten, weil  sie  erstlich  schlecht  zu 
der  festen  cpiantitativen  Beziehung  zwischen 
Antitoxin  und  dem  dadurch  zu  neutrali- 
sierenden Toxin  stimmt  und  zweitens  in 
einzelnen  Fällen  und  unter  bestimmten  Be- 
dingungen sich  aus  den  unwirksamen  Ge- 
mischen das  Toxin  wiedergewinnen  läßt, 
z.  B.  durch  Erhitzen  auf  einen  bestimmten 
Grad,  wenn  seine  Widerstandsfähigkeit  gegen 
Hitze  höher  ist,  als  die  des  Antitoxins, 
Morgenroth  zeigte,  daß  in  bestimmten 
Fällen  durch  Ansäuern  in  einem  lange  be- 
stehenden unwirksamen  Toxin-Antitoxin- 
gemisch  beide  Komponenten  wieder  frei 
werden.  Allgemein  durchführbar  ist  dieser 
Versuch  nicht,  weil  die  meisten  Toxine  in 
saurer  Lösung  schnell  zersetzt  werden. 

ß)  Seitenkettentheorie.  Ehrlich 
nahm  deshalb  an,  daß  die  entgiftende  Wir- 
kung des  Antitoxins  auf  das  Toxin  in  einer 
chemischen  Verbindung  beruhe  und  verband 
damit  die  folgende   Theorie   über  die   Ent- 


stehung des  Antitoxins:  Die  Giftwirkung 
des  Toxins  beruhe  auf  einer  chemischen 
Affinität  (oder  Avidität)  zu  bestimmten 
Protoplasmastrukturen ;  diese  seien  reaktions- 
fähige, an  das  riesige  lebende  Eiweißmolekül 
gebundene  Komplexe,  Seitenketten,  deren 
eigentliche  Aufgabe  es  sei,  Nahrungsstoffe 
an  dies  Molekül  zu  binden.  Geschehe  dies, 
so  werde  das  betreffende  gebundene  Molekül 
in  die  intramolekularen  Umlagerungen  ein- 
bezogen, assimiliert,  und  die  Seitenkette 
wieder  mit  freier  x\ffinität  rekonstruiert. 
Jede  Zelle  besitze  viele,  verschiedenartige, 
für  ihre  Bedürfnisse  eingestellte  derartige 
Assimilationsorgane,  die  er  deshalb  Re- 
zeptoren nennt.  Sei  es  aber  ein  Toxin, 
das  so  gebunden  wird,  so  sei  es  nicht  assi- 
milationsfähig; abgesehen  von  etwa  weiter- 
gehender Schädigung  der  betreffenden  Zelle 
bleibe  die  entsprechende  Seitenkette  dauernd 
damit  behaftet  und  funktionsunfähig.  iVuf 
diese  Beeinträchtigung  reagiere  das  lebende 
Protoplasma  mit  kompensatorischer  und 
überkompensatorischer  Neubildung  der  ent- 
sprechenden Seitenketten.  Der  Ueberschuß 
von  diesen  werde  abgestoßen,  gerate  in  das 
Blutplasma  und  diese  freien  Rezeptoren 
stellten  das  Antitoxin  dar.  Dies  verbinde 
sich  gemäß  seiner  Struktur  mit  dem  Toxin 
und  sättige  damit  dessen  Affinität  zu  den 
Seitenketten  des  lebenden  Protoplasma  ab, 
womit  es  entgiftet  sei.  Die  gleiche  Vorstellung 
überträgt  Ehrlich  auf  die  Entstehung  der 
später  zu  besprechenden,  durch  verschiedene 
körperfremde  Substanzen  hervorgerufenen 
und  verschieden  wirkenden  Immunkörper, 
wodurch  diese  alle  als  Antikörper  und  die 
Stoffe,  mit  denen  sie  spezifisch  reagieren, 
als  Antigene  charakterisiert  werden.  Beide 
Gruppen  von  Stoffen  sind  ausgezeichnet 
durch  die  spezifisch  reagierenden  Atom- 
gruppen ihres  Moleküls,  durch  die  sie, 
jeder  Antikörper  mit  dem  Antigen,  durch 
dessen  Einführung  in  den  Kreislauf  er 
hervorgerufen  Avar,  sich  verbinden  können  — 
daher  sie  als  Haptine  zusammengefaßt 
werden.  Die  eigentlichen  Nahrnngsstoffe 
seien  keine  Antigene,  weil  ihre  Bindung 
keine  Abstoßung  der  Rezeptoren  veranlasse, 
und  einfache,  chemisch  definierbare  Gifte 
seien  es  ebensowenig,  weil  sie  das  Protoplasma 
bei  ihrer  Bindung  gleich  zerstörten.  Später 
hat  Ehrlich  aber,  auf  Grund  seiner  Unter- 
suchungen über  die  Arzneimittelwirkung 
auf  Trypanosomen,  doch  auch  den  Begriff 
von  Chemorezeptoren  zur  Bindung  de- 
finierbarer Atomgruppierungen  eingeführt, 
doch  auch  die  Vorstellung,  daß  diese  nicht 
Antigene  seien,  weil  die  Chemorezeptoren 
auf  übermäßige  Inanspruchnahme  hin  nicht 
mehrgebildet,  sondern  im  Gegenteil  rück- 
gebildet würden,  Rezeptorenschwund. 
Die    feste    Proportion    zwischen    Toxin 


364 


Immunität 


und  entgiftendem  Antitoxin  ,i,m1i  nur  üir  die 
einzelne  Toxinlösun.u;  (nieiit  für  solche  ver- 
schiedenen Ursprunj^s)  und  aucli  für  diese 
nicht  dauernd ;  solche  Lösungen  altern,  wenn 
sie  nicht  \inter  j^anz  bestimmten  Bedin- 
gungen konserviert  werden,  verlieren  dabei 
an  (iiftigkeit,  aber  nicht,  oder  nicht  in 
gleichem  Maße  an  Bindungsfähigkeit  mit 
dem  Antitoxin,  wodurcli  eben  das  Verhältnis 
zwischen  Giftgehalt  der  Lösung  und  Bedarf 
an  Antitoxin  zur  Neutralisiening  verändert 
wird.  Ehrlich  nimmt  deshalb  Toxin- 
modifikationen  an,  bei  denen  die  Giftig- 
keit, aber  nicht  die  Bindungsfähigkeit  zum 
Antitoxin  verändert  ist  und  kommt  dadurch  zu 
der  Vorstellung,  daß  im  Toxinmolekül  zwei 
wesentliche,  aber  jede  für  sich  veränderliche 
Strukturen  aneinandergeknüpft  seien:  die 
toxophore  Gruppe,  auf  der  die  Gift- 
wirkung, und  die  haptophore,  auf  der  die 
S|)ezifität  und  die  Bindungsfähigkeit  an 
das  Antitoxin  beruhe.  Die  entgiftete,  aber 
bindungsfähige  Modifikation  bezeichnet  er 
als  Toxoid;  solclie  mit  abweichender  (ge- 
milderter) Giftwirkung  und  zuweilen  anderer 
stärkerer  oder  schwächerer  Avidität,  aber 
zum  gleichen  Antitoxin,  als  Toxone. 

y)  Kritik  der  Seitenkettentheorie 
und  andere  Erklärungsversuche.  Mit 
Hilfe  dieser  Annahmen  vermag  Ehrlich  die 
sehr  wechselnden  Beziehungen  zwischen  Gift- 
wirkung einer  Toxinlösung  und  ihrer  Ent- 
giftung durch  Antitoxin  immer  darzustellen, 
indem  er  von  Fall  zn  Fall  eine  verschieden- 
artige Zusammensetzung  aus  den  Toxin- 
modifikationen,  ein  anderes  Giftspektrum 
annimmt.  Um  auch  verschiedenartige  Wir- 
kung des  gleichen  Gemisches  bei  verschieden- 
artiger Applikation  an  die  Tiere  (subkutan 
oder  intravenös,  bald  oder  spät  nach  der 
Mischung)  und  bei  verschiedenen  Tierarten 
zu  erklären,  muß  noch  angenommen  werden, 
daß  in  ihnen  eine  doppelte  Art  der  Bindung, 
eine  rasch  eintretende,  reversible,  und  eine 
langsam  eintretende,  irreversible,  vorhanden 
sei  (Verfestigung  der  Bindung).  Gegen  diese 
Annahmen  ist  eingewandt  worden,  daß  sie 
zu  verwickelt  und  künstlich  seien.  Bordet 
u.  a.  nehmen  an,  es  handle  sich  nicht  um 
eigentlich  chemische,  sondern  um  kolloidale 
Reaktionen  (Adsorptionsbindung),  und  ein 
Teil  Toxin  könne  sich  mit  verschiedenen 
Mengen  von  Antitoxin  verbinden.  Wenn 
diese  Bindung  nicht  das  Maximum  erreiche, 
so  ergebe  sich  die  abgeschwächte  (Toxon-) 
Wirkung.  Als  Beweis  spielt  der  Bordet- 
Danyszsche  Versuch  eine  Hauptrolle, 
der  lehrt,  daß  bei  fraktioniertem  Zusatz  der 
gleichen  Toxinmenge  zu  einer  Antitoxin- 
lösung ein  Ueberschuß  akut  tödlichen  Giftes 
bleibt,  während  bei  einzeitiger  Mischung  sich 
keine  oder  nur  abgeschwächte  Wirkung 
zeigt.     Auf  diesem  Wege  ist  es  aber  bisher 


nicht  möglich,  die  strenge  Spezifität  der 
Toxin-Antitoxinreaktion  und  die  Entstehung 
eines  so  spezifischen  Körpers,  wie  das  Anti- 
toxin ist,  als  Folge  der  Toxineinfiihrung  zu 
erklären. 

Auf  der  andern  Seite  suchten  Arrhenius 
und  Madsen  die  Annahmen  dadurch  zu 
vereinfachen,  daß  sie  das  Massenwirkungs- 
gesetz unter  Voraussetzung  von  schwacher 
iVffinität  des  Toxins  und  Antitoxins  und 
Dissoziierbarkeit  ihrer  Verbindung  anwen- 
deten. Die  chronische,  nicht  tödliche  Gift- 
wirkung unvollständig  neutralisierter  (Toxon-) 
Gemische  beruhe  auf  allmählicher  Disso- 
ziation und  Freiwerden  kleiner  Toxinmengen 
im  Körper.  Diese  Erklärung  paßt  aber  nicht 
auf  alle  Fälle.  Vermutlich  ist  die  Affinität 
zwischen  Toxin  und  Antitoxin  für  jedes  Toxin 
verschieden;  Massenwirkungsgesetz  und 
Dissoziation  und  auch  kolloidale  Reaktionen 
(Koagulation  oder  Adsorption  des  Toxin- 
Äntitoxinkomplexes)  spielen  in  jedem  Falle 
eine  andere  Rolle.  Der  Vorzug  der  Seiten- 
kettentheorie ist,  daß  sie  Wirkung  und  Ent- 
stehung des  Antitoxins  in  Beziehung  setzt 
und  sie  zugleich  in  allgemein  anwendbare 
Vorstellungen  über  die  Ernährung  der  Zellen 
und  das  Protoplasmawachstum  einordnet. 
Wenn  freilich  auch  die  Seitenkettentheorie 
nicht  als  die  alleinrichtige  Erklärung  er- 
wiesen ist,  und  obgleich  sie  nur  als  brauch- 
bare Hypothese  betrachtet  werden  kann, 
ist  doch  dieser  ihr  Vorzug  durch  keine 
andere  Annahme  wett  gemacht  worden. 

Das  gilt  besonders  auch  von  zwei  neuen 
Versuchen,  die  Entstehung  spezifischer  Anti- 
körper zu  erklären.  Rusznyak  weist  weit- 
gehende iVnalogien  auf  zwischen  der  die 
Fermentwirkung  hemmenden  Wirkung  der 
Spaltprodukte  eines  fermentativen  Prozesses 
und  der  die  Toxinwirkung  aufhebenden  des 
Antitoxins  und  will  deshalb  die  Toxine  als 
Fermente,  die  Antitoxine  als  ihre  Spalt- 
produkte angesehen  wissen.  Es  fehlt  aber  der 
direkte  Beweis,  daß  die  Toxine  als  Fermente 
wirken  und  es  ist  besonders  unwahrscheinlich, 
daß  sie  im  schon  imnumen  Tier  ohne  Ver- 
giftungserscheinungen solche  Mengen  Spalt- 
prodnkte  erzeugen  sollten,  wie  sie  Anti- 
toxinbildung hervorrufen.  Bail  (auf  Grund 
von  Versuchen  über  Bakteriolyse  und  Hä- 
molyse,  vgl.  6Ac)  stellt  sich  vor,  daß  im 
Blutserum  ,, normale  Antikörper"  kreisten, 
die  sich  mit  großer  Affinität  mit  allen  Arten 
körperfremder  Substanzen  (Antigenen)  ver- 
bänden, und  daß  dann  diese  Verbindungen 
wieder  gesprengt  würden,  aber  derart,  daß 
die  vorher  unspezifischen  Substanzen  nun 
zu  spezifisch  reagierenden  würden;  die  un- 
spezifischen würden  wieder  ersetzt.  Bail 
verlegt  also  die  Entstehung  der  spezifischen 
Rezeptoren  aus  den  Zellen  in  die  Blut- 
flüssigkeit.   Zur  Erklärung  aller  Einzelfälle, 


Immimität 


365 


z.  B.  der  Knorrsclien  Beobachtung,  hat  sehen  Agglutinins.  Der  Versuch,  durch 
er  sie  nicht  anzuwenden  versucht.  die  hierbei  beobachteten  Gesetzmäßiglieiten 
6.  Spezifische  Immunität  gegen  Zellen  das  Wesen  des  Vorgangs  (ob  chemische  Ver- 
und  Eiweißkörper.  Die  Seitenlvcttentheorie  bindung,  Lösung  oder  Adsorption)  zu  er- 
nimmt an,  daß  sehr  viele  körperfremde  kennen,  wird  erschwert  durch  die  Tatsache, 
Substanzen  als  Antigene  wirken  und  die  i  daß  auch  das  spezifische  Agglutinin  gegen 
Mehrproduktion  und'  Abstoßung  von  Re-  eme  Bakterienart  und  das  in  dieser  yor- 
zeptoren,  d.  h.  Bildung  von  spezifischen  handeii^e  Antigen  das  Agglutinogen,  nicht 
Antikörpern  herbeiführen  können.  Das  a's  einheitliche  Korper,  sondern  als  bemenge 
ist  in  der  Tat  der  Fall  und  wir  kennen  mannig-  einander  ahnlicher  und  ähnlich  wirkender 
faltige  .\rten  von  Antikörpern,  die  nach  Stotie  anzusehen  sind.  Das  _  folgt  aus  der 
Einführung  sowohl  von  körperfremden  Zellen  :  Tatsache,  daß  viele^  Agglutininsera  nicht 
wie  von  Eiweißkörpern  in  den  Kreislauf  der  vollkommen  spezifisch  wirken,  sondern  auch 
Wirbeltiere  gebildet  werden  und  im  Serum  verwandte  Bakterienarten  austlocken  außer 
aul-treten.  Man  teilt  sie  ein  einerseits  nach  der  Art,  mit  der  sie  hervorgerufen  smd 
den  Antigenen,  durch  die  sie  hervorgerufen  Or^ruppenagglutination),  und  daß  sich 
werden,  andererseits  nach  der  Art  ihrer  hierbei  erstlich  quantitative  _  Unterschiede 
Wirkung. 


A.  Die  einzelnen  Antikörperarten. 
6x\a)  Agglutinin.    Bei  künstlicher  Im- 
munisierung mit  Bakterien  und  im  Verlauf 
mancher  bakterieller  Krankheiten  nimmt  das 
Serum    die    Eigenschaft    an,    fein    verteilte 


finden  und  zweitens  durch  Absorption  mit 
einzelnen  beeinflußten  Bakterienarten  streng 
spezifische  Agglutinin] ösungen  gewinnen  las- 
sen (Castellanischer  Versuch). 

Ebenso  wie  für  Bakterien  werden  auch 
gegen  Trypanosomen  spezifische  Aggluti- 
nine  gebildet  und  auch  gegen  eingeimpfte 
Suspensionen  dieser  Bakterien  zu  agglu-lj-ote  Blutkörperchen  anderer  Tierspezies: 
tinieren,  d.  h.  auszuflocken,  was  man  mit  Hämagglutinin.  Zuweilen  wird  Aggluti- 
dem  Mikroskop  und  mit  bloßem  Auge  sehen  j  nationskraft  auf  artgleiche  und  sogar  (bei 
kann  (Gruber  und  Durham  1895).  kranken  Menschen)  auf  die  eigenen  Blut- 
Auch  frisches  Serum  wirkt  ähnlich  auf  |  körperchen  beobachtet:  Iso-  und  Auto- 
manche    Bakterienarten,    das    Immunserum  ]  hämagglutinin. 

aber  in  sehr  großer  Verdünnung  (50  bis'  ^)  Bildung  und  Schwinden  von 
1  000 000 fach)  und  spezifisch  nur  auf  die  Agglutinin  und  anderen  Antikörpern, 
betreffenden  Bakterien.  Die  verursachende  Wegen  der  leicht  quantitativ  anzustellenden 
Substanz,  die  dabei  an  die  Bakterien  ge-  Versuche  eignet  sich  das  Agglutinin  be- 
bunden  wird,  heißt  Agglutinin;  sie  findet  sonders  zu  Untersuchungen  über  die  Bildung 
sich  quantitativ  in  der  Euglobulin-' (oder  bei  ]  der  Antikörper.  Nach  einmaliger  Ein- 
manchen  Tierarten  der  Paraglobulin-)fraktion  inipfiing  des  iVntigens  tritt  der  Maximal- 
des  Serumeiweißes  wieder  und  verträgt  Er-  j  gehalt  im  Blut  etwa  am  10.  Tage  auf  und 
hitzung  bis  zu  etwa  70**  ohne  wesentliche  |  sinkt  dann  stufenweise.  Bei  wiederholter 
Veränderung  ihrer  Wirkung.  Die  eigentliche  i  Einimpfung  steigt  er  sprungweise  immer 
Agglutination  ist  wie  andere  Flockungs- 1  höher,  wenn  die  Impfmengen  und  die  Inter- 
erscheinungen  ein  chemisch-physikalischer  |  yalle  gut  gewählt  werden.  Bei  übermäßiger, 
Vorgang,  abhängig  vom  Salzgehalt  der  Lö- 1  zu  großer  oder  zu  häufiger,  Antigenein- 
sung,  der  Temperatur  und  anderen  Be-  Impfung  geschieht  dies  nicht  und  der  Agglu- 
dingungen.  Von  ihr  zu  unterscheiden  ist  die  tiningehalt  kann  unter  Eintritt  von  Kachexie 
spezifische  Bindung  des  Agglutinins  an  die  rasch  zurückgehen.  Auch  die  Avidität  des 
Bakterien;  sie  ist  dadurch  charakterisiert,  Agglutinins,  das  heißt  seine  Verteilung 
daß  die  Bakterien  vieltausendfach  größere  zwischen  Bakterien  und  Lösung  bei  großem 
Agglutininmengen  zu  binden  vermögen,  als  xjeberschuß,  ändert  sich  im  Laufe  der 
zur  Einleitung  des  Agglutinations Vorgangs  j  Immunisierung  und  geht  der  Gesamtmenge 
nötig  sind,  daß  die  Menge  des  gebundenen  parallel  (P.  Th.  Müller).  Der  scheinbar 
Agglutinins  abhängig  ist  von  der  Konzen-  gleichmäßige  Agglutiningetialt  in  manchen 
tration  desselben  in  der  Lösung  und  daß  Perioden  nach  der  Immunisierung  scheint 
die  Bindung  dissoziierbar  ist.  Die  Bakterien  darauf  zu  beruhen,  daß  Neubildung  und 
werden  durch  diese  Beladung  mit  Agglutinin  Zerstörung  (oder  Ausscheidung)  sich  die 
nicht  merkbar  geschädigt.  Im  Sinne  der  ]  Wage  halten.  Wird  agglutinierendes  Serum 
Seitenkettentheorie  nimmt  man  an,  daß  es  j  einem  anderen  Tier  eingespritzt,  so  nimmt 
dieselbe  Substanz,  die  durch  Bindung  an  die  |  die  damit  übertragene  agglutinierende 
Protoplasmarezeptoren  die  Agglutininbildung  Wirkung  des  Serums  dieses  Tieres  bald  ab, 
hervorrief,  das  Agglutinogen  ist,  das  nun  j-ascher  wenn  ein  artfremdes,  langsamer 
umgekehrt  das  Agglutinin  an  die  Bakterien  wenn  ein  artgleiches  Tier  passiv  immunisiert 
bindet.  wurde.    Wird  ein  früher  aktiv  immunisiertes 

a)  Uneinheitlichkeit    des     spezifi-   Tier,  bei  dem  kein  abnorm  hoher  Agglutinin- 


366 


Immunität 


gehalt  mehr  vorhanden,  neu  geimpft,  so  wird 
rasclier  und  melir  Ai:;t;lntinin  tfebildet  als  bei 
einem  frischen  Tier.  Alle  diese  J{eii:eln  scheinen 
auch  für  andere  Antikörper  zu  gelten. 

6  Ab)  Präzipitin.  Dem  Agglutinin 
steht  das  Präzipitin  sehr  nahe;  Agglutinin- 
bildung  wird  nämlich  auch  ausgelöst,  wenn 
nicht  die  Bakterien  selbst,  lebend  oder  tot, 
sondern  nur  Extrakte  aus  ihnen  verimpft 
werden.  Werden  aber  solche  klare  Extrakte 
aus  Bakterienkulturen  mit  diesem  Immun- 
serum versetzt,  so  tritt  eine  Trübung,  Prä- 
zipitation der  gelösten  Eiweißsubstanzen 
ein  (Kraus  1897).  Ebensolche  spezifisch 
präzipitierende  Sera  kann  man  aber 
durch  Einimpfung  aller  genuinen  löslichen 
Eiweißkörper  aller  Organismen  gewinnen, 
z.  B.  mit  Blutserum,  mit  Milch,  mit  Pflanzen- 
proteinen. 

Die  Spezifität  dieser  Fällungsreaktionen 
ist  ebenso  groß  wie  bei  der  Agglutination 
und  sie  erleidet  dieselben  Ausnahmen:  Ei- 
weißkörper aus  verwandten  Organismen- 
arten werden  durch  das  gleiche  Serum,  aber 
mit  cpiantitativen  Unterschieden,  ausgefällt. 
Aus  den  gleichen  Gründen  wie  bei  den 
Agglutininen  muß  man  scheinbar  einheit- 
liche Präzipitine  und  Präzipitogene  als 
Gemische  verschiedener  streng  spezifisch 
reagierender  Körper  ansehen.  Unter  diesen 
Umständen  ist  die  Entscheidung,  wie  weit 
Agglutinin  und  Präzipitin  identisch  seien, 
schwer  zu  treffen  ■ —  wahrscheinlicherweise 
ist  in  einem  Agglutinin  für  Typhusbazillen 
und  einem  Präzipitin  für  Extrakt  aus  ihnen 
ein  Teil  der  Komponenten  identisch.  Gegen 
verschiedene  Eiweißkörper  aus  demselben 
Tier  lassen  sich  nur  ausnahmsweise  streng 
spezifische  Präzipitine  gewinnen,  wie  z.  B. 
gegen  Extrakte  aus  der  Kristallinse  der 
xAugen;  vermutlich  beruht  aber  auch  dies 
nur  darauf,  daß  die  Präzipitogene,  d.  h.  das 
Eiweiß  verschiedener  Organe  oder  die  ver- 
schiedenen Fraktionen  des  Serumeiweißes 
nicht  einheitlich,  sondern  Gemische  von  zum 
Teil  identischen  Körpern  sind. 

Die  Präzipitation  wird  ähnlich  der  Agglu- 
tination durch  Salzgehalt  u.  a.  mitbedingt. 
Im  Präzipitat  lassen  sich  beide  Kompo- 
nenten, das  Antigen,  die  präzipitable 
Substanz  und  das  Präzipitin,  Euglobulin 
des  Serums  des  iTnmunisierten  Tieres,  nach- 
weisen. Letzteres  macht  die  Hauptmasse 
des  Präzipitats  aus  und  auch  ein  großer 
Ueberschuß  von  ihm  stört  die  Präzipitation 
nicht,  während  ein  Ueberschuß  von  Prä- 
zipitogen  das  schon  gebildete  Präzipitat 
wieder  lösen  kann.  Die  Verwertung  der 
Präzipitinreaktion  s.  unten  12  B  b  und 
Blut,  3ba. 

6  A  c)  Lysin.  a)  Spezifische  Bak- 
teriolyse.  Bei  der  Immunisierung  eines 
Tieres  mit  Bakterien  nimmt  die   bakterio- 


lytische  Fähigkeit  seines  Serums  (vgl.  4) 
gegen  das  betreffende  Bakterium  zu.  In 
welchem  Maße,  das  läßt  sich  aber  nur  bei 
besonderen  Versuchsanordnnngen  richtig  be- 
urteilen, wie  im  R.PfeifferschenVersuch: 
virulente  Choleravibrionen  w^erden  in  gleicher 
Menge  in  die  Bauchhöhle  von  zwei  Meer- 
schweinchen gespritzt,  bei  dem  einen  Tier 
unter  Zufügen  einer  kleinen  Menge  von 
Choleraimmunserum,  bei  dem  anderen  nur 
mit  entsprechendem  Normalserum  versetzt. 
Bei  dem  ersten  Tier  tritt  dann  in  der  Bauch- 
höhle in  den  ersten  Stunden  Quellung  und 
Auflösung  der  Vibrionen  ein,  das  Tier  bleibt 
gesund;  bei  dem  Kontrolltier  geht  nur  ein 
kleiner  Teil  der  Vibrionen  zugrunde,  die 
übrigen  vermehren  sich  und  das  Tier  geht 
an  der  Infektion  am  andern  Tag  ein.  Auch 
außerhalb  des  Tieres  kann  man  unter  dem 
Mikroskop  die  gesteigerte  Bakteriolyse  oder 
im  Aussaatversuch  die  erhöhte  bakterizide 
Kraft  des  frischen  Immunserums  feststellen. 
Im  Pfeifferschen  Versuch  ist  aber  auch 
altes  und  auf  56"  erhitztes  (inaktiviertes) 
Immunserum  von  gleicher  Wirkung  wie 
frisches,  ebenso  und  sogar  in  großer  Ver- 
dünnung, wie  Bordet  gezeigt  hat,  in  vitro, 
wenn  man  ihm  etwas  frisches  und  für  sich 
kaum  wirkendes  verdünntes  Normalserum 
zufügt;  ohne  solchen  Zusatz  hat  inaktiviertes 
Imnumserum  in  vitro  gar  keine  bakterizide 
Wirkung.  Die  spezifische  bakterizide  und 
bakteriolytische  Wirkung  des  Immunserums 
beruht  also  auf  zwei  Substanzen,  einem  spe- 
zifischen, durch  mäßiges  Erhitzen  nicht  be- 
einflußten Immunkörper  und  einem  Stoff, 
der  im  frischen  Serum  und  in  der  entzündeten 
Bauchhöhle  des  Meerschweins  auch  ohne 
vorhergehende  Immunisierung  vorhanden  ist 
und  die  Eigenschaften  des  Buchn ersehen 
Alexins  besitzt. 

ß)  Spezifische  Hämolyse.  Frisches 
Blutserum  bewirkt  auch  den  Austritt  des 
Hämoglobins  aus  roten  Blutkörperchen  ande- 
rer Tierarten,  wie  schon  Büchner  beob- 
achtete und  auf  das  Alexin  zurückführte. 
Auch  diese  hämolytische  Wirkung  wird  ge- 
steigert durch  Einspritzung  mit  den  be- 
treffenden Blutkörperchen  und  auch  hierbei 
tritt  ein  hitzebeständiger  Imnumkörper  auf, 
dessen  Menge  sich  erst  durch  starke  Ver- 
dünnung des  Immunserums  und  Zusatz  von 
etwas  frischem  Serum  richtig  beurteilen  läßt. 
Solche  hämolytische  Versuche  lassen  sich  im 
Glase  bequemer  und  genauer  quantitativ 
anstellen  als  die  bakterioly  tischen  und 
dienten  daher  hauptsächlich  zur  Erforschung 
der  Beziehungen  zwischen  dem  hitzebe- 
ständigen spezifischen  und  dem  thermo- 
labilen  nicht  spezifischen  Anteil. 

y)  Vorstellungen  über  den  kom- 
plexen Bau  der  Lysine.  Ambozeptor 
und     Komplement.       Bordet     und 


Immunität 


367 


Ehrlich  haben  hauptsächlich  unsere  Vor- 
stellungen über  die  Bedeutung  der  zwei 
Substanzen  im  aktiven  lytischen  Imniun- 
seruni  entwickelt.  Bor  de  t  sieht  im  Alexin 
Buchners  die  eigentlich  wirksame  Sub- 
stanz, die  auch  von  den  aufzulösenden  Zellen 
unmittelbar  gebunden  werde,  denn  sie  wird 
bei  der  Bakterie-  und  Hämolyse  verbraucht. 
Dem  spezifischen  Immunkörper  schreibt  er 
die  Rolle  einer  Beize  zu,  durch  die  die  Zellen, 
die  sich  mit  ihr  beladen  haben,  befähigt 
werden,  das  Alexin  in  viel  höherem  Maße 
zu  binclen  und  daher  auch  seiner  Wirkung 
stärker  zu  unterliegen;  diese  Beladung  mit 
dem  Immunkörper  iDezeichnet  er  als  Sensi- 
bilisieren der  Zellen.  Beide  Reaktionen, 
besonders  aber  die  unspezifische  der  Alexin- 
bindung  an  frische  oder  schon  sensibilisierte 
Zellen  möchte  er  als  kolloidal,  als  Adsorption 
betrachten.  Ehrlich  dagegen  setzt  spe- 
zifische chemische  Bindungen  voraus,  die 
sowohl  zwischen  der  Zelle,  die  das  Antigen 
ist,  und  dem  Immunkörper,  als  auch  zwischen 
diesem  und  dem  eigentlich  wirksamen  ther- 
molabilen  Stoff  statthaben:  der  letztere 
werde  nur  durch  Vermittlung  des  ersteren 
an  die  Zelle  gekoppelt.  Deshalb  nennt  er 
diesen,  der  zwei  haptophore  Gruppen  be- 
sitze, Ambozeptor,  den  anderen  Kom- 
plement. Den  Ausdruck  Alexin  vermeidet 
er,  weil  dieser  von  Buch n er  im  Normal- 
serum nachgewiesene  Stoff  nicht  mit  dem 
Komplement  identisch  sei,  sondern  dies  plus 
Ambozeptoren  für  die  betroffenen  Bakterien 
oder  Erythrozyten  bedeute.  Solche  Normal- 
ambozeptoren,  die  zufällig  zu  den  körper- 
fremden Zellen  Affinität  besäßen,  seien  in 
geringer  Zahl  im  Bhitplasma  vorhanden,  weil 
sie  im  Verein  mit  dem  Komplement  im 
inneren  Stoffwechsel  Bedeutung  hätten  für 
den  Abbau  abgenutzter  Zellen.  Durch  Zu- 
führung des  Antigens  würde  ihre  Neubildung 
angeregt  und  so  entstehe  der  spezifische 
Immunkörper,  während  das  Komplement  j 
bei  der  Immunisierung  nicht  vermehrt  wird,  j 
Diese  Vorstellungen  ergänzen  also  die  Seiten- 
kettentheorie und  setzen  auch  die  Lysine  in 
enge  Beziehung  zu  physiologischen  Funk- 
tionen. Ihr  Zutreffen  für  die  hämolytische 
Wirkung  von  Nornuilserum  wird  dadurch 
bewiesen,  daß  in  mancherlei  Kombinationen 
inaktiviertes  Normalserum  einer  Tierart 
(Ambozeptor)  mit  frischem  Serum  einer 
anderen  Art  (Komplement)  auf  bestimmte 
Erythrozyten  weit  stärker  hämolytisch  wirkt, 
als  jedes  einzelne  frische  Serum.  Neue  Be- 
obachtungen lehren  auch,  daß  gemeinsame 
Rezeptoren  in  den  Eiweißsubstanzen  der 
verschiedensten  Organismen  vorkommen, 
deren  teilweise  Identität  sich  nach  dem 
Schema  des  Castellanischen  Versuchs  er- 
weisen läßt;  so  ruft  die  Immunisierung  mit 
Paratyphusbazillen     beim     Kaninchen    das 


Auftreten  eines  hämolytischen  Ambozeptors 
für  die  roten  Blutkörperchen  des  Schafes 
hervor,  der  aber  auch  durch  jene  Bakterien 
gebunden  wird;  letzteres  gilt  nicht  für 
ein  Hämolysin,  das  durch  die  Schaf blut- 
körperchen  selbst  hervorgerufen  ist. 

Die  Bindung  der  Ambozeptoren  an  die 
Zellen  und  die  des  Komplements  an  die  sen- 
sibilisierten Zellen  folgen  verschiedenen  Ge- 
setzen: erstere  erfolgt  auch  in  der  Kälte 
und  scheint  denselben  Regeln  zu  unterliegen 
wie  die  Agglutinin-  und  Präzipitinbindung, 
letztere  erfolgt  nur  bei  höherer  Temperatur, 
so  daß  aus  einem  Ambozeptoren  und  Kom- 
plement enthaltenden  Serum  bei  0"^  die 
Blutkörperchen  erstere  allein  abzuscheiden 
vermögen  (Kältetrennungsversuch  von 
Ehrlich  und  Morgenroth).  Bei  Körper- 
temperatur dagegen  binden  die  irgendwie 
sensibilisierten  Zellen  das  Komplement  rasch. 
Ein  Optimum  der  Wirkung  kann  bei  ver- 
schiedenem Verhältnis  von  Ambozeptor  und 
Komplement  eintreten:  ein  Uebermaß  von 
diesem  oder  jenem  macht  eine  Verminderung 
des  anderen  Stoffes  wett.  Nach  Ehrlichs 
Vorstellung  existieren  gleichwohl  auch  Kom- 
plexe von  Ambozeptoren  und  Komplement 
ohne  Bindung  an  das  Antigen  (fertiges 
Hämolysin  in  Lösung)  und  kann  ein  großer 
Ueberschuß  von  Ambozeptor  die  Lyse 
hemmen:  Komplementablenkung.  Die 
Berechtigung  dieser  Anschauung  ist  zweifel- 
haft geworden  auf  Grund  der  neueren,  die 
Sache  sehr  komplizierenden,  im  folgenden 
darzulegenden  Erfahrungen. 

6)  Eigenschaften  und  Komponen- 
ten des  Komplements.  Das  Kom- 
plement, das  nicht  nur  bei  diesen,  sondern 
auch  bei  anderen  später  zu  besprechen- 
den Immunitätsreaktionen  und  höchst- 
wahrscheinlich auch  bei  den  physiologischen 
Funktionen  des  Stoffaustausches  innerhalb 
des  Organismus  eine  bedeutende  Rolle  spielt, 
ist  ein  höchst  labiler  Körper,  dessen  Wirkung 
durch  die  verschiedensten  Einwirkungen  ge- 
hemmt, der  also  dabei,  wie  die  erste  Ver- 
mutung lautet,  zerstört  wird.  Nur  in  trocke- 
nem Zustand,  vor  Licht  und  Luft  geschützt, 
ist  es  längere  Zeit  zu  konservieren.  Rasch 
wird  es  zerstört  durch  Erhitzen  auf  mehr 
als  50''  (inaktiviertes  Serum),  durch 
Schütteln,  besonders  bei  Luftzutritt  und 
mäßiger  Wärme  (Schüttelserum),  und 
durch  osmotische  Einflüsse,  bei  denen  ein 
Teil  der  Eiweißkörper  des  Serums,  nämlich 
die  Globuline,  gefällt  werden.  Die  Wirk- 
samkeit kann  aber  in  diesen  Fällen  auf  ver- 
schiedene Weise  wiederhergestellt  werden 
durch  Zusatz  anders  behandelten,  an  und  für 
sich  ebenfalls  unwirksamen  Serums.  So 
ist  man  genötigt,  mehrere  Komponenten  des 
Komplements  anzunehmen;  zunächst  eine 
Komponente,  die  mit  dem  Globulin  gefällt 


368 


Immunität 


wird  und  eine,  die  mit  dem  Albumin  in 
Lösung  bleibt,  wenn  das  Serum  der  Dialyse 
ausgesetzt  oder  mit  stark  verdünnten  Säuren 
behandelt  wird.  Durch  Vereinigen  dieser 
beiden  Komponenten  in  neutraler  Lösung 
bei  normalem  osmotischem  Druck  kann,  bei 
sorgfältigem  Verfahren,  die  volle  ursprüng- 
liche Wirkung  wiederhergestellt  werden. 
Werden  die  l^ösungen  der  einzelnen  Kom- 
ponenten mit  sensibilisierten  Blutkörperchen 
zusammengebracht,  so  ergibt  sich,  daß  der 
Globulinteil  von  diesen  gebunden  wird, 
der  Album  in  teil  allein  aber  nicht,  sondern 
nur  zusammen  mit  jenem,  oder  an  Blut- 
körperchen, die  auch  mit  jenem  schon  be- 
laden, die  persensibilisiert  sind.  Im 
Sinne  der  Seitenkettentheorie  bezeichnet  man 
deshalb  den  (Uobulinteil  als  Mittelstück, 
den  Albuminteil  als  Endstück;  die  Vor- 
stellung ist,  daß  zur  lytischen  Wirkung  auf 
die  Bakterien  oder  Blutkörperchen  jedesmal 
eine  Kette  zustande  kommen  muß,  in  der 
Zellbestandteil,  Ambozeptor,  Mittelstück  und 
Endstück  durch  spezifische  Affinitäten  an- 
einandergeheftet seien,  das  Endstück  erst  die 
ergophore  Gruppe  besitze,  auf  der  die 
Wirkung  beruht,  die  anderen  Glieder  je  ein 
oder  zwei  haptophore  Gruppen.  Auch  die 
Bildung  dieser  Kette  ist  durch  das  Massen- 
wirkungsgesetz und  die  Temperatur  ge- 
regelt: werden  sensibilisierte  Blutkörperchen 
mit  ursprünglichem  Komplement  bei  niederer 
Temperatur  digeriert,  so  wird  zwar  nie  das 
ganze  Komplement  gebunden,  aber  je  nach- 
cleni  eine  eben  ausreichende  oder  eine  stark  j 
überschießende  Ambozeptorenmenge  an  die  I 
Blutkörperchen  gebunden  ist,  tritt  nun  in  '• 
der  Kälte  eine  Bindung  des  Mittelstücks  ein 
oder  nicht,  resultieren  persensibilisierte  Blut- 
körperchen und  freies  Endstück  oder  bleiben 
sensibilisierte  Blutkörperchen  und  ganzes 
Komplement  bis  zur  Erwärmung  bestehen. 
Die  Eigenschaften  des  Schüttelserums 
endlich  lehren,  daß  hier  keine  der  eben 
genannten,  sondern  eine  dritte  Kompo- 
nente, die  sich  nach  der  Dialyse  in  beiden 
Portionen  findet,  verändert  ist. 

£)  W  i  r  k  u  n  g  s  w  e  i  s  e  d  e  s  K  0  m  p  1  e  m  e  n  t  s . 
Komplementabsorption.  Bor  de  ts  Anti- 
körper. Die  lytische  Wirksamkeit  von  Alexin 
und  Komplement  ist  von  Anfang  an  mit  Fer- 
mentwirkung verglichen  worden.  Der  Fer- 
ment natur  des  Komplements  schien  aber  zu 
widersprechen,  daß  es  bei  seiner  Wirkung 
verschwindet  und  daß  eine  bestimmte  Kom- 
plemeqtmenge  keine  unbegrenzte  oder  auch 
nur  sehr  große  Menge  sensibilisierter  Blut- 
körperchen oder  Bakterien  zu  lösen  vermag; 
wie  groß  diese  ist,  hängt  wesentlich  von  der 
Versuchsanordnung  ab,  nicht  nur  von  der , 
Ambozeptorenmenge,  mit  der  sensibilisiert  [ 
wurde  und  ob  diese  vorher  (und  wie  lange)  I 
oder  gleichzeitig  mit  dem  Komplement  zu- j 


i  gesetzt  wird,  sondern  auch  ob  die  sensibili- 
j  sierten    Zellen    auf    einmal    oder    fraktions- 
weise  und   in   welchen    Zeitabschnitten   zu- 
I  gefügt  werden:  Bordets  Versuch  analog  dem 
!  Danysz-Versuch   (oben    ödy)    und    Lief- 
'  mann.   Die  neueren  Untersuchungen  lehren, 
daß  jedenfalls  nur  ein  verhältnismäßig  kleiner 
j  Teil  des  Komplements  vor  dem  Eintritt  der 
!  Hämolyse    gebunden    sein    muß,    daß    der 
Schwund  des  Komplements,  durch  den  fast 
in   allen   hämolytischen   Versuchen   das   ge- 
samte   vorhandene    beseitigt    wird,    in    der 
Hauptsache  erst  nach  der  Wirkung  (durch 
Bindung  an  die  Stromata  der  Blutkörperchen) 
erfolgt  und  daß  die   W^irksamkeit  von  der 
Konzentration,    nicht    von    der    absoluten 
Menge    des    zugesetzten    Komplements    ab- 
hängt.   Danach  ist  es  wohl  erlaubt,  die  Lyse 
als   einen   Fermentprozeß   anzusehen;   diese 
Betrachtungsweise  hilft  uns  aber  nicht  viel, 
solange  wir  die  Bedeutung  der  vier  Faktoren 
(xVmbozeptor    und    vier    Komponenten    des 
Komplements)    bei    diesem    Prozeß    nicht 
genauer  bestimmen  können  und  das  Wesen 
der  fermentativen  Prozesse   uns  auch  noch 
unbekannt  ist. 

Die  Bindung  des  Komplements  ist  also 
unabhängig  von  seiner  Wirkung ;  sie  geschieht 
an  fein  verteilte  Körper  verschiedener  Art, 
wie  Tierkohle,  Kieseiguhr,  Hefezellen,  be- 
sonders aber  an  Präzipitate,  die  durch  eine 
spezifische  Präzipitinreaktion  eben  entstehen. 
Ob  es  einfach  die  Art  und  Ausdehnung  der 
Oberflächen  ist,  die  bewirkt,  daß  diese 
Bindung  im  einen  Fall  rascher  und  voll- 
ständiger vor  sich  geht  als  im  anderen,  das 
Wesentliche  aber  eine  kolloidale  Adsorption 
nicht  spezifischer  Art  sei,  oder  ob  wir  zwischen 
der  einfachen  kolloidalen  Adsorption  und  der 
Bindung  durch  die  Präzipitogen-Präzipitin- 
komplexe  und  die  mit  Ambozeptor  beladenen 
Zellen  oder  ihren  Resten  (den  ,, Schatten"  der 
gelösten  Blutkörperchen  und  Bakterien)  zu 
unterscheiden  haben,  steht  noch  dahin.  Wie 
B  0  r  d  e  t  und  G e  n  g  o  u  gezeigt  haben,  scheinen 
alle  Reaktionen  zwischen  Antigen  und  Anti- 
körper, wenn  sie  in  Gegenwart  von  Kom- 
plement vor  sich  gehen,  eine  Absorption  des 
Komplementes  nach  sich  zu  ziehen.  So 
wird  das  Verschwinden  des  Komplements 
(die  Komplement bindung),  die  an  dem 
Ausbleiben  der  Hämolyse  sensibilisierter 
Blutkörperchen  nach  Zusatz  des  mit  frischem 
Serum  versetzten  Gemisches  von  Antigen 
und  Antikörper  erkannt  wird,  zu  einem 
Reagenz,  das  häufig  feiner  ist  als  die  un- 
mittelbare Beobachtung  einer  Agglutination 
oder  Präzipitation  oder  sonstigen  Antikörper- 
wirkung. Ob  es  immer  nur  eine  Begleit- 
erscheinung von  solchen  ist,  oder  ob  es 
Antikörper  gibt,  deren  einzige  Wirkungs- 
weise in  dieser  Komplementbindung  bei 
ihrer  Vereinigung  mit  dem  Antigen  besteht, 


Immunität 


369 


ist  unbekannt;  solche  werden  nach  Neufeld 
als  „Bordetsche  Antikörper"  bezeichnet, 
obgleich  Bordet  selbst  sie  nicht  als  vor- 
handen anerkennt. 

C)  Zytotoxine  und  Proteolytische 
Antikörper.  Wenn  andere  Zellen  als 
Bakterien  oder  Erythrozyten  zur  Impfung 
benützt  werden,  so  ist  es  viel  schwieriger, 
das  Auftreten  zytotoxischer  Antikörper 
zu  erkennen,  weil  eine  der  Bakteriolyse  und 
Hämolyse  entsprechende  Erscheinung  nicht 
zu  beobachten  ist;  an  eigenbeweglichen 
Zellen  (Flimmerepithel,  Spermatozoen)  kann 
man  Lähmung  beobachten  und  aus  Ver- 
suchen an  solchen  ergibt  sich,  daß  die 
Zytotoxine  wie  die  Lysine  aus  Ambo- 
zeptor  und  Komjilement  zusammengesetzt 
scheinen.  Die  Wirkung  anderer  zytotoxischer 
Sera  kann  nur  aus  der  Giftwirkung  auf  die 
Organe  mit  ihnen  geimpfter  Tiere  erschlossen 
werden,  was  die  Schlüsse  aus  den  Versuchen 
sehr  erschwert,  auch  deshalb,  weil  Organ- 
und  Artspezifität  dieser  Sera  schwer  zu 
trennen  sind  (vgl.  oben  6  A  b  zum  Schluß). 
So  ist  es  auch  noch  nicht  entschieden,  wie 
häufig  die  Ausnahmen  sind  von  dem  früher 
aufgestellten  Satze,  daß  nur  art-  (oder 
doch  körper-)  fremde  Substanzen  als 
Antigen  wirken  können,  und  ob  dieser  über- 
haupt für  andere  als  die  eigentlichen  Blut- 
bestandteile gilt.  Diese  Frage  ist  sehr 
wichtig,  weil  unter  der  Annahme  der  Bildung 
von  Zytotoxin  gegen  Organe  des  eigenen 
Körpers  viele  Krankheitsznstände  als  ein 
auf  eine  einmalige  akute  Schädigung  eines 
Organs  folgender  Circulus  vitiosus  gedeutet 
werden  könnten. 

Bei  der  Bakteriolyse  werden  öfters  die 
giftigen  Endotoxine  gelöst  und  wirksam  ge- 
macht; man  hat  sieh  vorgestellt,  daß  ähnlich 
auch  aus  anderen  Zellen  durch  Zytotoxin 
Giftstoffe  freigemacht  oder  durch  eine  fer- 
mentartige Wirkung  des  Komplements  unter 
Vermittelung  des  spezifischen  Ambozeptors 
ans  dem  Protoplasma  abgespalten  werden. 
Wolf f -Eisner  und  Weich ar dt  besonders 
haben  diese  noch  sehr  hypothetische  An- 
schauung ausgebaut,  deren  Tragweite  für  die 
Pathogenese  sehr  groß  wäre,  wenn  sie  sich 
bestätigte.     Vgl.  unten  8  c. 

7])  Schutzfermente.  Neuerdings  hat 
iVbderhalden  gefunden,  daß  bei  Ein- 
führung irgendwelcher,  durch  Fermente  zer- 
legbarer, ganz  normalerweise  im  Blutplasma 
nicht  vorhandener  Stoffe  in  den  Kreislauf, 
sehr  bald  das  Serum  fermentative  Wirkung 
für  diese  Stoffe  gewinnt.  Diese  sehr  thermo- 
labilen  Serumfermente  zeigen  Aehnlichkeit 
mit  dem  Komjtlement  und  den  Hämolysinen; 
zum  Unterschied  von  diesen  treten  sie  viel 
rascher  im  Blute  auf,  als  die  spezifischen 
Immunkörper  nach  der  ersten  und  auch 
nach  wiederholten   Einimpfungen  und  sind 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


nicht  so  streng  spezifisch  eingestellt;  be- 
sonders werden  sie  auch  gegenüber  Stoffen 
von  relativ  einfachem  Bau  (Zuckerarten, 
Peptone)  gebildet,  mit  denen  eine  Hervor- 
rufung von  Antikörpern  im  Sinne  der  Seiten- 
kettentheorie nicht  gelingt.  Abderhalden 
nennt  sie  Schutzfermente  des  Serums. 
Seine  Auffassung  ihrer  physiologischen  Be- 
deutung berührt  sich  eng  mit  Ehrlichs 
Seitenkettentheorie;  ihre  Abgrenzung  gegen- 
über den  eben  besprochenen  proteolytischen 
Antikörpern  ist  schwierig,  besonders  weil 
sie  gegenüber  dem  Eiweiß  einzelner  Organe 
doch  auch  wieder  mit  streng  spezifischer 
Wirkung  beobachtet  werden. 

6  A  d)  Opsonin  und  Bakteriotropin, 
A.  E.  Wright  hat  1902  gezeigt,  daß  frisches 
Serum,  wie  es  nach  Buchner  auf  einige 
Bakterienarten  lytisch  wirkt,  andere  ohne 
direkt  sichtbare  Veränderung  derart  be- 
einflußt, daß  sie  nun  von  den  Leukozyten 
gefressen  werden,  was  ohne  Serumwirkung 
nicht  geschieht.  Die  wirksame,  thermolabile 
Substanz,  die  er  Opsonin  nannte,  wird  dabei 
von  den  Bakterien  gebunden ;  durch  Impfun- 
gen wird  die  opsonische  Kraft  des  Serums 
spezifisch  für  die  eingeführten  Bakterien 
vermehrt.  Weitere  Untersuchungen  lehrten, 
daß  die  Opsonierung  durch  Zusammenwirken 
spezifischer  Ambozeptoren  und  des  Kom- 
plements geschieht;  durch  Impfung  mit 
Erythrozyten  werden  spezifische  Hämopso- 
nine  erzeugt.  Schon  vorher  hatte  Denys 
gezeigt  und  Neufeld  hat  es  zur  Aner- 
kennung gebracht,  daß  im  Immunsernm 
gegen  Kokkenarten  (Streptokokken  und  Pneu- 
mokokken) das  wirksame  ebenfalls  eine  die 
Phagozytose  bedingende,  durch  die  Bak- 
terien gebundene  Substanz  ist,  die  aber 
höhere  Erhitzung  (bis  zu  70*^)  verträgt,  als 
das  Opsonin  und  ohne  Komplement  wirksam 
ist:  Bakteriotropin,  das  in  seinen  weiteren 
Eigenschaften  dem  Agglutinin  gleicht. 

Die  Opsonierung  müssen  wir  uns  als  eine 
Veränderimg  der  Oberflächeneigenschaften 
der  Bakterien  vorstellen;  Neufeld  vermutet 
in  ihr  eine  unvollständige  Bakteriolyse,  es 
ist  aber  wahrscheinlich,  daß  verschieden- 
artige Prozesse  die  gleiche  Wirkung  haben 
können,  nämlich  die  Bakterien  besser  auf- 
nahmefähig in  die  Phagozyten  zu  machen. 
Mit  der  Opsonierung  ist  eine  Schädigung  der 
Bakterien  nicht  notwendig  verbunden,  sie 
erfolgt  erst  nach  der  Phagozytose,  aber  das- 
selbe Serum  kann  opsonisch  und  unmittelbar 
bakterizid  wirken.  Ob  Opsonin  und  Bakterio- 
lysin,  Agglutinin  und  Bakteriotropin  teilweise 
identisch  sind,  d.  h.  ob  dieselbe  Substanz, 
zwei  von  diesen  Wirkungen  hervorruft,  ist 
experimentell  deshalb  schwer  zu  entscheiden, 
weil  es  verschiedene  Bakterienarten  sind, 
die  sich  am  besten  zu  exakten,  messenden 
Versuchen  über  die  eine  und  andere  dieser 

24 


370 


Immunität 


Serumwirkungen  eignen.  Ein  vollständiger 
Parallelismus  besteht  jedeni'alls  nicht;  aber 
weil  wir  uns  jede  dieser  sogenannten  spezi- 
fischen Substanzen  wie  ein  Agghitiiiin  als  ein 
Gemisch  vorstellen  müssen  (oben  6  A  a  a), 
ist  die  Annahme  einer  teilweisen  Identität 
nicht  zu  widerlegen. 

6  A  e)  Anaphylaxie,  Ueberempfind- 
lichkeit,  Allergie,     a)  Ueberempfind- 
lichkeit  im  weitesten   Sinn.    Schon  die 
ersten    Untersuchungen    über   die    Immuni- 
sierung gegen  Toxine  führten  zu  dem  Be- 
griff der  Ueberempfindlichkeit:  es  zeigte 
sich   nämlich,   daß   bei   Versuchstieren,   die 
schon  deutliche  antitoxische  Immunität  ge- 
wonnen  hatten,    zuweilen    wieder   eine    be- 
sonders große,  bei  der  Weiterbehandlung  sich 
steigernde  Empfindlichkeit  gegen  sehr  kleine 
Toxingaben   emtritt,    und   zwar  obwohl  im 
Blutserum  dieser  Tiere  viel  mehr  Antitoxin 
vorhanden  ist,  als  genügt,  um  andere  Tiere 
passiv    gegen    die    gleiche    Toxinmenge    zu 
immunisieren,    die    ihnen    selbst    den    Tod 
bringen  kann.  Das  Wesen  dieserToxinüber- 
empfindlichkeit    ist   noch    völlig    unauf- 
geklärt.      Dann    beobachtete    Ch.    Riebet 
1902  bei  Versuchen  mit  Toxalbuminen,  die 
er  aus  verschiedenen  Seetieren  gewann  und 
nach  der  Wirkungsart  als  Kongestine  be- 
zeichnete,    daß     Hunde     bei     wiederholter 
Einführung  dieser   Gifte  viel  heftigere  und 
rascher  einsetzende   Symptome  zeigten,  als 
bei  der  ersten,  gleichen  oder  sogar  wesentlich 
größeren  Gabe.    Er  benannte  den  Zustand, 
in  den  sie  durch  diese  erste  Gabe  versetzt 
werden,  als  Anaphylaxie,  was  das  Gegen- 
teil von  Immunität,  eine  spezifische  Ueber- 
empfindlichkeit bezeichnen  soll.     Diese  Be- 
obachtungen lassen  sich  nicht  nur  bei  Ein- 
spritzung   (parenteraler  Zufuhr)  des  Giftes, 
sondern  auch  bei  wiederholter  Verfütterung 
von    etwas    größeren    Giftmengen    machen: 
alimentäre  Anaphylaxie.    Im  folgenden 
Jahre  zeigte  Arthus  in  Kaninchenversuchen, 
daß  auch  an  und  für  sich  ganz  ungiftige  Ei- 
weißkörper (Serumeiweiß,  Eieralbumin  u.  a.) 
bei   wiederholter   Einführung    Nekrosen    an 
der  Impfstelle  —  lokale  Anaphylaxie  — 
und  seltener  bestimmte  Allgemeinsymptome 
hervorrufen.        Zur    gleichen    Zeit    zeigten 
v.  Pirquet  und  Schick,  daß  die  sogenannte 
Serum  krau  kheit,  die  bei  der  Behandlung 
mit  Diphtherieantitoxin  öfters  auftritt  und 
üble  Zufälle,  die  nach  Transfusion  artfremden 
Blutes  beobachtet  waren,  die  gleiche  Ursache 
in  der  parenteralen    Einführung    art- 
fremder   Eiweißkörper   haben,  und  daß 
für  das  Auftreten,  die  Art  und  die  Schwere 
der    Symptome   nicht   nur   die    Menge   der 
früher  und  erneut  zugeführten  Fremdstoffe, 
sondern    besonders    auch    das    Zeitintervall 
zwischen  der  früheren  und  der  neuen  Impfung 
maßgebend  sind.    Sie  zeigten,  daß  nach  einer 


einzigen,    aber    massigen    Einführung    des 
Fremdstoffs     die     Krankheitserscheinungen 
erst  nach  dem  7.  Tag  eintreten  und  machten 
es   höchst   wahrscheinlich,   daß  die   erhöhte 
Empfindlichkeit  erst  einsetzt  zwischen  dem 
7.  und   12.   Tag   nach  der  ersten   Impfung, 
also  zur  gleichen  Zeit,  in  der  Immunkörper 
auftreten,  daß  die  ,, sofortige    Reaktion" 
und  die  heftigsten  Symptome  bei  der  Wieder- 
impfung  dann   eintreten,   wenn   Antikörper 
gegen  das  fremde  Eiweiß  im  Kreislauf  vor- 
handen   sind,    daß    endlich    eine    erhöhte 
Empfindlichkeit  und  ,, beschleunigte    Re- 
aktion" so  lange  zurückbleibt,  als  der  Orga- 
nismus durch  zelluläre  Immunität  befähigt 
bleibt,    rascher    und    mehr    Antikörper    zu 
bilden,    als    ein   nicht   vorbehandelter,   daß 
also  höchst  wahrscheinlich  die   Krankheits- 
erscheinungen ausgelöst  würden  durch  das 
Zusammentreffen   des    Antigens    mit   einem 
spezifischen    Antikörper.       Die    veränderte 
Reaktionsweise  nach   einer   Vorbehandlung, 
gleichviel,  ob  sie  in  schwächeren  oder  heftige- 
ren   Krankheitsäußerungen    sich    zeigt,    be- 
zeichnen   sie    als    allergische     Reaktion 
und  den  Zustand,  der  sie  bedingt,  als  Allergie. 
ß)    A  n  a  p  h  y  1  a  X  i  e  V  e  r  s  u  c  he    a  m 
Meerschwein.      Nach  diesen  Erfahrungen 
erst  zeigte  sich,  daß  das   Meerschweinchen 
das    weitaus    geeignetste    Tier    zu    Unter- 
suchungen über  die  ^Anaphylaxie  ist,  so  daß 
die  weiteren  Erfahrungen  sich  hauptsächlich 
auf  Versuche  an  ihm  stützen.   Es  ist  nämlich 
durch  eine  einmalige  Impfung  mit  minimalen 
Mengen  (bis  zu  Tausendstel  Milligramm  herab) 
reiner  Eiweißkörper  zu  sensibilisieren,  so 
daß  nach  5  bis  12  Tagen  die  Anaphylaxie 
eintritt  und  in  dieser  sind  durch  intravenöse 
Zufuhr   der   gleichen    Eiweißkörper   in    nur 
wenig     größerer     Dosis      charakteristische 
Erscheinungen      des      anaphylaktischen 
Schocks   auszulösen;    die    Symptome  sind 
je  nach  der  Heftigkeit  (die  von  dem  Grad 
der    Sensibilisierung,    der    Größe    der    aus- 
lösenden Dosis  und  der  xArt  ihrer  Zufüluung 
;  abhängt)  sehr  verschieden :    sofortiger   Tod 
I  durch  Atemstillstand  infolge  Bronchialmus- 
kelkrampf   und    Lungenblähung;    Krämpfe 
mit  obigen  Symptomen,  Fallen  der  Körper- 
temperatur und  Verlust  der  Blutgerinnbarkeit ; 
in  den  leichtesten  Fällen  Erregung  der  vom 
Sympathicus  versorgten  Muskelsysteme  und 
Temperaturerhöhung.       Die    Spezifität    des 
Anaphylaxieversuchs  ist  ebenso  groß  wie  die 
der    Agglutinine    und    anderen    Antikörper; 
die  Organspezifität  und  die  Allergie  gegen 
art-,    ja    körpereigene    Organsubstanz    läßt 
sich  am  besten  durch  ihn  zeigen. 

y)  Passive  Anaphylaxie.  Da 
nacfi  V.  Pirquets  Vorstellung  die  Anaphy- 
laxie auf  dem  Vorhandensein  eines  Anti- 
körpers beruht,  so  muß  durch  Einimpfung 
des  Serums  eines  mit  Eiweißkörpern  belian- 


Immunität 


371 


delteii  Tieres  sich  passive  Anaphylaxie 
entsprechend  der  passiven  Immunität  gegen 
Toxin  erzeugen  lassen.  In  der  Tat  gelingt 
dies  bei  den  empfindlichen  Meerschweinchen, 
und  zwar  am  besten,  wenn  man  als  Lie- 
feranten des  antikörperhaltigen  Serums  das 
weniger  empfindliche,  aber  mehrfach  mit 
dem  Antigen  geimpfte  Kaninchen  wählt. 
Parallelität  mit  dem  Präzipitingehalt  eines 
solchen  Antieiweißserums,  wie  v.  Pircjuet 
und  Schick  vermutet  hatten,  läßt  sich  in 
solchen,  die  Anaphylaxie  übertragenden  Se- 
ren nicht  erweisen;  man  nimmt  deshalb  be- 
sondere anaphylaktische  Reaktions- 
körper als  neue  Klasse  der  Antikörper  an. 
Eine  Besonderheit  dieser  Art  übertragener 
Allergie  ist  es,  daß  die  veränderte  Reaktions- 
weise nicht  sofort  nach  Einführung  des  anti- 
körperhaltigen Serums  eintritt,  sondern  erst 
etwa  24  Stunden  später;  worauf  das  beruht, 
ist  noch  vollkommen  unbekannt. 

ö)  A  n  t  i  a  n  a  p  h  y  1  a  X  i  e.  Nach  Ab- 
lauf eines  anaphylaktischen  Schocks  läßt 
sich  ein  solcher  durch  erneute  Impfung  mit 
dem  Antigen,  auch  in  beliebig  großer  Gabe, 
nicht  wieder  auslösen.  Man  hat  diesen 
Zustand  der  Unempfindlichkeit  bei  einem 
sensibilisierten  Tier  Antianaphylaxie  ge- 
nannt. Er  ist  weder  eine  Rückkehr  zur  Norm, 
noch  eine  Immunisierung,  denn  er  tritt 
sehr  rasch  ein  und  endet,  spätestens  nach 
einem  Monat,  mit  der  Rückkehr  zur  iVna- 
phj^laxie;  vielleicht  beruht  er  auf  einer  Ab- 
sättigung  des  anaphylaktischen  Reaktions- 
körpers. Zum  Zustandekommen  der  Anti- 
anaphylaxie ist  es  nicht  erforderlich,  daß 
ein  Schock  eintrat.  Darauf  beruht  es,  daß 
durch  wiederholte  Zufuhr  des  Antigens  vor 
Eintritt  der  Anaphylaxie  (im  präanaphy- 
laktischen  Stadium),  dieser  immer  wieder 
hinausgezögert  und  daß  durch  langsame 
Zuführung  des  Antigens,  auch  bei  einem 
sensibilisierten  Tier,  der  Schock  vermieden 
werden  kann.  Beides  ist  von  großer  prak- 
tischer Bedeutung,  auch  zur  Vermeidung 
anaphylaktischer  Zufälle  beim  Menschen. 

e)  Anaphylatoxin.  Zur  Erklärung 
der  Anaphylaxie  wurde  die  Hypothese 
aufgestellt,  daß  durch  Einwirkung  des 
Komplements  auf  Eiweißkörper  unter  Ver- 
mittlung eines  spezifischen  Antikörpers  gif- 
tige Abbauprodukte  entständen,  die  den 
Schock  auslösten ;  für  diese  Annahme  sprach 
auch  die  Aehnlichkeit  der  Symptome  des 
ana})hylaktischen  Anfalls  mit  der  Pepton- 
vergiftung.  Fried  berger  hat  diesen  Vor- 
gang im  Glase  nachzuahmen  versucht  und 
frisches  Meerschweinserum  auf  Eiweißprä- 
zipitate  wirken  lassen  und  hat  damit  ein 
lösliches  Gift  dargestellt,  das  beim  Meer- 
schwein einen  charakteristischen  Schock 
auslöst  —  Anaphylatoxin.  Ein  immer 
gleichwirkendes  Gift  läßt  sich  aus  den  ver- 
schiedensten Eiweißsubstanzen,  auch  aus  pa- 


thogenen  Bakterien  gewinnen.  Das  Wesen  des 
Vorgangs  ist  aber  völlig  unaufgeklärt,  denn 
entgegen  der  Annahme,  daß  zur  Bildung 
des  Gifts  3  Komponenten:  Antigen,  Anti- 
körper und  Komplement  nötig  seien,  hat 
sich  ergeben,  daß  unter  Umständen  jeder 
einzelne  von  diesen  auch  fehlen  kann.  Ein 
gleichwirkendes  Gift  entsteht  nämlich  auch 
1.  bei  Digestion  von  spezifischem  Eiweiß- 
präzipitat  ohne  Komplement,  2.  bei  Digestion 
von  Bakterien  oder  anderen  Zellen  mit 
frischem  Serum,  das  spezifische  Antikörper 
nicht  enthält  und  3.  bei  Digestion  von  stark 
adsorbierenden  Stoffen,  wie  Kaolin  oder  Agar- 
Agar  mit  dem  frischen  Serum  allein.  In 
welchem  Maße  die  Versuche  in  dieser  Hinsicht 
zuverlässig  sind,  oder  ob  sie  sich  doch  so 
deuten  lassen,  daß  jene  3  Faktoren  wirksam 
seien  (z.  B.  ,,Normalambozeptoren"  des 
Meerschweinserums,  Eiweißgehalt  des  Agar- 
Agar),  darüber  sind  die  Erörterungen  noch 
nicht  geschlossen. 

6Af)  Antifermente.  Wenn  enzym- 
haltige  Lösungen  zur  Impfung  eines  Tieres 
verw^endet  werden,  erhält  sein  Serum  die 
Eigenschaft,  bei  Mischung  mit  der  Ferment- 
lösung die  Fermentwirkung  zu  hemmen, 
und  zwar  in  spezifischer  Weise  nur  die  des 
zur  Impfung  verwendeten  Enzyms.  Diese 
Spezifität  bezieht  sich  nicht  nur  auf  die 
Wirkungsart  des  Enzyms,  also  ob  dies  ein 
Lab  (Kasease),  oder  ein  Pepsin  oder  Diastase 
ist,  sondern  auch  auf  seine  Herkunft:  das 
Antiferment  gegen  ein  Lab  aus  Säugetier- 
magen hemmt  nicht  die  kaseinfällende 
Wirkung  von  Pflanzensäften  und  umgekehrt. 
Ob  diese  Antifermente  auf  einen  der  vor- 
genannten Antikörper  zurückzuführen  sind, 
etwa  auf  Präzipitation  des  Ferments  oder 
auf  seine  Adsorption  an  ein  Präzipitat,  ist 
unbekannt. 

B.  Vorstellungen  über  das  Wesen  der 
A  n  t  i  k  ö  r  p  e  r  r  e  a  k  t  i  0  n  e  n . 

Die  w^esentliche  Eigentümlichkeit  der  be- 
sprochenen Antikörperreaktionen  ist,  daß  sie 
streng  spezifisch  sind.  Und  zwar  bedeutet 
das  im  Sinne  der  Seitenkettentheorie  noch 
etwas  anderes,  als  sonst  in  Chemie  und 
klinischer  Diagnostik,  nämlich  unter  be- 
stimmten Bedingungen  eindeutige  Reak- 
tionen; hier  bedeutet  spezifisch,  daß  das 
eine  Reagens  entstanden  sei  nur  unter  Ein- 
wirkung des  anderen,  woraus  folgt,  daß  die 
Reaktion  unter  allen  Umständen  eindeutig 
sein  müsse.  Erweist  sie  sich  einmal  anders, 
so  schließt  man,  daß  entweder  ein  Be- 
obachtungsfehler (Aehnlichkeit  zweier  im 
Grunde  verschiediener  Reaktionen)  oder  daß 
in  zwei  Substanzen  verschiedener  Herkunft 
doch  derselbe  spezifische  Faktor,  die  gleiche 
chemische  Struktur,  vorliege.  Der  Haupt- 
einwand gegen  die  Seitenkettentheorie  stützt 

24* 


372 


Jinmunität 


sich  daher  auf  Beobachtungen,  die  dieser 
Regel,  daß  Antigen  und  Substrat  der  Anti- 
körperreaktion identisch  seien,  zu  wider- 
sprechen scheinen.  Zuweilen  ist  nämlich 
zu  beobachten,  daß  sj)ezit'isch  mit  gewissen 
Stoffen  reagierende  Antikörper  hervorgerufen 
werden  können  durch  Einimpfung  anderer 
Substanzen,  mit  denen  sie  nicht  reagieren. 
Bisher  haben  sich  alle  derartigen  Angaben 
auf  quantitative  Unterschiede  zurückführen 
lassen,  nämlich  darauf,  daß  der  lebende 
Organismus  mit  seiner  Antikörperbildung 
ein  feineres  Reagens  auf  das  betreffende 
Antigen  ist  als  unsere  Antikörperproben  in 
vitro,  bei  denen  der  erwartete  Effekt  durch 
Begleitumstände  unterdrückt  werden  kann 
und  deshalb  Spuren  des  Antigens  oft  nicht 
nachweisbar  sind. 

Diese  Vorstellung  von  der  strengen  Spe- 
zifität bringt  die  andere  mit  sich,  daß  es 
sich  um  eigentlich  chemische  Reaktionen 
handle,  bedingt  durch  die  chemische  Struktur 
von  Antigen  und  Antikörper,  die  zueinander 
paßten,  wie  der  Schlüssel  zum  Schloß.  Dem- 
gegenüber steht  die  Anschauung,  daß  es  sich 
im  wesentlichen  um  Kolloidreaktionen  handle, 
bei  denen  nicht  die  innere  chemische  Struktur, 
sondern  die  Quantitätsverhältnisse  und  die 
durch  mannigfache  andere  Umstände  mit- 
bestimmte elektrische  Ladung  und  Größe 
der  Teilchen  für  die  Spezifität  des  Reaktions- 
verlaufs entscheidend  seien.  In  der  Tat 
sind  alle  Antigene  und  Antikörper,  die 
wir  bisher  kennen,  Kolloide  oder  untrennbar 
mit  Kolloidsubstanzen  verbunden,  und  in 
der  Tat  sind  die  beobachteten  Reaktionen 
teils  sichere  Kolloidreaktionen,  wie  die  j 
Agglutination  und  Präzipitation,  teils  lassen  i 
sie  sich  auch  als  solche  deuten,  wie  die ' 
Neutralisierung  des  Toxins  durch  Antitoxin. 
Es  ist  auch,  insbesondere  Landsteiner,  ge- 
lungen, den  Eintritt  und  den  Verlauf  solcher 
Reaktionen,  z.  B.  spezifische  Agglutination 
oder  Hämoiyse  und  ihre  Hemmungen,  durch 
Kombination  bekannter  und  nicht  im  oben 
ausgeführten  Sinne  spezifischer  Kolloide 
nachzuahmen,  also  gewissermaßen  kolloide 
Modelle  der  spezifischen  Reaktionen  zu 
konstruieren.  Aber  eine  Erklärung  der 
strengen  Spezifität  dieser  Reaktionen  ist 
auf  diesem  Wege  noch  nicht  gegebeii  worden, 
wie  es  die  Seitenkettentheorie  doch  einiger- 
maßen leistet. 

Eine  Entscheidung  in  diesen  Fragen 
hat  man  mit  den  Methoden  der  physikalischen 
Chemie,  insbesondere  durch  Beobachtung  des 
Reaktionsverlaufs  zu  gewinnen  gesucht.  Ar- 
rhenius  und  Madsen  glaubten  auf  diesem 
Wege  die  Neutralisierung  des  Tetanolysins 
(des  hämolytischen  Faktors  im  Tetanusgift, 
der  vermu{lich  zu  unterscheiden  ist  vom 
krampf erregenden  Tetanoneurotoxin)  durch 
das  Antitoxin  als  analog  der  Neutralisierunji 


einer  schwachen  Base  durch  eine  schwache 
Säure,  die  Bindung  des  Agglutinins  an  die 
Bakterien  als  Anreicherung  in  einem  Lö- 
sungsmittel mit  Bildung  größerer  Moleküle 
deuten  und  berechnen  zu  können.  Von 
anderer  Seite  ist  gezeigt  worden,  daß  sich 
diese  Beobachtungen  aber  ebenso  gut  auch 
als  Adsorj)tion  und  andere  Kolloidreaktionen 
rechnerisch  darstellen  lassen.  Wie  wir 
oben  (insbesondere  6  A  a  und  c)  gesehen 
haben,  handelt  es  sich  bei  den  zu  beob- 
achtenden Vorgängen  fast  immer  um  die 
Endglieder  einer  Reihe  miteinander  ver- 
ketteter Reaktionen  und  um  eine  Mehrzahl 
reagierender  Körper,  die  teils  neben-,  teils 
nacheinander  in  die  Reaktionen  eintreten. 
Es  ist  verständlich,  daß  der  zeitliche  Ablauf 
und  die  Gleichgewichtszustände  in  so  ver- 
wickelten Systemen  immer  mehrfacher  Deu- 
tung fähig  sind  und  daher  ist  es  kaum  zu 
erhoffen,  daß  die  messenden  Untersuchungen, 
so  sehr  ihre  Vervielfältigung  auch  erwünscht 
ist,  so  bald  eine  Entscheidung  bringen 
werden  über  das  Wesen  der  einzelnen 
Immunitätsreaktionen. 

C.  Zelluläre  Immunität. 

Den  bisher  besprochenen,  im  Serum  ge- 
lösten Antikörpern,  gleichsam  der  humoralen 
Immunität  pflegt  man  die  zelluläre  Im- 
munität gegenüberzustellen.  Insbesondere 
tut  das  die  Schule  Metschnikoffs,  die 
darunter  vor  allem  die  Fähigkeiten  der 
weißen  Blutkörperchen  als  Phagozyten  und 
als  Produzenten  der  Antikörper  versteht. 

6  C  a)  Phagozytenlehre.  Die  Be- 
deutung der  Leukozyten,  durch  Phagozytose 
Mikroparasiten  und  auch  andere,  leblose, 
aber  nicht  indifferente  Teilchen  beiseite  zu 
schaffen  und  durch  intrazelluläre  Verdauung 
unschädlich  zu  machen,  ist  sicher  sehr  groß. 
Sie  darf  nur  nicht  überschätzt  werden  durch 
Uebersehen  der  zwei  Umstände:  erstlich, 
daß  die  Leukozyten  gerade  den  virulenten 
Bakterien  gegenüber  nur  unter  Mitwirkung 
von  Serumstoffen  (6  A  d)  in  Tätigkeit  treten 
und  zweitens,  daß  die  Wanderzellen  nicht 
die  einzigen  Phagozyten  sind,  sondern  auch 
fixe  Zellen,  insbesondere  Endothelien  eine 
noch  wenig  erforschte,  aber  vermutlich  sehr 
bedeutsame  Rolle  dabei  spielen.  Der  zweite 
Teil  der  Metschniko  ff  sehen  Phagozyten- 
lehre, daß  die  Leukozyten  auch  die  einzigen 
Produzenten  des  Alexins  (=Komplement) 
und  vermutlich  auch  aller  spezifischen  Anti- 
körper seien,  ist  aber  widerlegt  worden. 
Einige  der  älteren  Beweise  dafür  sind  so 
zu  deuten,  daß  die  Leukozyten  wohl  bak- 
terizide Stoffe  und  eiweißverdauende  Fer- 
mente enthalten  und  auch  ausscheiden 
können,  daß  diese  aber  von  den  spezifischen 
Antikörpern    und    dem    Komplement    ver- 


Immunität 


373 


schieden  seien.  Eine  verdanende  Wirkung 
der  Leukozyten  ohne  vorhergehende  Pha- 
gozytose ist  insbesondere  gegenüber  Milz- 
brandbazillen von  Gruber  und  seinen 
Schülern  beobachtet  worden,  ebenso  eine 
hier  einzureihende  bakterizide  Wirkung 
d  e  r  B 1  u  t  p  1  ä  1 1  c  h  en(  P 1  a  k  a  n  t  h  r  a  k  o  z  i  d  i  n ). 
Neuerdings  hat  Weil  ähnliche  Beobachtungen 
an  anderen  Bakterienarten  gemacht  und  be- 
zeichnet die  Wirkung  der  Leukozyten- 
sekrete als  Aphagozidie. 

6  C  b)  Bildungsstätten  der  Anti- 
körper. Die  humoralen  Antikörper  müssen 
selbstverständlich  Produkte  von  irgend- 
welchen Zellen  sein  und  in  diesem  Sinne 
kann  man  als  zelluläre  Immunität  die 
Fähigkeit  zur  Bildung  der  Antikörper  ver- 
stehen, die  im  einmal  immunisierten  Orga- 
nismus sehr  lange  in  gesteigertem  Maße  er- 
halten bleibt  (s.  5  da,  6  Ae  a).  Nach  einer 
älteren,  u.  a.  von  R.  Pfeiffer  vertretenen 
Anschauung  sollen  die  hämatopoetischen 
Organe  und  insbesondere  die  Milz  die  spe- 
zifischen Antikörper  bilden;  sie  sind  aber 
keinesfalls  ihre  einzigen  Bildungsstätten,  wie 
unter  anderemVersuehe  nach  Milzexstirpation 
lehren.  Nach  einer  lokalisierten  Infektion 
einer  serösen  Höhle  und  späteren  Erzeugung 
eines  Exsudats  in  dieser  durch  andere  Mittel 
fand  man  dies  Exsudat  reicher  an  Anti- 
stoffen  als  das  Blut,  während  in  nicht  vor- 
behandelten Höhlen  es  umgekehrt  ist;  ebenso 
hat  man  am  Auge  eine  lokalisierte  Anti- 
körperproduktion beobachten  können.  Da- 
nach scheint  das  Bindegewebe  oder  die 
Endothelien  aller  Organe  zur  Antikörper- 
bildung befähigt  zu  sein  und  die  Sonder- 
stellung der  Milz  beruht  vielleicht  nur 
darauf,  daß  in  ihr  die  in  die  Blutbahn  ein- 
geführten Bakterien  zunächst  abgefangen 
werden  und  deshalb  hier  am  stärksten  die 
Antikörperbildung  anregen. 

6  C  c)  G e  w e  b s  i  m  m  u  n  i  t  ä t.  Nach  Ab- 
lauf mancher  Infektionskrankheiten  bleiben 
Zustände  zurück,  bei  denen  die  (für  andere 
Individuen)  infektiösen  (virulenten)  Erreger 
in  einzelnen  Organen  auf  der  Schleimhaut 
weiterwuchern,  ohne  wesentliche  Krankheits- 
symptome hervorzurufen  (s.  unter  9).  Weil 
dabei  auch  der  Gehalt  des  Blutes  an  Anti- 
körpern sehr  gering  werden  kann,  nimmt 
man  an,  daß  sich  hier  eine  lokale  Gewebs- 
immunität  ausgebildet  habe.  Diese  kann 
in  einer  Bildung  schützender  Antikörper 
bestehen,  die  aber  nicht  in  den  Kreislauf 
gelangen,  doch  ist  das  bisher  nur  in  seltenen 
Fällen  nachgewiesen.  Sie  kann  aber  auch 
in  einer  relativen  Unempfindlichkeit  der 
Zellen  gegen  die  Gifte  der  Mikroparasiten 
begründet  sein.  Eine  solche  angeborene 
(iewebsimmunität  ist  neuerdings  für  die 
Ratte  nachgewiesen  worden:  sie  ist  mehr  als 
100  mal    weniger     empfindlich     gegen     Di- 


phtherietoxin  als  Kaninchen  und  Meerschwein- 
chen. In  ihrem  Blut  ist  kein  Antitoxin 
nachzuweisen;  Einspritzung  von  Diphtherie- 
toxin  in  das  Gewebe  macht  bei  ihr  auch 
keine  örtliche  Schädigung  in  Konzentra- 
tionen, die  bei  jenen  ausgedehnte  Nekrosen 
hervorrufen. 

7.  Verhalten  der  Infektionserreger 
gegenüber  den  Schutzstoffen.  7a)  Bak- 
terien. Wie  unter  3  ausgeführt,  sind  Im- 
munität und  Virulenz  der  Mikroparasiten 
korrelative  Begriffe,  die  einen  bestimmten 
Sinn  nur  durch  ihre  Beziehung  aufeinander 
erhalten.  Ebenso  ist  aber  auch  die  Bedeu- 
tung der  einzelnen  Immunitätsformen  nur 
zu  verstehen,  wenn  man  die  Eigenschaften 
der  pathogenen  Mikroorganismen,  ihre 
Schutz-  und  Angriffswaffen  und  ihre 
Variabilität  in  bezug  auf  diese,  genau  kennt. 

a)  Begriff  der  Virulenz  oder 
Infektiosität.  Aggressintheorie.  Kruse 
hat  die  Eigenschaft,  in  einen  anderen 
Organismus  einzudringen  und  sich  dort 
zu  vermehren,  als  Infektiosität  be- 
zeichnet und  diesen  Terminus  an  Stelle 
des  von  der  Vorstellung  der  Giftwirkung 
abgeleiteten  und  daher  anders  gefärbten 
älteren  Ausdrucks  Virulenz  zu  setzen  ver- 
sucht. Er  hat  verschiedene  Stufen  der  In- 
fektiosität unterschieden  nach  dem  Verlauf 
und  den  erforderlichen  Impfmengen,  wenn 
im  Tierversuch  durch  subkutane  Impfung 
eine  Infektion  hervorgerufen  wird.  Bail 
hat  die  eben  bezeichnete  Eigenschaft  noch 
schärfer  gefaßt  als  anscheinende  Ausnahme 
von  einem  Gesetz  der  ,, Undurchdringlich- 
keit der  lebenden  Substanz"  und  sie,  die  in 
ihrem  Wesen  zu  untersuchen  sei,  als  die 
Aggressivität  bezeichnet.  Insbesondere 
hat  er  untersucht,  ob  sich  von  den  aggressiven 
Bakterien  produzierte  Stoffe  nachweisen 
ließen,  die  die  Infektiosität  bedingen  und  die 
nicht  an  und  für  sich  giftig  (Toxine  oder 
Endotoxine)  zu  sein  brauchten  und  glaubt 
solche,  die  Aggressine,  nachgewiesen  zu 
haben.  Er  fand  sie  in  Exsudaten,  die  bei 
der  lokalen  Bakterieninfektion  sich  bilden 
und  definiert  sie  als  Stoffe,  die  von  den  Bak- 
terien unter  den  Bedingungen  des  parasi- 
tischen Lebens  gebildet  werden  und,  ohne 
giftig  zu  sein,  die  Abwehrkräfte  lahm  legen. 
Von  anderer  Seite  sind  ähnliche  die  In- 
fektion befördernde  Stoffe  durch  scho- 
nende Extraktion  von  Bakterienkulturen 
bereitet  worden  (künstliche  Aggressine) 
und  ward  es  bestritten,  daß  die  Baiischen 
Aggressine  ganz  ungiftig,  also  von  den 
Toxinen  und  Endotoxinen  wesensverschieden 
seien. 

Bail  unterscheidet  nach  ihrem  Ver- 
halten gegenüber  Tieren  5  verschiedene 
Gruppen  von  Bakterien:  1.  reine  Sapro- 
phyten,  die  als  Parasiten   nur  in  den  Nah- 


374 


Immunität 


rungsstoffe  oder  Sekrete  enthaltenden  Körper- 
höhlen  oder  in  völlig  totem  (lewebe  zu  exi- 
stieren vermögen.  2.  Nekroparasiten, 
die  ebenfalls  nur  in  totem  oder  schwer  ge- 
schädigtem Gewebe  sich  ansiedeln  können, 
aber  hier  durch  Bildung  starker  Gifte  die 
Bedingungen  für  ihre  weitere  Vermehrung  und 
Ausbreitung  schaffen:  der  Prototyp  ist  der 
Tetanusbazillus  und  auch  der  Diphtherie- 
bazillus rechnet  noch  hierher,  also  die  ty- 
pischen Produzenten  von  Toxin.  3.  Halb- 
parasiten, die  in  den  Körpersäften  sich 
zu  vermehren  vermögen,  aber  erst,  nachdem 
die  Faktoren  der  Resistenz  in  diesen  beseitigt 
sind;  und  zwar  kann  dies  geschehen  durch 
Stoffe  aus  toten  gleichartigen  Bakterien, 
so  daß  die  Bakterien  menge  beim  PJindringen 
in  die  Gewebe  für  den  Erfolg  entscheidend 
ist:  Prototyp  Typhusbazillus  und  (im  Tier- 
experiment) Choleravibrio.  4.  Vollpara- 
siten, die  in  den  Körpersäften  auch  in 
geringer  Zahl  eingeführt  ihre  Existenzbe- 
dingung finden,  weil  das  einzelne  Bakterium 
im  eigentlichen  Sinne  aggressiv  ist:  Milz- 
brandbazillen, Pestbazillen,  Streptokokken. 
5.  Gewebs Parasiten,  die  in  den  Körper- 
säften nicht,  aber  innerhalb  von  Zellen  oder 
Geweben  ihre  Lebensbedingungen  finden: 
Tuberkelbazillus,  Actinomyces  (Strahlen- 
pilz) u.  a.  Diese  Gruppen  umfassen  besser 
als  Kruses  Stufen  alle  bei  der  Spontan- 
infektion auftretenden  Erscheinungen,  aber 
sie  sind  doch  nur  ein  halb  gelungener  Ver- 
such, die  große  Mannigfaltigkeit  der  Einzel- 
fälle zu  umfassen  und  zu  gliedern;  die  ein- 
zelnen Gruppen  sind  durch  Uebergänge  mit- 
einander verbunden,  dieselbe  Bakterienart 
gehört  nicht  nur  gegenüber  verschiedenen 
Tierarten  zu  verschiedenen  Gruppen,  sondern 
kann  öfters  auch  für  eine  und  dieselbe 
Tierart  in  allen  Zwischenstufen  von  einer 
zur  anderen  Gruppe  vorkommen;  und  end- 
lich sind  die  Gewebsparasiten,  die  unter- 
einander ebenfalls  große  Unterschiede  der 
Infektiosität  aufweisen,  in  Balis  Theorie 
der  Aggressivität  kaum  berücksichtigt. 

ß)  Angriffs-  und  Verteidiguugs- 
mittel  der  infektiösen  Bakterien. 
Virulente  und  nichtvirulente  Stämme  der 
gleichen  Bakterienart  zeigen  öfters  morpho- 
logische, oder  auch  in  ihren  Kulturen  merk- 
liche biologische  Unterschiede;  noch  häufiger 
sind  diese  zwischen  den  im  Tier  gewachsenen, 
den  tierischen  Bakterien  (Bail,  Weil), 
und  den  Kulturbakterien  festzustellen.  Unter 
den  morphologischen  Abänderungen  ist  die 
Ausbildung  einer  Schleinika])sel,  d,  h. 
einer  Verschleimung  der  äußersten  Mem- 
branschichten und  damit  zusammenhängende 
Abänderungen  in  der  Gruppierung,  der 
Größe  und  der  Färbbarkeit  am  häufigsten 
zu  beobachten.  Während  diese  Verschlei- 
mung in  manchen   Fällen   als   eine   direkte 


Wirkung  der  Körpersäfte  und  durch  sie  be- 
dingte Schädigung  der  Bakterienzelle  er- 
scheint, so  in  anderen  als  ein  unter  beson- 
ders günstigen  Ernährungsbedinguiigen  aus- 
gebildetes Schutzorgan.  Jedenfalls  beruht 
die  Schleimkapselbildung  auf  Wirkungen 
oder  Reizen,  die  die  Körpersäfte  ausüben 
und  sie  erhöht  meist  die  Widerstandskraft 
des  Bakterienindividuums,  auch  wenn  es 
degeneriert  erscheint. 

Als  Hauptfaktoren  der  Resistenz  haben 
wir  die  bakteriolytische  Serumwirkung  und 
die  Phagozytose  kennen  gelernt  und  als 
ein  (Hieb  mit  Gegenhieb  parierendes)  Ver- 
teidigungsmittel der  Bakterien  die  Bildung 
von  Giften,  die  die  Entzündung  in  ihrem 
Ablauf  stören  und  damit  jene  fernhalten. 
Diese  Wirkung  haben  nicht  nur  die  Toxine 
der  Nekroparasiten,  sondern  auch  die  Endo- 
toxine  (im  weitesten  Sinne)  vieler  Halb- 
parasiten. Reine  Verteidigungsmittel  der 
Bakterien  sind  folgende:  Widerstandsfähig- 
keit gegen  die  Serumbakteriolyse,  die  der 
Mehrzahl  der  Vollparasiten  zukommt.  Die 
klassischen  Objekte  zur  Beobachtung  der 
Bakteriolyse  und  bakteriziden  Serumwir- 
kung sind  die  ,, Halbparasiten"  Cholera- 
vibrio und  Typhusbazillus.  Die  Schleim- 
bildung, in  manchen  Fällen  hervorgerufen 
durch  die  Lysine,  scheint  gleichwohl  ein 
Schutzmittel  gegen  die  völlige  Vernichtung  der 
Zelle  zu  sein.  Im  übrigen  ist  uns  das  Wesen 
der  Serumfestigkeit  nicht  bekannt.  Mannig- 
faltiger ist  die  Verteidigung  gegen  die  Phago- 
zytose: erstlich  ebenfalls  die  Bildung  der 
Schleimkapsel;  zweitens  das  Ausbleiben  der 
Opsoninwirkung,  besonders  bei  hochvirulenten 
Kokkenarten,  die  aber  wohl  durch  spezi- 
fisches Bakteriotropin  beeinflußt  werden. 
In  einem  Fall,  bei  den  virulenten  Pneumo- 
kokken, wird  die  Bindung  des  Opsonins 
verhindert  durch  die  Sekretion  einer  Substanz, 
die  ihr  Entdecker  Rosen ow  als  Virulin  be- 
zeichnet hat  und  die  spezifisch  nur  Pneu- 
mokokken vor  der  Opsonierung  schützt. 
Andere  Bakterien,  so  besonders  Staphylo- 
kokken, produzieren  auf  Leukozyten  wir- 
kende, sonst  kaum  giftige  Toxine,  die 
Leukozidine,  die  diese  lähmen  und  fern- 
halten. Und  endlich  gehört  zu  den  Schutz- 
mitteln gegen  die  Vernichtung  durch  die 
Phagozytose  auch  die  Fähigkeit,  innerhalb 
der  Phagozyten  zu  leben,  sich  zu  vermehren 
und  diese  Zellen  von  innen  heraus  zu  ver- 
nichten. Manche  Bakterienarten,  z.  B.  die 
Gonokokken,  die  diese  Fähigkeit  besitzen, 
scheinen  dem  intrazellulären  Parasitismus 
derart  ange])aßt  zu  sein,  daß  sie  gegen  die 
Lysine  und  die  Opsonine  des  Serums  keine 
besonderen  Abwelinnittel  besitzen  und  des- 
halb durch  die  Opsonierung  und  Phagozytose 
erst  unter  optimale  Lebensbedingungen  ge- 
raten.    Sie   bilden   damit  einen   Uebergang 


Immunität 


375 


zu  den  Gewebsparasiten.  Unter  diesen 
zeichnen  sich  die  Tuberkelbazillen  durch 
ihre  große  Widerstandsfähigkeit  gegen 
chemische  Einwirkungen  aus,  die  sie  augen- 
scheinlich auch  gegen  die  Zellenzyme  schützt. 

Allen  Säfte-,  Zell-  und  Gewebsparasiten 
muß  die  Fähigkeit  zukommen,  Nahrungs- 
stoffe im  Wettbewerb  mit  den  Körperzcllen 
bezw.  dem  Zellprotoplasma  zu  binden  und  zu 
assimilieren.  P.  Ehrlich  hat  ausgeführt, 
daß  geringe  Unterschiede  in  den  Aviditäten 
dafür  ausschlaggebend  sein  können,  ob  ihnen 
dies  gelingt  oder  nicht,  und  daß  es  auf  solchen 
Unterschieden,  die  sowohl  bei  den  Wirts- 
tieren, wie  bei  den  Mikroparasiten  vor- 
kommen, beruhen  kann,  warum  eine  Tierart 
für  Infektion  empfänglich  ist  und  eine 
andere  nicht  oder  umgekehrt  ein  Stamm  in- 
fektiös ist  und  der  andere  nicht. 

y)  Variabilität  der  Bakterien. 
Die  Bakterien  sind  in  ihren  morphologischen 
und  biologischen  Eigenschaften  sehr  abhängig 
von  dem  Nährboden  und  den  physikalischen 
Bedingungen  der  Züchtung.  Die  so  ge- 
wonnenen Eigentümlichkeiten  werden  zum 
Teil  unter  anderen  Ivulturbedingungen  rasch 
wieder  verloren,  zum  Teil  lange  bewahrt.  iVls 
ein  Ausdruck  dieser  Variabilität  ist  auch 
die  Bildung  der  ,, tierischen  Bazillen"  und 
die  Entstehung  hochinfektiöser  Stämme  bei 
der  Tierpassage,  die  Steigerung  der  Virulenz 
für  einzelne  Tiergattungen  aufzufassen;  zu- 
gleich ist  es  eine  Anpassung,  ebenso  wie  die 
Bildung  zuckerzersetzender  Enzyme,  die 
öfters  neu  auftritt  auf  Nährboden,  die  eben 
die  betreffende  Zuckerart  enthalten.  Diese 
neue  Fermentproduktion  und  auch  mor- 
phologische Abänderungen,  wie  Schleim- 
kapselbildung, können  anscheinend  plötzlich 
auftreten,  und  werden  dann  als  Mutation 
bezeichnet,  oder  sie  werden  in  anscheinend 
allmählicher  Umbildung  erworben.  Dabei 
ist  zu  beachten,  daß  die  Ausdrücke  Mutation 
und  Variation  und  die  Erfahrungen  an 
höheren  Organismen  nicht  ohne  Begriffs- 
änderung auf  die  Bakterien  übertragen  wer- 
den dürfen,  weil  wir  bei  diesen  eine  ge- 
schlechtliche Fortpflanzung  überhaupt  nicht 
kennen  und  Generationen  im  eigentlichen 
Sinn  gar  nicht  unterscheiden  können,  und 
weil  wir  lebende  Individuen  auch  nur  für 
Momente  isolieren  und  deshalb  nicht  sehen 
können,  ob  die  Mutation  tatsächlich  plötz- 
lich an  einzelnen  Zellen  aufgetreten  ist.  Diese 
Variabilität  ist  ein  wesentlicher  Faktor  der 
Infektiosität:  so  beruhen  die  Unterschiede 
in  der  Virulenz  verschiedener  Milzbrand- 
bazillenstämme darauf,  wie  rasch  nach  der 
Verimpfung  in  den  Tierkörper  die  Bildung 
von  Schleimkapseln  einsetzt,  die  all  diesen 
Stämmen  in  der  Kultur  in  vitro  abgehen ;  bei 
einem  Schleimbazillus  der  Friedländergruppe 
dagegen   treten  plötzliche  Aenderungen  der 


Virulenz  auch  in  den  künstlichen  Kulturen 
ein,  gleichzeitig  mit  dem  Verlust  oder 
Wiederauftreten  stark  ausgebildeter  Schleim- 
kapseln. 

7b)  Fadenpilze  und  Protozoen.  Die 
bei  Warmblütern  parasitierenden  Faden- 
pilze  gehören  zu  den  Gewebsparasiten.  In 
den  Eigenschaften,  die  ihre  Infektiosität  be- 
dingen, passen  sie  durchaus  in  den  Rahmen 
dessen,  das  von  den  Bakterien  gesagt  wurde. 
Anders  die  Protozoen  als  Infektions- 
erreger, die  neben  gemeinsamem  auch  Be- 
sonderheiten aufweisen,  die  bei  den  bak- 
teriellen Infektionen  nicht  vorkommen.  Da- 
zu gehört  die  Periodizität  des  Krankheits- 
verlaufs, die  in  zweierlei  Form  auftreten  kann. 
Die  eine  ist  abhängig  von  einem  morpho- 
logischen Entwickelungszyklus  der  Erreger, 
wie  bei  der  Malaria,  und  hat  nur  geringe  Be- 
ziehungen zu  der  Immunität,  nämlich  in- 
sofern immer  bei  Vollendung  der  Merogonie 
innerhalb  der  Wirtszellen,  der  Erythrozyten, 
die  Erreger  und  ihre  Leibessubstanz  und 
Stoffwechselprodukte  für  kurze  Zeit  in  die 
Körpersäfte  geraten:  dabei  werden  heftige 
Krankheitserscheinungen  ausgelöst,  zugleich 
aber  auch  die  Antikörperbildung  periodisch 
angeregt  und  drittens  können  die  Schutz- 
stoffe des  Serums  und  die  Phagozyten  nur 
während  dieser  Perioden  unmittelbar  auf  die 
Erreger  einwirken.  Die  größeren  Perioden, 
die  Rezidive,  kommen  auch  bei  der  Malaria, 
besonders  aber  bei  den  Infektionskrankheiten 
vor,  die  von  frei  in  den  Säften  kreisenden 
Trypanosomen  und  Spirochäten  erregt  wer- 
den: das  Rückfallfieber  (Febris  oder  Typhus 
recurrens)  hat  davon  seinen  Namen.  Sie  be- 
ruhen auf  der  Wechselwirkung  einer  gegen- 
seitigen Immunisierung  des  Wirtsorganismus 
und  der  Mikroparasiten.  Nach  der  Infektion 
setzt  zuerst  eine  ganz  oder  fast  symptomlose 
Vermehrung  der  Parasiten  ein;  diese  als  iVn- 
tigen  rufen  aber  Antikörperbildung  (Agglu- 
tinin.  Lysin,  Tropin)  hervor.  Erst  wenn 
nicht  nur  zahlreiche  Parasiten  vorhanden 
sind,  sondern  sie  auch  dank  der  Antikörper  in 
großer  Zahl  zugrunde  gehen,  treten  heftigere 
Ivrankheitserscheinungen  auf.  Außer  diesen 
regen  die  freigesetzten  Antigene  aber  auch 
die  Antikörperbildung  nur  um  so  mehr  an. 
Unter  Verschwinden  der  Erreger  aus  dem 
Ivreislauf  klingt  der  erste  Anfall  ab;  aber 
nach  mehrtägiger  oder  längerer  Pause  wieder- 
holt sich,  meist  etwas  verkürzt,  aber  zu- 
weilen dafür  heftiger,  der  ganze  Prozeß. 
Dabei  zeigen  sich  die  Rezidivtrypano- 
somen  fest  gegen  die  Antikörper,  die  im 
ersten  Anfall  wirksam  waren;  man  muß 
annehmen,  daß  sie  als  Gewebsparasiten  der 
Abtötung  durch  die  Lysine  und  Phago- 
zyten entgangen  waren  und  allmählich  diese 
Festigkeit  erlangt  hatten,  so  daß  sie  bei 
Abnahme    des     Antikörpergehalts    in    den 


376 


Immunität 


Kreislauf  zurückkehren  und  in  widerstands- 
fähigerer Form  sich  vermehren  konnten. 
Dieser  Wechsel  kann  sicli  nu'hrfach  wieder- 
holen, bis  entweder  der  Wirtsorsanisnnis 
erliegt  oder  genügend  krcäftige  Antikörper 
auch  gegen  die  Rezidivparasiten  gebildet  hat, 
um  dauernd  zu  gesunden.  Nach  Ehrlichs 
Untersuchungen  handelt  es  sich  gerade  hier 
vermutlich  um  quantitative  Unterscliiede 
in  der  Avidität,  um  Mehrbildung  und  Rück- 
bildung von  Rezeptoren.  Die  Periodizität 
dieser  Krankheitsl'ormen  erscheint  also  voll- 
ständig bestimmt  durch  die  Immunitäts- 
erscheinungen sowohl  beim  Wirt  wie  bei  den 
Parasiten  und  durch  ihre  Wechselwirkung 
aufeinander. 

7c)  Metazoen  als  Parasiten.  Die 
tierischen  Parasiten  sind  an  anderer  Stelle 
dieses  Lehrbuchs  behandelt  worden.  Die 
durch  sie  ausgelösten  Krankheiten  unter- 
scheiden sich  im  allgemeinen  auch  klinisch 
von  den  eigentlichen  Infektionskrankheiten, 
obgleich  in  manchen  Fällen,  z.  B.  bei  den 
Mikrofilarien,  die  Zahl  und  Größe  und  die 
Verbreitung  der  Erreger  sehr  ähnlich  wie  bei 
Infektion  durch  Protisten  ist.  Dies  scheint 
darauf  zu  beruhen,  daß  Allergie  und  Im- 
munität bei  der  Infektion  mit  tierischen 
Parasiten  sehr  wenig  in  Erscheinung  treten, 
anscheinend  weil  die  Anpassung  dieser 
Metazoen  an  den  Parasitismus  darauf  be- 
ruht, einen  Stoffaustauch  zwischen  ihnen 
und  den  Wirten  möglichst  zu  verhindern  und 
auf  die  einseitige  Resorption  ausgewählter 
Nahrungsstoffe  durch  die  Parasiten  zu  be- 
schränken. Dementsprechend  ist  auch  die 
Anaphylaxie  gegen  die  Leibessubstanz  oder 
den  Saft  der  Parasiten  nur  in  seltenen  Fällen 
zu  beobachten,  obwohl  sie  durch  Impfung 
ebensogut  wie  mit  anderen  Eiweißkörpern 
bei  den  Wirten  hervorzurufen  ist.  Typisch 
hierfür  sind  die  Verhältnisse  bei  den  Trägern 
von  Echinokokkusblasen;  nur  eine  Minder- 
zahl von  ilmen  zeigt  anaphylaktische  Reak- 
tion bei  der  Verimpfung  von  Blasensaft. 
Oefters  aber  bildet  sich  diese  Anaphylaxie 
nachträglich  aus,  nachdem  Echinokokkus- 
blasen bei  ihnen  operativ  entfernt  wurden, 
als  Zeichen  dafür,  daß  die  sensibilisierende 
Resorption  des  Echinokokkensaftes  erst  in- 
folge einer  hierbei  geschehenen  Verletzung 
der  Blasen  eingetreten  war. 

8.  Bedeutung  der  einzelnen  Immuni- 
tätsformen.  Von  der  großen  Zalil  der  be- 
sprochenen Erscheinungen  aus  dem  Gebiet 
der  spezifischen  Immunität  haben  die  ein- 
zelnen eine  sehr  verschiedene  Bedeutung 
zur  Abwehr  von  Erkrankungen.  So  kommt 
der  spezifischen  xVgglutination  und  Präzi- 
pitation nach  unserem  jetzigen  Wissen  über- 
haupt keine  solche  zu  ~  ihre  praktische  Be- 
deutung scheint  lediglich  in  der  Möglich- 
keit zu  liegen,  sie  zur  Diagnose  zu  verwerten. 


8a)  Antitoxische  Immunität  (An- 
tiendotoxin).  Eine  ziemlich  klare  Stel- 
lung nimmt  die  antitoxische  Immunität 
ein;  ihre  therapeutische  Verwertung  ist  unten 
IIB  zu  besprechen.  Sie  ist  wesentlich  bei 
der  Heilung  der  Infektion  mit  den  Nekro- 
parasiten  (s.  7Aa).  Ihre  Bedeutung  gegen- 
über den  Endotoxinen,  besonders  der  Halb- 
parasiten,  ist  noch  sehr  zweifelhaft.  Man 
kann  Seren  gewinnen,  die  Endotoxin  ent- 
haltende Flüssigkeiten  entgiften  und  im 
Tierversuch  Schutz-  und  Heilwirkung  haben. 
Aber  man  kan n  solche  A n  t  i  e  n  d  0 1 0  x  i  n  e  nie 
von  so  großer  AVirksamkeit  wie  die  Anti- 
toxine gewinnen,  man  kann  mit  ihnen  nicht 
hundertfache  und  noch  größere  tödliche 
Gaben  ungefährlich  machen;  nach  R. 
Pfeiffers  Anschauung  beruht  die  Wirkung 
solcher  antiendotoxischer  Sera  nicht  auf 
einer  Bindung  des  Endotoxins,  analog  der 
Antitoxinwirkung  auf  das  Toxin,  sondern 
in  einer  Zerstörung,  ähnlich  der  Bakterio- 
lyse,  und  sei  so  von  Begleitumständen  ab- 
hängig, daß  nicht  die  Wirkung  proportional 
der  Antikörpermenge  steige. 

8b)  Antiinfektiöse  Immunität. 
LTnter  dieser  Bezeichnung  können  wir  alle 
die  Einzelerscheinungen  zusammenfassen, 
die  die  Ansiedelung  und  Vermehrung  von 
Parasiten  verhindern:  also  die  lytische  und 
bakterizide  Wirkung  des  Serums,  die  Pha- 
gozytose und  alle,  normalen  und  spezifischen, 
Stoffe,  die  sie  fördern  oder  die  Mikropara- 
siten  innerhalb  der  Zellen  zu  vernichten  mit- 
helfen. Daneben  gibt  es  aber  Formen  der 
Verhinderung  der  Infektion,  die  sich  auf 
keine  dieser  Angriffswaffen  des  Metazoon 
zurückführen  lassen.  Bail  hat  gezeigt,  daß 
man  gegen  höchst  infektiöse  Bakterien,  die 
ihrerseits  gegen  alle  Serum-  und  Phagozyten- 
angriffe  geschützt  sind  dank  ihres  Aggres- 
sins,  immunisieren  kann  durch  Einimpfung 
von  aggressinhaltigen  Lösungen  uncl  be- 
zeichnet das  als  antiaggressive  Immuni- 
tät. P.  Ehrlich  hat,  hauptsächlich  auf 
Grund  von  Untersuchungen  der  Immunität 
gegenüber  bösartigen  Geschwülsten  und  an 
Trypanosomen,  den  Begriff  der  athrep- 
tischen  Immunität  aufgestellt,  die  dar- 
auf beruht,  daß  die  Parasiten  sich  innerhalb 
des  Wirts  nicht  der  (vorhandenen)  Nah- 
rungsstoffe in  ausreichendem  Maße  be- 
mächtigen können,  weil  die  Avidität  zu 
diesen  zu  gering  sei  gegenüber  der  der  Körper- 
zellen. Diese  Immunitätsform  wird  wohl 
hauptsächlich  für  die  angeborene  Immuni- 
tät von  Arten  und  Rassen  ausschlaggebend 
sein.  Etwas  Aehnliches  ist  aber  als  anti- 
blastische  Immunität  auch  für  die 
spezifische  erworbene  Immunität  gegen  Milz- 
brand beschrieben  worden,  die  Bail  als 
antiaggressive  deutet.  Antiinfektiös  kann 
auch  die  nach  dein  llüclitigen  Anschein  nur 


Lnniunität 


377 


schädliche,  allergische  Reaktioiis  weis  e 
wirken,  indem  sie  am  Orte  einer  Neuinfek- 
tion eine  heftige  Entzündung  bewirkt,  durch 
die  die  anderen  Faktoren  der  Resistenz  oder 
Immunität  erst  eigentlich  zur  Geltung 
kommen,  oder  durch  die  das  infizierte  Ge- 
webe samt  den  Erregern  ausgestoßen  oder 
doch  so  abgegrenzt  wird,  daß  eine  Weiter- 
verbreitung von  diesen  verhindert  wird. 
Diese  nützliche  Wirkung  der  Anaphylaxie 
ist  hauptsächlich  gegen  die  Gewebsparasiten, 
z.  B.  die  Tuberkelbazillen  von  Bedeutung, 
gegen  die  die  anderen,  normalen  und  spezi- 
fischen, Abwehrmittel  versagen. 

8c)  Allergie  und  Gewebsimmuni- 
tät.  Die  Allergie  hat  vermutlich  noch  weit 
über  den  Kjeis  der  Infektionskrankheiten 
hinaus  große  Bedeutung  in  der  Pathogenese, 
einmal  bei  den  sogenannten  Idiosynkra- 
sien. Solche  Ueberempfindlichkeit  gegen  ge- 
wisse Stoffe,  die  mit  der  Nahrung,  aber  auch 
auf  anderen  Wegen  auf  die  Schleimhaut  ge- 
langen, sah  man  früher  als  angeboren  an; 
jetzt  neigt  man  dazu,  sie  als  erworbene 
Anaphylaxie  zu  betrachten,  wobei  freilich 
Vorbedingung  ist,  daß  eine  abnorme,  an- 
geborene und  vielleicht  auch  erwerbbare, 
Untüchtigkeit  der  betreffenden  Schleim- 
haut vorherbestehe,  durch  die  es  ermöglicht 
wird,  daß  die  reizenden  Stoffe  als  Antigen 
resorbiert  werden  und  nicht  erst  nach  ihrer 
Denaturierung  durch  die  Verdauung  oder 
überhaupt  nicht.  Alle  Einzelfälle,  wie  z.  B. 
der  Heuschnupfen,  Nichtvertragen  von  Kuh- 
milch, manche  Muschelvergiftungen,  bieten 
aber  noch  eine  Fülle  der  Aufklärung  har- 
render Probleme.  Zweitens  aber  ist  er- 
wiesen, daß  sich  ^Anaphylaxie  unter  Um- 
ständen auch  erzeugen  läßt  gegenüber  körper- 
eigenem Eiweiß,  und  damit  bietet  sich  die 
Möglichkeit,  chronische  Organerkrankungen, 
die  sich  an  eine  akute,  aber  bald  beendete 
Schädigung  des  Organs  anschließen,  auf 
diese  Weise  zu  deuten.  Auch  hier  ist  aber 
bisher  nur  der  Weg  gewiesen.  Aehnlich 
läßt  sich  betreffs  der  Gewebsimmunität 
bisher  eine  große  Bedeutung,  besonders 
auch  zur  Verhütung  der  Wiedererkrankung 
an  einer  einmal  überstandenen  Infektion,  nur 
vermuten,  da  wir  über  ihr  eigentliches  Wesen 
noch  zu  wenig  wissen. 

9.  Eintritt  von  Immunität  im  Verlauf 
von  Krankheiten.  Im  Verlauf  von  allen 
Infektionskrankheiten  treten  Erscheinungen 
auf,  die  der  einen  oder  anderen  der  be- 
sprochenen Immunitätsreaktionen  ent- 
sprechen, aber  der  Grad  und  die  Dauer 
der  erlangten  Immunität  sind  bei  den  ein- 
zelnen Ivrankheitsformen  außerordentlich 
verschieden.  Gerade  bei  jenen,  nach  welchen 
die  stärkste  und  dauerhafteste  Immunität 
eintritt,  wie  z.  B.  bei  den  Pocken,  oder 
bei  denen  sich   ein  sehr  eigentümlicher  Zu- 


stand entwickelt,  der  sich  darin  zeigt, 
daß  der  Organismus  gegen  eine  Neu- 
ansteckung immun  erscheint,  daß  aber 
die  schon  erworbene  Infektion  immerfort 
rezidiviert  und  ihn  allmählich  zugrunde 
richten  kann,  wie  bei  der  Syphilis,  waren 
wir  bisher  wegen  der  Unmöglichkeit,  die  Er- 
reger künstlich  zu  züchten  und  geeignete 
Versuchstiere  zu  finden,  nicht  in  der  Lage, 
genauere  Untersuchungen  anzustellen.  Bei 
den  besser  erforschten  bakteriellen  Infek- 
tionen sehen  wir,  daß  sich  durch  künstliche 
Einimpfung  der  Erreger  höhere  Grade  der 
humoralen  Immunität  erzeugen  lassen,  als 
bei  der  Heilung  der  Infektion  in  der  Regel 
beobachtet  werden,  und  daß  die  Immunität 
fortbesteht,  auch  wenn  der  Antikörpergehalt 
anscheinend  verschwunden  ist.  Das  ist  so 
zu  erklären,  daß  tatsächlich  gar  nicht  so 
viel  Substanz  der  Erreger  in  den  Kreislauf 
gelangt,  wie  man  erwarten  könnte  und  daß 
die  zelluläre  oder  Gewebsimmunität,  die 
noch  so  wenig  erforscht  sind,  mehr  aus- 
schlaggebend zu  sein  scheinen  als  die  humo- 
ralen Immunstoffe.  Besondere  Rätsel  aber 
geben  uns  noch  zwei  Erscheinungen  auf, 
nämlich  das  Fortbestehen  einer  Infektion 
bei  klinischer  Heilung  und  Vorhandensein  von 
Immunstoffen  (s.  oben  6Cc)  und  das  Auf- 
treten einer  erhöhten  Disposition  zur 
Wiedererkrankung  an  der  gleichen  Infektions- 
krankheit. Vermutlich  ist  beides  darauf 
zurückzuführen,  daß  die  erlangte  Immunität 
zwar  ausreicht,  eine  Vermehrung  und  Ver- 
breitung der  Erreger  innerhalb  der  Körper- 
säfte zu  hemmen,  aber  nicht,  sie  vollständig 
zu  eliminieren,  so  daß  die  virulenten  Para- 
siten als  indifferente  Kommensalen  auf  den 
Schleimhäuten  oder  aber  auch  als  Gewebs- 
parasiten fortexistieren  können.  Daher 
können  sie  zur  Ansteckung  anderer  Indi- 
viduen Anlaß  geben  (Bazillendaueraus- 
scheider z.  B.  bei  Typhus,  Ruhr,  Diphtherie 
und  Träger  der  Erreger,  die  dann  durch  In- 
sekten weiterverbreitet  werden  bei  den 
Trypanosen,  der  ]\[alaria  u.  a.  Protozoen- 
infektionen), oder  aber  es  tritt  beim  allmäh- 
lichen Abklingen  der  Allergie  ein  labiler 
Zustand  ein,  währenddessen  eine  leichte  Stö- 
rung der  natürlichen  Resistenz  (durch  Er- 
kältung, Hunger,  Exzesse  irgendwelcher  Art) 
den  noch  vorhandenen  virulenten  Erregern 
eine  neue  unbegrenzte  Vermehrung  ermög- 
licht. So  erklären  sich  die  Wiedererkrankung 
an  krupöser  Pneumonie,  Erysipel,  Gelenk- 
rheumatismus, die  Malariarückfälle  u.  a. 

IG.  Erbliche  Uebertragung  der  Immu- 
nität. Eine  Vererbung  der  Immunität  im 
eigentlichen  Sinne  ist  nur  dann  zu  erwarten, 
wenn  diese  Immunität  auch  schon  einem 
der  Eltern  angeboren  war  —  wenn  also,  wie 
bei  Haustieren  verschiedentlich  beobachtet, 
einzelne   Rassen  für  bestimmte   Infektions- 


378 


Immunität 


krankheiteil  eine  Aveseiitlicii  «geringere  Dis- 
position besitzen  als  die  anderen;  daß  solche 
Rasseimninnität  erblieh  ist,  liegt  schon 
in  der  Bezeiclinung.  Ein  auch  für  die  Ver- 
erbungslehre wichtiges  Problem  ist  dagegen, 
ob  die  erworbene  linmunität  erblich 
übertragbar  sei.  In  gewissem  Sinne  ist  das 
der  Fall:  Kinder  einer  Mutter,  die  während 
der  Schwangerschaft  mit  einer  Infektions- 
krankheit behaftet  war  oder  mit  Antigen 
geimpft  wurde,  zeigen  öfters  Immunität  gegen 
die  Infektionserreger  oder  besitzen  x\ntikörper. 
Im  Einzelfalle  erhebt  sich  nun  aber  die 
Frage,  was  von  der  trächtigen  Mutter  auf  den 
Fötus  übergegangen  sei  —  die  Erreger, 
bezw,  das  Antigen  oder  die  fertigen  Anti- 
körper. Im  ersteren  Fall  handelt  es  sich 
eigentlich  um  eine  intrauterine  Infektion 
oder  Immunisierung,  der  Fötus  erwirbt  die 
Immunität  aktiv  und  diese  ist  in  der  Tat 
gar  nicht  erblich  übertragen.  Daß  intra- 
uterine Infektionen  vorkommen,  ist  eine 
häufige  Erfahrung,  nicht  nur  bei  der  Syphi- 
lis; z.  B.  werden  zuweilen,  wenn  die  Schwan- 
gere an  Scharlach  erkrankt  war,  auch  am 
Neugeborenen  Zeichen  des  Scharlachaus- 
schlags gefunden  und  es  ist  verständlich, 
da  der  Scharlach  meist  eine  vollkommene 
dauernde  Immunität  hinterläßt,  daß  diese 
von  Geburt  an  scharlachimmun  sind,  aber 
sie  haben  die  Immunität  selbst  erworben 
und  nur  ihre  Infektion  kann  man  (in  un- 
eigentlichem Sinne)  ererbt  nennen. 

Da  nun  geformte  Erreger  aus  dem 
mütterlichen  in  den  fötalen  Kreislauf  über- 
treten (und  zwar  auch  ohne  daß  anatomische 
Läsionen,  Erkrankungsherde  der  Plazenta, 
vorliegen),  ist  auch  der  Uebergang  von  un- 
geformtem  Antigen  nicht  unwahrscheinlich^ — 
ebenso  wenig  aber  der  von  Antikörpern. 
Wenn  ein  trächtiges  Tier  infiziert  oder 
durch  Impfungen  immunisiert  war,  so  findet 
man  nicht  selten  im  mütterlichen  und  im 
Blut  des  Neugeborenen  die  gleichen  Anti- 
körper, aber  in  ungleicher  Konzentration; 
häufiger  bei  der  Mutter,  zuweilen  auch  beim 
Kinde  einen  stärkeren  Gehalt.  Das  lehrt 
nun  andererseits,  daß  die  Antikörper  nicht 
ungehemmt  von  dem  einen  in  den  anderen 
Kreislauf  übergehen.  So  ist  es  in  den  meisten 
Einzelfällen  sehr  schwierig  zu  entscheiden, 
ob  intrauterin  eine  aktive  oder  eine  passive 
Immunisierung  stattgehabt  hat,  besonders 
wenn  im  Experiment  die  Immunisierung 
während  der  Schwangerschaft  stattgefun- 
den hatte.  Die  Beobachtung  aber,  daß  die 
sonst  so  wenig  widerstandsfähigen  mensch- 
lichen Säuglinge  an  einer  Anzahl  häufiger 
langdauernde  Immunität  hinterlassender  In- 
fektionskrankheiten in  den  ersten  Lebens- 
monaten viel  seltener  erkranken,  als  in 
etwas  späterem  Lebensalter,  auch  dann, 
wenn  sie   durch  die  Erkrankuii"  älterer  Ge- 


schwister sicher  der  Infektion  ausgesetzt 
waren,  spricht  auch  schon  für  die  passive 
Immunisierung  im  Uterus.  Aber  auch  diese 
ist  ebensowenig  wie  die  intrauterine  Infek- 
tion Vererbung  einer  erworbenen  Eigen- 
schaft im  strengen  Sinne,  da  ja  keine  imma- 
nente Eigenschaft,  sondern  nur  Stoffe, 
Antikörper,  die  allmählich  ausgeschieden 
oder  abgebaut  werden,  dem  Neugeborenen 
mitgegeben  werden. 

Die  Vererbung  einer  erworbenen  Immu- 
nität im  eigentlichen  Sinne  wäre  nur  bewiesen, 
wenn  sie  vom  Vater  auf  den  Fötus  über- 
tragen würde;  das  ist  aber  noch  nicht  be- 
obachtet worden. 

Die  passive  Immunisierung  des  Neu- 
geborenen kann  nun  nicht  nur  angeboren 
sein,  sondern  auch  durch  die  Muttermilch 
erfolgen,  wie  durch  Tierversuche  mit  Ver- 
tauschung der  Säuglinge  von  immunisierten 
und  nicht  immunisierten  Müttern  gefunden 
wurde.  Daß  Antikörper  mit  der  Milch  aus- 
geschieden w^erden,  kann  auch  unmittelbar 
festgestellt  werden.  Durch  Saugen  solcher 
Milch  erwerben  aber  nicht  alle  jungen  Tiere 
passive  Immunität.  Anscheinend  findet 
nur  bei  einigen  Tierarten,  und  da  auch  nur 
in  den  ersten  Lebenswochen,  die  Resorption 
der  Antikörper  ohne  ihre  Zerstörung  clurch 
die  Verdauungssekrete  statt. 

II.  Künstliche  Immunisierung.  1 1  a)  Ak- 
tive Immunisierung.  Die  absichtliche 
Zuführung  eines  Antigens  in  einen  Organis- 
mus, damit  er  eine  spezifische  Immunität 
gegen  die  von  jenem  drohende  Schädlichkeit 
(Vergiftung  oder  häufiger  Infektionskrank- 
heit) erwerbe,  bezeichnen  wir  als  aktive 
Immunisierung. 

a)Zu  Schutzzwecken.  Solche  Schutz- 
impfungen sind  auf  rein  empirischer  Grund- 
lage ausgebildet  worden  und  haben  den  Aus- 
gangspunkt für  die  Lehre  von  der  Immuni- 
tät gebildet.  Ihr  Prototyp  ist  die  Jenner- 
sche  Kuhpockenimpfnng,  die  darin  besteht, 
Erreger  der  Pocken,  die  durch  üebertragung 
auf  das  Rind  in  ihrer  Virulenz  für  den 
I  Mensch  dauernd  abgeschwächt  sind,  zu  ver- 
jmpfen.  Die  dadurch  hervorgerufene,  in  der 
Hauptsache  auf  die  Impfstellen  beschränkte 
leichte  Erkrankung  verleiht  Immunität  auch 
gegen  die  nicht  abgeschwächten  Erreger  der 
echten  Pocken,  nur  nicht  von  so  langer 
Dauer,  wie  das  Ueberstehen  von  diesen. 
Pasteur  hat  dies  Prinzip  auf  die  reinge- 
züchteten  bakteriellen  Erreger  übertragen, 
die  er  durch  verschiedenerlei  Mittel  abzu- 
schwächen lehrte.  Keine  solche  Schutz- 
impfung mit  lebenden  Bakterien  aber  kann 
sich  mit  der  Kuh])ockeninipfung  messen, 
weil  sie  entweder  nicht  so  durchaus  unge- 
I  fährlich  sind  oder  aber  der  erreichte  Schutz 
ein  viel  ungewisserer  ist;  bei  manchen  ist 
;  beides  zugleich  der  Fall.     Deshalb  ist  auch 


Immunität 


379 


ihre  Anwendung  nur  in  der  Tierheilkunde 
zulässig.  Dann  hat  sich  aber  gezeigt,  daß 
auch  die  mit  toten  Balvterien  hervorzurufende 
Antikörperbildung  und  Allergie  in  manchen 
Fällen  einen  wertvollen  Schutz  gegen  An- 
steckung zu  verleihen  vermag.  Von  Iinpf- 
verfahren  nach  dieser  Methode  hat  sieh  bis- 
her beim  Menschen  die  Tyi)husschutzimpfung 
genügend  im  großen  bewährt.  Sie  ist  völlig 
ungefährlich  und  verleiht,  wenn  in  der 
üblichen  Weise  ein-  oder  zweimal  ausgeführt, 
einen  merklichen  Schutz  gegen  die  Infektion, 
auch  unter  ungünstigen  Umständen,  für 
Monate  und  vielleicht  auch  für  wenige  Jahre. 

ß)  Zu  Heilzwecken.  Die  erste  Aus- 
führung dieser  Methode  verdanken  wir  eben- 
falls Pasteur  in  der  Wutschutzimpfung,  die 
freilich,  wie  der  Name  besagt,  auch  zur 
vorigen  Kategorie  gerechnet  werden  könnte. 
Sie  bezweckt  und  erreicht  nämlich  durch 
wiederholte  Impfungen  mit  den  lebenden  Er- 
regern von  steigender  Menge  und  Virulenz 
eine  vor  dem  Ausbruch  der  Krankheit 
schützende  Immunisierung  noch  nach  er- 
folgter Infektion  durch  den  Biß  eines  kranken 
Hundes;  das  ist  möglich,  weil  bei  der  Wut- 
krankheit (Lyssa)  die  Inkubationszeit  in  der 
Regel  außerordentlich  lang,  mehrere  Wochen, 
ja  Monate  dauert.  Auch  in  anderen  Fällen 
können  Impfungen  mit  den  abgetöteten  Er- 
regern oder  ihrer  Leibessubstanz  auf  eine 
schon  bestehende  Krankheit  bei  Einhaltung 
bestimmter  Regeln  über  Menge  und  Zeitfolge 
der  Impfungen  einen  günstigen,  die  Heilung 
befördernden  Einfluß  ausüben;  das  hat  zu- 
erst 1890  R.  Koch  für  die  Tuberkulose  mit 
dem  aus  Tuberkelbazillen  bereiteten  Tuber- 
kulin, viel  später,  1904,  A.  R.  Wright  für 
verschiedene  andere  Bakterieninfektionen  ge- 
zeigt. Es  scheint  sich  dabei  immer  um  Er- 
krankungen zu  handeln,  bei  denen  die 
Leibessubstanzen  der  Erreger  nicht  in  grö- 
ßerer Menge  in  den  Ki"eislauf  geraten,  und 
daher  nicht  spontan  eine  starke  Antikörper- 
produktion ausgelöst  wird.  Nach  Wright 
werden  Aufschwemmungen  von  Reinkul- 
turen, die  durch  eben  ausreichende  Erhitzung 
getötet  sind,  verwendet  und  daher  das  Ver- 
fahren   als  Bakteriotherapie   bezeichnet. 

II  b)  Passive  Immunisierung,  a) 
Zu  Heilzwecken.  Die  große  theoretische 
Bedeutung  des  Begriffs  der  passiven  Im- 
munisierung haben  wir  bei  dem  Anti- 
toxin (5c)  kennen  gelernt.  Die  zuerst  dar- 
gestellten Antitoxine,  das  Diphtherie-  und 
cias  Tetanusheilserum  finden  noch  jetzt 
die  allgemeinste  und  wichtigste  Anwendung. 
Zu  ihrer  Verwertung  zur  Behandlung  kranker 
Menschen  war  es  erforderlich,  die  Wirksam- 
keit der  Heilsera  nicht  nur  sehr  zu  steigern, 
sondern  auch  sie  messen  und  dosieren  zu 
können.  Um  beides  haben  sich  Behring 
und  P.  Ehrlich  die  größten  Verdienste  er- 


worben. Das  Gesetz,  daß  das  Antitoxin  das 
Toxin  in  festen  Proportionen  absättigt,  ist 
zu  einer  brauchbaren  Wertbestimmungs- 
methode ausgearbeitet  worden,  die  mit  einem 
konventionellen  Maß,  den  Immunitäts- 
ein hei  ten  rechnet;  diese  stehen  in  fester 
Beziehung  zu  den  ebenfalls  konventionellen 
Toxineinlieiten,  die  sich  in  letzter  Linie 
darauf  aufbauen,  daß  bei  ganz  bestimmter 
Impfmethode  bei  Versuchstieren  gleicher 
Rasse,  Alters  und  Gewichts  sich  gleich- 
artige Erscheinungen  mit  bestimmten  Toxin- 
mengen  hervorrufen  lassen,  z.  B.  Tod  inner- 
halb eines  begrenzten  Zeitraumes  — ■  Dosis 
letalis  minima  (D.  1.  m.).  Die  Toxinein- 
heiten  (T.  E.)  und  ihr  Verhältnis  zu  den 
Immunitätseinheiten  (I.  E.)  sind  für  jedes 
Toxin  andere;  man  hat  aber  allgemein  die 
Immunitätseinheiten  relativ  groß  zu  den 
Toxineinheiten  gewählt,  z.  B.  bei  der  Diph- 
terie:  1  I.  E.  neutralisiert  10  T.  E.,  von 
denen  jede  100  D.  1.  m.,  nämlich  für  Meer- 
schweinchen von  250  g  bei  subkutaner  Ver- 
impfung,  entspricht. 

Die  antitoxischen  Heilseren  sind  von 
Bedeutung  natürlich  nur  bei  den  Krank- 
heiten, bei  denen  Toxine  das  Krankheitsbild 
wesentlich  bestimmen.  Das  gilt  außer  für 
die  genannten  nur  für  wenige  Infektionen, 
z.  B.  die  epidemische  Dysenterie.  Spezi- 
fische Heilsera  von  großer  Wirksamkeit  sind 
auch  die  Antivenine  gegen  Schlangengift, 
deren  praktische  Verwertung  aber  an  der 
Schwierigkeit  scheitert,  das  für  jedes  dieser 
Gifte  spezifische  Gegengift  immer  dann 
sofort  zur  Hand  zu  haben  und  einzuspritzen, 
wenn  ein  Mensch,  etwa  im  Urwald,  von  einer 
Giftschlange  verletzt  ist. 

Man  hat  sich  auch  vielfach  bemüht,  gegen 
andere  bakterielle  Infektionen,  bei  denen 
echte  Toxine  keine  Rolle  spielen,  wirksame 
Heilsera  zu  gewinnen.  Solche  antiinfek- 
tiöse Sera,  die  also  bakteriolytische  Am- 
bozeptoren  oder  Tropine  enthalten,  hat  man 
gegen  manche  Bakterien,  z.  B.  Strepto- 
kokken und  Pneumokokken,  gewinnen  kön- 
nen, so  daß  sie  unter  ganz  bestimmten  Ver- 
suchsbedingungen  bei  kleinen  Versuchs- 
tieren, bald  nach  der  Infektion  mit  virulenten 
Bakterien  angewendet,  heilend  wirken.  Sie 
versagen  aber,  wenn  num  sie  bei  fortge- 
schrittener Infektion  anwendet,  ja  zuweilen 
scheinen  sie  dann  den  Tod  der  Versuchs- 
tiere zu  beschleunigen.  Im  Anschluß  an  die 
Vorgänge  in  der  Meerschweinchenbauch- 
höhle beim  R.  Pfeifferschen  Versuch  (6c a) 
hat  man  das  so  erklärt,  daß  dann  durch 
die  Bakteriolyse  nicht  nur  die  Bakterien 
abgetötet,  sondern  auch  die  in  ihnen  ent- 
haltenen Endotoxine  löslich  gemacht  würden 
und  so  Beseitigung  der  Infektion  und  Ver- 
giftung des  Wirtsorganismus  miteinander 
verknüpft  werden.  Man  bemüht  sich  deshalb, 


380 


Immunität 


solchen  antiinfektiösen  Seien  znt;k'ic'h  eine 
antiendotoxische  Wirksamkeit  zu  verleihen, 
indem  man  die  das  Serum  liet'eriulen  Tiere 
(Pferde,  Ksel,  Ziegen)  sowohl  mit  lebenden 
Bakterien,  wie  mit  toxischen  Extrakten  aus 
diesen  behandelt  oder  Sera,  die  auf  diesen 
beiden  Wegen  gewonnen  sind,  miteinander 
mischt.  Die  Erfolge  in  der  Praxis  mit  der- 
artigen Heilseren  sind  aber  nur  bei  wenigen 
Krankheiten  so  zuverlässig  gewesen,  daß 
ihre  Verwendbarkeit  beim  Menschen  allge- 
mein anerkannt  wäre.  Wie  wir  (üA  c  und  d) 
sahen,  sind  die  Bedingungen  für  die  Wirk- 
samkeit der  antiinfektiösen  Sera  sehr  ver- 
wickelte, die  Antikörper  können  ihren  Zweck 
nur  erfüllen,  wenn  sie  mit  genügenden  Mengen 
Komplement  oder  mit  zahlreichen  Leuko- 
zyten zusammentreffen  oder  beides  zutrifft. 
Außerdem  müssen  sie  in  genügender  Menge 
zugeführt  werden,  und  es  ist  noch  nicht  ge- 
lungen, so  hochgradig  wirksame  bakterizide 
oder  bakteriotrope  Sera  zu  bereiten,  wie 
es  für  antitoxische  der  Fall  ist.  Die  Ein- 
führung sehr  großer  x\ntiserummengen  oder 
die  wiederholte  Impfung  mit  ihnen  bringt 
außeidem  die  Gefahren  der  Serumkrankheit 
mit  sich  und  endlich  kann,  wenn  diese 
auch  nur  in  leichter  Form  auftritt,  durch 
den  Mechanismus  der  Komplementabsorp- 
tion die  spezifische  Wirkung  der  Antikörper 
wieder  beeinträchtigt  werden.  Vereinzelte 
günstige  klinische  Erfahrungen  über  den 
Nutzen  großer  Dosen  von  Antiserum,  dessen 
spezifische  Wirkung  im  Tierexperiment  nur 
gering  w'ar,  sind  vermutlich  darauf  zurück- 
zuführen, daß  das  artfremde  Serum  Leuko- 
zytose erregt  und  so  die  unspezifische  Re- 
sistenz erhöht. 

ß)  Zu  Schutzzwecken.  Die  antiinfek- 
tiösen Sera  bewähren  sich  im  Tierexperiment, 
wenn  sie  kurz  vor  der  Impfung  mit  den  viru- 
lenten Bakterien  eingeführt  werden,  zum  Teil 
recht  gut,  besser  als  zur  Heilung.  Aber  dieser 
Schutz  ist  unter  allen  Umständen  nur  ein  ziem- 
lich kurz  dauernder,  weil  passiv  eingeführte 
Antikörper  unter  keinen  Umständen  lange 
unvermindert  erhalten  bleiben  (s.  6Aa/9). 
Daher  kann  diese  Art  der  Immunisierung 
in  der  Heilkunde  nur  selten  mit  Nutzen  an- 
gewendet werden,  wie  es  z.  B.  für  das 
Yersinsche  Pestserum  der  Fall  ist. 

Die  antitoxischen  Sera  finden  mit  Recht 
ausgedehntere  Anwendung  zur  Prophylaxe, 
obgleich  man  auch  bei  ihnen  weiß,  daß  sie 
nur  für  einige  Wochen  vor  der  Toxin  Ver- 
giftung, nicht  vor  der  Infektion,  schützen. 

iic)  Kombiniertes  Ijnmunisierungs- 
verfahren.  In  manchen  Fällen  hat  man 
die  Mängel,  die  sowohl  der  aktiven  wie  der 
passiven  Immunisierung  anhaften,  durch 
eine  Kombination  von  beiden  vermieden. 
So  bei  dem  Verfahren  der  Simultan  Imp- 
fung,   das  besonders    zur  Milzbrandschutz- 


impfiing  der  iiöchst  empfänglichen  Schafe 
und  auch  anderen  Viehes  durch  Sobern- 
heini  ausgebildet  worden  ist.  Bei  ihm  wird 
gleichzeitig,  an  zwei  getrennten  Stellen, 
ein  antiinfektiöses  Immunserum  und  eine 
lebende,  mäßig  abgeschw'ächte  Kultur  (die 
für  sich  allein  Erkrankung  und  Tod  herbei- 
führen würde)  eingeimpft.  Ersteres  schützt 
vor  den  übelen  Folgen  der  zweiten  und  diese 
bewirkt  in  wenigen  Tagen  eine  dauernde, 
auch  gegen  hochvirulente  Erreger  schützende 
aktive  Immunität,  wie  sie  ohne  die  Serum- 
impfung  bestenfalls  durch  wiederholte  Imp- 
fung mit  Vakzins  abgestufter  Virulenz  nach 
Wochen  zu  erreichen  wäre. 

Einigermaßen  ähnlich  sind  die  sensibili- 
sierten Bakterienimpfstoffe  von  Bes- 
redka,  Bakterien  oder  Derivate  aus  ihnen 
(Tuberkulin),  die  mit  Immunserum  digeriert, 
von  ihm  wieder  getrennt  und  zur  Sicherheit 
noch  durch  Erhitzen  abgetötet  sind.  Bes- 
redka  empfiehlt  sie  für  alle  Zwecke  der 
aktiven  Immunisierung  als  wirksamer  als 
die  einfach  abgetöteten  Bakterien. 

Analog  ist  das  Verfahren,  mit  dem 
man  bei  den  Tieren,  die  Antitoxin  liefern 
sollen,  eine  ,, Grundimmunität"  schafft  und 
mit  dem  Behring  ganz  neuerdings  beim 
Menschen  eine  hochgradige  und  sehr  lang 
dauernde  aktive  antitoxische  Immunität 
erzielt  hat:  Einspritzung  von  Mischungen 
von  Diphtherietoxin  und  Antitoxin,  die  bei 
subkutaner  Einführung  beim  Meerschwein- 
chen eben  nicht  mehr  akut  giftig  sind.  Der 
damit  erzielte  Schutz  ist  an  Wirksamkeit 
(Gehalt  des  Menschenserums  an  Antitoxin- 
einheiten) und  besonders  an  Dauer  dem  durch 
passive  Immunisierung  erzielten  weit  über- 
legen, und  von  praktischer  Bedeutung,  wo  es 
sich  darum  handelt,  Menschen,  die  dem  Ver- 
kehr mit  Bazillenausscheidern  (besonders  Re- 
konvaleszenten) ausgesetzt  sind,  oder  die 
selbst  Bazillenträger  sind,  d.  h.  den  Diph- 
theriebazillus als  einen  vorerst  noch  anschei- 
nend harmlosen  Gast  auf  einer  Schleimhaut 
beherbergen,  vor  der  Diphtherieerkrankung 
zu  schützen. 

12.  Immunitätsreaktionen  und  ihre 
diagnostische  Verwertung.  12a)  Physi- 
ka 1  i  s  c  li  e  u  n  d  c  h  e  m  i  s  c  li  e  ^I  e  t  h  0  d  e  n  z  u  m 
Nachweis  einer  Antigen-Antikörper- 
reaktion.  Die  unter  6A  besprochenen  ein- 
zelnen Erscheinungen  sind  meist  biologische 
Reaktionen  oder,  wenn  es  sich,  wie  bei  der 
Präzipitation,  um  relativ  einfache  Vorgänge 
kolloid-chemischer  Natur  handelt,  so  sind 
doch  die  dabei  reagierenden  Kör))er  von 
Organismen  produziert  und  uns  unbekannt. 
Man  hat  nun  versucht,  noch  andere,  rein 
physikalische  Vorgänge  zu  finden,  die  sich 
auf  die  spezifische  Reaktion  eines  Antikör])ers 
mit  seinem  Antigen  zurückführen  lassen  und 
ihr  Wesen  aufhellen,  oder  doch  ein  feineres 


Imumnität 


381 


Reagens  darauf  darstellen.  Eine  solche  Er- 
scheinung ist  die  Meiostagminreaktion 
von  Ascoli,  die  darauf  beruht,  daß  (mittels 
des  Stalagmometers)  die  Oberflächenspannung 
von  eiweißhaltigen  Flüssigkeiten  mit  und 
ohne  Zusatz  eines  Antikörpers  (bzw.  eines 
Antigens)  verglichen  wird  z.  B.  von  ver- 
dünntem Immunserum  bei  Zufügen  ver- 
schiedener Bakterienextrakte.  Wenn  in 
einer  solchen  Lösung  ein  Antigen  und  ein 
i\ntikörper  miteinander  reagieren,  so  nimmt 
die  Tropfenzahl  unter  sonst  gleichen  Be- 
dingungen zu,  die  Oberflächens])annung  also 
ab.  Genaueres  über  das  Wesen  des  zugrunde 
liegenden  Vorgangs  läßt  sich  bisher  nicht 
aussagen:  die  als  Antigen  verwendeten 
Bakterienextrakte  sind  alkohollöslich  und 
die  Empfindlichkeit  der  Reaktion  geht 
keiner  der  länger  bekannten  Immunreak- 
tionen ganz  parallel,  so  daß  man  auch  die 
Meiostagmine  vorläufig  als  eine  neue 
Antikörperklasse  registrieren  muß.  Der 
gleiche  Effekt,  Verminderung  der  Ober- 
flächenspannung, läßt  sich  leichtverständ- 
licherweise durch  vielerlei  Reaktionen  beim 
Mischen  zweier,  organische  Körper  gelöst 
enthaltender  Flüssigkeiten  erzielen,  so  daß 
durchaus  nicht  alle  Meiostagminreaktionen, 
die  sich  mit  verdünntem  Blutserum  bei 
Krankheiten  anstellen  lassen,  als  eine  spe- 
zifische i\.ntikörperreaktion  anzusehen  sind. 
Weichard t  hat  für  das  in  der  Ueberschrift 
bezeichnete  Prinzip  den  Namen  Epipha- 
ninreaktion  geprägt  und  begreift  darunter 
nicht  nur  die  Meiostagminreaktion,  sondern 
auch  andere,  teils  vorher,  teils  später  von 
ihm  angegebene  Verfahren,  bei  denen  der 
Eintritt  einer  Immunreaktion,  nämlich  die 
Bindung  von  Toxin  und  Antitoxin,  sichtbar 
gemacht  M'erden  soll  durch  Beeinflussung 
eines  anderen  Vorgangs,  z.  B.  der  Diffusion 
von  Ionen.  Das  Wesen  einer  solchen  Beein- 
flussung ist  noch  völlig  unklar  und  die  an- 
gegebene Methodik  äußerst  subtil. 

12b)  Verwertung  der  einzelnen 
Immunreaktionen,  a)  Agglutination. 
Die  Bakterienaggiutination  kann  sowohl 
durch  makroskopische  wie  durch  mikro- 
skopische Beobachtung  in  einfacher  Weise 
festgestellt  werden  und  ist  ein  sehr  empfind- 
liches und  rasches  Reagens;  deshalb  wird 
sie  wohl  am  allerhäufigsten  angewendet  und 
zwar  sowohl  zur  klinischen  Diagnose  einer 
Infektionskrankheit,  wie  zur  bakteriologischen 
einer  Bakterienart.  Sie  kann  zu  beiden 
Zwecken,  Nachweis  des  Antigens  oder  des 
Antikörpers  dienen,  ebenso  wie  eine  che- 
mische Reaktion,  z.  B.  Ausfällung  des  Chlor- 
silbers, sowohl  für  den  Nachweis  der  Silber- 
wie  der  Chlorionen  dient.  Zur  Identifizierung 
eines  zweifelhaften  Bakterienstamms  mittels 
eines  bekannten  Immunserums  hat  sie  schon 
der  Entdecker,  Gruber,  empfohlen;  vermut- 


lich wird  sie  sich  auch  außerhalb  der  eigent- 
lichen Bakteriologie  und  für  nicht  pathogene 
einzellige  Organismen  als  ein  brauchbares 
Identifizierungsmittel  morphologisch  nicht 
leicht  erkennbarer  Arten  erweisen,  wenn 
sie  dafür  erprobt  wird.  In  die  klinische 
Diagnostik,  um  aus  den  gebildeten  Anti- 
körpern einen  Rückschluß  auf  die  Ejrank- 
heitsursache  zu  machen,  hat  sie  zuerst  für  den 
Abdominaltyphus  Widal  eingeführt;  nach 
diesem  wird  sie  deshalb  in  diesem  Fall  meist 
benannt.  Insbesondere  hat  sie  hier  und  bei 
anderen  Erkrankungen  dazu  beigetragen, 
einander  ähnliche  Ivrankheitszustände,  die 
durch  nahe  verwandte  Bakterienarten  ver- 
ursacht werden,  auch  klinisch  zu  unter- 
scheiden: Paratyphus,  Pseudodysenterie  u.  a. 
Dazu  ist  sie  dann  aber,  wegen  der  Mitagglu- 
tination verwandter  Bakterien,  quantitativ 
auszuführen,  d.  h.  der  Verdünnungsgrad 
des  Serums  auszuwerten,  bei  dem  gerade 
noch  ein  deutlicher  Effekt  auf  die  in  Betracht 
kommenden  Erreger  ausgeübt  wird.  Manch- 
mal ist  eine  sichere  Differentialdiagnose  erst 
mittels  des  Castellanischen  Versuchs 
zu  gewinnen.  Dieser  besteht  darin,  Proben 
des  Serums  mit  jeder  der  beeinflußten 
Bakterienarten  zu  digerieren  und  dann  zu 
untersuchen ,  welches  Agglutinationsver- 
mögen für  jede  dieser  übrig  bleibt. 
Die  Art,  die  das  Agglutinin  auch  für  alle 
anderen  Arten  völlig  zu  absorbieren  vermag, 
ist  dem  Serum  homolog  —  also  der  Erreger. 
Dasselbe  Verfahren  ist  auch  bei  der  bak- 
teriologischen Differentialdiagnose  einzu- 
schlagen, wenn  der  fragliche  Stamm  durch 
verschiedene  agglutinierende  Sera  beeinflußt 
wird.  Mit  Hilfe  dieser  verfeinerten  Methode 
ist  die  Agglutination  nicht  nur  eines  der  be- 
quemsten, sondern  auch  empfindlichsten  und 
sichersten  diagnostischen  Hilfsmittel.  Frei- 
lich eignen  sich  nicht  alle  Bakterienarten 
dafür,  weil  manche  auch  ohne  Anwesenheit 
eines  Antikörpers  in  Kochsalz-  oder  ver- 
dünnten Eiweißlösungen  ausflocken.  In 
solchen  Fällen  ist  öfters  die  eine  oder  andere 
der  folgenden  Methoden  anwendbar.  Die 
Hämagglutination  hat  kaum  praktische  Be- 
deutung. Nur  gelingt  es  nach  v.  Dungern 
zuweilen  mittels  der  Isohämagglutinine 
verwandtschaftliche  Beziehungen  zwischen 
Individuen   nachzuweisen. 

ß)  Präzipitation.  Die  Präzipitation 
findet  in  der  Bakteriologie  und  in  der  kli- 
nischen Diagnostik  neben  der  Agglutination 
kaum  Anw^endung.  Desto  ausgedehnter  ist 
ihr  Anwendungsgebiet,  um  die  Arteigenheit 
von  Eiweißkörpern  zu  erkennen.  Besonders 
fein  ist  sie  ausgebildet  worden  zu  gericht- 
lichen Zw'ecken,  um  z.  B.  in  Mordprozessen 
die  Herkunft  eines  Blutflecks  aus  ]\Ienschen- 
blut,  oder  um  Pferdefleisch  in  Wurstwaren 
nachzuweisen.    Zu   diesem  Zwecke  muß  sie 


382 


Immunität 


auch  quantitativ,  aber  nicht  wie  die  Agghi- 
tination  nach  Verdünnungsgraden  des  Anti- 
serums,  sondern  hier  der  Antigenlösungen 
angesetzt  werden  und  von  vielerlei  Kon- 
trollproben begleitet  sein,  insbesondere  auch 
solchen,  die  andere  Antiseren  und  andere 
Antigene  enthalten.  Auch  hier  läßt  sich 
das  Prinzip  des  Castellajiischen  Versuchs 
anwenden,  um  streng  spezifisch  präzipi- 
tierende Sera  zu  gewinnen. 

Eine  höchst  wichtige  wissenschaftliche 
Anwendung  ist  die  besonders  von  Nuttall 
ausgebaute  Präzipitationsdiagnose  zur  Fest- 
stellung der  Artverwandtschaft,  die  darauf 
beruht,  daß  das  durch  Impfung  mit  dem 
Blutserum  einer  Tierart  gewonnene  präzi- 
pitierende Serum  mit  dem  verdünnten  Blut- 
serum anderer  Arten  ebenfalls  Fällungen  er- 
gibt, aber  quantitativ  geringere,  je  ferner  im 
System  die  Arten  sich  stehen.  Diese  Probe 
gibt  auch  mit  Eiweißarten,  die  aus  Pflanzen 
stammen,  Erfolge,  d.  h.  quantitative  Unter- 
schiede, wenn  auch  die  Mitpräzipitation 
desto  stärker  hervortritt,  je  ferner  sich  die 
Organismen  stehen,  die  das  Antigen  und 
den  Antikörper  liefern.  Die  Proben  müssen 
deshalb  in  jedem  Fall  streng  cpiantitativ  an- 
gesetzt und  beurteilt  werden.  Wie  6 Ab  aus- 
geführt, beruht  diese  Mitpräzipitation  und 
die  Spezifität  der  maximalen  Wirkung  ver- 
mutlich darauf,  daß  in  jedem  einzelnen  Se- 
rum eine  Reihe  von  Präzipitogenen  vorhanden 
ist,  und  daß  diese  bei  verwandten  Arten, 
aber  in  anderen  Gruppierungen  und  Mengen- 
verhältnissen wiederkehren.  Das  Verfahren 
erlaubt  also  die  chemische  Struktur  der  Ei- 
weißkörper  eines  Organismus  in  einer,  mit 
der  chemischen  Analyse  noch  lange  nicht  er- 
reichbaren Feinheit  auf  Aehnlichkeit  und 
kleine  Unterschiede  zu  prüfen.  Es  kann  daher 
nahe  Verwandtschaft  erkennen  lassen,  wo 
die  Morphologie  infolge  der  Anpassung  an 
ganz  andere  Lebensbedingungen  große  Unter- 
schiede zeigt,  oder  wo  infolge  Konvergenz 
der  Formen  die  Artverwandtschaft  zweifel- 
haft wird.  Es  ist  aber  zu  vermuten,  daß  es 
in  der  chemischen  Struktur  der  Eiweißkörper 
ebenso  wie  in  der  Morphologie  rasch  fort- 
schreitende Umbildung  durch  Anpassung 
und  auch  Konvergenz  infolge  gleichartiger 
Funktionen  gibt,  und  daß  daher  diese  durch 
biologische  Reaktionen  festgestellten  Bezie- 
hungen zwischen  verschiedenen  Organismen- 
arten in  gleicher  Weise  auf  ihre  deszendenz- 
theoretische Bedeutung  geprüft  werden 
müssen,  wie  die  Aehnlichkeiten  und  Unter- 
schiede in  der  Morphologie  uiul  Ontogenese. 

y)  Bakteriolyse.  Die  Bakteriolyse  hat 
in  der  Form  des  Pfeifferschen  Versuchs 
(s.  (^Aca)  zur  Erkennung  des  Olioleravibrio 
ausgedehnte  praktische  Anwendung  gefun- 
den. Heute  ist  durch  den  Ausbau  der  Ag- 
glutinationsmethode diese  Anwendung  etwas 


in  den  Hintergrund  gedrängt  und,  ebenso 
wie  bakteriolytische  Versuche  mit  anderen 
Bakterien,  von  mehr  theoretischer  als  prak- 
tischer Bedeutung. 

d)  Hämolyse.  Die  spezifischen  Hämo- 
lysine können  ebenso  wie  die  Präzipitine, 
zum  Nachweis  einer  ,, Blutsverwandtschaft" 
einander  nahestehender  Tierarten  verwendet 
werden.  Doch  hat  gerade  hier  die  letzte  Zeit 
die  überraschende  Erfahrung  gebracht,  daß 
ganz  fernstehende  Antigene  die  Bildung  von 
spezifischen  hämolytischen  Ambozeptoren 
anregen  können.  Bei  manchen  Ilrankheiten 
des  Menschen  ist  das  Auftreten  von  Iso- 
hämolysinen  beschrieben  worden.  Bei  der 
paroxysmalen  Hämoglobinurie,  einer  seltenen 
Erkrankung,  scheint  Autohämolysin,  also 
das  kaum  zu  erwartende  Auftreten  eines 
Ambozeptors  für  einen  bluteigenen  Stoff, 
einen  wesentlichen  Faktor  auszumachen. 

Die  große  praktische  Bedeutung  der 
Hämolyse  liegt  darin,  daß  sie  als  Indikator 
dient  bei  der  im  folgenden  zu  besprechenden 
Komplementabsorjjtion.  Für  diesen  Zweck 
verwendet  man  ein  hämolytisches  Sy- 
stem, das  besteht  aus  1.  von  ihrem  Serum 
reingewaschenen,  in  isotonischer  Kochsalz- 
lösung suspendierten  Blutkörperchen,  2. 
einem  durch  Tierimpfung  mit  gleichartigen 
Blutkörperchen  gewonnenen  spezifischen  Am- 
bozeptor,  d.  h.  also  einem  stark  verdünnten, 
inaktivierten  Immunserum  (selten  wird  ein 
auf  die  verwendeten  Erythrozyten  wirkendes 
inaktiviertes  Normalserum,  ,,Normalambo- 
zeptor"  gebraucht)  und  3.  einem  das  Kom- 
plement liefernden  frischen  Serum.  Am 
üblichsten  werden  Blutkörperchen  vom 
Schaf  und  Kaninchenantischafserum  ver- 
wendet, weil  sich  beim  Kaninchen  sehr  leicht 
hämolytische  Ambozeptoren  für  Schafblut 
gewinnen  lassen,  und  als  Komplement  auf 
das  10  fache  (oder  stärker)  verdünntes  Meer- 
schweinchenblut, Es  können  aber  auch 
andere  Kombinationen  zweckmäßiger  oder 
notwendig  sein.  Die  Blutkörperchen  werden 
mit  dem  Antiserum  digeriert  (sensibilisiert) 
und  dann  die  komplementhaltige  Flüssigkeit 
zugefügt,  so  daß  alle  Proben  gleichviel 
Blutkörperchen  im  gleichen  Gesamtvolum 
enthalten;  ist  das  Komplement  noch  un- 
vermindert vorhanden,  so  muß  vollkommene 
Lyse  der  Blutkörperchen  eintreten.  Ein  Aus- 
bleiben derselben  oder  unvollkommene  Lyse 
zeigen  an,  daß  das  Komplement  durch  eine 
andere  Reaktion  vor  dem  Zusatz  gebunden 
(oder  zerstört)  war  (vgl.  dazu  die  Zusammen- 
setzung des  Komplements,  6Ac6).  Der 
Grad  einer  teihveisen  Hämolyse  kann  kolori- 
metrisch  gemessen  oder  nach  der  Menge 
der  in  der  Kupi)e  der  Probiorröln-chen  sich 
absetzenden  unveränderten  BlutköriJercluMi 
geschätzt  werden.  Noch  andere  quantitative 
Abstufungen  können  durch  Ansetzen  meh- 


Inununität 


383 


rerer  Proben  mit  wechselnden  Mengen  der 
Reagenzien,  besonders  des  Komplements, 
erlangt  werden. 

e)  K  0  m  p  1  e  m  e  n  t  a  b  s  0  r  p  t  i  0  n.  Die 
Beobachtnng  von  Bord  et  und  Gengou, 
daß  bei  der  Entstehung  eines  spezifischen 
Präzipitats  vorhandenes  Komplement  ge- 
bunden wird,  haben  Moreschi  und  dann 
Neißer  und  Sachs  zu  einer  diagnostischen 
Methode  ausgebildet,  die  zunächst  eine  große 
Verfeinerung  der  Präzipitinproben  darstellt. 
In  einem  Hämolyseversuch,  wie  er  eben  ge- 
schildert wurde,  wird,  gleichzeitig  mit  der 
Sensibilisierung  der  Blutkörperchen,  das 
Komplementserum  mit  präzipitierendem  Im- 
munserum und  Spuren  des  Antigens,  oder  der  1 
darauf  zu  untersuchenden  Lösung,  zusammen 
digeriert:  dann  wird  diese  Mischung  und  Kon- 
trollmischungen, in  denen  jeder  einzelne  der 
drei  Bestandteile  weggelassen,  bezw.  durch  ' 
einen  anderen  bekannten  Stoff  ersetzt  ist, 
den  sensibilisierten  Blutkörperchen  zugesetzt 
und  die  ganze  Reihe  von  Proben  bei  Brut- 
temperatur gehalten.  Tritt  Hämolyse  ein,  so 
war  das  Komplement  erhalten,  es  hatte  keine 
Antikörperreaktion  stattgefunden;  ist  die 
Hämolyse  gehemmt,  so  war  das  Kom- 
plement gebunden  und  zwar  durch  eine 
Antigen-x\ntikörperreaktion,  falls  nicht  die 
Kontrollen  eine  andere  Erklärung  für  die 
Hemmung  geben. 

Auf  diesem  Wege  ist  Präzipitogen  auch  in 
so  geringen  Spuren  nachweisbar,  daß  keine 
sichtbare  Trübung  bei  der  Mischung  mit  dem 
Präzipitin  auftritt.  Für  die  gerichtliche 
Verwertung  in  Mordprozessen  ist  die  Probe 
sogar  zu  empfindlich  geworden,  weil  sie  nicht 
nur  mit  aufgelöstem  Menschenblut,  sondern 
auch  mit  menschlichem  Schweiß,  wie  er  in 
den  meisten  viel  getragenen  Kleidungs- 
stücken eingetrocknet  ist  und  daraus  extra- 
hiert werden  kann,  positiv  ausfällt. 

A.  Wassermann  hat  sie  nun  dazu  ver- 
wendet, in  Krankheitsprodukten  sowohl ; 
Antigen  wie  Antikörper  nachzuweisen.  Er 
hat  so  recht  wahrscheinlich  gemacht,  daß 
in  Tuberkelknoten  sowohl  Tuberkulin  wie 
x\ntituberkulin  vorhanden  sei;  wenigstens 
durfte  er  das  nach  seinen  Befunden  als  er- 
wiesen ansehen,  wenn  auch  die  folgenden  Er- 
fahrungen die  Schlüssigkeit  dieses  Beweises 
wieder  erschüttert  haben.  Dadurch  er- 
mutigt, übertrug  er  die  Methode  auf  die  | 
Diagnose  der  Syphilis,  für  die,  mangels  von  ' 
Kulturen  des  Erregers,  der  Spirochaeta 
pallida,  es  keine  diagnostische  Immunitäts- 
reaktion gab.  Als  Antigen  verwendete  er 
Extrakt  aus  spirochätenreichen  Lebern  syphi- 
litischer Fehlgeburten,  den  Antikörper  suchte 
er  im  Blut  von  Syphiliskranken.  So  fand  er 
die  nun  allgemein  nach  ihm  benannte  Kom- 
plementbindungsreaktion für  Syphilis,  die 
außerordentlich  rasch  die  größte  Bedeutung 


für  die  Diagnose  und  für  die  Behandlung 
dieser  Krankheit  erlangt  hat.  Sie  ist  in  dem 
unter  6B  ausgeführten  Sinn  für  den  Arzt 
eine  spezifische  Reaktion  (wenigstens  in 
Deutschland);  aber  sie  ist  es  nicht  in  dem 
dort  erläuterten  Sinn  der  Seitenkettentheorie. 
Denn  es  hat  sich  herausgestellt,  daß  für  die 
Bereitung  des  sogenannten  Antigens  der 
Spirochätengehalt  der  anfangs  allein  verwen- 
deten Lebern  gleichgültig  ist.  Alkohollösliche 
Stoffe  aus  verschiedenen,  sowohl  aus  normalen 
wie  aus  kranken  Organen,  und  auch  bestimmte 
Mischungen  rein  dargestellter  Lipoidsub- 
stanzen  können  an  seiner  Stelle  dienen. 
Andererseits  geben  auch  die  Sera  von  Kran- 
ken, die  an  anderen  Infektionen  wie  Syphilis 
leiden,  mit  diesen  Extrakten  die  Reaktion. 
Dies  ist  für  die  Verwertung  in  Deutschland 
unwesentlich,  weil  diese  Erkrankungen  (z.  B. 
Lepra  [Aussatz],  Schlafkrankheit)  hier  nicht 
vorkommen. 

Verschiedene  Beobachtungen  weisen  dar- 
auf hin,  daß  auch  bei  diesen  nicht  spezifischen 
Komplementbindungsreaktionen  es  eine  mi- 
nimale Präzipitation  ist,  die  die  Komplement- 
absorption verursacht,  aber  die  einander  präzi- 
pitierenden Stoffe  sind  keine  biologisch 
miteinander  verknüpfte  Antigene  und  Anti- 
körper. ]\Ian  hat  versucht,  im  Verlauf  der 
Komplementbindung  Unterschiede  in  der 
x\bsorption  durch  ein  spezifisches  Präzipitat 
und  durch  andere  Teilchen  mit  großer 
Oberfläche  zu  finden,  doch  ist  das  nicht  ge- 
lungen. Jedenfalls  gibt  es  im  eigentlichen 
Sinne  spezifische  und  nicht  in  diesem  Sinne 
spezifische  Komplementbindungsreaktionen, 
und  bei  den  vielfachen  Anwendungen,  die 
diese  Methode,  die  trotz  der  großen  Zahl  der 
aufeinanderwirkenden  Reagenzien  ziemlich 
becjuem  auszuführen  ist,  nun  findet,  ist 
immer  zu  bedenken,  daß  ihr  eindeutiger, 
anscheinend  spezifischer  Ausfall  noch  nicht 
beweist,  daß  tatsächlich  eine  Antikörper- 
Antigenreaktion  vorliegt. 

C)  0  p  s  0  n  i  n  p  r  0  b  e  n.  Bei  der  Be- 
gründung der  Wrightschen  Opsonintheorie 
und  bei  der  von  ihm  empfohlenen  Bakterio- 
therapie  spielen  die  Opsoninproben,  die  die 
opsonische  Kraft  des  Serums  gegenüber  einem 
bestimmten  Bakterium  messen,  eine  große 
Rolle.  L  eis  hm  an  hat  zuerst  das  Verfahren 
angegeben,  Blut  eines  Ivranken  mit  einem 
die  Gerinnung  hemmenden,  sonst  indiffe- 
renten Zusatz  in  Kapillaren  aufzusaugen, 
dort  in  bekanntem  Verhältnis  mit  einer  Bak- 
teriensuspension zu  mischen,  einige  Zeit  bei 
37"  zu  halten,  und  dann  zu  mikroskopischen 
Präparaten  auszustreichen,  in  denen  die 
Phagozytose  beobachtet  und  durch  Vergleich 
mit  einem  ähnlich  aus  Blut  eines  Gesunden 
bereiteten  Präparat  beurteilt  werden  kann. 
Wright  hat  dies  dahin  verfeinert,  daß  er 
gewaschene  weiße  Blutkörperchen  eines  Ge- 


384 


liniinimtät 


Sunden  sowohl  in  gesundem  Serum,  wie  in  dem 
des  Kranken  aufschwemmt,  zu  beiden 
Proben  die  »bleiche  Baktcrienzahl  zufügt  und 
nachlier  die  Präparate  sorgfältig  vergleicht, 
indem  er  bei  einer  großen  Zahl  polymorph- 
kerniger Leukozyten  die  gefressenen  Bak- 
terien zählt.  Das  Verhältnis  der  so  für  das 
Krankenserum  gewonnenen  Durchschnitts- 
zahl zu  der  Durchschnittszahl  im  Normal- 
serum nennt  er  den  opsonischen  Index, 
der  bei  Gesunden  immer  annähernd  gleich, 
nämlich  1  ist,  im  Verlauf  der  Infektion  er- 
höht, >  1,2,  oder  vermindert,  <  0,8,  sein 
kann.  Andere  Autoren  haben  das  Verfahren 
abgeändert;  am  abweichendsten  ist  das 
von  N  e  u  f  e  1  d  selbständig  ausgebildete.  Er 
benützt  durch  Aleuronatinipfung  gewonnene 
Meerschweinchenleukozyten,  die  er  in  kleinen 
Eeagiergläsern  mit  dem  zu  beurteilenden 
Serum  uiul  den  Bakterien,  und  wesentlich 
länger  als  nach  Wrights  Vorschriften, 
digeriert  und  macht  Ausstriche  von  dem 
Bodensatz.  Er  verzichtet  auf  die  Aus- 
zählung der  gefressenen  Bakterien  und  be- 
urteilt die  Proben  nur  qualitativ  oder  nach 
einem,  auch  von  anderen  Autoren  ange- 
wendeten vereinfachten  Zählverfahren,  bei 
dem  die  Prozentzahl  der  überhaupt  an  der 
Phagozytose  beteiligten  Leukozyten,  die 
Phagozytenzahl  bestimmt  wird. 

Die  Opsoninproben  sind  in  manchen 
Fällen,  in  denen  Agglutinin-,  Präzipitin- 
oder  Bakterizidieproben  nicht  anzustellen 
sind,  für  die  Diagnose  nützlich,  aber  nur 
wenn  sie  mit  sehr  vollkommener  Technik 
angestellt  und  das  Resultat  mit  sehr  viel 
Geduld  ausgezählt  wird,  denn  die  Fehler- 
quellen sind  mannigfaltig  und  nur  Durch- 
schnittswerte aus  Hunderten  von  Leukozyten 
zuverlässig.  Wright  schrieb  dem  Verfahren 
auch  große  prognostische  und  therapeutische 
Bedeutung,  nämlich  zur  Regelung  der  Lup- 
fungen zu,  augenscheinlich  infolge  Ueber- 
schätzung  der  Opsonine  und  Unterschätzung 
der  anderen  antiinfektiösen  Faktoren.  Seine 
Forderung,  die  Bakteriotherapie  nur  unter 
ständiger  Kontrolle  des  opsonischen  Lidex 
anzuwenden,  konnte  er  selbst  nicht  auf  die 
Dauer  durchführen,  und  fast  alle  Nach- 
prüfer haben  sie  entweder  als  wertlos,  oder 
als  allzu  mühsam  abgelehnt. 

Tj)  U  e  b  e  r  e  m  p  f  i  n  d  1  i  c  h  k  e  i  t  s  p  r  0  b  e  n . 
Das  anapliylaktische  Experiment  am  Meer- 
schweinchen, in  der  Form,  wie  es  unter  ijAeß 
geschildert  ist,  ist  heute  die  empfindlichste 
Lnmunitätsreaktion  und  wohl  eine  der, 
empfindlichsten  chemischen  Proben  über- 
hauj)t.  Diese  allzugroße  Empfindlichkeit 
ist  ebenso,  wie  für  die  Komplementbindungs- 
probe,  für  manche  Anwendungsfälk^  ein 
Nachteil;  ein  anderer  ist,  daß  mit  der  zu 
untersuchenden  Substanz  eine  ganze  Reihe 
von  Tieren  sensibilisiert  werden  muß    wo- 


durch also  gewissermaßen  die  Empfindlich- 
keit wieder  vermindert  wird),  die  alle  nach 
etwa  14  Tagen  mit  verschiedenen  in  Frage 
stehenden  Stoffen  nachgeimpft  werden  müs- 
sen, daß  erst  nach  so  langer  Zeit  das  Re- 
sultat erhoben  werden  kann,  und  endlich 
die  Kostspieligkeit,  Umständlichkeit  und 
schwierige  Beurteilung  von  derartigen  Tier- 
versuchen. Es  hat  deshalb  mehr  theoretische 
wie  praktische  Bedeutung,  und  zwar  dadurch, 
daß  mit  ihm  am  besten  die  spezifische  Kon- 
stitution von  Organeiweiß  innerhalb  eines 
Organismus  (durch  stärkere  Reaktion  bei 
Nachimpfung  mit  dem  gleichen  Organ)  und 
die  Fähigkeit,  iVntikörper  gegen  arteigene 
Organe  zu  bilden,  zu  zeigen  sind. 

Die  heftigere  Allgemeinreaktion,  die  ein 
mit  Tuberkulose  infizierter  Mensch  oder  Tier 
auf  eine  Tuberkulinimpfung  zeigt,  gehört 
ebenfalls  hierher.  Nach  v.  Pirquets  Bei- 
spiel ist  diese  diagnostisch  so  wichtige  Probe 
durch  lokale  Ueberempfindlichkeitsproben, 
die  weniger  gefährlich  sind,  ersetzt  worden: 
intrakutane  Injektion,  kutane  Reaktion 
durch  Auftragen  auf  die  leicht  skarifizierte 
Haut,  Einträufeln  in  die  Bindehaut.  Proben 
gleicher  Art  werden  auch  mit  Aufschwem- 
mungen oder  Extrakten  aus  anderen  infek- 
tiösen Bakterien,  mit  Extrakten  aus  tierischen 
Parasiten  usw.  angestellt. 

Q-)  Der  Nachweis  von  Toxin  und 
Antitoxin.  Die  Methode,  im  Tierversuch 
Toxin  und  Antitoxin  aneinander  zu  messen, 
ist,  wie  schon  11 B  a  ausgeführt,  besonders  von 
P.  Ehrlich  so  ausgebaut  worden,  daß  sie 
zur  amtlichen  Prüfung  der  Heilsera  dienen 
kann.  Zu  diesem  Zweck  wird  ein  Standard- 
serum,  dessen  Gehalt  an  den  konventio- 
nellen Antitoxineinheiten  (11  Ba)  durch  viele 
Proben  festgelegt  ist,  vollkommen  getrocknet 
und  in  evakuierten  Röhrclien  eingeschmolzen, 
dunkel  und  kühl  aufbewahrt.  Von  diesem 
Trockenserum  werden  Lösungen  von  be- 
stimmtem Volum  und  Gehalt  (für  Diphtherie- 
heilserum entsprechend  einer  I.  E.)  her- 
gestellt und  damit  zunächst  die  Testgift- 
lösungen eingestellt.  Das  sind  unter  Toluol- 
zusatz  kühl  und  dunkel  aufbewahrte  ältere 
Toxinlösungen  (filtrierte  Kulturen),  die  nach 
der  anfänglichen  Abnahme  in  ihrer  Gift- 
wirkung konstant  geworden  sind.  Sie 
werden  der  bestimmten  Standardserum- 
menge in  steigenden  Dosen  zugefügt,  bis 
die  Menge  bestimmt  ist,  die  gerade  ein 
Versuchstier  bestimmten  Gewichts  usw. 
innerhalb  einer  bestimmten  Zeit  tötet;  ist 
in  wiederholten  Versuchen  und  für  längere 
Zeit  diese  Menge  als  konstant  erwiesen, 
so  dient  sie  nun  als  Testgiftdosis.  Die  zu 
prüfenden  Heilsera  werden  nun  umgekehrt 
der  immer  gleichen  Testgiftdosis  in  steigen- 
den Mengen  zugesetzt,  bis  die  Quantität 
ermittelt  ist,  bei  der  die  Versuchstiere  ohne 


Immunität 


385- 


wesentliche  Schcädigung  überleben:  daraus 
wird  ihre  Stärke  berechnet,  z.  B.  ein  Serum, 
von  dem  Vsop  ccm  eine  Testgiftdosis  neutra- 
lisiert, ist  ein  ,,Fünfhundertfaehes".  Auf 
den  Etiketten  der  Serumfläschchen  wird 
aber  nicht  dies,  sondern  der  Gehalt  an 
Immunitätseinheiten  angegeben,  die  in 
ihnen  enthalten  sind.  Das  Verfahren  für 
andere  antitoxische  Sera  ist  dem  für  Diph- 
therieheilserum in  den   Grundzügen  gleich. 

Um  sehr  kleine  Toxinmengen  auszu- 
werten und  geringen  iVntitoxingehalt  über- 
haupt nachzuweisen,  ist  dies  Verfahren  aber 
nicht  geeignet,  das  mit  Rücksicht  auf  die  anzu- 
wendenden hochwertigen  Sera  und  die  Zu- 
verlässigkeit einer  amtlichen  Probe  ausge- 
bildet ist.  Hierzu  haben,  wenigstens  für 
Diphterietoxin,  Marx  und  Römer  Methoden 
angegeben,  die  darauf  beruhen,  daß  auch 
sehr  kleine  Mengen  dieses  Toxins  in  der  Haut 
örtliche  Oedeme  und  Nekrosen  hervorrufen 
und  daß  auch  diese  durch  Zufügen  ent- 
sprechender kleiner  Antitoxinmengen  ver- 
mieden werden.  Es  werden  also  Bruch- 
teile eines  Kubikzentimeters  Flüssigkeit 
unter,  bezw.  in  die  Haut  von  Meerschweinchen 
injiziert  und  bis  zu  einer  Woche  die  Impf- 
stellen beobachtet;  an  einem  Tiere  können 
gleichzeitig  mehrere  Probeimpfungen  gemacht 
werden.  So  wird  die  kleinste  Toxinmenge 
ermittelt,  die  eine  bestimmte  Reaktion  aus- 
löst und  andererseits  durch  Zusatz  anti- 
toxinhaltiger  Flüssigkeit  zu  ihr,  der  ihr  ent- 
sprechende Antitoxingehalt.  Auf  diesem 
Wege  ist  der  Toxingehaltim  Blute  Diphtherie- 
kranker Kinder  und  der  Antitoxingehalt  im 
Blute  der  Rekonvaleszenten,  auch  der  bei 
Gesunden  und  in  der  Ammenmilch  ermittelt 
worden.  Die  Empfindlichkeit  läßt  sich  für  das 
Toxin  bis  auf  Vsoo  c^ei"  D.  1.  m.  und  für  das 
x\ntitoxin  bis  zu  V4000  I-  E.  bringen. 

13.  Beziehung  der  Immunitätsfor- 
schung zur  Pathologie  und  zur  Physiolo- 
gie. Die  Immunitätsforschung  umfaßt  heute 
nicht  nur  einen  ungeheuren  Stoff  von  ein- 
zelnenTatsachen,  durch  die  sie  als  selbständiges 
Wissensgebiet  aus  der  allgemeinen  Pa- 
thologie herausgehoben  worden  ist,  sie  bietet 
nicht  nur  technische  Hilfsmittel  in  großer 
Zahl,  die  nicht  allein  zur  Heilung,  zur  Vor- 
beugung und  zur  Erkennung  von  lü'ank- 
heiten  dienen,  sondern  sich  auch  in  ganz 
anderen  Gebieten  der  biologischen  Forschung 
verwenden  lassen,  sondern  sie  ist  zu  alledem 
durch  ihre  Theorien  und  durch  eine  Anzahl  von 
Tatsachen  unmittelbar  mit  den  Fragen  der 
allgemeinen  Physiologie  eng  verknüpft: 
Das  Wesen  des  Stoffwechsels,  der  Zellernäh- 
rung, die  Bedeutung  spezifischer  chemischer 
Reize,  die  Bildung  hochmolekularer  Körper 
von  besonderen  Eigenschaften  auf  che- 
mische Reize  hin,  die  Produktion  und  die 
Wirkungsweise  der  Fermente,  die  Struktur 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


der  genuinen  Eiweißkörper  sind  Fragen,  die 
teils  zugleich  auf  ihrem  Forschungsgebiet 
liegen,  teils  mit  ihren  HiKsmitteln  bearbeitet 
werden  können.  Unter  der  glücklich  ge- 
formten Bezeichnung  der  Allergie  sollte 
sie  deshalb  auch  als  ein  Kapitel  der  Physio- 
logie betrachtet  werden. 


Literatur.  Die  wichtigsten  Fortschritte  der 
Immunitatslehre  sind  in  unzähligen  kleinen 
Beiträgen  in  den  verschiedensten  Zeitschriften 
zerstreut.  Nur  wenige  von  diesen  sind  als 
Sammlungen  erschienen  oder  in  Mono- 
graphien niedergelegt:  E.  Ahderlialden, 
Abwehrfermente  des  tierischen  Organismus,  1913. 

—  V.  Behring,  Beiträge  zur  exj)erim.entellen 
Therapie  1899  bis  1904;  1907  bis  1912.  —  P.  Ehr- 
lich, Gesammelte  Arbeiten  zur  Immuniläts- 
forschung,  1904.  —  Derselbe,  Beiträge  zur 
experimeiitellen  Pathologie  und  Chemotherapie, 
1909.  —  E.  Metschnikoff,  Immunität  bei 
Infektionskrankheiten,  1902.  —  G.  H.  F. 
Xitttall,  Blood  Immunity  and  Biood  Relalion- 
ship,  1904.  —  Sir  A.  E.  Wright,  Studien  über 
Immunisierung,  1909.  —  Svante  Arrhenius, 
Immunochemie,  1907.  —  v.  Pirquet  und 
Schick,  Die  Serumkrankheit,  1905.  —  C. 
V,  Pirquet,  Allergie,  190S.  —  Als  kürzere 
Lehrbücher  sind  zu  nennen :  A.  Dieudonne, 
Immunität,  Schutzimpfung  xind  Serumtherapie, 
8.  Aufl.,  1910.  —  H.  Much,  Die  Immunitäts- 
wissenschaft, 1911.  —  P.  Th.  Müller,  Infektion 
und  Imimmität,  5.  Aufl.,  1913.  —  Jfacohy, 
Immunität  und  Disposition,  1906.  —  P.  Römer, 
Die  Ehrlichsche  Seitenkettentheorie,  1904-  — 
WernerRosenthal,  Die  lierischelmmunitätl913. 

—  Uhlenhuth  und  Weidanz,  Praktische  An- 
leitung zur  Ausführung  des  biologischen  Eixveiß- 
differenzierungsverfahrens,  1909.  —  Dazu  noch 
die  Behandlung  dieser  Kapitel  in  Kolle  und 
Hetsch,  Die  experimentelle  Bakteriologie  und 
die  Infektionskrankheiten,  3.  Aufl.,  1911  und 
durch  U.  Friedeniann  im  HandMich  der 
Hygiene,  herausgegehen  von  Eubner ,.  Grub  er 
und  Fischer,  1913. 

A u sfil hr liehe  Darstellung  der  Einzel- 
fragen durch  verschiedene  Autoren  mit  voll- 
ständigen Literaturangaben  finden  sich  im  Hand- 
buch der  Technik  und  ßlethodik  der  Immunitäts- 
forschung, heraxisgegeben  durch  R.  Kraus  und 
C.  Levaditi  1909  bis  1911  tmd  im  Handbuch 
der  pathogenen  Mikroorganismen,  herausgegeben 
durch  W.  Kolle  und  A.  v.  Wassermann, 
2.  Atifl.,  1912  bis  1913.  —  Die  gesamte  Literatur 
findet  sich  referiert,  auch  in  Form  kritischer 
S  a  m  melreferate  in :  Centralbl.  f.  Bakterio- 
logie usw.,  I.  Abt.,  Refer.  seit  1895.  Hier  ins- 
besondere die  offiziellen  Referate  der  Freien 
Vereinigung  für  3Iikrobiologie.  Seit  1908 ;  Zeit- 
schrift für  Immunitätsforschung,  seit  1909 
(Referate  seit  1910);  Folia  haematologica  (bis 
1908),  Folia  serolog ica  (1908  bis  1911);  Zeit- 
schrift für  Chemotherapie  und  verwandte  Gebiete, 
IL  Teil,  Refer.  (seit  1912);  Jahresbericht  über 
die  Ergebnisse  der  Immunitätsforschung.  Heraus- 
gegeben von   W.    Weich.ardt.   Seit  1905. 

Werner  Rosenthal. 


25 


386 


Indengnippe 


Indengrnppe. 

1.  liulon  und  Ilydiiiuicn.  2.  Ketoindene  oder 
Indone.  Konfigurationsbestimiming     steieo- 

isomerer  Zinitsäurederivate.  8.  KctoliNdriiidene, 
Hydrindoiio  oder  Indanone.  Carbindogeuide 
und  deren  Beizenfarbstoffe.  4.  Carminsäure,  der 
Farbstoff  der  Cochenille. 

I.  Inden  und  Hydrinden.  Die  Stamm- 
substanz dieser  (irupjjc  ist  der  Kohlenwasser- 
stoff Inden  C^tig,  der  zuerst  aus  seinen 
synthetisch  gewonnenen  Derivaten  (s.  u.), 
später  aber  im  Jahre  1890  in  reichlicherer 
Menge  aus  den  höher  siedenden  Anteilen  der 
leichten  Steinkohlenteeröle  und  aus  dem 
Leuchtgase  isoliert  worden  ist.  Er  ist  in 
den  zwischen  175  bis  185"  siedenden  Oelen 
bis  zu  30%  enthalten. 

Die  Konstitution  des  Indens  wird  durch 
die  bizyclische  Formel 


das  auch  im  rohen  Pseudocumol  aufgefunden 
wurde  und  das,  im  Gegensatz  zum  Inden, 
mit  konzentrierter  Schwefelsäure  nicht  ver- 
harzt. 

Das  Inden  absorbiert  begierig  Sauerstoff 
aus  der  Luft  und  wird  dabei  in  ein  gelbes 
zähflüssiges  Oel  übergeführt.  Durch  Perman- 
ganat  wird  es  zunächst  in  ein  Dioxyhydrinden 
und  bei  weiterer  Wirkung  des  Oxydations- 
mittels in  Homophtalsäure  verwandelt 


-CH(OH) 


CH, 


— COOH 

— CHa— COOH 


5 

4 
CH 

HcfV 

rCH  3 

^/CH2 

CH„ 

l(a) 

(y) 

6 

CH 

7 

iß) 

gekennzeichnet,  die  einen  Benzol-  und  einen 
Cyklopentadienring  enthält.  Die  acht  Wasser- 
stoffatome oder  deren  Substituenten  werden 
neuerdings  meist  durch  Zahlen,  aber  auch 
noch  durch  Buchstaben  in  der  oben  ange- 
deuteten Weise  bezeichnet. 

Das  Inden  ist  ein  farbloses  bei  179,5  bis 
180,5"  siedendes  Oel,  etwas  schwerer  als 
Wasser,  d^^  1,040.  Sein  chemisches  Verhalten 
entspricht  einerseits  dem  des  Benzols,  an- 
dererseits dem  des  Cyklopentadiens.  Als 
Benzolderivat  bildet  es  mit  Pikrinsäure  ein 
gut  kristallisierendes,  schwer  lösliches  Pikrat, 
das  zur  Abscheidung  des  Kohlenwasser- 
stoffes aus  den  Teerölen  oder  aus  dem  abge- 
kühlten Leuchtgase  technisch  hergestellt 
wird.  Das  Pikrat  ermöglicht  vor  allen 
Dingen  die  Trennung  des  Indens  von  seinem 
ständigen  Begleiter,  dem  Cumaron;  es  wird 
im  Wasserdampfstrome  zu  Pikrinsäure  und 
Inden  zersetzt.  Durch  Salpetersäure  wird 
das  Inden  zu  Phtalsäure  oxydiert.  Als 
Cyklopentadienderivat  zeigt  das  Inden  in 
ganz  hervorragendem  Maße  die  typischen 
Keaktionen  der  Aethylenverbindungen.  Es 
addiert  Brom  und  Chlor  unter  Bildung  der 
gesättigten  Dibromide  und  Chloride;  Wasser- 
stoff unter  Bildung  des  Hydr indens 


—  CH. 


Dioxyhydrinden  Homophtalsäure. 

Bei  gewöhnlicher  Temperatur,  schneller 
bei  mäßigem  Erw^ärmen,  verwandelt  sich 
das  Inden  spontan  in  harzige  Polymere. 

Außer  dieser  Autooxydation  und  der 
Polymerisation  zeigt  das  Inden  die  Neigung, 
unter  Zusammenschluß  mehrerer  Mole- 
küle, Wasserstoff  abzuspalten,  der  dann 
die  noch  unveränderten  Anteile  des  ur- 
sprünglichen Kohlenwasserstoffes  reduziert. 
Auf  solche  Weise  entstehen  Truxen  und 
Hydrinden.  Derartige  Erscheinungen  sind 
nach  Kraemer  jedenfalls  dazu  berufen, 
die  komplizierten  Vorgänge  bei  der  Destilla- 
tion von  Braun-  und  Steinkohlen,  beim 
Verharzen  der  Terpene,  sowie  bei  der  Bil- 
dung der  Paraffinöle  und  Schmieröle  auf- 
zuklären. 

Die  beiden  1-  oder  a-Wasserstoffatome 
der  Methylengruppe  sind  ganz  besonders 
reaktionsfähig.  So  gelingt  es  durch  Ein- 
wirkung von  Natriumamid  oder  metallischem 
Natrium  auf  erwärmtes  Inden  bei  Gegen- 
wart von  Ammoniak  oder  von  organischen 
Basen  ein  Indennatrium 


X/\/CH„ 
CHo 


herzustellen,  das  in  neuerer  Zeit  zur  Ab- 
scheidung des  Indens  aus  den  technischen 
Rohölen  benutzt  wird.  Das  Indennatrium 
ist  eine  glasige  oder  kolophoniumähnliche, 
bisweilen  rote  Masse,  die  durch  Wasser 
momentan  zu  Inden  zersetzt  wird. 

Bei  Gegenwart  alkalischer  Mittel  bildet 
das  Inden  mit  Methyljodid  das  Methylinden 
(I),  mit  aromatischen  Aldehyden,  z.  B.  Benz- 
aldehyd das  gelbe  Benzalinden  (II), 


Indengruppe 


387 


C  =  CH.CgHj 
mit  Oxalsäureester  den  Indeiioxalsäureester 
(III).    Das  luden  verhält  sich  also  in  dieser 
Hinsicht  ganz  ebenso  wie  das  Cyklopentadien 
oder  wie  das  Fluoren  (IV) 

-||CH 
CH 
CH.CO-COOC2H5 


in  deren  beider  Formel  das  Methylen  des 
Fünt'ringes  ebenfalls  unter  der  lockernden, 
reaktionserleichternden  Wirkung  benach- 
barter Benzolkerne  oder  Aethylenradikale 
steht. 

Eine  weitere  Aehnlichkeit  bezüglich  der 
Bildung  der  Metall-  und  Alkylderivate  zeigt 
das  luden  mit  dem  Pyrrol  (V)  und  dem 
Indol  (VI) 


CO 


(V) 


und  (VI) 


NH 


in  denen  das  Imidradikal  auch  unter  dem 
Einflüsse  der  gleichen  reaktiven  Radikale 
steht.  Das  luden  ist  ein  Indol,  in  dem  das 
zweiwertige  Imid  durch  das  ebenfalls  zwei- 
wertige Methylen  substituiert  ist.  Dieser 
nahen  strukturellen  Beziehungen  wegen  hat 
man  den  Namen  luden  dem  weit  länger  be- 
kannten Indol  nachgebildet. 

2.  Ketoindene  oder  Indone.  Das  Indon 
(VII)  ist  bisher  nicht  bekannt,  wohl  aber 
das  Dichlor-  und  das  Dibromindon  (VIII 
und  IX) 

CH  CCl 


(VII)  CeH  /     >CH    (VIII)  C6H4 


CO 


(IX)      CeH, 


CCl 


CO 


CBr 


CBr 


CO 


Das  erstere  ist  goldgelb,  das  andere 
orangegelb.  Ihre  Farbe,  ferner  ihr  charak- 
teristischer Geruch  und  ihre  Flüchtigkeit  mit 
Wasser-  oder  Alkoholdämpfen  stellen  diese 
Halogenindone  an  die  Seite  der  Chinone  bezw. 
Halogenchinone,  z.  B.  des  Tetrachlorchinons 


CIG 
CIO 


,CC1 
CCl 


CO 


Bei  beiden  Verbindungstypen  wird  das 
Auftreten  der  Farbe  durch  die  konjugierten 
ungesättigten  Radikale,  des  Carbonyls  C  =  0 
und  des  Aethylenradikals  — CH=CH — 
erklärt.  Da  die  Chinone  zwei,  die  Indone 
nur  ein  Carbonyl  enthalten,  hat  man  die 
letzteren  auch  als  Halbchinone  be- 
zeichnet. 

Die  beiden  Halogenindone  entstehen 
durch  Eintragen  von  Dihalogenzimtsäuren 
in  konzentrierte  Schwefelsäure,  z.  B. 


C«H. 


CCl 
CCl 


CCl 


CCl  +  HoO 


COOH  CO 

Diese  Reaktion,  die  nicht  durchweg  für  alle 
Säuren  dieser  Kategorie  zutrifft,  hat  zu 
K  0  n  f  i  g  u  r  a  t  i  0  n  s  b  e  s  t  i  m  m  u  n  g  e  n  s  t  e  r  e  0  - 
isomerer  Zimtsäurederivate  geführt     ^'""" 


Von 


den  beiden  Dibromzimtsäuren 

CaHs— C— Br  CßHs— C— Br 

II  II 

HOOC— C— Br  Br— C— COOH 

(/^-Säure)  (a-Säure) 

gibt  nur  die  /?- Säure  mit  kalter  konzentrierter 
Schwefelsäure  das  Dibromindon.  Man  hat 
ihr  daher  die  obige  Formel  mit  Cis-Stellung 
von  CgHg  und  COOH  zuerteilt. 

Die  Phenylatikonsäure  hat  die  Formel  X 
und  die  Phenylitakonsäure  die  Formel  XI 

CeHs — ^C — H 
(X)  II 

HOOC— C—CH.,.  COOH 

CeHs-C-H 
(XI)  II 

HOOC.CH2— C— COOH, 

weil  nur  die  erstere  die  gelbe  Indonessigsäure 

CH 


C«H, 


C—CH,.  COOH 


CO 


liefert  (Cis-Stellung  von  Phenyl  und  Car- 
boxyl);  die  Phenylitakonsäure  bildet  unter 
gleichen  Bedingungen  lediglich  ihr  farbloses 
Anhydrid. 

3.  Ketohydrindene,  Hydrindone  oder 
Indanone.  Man  unterscheidet  Mono-,  Di- 
und  Triketohydrindene. 

Von  den  Monoketohydrindenen  existieren 
zwei  Isomere,  die  beide  farblos  sind, 

25* 


388 


Indengruppe 


CH, 


CH, 


C«Hi 


CHo      C6H4 


CO 


GH., 


CO 

a-Hydrindon  /;-Hydrindon 

a-Indaiion  ^Ö-Indaiion 

Das  a-Hydrindon  entsteht  bei  der 
Einwirkung  von  Aluminiumchlorid  auf  das 
Hvdrozimtsäurechlorid 

CH,  CH2 


CO 


^'^'\c{om/ 


CH 


konstituiert  sind.  Die  Salzbildung  verläuft 
also  unter  intramolekularer  Umlagerung 
des  zyklischen  Diketons  in  ein  cyklisches 
Ketoenol  (Tautomerie  der  Indandione). 

Durch  Kondensation  des  Indandions  mit 
Aldehyden  und  Ketonen  entstehen  farbige 
Verbindungen  vom  Typus 


CfiH. 


CH,  =  CcH/ 


CHa+HCl 


COCl  CO 

Es  kann  über  sein  Oxim  durch  eine  Folge 
von  Reaktionen  in  das  luden  (s.  oben)  umge- 
wandelt werden  (beste  Darstellung  des  In- 
dens  aus  Zimtsäurederivaten).  Das  a- 
Hydrindon  kondensiert  sich  mit  iVldehyden 
und  Ketonen,  ferner  auch  mit  sich  selbst  zu 
einem  Anhydro-bis-hydrindon 


CfiHj 


^COv 

\co 


>C=CHR, 


.CH, 


/CfiH, 


C«H. 


^2\  /-6--4\ 

_  >C  =  C/  \CH„ 

\C0/  NCH,/ 

das  durch  stark  wasserentziehende  Mittel  den 

polvcyklischen    Kohlenwasserstoff    Truxen 

CH2  — C=C— CßHi 

C6H4— C=C— CH2 

liefert. 

Das  |ö-Hydrindon  wird  gewonnen  durch 
trockene  Destillation  des  o-phenylendiessig- 
sauren  Calciums 

yCHa— COO. 

V'a  =  CaCOg  + 
^CHa— COO/ 
/CH.\ 


die  wegen  der  konstitutiven  Aehnlichkeit  mit 
den  Indogeniden 

/CO. 
Ce<NH>=CHR 

und  mit  dem  Indigo  als  Carbindogenide 
bezeichnet  werden.  Ist  das  Radikal  R  z.  B. 
C6H4NH2  oder  C6H4OH,  so  repräsentieren 
solche  Verbindungen  gelbe  und  rote,  basische 
oder  saure  Beizenfarbstoffe,  die  bisher  noch 
keine  technischeVerwendung  gefunden  haben. 
Durch  Wasserabspaltung  aus  2  Mole- 
külen Indandion  entsteht  das  iVnhydro- 
bisdiketohydrinden  oder  Bindon 


/COx  /C6H4 

'        CO^         ^CH» 


>C0, 


CfiH4 


CfiHd 


>co. 


^CH, 


Das  1,3-Diketohydrinden  oder  a,  y- 
Indandion  (1,3),  das  "am  besten  durch  Ein- 
wirkung von  Natrium  auf  ein  Gemisch  von 
Phtalsäureester  und  Essigester  und  durch 
nachherige  Verseifung  des  zuerst  gebildeten 
Diketohydrindencarbonsäureesters  darge- 
stellt wird 

/COOCÄ 

C«H4\  +CH3.COOC2H5  -> 

^    ^XcOOCaHg 

,COx 


C«E 


■^co^ 


>CH— COOC2H5  -> 


CrH, 


/ 


CO 


\co/ 


CH2, 


ist  das  wichtigste  unter  den  Ketohydrindenen. 
Das  Indandion  ist  farblos,  bildet  aber  gelbe 
Alkalisalze,  die  nach  der  Formel 


das  violette  Alkalisalze  von  der  Formel 


/CO. 
CeH4<^0>= 


:C<  >C— ONa 

\CH^ 


liefert.  Es  gehört  also  ebenso  wie  das  In- 
dandion zu  den  tautomeren  Substanzen. 

4.  Carminsäure  ist  der  früher  hochge- 
schätzte Beizenfarbstoff  der  Cochenille, 
die  aus  den  getrockneten  Weibchen  einer  auf 
Kaktusarten  gezüchteten  Schildlaus  (coccus 
cacti)  besteht.  Das  mit  anderen  Zusätzen 
vermengte  Kalk-Tonerdesalz  der  Carminsäure 
ist  der  Carmin,  der  heute  noch  in  der 
Malerei  Verwendung  findet.  Das  Zinkoxyd- 
salz der  Carminsäure  diente  früher  als  roter 
Woll-  und  Seidenfarbstoff,  ist  gegenwärtig 
aber  ganz  durch  die  weit  billigeren  roten 
Azofarbstoffe  verdrängt. 

Die  Konstitution  der  Carminsäure  ist 
noch  nicht  genau  ermittelt  worden. 

Literatur.  V.  Meyer  «nd  P.  Jacobson,  Lehr- 
buch der  organischen  Chemie,  II.  Bd.,  2.  Teil. 
Leipzig  1903.  —  V.  v.  Richters,  Chemie  der 
Kohlenstoffverbindungen,  2.  Bd.     Bonn  1913. 

H.  Stobbe. 


Indexf lachen.    Wellenf lachen.     Indikatrix  —  Indigogmppe 


389 


Indexfläclien.    Wellenflächen. 
Indikatrix. 

Alle  drei  Flächen  beziehen  sich  auf  die 
Fortpflanzungsgeschwindigkeit  und  die 
Schwingungsrichtung  (Polarisation)  des 
Lichtes  in  Kristallen.  Bei  den  regulären 
(isotropen)  Kristallen  sind  alle  drei  ein- 
schalige Flächen,  bei  allen  übrigen,  doppel- 
brechenden (anisotropen)  Kristallen  sind 
Indexflächen  und  Wellenflächen  zweischalige, 
die  Indikatrix  einschalige  Flächen. 

Die  Indexflächen  stellen  die  Brechungs- 
indizes in  den  verschiedenen  Richtungen 
des  Kristalls  und  für  die  verschiedenen  durch 
Doppelbrechung  entstehenden  Strahlen  dar. 

Die  Wellenflächen  (oder  Strahlen- 
flächen) stellen  analog  die  Fortpflanzungs- 
geschwindigkeiten dar. 

Die  Indikatrix  wird  so  konstruiert,  daß 
man  in  jeder  Richtung  den  Brechungsexpo- 
nenten des  parallel  ihr  schwingenden  Strahles 
aufträgt.  Sie  ist  bei  regulären  Kjistallen  eine 
Kugel,  bei  optisch-einachsigen  Kristallen 
(hexagonal,  tetragonal)  ein  Rotationsellip- 
soid, bei  den  optisch-zweiachsigen  Kristallen 
(rhombisch,  monoklin,  triklin)  ein  drei- 
achsiges Ellipsoid  imd  gestattet  für  beliebige 
KristalldurchschnitteAi-t  der  Doppelbrechung, 
Schwingungsrichtung  und  die  Brechungsexpo- 
nenten der  die  Platte  senkrecht  treffenden 
Strahlen  direkt  abzulesen.  Vgl.  den  Artikel 
„Kristalloptik". 


Indices. 

In  der  geometrischen  Kristallographie 
die  Verhältniszahlen  der  Achsenabschnitte 
einer  beliebigen  Fläche  zu  denen  der  Grund- 
form. Die  Indizes  sind  stets  rationale  Zahlen 
(Gesetz  von  der  Rationalität  des  Indices). 
Vgl.  den  Artikel  „Kristallformen". 


entstehen  vier  weitere  Klassen  von  Ver- 
bindungen, die  auch  meist  durch  neue  Grup- 
pennamen gekennzeichnet  werden.  So  nennt 
man  die  Benzofurfurane  noch  Cuma- 
rone,  die  Benzothiophene :  Thionaph- 
tene  imd  die  Benzopyrazole:  Indazole. 
Von  besonderer  Wichtigkeit  unter  diesen 
Verbindungen  sind  die  x\bkömmhnge  der 
Benzopyrrol-  oder  Indolgruppe,  welche 
nach  dem  hierher  gehörenden,  wertvollen 
Farbstoff,  dem  Indigo,  auch  als  Indigo - 
gruppe  bekannt  ist. 

I.  Indigo.  Ein  wesentlicher  Teil  der 
Indolverbindungen  ist  beim  Abbau  des  In- 
digos  aufgefunden  worden.  In  der  Haupt- 
sache verdankt  man  die  Erschließung  dieses 
Gebietes  den  Untersuchungen  A.  v.  Baeyers. 

Die  Indole  lassen  sich  meist  zu  o-Amino- 
säuren  des  Benzols  aufspalten,  und  umgekehrt 
aus  den  letzteren  synthetisch  aufbauen.  Sie 
haben  physiologische  Bedeutung,  da  sie 
Spaltungsprodukte  der  Eiweißkörper  sind 
(siehe  diese).  Als  Derivate  des  Pyrrols  geben 
sie  auch  die  meisten  seiner  Reaktionen  (vgl. 
„Pyrrol"  im  Artikel  „Heterocyklische 
Systeme"). 

miß) 

\ 

CH(a) 


Indigogruppe. 

Einschließlich  Cumaron-,  Benzothiophen- 
und  Indazolgruppe, 

1.  Indigo.  2.  Cumaron.  3.  Benzothiophen. 
4.  Indazol.  5.  Dibenzopyrrol.  6.  Dibenzofur- 
furan.     7.  Dibenzothiophen. 

Treten  die  heterocyklischen  Fünfringe: 
DasPyrrol,  Furfuran,  Thiophen  undPy- 
razol  (vgl.  den  Artikel  ,, Heterocyklische 
Systeme")  mit  je  einem  Benzolring  derart 
zusammen,  daß  sie  mit  dem  letzteren  zwei 
benachbarte  C-Atome  gemeinsam  haben,  so 


NH(n) 

Indol,  glänzende  Blättchen  Fp.  52»  Sdp. 
245''  (Zers.)  findet  sich  in  der  bei  240  bis  60» 
siedenden  Fraktion  des  Steinkohlenteers, 
sowie  im  Jasmin-  und  Orangeblütenöl. 
Synthetisch  dargestellt  wird  es  durch  Re- 
duktion seiner  sauerstoffhaltigen  Derivate 
wie  Oxindol,  Indigo  und  namenthch  Indoxyl 
resp.  Indoxylsäure  (s.  unten).  Indol  entsteht 
ferner  durch  innere  Kondensation  einiger 
o-Aminoderivate  des  Benzols  z.  B.  des  o- 
Aminochlorstyrol  und  durch  Reduktion  von 
o-Nitrokörpefn  wie  o-Nitrozimtsäure. 

CH^CH.Cl  CH 

/  /  ^ 

CsH*  ->  CeH,     CH 

\  \   / 

NHs  NH 

o-Aminochlorstyrol 


CH=CH.COOH 


CfiHa 


NO2 

0-Nitrozimtsäure 


CH 

/  \ 

CßH*      CH 

\  / 

NH 


Wichtig  ist  auch  das  Auftreten  von  Indol 
bei  der  Pankreasfäulnis  von  Albuminaten 
neben  Skatol  (s.  unten). 

Alkylindole  und  .Indolkarbonsäuren 
entstehen  beim  Erhitzen  der  Phenylhydrazone 
von  Aldehyden,  Ketonen  und  Ketonsäui-en  mit 


390 


Indigogruppe 


Chlorzink    oder    Salzsäure     unter    Amnioniak- 
abspaltung: 

C.(CH3) 

/   % 
CsHs.NH.N=CH.CH,.CH3->-CeH4      CH 

NH 
^-Methylindol 
CH 
/COOK  /  % 

C6H5.NH.N  =  C<  ->►  CeH,       C.COOR 

^CH,  \    / 

NH 
a-lndolcarbonsäureester 
K  -  Methylindol,  Methylketol  bildet 
sich  aus  Acetonphenylhj^drazon  analog  der 
Skatoldarstellung.  a  Substituierte  Indole  geben 
mit  Aldehyden  kondensiert  Körper,  die  durch 
Oxydation  in  fuchsinähnliche  Farbstoffe  —  Ros- 
indole  —  übergehen.  /5  -  Methylindol, 
Skatol  findet  sich  in  den  menschlichen  Fäces. 
—  ci-  und  ^-Indolcarbonsäuren  entstehen 
abgesehen  von  der  bereits  erwähnten  Darstellungs- 
weise, durch  Kalischmelze  der  betreffenden 
Alkykindole.  —  1-Tryptophan,  Indol-/3- 
alanin,  ist  ein  hydrolytisches  Spaltungsprodukt 
vieler  Proteine.  —  Neben  diesen  Verbindungen 
existieren  noch  eine  Reihe  Halogen-Phenyl- 
Naphtalinderivate  sowie  Sulfosäuren  des  In- 
dols  u.  a.  Einige  Abkömmlinge  leiten  sich  von 
einer  desmotropen  Form  des  Indols,  dem  so- 
genannten Indolenin  ab: 
CH, 


C«H 


CH 

N 


Die  Oxyindolderivate  nehmen  als 
Uebergangsstufen  zum  Indigo  eine  beson- 
dere Stellung  ein.  Der  wichtigste  Vertreter 
dieser  Klasse,  das  /5-Oxyindoloder  In  doxyl 

C.OH 

/  \^ 
CgHi     CH, 

\   / 
NH 

gelbe  Kristalle  Fp.  85,  wird  bei  der  Kali- 
sclimelze  des  Indigos  unter  Luftabschluß 
neben  anderen  Verbindungen  erhalten. 
Andererseits  oxydiert  sich  Indoxyl  in  al- 
kalischer Lösung  bereits  an  der  Luft  zu  Indigo- 
blau. Ferner  entsteht  es  unter  COg-Ab- 
spaltung  aus  seiner  a-Carbonsäure,  der 
Indoxylsäure 

C.OH 

/  % 
CßH*     C.COOH 

\  / 
NH 

Fp.  123  (Zers.)  und  durch  Kalischmelze  des 
Phenylglycin  oder  dessen  o-Carbonsäure  (s. 
Indigosynthesen).  Im  letzteren  Falle 
entsteht  zuerst  Indoxylsäure. 

Mit  Kaliumpyrosulfat  liefert  Indoxyl  das 
Kaliumsalz  der  Indoxylschwefelsäure,  das  auch 
im  Harn  der  Pflanzenfresser  vorkommt. 


Die  Hydroindolderivate,  auch  Indo- 
line  genannt,  leiten  sich  vom  Dihydro- 
indol  ab 

CH2 

/   \ 
CßH«     CHg 

\,   / 
NH 

Von  den  Indolinen  sind  wiederum  die 
sauerstoffhaltigen  Vertreter,  die  Indolinone 
und  Indolinole  die  bemerkensw^ertesten. 
Das  Oxindol,  a-Indolinon 

CH2 

/   \ 

C6H4      CO 

\   / 

NH 

Fp.  120*'  und  seine  Homologen  entstehen 
durch  Erhitzen  der  Phenylhydrazide  einiger 
Fettsäuren  mit  Kalk: 

CßHs.NH.NH— CO.CH.R.Ri  ->■ 
CR.  Rj 
/   \ 
CeH^      CO  +  NH3. 

NH 
Das  Dioxindol,   /?-Oxy-a-Indolinon 

CH.OH 

/  \ 
CfiH.      CO 


NH 

bildet    sich    sowohl    durch    Oxydation    von 

Oxindol,  als  auch  durch  Reduktion  des  Isa- 

tins. 

Es  existiert  ferner  noch  ein  n,  «-Dioxindol 

CH2 

/  \ 
C^H^      CO 

\  / 
N.OH 

und  ein  n,  a,  /J-Trioxindol 

CH.OH 

/  \ 
CeHj       CO 

\  / 
N.OH 

Isatin,   Diketodihydroindol 

CO 

/  \ 
CsU,     CO, 

\  / 

NH 

orangerote  Prismen,  Fp.  201"  entsteht  durch 
Oxydation  von  Oxindol,  Dioxindol  oder 
Indigo.  In  der  angeführten  „Laktamform" 
scheint  das  freie  Isatin  nicht  existenzfähig 
zu  sein;  man  nennt  daher  die  Abkömmlinge 
dieser  Diketoform  Pseudo-oder  t/;-Isatin- 


Indigogruppe 


391 


Verbindungen.    Dem  freien  Isatin  Icommt 
wahrscheinlich  die  „Laktimformel"  zu: 
CO 
/   \ 
CßHi      C.OH. 

\    ^ 

N 

Es    entsteht   aus    o-Nitrophenylpropi Ölsäure 

C6H4(no2)C  =  C.COOH  durch  Kochen  mit  Al- 
kali; intermediär  bildet  sich  hierbei  durch 
Umlagerung  Isatogen  säure 

CO 
/C-C.COOH  /   \ 

anZ  -^  CfiH.     c.cooH 


% 


NO, 


CO 


N-0 

Isatogensäure 


->    CßHi      C.OH+CO2. 

\  ^ 

N 

Isatin  ist  noch  weiter  oxydierbar  mit  Chrom- 
säure zum  Isatosäureanhydrid.  Mit  Ammo- 
niak und  primären  Aminen  bilden  sich  .die 
Ime satine.  Isatin  kondensiert  sich  mit  Phenolen 
und  Kohlenwasserstoffen  der  Benzolreihe  unter 
Wasseraustritt ;  mit  Thiophen  gibt  es  den  blauen 
Farbstoff  Indophenin  (Indopheninreaktion). 
Mit  PCI3  bildet  Isatin  ein  Chlorid 
CO 

/    \ 
CgHi      C.CI. 

\   // 

N 

Wie  Isatin  so  kann  auch  das  Indoxyl  (vgl. 
früher)  in  einer  Pseudoform  reagieren: 
CO 

/   \ 

\  / 

NH 

Dies  Pseudoindoxyl  kondensiert  sich  mit 
Aldehyden  und  Ketonen  unter  Wasseraustritt 
zu  sogenannten  Indogeniden.  Das  zweiwertige 
Radikal: 

CgHi  C  = 

wird  Indogen  genannt.  Aus  Pseudoindoxyl 
und  Pseudoisatin  erhält  man  das  Indogenid 
des   letzteren,    das  Indirubin: 


CO 


CgH^ 


\ 


C0II4 

/      \ 
C  NH. 


von  P.  Friedländer  bekannt  geworden.  Im 
allgemeinen  entstehen  sie  durch  Kondensation 
von  Isatin  mit  Verbindungen,  die  eine  reaktions- 
fähige CIL-Gruppe  haben  und  enthalten  alle  die 
gleiche  chromophore  Gruppe  (vgl.  den  Artikel 
„Farbstoffe"). 

Indigoblau,  Indigotin  ist  ein  schon 
im  Altertum  bekannter  und  geschätzter  Farb- 
stoff (Indicum).  Er  verbreitete  sich  jedoch 
erst  im  Anfang  des  16.  Jahrhunderts  nach 
Auffindung  des  Seeweges  nach  Ostindien  in 
Europa.  Indigo  kommt  als  Glukosid  in  ver- 
schiedenen Indigoferaarten  namentlich 
in  Indien  vor;  geringe  Mengen  enthält  der 
Waid  (Europa).  Zur  Gewinnung  des  Farb- 
stoffes werden  diese  Pflanzen  mit  Wasser 
Übergossen,  durch  Gärung  wird  das  Gluko- 
sid gespalten  in  Glukose  und  Indoxyl;  letzteres 
geht  mit  in  Lösung  und  durch  den  Luft- 
sauerstoff wird  aus  der  gelben  Flüssigkeit  der 
Indigo  abgeschieden,  der  noch  einer  ein- 
gehenden Reinigung  unterworfen  werden  muß. 
Die  besten  natürlichen  Sorten  enthalten  70 
bis  80%  Indigo;  außerdem  Indigo  leim, 
Indigo  braun-  und  rot,  Substanzen  von 
unbekannter  Struktur.  —  Die  Konstitu- 
tionserforschung des  Indigos  hat  nun 
einige  Jahrzehnte  in  Anspruch  genommen. 
Zur  Zeit  der  Alchymisten  galt  der  Indigo 
als  ein  Metall  oder  Mineral.  1841  gelang  es 
Erdmann  und  Laurent  gleichzeitig  Indigo 
mit  Salpetersäure  zu  Isatin  zu  oxydieren. 
1880  bis  1883  konnte  A.  v.  Baeyer  end- 
gültige Konstitutionsbeweise  und  Dar- 
stellungsmethoden (o-Nitrobenzaldehyd  und 
Aceton)  geben.  Für  die  technische  Herstel- 
lung im  großen  Maßstabe  ist  die  Synthese 
von  Heu  mann  1890  von  Wichtigkeit  ge- 
worden (aus  Phenylglycin  oder  dessen  Car- 
bonsäure). Dank  dieser  Entwdckelung  ist 
heute  der  natürliche  Indigo  namentlich  in 
Deutschland  fast  ganz  vom  künstlichen 
verdrängt  worden,  der  überdies  noch  .be- 
deutend reiner  ist  als  der  Pflanzenindigo 
(97  bis  ca.  99,5%).  1912  hatte  die  deutsche 
Indigoausfuhr  einen  Wert  von  ca.  40  Mill.  M. 
erreicht. 


NH  CO 

Es  ist  ein  dem  Indigo  isomerer,  blauer  Farbstoff, 
der  im  natürlichen  Indigo  sich  vorfindet  (vgl. 
den  Ai'tikel  ,, Farbstoffe").  Indigo  selber  kann 
als  ein  Diindogen  (Verknüpfung  zweier  Indo- 
genradikale  vgl.  später)  aufgefaßt  werden. 
Eine  Reihe  derartiger  sogenannter  indigoider 
Farbstoffe  ist  namentlich  durch  die  Arbeiten 


Indiffoblau 


CO 


CO 


CßHd 


C:C 


/ 


CfiHd 


NH  NH 

ist  ein  dunkelblaues  Pulver,  das  sublimiert 
kiipf erartig  glänzende  Prismen  bildet;  sein 
Dampf  ist  violettrot.  In  den  meisten  Medien 
ist  er  unlöslich;  ziemlich  leicht  in  heißem 
Anilin,  Terpentinöl  und  geschmolzenem 
Paraffin;  schwerer  in  einer  Mischung  von 
5  Raumteilen  Eisessig  und  1  Raumteil 
H2SO4  konz.  Von  den  zahlreichen  Indigo- 
synthesen seien  nur  einige  der  wichtigsten 
hier  angegeben: 


392 


Indigogruppe 


1.  Reduktion    von    Isatin    resp.    Isatin- 
chlorid. 

2.  Oxydation  von  Indoyxl  luul  Indoxyl- 
säure. 


CH, 


/ 


CHO 


3.  2C8H4<         +  2C0  > 

^NOa  I 

CH3 
o-Nitrobenzaldehyd  Aceton 

/OH 
CH<( 
2C6H4/       ^CH2.CO.CH3  + Alkali 
^NO^ 
o-Nitrophenylmilchsäuremethylketon 

— >■  Indigo  +  Essigsäure +  H2O  (v.  Baeyer). 

4.  Die  technisch  wichtigsten  Indigo- 
synthesen sind,  wie  bereits  erwähnt  (Heu- 
mann),  die  über  das  Phenylglycin  (aus  Anilin) 
und  über  die  Phenylglycincarbonsäure  (aus 
Naphtalin).  Näheres  über  die  Darstellung 
vgl.  in  dem  Artikel  „Farbstoffe". 

Die  Substitutionsprodukte  des  Indigos 
sind  sehr  zahlreich.  Halogen-  namentlich 
Bromindigotine  spielen  als  Farbstoffe  eine 
Rolle  (Tetrabromindigo:  Cibablau);  sie 
können  durch  direkte  Halogenisierung  des  Indi- 
gos erhalten  werden.  P.  Friedländer  gelang  es, 
aus  12  000  Purpiirschnecken  1,4  g  eines  Farb- 
stoffes zu  isolieren,  der  mit  einem  Dibromindigo 
identisch  ist.  Er  ist  der  bereits  von  Plinius  be- 
schriebene kostbare  Purpur  des  Altertums.  — 
Nitroderivate  (aus  Nitroisatin)  sind  reduzierbar 
zu  den  betreffenden  Aminoverbin  düngen.  — 
Alkylindigotine  entstehen  analog  dem  In- 
digo. —  Napthylindigotine 
CO  CO 


,, Farbstoffe")  mit  Hilfe  von  Reduktions- 
mitteln wie  Ferrosulfat,  Zinkstaub  und  Alkali 
oder  Kalk,  Hydrosulfit  u.  a.  Das  hierbei  sich 
bildende  Indigweiß,  kann  als  ein  Diin doxyl 
aufgefaßt  werden: 

C.OH        C.OH 

/%         ^\ 
C6H4       C — C        C6H4; 

\  /     \  / 

NH  NH 

es  ist  in  reinem  Zustande  weiß,  in  Alkalien, 
Alkohol  und  Aether  löslich  und  oxydiert 
sich  an  der  Luft  leicht  wieder  zu  Indigoblau. 
Nach  neueren  Untersuchungen  von  A.  Binz 
beruht  die  Küpenbildung  nicht  auf  An- 
lagerung von  Wasserstoff,  sondern  auf  Ent- 
ziehung von  Sauerstoff. 

Ein  Isomeres  des  Indigos,  das  Isoindigotin, 
ist  aus  Oxindol  und  Isatin  hergestellt  worden. 
Granatrote  Nadeln: 


CgH4  CgH^ 

NH  C:C 

\      /      \      / 
CO  CO 


NH. 


CinHc 


C:C 


CinH» 


NH 


NH 


bilden  sich  aus  Naphtylaminen  mit  Chlor- 
essigsäure und  Kali.  —  Indi  gosulfosäuren: 
Bei  Behandlung  des  Indigos  mit  kalter  konzen- 
trierter H2SO4  erhält  man  erst  eine  grüne 
Lösung;  nach  dem  Erwärmen  die  Monosulfo- 
säure  (Phönicinschwefel säure),  deren  Salze 
purpurrot  gefärbt  sind.  Indigodisulfosäure 
(Sächsischblaufärberei)  erhält  man  neben 
der  Trisulfosäure  bei  Anwendung  rauchender 
Schwefelsäure.  Die  Alkalisalze  der  Disulfosäure 
kommen  als  teigförmiges  Indigcarmin  in  den 
Handel.  —  Durch  nicht  zu  weit  gehende  Oxy- 
dation des  Indigos  entsteht  Dehydroindigo. 
CO  CO 

/     \       /     \ 
CgH4  C — C  CgH4. 

\    ^         \     / 

N  N 

Von  besonderer  Bedeutung  ist  das  Hy- 
droindigotin  oder  Indigweiß.  Da  wie 
erwähnt  Indigo  schwer  löslich  ist,  muß  er 
für  die  Färberei  in  eine  lösliche  Form  über- 
geführt werden.  Dies  geschieht  durch  die 
„Verküpung"  des  Indigos  (vgl  den  Artikel 


2.   Cumaron.    Der    Stammkörper  dieser 
Gruppe  ist  ein  Benzofurfuran 

CH(^) 

CH(a) 


0 

Sdp.  171/2°.  Es  findet  sich  mit  mehreren 
Homologen  im  Steinkohlenteer.  Die  Cu- 
marone  verdanken  ihren  Namen  der  Bil- 
dung aus  a-Bromcumarinen : 


CH  =  C.Br 


CfiH4 


\ 


+  Alkali 


0  —  CO 

CH 

/\ 
C6H4       C.COOH: 

\  / 
0 

a-Cumarilsäure  ;  diese  geht  durch  Kohlen- 
säureabspaltuug  in  Cumaron  über.  Ferner 
entsteht  es  aus  o-Oxychlorstyrol  uiid  Kali 
(vgl.  die  analoge  Indolbildung).  Sauerstoff- 
haltige Orthoderivate  der  Phenoxyessig- 
säure  bilden  leicht  Cumarone. 

a-Cumarilsäureester  erhält  man  durch 
Einwirkung  von  Natriumphenolaten  auf  Chlor- 
acetessigester;  ein  t<:-Benzoylcumaron  aus 
Salicylaldehyd  und  Bromacetophenon  bei  Gegen- 
wart von  Kali.  —  Von  den  übrigen  Abkömmlingen 
des  Cumaron  sei  neben  einer  Anzahl  Halogen-, 
Alkyl-  und  Arylderivaten  das  Reduktionsprodukt 
der  Cumaron  besonders  erwähnt,  das  Dihydro- 
cumaron    oder   Cumaran: 


Indigogruppe 


393 


CH, 


CgH* 


\ 


CH, 


0 


seine  Ketoverbindungen  sind  das  cc-  und  ß- 
Cumaranon.  Aus  a-Nitrocumaranonkalium 
entsteht  mit  Brom  oder  Jod  der  Biscumaran- 
oder  Oxindigo: 

CO  CO 


C6H4        C:C 


CeHj. 


0 


3.  Benzothiophen.  Das  Gebiet  der 
ßenzothiophene  oder  Thionaphtene  ist 
erst  in  letzter  Zeit  durch  die  Arbeiten  P. 
Friedländers  über  den  Tliioindigo  mehr 
erschlossen  worden.  Die  Verbindungen 
dieser  Gruppe  weisen  die  gleich  weitgehen- 
den Analogien  mit  den  entsprechenden 
Naphtalinderivaten  auf,  wie  die  des  Thio- 
phens  mit  den  betreffenden  Benzolab- 
kömmlingen. 

Benzothiophen    oder    Thionaphten 

CH(^) 
CH(a) 


Fp.  320  gdp.  221"  findet  sich  naphtalinartig 
riechend  im  Braunkohlenteer.  Aehnlich  dem 
Indol  und  Cumaron  entsteht  es  aus  0- 
Sulfhydryl-oj-chlorstyrol 

GH 
CH  =  CH.C1  /    % 

CeB/  — >  CeH4       CH+HCl; 

^SH  \    / 

S 

ferner  durch  Reduktion  der  jS-Oxyverbindung 
mit  Zinkstaub  und  Eissesig. 

|3-Oxythionaphten,       Thioindoxyl      farb- 

C.OH 

/\ 
C6H4      CH, 

\  / 

S 

lose  Nadeln  Fp.  71"  ist  erhältlich  aus  seiner 
a-Carbonsäure  durch  COa-Abspaltung,  sowie  durh 
Kochen  von  /J-Amidothionaphten  mit  ver- 
dünnten Mineralsäuren.  Thioindoxyl  verhält 
sich  analog  dem  Indoxyl;  es  oxydiert  sich  in 
alkalischer  Lösung  zu  Thioindigo  und  reagiert 
öfters  in  einer  desmotropen  Form: 


CO 


/ 


CrHj 


CH, 


Ebenso  vermag  es  mit  Aldehyden  und  Ketonen 
gefärbte  Thioindogenide  zu  bilden:  mit 
Thionaphtenchinon  oder  Thioisatin 


CO 

/    \ 
C«H4       CO 

\^ 

entsteht  das  Thioindirubin: 

CO  CgH, 

/   \      /      \ 
CsH4       C:C  S. 

\   /      \      / 
S  CO 

S-  und  N-haltige  Indigoide  sind  der  Thioindigo- 
scharlach  R  und  das  Cibaviolett  A  (vgl.  den 
Artikel  „Farbstoffe"). 

Thioindigorot,  das  S-haltige  Ana- 
logon  des  Indigblau,  kann  als  Dithioindo- 
gen  aufgefaßt  werden: 


CO 


CO 


C6H4      C:C         CeHj 
\  /     \   / 

s         s 

braunrote,  glänzende  Nadeln  aus  Nitro- 
benzol  Fp.  oberhalb  280";  sie  geben  stark 
erhitzt  einen  orangeroten  Dampf.  —  Die 
genaue  Synthese  des  Thioindigo  über  das 
Thioindoxyl  vgl.  Farbstoffe. 

Weitere  Darstellungsarten  sind  1.  die  aus 
Acethylendichlorid  und  Thiosalicylsäure, 
2.  die  Oxydation  von  o-Acetothiophenol 
durch  den  Sauerstoff  der  Luft  in  alkalischer 
Lösung.  Mittels  Verküpung  geht  auch  der 
Thioindigo  in  seine  Hydroverbindung,  das 
Thioindigweiß  über;  es  kann  als  Dithio- 
indoxyl  betrachtet  werden: 

C.OH      C.OH 
/%       ^\ 
C6H4      G .  G        G6H4. 

\  /        \  / 
S  S 

Einige  Cibafarbstoffe  sind  halogenisierte 
Thioindigotine.  Durch  Einführung  von  Alkylox- 
Alkylthio-Aminogruppen  und  anderer  Substi- 
tuenten  in  den  Thioindigo  erhält  man  die  Helin- 
donfarben  (vgl.  den  Artikel  ,, Farbstoffe"). 
Naphtylthioindigo  ist  ein  blauschwarzes 
Pulver. 

4.  Indazolgruppe.  Indazole  sind  Ben- 
zopyrazole;  man  kann  sie  sich  entstanden 
denken,  dadurch  daß  zwei  C-Atome  des  fünf- 
gliedrigen  Heteroringes,  des  Pyrazols  (vgl. 
den  Artikel  „Heterocyklische  Systeme") 
an  einem  Benzobinge  teilnehmen.  Es  sind 
zwei  isomere  Reihen  von  Indazolen  resp. 
Indazolderivaten  bekannt.  Die  eine  leitet 
sich  vom  Stammkörper  Indazol: 


NH(^) 

N(a) 


\ 


394 


Indigogruppe 


ab,  die  andere  vom  Isindazol: 
/v      CH(y) 


\ 


N(^) 


NH(a) 

4a)  Indazole.  Sie  werden  nach  fol- 
genden Methoden  dargestellt:  Durch  Er- 
hitzen von  o-Hydrazinzimmtsäure: 

CH=CH.COOH 
C8H4(^  —>  Indazol-|- Essigsäure. 

^NH.NHa 

Ferner  durch  Zersetzung  von  o-Methvl- 
diazobcnzolen.  Indazol  Fp.  146"  Sdp.  270° 
und  seine  Abkömmlinge  sind  schwache  Basen, 
die  gegen  Alkalien  beständig,  gegen  Oxyda- 
tionsmittel unbeständig  sind. 

Derivate  können  sich  bilden,  indem  die 
Substituenten  (Nitro-,  Amine-,  Oxy-Alkylgruppen 
u.  a.)  sowohl  an  den  Benzolring  als  auch  an  den 
Heteroring  treten.  Von  den  letzteren  seien  er- 
wähnt: (5-Oxyindazol  entsteht  aus  o-Azido- 
benzaldoxim;  es  läßt  sich  leicht  zu  Indazol  redu- 
zieren. —  Methylindazole  entstehen  aus 
o-Hydrazinacetophenonen ;  Phenylindazole 
durch  Reduktion  von  o-Nitrobenzylanilinen.  — 
y-Indazolcarbon säure  wird  aus  der  Isatin- 
säure  gewonnen.  (Ein  Uebergang  vom  Indol 
zum  Indazol.)  —  Es  existieren  auch  Azo-  imd 
Diazoindazole;  letztere  bilden  innere  Anhy- 
dride, sogenannte  Indazoltriazolene,  die 
sich  zu  Azofarbstoffen  kuppeln  lassen.  —  Hydro- 
derivate  sind  nur  von  Indazolabkömmlingen 
bekannt.  Die  sauerstoffhaltigen  Indazolone 
entsprechen  den  einkernigen  Pyrazolonen  (vgl. 
,,Heterocyklische  Verb."),  sind  also  Benzo- 
pyrazolone. 

4b)  Isindazole.  Sie  entstehen  ganz  ana- 
log wie  die  isomeren  Indazole,  nur  müssen 
die  als  Ausgangsmaterial  dienenden  o-Hydra- 
zinderivate  am  a-Stickstoffatom  substituiert 
sein:  So  bildet  sich  aus  0-,  a-Alkylhydrazin- 
zimtsäure  eine  a-Alkylisindazolessigsäure: 
CH  =  CH.COOH 


furan  und  Thiophen  zwischen  zwei  ihnen 
angegliederten  Benzolkernen.  Man  kann 
diese  Dibenzokörper  auch  als  Imid-Oxyd- 
und  Sulfid  des  Diphenylens  auffassen. 

(Dibenzo])yrazole  existieren  nicht,  da 
statt  der  zur  Kondensation  nötigen  vier 
C-Atome  nur  drei  im  Fünfring  vorhanden 
sind.) 

5.  Dibenzopyrrole.  Die  Grundsubstanz 
auch  Diphenylenimid  und  Carbazol 
genannt : 


NH 

Fp.  2.38»  Sdp.  351°  kommt  im  Rohanthracen 
vor,  welchem  es  durch  die  Kalischmelze  als 
Carbazolkalium  entzogen  wird.  Auf  syn- 
thetischem Wege  wird  es  erhalten,  indem  man 
Diphenylamin  durch  glühende  Röhren  leitet, 
durch  Entschweflung  von  Thiodiphenylamin 
mittels  Kupferpulver  und  ferner  aus  Di- 
aminodiphenyl  durch  Erhitzen  mit  Salz- 
säure. Die  Carbazole,  wie  diese  Verbin- 
dungen meist  genannt  werden,  sind  bestän- 
dige Körper,  die  sich  ähnlich  den  Indolen 
verhalten;  sie  geben  auch  die  Pyrrolreak- 
tionen  (Fichtenspahn  und  Blaufärbung  mit 
Isatin  und  Schwefelsäure). 

Carbazol  bildet  eine  Reihe  Derivate,  von 
denen  hier  die  Hydrocarbazole  erwähnt  seien: 
Dihvdrocarbazol 


CfHf 


-N(a)-NH2 

R 

C— CH2.COOH 

/\ 
C6H4      N 

\  / 

R 
Die  Isindazole  verhalten  sich  wie  die  Ver- 
treter der  isomeren  Reihe. 

Ueber  die  den  Indazolen isomeren  Benzimid- 
azole  vgl.  den  Artikel  ,,Heterocyklische 
Systeme". 

Im  Anschluß  an  die  besprochenen  vier 
Gruppen  seien  noch  einige  Reihen  von 
Dibenzoverbindungen  angeführt.  In 
diesen  stehen  die  Hetcroringe:  Pyrrol,  Fur- 


\nh/ 

entsteht  durch  Reduktion  der  Grundsubstanz 
mit  Natrium  und  Amylalkohol.  Auch  Tetra- 
und  Hexa  hydrocarbazole  sind  dargestellt 
worden.  Die  Tetrahydroverbindung  geht  durch 
die  Kalischmelze  in  ci-Indolcarbonsäure  über. 
Mit  Oxalsäxu-e  verschmolzen  bildet  das  Carbazol 
einen  zu  den  Trmhenylmethanfarbstoffen 
gehörigen  Körper  das  Carbazolblau  (Tricar- 
b  a  z  0 1  c  a r  b i  n 0 1).  Auch  Carbazole,  die  Naphtalin 
und  Phenanthrenkerne  enthalten,  sind  bekannt. 

6.  Dibenzofurfuran.  Der  Stammkörper 
das  Bibenzofurfuran  oder  Diphenylen- 
oxyd 


Fp.  8P  Sdp.  288»  kommt  im  Stubbfett  vor, 
einem  Destillationsprodukt  der  Quecksilber- 
erze in  Idria.  Synthetisch  wird  es  erhalten 
durch  Destillation  von  Phenol  mit  Blei- 
oxyd oder  von  Phenylphospliat  mit  Kalk. 
Am  leichtesten  ist  es  erhältlich  aus  der 
Tetrazoverbindung  des  0-,  o-Diamino- 
diphenyls  durch  Kochen  mit  Säuren. 

Diphenylenoxyd  läßt  sich  broraieren,  nitrie- 
ren und  reduzieren.  DasDiaminodiphenylen- 
oxyd  liefert  Substantive  Azofarbstoffe.      Auch 


Indigogi'uppe  —  Induktivität 


395 


a-  und  /J-Dinaphtjdenoxyde  sind  hergestellt 
worden. 

y.Dibenzothiophen.  D i b eii z o t hi o p h en 
oder  Diphenylensulfid 


Fp.  97°  Sdp.  333"  verhält  sich  analog  dem 
Diphenylenoxyd.     Es  entsteht,  indem  man 
Phenylsulfid  durch  glühende  Röhren  destil- 
liert.    Oxydiert  bildet  es  ein  Sulfon 
CeH4 — CeHj 


SO, 
Zwei  Dinaphtylentliiophene  sind  darge- 
stellt   worden    aus    Dioxydinaphtylensulfid    mit 
konzentrierter    H2SO4    und    durch    Behandlung 
von  Naphtalin  mit  Schwefel  bei  Rotglut. 

Literatur.       V.   v.   Mlchter,    Organische   Chemie, 
Bd.  2,  11.  Aufl.    Bonn  1913.  —  E.  Wedekind, 

Heterocyklische  Verbindungen.  Leipzig  1901.  — 
lt.  Nietzki,  Chemie  der  organischen  Farbstoffe, 
5.  Avfl.  Berlin  1906.  —  G.  Schultz,  Chemie 
des  Steinkohlenteers,  Bd.  2  Farbstoffe.  Braxi.n- 
schweig  1901.  —  P.  Friedländer,  Fortschritte 
der  Teerfarbertfabrikation.  Berlin  1900  bis  1912. 
—  Indigo  rein.  Selbstverlag  der  Badischen 
Anilin-  und  Sodafabrik,  1908. 

K.  Schädel, 


Induktivität. 

1.  Definition  der  Induktivitäten  aus  der 
magnetischen  Energie.  2.  Die  induzierten  elektro- 
motorischen Kräfte.  3.  Die  Induktivitäten  in 
Wechselstromki'eisen.  4.  Die  Kapazität  von 
Leitergebilden.  5.  Die  Resonanz.  6.  Berech- 
nung von  Induktivitäten.  7.  Konstruktion  von 
Induktivitätsspulen.  8.  Induktivitätsmessungen 
unter  Verwendung  von  Gleichströmen.  9.  Appa- 
ratur für  Induktivitätsmessungen  unter  Ver- 
wendung von  Wechselströmen.  a)  Wechsel- 
stromcpiellen.  b)  Stromindikatoren,  c)  Wider- 
stände. 10.  Induktivitätsmessungen  in  der  Wheat- 
stoneschen  Brücke.  11.  Messungen  mittels 
Differentialtelephon.  12.  Messung  der  Gegen- 
induktivitäten. 

I.  Definition  der  Induktivitäten  aus 
der  magnetischen  Energie.  Wird  ein 
beliebiges  System  von  Stromleitern  von 
elektrischen  Strömen  durchflössen,  so  ent- 
steht bekanntlich  im  Innern  und  in  der 
Umgebung  der  Leiter  ein  magnetisches  Feld. 
Jedem  Punkt  im  Raum  kommt  eine  magne- 
tische Feldstärke  S^  und  eine  magnetische 
Induktion  ^  zu,  die  beide  in  dieselbe  Rich- 
tung fallen.  Das  von  den  Strömen  herrührende 
Feld  entsteht  nicht  ohne  einen  gewissen 
Aufwand  von  Energie;  in  dem  Felde  ist 
also  Energie  aufgespeichert,  es  enthält 
eine  ganz  liestimmte  Energiemenge. 

Umgekehrt    kann    natürlich    nach    dem 


Prinzip  von  der  Erhaltung  der  Energie 
das  magnetischeFeld  nicht  vernichtet  werden, 
ohne  daß  die  in  ihm  enthaltene  Energie  in 
eine  andere  Energieform  übergeführt  wird. 
Jedes  Volumelement  dv  im  Raum  ent- 
hält einen  Betrag  an  magnetischer  Energie, 
der  nach  Maxwell  der  Größe  dieses  Elementes 
proportional  ist  und  gleich 

^  $»dv  (1) 

zu  setzen  ist,  wenn  !g  und  $8  in  elektro- 
magnetischen cgs-Einheiten  gemessen 
werden:  auch  die  Energie  ergibt  sich  dann 
in  absoluten  cgs-Einheiten,  d.  h.  in  Erg. 
Die  gesamte  im  Raum  vorhandene  Energie 
erhält  man  durch  Integrieren  des  obigen 
Ausdruckes  über  alle  Raumteile,  in  denen 
ein  magnetisches  Feld  vorhanden  ist. 

Der  einfachste  Fall  ist  der,  daß  ein  einziger 
Stromkreis  vorhanden  ist,  z.  B.  eine  Spule 
von  n-Windungen,  die  von  einem  Gleich- 
strom i  durchflössen  wird.  Die  Spule  be- 
finde sich  in  einer  Umgebung  aus  nicht 
ferromagnetischem  Material  von  der  Per- 
meabilität //.;  //,  sei  also  konstant,  es  ist  z.  B. 
für  Luft  praktisch  gleich  eins  zu  setzen. 
In  diesem  Falle  erhält  man  ein  mehr  oder 
weniger  unregelmäßig  verteiltes  magnetisches 
Feld,  von  dem  man  aber  aussagen  kann, 
daß  die  Feldstärke  §  in  jedem  Punkt 
proportional  der  erregenden  Stromstärke  i 
ist;  dasselbe  gilt  wegen  der  konstanten 
Permeabilität  auch  von  der  magnetischen 
Induktion  58.  Mithin  ergibt  sich,  daß  die 
magnetische  Energie  dem  Quadrat  der  das 
Feld  erregenden  Stromstärke  i  proportional 
ist.     Man  kann  daher  setzen: 


W  =  ^  Li2 


(2) 


Den  Proportionalitätsfaktor  L  nennt  man 
den  Selbstinduktionskoeffizienten  oder 
die  Selbstinduktivität  des  Leitergebildes 
(Spule);  werden  W  und  i  in  elektromagneti- 
schen Cgs-Einheiten  gemessen,  so  erhält 
man  auch  L  in  diesen  Einheiten  und  zwar 
hat  es  die  Dimension  einer  Länge  [cm]. 
Drückt  man  W  und  i  in  den  technischen 
Einheiten 

Wattsekunde  und  Ampere 
aus,  so  erhält  man  L  in 
Henry 
10^   Cgs-Einheiten    (elektromagnetisch)   sind 
gleich  1  Henry. 

Aus  den  Definitionen  für  magnetische 
Energie  und  Selbstinduktivität  erkennt  man, 
daß  letztere  der  Permeabilität  einer  in  einem 
homogenen  Material  eingebetteten  Spule 
proportional  ist  (lineare  Abhängigkeit  von 
sß  =  //*p);  ferner,  daß  die  Selbstinduktivität 
abgesehen  von  der  Permeabilität  nur  von 
den  geometrischen  Abmessungen  des  Leiter- 
gebildes (bei  Spulen:  Spulenform  und  Win- 


396 


Induktivität 


dinigszahl)  abhängt.  Insbesondere  ist  es 
verhältnismäßig  einfach  zu  erkennen,  wie 
bei  gegebener  Spulenform  die  Selbstinduk- 
tivität von  der  AVindungszahl  einer  Spule 
abhängt.  Denkt  man  sich  jede  Wiiulung 
der  Spule  durch  n  liintereinandcrgeschaltete 
ersetzt,  von  der  jede  den  n-ten  Teil  des 
Quersclmittes  gegenüber  den  ursprünglichen 
besitzt  und  auch  nurdenn-teuTeildes  Stromes 
führt,  so  daß  also  die  die  unterteilte  Spule 
durchfließende  Stromstärke  i/n  beträgt, 
so  bleibt  das  magnetische  Feld  und  damit 
die  magnetische  Energie  ungeändert.  Da  aber 

ist,  so  folgt,  daß  bei  gegebener  Spulenform 
die  Selbstinduktivität  dem  Quadrat  der 
Windungszahlen  proportional  sein  muß. 
Dieses  Gesetz  gilt  praktisch  aber  nur  an- 
genähert, weil  auf  den  Raum,  den  die 
Isolation  beansprucht,  nicht  Rücksicht  ge- 
nommen ist. 

Mag  nun  weiter  das  magnetische  Feld 
nicht  von  einem,  sondern  von  zwei  Strom- 
kreisen herrühren,  die  metallisch  nicht  mit- 
einander zusammenhängen.  Der  eine  Strom- 
kreis führt  den  Gleichstrom  ii,  der  andere 
den  Gleichstrom  ig.  Dann  entsteht  ein 
magnetisches  Feld,  das  sich  in  jedem  Punkte 
aus  zwei  Komponenten  §j  ^"i^  ^^^  zusammen- 
setzt, von  denen  die  eine  vom  Strom  i^ 
und  die  andere  vom  Strom  ig  herrührt. 
Da  die  magnetische  Energie  bei  konstanter 
Permeabilität  wieder  dem  Quadrat  des 
resultierenden  magnetischen  Feldes  proportio- 
nal zu  setzen  ist,  so  kann  man  dafür  folgenden 
Ansatz  machen 

W  =  ^  L,i,2  +  Miii^  +  ^  L^i^^       (3) 

Schaltet  man  den  Strom  ig  aus  (ig  =  0), 
so  erkennt  man  aus  der  Formel  für  W,  daß 
L,  die  Selbstinduktivität  des  Kreises  I  ist, 
und  ebenso  Lg  die  Selbstinduktivität  des 
Kreises  II.  Die  magnetische  Gesamtenergie 
beider  Kreise  ist  aber  nicht  bloß  die  Summe 
der  beiden  Eigenenergien  jedes  der  Kreise, 
sondern  es  tritt  noch   ein  drittes  Glied  auf 

Mijio, 
die  wechselseitige  Energie.  M  heißt  der 
gegenseitige  Induktionskoeffizient  oder  die 
Gegeninduktivität  der  beiden  Kreise.  Hat 
man  die  Richtungen,  in  denen  man  die 
Ströme  i^  und  ig  positiv  rechnen  will,  fest- 
gelegt, so  wird,  wenn  die  Ströme  in  dieser 
positiven  Richtung  fließen,  das  aus  §,  und 
§2  resultierende  Feld  gegenüber  den  Einzel- 
feldern entweder  verstärkt  oder  geschwächt. 
Im  ersten  Falle  ist  M  ein  positives,  im 
zweiten  ein  negatives  Zeiclien  zu  geben. 
Während  also  die  Selbstinduktivitäten  stets 
positiv  sind,  kann  die  Gegeninduktivität 
sowohl  positiv,   wie  negativ  sein.     Welches 


der  beiden  Zeiclien  anzuwenden  ist,  muß  in 
jedem  Falle  geiuiu  überlegt  werden. 

Man  stelle  sich  z.  B.  vor,  daß  die  beiden 
Spulen  I  und  II  bifilar  miteinander  auf- 
gewunden sind,  so  daß  neben  jedem  Leiter 
der  Spule  I  ein  gleich  starker  der  Spule  II 
liegt;  Spule  I  und  II  haben  also  gleiche 
Form  und  gleiche  Windungszahl,  mithin 
auch  die  gleiche  Selbstinduktivität.  Schickt 
man  durch  die  Spulen  zwei  Ströme  gleicher 
Stärke,  aber  entgegengesetzter  Richtung, 
so  wird  das  resultierende  magnetische  Feld 
und  somit  die  Gesamtenergie  des  magneti- 
schen Feldes  Null.  Jede  der  Spulen  hat  für 
sich  eine  Eigenenergie  vom  Betrage  LiV2; 
die  gegenseitige  Induktivität  muß  also 
negativ  sein;  denn  die  gegenseitige  Energie 
muß  die  Eigenenergie  der  Spulen  vernichten: 

W  =  ^  Li2+  J  Li2  —  Mi2  =  0. 

Daraus  folgt  M  =  L  oder  die  gegenseitige 
Induktivität  von  zwei  einander  gleichen 
Spulen  kann  bestenfalls  gleich  der  Selbst- 
induktivität jeder  dieser  Spulen  sein;  jeden- 
falls nie  größer,  weil  sonst  die  Energie  W 
einen    negativen    Wert    annehmen    müßte. 

Für  zwei  Spulen  von  beliebiger  Form 
und  Windungszahl  kann  man  den  Satz 
aussprechen,  daß  stets 

M2  <  LiLg 
ist.    Die  Größe 

k  =  miUL,  (4) 

pflegt  als  Koppelungsfaktor  bezeichnet  zu 
werden;  sie  ist  nicht  größer  als  1  und  wird 
meist  in  Prozenten  angegeben. 

Allgemein  kann  man  auf  Grund  von 
Betrachtungen,  die  denen  bei  der  Selbst- 
induktivität angestellten  ähnlich  sind,  sagen, 
daß  die  Gegeninduktivität  abgesehen  von 
der  Permeabilität,  nur  von  Form  und 
Windungszahl  der  beiden  Spulen,  sowie  von 
ihrer  gegenseitigen  Lage  abhängt.  Sind 
äußere  x\bmessungen  und  gegenseitige  Lage 
der  Spulen  gegeben,  so  ist  die  Gegeninduk- 
tivität denr  Produkt  der  Windungszahlen 
der  beiden  Spulen  proportional  zu  setzen. 
Auch  hier  ist  aber  dieses  Gesetz  wegen  der 
Dicke  der  Isolierung  nicht  als  streng  genau 
anzusehen. 

Selbstinduktivität  und  gegenseitige  In- 
duktivität haben  offenbar  die  gleiche  Di- 
mension im  absoluten  Maßsystem;  sie  werden 
also   auch  in  gleichen   Einheiten  gemessen. 

Geht  man  zu  n  voneinander  getrennten 
Stromkreisen  über,  die  von  den  Strömen  ij, 
ig... in  durchflössen  werden,  so  kann  man 
für  die  gesamte  magnetische  Energie  des 
Systems  folgenden  iVnsatz  machen: 

W  =  l  Lnh^+  l    Lggig^  +...-+-  ^  Ln„in2  + 

Migijig  +  Miaiiia  +  Mgsiaia  +  . .  •  (5) 
Die  n-Koeffizienten  L^  Lgg . . .  Lnn  sind  die 


Induktivität 


397 


Selbstinduktivitäten  der  einzelnen  Kreise,  die 
1  n(n— 1)  Koeffizienten  M12,  M^g,  M23  . .  • 
die  gegenseitigen  Induktivitäten.  Im  ganzen 
ist  die  magnetische  Energie  dieses  Strom- 
systems aus  n- Kreisen  durch  n(n  +  l)/<i 
Koeffizienten  bestimmt. 

Die  bisherigen  Definitionen  setzten  Strom- 
kreise voraus,  die  metallisch  nicht  miteni- 
ander  zusammenhängen.  Betrachtet  man 
nun  eine  beliebige  Strom  Verzweigung, 
so  kann  man  diese  jederzeit  ni  emzelne 
creschlossene  Schleifen  auflösen,  sofern 
man  zuläßt,  daß  ein  Zweig  verschiedenen 
Schleifen  angehören  kann.  Wenn  sich 
z  B  ein  Gleichstrom  von  10  Amp. 
in  die  Zweige  7  Amp.  und  3  Amp.  spaltet 
(Fig  1),  so  kann  man  sich  das  System 
^  zerlegt    denken 

in  einen  Strom- 
kreis BCDEB, 
der  überall,  also 
auch  in  dem 
Stück  CDE  von 
10  Amp.  durch- 
strömt wird, 
und  eine  zweite 

Schleife, 
CFEDC,  die  in 
der    durch    die 
Reihenfolge  der 
Buchstaben  ge- 
kennzeichneten 
Richtung    vom 
Strom  3  iVmp.  durchflössen  wird.  Das  Stück 
CDE,   in  welchem  der   Strom   10—3  Amp. 
fließt,  ist  beiden  Schleifen  gemeinsam.    Die 
magnetische  Energie  ist  dann  ohne  Schwierig- 
keit aus  den  Selbstinduktivitäten  der  beiden 
genannten  Schleifen  und  ihrer  Gegen  Induk- 
tivität berechenbar.     Diese  Zerlegung^  kann 
man  auch  bei  den  kompliziertesten  Strom- 
verzweigungen   jederzeit    vornehmen,    und 
zwar    offenbar    deswegen,    weil    das    erste 
Kirchhoffsche  Gesetz  besagt,  daß  in  jedem 
Knotenpunkt  die   Summe  der  zufließenden 
gleich  der  Summe  der  abfließenden  Ströme  ist. 
Aus    diesen    Ueberlegungen    ergibt    sich 
ohne    weiteres,    wie    die    Induktivitäten    in 
verzweigten    Stromsystemen    zu    definieren 
sind.     Man  zerlegt  das  System  in  eine  ge- 
wisse   Zahl   einzelner   geschlossener    Strom- 
kreise,  wo   jedem   dieser   Ivi'eise   eine  ganz 
bestimmte    Stromstärke   zukommt.      Dann 
kann   man   für   jeden    dieser   so   gewählten 
Kreise,    die    Selbstinduktivität   und    gegen- 
seitige    Induktivität    in     derselben     Weise 
wie  es  bei  voneinander  getrennten  lü'eisen 
geschehen  ist,  definieren. 

Das  Wichtige  bei  diesen  Definitionen 
ist,  daß  sie  nur  für  geschlossene  Kreise 
gültig  sind,  und  daß  man  alle  Stromgebilde, 
auch    die    Verzweigungen,    auf   solche    ge- 


Fig.  1. 


schlossenen  Kreise  zurückführen  kann. 
Andererseits  kann  diese  Definition  aber 
auch  nicht  versagen,  da  es  nach  der  Maxwell- 
schen  Anschauungsweise  nur  geschlossene 
Stromkreise  gibt;  ungeschlossene  Stromkreise 
sind  physikalisch  nicht  denkbar. 

Ebensowenig    existiert   physikalisch   der 
Begriff    der    Induktivität    für    einen    unge- 
schlossenen Stromkreis;  da  es  nicht  möglich 
ist,  ein  einzelnes  Leiterstück  mit  getrenntem 
Anfang  und  Ende  herzustellen,  das  für  sich 
allein  von  einem  Strom  i  durchflössen  wird, 
während   alle   übrigen    Stromleiter  stromlos 
sind,    so    ist    es    auch    nicht    möglich,    das 
magnetische  Feld  eines  solchen  begrenzten 
Stromleiters    anzugeben.      Nun    wird   zwar 
eine  Formel  angegeben,  wonach  das  magne- 
tische Feld,   welches   ein   Stromelement  idl 
im  Punkt  P   hervorruft,   gleich   idl  cos ©/r^ 
(Fig.   2)  ist.      Aber  dieses   Elementargesetz 
ist    nicht    beweisbar, 
es    hat    nur    mathe- 
1  matisch    einen    Sinn. 
j  Und    zwar    gibt    das 
Integral   dieses    Aus- 
druckes ,        erstreckt 
über  einen  geschlos- 
senen    Kreis,     den 
richtigen,  auch  physi- 
kalisch        meßbaren 
Wert      des     magne- 
tischen Feldes.     Aus 
dem  theoretisch  streng 

ableitbaren  Integral  hat  man  dies  Elementar- 
gesetz   aufgestellt.       Das    ist    rein    formell 
und  kann  gelegentlich  für  die  Berechnung 
sehr  bequem  und   von  großem  Wert  sein. 
Tut  man  aber  den  weiteren  Schritt,  und  legt 
dem  Elementargesetz  physikalische  Reahtät 
unter,    so    macht    man    den    Trugschluß, 
daß  man  aus  einer  Summe,  die  bekannt  ist, 
auf   die    Größe   der   einzelnen    Summanden 
schließt.       Das    ist    im    allgemeinen    nicht 
möglich.      Dagegen   wäre    es   möglich,    ein 
anders    lautendes    Elementargesetz    aufzu- 
stellen, sofern  es  nur  über  einen  geschlossenen 
Kreis   integriert  den  richtigen  Wert  ergibt. 
Legt  man  nun  ein  Gesetz,  wie  das  oben 
genannte,  rein  formell  zugrunde,  so  ist  es 
natürlich  auch  möglich,  die  Selbstinduktivi- 
täten  und  gegenseitigen  Induktivitäten  von 
begrenzten  "Leiterstücken,  aus  den  magneti- 
schen Feldern  zu  berechnen.    Sie  haben  aber 
auch   nur  formalen  Wert,    keine  physi- 
I  kaiische  Bedeutung.    Es  kann  bequem  und 
i  vorteilhaft    sein    mit    den     Induktivitäten 
[derartig  begrenzter  Stücke  zu  rechnen  und 
daraus^  sich    die    physikalisch    reellen    In- 
duktivitäten  vongeschlossenen  Stromschleifen 
zusammenzusetzen. 

1       Diese   Ueberlegungen   bedürfen   noch   in 

!  einer  Hinsicht  einer  Ergänzung.     Wenn  m 

einem  Wechselstromkreis  ein  Kondensator  K 

!  eingeschaltet  wird  (Fig.   3),  so  scheint  der 


398 


Induktivität 


Stromkreis  durch  das  Isoliermaterial  des 
Kondensators  unterbrochen  zu  sein.  Nun 
geht  aber  nach  Maxwell  von  den  ge- 
ladenen Oberflächen  des  Kondensators  eine 
elektrische  Verschiebung  5)  aus  und  sobald 
durch  eine  auf  die  Belegungen  fließende 
Stromstärke  eine  Aenderung  der  Ladung 
der  Belegungen  eintritt,  muß  sich  auch  die 
Größe  der  elektrischen  Verschiebung  ändern; 
man  findet,  daß,  wenn  i  die  Stromdichte 
im  Leiter  ist,  d.  i.  die  Stromstärke  pro  cjcm, 
dann  im  Dielektrikum 

'      dt 

zu  setzen  ist;  jeder  Stromfaden  im  Strom- 
leiter setzt  sich  im  Dielektrikum  in  einen 
Verschiebungsfaden  fort.  Die  elektrische 
Verschiebung  ®  an  sich  ist  magnetisch  nicht 
wirksam,  wohl  aber  ihre  zeitliche  Ver- 
änderung und  zwar  in  genau  demselben  Maße, 
wie  die  zugehörige  Stromdichte.  Durch  diesen 
überaus  wichtigen  Schritt  der  Maxwellschen 
Theorie  ist  die  Geschlossenheit  aller  Strom- 
kreise wieder  hergestellt. 

2.  Die  induzierten  elektromotorischen 
Kräfte.  Der  Energieinhalt  irgendeines 
Systems  erhält  erst  dadurch  Interesse  und 
praktische  Bedeutung,  daß  die  Energie- 
formen ineinander  verwandelbar  sind.  Auch 
bei  der  magnetischen  Energie  ist  die  Unter- 
suchung dieser  Verwandelbarkeit  von  be- 
sonderem Interesse. 

Wird  das  magnetische  Feld  so,  wie  es  bis- 
her stets  vorausgesetzr  wairde,  durch  ruhende 
Stromleiter  erzeugt,  so  entsteht  die  magne- 
tische Energie  des  Feldes  auf  Kosten  der 
den  Leitern  zugeführten  elektrischen  Energie. 
Man  denke  sich  z.  B.  einen  einzelnen 
eine  Spule  enthaltenden  Stromkreis,  der 
an  eine  Gleichspannung  E  gelegt  wird, 
dann  lehrt  die  Erfahrung,  daß  der  Strom  i 
(Augenblicksw'ert)  allmählich  von  Null  auf 
seinen  Endwert  J  =  E/R  ansteigt,  wo  R 
den  Gesamtwiderstand  bedeutet. 


Die   in    einem    Zeitelement   dt   während 
des  Anstiegs  zugeführte  Energie 

Eidt 
wird    eben   nur   zum    Teil   zur   Erwärmung 
des     Widerstandes     R    verbraucht,     dieser 
Teil  ist: 

i2Rdt 
zu  setzen;  der  andere  Teil  dient  dazu,  die 
magnetische    Energie    der    Felder    zu    ver- 
stärken; es  hat  die  Größe 

Es  ergibt  sich  also: 


Eidt 


Ri2dt+  cl(|-Li'^ 


daraus  folgt  die  wichtige  Beziehung: 

E  =  Ri  +  L  ^ 
dt 

di 


oder: 


E  — L"-  =  Ri 
dt/ 

di 


(6) 
(6a) 


Der  Ausdruck  L  ,"   wirkt  also   wie  eine 
dt 

elektromotorische  Kraft,  die  dem  von  außen 
angelegten  E  entgegenwirkt.  Man  nennt 
sie  die  EMK  der  Selbstinduktion;  sie 
unterscheidet  sich  von  der  EMK  E  wesent- 
lich dadurch,  daß  man  sie  in  dem  Stromkreis 
nicht  lokalisieren  kann.  Anders  ausgedrückt: 
für  die  Berechnung  der  Stromstärke  des 
Kreises  wirkt  das  wachsende  magnetische 
Feld  ebenso  wie  eine  elektromotorische 
Gegenkraft,  die  man  sich  ebenso  wie  die 
äußere  sogenannte  eingeprägte  EMK  in 
den  Stromkreis  eingefügt  denken  darf;  es  sei 
aber  darauf  hingewiesen,  daß  für  andere 
Erscheinungen,  z.  B.  die  Berechnung  des 
gleichzeitig  entstehenden  elektrischen  Feldes 
dieser  Ersatz  nicht  zulässig  ist. 

Aus   Gl.  (6)  ergibt  sich  die  Stromstärke 
zu: 


1  — e" 


(7) 


zur  Zeit  t  =  0  ist  also  i  =  0,  und  der  End- 
wert für  t  =  00  ist  J  =  i  =  E/R. 

In  der  Zwischenzeit  wächst  die  Stromstärke 
allmählich  an  und  zwar  um  so  langsamer, 
je  kleiner  R  und  je  größer  L  ist.  In  Figur  4 
stellt  Oi\.  den  Stromverlauf  dar. 

W^ird  andererseits  jetzt  E  plötzlich  aus- 
geschaltet und  der  Stromkreis  kurz  ge- 
schlossen, so  folgt  aus  der  Gleichung: 


Fig.  3. 


Fig.  4. 


Induktivität 


399 


^ah«' 


die  Lösung: 

i  =  Je~L '  (8) 

Danach  nimmt  der  Strom  allmählich  von 
J  bis  auf  0  ab.  Die  Kurve  AB  in  Figur  4 
zeigt  den  Verlauf. 

Der  Strom  i  kann  also  weder  beim 
Einschalten  plötzlich  entstehen,  noch  beim 
Ausschalten  unmittelbar  verschwinden,  eben- 
sowenig, wie  man  einer  trcägen  Masse  plötz- 
lich eine  Geschwindigkeit  erteilen  kann  oder 
ihre  Geschwindigkeit  plötzlich  vernichten 
kann;  die  Selbstinduktion  wirkt  also  ge- 
wissermaßen, wie  eine  Trägheit.  Auch  der 
Vergleich    der   Formeln    für   die   kinetische 

Energie  der  Massen  ^  mv^  mit  der  magneti- 
schen Energie  ^  Li^  läßt  die  Analogie  zwi- 
schen Selbstinduktivität  L  und  Masse  m 
deutlich  hervortreten. 

Sind  mehrere  Stromleiter  vorhanden, 
so  ergibt  eine  Wiederholung  derselben  Ueber- 
legungen,  wie  sie  eben  angestellt  worden 
sind,  daß  man  die  Stromstärken  in  den 
einzelnen  Kreisen  dadurch  findet,  daß  man 
außer  der  EMK  der  Selbstinduktion,  die 
EMK  der  gegenseitigen  Induktion  einführt; 
hat  z.  B.  die  Stromstärke  im  Ivreise  II  in 
einem  bestimmten  Augenblick  den  Wert  i^, 
so  ist  die  EMK,  die  sie  im  Kreise  I  induziert 

— -Mia^T-,    wobei   M^g    ein    positives   oder 

negatives  Zeichen  haben  kann.  Sind 
im  ganzen  n- Stromkreise  vorhanden,  so 
entstehen  also  in  jedem:  eine  EMK  der 
Selbstinduktion  und  (n — 1)  EMK  der  gegen- 
seitigen Induktion.  In  welchem  Sinne  und 
mit  welchem  Rechte  man  von  dieser  EMK 
reden  darf,  ist  aus  dem  vorhergehenden  un- 
mittelbar ersichtlich. 

Man  kann  die  EMK  der  Induktivitäten 
nach  dem  Vorgang  von  Far  ad  ay  auf  folgende 
Weise  anschaulich  machen:  man  denke  sich 
eine  der  Stromschleifen,  z.  B.  I,  mit  einer 
beliebigen  Fläche  so  zugedeckt,  daß  die 
Stromschleife  die  Begrenzung  bildet  (Fig.  5) 


und  teile  die  Fläche  in  eine  große  Zahl 
kleiner  Flächenelemente  und  orientiere  diese 
senkrecht  zu  dem  magnetischen  Felde,  das 
die  Schleife  durchsetzt,  dann  nennt  man 
d0  =  S3dS  den  magnetischen  Induktions- 
fluß, der  das  Flächenelement  dS  durchsetzt 
und 

0  =  AßdS 


=  AödS 


Fig.  5. 


den  gesamten  Induktionsfluß,  der  durch 
die  Schleife  1  tritt.  Diese  Bezeichnungsweise 
ist  einer  xVnalogie  aus  der  Hydrodynamik 
entnommen.  Denkt  man  sich  statt  des 
magnetischen  Feldes  eine  bewegte  Flüssig- 
keit derart,  daß  die  Geschwindigkeit  in 
jedem  Punkt  proportional  ist  der  Stärke 
der  magnetischen  Induktion,  die  durch  die  be- 
wegte Flüssigkeit  ersetzt  ist,  so  wird  <f>  die 
in  einer  Sekunde  aus  der  Oeffnung  1  aus- 
fließende Wassermenge  sein. 

Mit  Hilfe  dieser  Anschauung  hat  man 
die  EMK  der  Induktion  gleich  —  d'/'/dt 
zu  setzen,  und  zwar  gleichgültig,  woher 
das  magnetische  Feld  stammt;  eine  Ver- 
allgemeinerung ergibt  das  folgende  anschau- 
liche Bild: 

Seien  n-Stromkreise  vorhanden;  nur 
im  Stromkreise  1  fließe  ein  Strom  ij,  alle 
übrigen  seien  stromlos;  das  magnetische 
Feld,  welches  i^  hervorruft,  ergibt  einen 
Fluß  Lj  ij,  der  die  Schleife  1  durchsetzt; 
ein  Teil  davon  trifft  den  Kreis  2  und  zwar 
sei  M^o  ii  der  Fluß,  der  Kreis  2  durchsetzt; 
ein  anderer  Teil  Mjgi^  durchsetzt  Kreis  3  usw. 

Sind  alle  Kreise  stromlos,  bis  auf  Kreis  2, 
der  den  Strom  ig  führe,  so  wird 

der  Fluß,  der  von  io  herrührt  und  Kreis  2 
durchsetzt,  und 

M-12    I2'    ■'■'^23  ^3  •  •  •  ^211  I2 

sind  die  Teile  davon,  die  bezw.  die  Kreis 
2,  3  ...  n  durchsetzen. 

Dieselben  Betrachtungen  führt  man  für 
sämtliche  Stromkreise  durch.  Werden  nun 
alle  Stromkreise  gleichzeitig  von  den  Strömen 

ii  io  .  .  .  in 
erregt,  so  addieren  sich  die  einzelnen  Flüsse, 
und  wenn 

01    02  •  •  •    '^n 

die  resultierenden  Flüsse  sind,  welche  nun- 
mehr die  Kreise  1,  2  ...  n  durchsetzen,  so  ist 
offenbar  zu  setzen: 

01  =  Liii+  Mi2i2+  Miais  +  • .  •+  Minin] 

02  =  Mi2ii+  Laio  +  Masis  +  •  •  •+  Mgnin  ( (g) 


0n  =  Minii  +  M2nio+  M3ni3+  ■  •  .  +  LninJ 

Es  läßt  sich  beweisen,  daß  Mpq  =  Mqp  ist; 
daher  ist  im  Gleichungssystem  (8)  auf  die 
Reihenfolge  der  Indizes  keine  Rücksicht 
genommen. 

Die  magnetische  Energie  des  gesamten 
Systemes  ist: 


400 


Induktivität 


W  =   10111+2   '^212  + 


■+2-A>in     (9) 


und  die  EMK,  die  in  den  einzelnen  Schleifen 
induziert  werden,  sind: 
d<?i 


dt 


L.^  +  M-dH-     (1") 


Das  Gleichungssystein  und  die  Betrach- 
tungen, die  dazu  geführt  haben,  sind  genau 
analog,  den  Gleichungen  für  das  elektrische 
Feld,  das  von  n-geladenen  Körpern  herrührt; 
man  hat  nur  zu  ersetzen:  den  magnetischen 
Fluß  durch  den  Verschiebungsfluß  bezw.  die 
Ladungen  der  Körper;  die  Induktivitäten  durch 
die  Kapazitäten;  die  Stromstärken  diuch  die 
Potentiale.     Vgl.  den  Artikel  „Kapazität. 

Die  Farad ay sehe  Darstellungsweise  er- 
möglicht auch,  in  einfacher  Weise  das  Vor- 
zeichen der  M  festzulegen:  in  jedem  Strom- 
kreis wird  zunächst  willkürlich  die  Rich- 
tung festgelegt,  in  der  die  Ströme  positiv 
gerechnet  werden  sollen;  im  Anschluß  daran 
wird  jedem  Kreise  nach  der  sogenannten 
Korkzieherregel  eine  positive  Achse  zuge- 
schrieben. Diese  Regel  besteht  darin, 
daß  Stromstärke  und  Achse  dieselbe  Lage 
zueinander  haben,  wie  Drehrichtung  und 
Fortschreitungsrichtung  bei  einem  Kork- 
zieher (s.  Fig.  6). 

Der  von  Strom  i^  herrührende  Fluß 
durchsetzt  den  Stromkreis  1  in  Richtung 
seiner  positiven  Achse;  die  übrigen  Kreise 
können  aber  von  diesem  Fluß  entweder  in 
Richtung  ihrer  Achse  durchsetzt  werden 
oder  entgegen  gerichtet.  Im  ersten  Fall 
sind  die  M  positiv,  im  zweiten  negativ  zu 
wählen. 

3.  Die  Induktivitäten  in  Wechselstrom- 
kreisen. Wenn  man  eine  Wechselspannung, 
deren  Augenblickswert  mit  e  bezeichnet 
werden  möge,  an  eine  Spule  legt,  so  hängen 
Spannung  und  Strom  durch  die  Glei- 
chung (6  a) 

e  —  L—  =  Ri  (R  =  Widerstand) 
dt 

zusammen.  Verläuft  i  sinusförmig,  so  wird 
di/dt  proportional  dem  Cosinus,  d.  h.  es  ist 
gegen  Strom  i  in  der  Phase  um  90**  nach 
vorwärts  verschoben;  wendet  man  die  geome- 
trische Darstellung  der  Wechselströme  durch 
Vektoren  an,  so  stehen  also  die  Vektoren 
für  Ri  und  L  di/dt  aufeinander  senkrecht. 
Die  algebraische  Zusammensetzung  ergibt  e. 


(s.  Fig.  7).  Aus  der  Figur  ersieht  man,  daß 
der  Strom  in  der  Phase  hinter  der  Spannung 
um  einen  Winkel  99  zurückbleibt;  die  Be- 
rechnung ergibt: 

coL 


igcp 


R 


(CO  =  27r.  Frq.)       (11) 


fp  wird  also  um  so  größer,  je  kleiner  der 
Ohmsche  Widerstand  ist  und  um  so  größer 
Selbstinduktivität  und  Frequenz  werden. 
Bedeuten  E  und  J  die  sogenannten  Effektiv- 
werte von  Spannung  und  Strom,  so  wird 
E/J  =  yR^ +"cj2i7  (12) 

der  sogenannte  Scheinwiderstand ;  für  Leiter- 
gebilde mit  vernachlässigbar  kleiner  Selbst- 
induktion ist  der  Scheinwiderstand  gleich 
dem  Ohmschen.  Andererseits  kann  auch 
bei  kleiner  -Selbstinduktion,  aber  sehr  hoher 
Frequenz  coL  so  groß  werden,  daß  auch 
ein  nennenswerter  Ohmscher  Widerstand 
dagegen  zu  vernachlässigen  ist. 

Nach  den  vorherigen  Betrachtungen  kann 
es  so  scheinen,  daß  die  Induktivitäten 
aus  der  durch  sie  verursachten  EMK  an- 
schaulicher und  besser  definiert  werden 
können,  als  aus  der  magnetischen  Energie. 
Dieser  Schluß  ist  aber  irrig.  Um  das  zu 
zeigen,  wollen  wir  ein  beliebiges  von  Strömen 
herrührendes  pulsierendes  magnetisches  Feld 
betrachten  und  in  dieses  Feld  einen  metalli- 
schen Ring  mit  verhältnismäßig  großem 
Querschnitt  bringen.  Will  man  die  Selbst- 
und  Gegeninduktivitäten  aus  der  induzierten 
EMK  berechnen,  so  gerät  man  in  Verlegenheit, 
denn  man  weiß  nicht,  ob  man  als  Grenz- 
linie für  den  Induktionsfluß  '/'  die  innere 
Linie  abcd  (Fig.  8)  oder  die  äußere  a'b'c'd' 


iMK.  G, 


oder  eine  zwischen  beiden  liegende  zu 
wählen  hat.  Je  nach  der  Begrenzung,  die 
man  wählt,  hat  natürlich  </*  und  damit  auch 
d'/'/dt  einen  anderen  Wert.  Die  auf  diesem 
Wege  definierten  Induktivitäten  erhalten 
also  einen  dementsprechend  unbestimmten 
Wert.  Man  muß  eine  mittlere  Induktivität 
einführen,  die  am  einfachsten  aus  der 
magnetischen  Energie  definiert  wird. 

Um  dies  klar  hervortreten  zu  lassen,  sei 


Induktivität 


401 


zunächst  darauf  eingegangen,  wie  die  In- 
duktivität auf  den  Widerstand  des  Strom- 
leiters wirkt.  In  jedem  kreisförmigen  Strom- 
faden des  soeben  behandelten  Beispiels  wirkt 
im  allgemeinen  eine  andere  EMK.,  da  der 
durchsetzende  Induktionsfluß  für  die  Fäden 
entsprechend  den  verschieden  großen  Durch- 
messern im  allgemeinen  verschieden  ist. 
Die  Folge  davon  ist,  daß  auch  die  Strom- 
dichte von  Faden  zu  Faden  nach  Stärke 
und  Phase  sich  ändert.  Oder  anders  aus- 
gedrückt: die  Stromstärke  eines  Wechsel- 
stromes verteilt  sich  im  allgemeinen  ungleich- 
mäßig über  den  Querschnitt.  Als  Augen- 
blickswert der  Stromstärke,  die  der  Draht 
durchfließt,  bezeichnet  man  dann  den  Mittel- 
wert der  Stromstärken  genommen  über  den 
Querschnitt.  Ist  i  der  xVugenblickswert  der 
Stromdichte,  die  also  in  einem  bestimmten 
Augenblick  von  Querschnittselement  zu  Quer- 
schnittselement  einen  anderen  Wert  an- 
nimmt, so  bezeichnen  wir 


M, 


,(i)=-^/iclq 


(13) 


als  den  Mittelwert  der  Stromdichte,  genommen 
über  den  Querschnitt  Q;  der  Augenblicks- 
wert der  gesamten  Wechselstromstärke,  die 
den   Querschnitt  durchfließt,  ist  daher 

i  =  QMq(t)  =  Tidq  (14) 

Ist  R  der  mit  Gleichstrom  gemessene  Wider- 
stand   eines    Leiterstückes,    so    wird    daher 

iE 
der  mittlere  iVugenblickswert  des  Ohmschen 
Spannungsabfalles.  Hieraus  den  Effektiv- 
wert zu  berechnen,  hat  nicht  viel  Wert,  weil 
er  nicht  benutzt  werden  darf,  um  daraus 
die  Joulesche  Wärme  durch  Multiplikation 
mit  J  zu  berechnen.  Die  Joulesche  Wärme 
wird  vielmehr  durch  Summierung  der  in  den 
einzelnen  Stromfäden  erzeugten  Wärme  be- 
rechnet. Ist  o  der  spezifische  Widerstand, 
so  ist  die  in  einem  Stromfaden  erzeugte 
Wärme 

Mt(i2dqal), 
wo    Mf.    den    über    eine    Periodendauer   ge- 
nommenen   zeitlichen    Mittelwert    bedeutet. 
Die  gesamte  Joulesche  Wärme  wird  daher 

Aj  =QMqMt(t2dqöl)  (15) 

Es   ist  nun   bequemer  diesen   Ausdruck   in 
gewohnter  Weise  gleich 
'  J2R,, 
zu  setzen,  wo  J  der  aus  der  mittleren  Augen- 
blicksstromstärke   berechnete    Effektivwert 
ist,  d.  h. 

J2==Mt(i2)^  Q^MtM^(i) 
R,    ist  ein   Proportionalitätsfaktor,  der  die 
Dimension   eines   Widerstandes   hat;   er  be- 
rechnet sich  zu: 

_ölM,Mt(t2) 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  \ 


Der  Quotient  der  Mittelwerte  gibt  also  an, 
um  wieviel  der  Ohmsche  Widerstand  ol/Q 
geändert  werden  muß,  um  den  Wechsel- 
stromwiderstand R,.  zu  ergeben.  Es  läßt 
sich  zeigen,  daß  letzterer  stets  größer  als 
der  Ohmsche  ist. 

Wir  sind  also  zu  folgendem  Ergebnis 
gelangt:  wird  ein  Widerstand  R  vom  (ileich- 
strom  J  durchflössen,  so  wird  dadurch  eine 
gewisse  Joulesche  Wärme  erzeugt.  Schickt 
man  einen  Wechselstrom  hindurch,  der 
denselben  Effektivwert  hat,  so  ist  die 
Wärmeentwickelung  infolge  der  durch  In- 
duktionswirkungen verursachten  ungleich- 
mäßigen Stromverteilung  größer.  Vom 
Standpunkt  der  Energieumwandlung  in 
Wärme  aus  verhält  sich  also  der  Leiter 
ebenso,  als  wenn  eine  Widerstandserhö- 
hung eingetreten  ist.  Man  definiert  deshalb 
den  Widerstand  nicht  aus  dem  Ohmschen 
Spannungsverlust,  sondern  aus  der  Joule- 
schen  Wärme. 

Im  Zusammenhang  mit  dieser  Definition 
steht  es,  daß  man  vernünftigerwei-^e  in  den 
komplizierteren  Fällen  auch  die  Induktions- 
koeffizienten aus  der  magnetischen  P^nergie 
definieren  wird.  Betrachtet  man  einen 
einzelnen  Stromkreis,  so  geht  man  davon  aus, 
daß  die  dem  Kreise  von  außen  in  der  Zeit  dt 
zugeführte  Energie 

eidt 
aufgewandt  wird  zur  Erzeugung  von  Joule- 
scher   Wärme    und    zur    Veränderung    der 
magnetischen  Energie;  die  Joulesche  Wärme 
setzt  man: 

i2R,dt 
die  Vermehrung  der   magnetischen   Energie 

so  daß: 

wird. 

Ebensowenig  aber  wie  R,.  mit  dem 
Gleichstromwiderstand  R  übereinzustimmen 
braucht,  ebensowenig  wird  im  allgemeinen 
die  aus  der  Gleichstromverteilung  defi- 
nierte Induktivität  L  gleich  der  aus  der 
letzten  Gleichung  definierten  L,.  sein. 
Man  braucht  sich  ja  nur  zu  vergegen- 
wärtigen, daß  die  ungleichmäßige  Strom- 
verteilung über  die  Querschnitte  der  Leiter 
auch  eine  ^"eränderung  des  magnetischen 
Feldes  zur  Folge  haben  wird.  Man  wird 
nicht  einmal  mehr  sagen  können,  daß 
das  magnetische  Feld  eines  einzelnen  Strom- 
kreises in  jedem  Punkt  dem  Mittelwert 
der  Stromdichten,  genommen  über  einen 
Querschnitt,    proportional   ist.     Wenn   also 

trotzdem  die  magnetische  Energie  =  5-  L,i^ 

gesetzt    wird,    so    liegt    darin    eine   gewisse 
Willkür,   und    L,    verliert    die    Eigenschaft 

26 


402 


Induktivität 


von  L,  daß  es  allein  von  den  Abmessungen 
und  der  Permeabilität  der  Stoffe,  die  das 
Feld  durchsetzt,  abhäncjt.  Es  wird  vielmehr 
auch  von  der  Frequenz  und  der  Kurveiiform 
des  Stromes  i  in  gewissem  (Irade  abhängen. 
Aber  die  so  gegebene  Definition  hat 
den  großen  Vorteil,  daß  sie  auf  der  Be- 
ziehung 

beruht,  aus  der  durcli  Division  mit  i  die  wich- 
tige Gleichung  (G) 

e  =  R..i  +  L,.^; 

und  alle  daraus  abgeleiteten  Beziehungen 
über  Phasenverschiebung,  Scheinwiderstand 
usw\  erhalten  bleiben,  und  ebenso  durch 
Bildung  des  Mittelwertes 

M(et)  =  R,.J2  (18) 

Während  R,>R  ist,  ergibt  sich  für  L,. 
im  allgemeinen  die  Ungleichung 

L,.<L. 
Die  wirksame  Induktivität  L,    nimmt    mit 
wachsender  Frequenz  ab. 

Die  vorherigen  Betrachtungen  sind  natür- 
lich sinngemäß  zu  wiederholen,  wenn  mehrere 
Stromkreise  vorhanden  sind.  Die  gegen- 
seitigen Induktivitäten  weichen  aber  in 
den  meisten  Fällen  für  Gleichstrom  und 
Wechselstrom  nur  sehr  wenig  voneinander  ab. 

Die  Definition  der  Induktivitäten  aus 
der  magnetischen  Energie  hat  den  Vorteil, 
daß  sie  auch  ohne  weiteres  auf  Leiter- 
gebilde übertragen  werden  kann,  die  sich 
in  der  Nähe  ferromagnetischer  Materialien 
befinden.  Da  aber  die  magnetische  In- 
duktion 33  im  Eisen  der  magnetischen 
Feldstärke  nicht  mehr  proportional  gesetzt 
werden  darf,  so  folgt,  daß  L,.  in  diesem 
Falle  nicht  nur  von  Frequenz  und  Kurven- 
form, sondern  auch  von  der  Stromstärke 
selber  abhängt.     Man   tut  aber  damit  dem 

Ausdruck  ^  L,  i^  so  viel  Gewalt  an,  daß  man 

in  diesen  Fällen  häufig  davon  absieht,  die 
Induktivitäten  zahlenmäßig  zu  bestimmen 
und  anzugeben. 

4.  Die  Kapazität  von  Leitergebilden. 
Es  gibt  aber  noch  eine  weitere  Erscheinung, 
die  den  Begriff  der  Induktivität  kompliziert 
und  die  Definition  erschwert.  Denken 
wir  uns  ein  beliebiges  von  Gleichstrom 
durchflossenes  Stromsystem,  so  entsteht 
außer  dem  magnetischen  Feld  auch  ein 
elektrisches.  Die  elektrischen  Kraftlinien 
beginnen  und  enden  auf  den  Stromleitern 
bezw.  den  Leitern  der  Umgebung  (Erde); 
an  den  beiden  Enden  einer  elektrischen  Kraft- 
röhre (vgl.  den  Artikel  „Elektrisches 
Feld")  ruhen  auf  den  Oberflächen  der 
Leiter  gleich  große  Elektrizitätsmengen  von 
entgegengesetztem    Vorzeichen;    sie    bildet 


einen  Kondensator.  So  lange  Ströme  und 
Spannungen  gleichgerichtet  und  konstant 
sind,  hat  das  auf  die  Größe  des  magnetischen 
Feldes  und  die  Stromstärke  nicht  den  ge- 
ringsten Einfluß.  Unsere  Definition  der 
Induktivitäten  bleiben  also  unverändert 
gültig. 

Anders  wird  aber  die  Sache,  wenn 
die  Leitungen  von  Wechselströmen  durch- 
flössen werden.  Betrachten  wir  z.  B.  eine 
lange  aus  zwei  parallelen  Drähten  be- 
stehende am  Ende  kurz  geschlossene  Hin- 
und  Rückleitung,  die  an  eine  elektrische 
Energiequelle    gelegt    wird    (Fig.   9).      Sei 


ß 


C 


A  B' 

Fig.  9. 


C 


letztere  zunächst  eine  Gleichspannung,  so 
besteht  zwischen  den  Punkten  AA'  eine 
verhältnismäßig  große  Spannung,  zwischen 
B  und  B'  hat  sie  etwa  die  halbe  Größe 
und  zwischen  C  und  C  ist  sie  Null; 
dementsprechend  ist  die  elektrische  Feld- 
stärke, die  zwischen  Hin-  und  Rück- 
leitung besteht,  am  Anfang  der  Doppel- 
leitung groß  und  nimmt  am  Ende  bis  zu 
Null  ab,  in  derselben  Weise  verteilen  sich 
die  Elektrizitätsmengen,  die  auf  der  Ober- 
fläche der  Drähte  ruhen.  Ersetzt  man  jetzt 
die  Gleichstromquelle  durch  eine  Wechsel- 
stromquelle, so  müssen  auch  die  Elektrizitäts- 
mengen in  AA'  im  Takte  der  Energiequelle 
ihre  Vorzeichen  wechseln;  das  ist  nur 
dadurch  möglich,  daß  ein  Lade- und  Entlad e- 
strom  entsteht,  der  von  A  über  CG'  nach  A' 
fließt.  Dadurch  wird  die  ursprünglich 
vorhandene  Stromstärke  in  A  und  A'  wenig 
verändert,  wohl  aber  in  C  und  C'.  Es  ist 
leicht  einzusehen,  daß  die  Ladestromstärke 
zunimmt,  wenn  man  von  A  nach  C  geht. 
Es  ist  w^eiter  klar,  daß  diese  Ladeströme 
sowohl  die  Joulesche  Wärme,  als  das 
magnetische  Feld  verändern  müssen,  d.  h. 
R,.  sowohl  wie  L,.  werden  durch  die  Kai)azi- 
täts Wirkung  verändert. 

Natürlich  ist  es  auch  hier  wieder  möglicli. 
sich  um  die  Kapazitätswirkung  nicht  zu  be- 
kümmern und  Widerstand  und  Induktivität 
aus  der  Gleichung 

/=  =  «■"  + dt (2 1""  ^ 

zu  definieren,  wobei  unter  i  der  Strom  zu 
verstehen  ist,  der  an  den  Punkten  des  Leiter- 
gebildes auftritt,  zwischen  denen  die  Span- 
nung e  herrscht.  Die  Kapazitäten  sind  dann 
in  den  Größen  R,.  und  Li  in  nicht  näher 
anzugebender  Weise  enthalten. 

Es  gibt  aber  viele  Fälle,  wo  die  Kapa- 
zitätswirkung in  verhältnismäßig  einfacher 
Weise  explizite  berücksichtigt  werden  kann. 


Induktivität 


403 


Diese  Fälle  sind  alle  praktisch  vorkommenden 
Spulen  und  nicht  zu  lange  Parallelleitungeu 
bei  mittleren  Frequenzen.  Bei  dieseu  Ge- 
bilden kann  man  die  Wirkungen  des  elek- 
trischen Feldes  ersetzen  durch  einen  Platten- 
kondensator, der  zwischen  das  Leiterende 
geschaltet  wird  (in  Figur  10  zwischen  AA'). 
Wenn  also  die  Kapazitcät  C  einer  Spule 
angegeben  wird,  so  soll  das  heißen:  zur  Be- 
rechnung von  Strom  und  Spannung  an  den 
Klemmen  einer  Spule  kann  man  sich  die 
Spule  mit  ihren  magnetischen  und  elek- 
trischen Feldern  ersetzt  denken  durch  einen 
Widerstand  R,  und  eine  Selbstinduktivität 
L,.  und  zu  beiden  parallel  geschaltet  einen 
Kondensator  C. 

Die  Spulenkapazität  braucht  in  der 
Regel  nur  bei  sehr  großen  Spulen  oder  sehr 
hohen  Frequenzen  berücksichtigt  zu  werden; 
oft   kann   sie   ganz   vernachlässigt   werden. 

Es  gibt  natürlich  Fälle,  w^o  die  Berück- 
sichtigung der  Wirkung  eines  elektrischen 
Feldes  durch  Einführen  eines  Kondensators 
nicht  mehr  statthaft  ist.  Dahin  gehören 
sehr  lange  Parallelleitungen  bei  niederen  oder 
mittleren  Frequenzen  (Fernleitungen  für 
Energieübertragung)  und  kurze  Parallel- 
leitungen bei  Hochfrequenz  (Lechersches 
Drahtsystem).  Hier  entstehen  durch  die 
Wechselwirkungen  zwischen  magnetischem 
und  elektrischem  Feld  Wellen  der  Spannung 
und  Stromstärke.  In  diesem  Falle,  auf  den 
hier  nicht  näher  eingegangen  werden  kann, 
sind  die  Begriffe  Induktivität  und  Kapazität 
nur  auf  kurze  Stücke  der  Leiter  anwendbar. 

5.  Die  Resonanz.  Weiter  oben  ist  aus- 
einandergesetzt Avorden,  daß  eine  in  einen 
W^echselstrom  eingeschaltete  Spule  eine  Ver- 
zögerung des  Stromes  gegen  die  Spannung 
bewirkt..  Es  ist  das  also  gerade  die  ent- 
gegengesetzte Wirkung,  wie  die,  die  ein 
Kondensator  bewirkt  (vgl.  den  Artikel  ,, Ka- 
pazität"). Hieraus  ergibt  sich  der  Schluß, 
daß  es  möglich  sein  muß,  die  Wirkung 
einer  Selbstinduktivität  L  durch  einen 
Kondensator  C  zu  kompensieren;  das  ist 
in  der  Tat  der  Fall.  Werden  beide  in  Reihe 
geschaltet,  so  ist 


^LC  =  1    (w  =  27T.Frq) 


(19) 


die  Bedingung  dafür.  D.  h.  unter  dieser 
Bedingung  verhält  sich  der  Kreis  ebenso, 
als  ob  nur  Widerstand  eingeschaltet  wäre. 
Spannung  und  Strom  am  Ende  eines  solchen 
foeises  sind  miteinander  in  Phase.  Die 
eigentümliche  Beziehung  zwischen  Kapazität 
und  Induktivität  tritt  noch  deutlicher  hervor, 
wenn  man  einen  auf  die  Spannung  E  ge- 
ladenen Kondensator  C  durch  eine  Spule 
schließt,  deren  Induktivität  L  sei  und  deren 
Widerstand  vernachlässigbar  klein  ist.  An- 
fangs ist  nur  die  elektrische  Energie  ^  ^E^ 
vorhanden;    wenn    nun    der     Kondensator 


sich  durch  die  Spule  entlädt,  so  nimmt 
offenbar  die  elektrische  Energie  ab  und  die 
Energie  des  magnetischen  Feldes,  das  von 
dem  Entladestrom  herrührt,  zu.  Ist  der 
Kondensator  entladen,  d.  h.  die  elektrische 
Energie  Null,  so  hat  der  Entladestrom  J 
seinen  Höchstwert  und  die  gesamte  elektrische 
Energie  ist  in  magnetische  umgewandelt; 
d.  h.  es  ist: 

^CE2=^LP 

Der  Strom  nimmt  nun  wieder  ab,  und  lädt 
den  Kondensator  im  entgegengesetzten  Sinne 
auf.  So  geht  das  Spiel  fort,  es  entsteht  ein 
Wechselstrom  und  die  Energien  pendeln 
zwischen  elektrischen  und  magnetischen 
hin  und  her,  so  wie  beim  mechanischen 
Pendel  zwischen  potentieller  und  kinetischer 
Energie  der  schwingenden  Masse. 

Da  der  Widerstand  vernachlässigt  werden 
soll,  so  besteht  zwischen  Strom  und  Spannung 
an  den  Spulenklemmen  die  Beziehung 

J  =  E/coL 
Setzt  man  dies  in  die  Energiegleichung  ein, 
so  ergibt  sich 

co^LC  =  1. 
Ebenso  also,  wie  ein  Pendel  Eigenschwin- 
gungen von  ganz  bestimmter  Schwingungs- 
dauer ausführen  kann,  können  in  einem  aus 
Kapazität  und  Selbstinduktivität  zusammen- 
gesetzten Kreise  durch  einen  geeigneten 
äußeren  Anstoß  elektrische  Schwingungen 
von  der  ganz  bestimmten  Frequenz 

)'  =   -^^  (20) 

zustande  kommen.  Man  nennt  deshalb 
ein  solches  Gebilde  einen  elektrischen  Reso- 
nator ;  elektrische  Resonatoren  finden  nament- 
lich in  der  drahtlosen  Telegraphie  weit- 
gehendste Verwendung. 

6.  Berechnung  von  Induktivitäten. 
Die  Berechnung  der  Induktivitäten  von 
Leitergebilden  als  Funktion  der  Abmessungen 
erfolgt  definitionsgemäß  durch  Berechnung 
des  magnetischen  Feldes  und  der  sich 
daraus  ergebenden  Energie.  Die  Berech- 
nungen sind  größtenteils  sehr  mühselig, 
bei  manchen  "Spidenformen  hält  es  sehr 
schwer,  Näherungswerte  durch  Reihen  auf- 
zustellen, die  genügend  stark  konvergieren. 

Berechenbar  sind  die  Induktivitäten  langer 
paralleler  Leitungen. 

Unter  den  Spulen  sind  Formeln  für  solche 
von  verhältnismäßig  sehr  großer  Länge 
bei  kleinem  Querschnitt  und  umgekehrt 
für  weite,  kurze  Spulen  berechnet  worden. 
Namentlich  die  Formeln  für  letztere,  wenn 
nur  eine  Drahtlage  vorhanden  ist,  sind  sehr 
zuverlässig.  Die  Form  der  kurzen  weiten 
Spule  wird  auch  vornehmlich  angewandt 
für  die  Konstruktion  der  Normalen  der 
Induktivität;    man    gibt    ihnen    solche   Ab- 

26* 


404 


liiduktivität 


messungen,  daß  sie  bei  gegebenem  Wider- 
stand eine  möglichst  große  Induktivität 
liefern. 

Neuerdings  sind  auch  Formeln  für  die 
in  der  Starkstromtechnik  wichtig  gewordenen 
scheibonl'örniigon  Spulen  auf<i;estollt  worden. 

7.  Konstruktion  von  Induktivitäts- 
spulen. Von  einer  Normale  der  Selbst- 
induktivität wird  man  in  erster  Linie  eine 
möglichst  große  zeitliche  ünveränderlich- 
keit  fordern:  weiter  ist  aber  zu  verlangen, 
daß  die  oben  erörterten  Störungen,  die  der 
Wert  der  Selbstinduktivität  bei  Wechsel- 
strom erfährt,  möglichst  gering  sind.  Es  darf 
daher  weder  der  Stromleiter  aus  ferromagne- 
tischem  Material  bestehen,  noch  darf  als 
Kern  oder  in  der  Umgebung  der  Spule  ein 
fcrromagnetischer  Stoff  angewandt  werden. 
Es  hat  sich  gezeigt,  daß  diese  Forderung 
von  den  früher  häufig  angewandten  Spulen- 
kernen aus  Serpentin  nicht  erfidlt  wird; 
statt  dessen  wendet  man  heutzutage 
fast  ausschließlich  Marmor  an,  dem  zu- 
weilen durch  Imprägnation  eine  schwarze 
Farbe  gegeben  wird.  Metallteile,  die  nicht 
zum  Stromkreis  der  Spule  gehören,  sind 
in  der  Nähe  der  Spule  unzulässig;  denn  e^ 
würden  bei  Benutzung  von  Wechselstrom 
in  diesen  Teilen  Ströme  induziert  werden, 
die  das  magnetische  Feld  und  damit  den 
Wert  der  Selbstinduktivität  ändern.  Metall- 
teile, die  nicht  zu  vermeiden  sind,  wie  z.  B. 
Klemmen,  werden  am  besten  aus  schlecht- 
leitenden Legierungen,  wie  z.  B.  Konstantan, 
hergestellt.  Um  den  Einfluß  der  ungleich- 
mäßigen Stromverteilung  über  den  Quer- 
schnitt der  Leiter  möglichst  zu  beseitigen, 
wählt  man  keine  massiven  Drahtquerschnitte, 
sondern  Litzen,  deren  Leiter  aus  emaillierten 
dünnen  Drähten  zusammengedreht  ist.  Da- 
durch kommt  jeder  Einzeldraht  der  Litze, 
wenn  sie  auf  die  Spule  gewickelt  wird, 
abwechselnd  auf  die  Innen-  und  die  Außen- 
seite der  S])ule  zu  liegen  und  die  ungleich- 
mäßige Stromverteilung  wird  bis  zu  einem 
gewissen  Grade  dadurch  aufgehoben. 

Auch  die  Kapazität  der  Spulen  kann 
durch  geeignete  Wickelungen  klein  ge- 
macht werden;  bei  größeren  Spulen  muß 
sie  experimentell  bestimmt  und  beim  Ge- 
brauch der  Spule  in  Rechnung  gezogen 
werden. 

Bei  sehr  genauen  Messungen  kommt 
auch  die  Kapazität  der  Spule  gegen  Erde 
in  Frage.  Bei  Normalspulen  em])fiehlt 
es  sich,  diese  Ka])azität  dadurch  eindeutig 
festzulegen,  daß  man  die  Spulen  in  einem 
weiten  Kasten,  der  mit  Metallfolie  ausge- 
kleidet ist,  fest  anordnet.  Die  Metallfolie 
muß,  um  das  Entstehen  von  Wirbelstrrnnen 
zu  vermeiden,  durch  geeignete  Schnille  in 
Streifen  zerlegt  werden.  Bei  den  meisten 
Messungen  ist  aber,  wie  gesagt,  diese  Vor- 
sichtsmaßregel nicht  erforderlich.     Dagegen 


hat  man  stets  sorgfältig  auf  die  Zuleitungen 
zu  achten;  sie  können  eine  nicht  zu  vernach- 
lässigende Rolle  spielen  und  die  Messungen 
erheblich  fälschen.  Am  zweckmäßigsten  ist 
es,  feste  Zuleitungen  von  solcher  Länge 
dem  Normal  beizugeben,  daß  die  Enden 
praktisch  außerhalb  des  Feldes  der  Normal- 
spule liegen.  Li  allen  praktischen  Fällen 
wird  eine  Länge  von  etwa  1  m  genügen. 
Die  Zuleitungen  sind  dann  als  ein  Teil  der 
Normalspule  anzusehen;  der  Wert  der  Selbst- 
induktivität versteht  sich  mit  Einschluß 
der  Zuleitungen. 

Normale  der  Selbstinduktion  sind  im 
Bereich  von  Ü,U0Ü1  bis  1  Henry  im  Handel 
zu  haben.  Die  Rollen  0,1  und  1  Henry 
sollten  stets  die  Angabe  ihrer  Kapazität 
tragen.  Sie  pflegt  in  der  Größenordnung 
von  4,10—^  bezw.  1,5.10—^  /<  F  zu  liegen. 
Wird  die  Kapazität,  in  Farad  gemessen, 
mit  K  bezeichnet,  so  ward  der  wirksame 
Widerstand  der  Rolle 

R(l  +  2io^LK) 
und  ihre  wirksame  Selbstinduktivität 
L(l  +  co^LK). 

Die  Formeln  zeigen,  daß  Widerstand 
sowohl,  als  Induktivität  mit  dem  Quadrat 
der  Frequenz  zunehmen  und  zwar  der 
Widerstand  doppelt  so  stark,  wie  die  In- 
duktivität. 

Aus  den  Rollen  der  bisher  besprochenen 
Art  kann  man  leicht  auch  ein  Normal  für 
gegenseitige  Induktivität  machen.  Man 
braucht  dazu  nur  eine  Rolle,  die  für  den  Wert 
von  L  Henry  berechnet  ist,  so  zu  wickeln, 
daß  man  gleichzeitig  zwei  Drähte  miteinander 
aufwickelt.  So  entstehen  zwei  einander 
gleiche  Spulen,  die  in  Reihe  geschaltet  die 
Selbstinduktion  L  besitzen.  Jede  der 
Einzelspulen  hat  dann  die  Induktivität 
L/4,  und  die  Gegeninduktivität  wird  ebenfalls 
L/4  (s.  S.  396).  Der  Vorteil  dieses  Verfahrens 
besteht  in  den  eben  abgeleiteten  einfachen 
Beziehungen  und  der  Einfachheit  der  Be- 
rechnungsweise, der  Nachteil  darin,  daß  die 
Spulen  eine  große  gegenseitige  Kapazität 
besitzen  und  schwer  gut  genug  gegeneinander 
isoliert  werden  können.  Besser  ist  es  daher, 
die  beiden  Spulen  SiS.2  (Fig.  10)  auf  dem- 
selben Kern  in  getrennten  Nuten  unter- 
z^ibringen. 

In  der  Praxis  werden  statt  der  Normale 
der  Induktivitäten  mit  festem  Wert  mit 
Vorliebe  sogenannte  Variatoren  gebraucht. 
Sie  be-itehen  aus  zwei  Spulen,  von  denen 
die  eine  fest  und  die  andere  beweglich  ist, 
und  zwar  entweder  innerhalb  der  festen 
längs  ihrer  Achse  verschiebbar  oder  besser 
in  ihr  drehbar,  so  daß  die  Drehungsachse 
auf  den  Spulenachsen  senkrecht  steht. 
Werden  die  beiden  Spulen  so  zueinander 
gestellt,  daß  die  Spulenachsen  zueinander 
senkrecht  stehen,  so  ist  ihre  gegenseitige 
Induktivität  =   0,  fallen  die   Spulenachsen 


Induktivität 


405 


miteinander  zusammen,  so  erhält  M  seinen 
Höchstwert  und  zwar  ist  er  je  nachdem, 
ob  die  als  positiv  angenommenen  Rieh- 
tungen der  Achsen  in  dieselbe  oder  ent- 
gegengesetzte Richtung  fallen,  positiv  oder 
negativ. 

Werden  die  beiden  Spulen  hintereinander 
geschaltet,  so  bilden  beide  zusammen  einen 
Variator  der  Selbstinduktivität.  Die  gegen- 
seitige Lage  der  Spulen  liest  man  mittels 
eines  Zeigers  an  einer  Skala  ab.  Jeder 
Zeigerstellung  entspricht  eine  ganz  bestimmte 
gegenseitige  bezw.  Selbstinduktivität.  Um 
einen  möglichst  großen  Meßbereich  zu  er- 
halten, bringt  man  sow^ohl  auf  dem  fest- 
stehenden, wie  auf  dem  beweglichen  Teil 
nicht  eine,  sondern 
mehrere  Spulen  unter, 
die  man  so  wählt  und 
schaltet,  daß  die  ein- 
zelnen so  entstehen- 
den Meßbereiche  an- 
einander schließen. 


Fig.  10. 


Fiff.  11. 


Früher  wandte  man  als  Normale  der 
gegenseitigen  Induktion  vielfach  eine  lange 
Spule  von  geringem  Querschnitt  an,  auf 
die  eine  vieldrähtige  kurze  Spule  von  geringer 
Länge  als  sekundärer  Kreis  aufgeschoben 
ist.  Man  wählte  diese  Form,  weil  sie  der 
Berechnung  verhältnismäßig  leicht  zugänglich 
ist.  Man  hat  aber  diese  Form  wiecler  auf- 
gegeben, weil  sie  unhandlich  ist  und  weil  man 
es  heutzutJige  vorzieht,  den  genauen  Wert 
der,  Induktivität  nicht  durch  Rechnung, 
sondern   durch   den    Versuch    zu    ermitteln. 

Für  Regulierzwecke  kommt  es  weniger 
auf  gut  bekannte  und  unveränderliche 
Werte  der  Selbstinduktivität  an,  wie  bei 
Normalrollen,  sondern  mehr,  bei  möglichst 
kleinem  Widerstand,  d.  h.  möglichst  kleinem 
Energieverlust  durch  Umwandlung  in  Wärme 
eine  große  Selbstinduktivität  und  damit 
einen  großen  Spannungsabfall  zu  erzielen. 
Man  stattet  daher  solche  Spulen  mit  Eisen- 
kernen aus,  die  aus  Blechen  aufgebaut 
werden,  um  das  Zustandekommen  von  Wirbel- 
strömen zu  verhüten.  Dadurch  wird  die 
magnetische  Induktion  33  und  damit  die 
magnetische  Energie  sehr  vergrößert, 
während  die  Steigerung  des  Energiever- 
lustes durch  Hysteresis  und  Wirbelströme 
gering  ist.     Derartige  Apparate   werden   in 


der  Starkstromtechnik  als  Drosselspulen 
bezeichnet  und  dienen  dazu,  Wechselspan- 
nungen ohne  wesentliche  Energieverluste 
auf  kleinere  Werte  zu  bringen.  Vielfach 
werden  sie  regulierbar  eingerichtet;  das 
geschieht  dadurch,  daß  man  den  Eisenkern 
an  zwei  Stellen  durchschneidet  und  die 
beiden  Hälften  voneinander  entfernen  kann, 
so  daß  die  magnetischen  Feldlinien  einen 
Luftraum  durchsetzen  müssen. 

Wird  die  gegenseitige  Induktivität  zweier 
Spulen  dadurch  verstärkt,  daß  man  einen 
beide  Spulen  durchsetzenden  gemeinsamen 
Eisenkern  einführt,  so  erhält  man  damit 
einen  in  der  Technik  vielfach  angewandten 
Apparat,  den  Transformator.  Da  die  In- 
duktionskoeffizienten durch  die  Anwesenheit 
des  Eisens  keine  konstanten  Zahlen  mehr  sind, 
so  wendet  man  in  der  Theorie  der  Trans- 
formatoren in  den  meisten  Fällen  die  In- 
duktionskoeffizienten nicht  an,  sondern  be- 
trachtet direkt  die  magnetischen  P'elder 
und  ihre  Wirksamkeit.  Die  Behandlung 
dieser  Dinge  führt  zu  weit  von  dem  vor- 
liegenden  (iegenstand  weg. 

8.  Induktivitätsmessungen  unter  Ver- 
wendung von  Gleichströmen.  Für  die 
Me-isung  der  Induktivitäten  stehen  die 
mannigfachsten  Methoden  zu  Gebote.  An 
dieser  Stelle  kann  nur  eine  Auswahl  von 
typischen  Methoden  besprochen  werden, 
die  nach  dem  heutigen  Stande  der  Wissen- 
schaft zu  empfehlen  sind. 

Zunächst  mögen  diejenigen  Methoden 
besprochen  werden,  welche  den  auf  der 
Gleichstromdefinition  beruhenden  Wert  der 
Induktivität  geben.  Hierher  gehört  die 
Messung  einer  Gegeninduktivität  mit  einem 
ballistischen  Galvanometer  (Fig.  11).  Durch 
die  primäre  Wicklung  p  einer  Gegeninduktivi- 
tät M  schickt  man  einen  Gleichstrom  ij 
und  mißt  ihn  möglichst  genau  mittels  des 
Strommessers  A.  Die  sekundäre  Wicklung  s 
ist  unter  Vorschaltung  eines  geeigneten 
Widerstandes  durch  ein  ballistisches  Galvano- 
meter b.  G.  geschlossen.  Man  schaltet  nun 
den  Strom  i^  aus  oder  besser  man  dreht 
seine  Richtung  mittels  des  Umschalters  U 
um;  dann  wird  in  der  sekundären  Wicklung 
ein  Stromstoß  induziert,  dessen  Augenblicks- 
wert der  Gleichung  genügt: 


R,i,+  L,*» 


M 


di, 
dt 


0 


(R.^  Gesamtwiderstand  des  das  ballistische 
Galvanometer  enthaltenden  sekundären 
Kreises. 

L.2  seine  Selbstinduktion. 

M  die  gesuchte  gegenseitige  Induktivität.) 

Ist  ±Ji  Anfangs-  und  Endwert  des 
primären  Kreises  (wenn  der  Strom  umgedreht 
wird),  so  sind  die  Anfangs-  und  Endwerte 
von  i2  Null,  und  die  Integration  der  obigen 
Gleicfiung  ergibt: 


406 


Induktivität 


R2/i2dt  +  2MJi  =  0. 

Und  da  q2=,ri2dt,  die  i!;e.sanitc  während 
des  Stromstoßes  durch  die  Sekundärwicklung 
geflossene  Elektrizitätsmenge  ist: 

R2q2 


2M  = 


23, 


B..2  und  Jj  sind  gemessen  und  q2  ist  pro- 
portional dem  Ausschlag  des  ballistischen 
Galvanometers,  das  in  einer  hier  nicht  näher 
zu  beschreibenden  Weise  geeicht  wird.  Die 
Genauigkeit  die  auf  diesem  Wege  gewonnen 
wird,  ist  nicht  sehr  groß.  Genauer  und  be- 
quemer arbeitet  man,  wenn  eine  bekannte 
gegenseitige  Induktivität  M2  vorhanden  ist, 
mit  der  man  die  unbekannte  M^  vergleicht. 
Man  schaltet  nach  Figur  12  und  stellt 


p,    r-t T^       I         P^ 


Fig.  12. 

sowohl,  wenn  M^  als  auch  wenn  M2  einge- 
schaltet ist,  in  A  dieselbe  primäre  Strom- 
stärke ein;  ihren  Wert  braucht  man  nicht 
zu  kennen.  Sind  a^  und  ag  die  ballistischen 
Ausschläge,  die  man  beim  Stromwenden 
im  ballistischen  Galvanometar  b.  G.  erhält, 
so  ist: 

Ml  =  Mg  (ai/aa). 
Hat  man  einen  bekannten  Variator  für 
gegenseitige  Induktivität  zur  Verfügung, 
so  kann  man  eine  Differentialmethode  an- 
wenden, von  der  später  bei  den  Wechselstrom- 
methoden die  Rede  sein  wird. 

Die  Messung  der  Selbstinduktivität  mit 
dem  ballistischen  Galvanometer  wird  wenig 
angewandt. 

9.  Apparatur  für  Induktivitätsmes- 
sungen unter  Verwendung  von  Wechsel- 
strömen. Da  in  den  jneisten  Fällen  In- 
duktivitäten mit  Wechselstrom  gebraucht 
werden,  so  sind  dementsprechend  ■  auch 
die  Messungen  mit  Wechselstrom  auszu- 
führen, und  zwar  da  L,,  im  allgemeinen 
sich  mit  der  Frequenz  ändert,  so  ist  die 
gewünschte  Frequenz  bei  der  Messung  an- 
zuwenden, oder  die  Untersuchung  über  einen 
ganzen  Frequenzbereich  zu  erstrecken. 


9a)      Wechselstromquellen.  Als 

Wechselstromquellen  kommen  in  Frage  für 
niedere  und  mittlere  Frequenzen,  Saiten- 
unterbrecher  und  Maschinen.  Beim  Saiten- 
unterbrecher wird  eine  ausgespannte  Stahl- 
saite auf  elektromagnetischem  Wege  in 
Schwingungen  versetzt.  Ihre  Eigenperiode 
kann  durch  Spannen  oder  durch  Unter- 
schieben von  ein  Paar  begrenzenden  Stegen 
in  weiten  Grenzen  verändert  werden.  Der 
unterbrochene  Strom  speist  die  primäre 
Wicklung  eines  kleinen  Transformators 
dessen  sekundärer  Wicklung  der  gewünschte 
Wechselstrom  entnommen  wird. 

Die  Wechselstrommaschinen,  die  man 
für  Meßzwecke  verwendet,  müssen  für  ver- 
schieden hohe  Frequenzen  gebaut  sein.  Hier- 
fürsind sehr  geeignet  diesogenannten  Sirenen ; 
Figur  13  zeigt  die  Ausführungsform  von  D  0 1  e  - 


Fig.  13. 

zalek.  Das  gezahnte  Eisenrad  R  dreht  sich  vor 
dem  durch  den  Elektromagneten  p  erregten 
Anker.  Die  Schwankungen  des  Induktions- 
flusses induzieren  in  s^  Sj  Wechselströme. 
Mit  diesen  Maschinen  kann  man  Frequenzen 
bis  8000  in  der  Sekunde  erzeugen,  allerdings 
gibt  sie  nur  eine  kleine  Leistung  her.  Ge- 
ringere Frequenzen,  aber  dafür  größere 
Leistungen  geben  die  Maschinen  von  Hart- 
mann  und  Braun. 

Will  man  Messungen  mit  Hochfrequenz- 
strömen machen,  so  wendet  man  die  zur 
Erzeugung  der  Schwingungen  in  der 
drahtlosen  Telegraphie  üblichen  Methoden 
an.  Am  geeignetsten  sind  ungedämpfte 
Schwingungen,  d.  h.  die  modernen  Hoch- 
frequenzmaschinen und  die  Fouls enlampe. 
Bei  letzterer  hat  man  oft  damit  zu  kämpfen, 
daß  die  Schwingungen  für  Meßzwecke  nicht 
genügend  konstant  sind  (vgl.  den  Artikel 
,,Elektrische  Schwingungen"). 

9b)  Stromindikatoren.  Die  besten 
Methoden  zur  Messung  von  Induktivitäten 
sind  sogenannte  Nullniethoden;  dazu  braucht 
man  Apparate,  die  anzeigen,  wann  ein 
Strom  verschwindet.  Der  einfachsteund  hand- 
lichste Apparat,  der  dies  für  Wechselstrom 


Induktivität 


407 


leistet,  ist  das  Telephon.  Es  ist  zwar  außer- 
ordentlich bequem  in  der  Handhabung,  für 
die  meisten  Fälle  genügend  empiindlich, 
hat  aber  gelegentlieh  den  Nachteil,  daß  es 
auf  Wechselströme  jeder  Frequenz  anspricht. 
An  Stelle  des  Telephons  benutzt  man 
häufig  die  sogenannten  Vibrationsgalvano- 
meter. Es  sind  prinzipiell  Galvanometer 
mit  einer  außerordentlich  kurzen  Eigen- 
schwingungsdauer. Letztere  wird  so  reguliert, 
daß  sie  mit  der  Periode  des  Wechselstroms, 
mit  dem  man  arbeitet,  übereinstimmt. 
Infolge  der  Kesonanz,  die  dann  zwischen 
Wechselstrom  und  mechanischen  Schwin- 
gungen des  beweglichen  Systems  besteht, 
ist  das  Galvanometer  für  diese  eine  Frequenz 
sehr  empfindlich,  für  alle  anderen  unemp- 
findlich. Das  ist  eine  sehr  wertvolle  Eigen- 
schaft, die  man  vortrefflich  ausnützen  kann. 
Die  ältere  den  Nadelgalvanonietern  ent- 
sprechende Form  ist  von  Rubens  kon- 
struiert. 

Die  Rubensschen  Vibrationsgalvano- 
meterwerden neuerdings  vondensogenannten 
bifilaren  verdrängt,  mit  denen  eine  größere 
Empfindlichkeit  erreichbar  ist,  und  die  in 
der  Handhabung  bequemer  sind.  Konstruk- 
tionen sind  von  Campbell,  Duddell, 
Schering  und  Schmidt  ausgeführt;  sie 
lehnen  sich  an  die  bekannten 
Konstruktionen  von  Oszillo- 
graphen an.  Es  sind  mehrere 
Dauermagnete  mit  Polen  N. 
S.  (Fig.  14)  von  schmaler 
Rechteckform  übereinander 
angeordnet;  zwischen  den 
Polen  ist  entweder  eine  lange 
sehmale  Spule  oder  nur  eine 
einzelne  Stromschleife  (bifila- 
res  Band)  gespannt,  über 
das  ein  Spiegel  s  geklebt  ist. 
Wird  der  Draht  von  Wechsel- 
strömen durchflössen,  so  ge- 
rät bei  geeigneter  Abstim- 
'mung  der  Bifilardraht  und 
damit  der  Spiegel  in  Schwin- 
gungen. Das  schwingende 
System  wird  dadurch  abge- 
stimmt, daß  man  mittels 
einer  Mikrometerschraube 
zwei  Stege  BB  verschiebt, 
über  welchen  die  bifilaren  Bänder  laufen, 
und  durch  welche  ihre  Länge  begrenzt  wird. 
Die  Torsionsschwingungen  der  Vibrations- 
galvanometer werden  dadurch  sichtbar  ge- 
macht, daß  man  das  schwingende  System 
mit  einem  Spiegelchen  versieht,  in  dem  man 
einen  hellerlenchteten  Spalt  betrachtet 
(mittels  Fernrohr  oder  objektiver  Ablesung). 
Sobald  das  System  schwingt,  wird  der  Spalt 
zu  einem  mehr  oder  weniger  breiten  Band 
auseinandergezogen.  Auf  diese  Weise  sind 
auch  sehr  kleine  Schwingungen  des  vibrieren- 
den Systems  leicht  erkennbar. 


9c)  Widerstände.  Bei  den  Messungen 
von  Liduktivitäten  mit  Wechselstrom  werden 
Widerstände  der  verschiedensten  Größen 
gebraucht,  für  die  man  die  mit  Gleichstrom 
gemessenen  Werte  einzusetzen  pflegt.  Es 
ist  daher  notwendig,  sich  zu  fragen,  ob  das 
berechtigt  ist  bezw.  welche  Mittel  man 
anwenden  muß,  um  das  tun  zu  dürfen. 
Widerstände  werden  gewöhnlich  aus  iso- 
liertem Manganindraht  auf  Metallrohr  ge- 
wickelt; um  die  Entstehung  eines  magneti- 
schen Feldes  und  damit  einer  Liduktivität 
zu  vermeiden,  wird  die  Wicklung  bifilar 
ausgeführt;  d.  h.  die  ganze  Länge  des  auf- 
zuwindenden Drahtes  wird  hi  der  Mitte 
j  umgeknickt  und  die  beiden  Drahthälften 
I  werden  zusammen  miteinander  aufgewickelt. 
j  Damit  wird  nun  zwar  das  magnetische  Feld 
I  in  größerem  Abstand  der  Drähte  praktisch 
ganz  ausgelöscht.  Ln  Innern  der  Drähte 
i  dagegen  und  in  unmittelbarer  Nachbarschaft 
{  der  Oberfläche  ist  aber  dem  nicht  so.  Es 
kommt  daher  jedem  Widerstand,  auch  wenn 
er  bifilar  gewickelt  ist,  eine  gewisse  Selbst- 
induktivität zu,  und  zwar  wird  die  sogenannte 
Zeitkonstante,  die  dem  Quotient  L/R  In- 
duktivität durch  Widerstand  gleich  ist,  um 
i  so  größer,  je  dicker  die  Drähte  sind,  die 
angewandt  werden.  Dementsprechend  haben 
die  Widerstände  meist  eine  um  so  größere 
Zeitkonstante  je  kleiner  sie  sind.  Bei  Wider- 
ständen unter  100  Ohm  muß  auf  die  In- 
duktivität unter  Umständen  sehr  sorgfältig 
Rücksicht  genommen  werden.  An  Wider- 
ständen in  einem  der  üblichen  Präzisions- 
kästen wurde  gemessen: 


id  erstand 

L/R 

0,1  Ohm 

1400.10-'  Henry 

1       — 

430.10"'      — 

10     — 

100.10-'      — 

Fig.  14. 


Man  kann  diese,  namentlich  bei  höheren 
Frequenzen  unter  Umständen  sehr  störende 
Erscheinung  dadurch  vermeiden,  daß  man 
nach  dem  Vorgange  von  K.  W.  Wagner 
z.  B.  einen  Widerstand  von  1  Ohm  aus 
10  Rollen  von  je  10  Ohm  zusammensetzt, 
die  parallel  geschaltet  werden.  Da  bei  der- 
selben Strombelastung  die  Drähte  für  die 
10  Ohmrollen  nur  den  10.  Teil  des  Quer- 
schnittes der  l-OhmroUen  zu  haben  brauchen, 
so  wird  dadurch  bei  geeigneter  Wicklung 
das  magnetische  Feld  und  damit  die  In- 
duktivität des  Widerstandes  erheblich  ver- 
kleinert. 

Aber  nicht  bloß  die  Induktivität,  sondern 
auch  die  Kapazität  spielt  bei  den  Wider- 
ständen, und  zwar  hauptsächlich  bei  den 
großen  Widerständen  eine  nicht  zu  unter- 
schätzende Rolle.  Ueber  die  Ursachen  dieser 
Erscheinungen  und  die  Mittel  sie  zu  kompen- 
sieren s.  den  Artikel ,, Kapazität".  Wird 
ein  großer  Widerstand  in  der  oben  be- 
schriebenen Weise  bifilar  gewickelt,  so  liegen, 


408 


Induktivität 


dca  entsprechend  der  Größe  des  Wider- 
standes unter  Uniständen  sehr  huijie  Drähte 
verwendet  werden  müssen,  hin<;je  J)raht- 
streeken  nebeneinander,  die  eine  erhebiiche 
Potentialdit'ferenz  f!;ef;eneinander  haben,  nnd 
somit  einen  iieladencn  ivondensator  biklen. 
Bei  Widerständen  von  melir  als  lOÜ  Ohm 
püesit  sk'h  anch  bei  c;ewühiük'hen  .Messnnsen 
die  Wirknnü,'  der  Kapazität  in  nnani^^'nehmer 
Weise  fühlbar  zu  machen.  Schon  vor  lan2;er 
Zeit  hat  Chaperon  (1889)  eine  Methode 
angegeben,  um  diesen  Uebelstand  zu  be- 
seitigen. Sie  besteht  darin,  daß  num  eine 
Spule  zunächst  unifilar  zn  wickeln  anfängt. 
tt  eine  Lage  gewickelt,  so  wird  der  Dralit 
umgeknickt  uiul  in  entgegengesetzter  Rich- 
tung die  gleiche  Zahl  von  Windungen  zurück- 
gcwickelt.  Darauf  folgt  die  dritte  Lage 
wiederum  in  entgegengesetzter  Richtung  usw. 
Macht  man  eine  Lage  nicht  zu  lang,  so 
wird  dadurch  die  Spannung,  die  zwischen 
zwei  benachbarten  Drähten  bestehen  kann, 
und  auch  die  Länge  der  nebeneinander 
herlaufenden  Drähte  erheblich  herabgesetzt. 
Eine  weitere  Verbesserung  wird  dadurch 
erzielt,  daß  man  nicht  zuviel  Windungen 
übereinander  wickelt,  sondern  den  ganzen 
Widerstand  teilt  und  die  einzelnen  Teile 
in  der  eben  angedeuteten  Weise  nebenein- 
ander auf  demselben  Kern  unterbringt. 
Figur  15  stellt  eine  solche  Wicklung  dar. 
Aber  selbst  eine  solche  Unterteilung  genügt 
noch  nicht  für  feinere  Messungen.  Die 
beste  Kompensation  erhält  man  nach  K.  W. 
Wagner,  wenn  man  auch  den  Metallkern, 
auf  dem  die  Widerstände  gewickelt  werden, 
nnterteilt.  Dies  geschieht  in  der  Weise, 
daß  man  auf  einen  Kern  aus  Isoliermaterial 
Metallrohre  schiebt,  die  durch  Ringe  aus 
Isoliermaterial  voneinander  getrennt  sind. 
Jedes  der  Metallrohre  trägt  eine  der  Wick- 
lungsabteilungen. In  Figur  16  ist  ein  derartig 
hergestellter  Widerstand  abgebildet. 


10.  Induktivitätsmessungen  in  der 
Wheatestonschen  Brücke.  Die  einfachste 
Methode  einer  Induktivitätsmessung  mit 
Wechselstrom  besteht  darin  aus  Effektiv- 
spannung E  an  einer  Spule  und  Effektiv- 
strom J,  der  sie  durchfließt,  den  Schein- 
widerstand 

S  =  E/J 
zu  berechnen;  und  daraus  die  Induktivität 
luich  der  Formel: 

L  =  VS2— R2/a> 

Eine  große  Genauigkeit  ist  auf  diesem  Wege 
nicht  zu  erhalten;  die  Methode  hat  den 
sachlichen  Fehler,  daß  sie  die  Kenntnis  von 
R  voraussetzt,  das  nach  früheren  Ausein- 
andersetzungen von  dem  mit  Gleichstrom 
gemessenen  Wert  merklich  abweichen  kann. 
Die  besten  und  zuverlässigsten  Messungen 
der  Induktivität  werden  in  der  Wheatstone- 
schen  Brücke  gemacht.  Diese  besteht  be- 
kanntlich in  einer  einfachen  Stromver- 
zweigung zwischen  zwei  Punkten  C  und  D 
(Fig.  17).  Gesucht  werden  auf  den  beiden 
Zweigen  zwei  Punkte  A  und  B,  die  keine 
Potentialdifferenz  gegeneinander  haben,  so 
daß  man  sie  durch  eine  metallische  Leitung 
miteinander  verbinden  kann,  ohne  daß 
in  letzterer  ein  Strom  zustande  kommt. 
Bringt  man  also  in  Zweig  AB  einen  Strom- 
anzeiger, so  kann  man  umgekehrt  aus  dem 
Verschwinden  des  Stromes  auf  die  Gleichheit 
der  Potentiale  in  A  und  B  schließen.    Fließt 


Co 

« 

c 

^ 

<0 

>' 

l 

f     r 

to 

t  \      1 

Fig.  IG. 


Fig.  17. 

in  der  Verzweigung  Gleichstrom,  so  wird  be- 
kanntlich in  den  Brückenzweig  ein  Galvano- 
metergebracht, und  die  Bedingung  dafür,  daß 
der  Galvanometerausschlag  Null  wird,  lautet: 

Rj :  Ro  =  R3:  R4 
wo  Rj  Ro  R3  R4  die  Ühmschen  Widerstände 
der  vier  Zweige  bedeuten.  Es  ist  aus 
Symmetriegründen  leicht  einzusehen,  daß 
man  durch  Vertauschung  von  Stromcinelle 
im  Hauptzweig  uiul  Galvanometer  im 
Brückenzweig  das  (ileichgewicht  der  Brücke 
nicht  stört. 

Wird  die  Verzweigung  mit  Wechselstrom 
erregt,  so  wird  die  Bedingung  dafür,  daß 
die  Spannung  zwischen  A  und  B  Null  ist, 


Induktivität 


409 


darin  bestehen,  daß  der  Spannungsabfall 
CA  gleich  dem  Spannungsabfall  CB  ist;  und 
zwar  nicht  nur  der  Größe  (Effektivwert) 
sondern  auch  der  Phase  nach.  Es 
müssen  also  bei  Wechselstrom  stets  zwei 
Bedingungen  erfüllt  werden,  wenn  der  Strom 
in  der  Brücke  verschwinden  soll.  Die  Be- 
dingungsgleichungen werden  neben  Wider- 
stand, Kapazität  und  Induktivitcät  der 
Zweige  häufig  auch  die  Frequenz  enthalten. 
Dies  ist  eine  für  die  Meßtechnik  wichtige 
Tatsache.  Ist  nämlich  eine  der  Bedingungen 
von  der  Frequenz  abhängig,  so  kann  die 
Brücke  nur  dann  vollständig  stromlos  ein- 
gestellt werden,  wenn  die  Stromquelle  im 
Hauptzweig  nur  einwellige  Ströme  (sinus- 
förmige) liefert.  Ist  das  aber  nicht  der  Fall, 
enthält  also  die  Stromquelle  neben  der 
Grund  welle  mehrere  Oberschwingungen,  so 
ist  es  überhaupt  nicht  mehr  möglich,  den 
Brückenzweig  völlig  stromlos  zu  machen. 
Schaltet  man  in  diesem  Falle  ein  Hörtelephon 
in  den  Brückenzweig,  so  bringt  man  es 
nicht  mehr  zu  völligem  Schweigen,  sondern 
beobachtet  nur  ein  Tonminimum  und  eine 
Aenderung  der  Klangfarbe,  wenn  man 
durch  das  Minimum  allmählich  hindurchgeht. 
Hier  tritt  nun  der  eigentliche  Wert  der 
Vibrationsgalvanometer  hervor.  Da  dieses 
praktisch  nur  auf  eine  Frequenz  anspricht, 
so  erhält  man,  falls  man  das  Vibrations- 
galvanometer auf  die  Grundfrequenz  des 
verwandten  Wechselstromes  abgestimmt  hat, 
eine  absolute  Ruhe  des  beweglichen  Systems; 
die  im  Stromsystem  vorhandenen  Ober- 
schwingungen fallen  für  die  Messung  voll- 
ständig heraus,  weil  das  Vibrationsgalvano- 
meter auf  diese  nicht  anspricht.  Immerhin 
ist  es,  da  die  selektive  Eigenschaft  des 
Vibrationsgalvanometers  nur  angenähert  vor- 
handen ist,  zweckmäßig,  möglichst  mit  sinus- 
förmiger Stromquelle  zu  arbeiten,  und  die 
Ströme  von  Obertönen  nach  Möglichkeit  zu 
reinigen.  Am  einfachsten  geschieht  dies 
durch  Resonanz.  Dazu  schaltet  man  in  den 
Hauptzweig  einen  Kondensator  und  verändert 
dessen  Kapazität  solange,  bis  er  mit  dem 
ganzen  System  (eingeschl.  Maschine)  zur 
Resonanz  kommt.  Man  erkennt  dies  in 
einfacher  Weise  daran,  daß  ein  in  den 
Hauptzweig  geschalteter  Strommesser  durch 
einen  Höchstwert  geht. 

Die  am  meisten  angewandte  und  am 
besten  studierte  Form  der  W  h  e  a  t  s  t  o  n  e  sehen 
Brücke  ist  in  Figur  17  dargestellt. 

Zweig  1  und  2  hat  die  Widerstände 
Rj,  Ro  und  die  Selbstinduktivitäten  Lj,  L.2, 
Zweig  3  und  4  die  Ohmschen  Widerstände 
Rg  und  R4.  Die  Doppelbedingung  für  den 
Nullstrom  in  CD  lautet: 

L]^:  L2  ^  R]^;  R2  =^  R3:Ri. 
Lj   sei    die   unbekannte,    zu    messende    In- 
duktivität, 
Lg    eine    Normale    der    Selbstinduktivität. 


Dann  muß  man  entweder  in  Zweig  1 
oder  in  Zweig  2  einen  Widerstands- 
kasten hinzufügen,  um  dadurch  das  Ver- 
hältnis der  Widerstände  der  beiden  Zweige 
RjiR.,  gleich   dem   der    Selbstinduktionen 

L,:U 
machen  zu  können.  Zweig  3  und  4  wird 
in  der  Regel  aus  einem  Schleifdraht  gebildet. 
Bei  Ausführung  der  Einstellung  der  Brücke 
geht  man  am  besten  derart  vor,  daß  man 
zunächst  den  Schleifkontakt  B  verschiebt, 
bis  das  Telephon  oder  Vibrationsgalvano- 
meter ein  Minimum  zeigt.  Dann  reguliert 
man  in  dem  Zusatzwiderstand  in  Zweig  1 
oder  2,  und  stellt  dadurch  ein  neues  Minimum 
ein,  das  schwächer  ist,  als  das  vorhergehende; 
darauf  wiederholt  man  abwechselnd  die 
eine  und  die  andere  Einstellung,  bis  der 
absolute  Nullstrom  erreicht  ist.  Bequemer 
ist  es  noch,  wenn  man  in  Zweig  2  statt  des 
Normals  einen  Variator  der  Selbstinduktion 
einschaltet;  man  spart  dann  den  Zusatz- 
widerstand in  Zweig  1  oder  2  und  verändert 
abwechselnd  den  Schiebekontakt  C  zwischen 
Zweig  3  und  4  und  die  Stellung  des  Variators. 
Hat  man  es  in  allen  Zweigen  mit  vollkomme- 
nen Induktivitäten  und  Widerständen  zu 
tun,  so  sind  die  Einstellungen  von  der 
Frequenz  unabhängig,  ein  Hörtelephon  im 
Brückenzweig  ist  völlig  zum  Schweigen  zu 
bringen.  Ist  letzteres  nicht  der  Fall  oder  ist 
eine  Aenderung  der  Einstellung  mit  der 
Frequenz  festzustellen,  so  macht  sich  eine 
der  früher  besprochenen  störenden  Neben- 
erscheinungen geltend.  Man  wird  daher 
nach  Möglichkeit  vollkommene  Induktivitäten 
bezw.  Widerstände  anwenden,  um  auf  diese 
Weise  um  so  leichter  durch  Aenderung  der 
Frequenz  die  Eigenschaften  der  unbekannten 
Induktivität  messen  zu  können.  So  erhält 
man  z.  B.  durch  die  Wechselstromeinstellung 
den    Widerstand    bei    der    Frequenz   v  aus 

Schaltet  man  sofort  auf  Gleichstrom  um, 
so  wird  man  im  allgemeinen  Rg  in  Rg' 
ändern  müssen,  um  das  an  die  Stelle  des 
Telephons  gesetzte  Galvanometer  zur  Ruhe 
zu  bringen: 

Ri  —  Rg  =  (R2  —  R2')  T> 
R4 

ist  die  gesuchte  Widerstandserhöhung. 

Durch  Messung  der  Induktivität  bei  zwei 

Frequenzen   kann   die  Kapazität  der  Spule 

erhalten  werden: 

L,  =  L(l  +  Wi^LC) 

U  --=  L(l  +  cüa^LC) 

Li  -  L2 


also 


C    = 


(0Ji2-C022)L2 

Es  war  im  vorhergehendSn  gesagt,  daß 
die  Induktivitäten  und  Widerstände  in 
den    einzelnen    Zweigen    nach    Möglichkeit 


410 


Induktivität 


vollkommen  sein  sollen.  Es  ist  nicht  ganz 
einfach,  dieser  Bedingung  zu  genügen.  Zu- 
nächst muß  vermieden  werden,  daß  die 
einzelnen   Zweige  sich  gegenseitig   induktiv 


Figur  18  werden  durcli  die  ])uiiktierten 
Linien  derartige  Schirme  dargestellt.  Ins- 
besondere sind  S]  und  Sg  die  großen  Metall- 
kästen, in  denen  die  Nonnalspulen  angeordnet 


beeinflussen  können,  z.  B.  die  Schleifen  AGB 
und  ADB.  Es  ist  deshalb  ratsam  die 
von  G  i  e  b  e  durchgebildete  geschlossene 
bifilare  Brücke  anzuwenden.  Die  vier 
Eckpunkte  der  Brücke  ABCD  werden  mög- 
lichst dicht  nebeneinander  angeordnet  (Fig. 
18).  Die  einzelnen  Zweige  werden  dann 
durch  bifilare  Widerstandsdrähte  und  die 
Spulen  LjLg  mit  ihren  Zuleitungen  gebildet. 
Letztere  müssen  so  aufgestellt  werden, 
daß  ihre  gegenseitige  Liduktivität  Null  ist. 
Am  schwierigsten  ist  es,  die  Kapazität  der 
einzelnen  Leitergebilde  gegeneinander  und 
gegen  Erde  zu  eliminieren.  In  dieser  Be- 
ziehung ist  es  wichtig  und  interessant  zu 
wissen,  daß  es  bei  der  Wechselstrombrücke 
nicht  ohne  weiteres  erlaubt  ist,  Stromquelle 
und  Telephon  miteinander  zu  vertauschen, 
namentlich  wenn  zur  Herstellung  der  Re- 
sonanz in  dem  Hauptkreis  eine  Kapazität 
eingeschaltet  ist.  Im  allgemeinen  ist  die 
schädliche  Wirkung  der  Kapazität  der 
Zweige  gegen  Erde  geringer,  wenn  das 
Telephon  an  die  Enden  des  Schleifdrahtes 
und  der  eine  Maschinenpol  an  den  Schleif- 
kontakt gelegt  wird;  letzterer  Punkt 
wird  zweckmäßig  geerdet.  Diese  Maßregel 
genügt  für  viele  Fälle;  will  man  aber  sehr 
genaue  Messungen  machen,  so  muß  man 
dazu  schreiten,  die  einzelnen  Zweige  durch 
geeignete   MetaUlIächen   abzuschirmen.      In 


sind,  um  die  Kapazität  der  Spulen  gegen  Erde 
genau  zu  definieren. 

In  vielen  Fällen  kann  man  die  Schirme 
weglassen,  wenn  man  nach  einem  Vorschlage 
von  K.  W.  Wagner  dafür  sorgt,  daß  der 
Brückenzweig  praktisch  spannungslos  gegen 
Erde  ist.  Man  erreicht  dies  am  einfachsten, 
indem  man  parallel  zur  Brückenanordnung 
A 


& 


Fig.  19. 

zwischen  die  Punkte  C  und  D  eine  In- 
duktivität L5R5  und  Widerstand  Eg  in 
Reihe  schaltet,  sie  so  abgleicht,  daß 

L  j :  L5  =  Rj :  R5  =  R2  ^  Rg 
ist,  und  den  Punkt  zwischen  L5R5  und  Rg 
erdet.      Dies   Mittel   hat  den    Vorzug,   daß 
er  auch  bei  anderen  Schaltungen  sinngemäß 
angewandt  werden  kann. 


Induktivität 


411 


In  der  bisher  besprochenen  Methode 
ist  auf  die  zahlreichen  Schwierigkeiten  hin- 
gewiesen worden,  welche  das  Meßergebnis 
trüben  können,  und  sind  die  Mittel  ange- 
geben worden,  dieser  Schwierigkeiten  Herr  zu 
werden.  In  den  folgenden  Methoden  treten 
alle  diese  Schwierigkeiten  nicht  minder  auf; 
es  wird  aber  nicht  weiter  darauf  eingegangen, 
W'eil  die  Ursachen  und  die  Mittel,  sie  unschäd- 
lich zu  machen,  die  gleichen  sind,  wie  vorher. 

Die  Methode  nach  Figur  17  gestattet  den 
Vergleich  zweier  Selbstinduktionen,  einer 
bekannten  mit  einer  unbekannten.  Sie 
wird  zu  einer  absoluten,  d.  h.  einer  Messung 
einer  Selbstinduktion  aus  Widerständen  und 
einer  Zeitbestimmung,  indem  man  zu  Zweig  1 
einen  Widerstand  rj^  parallel  schaltet  (Max 
Wien).  Durch  diese  Parallelschaltung 
wird  die  Nullstellung  von  der  Frequenz 
abhängig.  Man  muß  also  ein  Vibrations- 
galvanometer anwenden  und  die  Frequenz  v 
des     verwandten     Wechselstromes     messen. 

Uebermäßig  genaue  Resultate  sind  mit 
dieser  Metliode  nicht  zu  erhalten.  Zur  Be- 
stimmung des  Absolutwertes  einer  Selbst- 
induktion ist  es  besser  sich  eines  Umw'eges 
zu  bedienen;  indem  man  die  unbekannte 
Selbstinduktion  mit  einem  Normalkonden- 
sator vergleicht  und  den  Wert  der  Kapazität 
des  Kondensators  nach  der  Maxwell- 
Thomson  sehen  Methode  feststellt  (vgl.  den 
Artikel  ,, Kapazität"). 

Es  soll  deshalb  im  folgenden  auf  eine 
Methode  zum  Vergleich  von  Kapazität 
und  Induktivität  eingegangen  w^erden.  Sie 
rührt  von  Anderson  her  und  ist  die  Weiter- 
bildung eiiier  von  Maxwell  herrührenden 
Methode.  Die  Schaltung,  die  zu  machen  ist, 
ist  in  Figur  20  dargestellt.  Die  Bedingungen 
für  Verschwinden  des  Stromes  im  Telephon- 
zweig lauten: 

Ri:Ro-R3:R4  (22) 

R.^  +  R^  1^2  +  R< 


Li:  K  =  R3 


Rd 


(23) 


Der  Vorteil  der  Schaltung  besteht  darin, 
daß  man  die  beiden  Bedingungen,  die  man 
zu  erfüllen  hat,  durch  zwei  voneinander 
unabhängige  Einstellungen  herstellt.  Dazu 
macht  man  zunächst  eine  Einstellung  mit 
Gleichstrom;  da  der  Kondensator  K  den 
Gleichstrom  absperrt,  so  gehört  jetzt  Rg 
zum  Brückenzw'eig,  und  das  Galvanometer 
gibt  den  Ausschlag  Null,  w'enn 

R]_:  Ro  =  R3:  Rj 
erfüllt  ist.  Dies  ist  aber  auch  eine  der 
Wechselstrombedingungen.  Wenn  man  nun 
jetzt  auf  Wechselstrom  umschaltet,  so  genügt 
es,  R5  so  lange  zu  ändern,  bis  das  Telephon 
schweigt.  Aus  Gleichung  23  ist  dann  das 
Verhältnis  Lj:K  berechenbar. 

II.  Messungen  mittels  Differenzial- 
telephon.  Für  genaue  Widerstandsmes- 
sungen    kommt     iDekanntlich     neben     der 


Wheatstoneschen  Brücke  das  Differenzial- 
galvanometer  in  Betracht.  Dementsprechend 
können  auch  Wechselstrommessungen  von 
großer  Genauig- 
keit mit  dem 
Differenzialtele- 
phon  ausgeführt 
werden. Letzteres 
trägt  zwei  zu- 
sammen mitein- 
ander aufge- 
wickelte Spulen, 
so  daß  sie  gleichen 
Widerstand  und 
gleiche  Induk- 
tivität besitzen. 
Werden  dieWick- 
lungen  von 

Wechselströmen 
gleicher     Stärke 

und  genau  entgegengesetzter  Richtung 
(Phasenverschiebung  180")  durchflössen,  so 
schweigt  das  Differenzialtelephon. 

Die  eine  Wicklung  wird  mit  der  zu 
messenden  Selbstinduktivität  (Induktivität 
Lj,  Widerstand  R^)  in  Reihe  geschaltet,  die 
andere  mit  einem  Selbstinduktionsvariator 
und    einem    Widerstandskasten    (Fig.    21). 


-W^-AAAA 


Fig.  20. 


Fig.  21. 

Beide  Zweige  werden  parallel  an  eine  Wechsel- 
stromquelle geschlossen.  Nur  wenn  die 
Induktivität  des  Variators  Lg  genau  gleich 
L^  und  der  Gesamtw'iderstand  des  zweiten 
Kreises  R2  gleich  R^  ist,  schweigt  das 
Telephon. 

Die  oben  angegebenen  Bedingungen,  denen 
ein  Differenzialtelephon  genügen  muß,  sind 
nicht  ganz  leicht  zu  erfüllen.  Es  ist  deshalb 
vorteilhafter  statt  dessen  einen  Differenzial- 
transformator  zu  verw-enden.  Letzterer 
besitzt  einen  unterteilten  Eisenkern,  auf  den 
zwei  einander  gleiche  Wicklungen  gleichzeitig 
miteinander  aufgewickelt  sind.  Außerdem 
trägt  er  eine  einfache  tertiäre  Wicklung, 
an  die  ein  gewöhnliches  Telephon  ange- 
schlossen wird. 

Das  Prinzip  des  Differenzialtelephons 
ist  von  Hausrath  weitergebildet  worden; 
Hausrat h  bringt  auf  den  Eisenkern  2n 
einander    gleiche    Wicklungen,    von    diesen 


412 


Induktivität 


werden  n  einander  parallel  und  ii  in  Reihe 
t^eschaltet;  außerdem  ist,  wie  vorher,  eine 
terti.äre  Wicklung  für  das  Telephon  vorhanden. 
Die  ]\reßschaltung  ist  die  gleiche,  wie  oben 
beschrieben.  Das  Telephon  schweigt,  wenn 
die  Ströme  in  der  primären  und  sekundären 
Wicklung  sich  wie  l:n  verhalten  und  ein- 
ander genau  entgegen  gerichtet  sind.  Das 
ist  der  Fall,  wenn  die  vor  die  beiden  Wick- 
lungen geschalteten  Widerstände  und  In- 
tluktivitäten  ebenfalls  im  Verhältnis  l:n 
zueinaiuler  stehen.  Die  Anordnung  ist  gut 
zu  brauchen,  um  z.  B.  die  Induktivität  einer 
starkdrälitigen  eisenhaltigen  Drosselspule  in 
Abhängigkeit  von  der  Stromstärke  zu  be- 
stimmen. Die  Drosselspule  wird  in  den 
Kreis  mit  den  n  einander  parallel  geschalteten 
Spulen  gebracht,  um  mit  verhältnismäßig 
starken  Strömen  arbeiten  zu  können,  während 
die  n  in  Reihe  liegenden  Spulen  mit  einem 
V'ariator  und  Widerstand  in  Reihe  den  Meß- 
kreis bilden. 

12.  Messung  der  Gegeninduktivitäten. 
Für  die  Messung  der  gegenseitigen  Induktion 
von  zwei  Spulen  unter  Verwendung  von 
Wechselströmen,  kommen  zunächst  alle  Me- 
thoden der  Selbstinduktionsmessungen  in 
Betracht.  Sind  a^e^  und  a2e2  Anfang  und 
Ende  von  jeder  der  beiden  Spulen,  so  ver- 
bindet man  zuerst  a2  mit  e^  und  mißt  die 
Selbstinduktivität  zwischen  aj  und  e.,,  dann 
werden  e^  und  e^  miteinander  verbunden 
und  die  Selbstinduktivität  zwischen  aj^ag 
gemessen.  Sind  }.■^  und  A2  die  so  gemessenen 
Werte,  so  ist 

die  Gegeninduktivität.  Die  Methode  ist 
nur  dann  anwendbar,  wenn  primäre  und 
sekundäre  Spule  der  gegenseitigen  Induktivi- 
tät der  Größenordnung  nach  gleiche  Wider- 
stände bezw.  Selbstinduktivität  besitzen. 
Hat  aber  z.  B.  die  primäre  Wicklung 
nur  wenige  Windungen  aus  starkem  Kupfer, 
die  sekundäre  dagegen  viele  tausend  Win- 
dungen aus  sehr  feinem  Draht,  so  ist  die 
Methode  nicht  zu  brauchen. 

Eine  sehr  bequeme  und  übersichtliche 
Methode  besteht  darin,  daß  man  die  zu 
messende  Gegeninduktivität  und  einen  Va- 
riator für  gegenseitige  Induktion  nach  Figur22 
zusammenschaltet,  die  primären  Wicklungen 
der  beiden   Spulenpaare  sind   untereinander 


geschaltet  und  ebenso  die  sekundären,  und 
zwar  derart,  daß  die  in  letzteren  induzierten 
EMK  einander  entgegenwirken.  Dann  ist 
der  Strom  in  der  sekundären  Wicklung 
Null,  wenn  die  induzierten  EMKe  einander 
gleich  werden,  d.  h.  wenn  der  Variator  so 
eingestellt  wird,  daß 

M,  =  M2 
ist.  Man  kann  also  auf  diesem  Wege  nur 
solche  Induktivitäten  messen,  die  in  den 
Meßbereich  des  Variators  fallen.  Ist  das 
nicht  der  Fall,  so  muß  man  die  MeßaiK)rd- 
nung  nach  Figur  23  abändern.     Dabei  sind 


T 


i— VWWM- 


Ri 


B 


-AWWWV — ' 
R2 


Fig.  23. 


O 


Ml 


T 


Fig.  22 


aber  die  sekundären  Spulen  so  zu  schalten, 
daß  die  in  ihnen  inzudierten  EMKe  ein- 
ander unterstützen,  d.  h.  gerade  umgekehrt, 
wie  bei  der  vorher  besprochenen  Methode. 
Das  Telephon  schweigt,  wenn 

Mi:M2  =  Li:L2=  Rj:R2 
ist.  Ist  Mo  ein  Variator,  so  erhält  man  aus 
R1R2  und  M2  den  gesuchten  Wert  für  Mj. 
Wie  man  sieht,  ist  es  hier  leicht  möglich, 
gegenseitige  Induktivitäten  zu  messen,  die 
weit  außerhalb  des  Meßbereiches  von  Mg 
liegen.  Eine  etwaige  gegenseitige  Induktion 
der  beiden  Sekundärspulen  aufeinander 
ändert  nichts  an  der  Handhabung  der 
Methode. 

Eine  Methode  zur  Messung  der  Gegen- 
induktivität, die  sich  am  engsten  an  die 
Wheatestonsche  Brücke  anschließt,  ist 
in  Figur  24  dargestellt.    Die  Bedingung  für 


Fig.  24. 

das  Verschwinden  des  Stromes  im  Telephon- 
zweige lautet: 

(Li  — M)    (L2  +  M)  =  R,:Ro  =  RgiRj. 
Am    zweckmäßigsten    ist   es   für   L^    einen 
Selbstinduktionsvariator  und  für  R3R4  einen 


Jnduktivität  —  Infinitesimalrechnung' 


413 


Schleifdraht  zu  wählen.  Etwas  unbequem 
ist  es,  daß  auch  L2  bekannt  seni  muß. 
Man  bestimmt  es  am  einfachsten  mit  dem- 
selben Variator  in  Zweig  1,  nachdem  die 
primäre  Wicklung  im  Hau]jtzweig  ausge- 
schaltet ist.  . 
Eine  Art  von  Universalmethode,  die  in 


Fig.  25. 

Figur    25    dargestellt    ist,    ist    von    Carey 
Fost  er  angegeben.  Die  Nullbedingung  lautet: 

K4  =  M/(Ri  +  R2)  R3 

L,  =  M(R3  +  RJ/Ra- 
Man  kann  nach  dieser  Methode  eine  Selbst- 
induktion, eine  gegenseitige  Induktion  und 
eine  Kapazität  "  miteinander  vergleichen. 
Die  Einstellung  ist  von  der  Frequenz  un- 
abhängig. Läßt  man  R3  konstant,  so  kann 
man  durch  Verändern  von  Rg  der  ersten 
Gleichung,  durch  R4  der  zweiten  Gleichung 
genügen.  Macht  man  R4  =  0  und  benutzt 
einen  verlustfrei  arbeitenden  Hilfskonden- 
sator  K,,  so  wird 

Li  =  M- 
Man  kann  dann  ebenso  bequem  eine  unbe- 
kannte Gegeninduktivität  durch  einen  Selbst- 
induktionsvariator, wie  eine  unbekannte 
Selbstinduktion  durch  einen  Variator  für 
gegenseitige  Induktion  messen. 

Literatur.  Abraham,  Theorie  der  Elekiriziläl. 
Leipzig  1912.  —  Orlich,  Kapazität  und  In- 
d„ktivUät.  Braimschweig  1909.  —  Rosa  and 
Grover,  Formulas  and  tables  for  the  calculation 
of  mutual  and  self-induction.  Bull,  of  the  Bur. 
of  Staud.,  Bd.  S,  1911.  —  Rein,  Badiotelegra- 
phischcs  Praktikum.     Berlin  1912. 

E.    Orlich. 


Inlinitesimalrechnung. 


I.Einleitung:  a)  Historisches,  b)  Grenzbegnff 
und  Irrationalzahl.  c)  Der  Funktionsbegnff. 
d)  Stetigkeit.  2.  Infinitesimalrechnung  für 
Funktionen  einer  Veränderlichen:  a)  Definition 
des  Differentialquotienten,  b)  Differentiations- 
regeln, c)  Das  unbestimmte  Integral,  d)  Das 
bestimmte  Integral.  e)  Höhere  Differential- 
quotienten, f)  :\Iaxima  und  INIinima.  g)  Unend- 
liche Reihen,  h)  Potenzreihen,  i)  Foiu-iersche 
Reihen.       3.     Infinitesimalrechnung    für    Funk- 


tionen    mehrerer     Veränderlicher:    a)    Partielle 
Differentialquotienten    und    totales   Differential, 
b)  Das  Linienintegral,     c)  Mehrfache  Integrale. 
I.  Einleitung.    la)  Historisches.    Die 
Grundideen  der  Infinitesimalrechnung  reichen 
mit  ihren   historischen   Wurzeln  bis  in  das 
Altertum  hinein  (Archimedes  287  bis  212 
V.   Chr.).      Aber  erst  in   neuerer  Zeit,  fast 
1  gleichzeitig    durch    Newton   und    Leibniz 
(um  1700),  wurden  diese  Ansätze  so  vertieft, 
verallgemeinert  und  in  systematische  Form 
gebracht,  daß  man  von  dem  Beginne  einer 
neuen    mathematischen    Disziplin    sprechen 
kann.      Mit   diesem   neu   geschaffenen    In- 
strumente der  „Differential-  und   Integral- 
rechnung" konnte  man  sowohl  alte  Probleme 
der    Geometrie    (Tangenten,    Maxima    und 
Minima,  Flächen-  und  Volumenberechnungen) 
als    auch   die   neuen   Aufgaben    bewältigen, 
welche  die  sich  entwickelnde  Naturwissen- 
schaft (Mechanik,  Astronomie,  Physikistelite. 
Eine  äußerst  rasche  Entwickelung,  die  durch 
die  Namen  Bernoulli,   Euler,   Lagrange 
usw.  gekennzeichnet  ist,  förderte  eine  unge- 
heure' Fülle  neuer  Resultate  zutage.    Erst  in 
der  jüngsten  Vergangenheit  (zweite  Hälfte  des 
19.  Jahrhunderts)  hat  man  in  systematischer 
Weise  die  exakten  Fundamente  für  diese  Lehre 
geschaffen  ( C  a  u  c  h  y ,  W  e  i  e  r  s  t r  a  ß ,  C  a  n  1 0  r). 
ib)    Grenzbegriff    und    Irrational- 
zahl.     Durch  die  elementaren   Rechenope- 
rationen der  Addition,  Subtraktion,  Multipli- 
kation entstehen  aus  der  Einheit  1  die  posi- 
tiven   und    negativen   ganzen    Zahlen 
-3,  -2,  -1,  0,  1,  2,  3,  ... ;  der  Prozeß  der 
Division  erfordert  zu  seiner  unbeschränkten 
Ausführbarkeit  die  Einführung  der  Brüche 
oder    gebrochenen    Zahlen.      Alle    diese 
Zahlen   heißen   rationale    Zahlen;    stellt 
man  sie  in  gewöhnlicher  Weise  als  Dezimal- 
brüche  dar^    so  brechen  diese  entweder^  ab 
oder  werden  „periodisch";  z.  B.  Vs  =  0,333.... 
Um  den  Sinn  dieses  „unendlichen  Dezimal- 
bruches" zu  verstehen,  betrachten  wir  all- 
gemein eine  unbegrenzte  Folge  von  rationalen 
Zahlen,  die  nach  irgendeinem  Gesetze  fort- 
schreiten, z.  B. 

1;  V2;  Vs;  V*;- •••!/";•  •• 

oder,  anschließend  an  obigen  Bruch, 

0,3;  0,33;  0,333;... 
Es  kann  vorkommen,  daß  eine  solche  Zahlen- 
folo-e  konvergiert.  Man  nennt  nämlich 
eine"  Zahlenfolge  a,.  ao,  ag,...  dann  konver- 
o-ent  wenn  die  Differenz  lan— aml  unter 
Tede'noch  so  kleine  Grenze  herabgedrückt 
werden  kann,  indem  man  n  und  m  hinreichend 
<rroß  nimmt.  Diese  Forderung  ist  bei  den 
Sbigen  Beispielen  erfüllt,  und  wir  sehen,  daß 
sich  die  Elemente  der  beiden  Folgen  be- 
stimmten rationalen  Zahlen,  nämlich  0  bezw. 
1/0,  unbegrenzt  annähern. 

Dagegen    ist     z.    B.     folgende      Zahlenfolge 
divergent: 

1,  2,  3 ; 


414 


Infinitesimalrechnung 


das  Gleiche  gilt  von  der  Folge 
0,3;  —0,3;  0,33;  —0,33;  0,333;  —0,333;  .  .  . 
Eine  konvergente  Folge  von  rationalen 
Zahlen  braucht  sich  nicht  notwendig  unbe- 
grenzt einer  rationalen  Zahl  zu  nähern;  wie 
z.  B.  die  Folge  derjenigen  Zalilen,  die  man 
erhält,  wenn  man  einen  nicht  periodischen 
unendlichen  Dezinuilbruch,  etwa 

0,10110111011110111110... 
nach  der  1..  2.,  3., .  . .  Dezimale  abbricht. 
Man  sieht  sich  daher  veranlaßt,  durch  solche 
konvergente  Folgen  neue  Zahlen,  die  irra- 
tionalen Zahlen  derart  zu  definieren,  daß 
sie  als  Grenzwerte  der  Glieder  der  Folge  er- 
scheinen. Die  Gesamtheit  aller  dieser  Zahlen 
ist  darstellbar  durch  die  Menge  aller  end- 
lichen oder  unendlichen  Dezimalbrüche  und 
läßt  sich  durch  die  Punkte  einer  konti- 
nuierlichen Strecke  darstellen.  Das  so  defi- 
nierte Z  a  h  1  e  n  k  0  n  t  i  n  u  u  m  bildet  die  Grund- 
lage der  Infinitesimalrechnung. 

Allgemein  definiert  man  den  Grenzwert 
oder  Limes  einer  Folge  rationaler  oder  irra- 
tionaler Zahlen  a^,  a,,  ag, . . .  an,  ...  als  eine 
Zahl  a,  der  sich  die  Zahlen  der  Folge  unbe- 
grenzt annähern,  derart,  daß  der  absolute 
Wert  a — ^an  kleiner  wird  als  jede  beliebig 
kleine  Größe,  wenn  nur  der  Index  n  hin- 
reichend groß  genommen  wird;  man  bezeich- 
net dieses  Verhältnis  durch  die  Schreibweise 
lim  an  =  a. 

n=C)0 

Dann  hat  jede  konvergente  Zahlenfolge  (auch 
irrationaler  Zahlen)  einen  Limes. 

2         3_    4_ 

So    ist    z.  B.    für    die   Folge    x,  ]x,  Vx,  l'x, 

n 

.  .  .  )  X,  . .  .,  WO  X  irgendeine  von  Null  verschie- 
dene positive  Zahl  ist,  der  Grenzwert  stets 
gleich  1. 

Es  gilt  unter  anderen  der  folgende  wichtige 
Satz:  Eine  Zahlenfolge,  bei  der  ein  Glied 
nie  kleiner  ist  als  das  vorangehende,  alle 
Glieder  aber  kleiner  bleiben  als  eine  be- 
stimmte Zahl,  ist  konvergent. 

Diese  Bedingungen  werden,  wie  leicht  zu 
sehen  ist,  von  der  für  das  folgende  sehr  wichtigen 
Zahlenfolge 

erfüllt;  sie  besitzt  also  einen  Grenzwert,  den  man 
mit  dem  Buchstaben  e  bezeichnet  und  der  den 
irrationalen  Wert 

(1)  e  =  lim  (l  +  ^  r=  2,71828  ... 

n=oc\         n/ 
besitzt. 

Sei  ferner  r^,  rg,  ...rn,...  eine  konver- 
gente Folge  rationaler  Zahlen  mit  den  Limes  x 
und  a  irgendeine  Zahl,  so  zeigt  es  sich,  daß 
die  Folge 

a""!,  a'"2, a""", .... 

stets  einen  Limes  hat;  man  bezeichnet  diesen 
als  lim  ai^n  =  a^  und  hat  damit  die  Potenz 

n  =  oo 

einer  Zahl  a  auch  für  irrationale  Exponenten  x 


definiert.  Für  die  so  definierte  allgemeine 
Potenz  gelten  dieselben  Rechenregeln  wie 
für  die  Potenz  mit  rationalen  Exponenten, 
so  vor  allem  die  Regel 

a^ia^2  =  a^i  +  ^2. 

ic)  Der  Funktionsbegriff.  Ordnet 
man  jeder  Zahl  x  des  Zahlenkontinuums  (oder 
eines  bestimmten  Intervalles  desselben)  nach 
irgendeinem  Gesetze  eine  zweite  Zahl  y  zu,  so 
nennt  man  y  eine  Funktion  von  x,  in 
Zeichen  y  =  f(x)  oder  y  —  F(x)  oder  dgl. 
Man  bezeichnet  auch  x  als  die  unabhängige, 
y  als  die  abhängige  Veränderliche 
(Variable). 

So  ist  z.  B.  nach  dem  Gesetze  von  Gay- 
Lussac  das  Vohimen  eines  Gases  bei  konstantem 
Drucke  Funktion  der  Temperatur.  Weitere 
Beispiele,  bei  denen  das  Gesetz  durch  einen 
mathematischen  Ausdruck  gegeben  ist,  sind  etwa 

3 

y  =  a  X  +  b,    y  =  x^,   y  =  1^2  x  +  5,    y  =  sin  x, 
y  =  cos  X  usw. 

Mau  pflegt  Funktionen  dadurch  zu  ver- 
anschaulichen,   daß 
man    x    und    y    als 
Koordinaten   in  ein 

rechtwinkliges 
x\chsenkreuz  ein- 
trägt; die  Funktion 
wird  dann  durch 
eine  „Kurve"  Inder 
Ebene  dargestellt. 
Gemäß  der  geome- 
trischen Anschau- 
ung   (vgl.    Fig.    1), 

bei  der  beide  Achsen  gleichberechtigt  sind, 
kann  man  in  den  meisten  in  der  Praxis 
vorkommenden  Fällen  auch  x  als  Funktion 
von  y  auffassen:  x  =  9?  (y);  diese  heißt  die 
Umkehrfunktion  oder  inverse  Funk- 
tion von  y  =  f(x) 

So  ist  z.  B.  die  Umkehrfunktion  von  y  =  x" 

n 

gegeben  durch  die  Formel  x  =  ^y.  Ferner  sind 
von  Wichtigkeit  die  Umkehrfunktionen  der  tri- 
gonometrischen Funktionen  sin  x,  cos  x,  tg  x, 
ctg  x;  man  bezeichnet  sie  mit  arc  sin  y,  arc  cos  y, 
arc  tg  y,  arc  ctg  y. 

id;  Stetigkeit.  Den  anschaulichen  Be- 
griff der  Stetigkeit  einer  Kurve  erfaßt  man 
mathematisch  durch  folgende  Definion. 

Sei  a  irgendeine  feste  Zahl  und  x^,  x.„ 
. . .  Xn,  . . .  eine  Folge,  für  die  lim  Xn  =  a  ist; 

n  =  OC 

wenn  dann  für  jede  solche  Folge  mit  dem 
Limes  a  die  Folge  der  Werte 

f(xO,f(Xo),...f(Xn),.... 

gegen  denselben  Wert  b  konvergiert,  so  heißt 
b  der    Grenzwert   (Limes)  der    Funk- 
tion für  die  Stelle  x  =  a,  was  man  so  schreibt, 
lim  f(x)  =  b. 

X  =  a 

Als  Beispiel  wollen  wir  den  Grenzwert  der 
Funktion  -!^5L?  für  x  =  0  berechnen.     Aus  der 


Fig.  1. 


Infinitcsimalreclimmg' 


415 


geometrischen  Definition  des  Sinus  (Fig.  2)  liest 
man  die  Ungleichung  ab: 

sin  X  <  X  <  tg  X,    1  <    .- —  < 

sm  X      cos  X 

Da  lim  cos  X  =  1,  also  auch  lim  -         =1   ist, 

X  =  o  X  =  o  cos  X 

ergibt  sich  unmittelbar: 


(2) 


lim^-i^ 

x=o       X 


1. 


Fig.  2. 


Ein  anderes  Beispiel  erhalten  wir,  wenn  wir 
in  der  Formel  (1)  statt  der  ganzen  Zahl  n  den  rezi- 
proken Wert  der  Variabein  x  setzen  und  diese 
gegen  Null  konvergieren  lassen;  dann  zeigt  sich, 
daß 


darstellenden  Kurve  in  einem  Punkte  P(x,  y), 
in  welchem  sie  eine  Tangente  besitzt,  die  den 
Winkel  a  mit  der  x-Achse  bildet,  betrachten 
wir  die  Größe  tga.  Um  diese  durch  das 
analytische  Gesetz  der  Funktion  selbst 
ausdrücken  zu  können,  fassen  wir  einen 
anderen  Punkt  Pj  (x^,  y^)  der  Kurve  ins  Auge. 
Aus  den  Koordinaten  von  P  und  P^  be- 
rechnet sich  der  Winkel  ß,  den  die  Sekante 
PPj  mit  der  x-Achse  bildet,  offenbar  durch 
die  Gleichung 


(4) 


tgß 


Läßt  man  nun  P^  gegen  P  rücken,  so  strebt 
die  Sekante  der  Tangente  als  Grenzlage  zu, 
und  ß  strebt  gegen  a;  hieraus  ergibt  sich  für 
das  Maß  der  Steilheit 

(5) 


tga  =  lim  tg^  =  lim  ^ — ^ 


(3) 
ist. 


lim  (1  +  x)  ■ 


Ist  überdies 

b  =  f  (a), 
so  heißt  die  Funktion  ander  Stelle  a  stetig. 
Eine  in  jedem  Punkte  eines  Intervalles  stetige 
Funktion  heißt  in  diesem  Intervalle  schlecht- 
weg stetig.  Die  in  den  iVnwendungen  auf- 
tretenden Funktionen  pflegen  mit  iVusnahme 
vereinzelter  Punkte  stetig  zu  sein. 

Sämtliche  oben  als  Beispiele  betrachteten 
Funktionen  sind  stetig.  Ebenso  ist  die  Funktion 
y  =  a^  stetig.   Die  Inverse  dieser  Funktion  heißt 

der  Logarithmus  von  y  zur  Basis  a:  x  =  log  y. 

Für  Funktionen  mehrerer  Veränderlicher 
lassen  sich  alle  diese  Betrachtungen  in  ana- 
loger Weise  durchführen. 

2.  Infinitesimalrechnung  für  Funk- 
tionen einer  Veränderlichen.  2a)  Defi- 
nition des  Differentialquotienten.   Sei 


^  „^  t(xO--^t(x)^' 

Xj  =  X        Xj       X 

Man  bezeichnet  diesen  Limes  als  den 
Differentialquotienten  oder  die  Ab- 
leitung der  Funktion   an  der  Stelle  x 

dy 
und  gebraucht  für  ihn  die  Symbole  ^-  (Leib- 

niz)  oder  f'(x)  (Newton)  oder  kurz  y'.  Die 
erste  Schreibweise  soll  andeuten,  daß  der 
Differentialquotient  der  Limes  des  Quo- 
tienten zweier  gegen  Null  konvergierender 
Differenzen  ist. 

Der  Differentiakiuotient  der  Funktion  y  = 
konst.  ist  offenbar  Null;  die  lineare  Funktion 
y  =  ax  +  b  hat  die  Ableitung  y'  =  a.  Um  die 
Ableitung  der  allgemeinen  Potenz  y  =  x"  zu 
berechnen,  bilden  wir 


ji— y 


Xi  — X 
Xj— X 

+ . . 


+  x'x,^ 


(6) 


b 

p 

/- 

y^ 

aß 

y- 

/  ^ 

0 

/         ) 

> 

1 

Fig.  3. 

y  =  f  (x)   eine  durch   Fig.  3    repräsentierte 
Funktion.  Als  Maß  für  die  Steilheit  der 


Xi"-^  +  XXi" 
Xi — X  Xj — X 

+  x"-^xi  +  x"-^ 

Läßt  man  jetzt  Xj  gegen  x  konvergieren,  so 
werden  in  der  Grenze  alle  n  Glieder  der  rechten 
Seite  gleich  x"~^  und  man  erhält 

-d'^:  =  nx— 
dx 

Weiter  berechnen  wir  die  Ableitung  der  Funk- 
tion y  =  sinx;  es  ist 

yi — y  =  sin  Xj  —  sin  x  =  2  cos  ^^  "tZ  sin  ^^~^, 

also 

sin^i=^ 

y-y  _  n.e  Xl  +  X  2 


Wegen  Gleichung  (2)  ergibt  sich  hieraus 


(7) 

Gai 

(8) 


^^^'L^  =  cos  X. 
dx 


Ganz  ebenso  findet  man 
d  cos  X 
dx 


=  —  sm  X. 


41G 


Infinitesinialrechnung 


Um    die    Funktion  y  =  a'^    zu    differentiieren, 
bilden  wir 


yiz 

'JL 

aX,         X                „X,— X ^ 

Xi- 

-X 

Xi — X                      Xi — X 

Setzen  wir 

a^.-^_l  =  u 

oder 

so  wird 

a 
Xj— X  =^  log  (u  +  1) 

a'''-''- 

-1 

u                          1 

X, — X              a  ,1 

log(u  +  l)  ]og(l  +  u)" 

da  lim  u  =  0   ist  und   nach  Gleichung  (3) 

x,  =  x 


ist,  so  folgt 
(9) 


lim  (1  +  u)  u 

n  =  o 


da^ 
dx" 


löge 


Besonders  einfach  wird  diese  Formel  für  die 

e 

Basis  e,  weil  log  e  =  1  ist: 

(10)  ^^  =  e\ 

dx 

Man  nennt  dieses  Logarithmensystem  das 
„natürliche"  und  schreibt  kurz 

e 

log  X  =  log  nat  X  oder  In  x. 

2b)  Differentiationsregeln.  Zur  Be- 
stimmung des  Differentialqiiotienten  kom- 
plizierterer Funktionen  dienen  folgende  ein- 
fache Reffein: 


I) 


dcf(x)  df(x) 

dx     ~       dx  ' 


wenn  c  eine  Konstante  ist. 

d[f(x)  +  9^(x)]  _  dfW    ,    d^M. 
dx  dx  dx 

Der  Beweis  dieser  beiden  Regeln  folgt  un- 
mittelbar aus  der  Definition  des  Differential- 
quotienten 

'/(^^    dx^ 


11) 


III)    ^*)  =  f(x)  ^^^^^ 


dx 

Zum  Beweise  bilden  wir  den  Differenzen- 
quotienten; setzen  wir  y  =  f.^,  so  wird 

Ji—y  =  f(Xi)9^(Xi)— f(x)(p(x) 

Xi — X  Xi — X 

=  [f(Xi)-f(x)J99(x,)  +  [(/.(x,)-9^(x)]f(x) 

Xi — X 

Der   Grenzwert   hiervon   für   x^  =  x   ist 
offenbar    der    oben    angegebene    Ausdruck. 
Ganz  ebenso  zeigt  man,  daß 


IV) 


,f(x)  ,,df(x)     ,,  ,d9(x) 


dx 


dx 


[cp{x)f 


V)  Ist  y  =  f(z)  und  z  ^  (p{yi),  so  wird 
durch  Einsetzen  von  z  in  den  Ausdruck  f 


y  eine  Funktion  von  x:  y  =  f(9?(x)).    Dann 
gilt  die   Regel 

dy  _  df(z)  ^  d  ipyX) 
dx~    dz        dx 
Denn  die  triviale  Gleichung 
Ji— y^Ji— y.Zi— z 

Xi— X         Zj  — Z     Xi  — X 

bleibt  in  der  Grenze  für  Xj  =  x  bestehen. 

VI)  Für  die  Umkehrfunktion  x  =  ^^(y) 
einer  Funktion  y  =  f(x)  folgt  ohne  weiteres 
aus  der  Bildungsweise  des  Differenzen- 
quotienten : 

dq>{y)  _     1 
dj-~d!{x)' 
dx 
Mit  diesen  Regeln  kann  man  wesentlich 
alle  elementaren  Funktionen  differentiieren, 
Z.  B.  liefern  die  Regeln  I  und  II  den  Diffe- 
rentialquotienten    eines     beliebigen     Polynoms 
y  =  ao  +  ajx  -f-  a.x^  +  .  .  .  +  an  x":  '      • 


(11) 


dy 
dx 


ai  +  2a2X-f-  .  .  .  +  nanx'' 


Die    Quotientenregel  liefert  die  Ableitung  jeder 
gebrochenen    rationalen    Funktion,     z.    B.    von 

y  =         =  X—™;  man  erhält 

,,1         —  m 


m  +  1" 


X"         X' 

Setzt  man  —  m  =  n,  so  haben  wir  hiermit  auch 
für  negative  ganze  Zahlen  die  Gleichung  (G) 

^  =  nx-' 
dx 

bewiesen.  Daß  sie  auch  für  gebrochene  Exponen- 
ten gilt,  folgt  aus  den  Regeln  V  und  VI  folgender- 
maßen : 

p  I 

Wir  setzen  y  =  xq  =  z^,  wo  z  =  xqist(p,q 
ganze  Zahlen);  dann  ist  nach  V 


dy 
dx 


pz 


p— I  dxq 


nun  ist  aber  z  =  xq   die  inverse  Funktion  von 
X  =  z^,  also  ist  ihre  Ableitung 


dxq 


qz 


p    P- 
—  z 


Daraus  folgt: 

dx       q  q 

Damit  ist  auch  für  gebrochene  Werte  von  n  die 
Gleichung  (6)  bewiesen,  und  ein  Grenzübergang 
zeigt,  daß  sie  auch  für  irrationale  Werte  von  n 
gilt.  Weitere  B(>ispiele  für  die  Anwendung  der 
obigen  Regeln  sind: 

(19)  iM^  _  _J_ 

^  '^'  dx        cos^x' 


(13) 


dctgx 
~dx 


—1 
sin^x' 


Infinitesimalrechnune- 


417 


darcsinx 

1 

dx 

Vl-x'' 

darctgx 

1 

dx 

l  +  x«' 

dlnx 

1 

(14) 
(15) 

(16)  A 

^    ^  dx         X 

Für  eine  spätere  Anwendung  brauchen 
wir  noch  folgenden  allgemeinen  Satz: 

Mittelwertsatz:  Ist  y  =  f(x)  eine,  in 
einem  Intervalle  x  =  a  bis  x  =  b  mit  stetigem 
Differentialquotienten  versehene  Funktion, 
so  gibt  es  in  dem  Intervalle  mindestens  eine 
Stelle  (?,  für  welche 


f'(l) 


f(b)-f(a) 
b— a 


ist. 

Dieser  Satz  drückt  die  anschauliche  Tat- 
sache aus,  daß  es  im  Intervalle  immer  eine 
Tangente  geben  muß,  die  der  Sekante  zwischen 
den  Endpunkten  parallel  ist  (Fig.  4). 


yt 


Fig.  4. 

2c)  Das  unbestimmte  Integral.  Die 
Integralrechnung  nimmt  ihren  Ausgangs- 
punkt von  dem  Umkehrproblem  der 
Differentiation : 

Es  ist  eine  Funktion  F(x)  gesucht,  deren 

Differentialquotient  — , —  gleich  einer  ge- 
gebenen Funktion  f(x)  ist.  Man  nennt  dann 
F(x)das  unbestimmte  Integral  von  f(x) 
und  schreibt: 


F(x) 


j\x)ä: 


Durch  diese  Forderung  ist  die  Funktion 
F(x)  bis  auf  eine  willkürlich  bleibende  ad- 
ditive Konstante  eindeutig  bestimmt.  Denn 
seien  F(x)  und  $(x)  zwei  der  Forderung  ge- 
nügende Funktionen,  so  muß  die  Funktion 
y  =  F(x)  — ■  $(x)  nach  den  Regeln  I)  und  II) 
von  b)  überall  eine  verschwindende  Ableitung 
haben.  Dann  aber  folgt  nach  dem  Mittel- 
wertsatze, daß  auch  der  Differenzen quotient 
dieser  Funktion  y  für  jedes  Intervall  ver- 
schwinden muß,  d.  h.  y  hat  in  allen  Punkten 
denselben  Wert,  ist  konstant,  etwa  gleich  c. 
Daher  ist 

F(x)  —  $(x)  =  c. 
Fie  Formeln  (6)  bis  (16)  liefern  nun  unmittel- 
bar die  Integralformeln: 


(17) 


(18) 


(19) 


(20) 


(21) 


(22) 


(23) 


(24) 


(25) 


—  cos  X, 


für  n4=  — 1, 


ctgx, 


sin  x, 


arc  tg  X. 


Den  unter  b)  zusammengestellten  Eegeln 
zur  Differentiation  entsprechen  zum  Teil 
Integrationsregeln,  wie  z.  B. 

(!')      je  f(x)dx  =  G  I  f(x)dx, 
(ir)  ^lf(x)  +  (p(x)]dx=Jf(x)dx  +Jcp{x)dx, 

(V)    Jf(9.(x)dx=/f(y).^^dy, 

wo  X  =  'ip{j)  die  Umkehrfunktion  von  y  = 
(p(x)  ist. 

Von  besonderer  Wichtigkeit  ist  die  fol- 
gende Regel,  die  sich  aus  dem  Satze  III)  von 
Abschnitt  b)  ergibt  und  als  die  Regel  der 
„Produktintegration"  oder  der  „par- 
tiellen   Integration"  bezeichnet  wird: 


(iir) 


jf(x).(p'(x)dx  =  f(xMx)- 
I  9?(x)f'(x)dx. 


Z.  B.  ist 


I  X  sin  X  dx  =   Ix 


d(- 


-cosx)  ^^ 
dx 


/' 


X  cos  X  +  i  cos  xdx  =  —  X  cos  X  +  sin  x 


Ferner 


dx 


In  X  dx  =  /  In  x  "^"^  dx 


x  In  X 


-f 


dx 


=  x(lnx— 1). 

2d)  Das  bestimmte  Integral.  Die 
Bestimmung  der  in  dem  unbestimmten  Inte- 

i  gral  auftretenden  willkürlichen  additiven 
Konstanten  pflegt  man  vorzunehmen,  indem 

'  man   von   der  Funktion   F(x)  fordert,   daß 


Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.     Band  V. 


27 


418 


Infinitesimalrechnung 


sie    für    einen    bestimmten    „Anfangswert' 
X  =  a  verschwindet.     Ist 


:)=Jf(x)dx 


irü,eiid  eines  der  möglichen  unbestimmten 
Integrale,  so  wird  unsere  Forderung  befriedigt 
durch  die  Funktion 

F(x)  =  $(x)  — «f(a); 
—  $(a)   ist  also  die  gesuchte  Integrations- 
konstante.   Man  bezeichnet  einen  Ausdruck 
der  Form 


$(b)— $(a) 


o 

-  rf(x)d3 


als  das  bestimmte  Integral  der  Funk- 
tion f(x)  zwischen  a  und  b. 

Die  geometrische  Bedeutung  dieser  De- 
finition  erhellt  aus   folgender   Betrachtung. 

Er  sei  Ja(x)  der  Flächeninhalt,  der  von 
der  X-Achse,  den  Ordinaten  in  den  Punkten 
a  und  X  und  der  Kurve  y  =  f(x)  begrenzt 
wird;  diesen  kann  man  als  Funktion  von  x 
ansehen.  Wir  behaupten,  daß  der  Differen- 
tialquotient dieser  Funktion  gleich  f(x)  ist. 
Zum  Beweise  betrachten  wir  den  Flächen- 
inhalt des  Streifens,  den  die  Ordinate  be- 
schreibt, wenn  man  von  x  nach  x^  übergeht; 
die    Größe   desselben    ist   offenbar   (Fig.   5) 


gewinnt    man    eine     andere    Definition 

des  bestimmten  Integrales,  die  für  viele 

Anwendungen    die    sachgemäße    Grundlage 

bildet. 

Man    kann    nämlich    den    Flächeninhalt 

unter    einer    Kurve    unabhängig    als    einen 

Grenzwert  definieren.      Hierzu   denkt   man 

sich  das  Intervall  von  a  bis  b  in  n  gleiche 
\) ^ 

Teile  von  der  Länge  h  = eingeteilt  und 

o  n         ° 

die  Kurve  y  ==  f(x)  eingeschlossen  zwischen 
das  eingeschriebene  und  das  umschriebene 
treppenförraige  Polygon,  dessen  Ecken  auf 
der  Kurve  über  den  Teilpunkten  liegen 
(Fig.  6).     Dann  ist,  wenn  die  Kurve  fort- 


Fiar.  5. 


gleich  Ja(x^)^Ja(x)  und  liegt  bei  hin- 
reichend nahem  Xj^  zwischen  den  Inhalten 
der  beiden  gezeichneten  Rechtecke,  nämlich 
(Xi— X)  f(x)  und  (xi— x)  f(Xi).  Der  Diffe- 
renzenquotient liegt  daher  zwischen  den 
Werten  f(x,)  und  f(x)  und  konvergiert  gegen 
f(x),  wenn  x^  gegen  x  konvergiert: 

dJa(x)     _  jj^     Ja(Xi)— Ja(x) 
dx  xi  =  x  Xi — X 

Da  nun  offenbar  Ja(a)  =  0  ist,  ist  Ja(x) 
das  bestimmte  Integral  von  f(x)  zwischen 
a  und  x: 


=  f(x). 


Ja(x)=Jf(x)dx 


Das  bestimmte  Integral  ist  also  nichts  als 
der  betrachtete  Flächeninhalt.  Iiulem  man 
dieseEigenschaft  zum  Ausgangspunkte  nimmt. 


Fig.  6. 

während  wächst  oder  fällt,  der  fragliche 
Flächeninhalt  eingeschlossen  zwischen  den 
Grenzen 

h[f(a)  +  f(a  +  h)  +  f(a  +  2h)  +  . . . .  + 
f(a  +  (n-l)h)] 
und 

h[f(a+h)  +  f(a  + 2h) +  ....+ 
f(a  +  (n-l)h)  +  f(b)] 
Das   bestimmte    Integral   kann   also   als 
Grenzwert  einer  dieser  Größen  bei  wachsen- 
dem n  definiert  werden. 

Die  hier  gemachten  Einschränkungen  sind 
nicht  wesentlich  und  lassen  sich  leicht  be- 
seitigen. 

2e)  Höhere  Differentialquotienten. 
Man  kann  den  Prozeß  der  Differentiation 
auf  die  iVbleitung  einer  Funktion  anwenden. 
Sei  y  =  f(x)  irgendeine  Funktion, 

d'f(x 
ihre    Ableitung,    so    nennt    man     — r— 

„zweite  Ableitung"  oder  den  ,, zweiten 
Differential  quo  tienten"  von  f(x)  und 
bezeichnet  ihn  mit 

-  -':,"? = t"(x). 

X  dx^  ^  ' 

Analog  definiert  und  bezeichnet  man  die 
dritte,    vierte,   ...  Ableitung : 


die 


■^  d: 


d^ffx) 


Infinitesimalrechnung 


419 


allgemein 


^<"'  =  ^^=f'"'(x). 


So  z.  B. 

ist 

^"^     -  ra(m-l)x'"- 
dx^            ^          ^ 

allgemein 

^  ^    -  (m- 
dx"        ^ 

-l)(m-2)..  .(m-( 

(26) 

(m  <  n). 

Ferner 

(27) 

d"l/x  _  ,     i)nn!  . 
dx"                    x"  ' 

(n  +  1))  x" 


(28) 


dV 
dx 


±7r  I      OTT  r      OTt 

,  zh  — ,   dz  — , 
2  2  2 


Für  y  =  sin  x  bilden  die  Ableitungen  den 
periodischen  Zyklus 

(29)  y  =  sin  x,  y'  =  cos  x,  y"  =  —  sin  x, 

y'"  =  —  cos  X,  y""  =  sin  x,  .  .  .; 
für  y  =  cos  X  erhält  man  ebenso 

(30)  y  =  cos  X,  y'  =  —  sin  x,    y"  =  —  cos  x, 

y'"  =  sin  X,  y""  =  cos  x,  .  .  . 

2{)  Maxim a  und  Minima.  Eines  der 
ältesten  Probleme  der  Differentialrechnung 
ist  die  Bestimmung  der  Maxima  und 
Minima  einer  Funktion. 

Man  sagt,  eine  Funktion  y  =  f(x)  habe 
an  einer  Stelle  x  =  a  ein  Maximum  bezw. 
ein  Minimum,  wenn  die  Funktionswerte  in 
der  Nachbarschaft  der  Stelle  sämtlich  kleiner 
bezw\  größer  sind  als  f(a). 

Für  ein  Maximum  ist  danach  der  Diffe- 
renzenquotient 

f(xM(a)       . 
x-i^a 

in  der  Nähe  der  Stelle  x  =  a  positiv  oder 
negativ,  je  naclidem  x  rechts  oder  links 
vom  Punkte  a  liegt.  Sein  Grenzwert  würde 
sich  daher  >  0  erweisen,  wenn  x  von  rechts 
an  a  heranrückt,  und  <  0,  wenn  x  von  links 
an  a  heranrückt.  Da  unter  der  Annahme, 
daß  f(x)  einen  stetigen  Differentialquotienten 
besitzt,  dieser  Grenzwert  eindeutig  bestimmt 
ist,  so  folgt,  daß  er  den  Wert  0  hat.  Ent- 
sprechendes gilt  für  das  Minimum.  Wir  er- 
halten den  Satz:  Wenn  eine  Funktion  mit 
stetigem  Differentialquotienten  im  Innern 
eines  Intervalles  ein  ^laximum  oder  Minimum 
besitzt,  so  verschwindet  dort  ihr  Differential- 
quotient. 

Geometrisch  drückt  dieser  Satz  die  an- 
schaulich evidente  Tatsache  aus,  daß  bei 
einem  Maximum  oder  Minimum  die  Tan- 
gente an  die  Kurve  y  =  f(x)  horizontal  ist 
(Fig.  7). 

So  sind  z.  B.  die  Maxima  und  Minima  von 
y  =  sin  X  die  Nullstellen  der  Ableitung  y'  =  cosx, 
d.  li.  die  Stellen 


Fig.  7. 


Ein  weiteres  Beispiel  bietet  die  geometrische 
Aufgabe,  einen  Punkt  x  der  x- Achse  zu  suchen, 
für  welchen  die  Summe  der  Entfernungen  von 
zwei  gegebenen,  oberhalb  der  x-Achse  gelegenen 
Punkten  Pj(ai,  b,)  und  P2(a2,  b.)  ein  Minimum 
wird  (Fig.  8).     Wir  haben   dann   die  Funktion 


f(x)=  y(x— aO'^  +  bi^  +  |'(x— ao)2  +  b,- 
zum  Minimum  zu  machen. 


0  a,  X      a? 

Fig.  8. 

Die  Bedingungsgleichung  lautet 


f  (X)    = 


+ 


=  0. 


]'{x-a^Y  +  bi''         ]/(x— a.,)^  +  b.r 


Dies  sagt  geometrisch  aus,  daß  die  Verbindungs- 
linien des  Punktes  x  mit  Pj  und  P.,  gleiche  Nei- 
gung gegen  die  x-Achxe  haben  müssen  (Spiege- 
lungsgesetz). 

Ob  ein  Maximum  oder  Minimum  vorliegt, 
erkennt  man  aus  dem  Vorzeichen  der  zweiten 
Ableitung.  Denn  im  Falle  des  Maximums 
muß  der  Winkel  a  zwischen  Tangente  und 
X-Achse  abnehmen,  wenn  man  in  Richtung 
wachsender  x  das  Maximum  passiert;  beim 
Minimum    muß    a   dabei    zuneiimen.      Die 

Funktion  tga  =  ^j^  =  f'(x)  "immt  also  beim 
Maxinnim  ab,  beim  ^linimum  zu,  d.  h.  es  ist 
I  d^y  )^  <0  beim  Maxinnim, 

dx^/>0  beim  Minimum. 

d^v 
Der  Grenzfall  ^-^  =  0  ist  dabei  ausge- 
nommen ;  er  entspricht  im  allgemeinen  einem 
Wendepunkte  (Fig.  9). 

27* 


420 


Infinitesimalreclinung 


So  ist  bei  der  Funktion  y  =  sin  x  die  zweite 
Ableitung   y"  =  —  sin  x,   es   ist   also  z.  B.  die 

Stelle  X  =  -^  ein  Maximim,  x  =  ^  ein    Mini- 


Fig.  9. 

2g)  Unendliche  Reihen.  Zur  prak- 
tischen Berechnung  von  Zahlen  oder  Funk- 
tionen bedient  man  sich  häutig  eines  beson- 
deren Typus  von  Grenzprozessen,  der  „un- 
endlichen   Reihen". 

Seien  a^,  a.,,  ag,  . . .  unendlich  viele,  durch 
irgendein  Gesetz  gegebene  Zahlen.  Wir 
bilden  der  Reihe  nach  die  Summen 

^1  ^^  ^1'  ^2  =  a^  -j-  a2,  Sg  =  aj  -)-  ag  +  a3, 

S4  =  ^1  +  3'2  4~  ^3  +  ^^4'   •  •  • 

Wenn  nun  der  Grenzwert 
lim  s„ 

n  =  00 

existiert,  so  nennen  wir 

a^  — p  a2  ~\~  'i'.i   \    •  •  • 
eine  „konvergente    Reihe"  und 

s  =  lim  Sn  =  a^  +  a2  +  ag  + . . . 

n  =  00 

ihre  Summe. 

Ein  bekanntes  einfaches  Beispiel  einer  kon- 
vergenten Reihe  ist  die  ,, geometrische  Reihe" 

(31)  1  +  X+X2+ =  ^^- 

Es  ist  klar,  daß  bei  einer  konvergenten 
Reihe  das  Glied  an  mit  wachsendem  n  gegen 
Null  konvergieren  muß.  Doch  reicht  diese 
Forderung  nicht  hin,  wie  das  Beispiel  der 
nicht  konvergenten  (divergenten)  ,,harmoni- 

1111 
sehen"  Reihe  l  +  ^  +  3"  +  ^+5  +  --- 

zeigt.  Wenn  nicht  nur  die  Reihe  a^  +  a.^ 
+  ag  +  . . .,  sondern  auch  die  Reihe  der  ab- 
soluten Beträge  laj  +  {a^l  +  \n^\  +  ... 
konvergiert,  so  heißt  die  Reihe  ,, absolut" 
oder  ,, unbedingt"  konvergent.  Alle  anderen 
Reihen  heißen  ,, bedingt"  konvergent. 

So  ist  z.  B.  die  Reihe  1— V3  +  V.1— V4+  •  •  •  • 
bedingt  konvergent. 

Von  allgemeinen  Koiivcrgenzsätzen  er- 
wähnen wir  nur  die  beiden  folgenden: 

1.  Eine  Reihe  mit  gegeji  Null  abnehmen- 
den Gliedern  konvergiert  stets  dann,  wenn 
die  Glieder  abwechselndes  Vorzeichen  haben. 


2.  Eine  Reihe  konvergiert  immer  dann 
absolut,  wenn  die  absoluten  Beträge  ihrer 
(Uieder  kleiner  sind  als  die  der  entsprechen- 
den Glieder  einer  absolut  konvergenten  Reihe. 

Häufig  vorkommende  konvergente  Reihen 
sind: 

17273  + 
1 

T-.      + 


(32) 
(33) 
(34) 


1  +  :  + 


1  +  .,+ 


Ä- 


1.2.3.4 


+  .. 


e. 


+ 


+ 


+ 


Sind  die  Glieder  a^,  ag, ...  einer  unend- 
lichen Reihe  Funktionen  von  x,  so  stellt  die 
Reihe 

a^(x)  +  a.,(x)  +  . . .  =  s(x) 
eine  Funktion  von  x  in  einem  Intervalle  von 
a  bis  ß  dar,  wenn  die  Reihe  für  jeden  Punkt 
X  des  Intervalles  konvergiert. 

Ein  Beispiel  hierfür  ist  die  geometrische 
Reihe  (31)  als  Funktion  von  x. 

Ist  die  dargestellte  Funktion  s(x)  hin- 
reichend stetig  und  differentiierbar,  so  darf 
man  in  den  meisten,  bei  den  Anwendungen 
auftretenden  Fällen  den  Differentialquotien- 
ten und  das  Integral  der  Funktion  s(x) 
bilden,  indem  man  diese  Operationen  an 
jedem   Gliede  der  Reihe  vornimmt. 

Integriert  man  z.  B.  die  geometrische  Reihe 

:p^=l  +  X  +  x2+ 

1 — X 

gliedweise  zwischen  den  Grenzen  0  und  x  (wo 
|x|  <1  bleiben  muß,  damit  die  Reihe  konver- 
giert) so  erhält  man: 


A  X  A  .\ 


dx  + 


log(l- 
1 


ist 


die   linke    Seite   ist   offenbar   gleich 

da  die  Ableituns;  dieser  Funktion  gleich  ^ 

°  1 — X 

und  sie  für  x=0  verschwindet;  es  ergibt  sich  also 

die  ,, logarithmische  Reihe": 


,    x-'^    ,    X-*    ,    X* 


+ 


(34)  loga-x)-..  ■    2    '    3    '    4 
die  für  alle  |x  <1  konvergiert. 

2  h)  Potenzreihen.  Ein  besonders 
wächtiger  Spezialfall  von  Reihen,  deren 
Glieder  Funktionen  von  x  sind,  sind  die 
,, Potenzreihen",  die  die  Form 

f(x)  =  ao  +  a^x  +  agx^  +  a3X=^  +  •  •  • 
haben  und  für  die  wir  oben  einige  Beispiele 
kennen  gelernt  haben  (Formeln  31  und  34); 
oder  allgemeiner 

f(x)  =  ao  +  ai(x— a)  +  a2(x— a)^  +  . . . 

Diese  zeichnen  sich  dadurch  aus,  daß 
man  sie,  solange  sie  konvergent  sind,  glied- 
weise differentiieren  und  integrieren  darf 
und  auf  diese  Weise  eine  Darstellung  für  die 


Infinitesimalreclmune: 


421 


Koeffizienten  a,,,  a^,  ...  durch  die  Werte  der 
sukzessiven  Ableitungen  an  der  Stelle  x  =  a 
erhalten  kann.  Bildet  man  nämlich  der 
Reihe  nach  die  Differentialquotienten: 
f'(x)=l.ai  +  2a2(x-a)  +  3a3(x-a)2+  . . ., 
f"(x)=1.2ai  +  1.2.3a3(x— a)  +  . . . 


und  setzt  hierin  x  =  a,  so  findet  man: 

1 


1.2 


a, — 


f"'(a), 


ao=f(a),  ai=f'(a),  a2=:j^f"(a), 

1 
1.2.3 

Die  Entwickelung  der  Funktion  f(x) 
läßt  sich  also  folgendermaßen  schreiben: 

f(x)  =  f(o)  +  f(a).(x-a)  +  ^'^f  .(x-a)2 

f':'(a) 

1.2. 3 

Diese  Entwickelung  heißt  die  Taylor- 
sche  Reihe  der  Funktion  an  der  Stelle 
X  =  a.  Es  zeigt  sich,  daß  die  in  den  An- 
wendungen vorkommenden  Funktionen,  von 
vereinzelten  Ausnahmestellen  a  abgesehen, 
sich  stets  in  solche  Taylorsche  Reihen  ent- 
wickeln lassen. 

So  gelten  z.  B.  an  der  Stelle  x=0  die  fol- 
genden Entwickelungen : 


+ 


^.(x_a)3  +  .... 


(35)  e^  =  l+^^  +  ^  +  - 
11.21 


7273 


+  1-2. 3-74  +  ' 


denn  es  ist  die  n-te  Ableitung  der  Funktion  e^ 
selbst  gleich  e^,  hat  also  an  der  Stelle  x=0  den 
Wert  1.     Ferner  wird: 

(36)      sin  X  =  X  —  ^  ^\  +      ^  ^  ^     —  +  ..., 


(37) 


1.2.3 
x'' 


1  —    —  + 

1.2      1.2.3.4 


1.2.3.4.5 

+ 


X     + 


wie  man  aus  den  Formeln  (29)  und  (30)  für  die 
höheren  Ableitungen  dieser  Funktionen  ablesen 
kann. 

Ebenso  bestätigt  man,  daß  man  die  oben  an- 
gegebenen Reihen,  die  „geometrische"  (31)  und 
die  ,, logarithmische"  (34)  als  Taylorsche  Reihen 
auffassen  kann.  Schließlich  erhält  man  die 
Binomialreihe 

n  n(n— 1) 

1  ■  1.2 

n(n-l)  (n-2)  ^3      n(n-l)  (n-2)  (n-3)    4 

1.2.3         '  1.2.3.4  ^  ' 

welche  für  beliebige  Exponenten  n  und  für  alle 
jxj  <1  gilt.  Ist  n  eine  positive  ganze  Zahl,  so 
bricht  die  Reihe  an  der  n-ten  Stelle  ab,  und  man 
erhält  den  bekannten  ,, binomischen  Lehrsatz". 

2i)  Fouriersche  Reihen  (Genaueres  s. 
in  dem  Artikel  ,,F o  u  r  i  e  r  s  c  h  e  s  T  h  e  o  r  e  m"). 
Nächst  den  Potenzreihen  sind  für  die  An- 
wendungen am  wichtigsten  die  ,, trigono- 
metrischen Reihen",  welche  die  Form 

(39)    f(x)  =  -^  -(-  ai  cos  X  +  ag  cos  2x  +  ... 

+  bi  sin  X  -|-  bg  sin  2x  -j-  h^  sin  3x  +  ... 


haben.  Wenn  eine  solche  Reihe  hinreichend 
konvergiert,  um  sich  gliedweise  integrieren  zu 
lassen,  so  gestattet  sie  ebenfalls  eine  einfache 
Darstellung  der  Koeffizienten  durch  die 
Funktion  f(x).  Multipliziert  man  nämlich 
die  Reihe  mit  cos  nx  oder  sin  nx  und  inte- 
griert sie  zwischen  0  und  27t,  so  erhält  man 
wegen  der  leicht  zu  beweisenden  Relationen: 

2^  271 

I   cos^  nxdx  =  jt,    /  sin^  nxdx  =  n, 


2r, 

f 

o 

! 


cos  nx  cos  mxdx  =  0 


>  für  m  4=  n 


sin  nx  sin  mxdx  =  0 


I   sin  nx  cos  mxdx  =  0   für  alle  m,  n 

o 

die  Ausdrücke: 


(40) 


271 

{  1    /•' 

an  =  -  -  f  f(x)  cos  nxd 

o 

271 


sin  nxdx. 


Die  Entwickelung  (39)  heißt  dann  die 
„Fouriersche  Entwickelung"  der  Funk- 
tion f(x)  im  Intervalle  von  0  bis  ^n.  Außer- 
halb des  Intervalles  von  0  bis  ^n  wieder- 
holen sich  die  Werte  der  Reihe  periodisch 
mit  der  Periode  2ji. 

Man  kann  durch  solche  Fouriersche 
Reihen  nicht  nur  Funktionen  mit  einfachem 
analytischen  Bildungsgesetze  und  überall 
stetigem  Differentialquotienten  usw.  dar- 
stellen, sondern  in  sehr  weiten  Grenzen  auch 
Funktionen,  deren  Bildungsgesetz  kompli- 
ziert, etwa  für  verschiedene  Intervalle  ver- 
schieden ist,  und  deren  Kurven  Ecken  be- 
sitzen können. 

So  wird  z.  B.  die  durch  Figur  10  dargestellte 


Funktion,  die  in  dem  Intervalle  von  0  bis  % 
gleich  X,  von  tt  bis  2tc  gleich  27t— x  ist,  durch 
folgende  Reihe  dargestellt: 


422 


liifiiiitesimalreelinnnff 


■jt 2  /cos  X  ,    cos  3x    ,    cos  5x    , 

4  ^  \V~  ~3^"  ""6^^  ' 
Die  Bedeutung  dieser  Entwickeluiifi"  be- 
steht darin,  daß  sie  ein  liiirsinittel  darbietet, 
um  beliebif^e  V^jrf^än<;e  als  Superposition 
von  periodisclien  Vorgängen  darzustellen  (z.  B. 
die  Auflösung  eines  Klanges  in  Harmonische 
Obertöne). 

3.  Infinitesimalrechnung  für  Funktio- 
nen mehrerer  Veränderlichen.  3a)  Par- 
tielle Differentialquotienten  und 
totales  Differential.  Wie  schon  unter 
Id)  hervorgehoben,  lassen  sieh  die  Betrach- 
tungen über  Stetigkeit  usw.  auch  auf  Funk- 
tionen mehrerer  Variabein  ausdehnen. 
Wir  wollen  uns  hier  zumeist  auf  zwei  unab- 
hängige Variable  x  und  y  beschränken. 

Sei  z  =  f(x,  y)  eine  Funktion  dieser 
beiden  Variabein,  so  heißt  sie  an  der  Stelle 
X  =  a,  y  =  b  stetig,  wenn 

lim  f(x,  y)  =  f(a,  b) 

X  =  a 

y=b 

ist,  wobei  dieser  Limes  so  zu  verstehen  ist, 
daß  die  beiden  Variablen  x  und  y  sich  den 
Werten  a  bezw.  b  unabhängig  voneinander 
in  beliebiger  Weise  nähern.  Man  repräsen- 
tiert eine  solche  Funktion  durch  eine  über 
der  xy-Ebene  im  xyz-Raume  ausgebreitete 
Fläche,  für  welche  z  =  f(x,  y)  ist  (Fig.  11). 


Fig.  11. 

Ist  eine  Funktion  für  jeden  Punkt  eines 
Gebietes  G  der  xy-Ebene  stetig,  so  heißt  sie 
in  diesem  Gebiete  stetig.     Denkt  man  sich 
den  Wert  von  y  festgehalten,  so  wird  z  eine 
Funktion    von    x    allein;    den    Differential- 
quotienten dieser Fuiüvtion  nach x  — -wenn  er 
existiert  — ■  nennt  man  ,, partielle   Ablei- 
tung" der  Funktion  z  nach  x  und  bezeichnet 
ihn  durch  eines  der  Symbole 
öz   _    öf(x,  y) 
öx  ~       öx      ' 
Ebenso  definiert  man   die  partielle  Ab- 
leitung nach  y: 

'  ÖZ    _  öf(x,  y) 
öy  öy 

In  derselben  Weise  werden  die  höheren 
partiellen    Differentialquotienten  de- 


finiert als  partielle  Ableitungen  der  par- 
tiellen Ableitungen,  und  man  bezeichnet  sie 
durch  Syjnbole  wie 


ö^z 
"öx^"' 
ö^z 


öxöy 
ö=^z 


öx^öy '      

Dabei  kann  man  zeigen,  daß  die  Reihen- 
folge der  Differentiationen  gleichgültig  ist, 
wenn  die  partiellen  Ableitungen  stetig  sind. 
Es  ist  z.  B. 

(41)  _1^^^-  , 

^    '  öxöy        öyöx 

Ist  z.  B.  z  =  sin(x+y),  so  ist 


cos  (x  +  y); 


öz  /     ,     X   öz 

=  cos  (x  +  y),  -- 

öx  öy 

oder  ist  z  =  xy,  so  ist 

öz  _        öz  _    . 

öx  '  öy 
Geometrisch  sind  die  partiellen  Ablei- 
tungen 1.  Ordnung  dadurch  charakterisiert, 
daß  die  Gleichung  der  Tangentialebene  an 
die  Fläche  z  =  f(x,  y)  im  Punkte  Xq,  yQ,  z^ 
lautet : 

Haben  die  Differenzen  x— x^  =  zlx, 
y — yo  =  Zly  kleine  W^erte,  so  werden  über- 
einander liegende  Punkte  der  Fläche  und  der 
Tangentialebene  nur  wenig  verschieden  sein, 
und  man  wird  den  durch  die  Gleichung 


Az  = 


öx  öy     -^ 


gegebenen  Zuwachs  von  z  approximativ  als 
Zuwachs  der  Funktion  f(x,  y)  bezeichnen 
können.  Sind  die  Zuwächse  Zlx,  Zly,  zJz 
so  klein,  daß  man  den  dabei  gemachten  Fehler 
vernachlässigen  darf,  so  nennt  man  sie  häufig 
,, Differentiale"  und  gebraucht  die  Sym- 
bole dx,  dy,  dz;  man  schreibt  dann 

(42)  d.=|Ldx  +  |,dy 

und  nennt  die  rechte  Seite  ,,das  totale 
Differential"  der  Funktion  f(x,  y). 

3b)  Das  Linienintegral.  In  der  xy- 
Ebene  sei  eine  Kurve  C  dadurch  definiert,  daß 
X  und  y  als  Funktionen  einer  dritten  Variabein 
(Parameter),  etwa  der  von  einem  bestimmten 
Anfangspunkte  A  gezählten  Bogenlänge  s, 
gegeben  sind  (Fig.  12): 

x  =  f(s),  y  =  g(s). 

Sind  ferner  zwei  mit  stetigen  partiellen 
Ableitungen  versehene  Funktionen  P(x,  y), 
Q(x,  y)  gegeben,  so  bezeichnet  man  den 
Ausdruck 


/< 


(Pdx-Qdy) 


Infinitesimalrechnuiiii- 


423 


als  das  vom  Punkte  P^  zum  Punkte  F^  ^^r 
Kurve  C  erstreckte  Linienintet^ral  des 
Differentialausdruckes  Pdx  +  Qdy  und 


Fig.  12. 

verstellt  darunter  das  gewöhnliche  bestimmte 
Integral 


P(f(s),  g(s))^^  +  Q(f(s),  g(s))|}ds, 


wobei  Sj  und  So  die  den  Punkten  P^  und  Pg 
zugehörigen   Werte  der   Bogenlänge  s  sind. 

In  den  physikalischen  Anwendungen  er- 
hebt sich  häufig  die  Frage,  wie  die  Funk- 
tionen P(x,  y)  und  Q(x,  y)  beschaffen  sein 
müssen,  damit  dieses  Integral  nur  von  der 
Lage  der  Punkte  P^  und  P.2,  nicht  mehr  von 
der  Wahl  des  Verbindungsweges  C  abhängt. 

Bezeichnen  wir  die  Koordinaten  des 
Punktes  Pg  mit  x  und  y  und  denken  uns  den 
Punkt  Pj  festgehalten,  den  Punkt  P.>  variabel, 
so  ist  im  Falle  der  Unabhängigkeit  des  Inte- 
grales vom  Wege  dieses  eine  Funktion  z  = 
F(x,  y),  und  es  ist  anschaulich  klar 
und  leicht  streng  beweisbar,  daß  der  Ausdruck 
Pdx  +  Qdy  gleich  dem  totalen  Differential 
der  Funktion  F(x,  y)  ist.     Es  ist  also 

P='^"    Q-^ 

^     öx'  ^~öy' 

und  wegen  der  Vertauschbarkeit  der  Diffe- 
rentiationsfolge (Formel  41)  folgt  hieraus 
für  P  und  Q  die  Bedingung 

öP_  öQ_ 

öy  ~  öx 

Diese  Bedingung  erweist  sieh  als  not- 
wendig und  hinreichend  für  die  Unabhängig- 
keit des  Linienintegrales  vom  Wege. 

In  der  Thermodynamik  sind  z.  B.  die  „Arbeit" 
und  die  ,, Wärme"  Linienintegrale,  die  vom  Wege 
abhängen;  ihre  Summe,  die  ,, Energie",  ist  vom 
Wege  unabhängig.  In  der  Theorie  des  Elektro- 
magnetismus ist  das  Linienintegral  der  magne- 
tischen Feldstärke  vom  Wege  unabhängig,  so- 
lange dieser  nur  so  verändert  wird,  daß  er  keine 
elektrische  Stromlinie  schneidet. 

3c)  Mehrfache  Integrale.  Der  Inte- 
gralbegriff läßt  sich  auf  die  Funktionen 
mehrerer  Variabein  verallgemeinern. 

Man  geht  hier  zweckmäßig  von  der  Be- 
trachtung des  bestimmten  Integrales  aus. 
Es  sei  G  ein   Gebiet  der  xy-Ebene,  f(x,  y) 


(43) 


eine  in  diesem  Gebiete  stetige  Funktion. 
Man  denke  sich  das  Gebiet  etwa  durch  eine 
quadratische  Einteilung  in  eine  große  Zahl  n 
von  Teilgebieten  eingeteilt,  deren  Flächen- 
inhalt, abgesehen  von  den  an  den  Rand 
stoßenden  Gebieten,  bei  allen  denselben 
Wert  h  hat  (Fig.  13). 

3 


Fig.  13. 

In  jedem  dieser  Teile  wählen  wir  irgend- 
einen Punkt  mit  den  Koordinaten  x^,  y^; 
Xg,  y2,   • . .  und  bilden  die  Summe 

hif(xi",  J^)  +  f(x<>,  y^)  + +  f(x„,  yn)}, 

welche  offenbar  die  Summe  der  Rauminhalte 
der  kleinen  Parallelepipede  darstellt,  deren 
Grundflächen  die  Teilgebiete  und  deren 
Höhen  die  Funktionswerte  an  den  Stellen 
Xj,  y^;  Xg,  y2-  •  •  sind.  Die  Summe  approxi- 
miert daher  den  über  dem  Gebiete  G  zwischen 
diesen  und  der  Fläche  z  =  f(x,  y)  gelegenen 
Raumteil,  und  zwar  um  so  besser,  je  enger 
die  Maschenteilung,  d.  h.  je  größer  n  ist. 

Den  Grenzwert  dieser  Summe  für  wach- 
sendes n,  der  also  genau  den  betrachteten 
Rauminhalt  darstellt,  nennt  man  das 
,, Doppelintegral  der  Funktion  f(x,  y) 
über  das  Gebiet  G"  und  bezeichnet  es  mit 


JJf(x.  y)dxdy. 


Ist  speziell  das  Gebiet  G  ein  parallel  zu  den 
Koordinatenachsen  orientiertes  Rechteck, 
so  schreibt  man  das  Integral  auch  so 

X,  y., 

(44)  JJiix,  y)dxdy, 

WO  die  Zahlen  Xj  y^  X2y2  die  Koordinaten  der 
Ecken  des  Rechtecks  bedeuten.  Mit  dieser 
Darstellung  deutet  man  die  Tatsache  an, 
daß  man  den  Wert  des  Integrals  auch  er- 
halten kann,  indem  man  die  Funktion  f(x,  y) 
zunächst  bei  konstantem  y  (d.  h.  in  horizon- 
taler Richtung)  als  Funktion  von  x  allein 
zwischen  x^  uiid  Xg  integriert  und  die  so  ent- 
stehende Funktion  von  y  sodann  zwischen 
den  Grenzen  y^  und  y2  integriert  (Fig.  14). 
Dieselbe  Auffassung  und  Darstellung  (44) 
ist  auch  allgemein  zulässig,  nur  sind  dann 
x^  und  Xo  nicht  konstant,  sondern  hängen 
von  y  ab:  es  sind  nämlich  (wenn  das  Gebiet  G 
konvex  ist)  die  x-Koordinaten  der  Schnitt- 
punkte einer  im  Abstände  y  von  der  x-Aclise 


424 


Infinitesimalrechnung 


0  X,  X2 

Fig.  14. 

gezogenen   Parallelen   zur  x-Achse  mit  der 
Kandkurve  des  Gebietes  G  (Fig.  15).    Diese 


Fig.  15. 


Eeduktion  der  mehrfachen  Integrale  auf  eine 
Sukzession  einfacher  Integrale  ist  eine  vielge- 
brauchte Methode  zur  Wertbestimraung  von 
mehrfachen  Integralen. 

So  ist  z.  B.  das  Integral  der  Funktion  z=xy 
über  das  dui'ch  die  beiden  Einheitsstrecken  der 
Koordinatenachsen  bestimmte   Quadrat 

1   1  1 

J  j  xydxdy  =    /  /  xydxdy  =    /   [^  |    ydy  = 
□  00  u 


Fig.  16. 

Will  man  diese  Variabein  zur  Wertbe- 
stimmung des  Integrales 


Iß 


f(xy)dxdy 


benützen,  so  legt  man  statt  der  recht- 
winkligen Einteilung  ein  System  von  kon- 
zentrischen Kreisen  und  Radien  Vektoren 
zugrunde.  Die  Gebiete,  die  gleichen  Zu- 
wächsen Ar  und  A(p  entsprechen,  sind 
hierbei  begrenzt  von  Stücken  zweier  benach- 
barten Radien  der  Länge  Ar  und  Stücken 
zweier  parallelen  Kreisbögen  der  Länge 
rA(p    bezw.    (r  +  Ar)A(p    (Fig.  17).      Der 


/ 


2-dy 


Ist  speziell  die  Funktion  f(xy)  =  1,  so 
ist  das  Integral 


ffä.6y 


gleich  dem  Flächeninhalte  des  Gebietes  G. 
Führt  man  hier  die  Integration  nach  y  aus, 
so  kommt  man  auf  die  frühere  Darstellung 
des  Flächeninhalts  (2d)  durch  ein  einfaches 
bestimmtes  Integral  zurück. 

Häufig  ist  es  zweckmäßig,  zur  Fixierung 
eines  Punktes  P  in  der  Ebene  nicht  die 
rechtwinkligen  Koordinaten  x,  y,  sondern 
„Polarkoordinaten"  zu  benutzen,  d.  h.  den 
Abstand  r  vom  Nullpunkte  und  den  Winkel  (p, 
den  der  Radius  Vektor  mit  der  positiven  x- 
Achse  einschließt  (Fig.  16).  r  und  9?  hängen 
mit  X  und  y  durch  die  Gleichungen  zu- 
sammen : 

X  =  r  cos  9? 
y  =  r  sin  99. 


Fia:.  17. 


Flächeninhalt  eines  solchen  Teilgebietes  wird 
also  angenähert  dargestellt  durch  den  Aus- 
druck 

rzlrzl99. 
Sehen  wir  wieder  Zlrzl  99  =  h  und  gehen 
zur  Grenze  bei  wachsender  Feinheit  der  Ein- 
teilung über,  so  erhalten  wir,  wie  oben, 
das  Doppelintegral,  das  man  konsequenter- 
weise durch  das  Symbol 


fj 


f(r,  9?)rdrd99 


bezeichnet  und  nunmehr  durch  sukzessive 
Integration  nach  den  Variabein  r  und  99  be- 
stimmen kann. 

Als  Beispiele  berechnen  wir  den  Rauminhalt 
der  Halbkugel  vom  Radius  a  (Fig.  18).  Für 
diese  ist  offenbar 


z2  +  r2 


also 


1/0 


Das     Integrationsffebiet    ist     der     Einheits- 


Infinitesimalreclmunff 


Lifrarot 


425 


kreis  der  xy-Ebene,  der  in  Polarkoordinaten  durch 
r=a  dargestellt  wird;  dieser  Kreis  wird  vollstän- 
dig überstrichen,  wenn  r  von  0  bis  a,  (p  von  0  bis 


Fig.  18. 


2tc  läuft.     Der  gesuchte  Rauminhalt  wird  also 
durch  das  Doppelintegral 

a  2^ 


If 

0     0 


l^a^  —  r^  rdrdqp 


dargestellt. 

Hier   läßt    sich    die  Integration  nach  (f    aus- 
führen: man  erhält 


27t  I  ya2  — r^rdr. 


'■'f 


Führt  man  ferner  gemäß  Formel  (V)  statt  r  die 
neue  Variable  u=a^ — r^  ein,  so  bekommt  das 
Integral  die  Gestalt 

0 


—  2ä  y   /  ]/u 

=  TT  I  u  "  du 


du 


27t 


Die  ganze  Kugel  hat  also  den  Rauminhalt 

4:7t      ^ 


Literatur.  Obige  AtisfUhrungen  sollen  keine 
Darstellung  des  hetitigen  Standes  der'  Infini- 
tesimalrechnung, sondern  mir  eine  Skizze  ihrer 
Anfangsgründe  bedeuten.  Zum  eindringenden 
Studium  heben  wir  aus  der  außerordentlich 
umfangreichen  Literatur  etwa  die  folgenden 
Werke  hervor: 

Elementare  Bücher  für  Naturforscher :  Nernst 
und  Schoenfliess,  Mathematische  Behandlung 
der  Nattirwissenschaften.  —  H.  A.  Lorentz, 
Differential-  und  Integralrechnung.  —  v.  Man- 
gold,  Lehrbuch  der  3Iathematik. 

Wissenschaftliche  Lehrbücher :  Genocchi- 
Peano,  Serret- Harnack,   Kowaleski. 

Handbücher :  Jordan,  Cours  d' Analyse.  — 
Goursat,  Cours  d' Analyse.  —  De  la  Vallee 
JPotissin,    Cours  d' Analyse  infinitesimale. 

M,  Born. 


Infrarot. 

1.  Definition  und  Historisches.  2.  Apparate. 
3.  Dispersion.  4.  Reflexion.  5.  Emission.  6.  Ab- 
sorption. 7.  Infrarote  und  Hertzsche  Wellen. 
8.  Zusammenhang  zwischen  infraroten  Fre- 
quenzen und  anderen  physikalischen  Größen. 

I.  Definition  und  Historisches,  Infra- 
rote, ultrarote  oder  Wärmestrahlung  nennt 
man  denjenigen  Teil  des  Spektrums,  der 
an  das  rote  Ende  des  sichtbaren  Spektrums 
anschließend  in  das  Gebiet  der  längeren 
Wellen  führt.  Im  Jahre  1800  entdeckte 
F.  W.  Herschel,  daß  die  bereits  im  sicht- 
baren Teil  des  Spektrums  auftretende  Er- 
wärmung eines  Thermometers  beim  Ueber- 
schreiten  des  roten  Endes  desselben  noch 
zunimmt,  um  erst  nach  Erreichung  eines 
Maximums  zu  verschwinden.  Diese  Strah- 
lung ist  von  M.  Melloni  u.  a.  eingehend 
untersucht  worden. 

A.  M.  Ampere  behauptete  im  Jalire  1835 
zuerst  die  Wesensgleichheit  von  Licht-  und 
Wärmestrahlung.  Diese  x\nsicht  hat  sich 
nach  mancherlei  Kämpfen  als  richtig  er- 
wiesen. Zwischen  sichtbarem  Licht  imd 
infraroter  Strahlung  besteht  nur  ein  quanti- 
tativer Unterschied  in  der  Wellenlänge. 
Die  Sonderstellung  des  sichtbaren  Spektrums 
hat  also  keine  rein  physikalische  Berechti- 
gung, sondern  beruht  nur  auf  den  Empfind- 
lichkeitsgrenzen des  menschlichen  Auges. 

Im  weiteren  Verlaufe  wurden  die  wesent- 
lichen Eigenschaften  des  sichtbaren  Lichtes 
auch  bei  der  infraroten  Strahlung  nachge- 
wiesen. E.  Fizeau  und  G.  Foucault 
brachten  sie  zur  Interferenz  und  stellten  die 
ersten  Wellenlängenmessungen  an.  E.  Bec- 
querel,  E.  Lommel  u.  a.  gelang  es, 
infrarote  Spektren  bis  etwa  zur  doppelten 
Wellenlänge  des  roten  Lichtes  zu  photo- 
graphieren.  Während  diese  und  verwandte 
Untersuchungen  das  optische  Spektrum  nur 
etwa  um  eine  ,, Oktave"  in  das  Infrarot 
hinein  verlängerten,  begann  um  das  Jahr 
1880  das  weitere  Eindringen  in  dieses  Ge- 
biet in  großem  Stil  mit  dem  Erfolg,  daß  sich 
das  heute  bekannte  infrarote  Spektrum  vom 
roten  Ende  des  sichtbaren  Spektrums 
(2  =  0,8  ju)  bis  etwa  X  =  350  fi  =  0,35  mm 
erstreckt.  Das  Hauptverdienst,  die  ersten 
genauen  quantitativen  Versuche  im  Infra- 
rot mit  modernen  Mitteln  angestellt  zu  haben, 
gebührt  dem  genialen  S.  P.  Langley. 

Im  folgenden  werden  nachstehende  Be- 
zeichnungen benutzt: 


Wellenlänge 

Schwingungszahl, 

Brechungsindex,. 

Dielektrizitätskonstante, 

Reflexionsvermögen  =  reflektierte 

:auffallende  Energie, 


426 


Infrarot 


K  =  Prozentisches      Reflexioiisvermögen 

=  100  p, 
e    =  Emissionsvermögen,  bezogen  auf  den 

schwarzen  Körper, 
E  =  Prozentisches     Emissionsvermögen 

=  100  e, 
y,   =  Extinktionskoeffizient. 

2.  Apparate,  a)  Die  Apparate  zur  Mes- 
sung der  Intensität  infraroter  Strahhmg 
sind  an  anderer  Stelle  (vgl.  den  Artikel 
,, Strahlungsmessung")  ausführlich  be- 
schrieben. Es  kommen  heute  ausschließhch 
in  Betracht  die  Thermoscäule,  das  Mikro- 
radiometer,  das  Bolometer  und  das  Radio- 
meter. 

b)  Zur  Wellenlängemessung  werden 
die  analogen  Methoden  der  Optik  in  ent- 
sprechend abgeänderter  Form  verwandt. 

1.  Das  Spektrometer  hat  an  Stelle  der 
Linsen  meist  Hohlspiegel,  An  Stelle  des  be- 
obachtenden Auges  oder  der  photographischen 
Platte  tritt  einer  der  unter  a)  genannten 
Ai)parate.  Die  Spektrometer  werden  meist 
mit  Wadswortheinrichtung  zur  Erhaltung 
der  ^linimalablenkung  versehen.  Als  Pris- 
mensubstanz kann  dienen:  Glas  bis  2  //, 
Quarz  bis  2,3  /?,  Flußspat  bis  9  //,  Steinsalz 
bis  13  /«,  dicke  Sylvinprismen  bis  18  //,  spitze 
Sylvinprismen  bis  22  /«. 

Zur  Bestimmung  der  Dispersion  benutzt 
man  Linien  bekannter  Wellenlänge.  Diese 
kann  man  erzeugen  mit  Hilfe  von  Sub- 
stanzen mit  scharfen  selektiven  Eigen- 
schaften. F.  Paschen  und  H.  M.  Randall 
haben  eine  Reihe  scharfer  Emissionslinien 
verschiedener  Substanzen  bis  9  /<  festgelegt. 
Oder  man  erzeugt  Linien  bekannter  Wellen- 
länge mittels  eines  Gitters  (s.  unten).  Schließ- 
lich kann  man  durch  geeignete  Interferenz- 
methoden (Talbotsche  Streifen  oder  Quarz- 
platten zwischen  gekreuzten  Nikols)  dunkle 
Linien  im  Spektrum  erzeugen,  deren  Lage 
im  Infrarot  sich  aus  ihrer  direkt  beobacht- 
baren Lage  im  sichtbaren  Spektrum  be- 
rechnen läßt. 

Spezielle  Konstruktionen  von  Spektro- 
metern  für  Infrarot  sind  u.  a.  von  S.  P. 
Langley,  K.  Angström,  F.  Paschen 
und  P.  Lebedew  veröffentlicht.  Solche 
Spektrometer  können  auch  mit  automatischer 
Registriervorrichtung  versehen  werden. 

2.  Als  Beugungsgitter  können  ent- 
weder Reflexionsgitter  auf  ^letall  oder  Gitter 
aus  sehr  feinen  Metalldrähtcn  dienen.  Die 
Lage  der  verschiedenen  Wellenlängen  im 
Gitterspektrum  ist  aus  den  geometrischen 
Verhältnissen  in  gleicher  Weise  zu  berechnen 
wie  im  sichtbaren  Sjiektrum  (vgl.  den  Artikel 
„Beugung  des  Lichtes"). 

3.  Das  Quarzinterferometer  nach 
H.  Rubens  (Fig.  1)  ist  besonders  geeignet 
zur    Wellenlängenmessung    im    langwelligen 


Infrarot,  wo  das  Spektrometer  versagt,  also 
etwa  von  20  ^  ab.  Es  besteht  im  wesentlichen 
aus  einer  von  zwei  ebenen  Quarzplatten 
(G  und  G')  begrenzten  ,, Luftplatte",  deren 


^M^^^^^^^^^i:>^^;^:^;i;^^^^^ 


Fig.  1. 


Dicke  in  meßbarer  Weise  verändert  werden 
kann,  indem  die  eine  der  beiden  Quarz- 
platten an  einem  festen  Träger  (C),  die 
andere  an  dem  Schhtten  (I)  einer  Teil- 
maschine befestigt  ist.  Bringt  man,  die  Luft- 
platte in  den  Weg  der  zu  untersuchenden 
Strahlung  und  vergrößert  die  Dicke  derselben 
allmählich,  von  Null  beginnend,  so  zeigt  die 
Intensität  der  hindurchgehenden  Strahlung 
periodische  Schwankungen.  Aus  einer 
Kurve,  die  die  Ausschläge  des  Meßinstru- 
mentes als  Funktion  der  Dicke  der  Luftplatte 
darstellt,  kann  man  aus  der  Lage  der  Maxima 
und  Minima  die  mittlere  Wellenlänge  der 
Strahlung  berechnen.  Auch  die  Intensitäts- 
verteilung der  Strahlung  kann  man  mit 
gewisser  Annäherung  feststellen. 

F.  Paschen  hat  sich  um  die  Ausbildung 
der  Meßmethoden  im  Infrarot  ein  sehr  großes 
Verdienst  erworben.  Es  ist  hauptsächlich 
ihm  zu  verdanken,  wenn  die  Erforschung 
infraroter  Spektren  heute  mit  fast  der 
gleichen  Genauigkeit  möglich  ist,  wie  die  der 
Spektren  im  sichtbaren  Gebiet. 

3.  Dispersion.  Das  optische  Verhalten 
der  Körper  hängt  allgemein  ab  von  den  Eigen- 
schwingungen der  in  ihnen  enthaltenen  elek- 
trisch geladenen  Teilchen.  Dieses  sind  einer- 
seits die  an  die  Atome  quasielastisch  ge- 
bundenen Elektronen,  deren  Eigenschwingun- 
gen im  sichtbaren  Spektrum  oder  im  Ultra- 
violett liegen,  andererseits  die  geladenen 
Atome  oder  Atomgruppen  (Ionen)  der  Kör- 
per, die  gegen  oder  umeinander  schwingen 
können,  und  deren  Eigenschwingungen  im 
Infrarot  liegen. 

Infrarote  Atomfrequenzen  jenseits  von 
1  i^i  sind  bei  chemischen  Verbindungen 
immer  vorhanden.  Bei  den  Elementen 
fehlen  sie  häufig  oder  machen  sich  optisch 
nicht  bemerkbar. 

In  bezug  auf  die  Dispersion  zeigt  sich 
dies  darin,  daß  der  Brechungsexponent 
vieler  Elemente  auch  im  Infrarot  durch  die 


Infi'arot 


427 


einfache   Caiichysche  Formel:    n  =  a  + 


22 


dargestellt  werden  kann,  die  anf  einer  ein- 
zigen Eigenschwingung  im  LTltraviolett  be- 
ruht. Dagegen  ist  für  chemische  Verbindun- 
gen stets  die  Dispersionsformel  von  Kette- 
ler-Helmholtz  anzuwenden : 


+  2 


Mi 


-h"- 


1) 


a,  Mi  und  Ai  sind  Konstanten,  h  sind  die 
Wellenlängen  der  einzelnen  ultravioletten 
und  infraroten  Eigenschwingungen.  Die 
diesbezügliche  Theorie  verdanken  wir  wesent- 
lich P.  Drude. 

Näheres  über  die  Theorie  der  Dispersion, 
insbesondere  über  anomale  Dispersion  vgl. 
den  Artikel  ,,Lichtdispersion".  Ebendort 
findet  sich  auch  eine  Tabelle  der  Brechungs- 
exponenten von  Quarz,  Steinsalz  und  Fluß- 
spat bis  61,1  //. 

Die  Konstanten  der  Ketteler-Helm- 
holtzschen  Dispersionsformel  für  eine  Reihe 
der  wichtigsten  Substanzen  sind  in  neuerer 
Zeit  u.  a.  von  H.  Rubens  und  A.  Trow- 
bridge,  F.  Paschen  und  F.  F.  Martens 
bestimmt  worden. 

Aus  der  elektromagnetischen  Lichttheorie 
folgt  für  Nichtleiter  die  sogenannte  Max- 
wellsche  Beziehung. 

n'  =  e (2) 


sehen     Beziehung     für 

die     verschiedenen 

Substanzen  ist. 

Tabelle  I. 

n  (;.  =  82  ft)n(;.  =  l08fi) 

Isoo 

Kalkspat  .  . 
Marmor  .  .  . 
Flußspat.  .  . 
Steinsalz.    .    . 

2,6o 

3,07 

5,37 
4,92 
2,63 
2,64 

2,91 

2,48 

2,61 

2,51 

Sylvin  .  .  . 
Glas     .... 

4,00 

2,57 
2,56 

2,22 
2,58 

Wasser  .  .  . 
Alkohol  .    .    . 

1,90 

2,03 
1,29 

9,00 
5,00 

Rizinusöl    .    . 

— 

1,52 

2,19 

£  ist  im  allgemeinen  eine  Funktion  der 
Wellenlänge.  Sie  wird  gleich  der  elektro- 
statisch gemessenen  Dielektrizitätskonstan- 
ten £oo  für  Wellenlängen,  die  sehr  groß  sind 
gegen  die  der  langsamsten  Eigenschwingung 
der  betreffenden  Substanz.  Die  Beziehung 
muß  also  mit  wachsender  Wellenlänge  immer 
besser  erfüllt  sein. 

Für  gasförmige  Elemente  hat  L.  Boltz- 
mann  die  Gültigkeit  der  Maxwellschen 
Beziehung  bereits  im  sichtbaren  Spektrum 
nachgewiesen.  Sie  gilt  also  a  fortiori  im 
Infrarot. 

Flüssigkeiten  dagegen  können  noch  im 
Gebiet  kurzer  elektrischer  Wellen  Eigen- 
schwingungen besitzen.  Dies  gilt  vor  allem 
für  Wasser,  bei  dem  die  Größenordnung 
des  Brechungsexponenten  im  Infrarot  1,5 
beträgt,  während  V£«d  =  9  ist.  Eis  hingegen, 
dessen  optisches  Verhalten  im  Infrarot  )iach 
G.  Bode  dem  des  Wassers  ganz  analog  ist, 
besitzt  diese  sehr  langwelligen  Eigen- 
frequenzen nicht. 

In  Tabelle  I  sind  die  nach  Messungen 
von  H.  Rubens  und  R.  Wood  aus  der 
Messung  des  Reflexionsvermögens  (s.  unten) 
berechneten  Werte  von  n  und  ferner  ysoo  für 
einige  Substanzen  zusammengestellt.  Aus 
der  Tabelle  ist  deutlich  ersichtlich,  wie  ver- 
schieden gut  die  Erfüllung  der  Maxwell- 


Die  magnetische  Rotationsdispersion  im 
Infrarot  hat  U.  Meyer  untersucht  und  ge- 
funden, daß  die  Größe  der  durch  ein  Magnet- 
feld hervorgerufenen  Drehung  der  Polari- 
sationsebene mit  wachsender  Wellenlänge 
abnimmt.  Dies  beweist  die  Richtigkeit  der 
Anschauung,  daß  die  infraroten  Frequenzen 
von  magnetisch  schwer  beeinflußbaren  trägen 
Atomionen  herrühren. 

Die  anomale  Dispersion  des  Quarzes  im 
Infrarot  haben  schon  H.  Rubens  und  E. 
Aschkinaß  dazu  benutzt,  um  mittels 
spitzwinkliger  Quarzprismen  langwellige 
Wärmestrahlung  von  kurzwelliger  zu  trennen. 
Im  kurzwelligen  Infrarot  ist  für  Quarz 
n  =  1,55  —  1,43.  Für  langsame  Schwin- 
gungen dagegen,  wo  die  Maxwellsche  Be- 
ziehung erfüllt  ist,  ergibt  sich  aus  der  Di- 
elektrizitätskonstanten  der   Wert  n  =  2,14. 

Später  haben  H.  Rubens  und  R.  Wood 
die  Isolierung  der  langw^elligen  Strahlung  von 
der  kurzwelligen  durch  Quarzlinsen  be- 
wirkt (Fig.  2),  indem  sie  eine  Quarzlinse  L, 
so  anordneten,  daß  durch  sie  das  lang- 
wellige Infrarot  konvergent,  das  kurzwellige 
aber  wegen  des  kleinen  n  divergent  war. 
In  den  Brennpunkt  der  langwelligen  Strah- 
lung brachten  sie  ein  Diaphragma  E,  welches 
die  divergente  kurzwellige  Strahlung  ab- 
blendete. "  Zur  Abbiendung  der  kurzwelligen 
Zentralstrahlen  diente  ein  kreisförmiges  Papp- 
scheibchen  a^  auf  der  Linse  L^.  Zur  Beseiti- 
gung diffuser  Strahlung  wurde  durch  eine 
zweite  Linse  L.,  derselbe  Vorgang  wiederholt. 
M  ist  ein  Mikrbradiometer.  Die  durch  diese 
Methode  isolierten  Strahlen  haben  Avegen 
[der  notwendigen  Dicken  der  Quarzlinsen 
und  der  starken  selektiven  Absorption  im 
Quarz  im  mittleren  Infrarot  ihre  kurzwellige 
Grenze  etwa  bei  70  //,  während  die  obere 
Grenze  wesentlich  durch  die  spektrale  Ener- 
gieverteilung der  Strahlungsquelle  gegeben 
j  ist. 

!       4.  Reflexion.     Das  Reflexionsvermögen 

bei  senkrechtem  Einfall  istmitdeniBrechungs- 

I  index     und     dem     Extinktionskoeffizienten 


428 


Infrarot 


(s.  unten)    durch    die  Beziehung  verknüpft  |  eines  Auerbrenner^  A  drei 
(vgl.  den  Artikel  „Lichtdispersion"): 

(n-l)^+;.2 
^~(n+l)2+;<2 ^) 

Besonderes  Interesse  beansprucht  der 
Fall,  daß  g  sich  dem  Werte  1  nähert.  Man 
spricht  hier  häufig  von  „metallischer"  Re- 


bis  fünfmal  an 
ebenen  Flächen  P  der  zu  untersuchenden 
Substanzen  reflektieren.  Auf  diese  Weise 
wurden  die  selektiv  reflektierten  Wellenlän- 
gen praktisch  vollkommen  von  den  schlecht 
reflektierten  Wellenlängen  getrennt. 

In  der  Tabelle  II  sind  die  Wellenlängen 
der  so  gefundenen  Reststrahlen  mit  den  aus 


M 


C 


r  ■■'■■'■■■'"] 


flexion  von  Nichtleitern,  doch  ist  dies  mir 
eine  äußerliche  Analogie,  da  der  physika- 
lische Vorgang  bei  der  wirklichen  und  bei  der 
scheinbaren  metallischen  Reflexion  ein  völhg 
verschiedener  ist. 

Man  sieht,  daß  sich  q  um  so  mehr  dem 
Wert  1  nähert,  je  größer  n  und  x  sind, 
d.  h.  in  dem  Gebiete  der  Eigenfrequenzen. 
Doch  fällt  die  Stelle  selektiver  Reflexion 
nicht  mit  der  Eigenfrequenz  völlig  zu- 
sammen, sondern  sie  liegt  je  nach  dem  Ueber- 
wiegen  von  x  oder  n  auf  der  langwelligen 
oder  kurzwelligen  Seite  derselben.  Man 
kann  also  diese  Stellen  selektiver  Reflexion 
aus  den  Eigenfrequenzen  sehr  angenähert 
vorhersagen,  wenn  man  diese  z.  B.  aus 
der  Dispersionsformel  kennt. 

Den  experimentellen  Beweis  der  von  ihnen 
vorhergesagten  Gebiete  selektiver  Reflexion 
haben  H.  Rubens  und  E.  F.  Nichols 
mittels  der  ,, Reststrahlenmethode"  ge- 
liefert (Fig.  3).    Sie  ließen  die  Strahlung  z.  B. 


den  Dispersionsformeln  berechneten  nach 
Messungen  von  H.  Rubens  und  E.  F. 
Nichols  zusammengestellt. 

Tabelle  IL 


^-'^ir-kS/S 


St  vsssi^iniini 


X  beob.       l  ber. 


52,8 
64,6 

56,1 
67,2 

24—34 
8,5—9,0 

35,5 

8,8 

20,75 

20,8 

Fig.  3. 


Steinsalz 
Sylvin  . 
Flußspat 
Quarz  . 
Quarz  . 


Tabelle  III  enthält  die  wichtigsten  bisher 
bekannten  langweUigen  Reststrahlen  nach 
Messungen  von  H.  Rubens  und  seinen  Mit- 
arbeitern. 

Tabelle  IIL 

Kalkspat,  ordentl 6,65  ft 

,,         außerordentl 11,40  ,, 

Gips 8,68  „ 

Quarz 8,5,9,0,    20,75  ,, 

Flußspat 24 — 34  ,, 

Steinsalz 52,8  ,, 

Sylvin 64,6  ,, 

Chlorsilber 81,5  ,, 

Bromkaliuni 82,3  ,, 

Bleichlorid 91,0  ,, 

Jodkalium 96,7  ,, 

Kalkspat 98,7  ,, 

Kalomel 98,8  ,, 

Bromsilber 112,7  »i 

Für  die  Reststrahlen  von  Gips  fand 
J.  Koch  A  =-  8,6786  jli,  H.  M.  Rand  all 
nach  zwei  verschiedenen  Methoden  2  =  8,6770 


Infrarot 


429 


und  X  =  8,6793  fx.  Wegen  dieser  guten  Re- 
produzierbarkeit schlägt  letzterer  sie  als 
Wellenlängennormale  vor. 

Da  das  Reflexionsvermögen  zu  beide» 
Seiten  des  Maximums,  besonders  aber  auf  der 
Seite  der  langen  Wellen  nicht  unmittelbar 
auf  kleinere  Werte  sinkt,  so  erstreckt  sich 
die  nach  der  Reststrahlenmethode  isolierte 
Strahlung  stets  über  ein  Wellenlängenbereich 
von  gewisser  Breite.  Die  angegebenen  Zahlen 
gelten  für  das  Intensitätsmaximum.  Es  ist 
dabei  zu  bemerken,  daß  die  Lage  des  Maxi- 
luums  und  die  Energieverteilung  von  einer 
großen  Zahl  von  Faktoren  beeinflußt  wird, 
so  von  der  Zahl  der  Reflexionen,  der  Energie- 
verteilung der  Strahlenquelle,  der  selektiven 
Absorption  der  im  Strahlengang  befindlichen 
Medien,  dem  Absorptionsvermögen  des  Meß- 
instruments u.  a.  m. 

Sehr  bemerkenswert  ist  ferner  der  Verlauf 
des  Reflexionsvermögens  der  Me- 
talle im  Infrarot.  Aus  der  elektromagneti- 
schen Theorie  des  Lichtes  ergeben  sich  die 
Beziehungen 


P<2  =  l/l/£2_|_4o2^2_£2\.    ...    5) 


Hier  bedeutet  e  die  Dielektrizitäts- 
konstante, ö  das  Leitvermögen,  x  die  Schwin- 
gungszeit der  betrachteten  Schwingung. 
Wenn  e  klein  ist  gegen  2öt,  so  ist 

w  =  K  =  l'öT 6) 

Die   Bedingung,   daß   e   klein   sei   gegen 
2aT,  wird  um  so  mehr  erfüllt  sein,   je  größer 
die    Leitfähigkeit    ist,     also    bei    Metallen, 
und  je  längere  Wellen  man  benutzt. 
Gleichung  (3)  und  (6)  ergeben 

_  2or+  1  ^]^_-, 4l/öT 

^  ~  2oT  +  1  +  2  y^  ~       2öT  +  2  ]lm+  1 

Vernachlässigt  man,  was  nach  den  oben 
gemachten  Voraussetzungen  erlaubt  ist,  1 
gegen  2öt,  so  ergibt  sich 

e-i-Ä " 

Hieraus  folgt  durch  Reihenentwicklung 

2          2 
1-Q  =  ^-        + 

I  ÖT  OT. 

Führt  man  nun  statt  der  Schwingungs- 
zeit  T  die  Wellenlänge  A,  statt  des  Leit- 
vermögens o  den  Widerstand  w  eines  Drahtes 
von  1  m  Länge  und  1  qmm  Querschnitt  in 
Ohm  ein  und  drückt  ferner  Reflexion  und 
Emission  prozentisch  aus,  so  ergibt  eine 
einfache  Umrechnung: 


Wenn  y   sehr  klein  gegen  l30   wird,   so 

genügt  das  erste  Glied  der  Formel  8).  Im 
kurzwelligen  Infrarot  ist  jedoch  das  zweite 
Glied  hinzuzunehmen. 

Nach  Gleichung  8)  kann  man  also  das 
Emissions-  und  Reflexionsvermögen  von 
Metallen  im  Infrarot  für  jede  Wellenlänge  aus 
dem  elektrischen  Widerstand  berechnen. 
Diese  Frage  ist  von  H.  Rubens  und  E.  Ha- 
gen in  einer  Reihe  von  iVrbeiten  eingehend 
untersucht  worden,  indem  sie  das  Emissions- 
vermögen von  Metallen  bei  verschiedenen 
Temperaturen  maßen.  Die  Aenderung  des 
Emissionsvermögens  mit  der  Temperatur 
läßt  sich  aus  der  Formel  8)  berechnen, 
wenn  man  den  Temperaturkoeffizienten  des 
Widerstandes  kennt.  Andererseits  kann  man 
diesen  Temperaturkoeffizienten  aus  gemes- 
senen Werten  des  Emissionsvermögens  be- 
rechnen. 

Das  wesentliche  Resultat  der  Arbeiten 
von  H.  Rubens  und  E.  Hagen  ist  nun, 
daß  von  etwa  5  /«  aufwärts  die  optisch 
bestimmten  Temperaturkoeffizienten  mit  den 
elektrisch  bestimmten  identisch  werden. 
Der  Absolutwert  der  Emissionsvermögen 
fällt  bei  8,85  /^  allgemein  um  den  gleichen 
Bruchteil  (etwa  20%)  kleiner  aus,  als  sich 
aus  der  Formel  8)  ergibt,  dagegen  ist  bei 
26  1^1  auch  diese  Uebereinstimmung  aus- 
gezeichnet, wie  sich  aus  der  Tabelle  IV 
ergibt. 

Diese  Beobachtungen  zeigen,  daß  die 
Eigenschwingungen  der  Atome  das  optische 
Verhalten  im  Gebiete  der  langen  Wellen  nicht 
mehr  wesentlich  beeinflussen. 

Aus  den  Formeln  (6)  und  (7)  folgt 
2  200 


\\=  K  = 


1  = 


100— R 


E  =  100  —  R  =  36,5 


•6,67 


1-? 

Man  kann  also  Brechungsexponent  und 
Extinktionskoeffizient  der  Metalle  aus  ihrem 
Emissionsvermögen  oder  ihrem  Reflexions- 
vermögen berechnen. 

Für  die  Reststrahlen  von  Bromkalium 
haben  H.  Rubens  und  H.  Hollnagel  die 
in  Tabelle  V  angegebenen  Reflexionsvermögen 
gefunden. 

Dichroitische  Reflexion  ist  von  verschie- 
denen Beobachtern  gefunden  worden.  Nys- 
Avander  fand,  daß  bei  einigen  Substanzen 
verschiedene  Reflexionsmaxima  verschiede- 
nen Polarisationsrichtungen  angehören.  Bei 
kristalhnischem  Quarz  und  bei  Turmalin 
beobachtete  0.  Reinkober  Dichroismus 
der  Reflexion  zwischen  1  fj,  und  15  /i. 

W.  W.  Co  bleu tz  hat  die  Reflexions- 
spektra einer  großen  Reihe  von  chemischen 
Verbindungen  untersucht.  Bei  einigen 
derselben  verschiebt  wachsendes  Atomgewicht 
der  einen  Komponente  der  Verbindung  das 
Maximum    der     Reflexion     nach    längeren 


430 


Infrarot 


Tabelle  IV. 
Keststralilen  von  Flußspat,  /.  =  26  /<.     Emissionsvermögen  E'  beobachtet,  E  be- 
rechnet, j4  =  p,, 


loo" 

200" 

300" 

400" 

500" 

1 

E'    !    E   !    7 

E'   ,    E    I    7 

E'      E       7 

E'  1    E    1    7 

E'      E       7 

Mittel 

Silber      .    . 

1.05  1,03 

0,98 

1,18 

1,18  1,00 

1,35 

1,32  0,98 

1,46 

1,44 

0,98 

0,99 

riatin     .    . 

2,04 

2,66 

1,01 

3,00 

3,00  1,00 

3,4« 

3,32  '0,95 

3,«2 

3,57 

0,93 

4,16 

3,82  0,92 

0,90 

.Nickel    .    . 

2,52 

2,bt) 

1,05 

2,89 

3,17  1,10 

3,47 

3,70  ;i,o7 

4,10 

4,19 

1,02 

4,40 

4,40  1,00 

1,05 

]\Iessing  .    . 

2,00 

1,96 

0,98 

2,20 

2,09  0,95 

2,23 

2,22  0,96 

— 

— 

— 

— 

—     — 

0,96 

Platinsilber 

4,13 

4,02 

0,97 

4,27 

4,07  0,96 

4,40 

4,13  0,94 

4,45 

4,18 

0,94 

4,50  '4,23  0,94 

0,95 

Konstantan 

4,65  5,09 

1,10 

4,68 

5,08   i,og 

4,73  '5,08  1,08 

4,70'  5,07 

1,08 

—    j  —     — 

1,0g 

>s'ic'kelstahl 

0,450,74    1,04 

(j,89 

7,03    1,02 

7,17  7,27,1,01 

—  1  — 

— 

—      —     — 

1,02 

.Mittelwerte  von  7  für 

1 

1 

konstante  Te 

mper 

itur 

1,02 

1,02 

1,00 

(1,00) 

Tabelle  V. 
Reststrahlen  von  Eromkalium. 


Substanz 

Refle 

xionsvermogen 

Bromkalium 

Jodkalium 

Svlvin 

S2,6  % 

29.6  ,, 
36,0  „ 
25.8  „ 

19.7  „ 
14,0  •, 

9,6  „ 

Steinsa 

/ 

Fluorit 
Glas  . 
Wasser 

(t'= 

I90)    '.'.'.'. 

Wellen.  A.  H.  Pf  und  t,  hat  c;efunden, 
daß  das  Reflexionsvermögen  von  Selen  im 
Infrarot  von  der  Wellenlänge  unabhängig 
ist.  Das  gleiche  fand  0.  Reinkober  für 
den  Diamant  zwischen  1  /a  und  18  //.  Bei 
diesen  beiden  Substanzen  gilt  also  auch 
im  Infrarot  die  Cauchysche  Formel. 

5.  Emission.  Die  Emission  infraroter 
Strahlung  bei  höheren  Temperaturen  ist 
ganz  analog  der  Emission  im  sichtbaren 
Spektrum.  Die  Körper  emittieren  teils  kon- 
tinuierliche Spektra,  teils  mehr  oder  minder 
scharf  begrenzte  Banden  oder  Linien,  häufig 
beides  kombiniert. 

W.  W.  Coblentz  hat  die  Emissions- 
spektren vieler  Substanzen  im  Infrarot  unter 
verschiedenen  Bedingungen,  nämlich  im 
Lichtbogen  zwischen  Metall-  oder  Kohle- 
elektroden und  im  Vakuumrohr  untersucht. 

Bei  Oxyden  fand  er,  daß  etwaige  Emis- 
sionslinien im  Lichtbogen  zwischen  Metall- 
elektroden durch  ein  starkes  kontinuierliches 
S))ektrum  völlig  überdeckt  werden.  Bei  den 
Chloriden  der  Alkalimetalle  haben  schon 
H.  und  H  Becqucrcl  scharfe  Emissions- 
linien unterhalb  2  //  gefunden.  Das  einzige 
gasförmige  Element  mit  starken  infraroten 
Emissionslinien  ist  der  Stickstoff.  Die 
Maxima  liegen  bei  0,75,  0,90  und  1,06  //. 

Im  Lichtbogen  emittieren  die  meisten 
Metalldämpfe  einige  scharfe  Linien  etwa  bei 


1  //.  Dasselbe  gilt  für  die  meisten  Gase  im 
Vakuumrohr,  während  im  Funkenspektrum 
bisher  keine  infrarote  Emission  beobachtet 
worden  ist. 

Wirkliche  Präzisionsmessungen  an  infra- 
roten Emissionslinien  hat  F.  Paschen 
angestellt.  Es  gelang  ihm  dies  durch  eine 
außerordentlich  verfeinerte  Durchbildung 
der  experimentellen  Hilfsmittel,  insbesondere 
durch  Erzielung  einer  großen  Lichtstärke 
bei  starker  Dispersion.  Mit  steigender 
Dispersion  heben  sich  scharfe  Emissionslinien 
immer  schärfer  von  dem  fast  stets  vor- 
handenen kontinuierlichen  Grunde  ab. 
Paschens  Arbeiten  hatten  zum  Ziel,  erstens 
Wellenlängennormalen  im  Infrarot  festzu- 
legen, zweitens  die  bekannten  Seriengesetze 
auf  das  Infrarot  auszudehnen,  drittens  eine 
Spektralanalyse  im  Infrarot  vorzubereiten. 
Letzteres  ist  von  großer  Bedeutung,  da  die 
gegenüber  dem  sichtbaren  Gebiet  geringe 
Zahl  von  Emissionslinien  im  Infrarot  die 
Identifizierung   wesentlich   erleichtern   muß. 

Die  wesentlichsten  Resultate  dieser  Unter- 
'  suchungen  sind:  die  Auffindung  und  genaue 

Messung  der  Grundlinien  bekannter  Serien, 
:  sowie  der  ersten  Glieder  der  Bergmann- 
I  Serie  vieler  Elemente,  die  Auffindung  von 
j  neuen  Serien  bei  einer  Reihe   von  Metallen 

und  die  experimentelle  Begründung  des 
„Kombinationsprinzips"  von  W.  Ritz  durch 

Auffindung  und  genaue  Messung  von  Koni- 

binationslinien. 

Als  Beispiel  für  die  erzielte  Genauigkeit 
sei  folgende  Tabelle  VI  gegeben,  die  die  durch 
v  =  3di  —  3pi  charakterisiertenKombinations- 
linien  einiger  Elemente  gibt,  v  bedeutet 
die  Wellenzahl  pro  cm. 

Im  Spektrum  des  Bunsenbrenners  finden 
sich  Emissionsbanden  der  Kohlensäure  bei 
2,75  und  4,4  //.  Diese  letztere  scheint  mit 
der  Temperatur  zu  wandern.     Sie  liegt 


Infrarot 


431 


bei  20**  (Absorption) 
in  der  Hel'nerlanipe 
in  der  Bunsenflamnie 
im  Kohlebogen 
im  Vakiuimrohre 


bei 


bei  4,28  ^ 

„    4,36  „ 

.,    4,40  „ 

„    4,52  „ 

4,70—4,75  „ 


Tabelle  VI. 


komb.      ^  ^"'^■ 

V  ber. 

V  beob. 

f' 

cm— 1 

cm—' 

Cs    .    .    . 

3il— 3Pi    1,36052 

7348,1 

7347,8 

,,   .    .    . 

3(1' — 3p2    1,37612 

7264,8 

7264,85 

Eb  .    .    . 

3d— 3pi    2,25330 

4436,7 

4436,75 

,,     .    . 

3d'— Sp.    2,29367 

3459,1 

4358,65 

K    .    .    . 

3d— 3pi    3,1395 

3184,4 

3184,5 

,,   .    .    . 

3d'— 3P2    3,15968 

3164,4 

3164,0 

Na  .    .    . 

3d— 3Pi:  9,085 

1101,3 

1100,5 

„   .   .   . 

3d'— 3P2    9,048 

1104,4 

1104,9 

x\ls  Maß  für  die  Absorption  einer  bestimm- 
ten Wellenlänge  in  einer  Snbstanz  dient  der 
Extinktionskoeffizient  x,  gemäß  einem  Ab- 
sorptionsgesetz 

J  =  Jo.e-^'^^T 

wo"  J  die  Intensität  der  Strahlung,  A  die 
Wellenlänge  und  x  den  in  der  Substanz  zu- 
rückgelegten Weg  bedeutet.  Doch  benutzt 
man  häufig  auch  den  Absorptionskoeffizienten 
a  entsprechend  der  Gleichung 


Sehr  bemerkenswert  ist  die  von  H.  Ru- 
bens und  0.  V.  Baeyer  entdeckte  äußerst 
langwellige  Strahlung  der  Quarz- Queck- 
silberlampe. Die  Strahlung  gehört  zwei 
sehr  inhomogenen  Spektralbereichen  an, 
die  ineinander  übergehen.  Das  kurzwellige 
Maximum  liegt  bei  218  //,  das  langwellige 
bei  343  /i.  Es  ist  dies  die  langweUigste  bisher 
bekannte  infrarote  Strahlung.  Vermutlich 
liegt  hier  eine  Lumineszenzstrahlung  und 
keine  Temperaturstrahlung  vor,  da  sie  von 
nicht  ionisiertem  Quecksilberdampf  nicht 
absorbiert  wird. 

Zu  den  genauesten  Untersuchungen  auf 
dem  Gebiete  des  Infrarot  gehören  die  klassi- 
schen Arbeiten  von  S.  P.  Langley  über  das 
infrarote  Spektrum  der  Sonne.  Langleys 
Messungen  reichen  bis  5,3  /.i.  Es  findet  das 
infrarote  Spektrum  ebenso  wie  es  das 
sichtbare  ist,  durchzogen  von  sehr  vielen 
feinen  Absorptionslinien  (s.  unten),  die  zum 
größten  Teil  von  der  Erdatmosphäre  her- 
rühren. 

lieber  die  infrarote  Emission  des  schwar- 
zen Körpers  vgl.  den  iVrtikel  ,, Strahlung". 
Von  den  verschiedenen  früher  aufgestellten 
Strahlungsgesetzen  für  die  Energieverteilung 
im  Spektrum  des  schwarzen  Körpers  kommt 
heute  nur  noch  das  Gesetz  von  M.  Planck 
in  Frage. 

6.  Absorption.  Im  allgemeinen  zeigen 
alle  nichtleitenden  Substanzen  eine  mit 
steigender  Wellenlänge  wachsendeDurchlässig- 
keit  für  infrarote  Strahlung,  entsprechend 
der  Tatsache,  daß  die  meisten  Substanzen 
keine  wesentlichen  Resonanzgebiete  im  äußer- 
sten Infrarot  mehr  besitzen.  Im  kurzwelligen 
Infrarot  hingegen  haben  die  meisten  Körper 
mehr  oder  weniger  ausgedehnte  Absorptions- 
gebiete, die  durch  das  Kirch  hoff  sehe  Gesetz 
(vgl.  den  Ai-tikel  ,, Strahlung")  mit  den 
Emissionsgebieten  verknüpft  sind. 


Jo.e" 


Es  ist  also 


inj. 


Gelegentlich  wird  auch  die  Durchlässig- 
keit D  =  durchgelassene:  auffallende  Energie 
angegeben.  D  ist  dann  abhängig  von  der 
Dicke  des  Körpers. 

Während  gasförmige  Elemente  nie  eine 
Absorption  jenseits  von  1  fi  haben,  ist  dies 
bei  allen  untersuchten  gasförmigen  Verbin- 
dungen der  Fall.  K.  Angström,  H.  Rubens 
und  H.  von  Wartenberg  u.  a.  haben 
die  Absorption  einer  größeren  Zahl  solcher 
Verbindungen  im  Infrarot  gemessen. 

W.  W.  Co  bleu  tz  untersuchte  die  Ab- 
sorptionsspektra von  131  organischen  Ver- 
bindungen zwischen  1  //  und  18  /;  und  fand 
verschiedene  Gesetzmäßigkeiten.  Isomere, 
deren  Absorptionsspektra  sich  im  sichtbaren 
Gebiet  nicht  unterscheiden,  haben  im  Infra- 
rot verschiedene  Absorptionsgebiete.  Dies 
entspricht  der  Anschauung,  daß  das  sicht- 
bare Spektrum  von  Elektronenschwingungen 
im  Atom,  das  infrarote  Spektrum  von  Schwin- 
gungen der  Atome  gegeneinander  herrührt. 
In  diesem  Falle  muß  also  die  Lagerung  der 
Atome  von  wesentlich  größerem  Einfluß  sein 
als  in  jenem. 

Abney  und  Fes  fing  fanden,  daß  che- 
misch verwandte  Verbindungen,  die  im 
Sichtbaren  ganz  verschiedene  Absorptions- 
spektra haben,  im  Infrarot  ähnlich  werden, 

Tabelle  VII  gibt  die  charakteristischen 
Absorptionsbanden  zwischen  1  u  und  15  fi 
für  verschiedene  Gruppen  organischer  Ver- 
bindungen nach  W.  W.  Coblentz. 

Tabelle  VII. 


Benzinderivate  .... 

Aliphatische    Verbin- 
dungen     

Fettsäuren      

Verbindungen,     die    N 
oder  HN  enthalt..    , 

Alkohole 

Senfüle 


3,25      6,25 


6,75 


3,43      6,86      13,6-13, 
3,45      5,86 

2,95  6,1-6,2 
2,95      3,43 

4,78       —  — 


432 


Infrarot 


L.  Puccianti  fand  bei  allen  Verbin- 
dungen, bei  denen  ein  C-  und  ein  H-Atom 
direkt  aneinander  gebunden  sind,  eine  Bande 
bei  1,71  [X. 

W.  W.  Coblentz  macht  darauf  auf- 
merksam, daß  Häufungsstelleii  der  Absorp- 
tionsbanden organischer  Substanzen  bei 
0,83  bis  0,86  //,,  1,71  /<,  3,43  //,  6,86  /n  und 
13,7  i^i  liegen.  Ob  darauf  Wert  zu  legen  ist, 
daß  diese  Zahlen  sehr  nahezu  eine  har- 
monische Reihe  bilden,  will  Coblentz 
noch  nicht  entscheiden. 

Das  infrarote  ^Absorptionsspektrum  der 
Sonnenatmosphäre  ist  von  S.  P.  Langley 
in  seinen  klassischen  Arbeiten  außerordent- 
lich eingehend  untersucht  worden. 

Die  Absorption  des  Wassers  haben  E. 
Aschkinaß,  F.  Paschen  imd  H.  Ru- 
bens und  E.  Laden  bürg  gemessen.  Letztere 
fanden  Absorptionsstreifen  bei  3,6,  4,75, 
6,08,  7,0,  9,5,  und  15,0  fx.  W.  W.  Coblentz 
fand,  daß  ein  wasserhaltiger  Opal  die  Ab- 
sorptionslinien des  Wassers  noch  zeigt, 
wenn  der  W^assergehalt  desselben  nur  einer 
Schicht  flüssigen  Wassers  von  0,00003  mm 
Dicke  entspricht.  Kristallwasser  zeigt  das 
Absorptionsspektrum  des  Wassers,  Konsti- 
tutionswasser aber  nicht. 

Der  Wasserdampf  besitzt  sehr  zahlreiche, 
dicht  beieinander  liegende  infrarote  Absorp- 
tionsbanden. Das  kurzwellige  infrarote 
Absorptionsspektrum  hat  F.  Paschen  sehr 
genau  untersucht.  H.  Rubens  und  E.  Asch- 
kinaß fanden  Banden  bei  11,6,  12,4,  13,4, 
14,3,  15,7,  und  17,5  /<.  Neuerdings  hat 
H.  Rubens  beobachtet,  daß  besonders  starke 
Absorptionsbanden  auch  bei  50,  66  und  79  fx 
wahrscheinlich  auch  bei  58  und  103  (x  vor- 
handen sind.  Relativ  durchhässig  ist  der 
Wasserdampf  bei  47,  54,  62,  75,  91  und 
115  f.1.  Ferner  wird  Strahlung  von  etwa 
220  n  viel  weniger  absorbiert  als  die  von 
343  ^M,  so  daß  also  auch  in  diesem  äußerst 
langwelligen  Gebiet  noch  Eigenfrequenzen 
des  Wasserdampfes  vorhanden  sein  müssen. 
Diese  Resvütate  lassen  sich  auf  Grund  der 
Theorie  der  Doppeistreifen  von  Bjerrum 
sehr  befriedigend  deuten. 

Quarz  zeigt  nach  Untersuchungen  ver- 
schiedener Autoren  im  Infrarot  deutlich 
dichroitische  Absorption. 

Für  die  Absorption  infraroter  Strahlung 
in  festen  und  flüssigen  Substanzen  gilt  das 
Be ersehe  Gesetz,  clemzufolge  die  Absorp- 
tion nur  abhängt  von  der  Zahl  der  von  der 
Strahlung  getroffenen  Moleküle.  Für  Gase  ' 
jedoch  gilt  dieses  nicht.  Nach  Versuchen 
von  K.  Angström,  E.  von  Bahr  und 
G.  Hertz  ist  die  Absorption  der  Kohlen- 
säure nicht  nur  abJiängig  von  dem  Produkt 
aus  Partialdruck  und  Schichtdicke,  sondern  j 
auch  von  dem  Gesamtdruck  und  der  Tem- 
peratur, j 


In  der  Tabelle  VIII  ist  die  prozentische 
Durchlässigkeit  verschiedener  Substanzen  im 
langwelligsten  Infrarot  nach  Versuchen  von 
H.  Rubens  und  0.  von  Baeyer  zusammen- 
gestellt. 

Tabelle  VIIL 


Quarz   _\_ 

Amorpher  Quarz  .    .    . 

Fluorit 

Steinsalz 

Sylvin 

Diamant 

Selen , 

Glimmer , 

Glas 

Paraffin 

Hartgummi , 

Bernstein 

Nußbaumholz 

Schwarzes  Papier  .  .  . 
Pappe  (schwarz.  Karton) 
Zelluloid 

Wasser  :     


41,7 

25,4 

2,00 

24,2 

o,59 

19,4 

1,29 

5,7 

2,10 

3,6 

1,26 

64,5 

0,52 

12,9 

0,055 

3«,8 

0,18 

9,0 

3,03 

72,3 

0,40 

51,5 

1,28 

16,4 

1,80 

2,9 

0,11 

52,4 

0,38 

11,7 

0,26 

27,6 

0.019 

55,5 

0,038 

33,0 

58,9 
60,6 

42,2 

22,5 
16,7 


55,0 
25,9 
85,5 
65,3 

34,8 

79,0 
Z(>,7 
34,5 
62,7 
39,8 


D^  bedeutet  die  Durchlässigkeit  für  die 
durch  Quarzlinien  isolierte  Strahlung  des 
Auerbrenners  (etwa  100  fi),  D^  die  Durch- 
lässigkeit für  die  durch  0,38  mm  starken 
Karton  filtrierte  Strahlung  der  Quarz- 
Quecksilberlampe  (etwa  300  [a).  d  ist  die 
Dicke  der  untersuchten  Substanz. 

7.  Infrarote  und  Hertzsche  Wellen. 
Durch  die  Versuche,  die  in  jüngster  Zeit  mit 
sehr  langen  infraroten  Wellen  angestellt 
worden  sind,  ist  die  Zahl  der  experimentellen 
Beweise  für  die  Richtigkeit  der  elektroma- 
gnetischen Lichttheorie  wesentlich  vermehrt 
worden.  Wenn  es  auch  bisher  nicht  geglückt 
ist,  den  Zwischenraum  zwischen  den  längsten 
infraroten  Wellen  {X  =  343  /<,  H.  Rubens 
und  0.  von  Baeyer)  und  den  kürzesten 
elektrischen  Wellen  {X  =  2  mm  =  2000  fi, 
0.  von  Baeyer)  völlig  zu  überbrücken,  so 
zeigt  sich  doch,  daß  das  Verhalten  der 
längsten  Wärmewellen  sich  mit  steigender 
Wellenlänge  dem  der  elektrischen  Wellen 
ijnmer  mehr  nähert  oder  ihm  sogar  völlig 
gleich  wird. 

Es  ist  bereits  oben  erwähnt  worden, 
daß  die  von  der  elektromagnetischen  Licht- 
theorie für  sehr  lange  Wellen  geforderte  Be- 
ziehung n'^  =  £oo  mit  steigender  infraroter 
Welleidänge  für  eine  immer  größere  Zahl 
von  Körpern  erfüllt  ist.  Die  Abweichungen 
von  der  Maxwellschen  Beziehung  im  Ge- 
bietekürzerer Wellen  finden  durch  die  moderne 
elektromagnetische    Dispersionstheorie,    ins- 


Lifrarot 


433 


besondere  durch  die  Arbeiten  von  P.  Drude,  reflektierte  Licht  im  entgegengesetzten  Sinne, 
ihre  Erklärung.  Die  alte  Maxwellsehe  i  genau  wie  bei  den  Hertzschen  Versuchen. 
Theorie  folgt  aus  der  modernen  Theorie  als  Zur  Deutung  ihrer  Versuche  nehmen  du 
Grenzfall  für  Wellenlängen,  die  groß  sind  Bois  und  Rubens  an,  daß  im  kurzwelligen 
gegenüber  denen  der  Eigenfrequenzen  der  i  Gebiet  die  molekulare  Struktur  der  Drähte 
Körper.  Wo  die  Maxwellsche  Beziehung  für  die  Polarisationsrichtung  wesentlich  sei, 
auch  im  äußersten  Infrarot  noch  nicht  j  während  mit  wachsender  Wellenlänge  die 
erfüllt  ist,  zeigen  auch  kurze  elektrische  makroskopische  Struktur  des  Gitters  in  den 
Wellen  oft  noch  ähnliche  Anomalien.  Dies  \  Vordergrund  tritt,  wobei  zugleich  der  Ein- 
hat zuerst  P.  Drude  bei  einer  Reihe  von  !  fluß  des  Materials  verschwindet. 


Substanzen  nachgewiesen,  z.  B.  beim  Wasser. 

Am  schönsten  aber  zeigt  sich  die  Wesens- 
gleichheit der  elektrischen  und  der  infraroten 
Wellen  in  dem  Verhalten  langwelliger  pola- 
risierter infraroter  Strahlen  beim  Durchgang 
durch  Metallgitter.     Schon  E.  Fizeau  wies 


Zur  Erzeugung  polarisierter  Strahlung 
benutzten  du  Bois  und  Rubens  entweder 
ein  zweites  Drahtgitter  gleicher  x\rt  oder 
sie  polarisierten  natürliche  Strahlung  durch 
Reflexion  an   Quarz-  oder  Selenspiegeln. 

Sie  zeigten  ferner,  daß  ein  Auerstrumpf, 


,  „    .  V  ,  T  •  .  X        11       Vi      u'    der  nur  aus  vertikalen  Fäden  besteht,  partiell 

nach,  daß  sichtbares  Licht  nach  dem  Durch-   poi^^j-isierte    infrarote    Strahlung    aussendet, 

indem    die    Fadeiirichtung    eine    Vorzugs- 


gang durch  einen  Spalt  einen  verschiedenen 
Polarisationszustand  zeigt,  je  nachdem  die 
Spaltbreite  klein  ist  gegen  die  benutzte 
Wellenlänge  oder  nicht.  Im  ersten  Falle 
wird  nur  diejenige  Komponente  des  Lichtes 
durchgelassen,  deren  elektrischer  Vektor  senk- 
recht  zur    Spaltrichtung   ist.      Wenn    aber 


richtung  des  elektrischen  Vektors  ist. 

Einen  der  elektrischen  Resonanz  völlig 
analogen  Versuch  mit  infraroter  Strahlung 
stellten  H.  Rubens  und  E.  F.  Nichols 
an.  Sie  teilten  die  Versilberung  einer  Glas- 
platte   durch    feine    Schnitte    in    längliche 


die  ^Spaltbreite    von    de^^  <^rf  enordnung   'j^g^j^^^^j^^  ^^,^^  ^^-^^^^^^  ^^^  ^^^  Reflexions- 

vermögen  einer  solchen  Platte  am  größten 
ist,  wenn  die  Länge  dieser  Rechtecke  ein 
ganzes    Vielfaches    der   halben    Wellenlänge 


der  Wellenlänge  ist,  so  kehrt  sich  die  Polari 

sation  um,  indem  nunmehr  der  elektrische 

Vektor  des  durchgelassenen  Lichtes  parallel 

der    Spaltrichtung   ist.      Aiialoge   Versuche  ,  ^^^  _  gg     .  ■      ^-^  ^^  ^^^^,^^  ,^^5  elektrischer 

mit  langwelliger  infraroter  Strahlung  haben  i  V> „„„,_., /;,„..  ^„n  _,- r 

nun  H.  du  Bois  und  H.  Rubens  ausgeführt. 


und  zwar  benutzten  sie  statt  des  Spaltes 
feine  Gitter  aus  Metalldrähten,  so  daß  sich 
ihre  Versuche  auf  der  anderen  Seite  unmittel- 


Resonanz  der  Fall  sein  muß. 

8.  Zusammenhang  zwischen  infraroten 
Frequenzen  und  anderen  physikalischen 
Größen.    Durch  die  Arbeiten  von  E.  Made- 


mreVersuciieauiüeranüerenöeiT^unmiiiei-  j^,^  ^  ^  Lindemann,  F.  Haber, 
bar  an  die  Versuche  von  H  Hertz  über  die  j  ^  Einstein  u.  a.  sind  die  infraroten  Fre- 
Polarisation  elektrischer  Welendurc^i  Draht-  ^^^j^^^j^  einerseits  mit  den  ultravioletten 
gitter  anschheße^i.  Die  Her tzschen  \  ersuche  j^^j  .frequenzen  in  Zusammenhang  gebracht 
ergaben  bekannt  ich  immer  eine  Polarisation  ^^^^-^j^  andererseits  haben  diese  Autoren 
derart,  daß  der  elektrische  \  ektor  des  durch-  .       ^^.^  ^^^^^  ^.^^^  Frequenzen  aus  ande- 

gelassenen  Lichtes  senkrecht  zur  Drahtrich-  -^^^  physikalischen  Daten  berechnen  kann, 
tung  stand,  wie  es  ja  auch  die  Maxwellsche  ^^^^  Grundgedanke,  auf  dem  diese  Arbeiten 
Ineorie  lordert.  fußen,  ist  die  bereits  erwähnte  Anschauung, 

Die  Versuche  von  du  Bois  und  Rubens  daß  die  infraroten  Frequenzen  der  Körper 
haben  nun  ergeben,  daß  bei  Drahtgittern  [  auf  Schwingungen  der  Atome  gegeneinander 
von  50  bis  25  ju  Drahtdicke  und  einer  Gitter-  und  umeinander  beruhen,  während  die 
konstante  von  100  bis  50  fi  und  weniger  ultravioletten  Eigenfrequenzen  von  Schwin- 
bei  2  bis  3  jli  Wellenlänge  eine  Umkehr  der  gungen  der  Elektronen  in  den  einzelnen 
Polarisationsrichtung    eintritt    so,    daß    bei   Atomen  herrühren. 

kleineren  Wellenlängen  der  elektrische  Vektor  So  lassen  sich  nach  F.  A.  Lindemann 
parallel  der  Drahtrichtung  ist,  bei  größeren  die  infraroten  Frequenzen  berechnen  aus  dem 
dagegen  genau  wie  bei  den  Hertzschen  !  Abstand  der  Atommittelpunkte,  den  Atom- 
Versuchen  senkrecht  zur  Drahtrichtung,  gewichten  und  der  elektrischen  Ladung  der 
Während  z.  B.  für  Gitter,  deren  Konstante  j  Atome.  Zur  Berechnung  der  Atomabstände 
50  //,  beträgt,  im  kurzwelligeren  Infrarot  die  j  kann  z.  B.  die  Verbindungswärme  dienen. 
Polarisation  im  Hertzschen  Sinne  nur  par- 1  Die  Ladung  ergibt  sich  aus  der  Wertigkeit  und 
tiell  ist,  wird  sie  mit  steigender  Wellenlänge  dem  elektrischen  Elementarquantum.  Lin- 
immer  ausgeprägter  und  ist  bei   100  ju  so  !  demann  berechnet  so  die  mittlere  Rotations 


gut  wie  vollkommen.  Es  ist  hier  und  vor 
allem  bei  der  langwelligen  Strahlung  der 
Quarz- Quecksilberlampen  nicht  nur  die  durch- 
gehende Strahlung  fast  vollständig  im  Hertz- 
schen   Sinne   polarisiert,   sondern   auch   das 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschalten.    Band  V 


Wellenlänge  für  HCl  zu  112  /u.  H.  Rubens 
und  H.  V.  Warten berg  haben  experimentell 
gefunden,  daß  eine  besonders  starke  Absorp- 
tion dieses  Gases  zwischen  100  und  300  ju 
stattfindet.       Für    die    Schwingungen    der 

28 


434 


Infrarot 


beiden  Atome  gegeneinander  berechnet  Lin- 
de mann  bei  HCl  l  =  2,3  /^.  Gefunden  ist 
l  =  3,55  //. 

Lindemann  bcrcclniet  auf  (irund  der 
Versuche  von  H.  Rubens  und  0.  von 
Baeyer  für  Quecksilberdampf  zwei  Rota- 
tionsfrequenzen, die  eine  für  den  Fall,  daß 
sich  zwei  einfach  und  entgegengesetzt  ge- 
ladene Hg-Ionen  umkreisen,  das  andere  für 
den  Fall,  daß  das  eine  Ion  doppelt,  das 
andere  einfach  geladen  ist.  Die  beiden  so 
berechneten  Wellenlängen  sind  A  =  296  ju 
und  /  =  209  ft,  eine  Uebereinstimmung  mit 
dem  Experiment,  die  in  Anbetracht  der  ge- 
machten einfachen  Annahmen  als  befrie- 
digend zu  bezeichnen  ist. 

Nach  Lindemann  kann  man  die  aus  dem 
selektiven  lichtelektrischen  Effekt  (vgl.  den 
Artikel  ,, Lichtelektrische  Erscheinun- 
gen'") bekannte  ultraviolette  Eigenfrequenz 
berechnen,  indem  man  einfach  die  Kepler- 
schen  Gesetze  auf  die  Bewegung  der  Elek- 
tronen um  das  xUom  anwendet.  Die  ultra- 
violette Schwingungszahl  Vy  ergibt  sich 
dann  zu 


Die  Uebereinstimmung  der  so  berechneten 
infraroten  Eigenfrequenzen  mit  den  aus  ande- 
ren physikalischen  Daten  berechneten  ist 
recht  gnt,  wenn  geeignete  Aniuihmen  über 
die  Wertigkeit  gemacht  w^erden. 

F.  A.  Lindemann  hat  ferner  auf  einem 
ganz  anderen  Wege  die  Schmelztemperatur 
Ts,  das  Atomgewicht  M  und  das  Atom- 
volumon  v  mit  der  infraroten  Eigenfrequenz 
in  Beziehung  gesetzt  und  gelangt  so  zu  der 
Formel 


Vr  =  2,12  X  1012 


Ts^ 

M.VV:. 


(12) 


In  \  mi' 


9) 


Hier  bedeutet  e  die  Ladung,  m  die  Masse 
des  Elektrons,  n  die  Wertigkeit  des  Atoms 
und  r  den  Abstand  des  Elektrons  vom 
Zentrum  des  Atoms. 

Andererseits  hat  F.  Haber  die  auch 
schon  in  der  Dispersionstheorie  von  P.Drude 
andeutungsweise  enthaltene  Beziehung  auf- 
gestellt 


'm 
M 


10) 


Vx  bedeutet  die  infrarote  Eigenfrequenz, 
M  die  Masse  des  Atoms.  Durch  Kombination 
der  Gleichungen  (9)  und  (10)  ergibt  sich  die 
infrarote  Frequenz  zu 

1 


Schließlich  hat  A.  Einstein  eine  Be- 
ziehung hergestellt  zwischen  der  Kompressi- 
bilität K,  der  Dichte  d  und  dem  Atomgewicht 
M  und  der  infraroten  Frequenz. 

V,  =  2,8  X  10^  X  M-'Ad-VsK-V.  .    (13) 

Alle  diese  Formeln  führen  zu  sowohl 
unter  sich  als  auch  mit  der  sonstigen  Erfah- 
rung befriedigend  übereinstimmenden  Werten 
der  infraroten  Frequenz. 

Der  erste,  der  die  elastischen  Daten  mit 
den  infraroten  Frequenzen  in  Zusammenhang 
brachte,  war  E.  Madelung.  Durch  Kon- 
struktion eines  allen  physikalischen  Erforder- 
nissen gen  ügenden  Atommodells  hat  er  folgende 
Beziehung  zwischen  der  infraroten  Frequenz 
Vr  regulärer  zweiatomiger  Kristalle,  den 
Molekulargewichten  der  chemischen  Kom- 
ponenten (Ml  und  M..),  der  Dichte  des 
Kristalls  (d)  und  der  Kompressibilität  (K) 
abgeleitet. 


Vr-  1,709x10' 


y(M,+  M,)2 

idyM^MT" 


\ 


(14) 


Vx 


In 


f 


M.i3" 

Nimmt  man  mit  Lindemann  tetra- 
edrische  Lagerung  der  Atome  an,  so  ergibt 
sich  aus  dem  Atomgewicht  A,  der  Dichte  d 
und  der  Zahl  N  der  Moleküle  im  Mol 


^^-  V 


A 

N.d 


Berücksichtigt  man  noch,    daß  M   = 


und  setzt  man  für  Ne  (das  elektrochemische 
Aequivalent)  seinen  Zahlenwert  in  absolutem 
Maße  ein,  so  folgt 


In.d 
1,1  X  10"  -  ^ 


(11) 


C  ist  ein  Zahlenfaktor,  der  aus  den  Rest- 
strahlen von  Steinsalz  zu  2,24  berechnet  wird. 
Mittels  dieser  Formel  berechnet  Madelung 
die  Wellenlängen  einer  Reihe  von  Rest- 
strahlen und  findet  recht  gute  Ueberein- 
stimmung mit  den  experimentell  gefundenen 
Werten. 

Schließlich  haben  A.  Einstein,  W. 
Nernst  und  F.  A.  Lindemann,  M.  Born 
und  Th.  V.  Kärman  und  zuletzt  P.  Debye 
die  infraroten  Frequenzen  unter  Benutzung 
des  Planckschen  Strahlungsgesetzes  und 
der  Quantenhypothese  mit  der  Theorie  der 
spezifischen  Wärmen  in  Beziehung  gesetzt, 
Sie  waren  so  imstande,  insbesondere  Debye, 
den  von  Nernst  und  seinen  Mitarbeitern 
gemessenen  Verlauf  der  spezifischen  Wärme 
vieler  fester  Körper  bei  tiefen  Temperaturen 
sehr  befriedigend  wiederzugeben. 

Literatur.  Die  Literatur  hifi  Ende  190i  ist  sehr 
vollständig  zitiert  in  Winkelmanns  Handbuch 
dcrPhysik  Bd.^  unter,,  IVärmesIrahlung" .  ■ — Neuere 
Veröjenlliehiniff  finden  sich  hauptsäctüich   in   den 


Infrarot 


Infusoria 


435 


Annalen  der  Physik,  den  Vei-handJungrn  der 
Deutschen  physikalisrhen  Gcfcllschaft,  den  Be- 
richten der  Kgl.  Preß.  Akad.  der  Wissensch. 
SU  Berlin,  dem  Asirophysical  Journal  und  der 
Physical  Review.  —  Zusammenfindende  Berichte 
über  infrarote  Absorplions-,  Emis-'<ions-  und 
Feflektion-sspeklra  von  W.  W.  Coblentz  sind 
evthnUen  in  den  Jahrbüchern  der  Radioaktiviiüt 
und  Elrktronik  von  1906  an.  Eben  dort  (1911) 
ein  Bericht  von  F.  Paschen  über  Serien- 
gesetze. 

W.  H.    Westphal. 


Infusoria. 


I.  Einleitung.  IL  Ciliata.  1.  Älorphologie  und 
Phj'siologie :  a)  Allgemeines,  b)  Ektoplasma, 
PeÜicula,  Ciliengebilde,  Myoneme.  c)  Organellen 
der  Nahrungsaufnahme,  der  Verdauung  und 
Def<äkation  (Endoplasma).  d)  Exkretions-  nnd 
Atmungsorganellen.  e)  Schutz-  und  Stütz- 
organellen, f)  Kerne.  2.  Fortpflanzung  imd  Ent- 
wickelung.  a)  Teilung  (Regeneration),  b)  Kon- 
jugation. 3.  Reizerscheinungen.  III.  Suctoria. 
1.  Morphologie  nnd  Physiologie:  a)  Allgemeines, 
b)  Ektoplasma,  Pellicula"  und  Tentakeln  (Na  hrungs- 
aufnahme).  c)  Kontraktile  Vakuole,  d)  Stiel  und 
Hüllbildungen,  e)  Kerne.  2.  Fortpflanzmig  und 
Entwickelimg:  a)  Teilung  und  Knosp ung.  b) 
Gestalt  der  Schwärmer,  c)  Konjugation.  IV. 
Systematik  der  Infusorien.  V.  Biologie  vmd  geo- 
graphische Verbreitung  der  Infusorien. 

I.    Einleitung. 

Die  Infusorien  (Aufgußtierchen)  sind  die 
am  höchsten  entwickelte  Klasse  unter  den 
Protozoen,  sowohl  in  morphologischer  als 
auch  in  physiologischer  Beziehung.  Die 
Differenzierung  ihres  Plasmakörpers  erreicht 
eine  so  hohe  Komplikation,  daß,  obgleich 
sie  schon  1676  von  Leeuwenhoek  entdeckt, 
und  seitdem  stets  mit  besonderem  Interesse 
studiert  wurden,  ihre  Einzelligkeit  erst  An- 
fang der  70  er  Jahre  des  vorigen  Jahrhunderts 
richtig  erkannt  wurde.  Ehren berg,  der 
große  Infusorienforscher,  hielt  sie  1838  für 
hochentwickelte  Tiere,  mit  wohl  ausge- 
bildetem Magendarmapparat  und  sonstigen 
Organen;  dem  widersprach  Dujardin,  wel- 
cher die  Organisation  der  Infusorien  schon 
in  vielen  Punkten  richtig  beurteilte,  und 
kurz  nachher  erkannte  Siebold  auch  die 
Kernnatur  des  Makronukleus  der  Infusorien, 
aber  diese  Anschauungen  gewannen  nicht 
viele  Anhänger,  und  immer  wieder  tauchten 
Verteidiger  der  Ehren bergschen  Anschau- 
ungen (wenn  auch  in  modifizierter  Form)  auf, 
bis  endlich  durch  die  Erkenntnis  von 
Bütschli,  daß  der  Mikronukleus  der  lu- 
fusorien  ein  echter  Zellkern  sei,  die  Frage  der 
Einzelligkeit  endgültig  gelöst  war.  Die 
Organe  der  Infusorien  — •  sowie  aller  Proto- 


zoen —  sind  also  nur  Teile  einer  Zelle  und 
können  denen  der  mehrzelligen  Tiere  — 
— ■  Metazoa  —  nicht  homologisiert  werden. 
Man  hat  sie  daher  als  Organula  oder  Orga- 
nellen unterschieden. 

Nach  der  Ai"t  ihrer  Entstehung  lassen 
sich  die  Organellen  der  Protozoen  (und 
speziell  der  Infusorien)  in  solche  sondern, 
welche  aus  dem  Protoplasma  entstanden 
sind  (plasmatische  Organellen)  und  in  solche, 
welche  stets  nur  dadurch  entstehen  können, 
daß  schon  vorhandene  gleicher  Art  sich  ver- 
mehren, wie  z.  B.  die  Kerne  (autonome 
Organellen).  Die  plasmatischen  Or- 
ganellen sind  untereiuander  dadurch  ver- 
schieden, daß  die  einen  wenig  modifiziertes 
Plasma  darstellen  und  an  den  Lebens- 
vorgängeh  der  Zelle  tätigen  Anteil  nehmen 
(euplasmatische  Organellen),  während 
die  anderen  Abscheidungs-  oder  Umbildungs- 
produkte des  Plasmas  sind,  welche  mehr 
passiv  als  Abwehr-  und  Schutzorgane  an 
dem  Leben  der  Zelle  teilnehmen  (allo- 
plasmatische  Organellen). 

Die  systematische  Einteilung  der  In- 
fusorien beruht  vor  allem  auf  der  Ai't  ihrer 
Bewegungsorganellen.  Alle  Infusorien  be- 
sitzen — •  wenigstens  in  gewissen  Entwick- 
lungsstadien —  eine  größere  Anzahl  gleich- 
sinnig schwingender,  konstanter  Plasma- 
fortsätze — ■  Cilien  — ,  w^elche  bei  der  ersten 
Unterklasse  —  den  Ciliaten  —  im  frei- 
lebenden Zustande  stets  vorhanden  sind, 
während  sie  bei  der  zweiten  Unterklasse  — • 
den  Suctorien  —  nur  zur  Zeit  der  Fort- 
pflanzung ausgebildet  werden.  Diese  be- 
weglichen Entwickelungsstadien  der  Suc- 
torien (Schwärmer)  weisen  im  Verein  mit 
anderen  Uebereinstimmungen  darauf  hin,  daß 
die  Suctorien  aus  ciliatenartigen  Organismen 
hervorgegangen  und  ihnen  nahe  ver- 
wandt sind. 

Allen  Infusorien  ist  ferner  gemeinsam,  daß 
,  ihre  Oberfläche  ein  festes  Plasmahäutchen 
(Pellicula)  bildet,  welches  bewirkt,  daß 
i  sie  eine  bestimmte,  wenn  auch  zum  Teil 
vorübergehend  veränderliche,  von  der  Kugel- 
form meist  abweichende  Gestalt  besitzen. 
Schließlieh  ist  die  Ausbildung  des  Kern- 
apparates, von  dem  später  die  Rede  sein 
soll,  eine  für  die  ganze  Klasse  charakteristi- 
!  sehe.  Immerhin  sind  die  morphologischen 
I  Verhältnisse  der  beiden  Untergruppen  so 
verschieden,  daß  es  geeignet  erscheint,  eine 
I  jede  gesondert  zu  betrachten. 

II,  Ciliata  (Wimperinfusorien). 

I.      Morphologie       und      Physiologie, 
la)    Allgemeines.      Die    ursprünglichsten 
Formen  unter  den  Ciliaten  haben  monaxone, 
!  ungefähr  eiförmige  Gestalt  (Enchelys,  Pro- 
irodon,   s.   Fig.    1),    doch    tritt    sehr    bald 
I  Neigung   zu   bilateraler    Symmetrie,   ja   zur 

28* 


436 


Infusoria 


Asymmetrie  auf.  Die  erstere  kann  bedingt  Beschränkung  der  Wimpern  auf  die  zum 
werden:  durch  ventrale  Verlagerung  des  ur-  Teil  recht  schmale  Bauchseite, 
sprünglich  terminalen  Mundes  und  zum  Teil  Bei  den  Heterotrichen  und  auch  bei 
gleichzeitige  Abt'lachung  des  drehrunden  vielen  Peritrichen  beschränkt  sich  die 
Körpers  an  dieser  nun  als  Bauchseite  be-  Asymmetrie  auf  die  adorale  Spirale  und 
zeichneten  Fläche.  Als  weitere  Kompli-  die  damit  im  Zusammenhang  stehende  Lage 
kationen  treten  Rüssel-  und  Schwanzbil-  des  Mundes  und  einiger  weiterer  Organe, 
düngen  auf  und  ferner  schon  bei  gewissen  während  die  Körperform  gewöhnlich  dreh- 
Hoiotrichen  (s.  Systematik,   S.  454)  eine   rund  bleibt.     Den  weitgehendsten  Fall  von 

Asymmetrie  zeigen  die  Hypo trieben,  bei 
denen  Abflachung  und  asymmetrische  Aus- 
bildung der  Körperform  mit  völliger  Asym- 
metrie der  Bewimperung  Hand  in  Hand  geht, 
ib)  Ektoplasma,  Pellicula,  Cilien- 
ge bilde,  Myoneme.  Wie  schon  oben  er- 
wähnt, kommt  den  Ciliaten  eine  plasmatische 
Membran,  die  Pellicula,  zu.  Sie  ist  eine 
Differenzierung  der  äußersten  Plasmazone  — 
des  Ektoplasmas  — •  und  meist  nur  als 
dünnes  Häutchen  entwickelt,  doch  kann  sie 
in  einzelnen  Fällen  auch  komplizierter  aus- 
gebildet sein,  indem  sie  entweder  nur  an 
einigen  Stellen  verdickt  ist  und  dann  ring- 
artige Bildungen  entstehen,  wie  an  der 
Haftscheibe  der  Urceolarien,  oder  den 
Wärzchenbildungen  der  Vorticella  mo- 
nilata.  Ja  es  können  sich  sogar  panzer- 
ähnliche Bildungen  komplizierter  Art  bilden, 
wie  bei  Coleps  (Fig.  2)  und  Tiarina,  deren 
chemische  Beschaffenheit  und  Verhalten  bei 
der  Teilung  (worauf  später  näher  eingegangen 
werden  soll)  erweisen,  daß  sie  nur  modi- 
fizierte Pellicula,  also  echte  euplasmatische 
Organellen  darstellen.  Im  allgemeinen  steht 
die  Oberflächenbeschaffenheit  der  Pellicula 
im  engsten  Zusammenhang  mit  der  An- 
ordnung der  aus  ihr  hervorragenden  Plasma- 
fortsätze —  der  Cilien. 

Die  Oberfläche  der  Hol o trieben  (s. 
Systematik)  erscheint 
gestreift  und  zwar  bei 
den  einfachsten  mona- 
xonen  Formen  meridio- 
nal  (Fig.  1),  bei  höher 
entwickelten  wird  der 
Verlauf  der  Streifen, 
besonders  in  der  Um- 
gebung des  Mundes, 
aber  auch  sonst  auf  der 
Körperoberfläche  modi- 
fiziert. Vor  allem 
tritt  schraubige  An- 
ordnung auf,  jedoch 
auch  andere  Abwei- 
chung von  der  Norm 
durch  Verlagerung  des 
Mundes  und  Kompli- 
kation der  Körperform. 
Diese  Streifen  entspre- 
chen einem  Furchen- 
Fig.  2.  Coleps  hirtus.  A  ruhendes  Tier,  B  Teilung,  C  hinterer  System,  in  dem  die 
Teilsprößling,  die  vordere  Hälfte  der  pellicularen  Hülle  differenziert  Cüien  in  der  für  die  ver- 
sieh neu.    Nach  Doflein  1911.  schiedenen    Gattungen 


Fig.  1.  Prorodon  teres.  1  C3'tnstom,  2  Cyto- 
pharynx,  3  Reusenapparat,  4  Makronucleus, 
5     Nahrungskörper,     6     Cytoproct     (Zellafter), 

7  pulsierende    Vakuole    mit    Bildungsvakuolen, 

8  ]\[ikronucleus,  9  Pelliluca  und  Alveolarsaum. 
Aus  Lang  (Luhe).     Nach  Schewiakoff  1889. 


Infusoria 


437 


und  Arten  charakteristischen  Weise  ent- 
springen.  —  Bei  Paramaeciiim  cauda- 
tum,  einem  der  häufigsten  und  daher  auch 
am  genauesten  untersuchten  Ciliaten,  ent- 
springen die  Cilien  jedoch  in  der  Glitte  kleiner, 
vertiefter  Feldchen,  welche  durch  in  Sechs- 
eckform angeordnete  leistenartige  Er- 
höhungen voneinander  getrennt  sind  (Fig.  3); 


T^lchocys^en 


Endstück 


Paramaecium 

Fig.  3.    Anordnung  der  Cilien  und  Trichoeysten 

von  Paramaecium    aurelia.     Ein  Stück  der 

Haut  von  der  Fläche  gesehen.     Nach  Bütschli 

1910. 


die  Anordnung  der  vertieften  Feldchen  ist 
schraubig,  so  daß  das  Gesamtbild  der  Cilien- 
anordnung  auch  hier  schraubig  ist.  Andere 
holotriche  Formen  zeigen  im  Prinzip  ähn- 
liches; im  ganzen  ist  die  Mannigfaltigkeit 
eine  so  große,  daß  es  unmöglich  erscheint, 
hier  näher  darauf  einzugehen.  Die  Cilien 
setzen  sich  in  die  unter  der  Pellicula  liegende 
Plasmaschicht  —  das  Ektoplasma  —  fort, 
in  welchem  sie  mit  verdickter  Basis  (Basal- 
korn)  befestigt  sind;  die  einzelnen  Basal- 
körner  der  Cilien  sind  häufig  in  der  Längs- 
richtung (des  Infusorienkörpers)  durch  eine 
Fibrille  verbunden  (Fig.  3);  außerdem  soll 
sich,  wenigstens  bei  einigen  Formen,  noch 
eine  Fibrille  ins  Körperinnere  fortsetzen. 
Der  über  die  Körperoberfläche  hervorragende 
Teil  der  Cilie  besteht  nach  neueren  Unter- 
suchungen aus  einer  plasmatischen  Hülle  und 
einem  elastischen  Achsenfaden,  welch  letzterer 
in  das  Ektoplasma  hineinreicht.  Die  An- 
sichten darüber,  ob  das  scharf  abgesetzte 
distale  Endstück  der  Cilie  dem  Achsenfaden 
oder  dem  Plasmasaum  entspricht,  sind  noch 
geteilt,  doch  scheinen  Vergleiche  mit  den 
Geißeln  der  Flagellaten  und  theoretische 
Erwägungen  die  Richtigkeit  der  ersteren 
Ansicht  zu  ergeben.  —  Neben  solch  ein- 
fachen Cilien  kommen  auch  stärkere,  starre 
Cilien  oder  Borsten  weit  verbreitet  und  in 


mannigfacher  Aiiordnung  und  physiologischer 
Bedeutung,  z.  B.  als  sogenannte  Tast- 
borsten vor,  und  ferner  verschiedene  von 
Cilien  abzuleitende  Organellen,  welche  teils 
der  Nahrungsaufnahme,  teils  der  Bewegung 
dienen.  Einem  Bündel  von  Cilien  entsprechen 
wahrscheinlich  die  Cirren;  sie  kommen  in 
reichster  h]ntfaltung  auf  der  Bauchseite 
der  Hypotrichen  vor,  deren  Bewegungs- 
organe sie  bilden  (s.  Fig.  29).  Mehr  flach 
lamellenartig  ausgebildet  sind  die  Mem- 
branellen und  undulierenden  Membra- 
nen, welche  wohl  aus  verwachsenen  Cilien- 
reihen  entstanden  sind,  und  deren  Her- 
kunft, sowohl  aus  ihrer  streifigen  Struktur, 
welche  den  Achsenfäden  der  einzelnen  Cilien 
entspricht,  als  auch  aus  den  ins  Körperinnere 
sich  erstreckenden  Basalfädchen  zu  er- 
schließen ist;  welch  letztere  bei  den  Mem- 
branellen durch  eine  Basallamelle  ver- 
bunden sind.  Die  Membranellen  finden  sich 
stets  spiralig  oder  kreisförmig  angeordnet, 
besonders  im  Umkreis  des  Mundes  der  Hetero- 
und  Hypotrichen.  Es  ist  für  sie  charakteris- 
tisch, daß  sie  stets  aus  zwei  Cilienreihen  ent- 
stehen. Die  Gestalt  der  einzelnen  Mem- 
branellen ist  sehr  verschieden,  teils  fächer- 
förmig (Spirostomum),  haifischzahnförmig 
(Stylonychia  histrio),  in  Form  einer  drei- 
eckigen Platte  bei   Stentor  (Fig.   4)  usw. 


Fig.   4.      Schematische    Darstellung   der   Mera- 
branellen  von  Stentor.   Nach  Bütschli  1910. 


Die  undulierenden  Membranen  betei- 
ligen sich  gleichfalls,  häufig  neben  den  Mem- 
branellen, an  der  Bildung  der  adoralen  Zone; 
bei  einigen  Peritrichen  stellen  sie,  wie 
neuerdings  festgestellt  wurde,  die  einzige 
Bewimperung  des  Peristoms  und  Vestibulums 
dar  und  sind  hier  in  Zweizahl  vorhanden. 
Sie  sind,  wie  schon  ihr  Name  sagt,  membran- 
artig ausgebreitete  Wimperapparate ;  meist 


438 


Infusoria 


sind  sie  lang  bandförmige  Gebilde.  Aus  der 
Zahl  der  Basalkörperchenreihen  kann  man 
ersehen,  daß  sich  drei,  i'ünt",  ja  sogar  zehn 
Cilienreihen  an  ihrer  Bildung  beteiligen 
können.  —  Außer  im  Umkreis  des  Mundes 
finden  sich  den  Memt)rancllen  ähnliche 
Wimpergebilde  in  dem  sogenannten  hinteren 
Wimperkranz  der  Vorticellideu  (der  zur  Zeit 
des  Umherschwärmens  gebildet  wird)  und 
den  beiden  Wimpergürtelu  von  Didiuium, 
welclie  in  neuester  Zeit  unter  dem  Namen 
Membranulae  von  ihnen  unterschieden 
werden,  da  sie  stets  nur  aus  einer  schräg 
zur  Körperachse  gestellten  Reihe  von  je 
drei  Cilien  bestehen. 

Weitere  aus  dem  Ektoplasma  liervor- 
gehende,  der  Gestaltsveränderung  des  Kör- 
pers dienende  Organellen  sind  die  sogenannten 
Myoneme,  welche  bei  den  stark  kontrak- 
tilen Peritrichen,  einigen  Heterotrichen 
(Stentor,  Spirostomum)  und  auch  Holo-  und 
Hypotrichen  gelegentlich  entwickelt  sind. 
Ein  besonders  hochentwickeltes  Muskel- 
system findet  sich  bei  Campanella  umbellaria, 
wofünf  Myonemsysteme  aufgefunden  wurden ; 
über  die  Art  der  Anordnung  bei  den  Peri- 
trichen orientiert  die  beigefügte  Figur  5  am 


Peris+o 
-  My'on 
Oe6oph 


Micronucl. 


Myoneme 


SHelfad 


Fig.    6.      Myoneme     von     Vorticella.       Aus 
Hartmann  1912.    Nach  Bütschli  1910. 


besten.  Die  mächtigste  Entwickelung  der 
einzelnen  Elemente  zeigt  Stentor  und  hier 
ist  auch  ihre  feinere  Struktur  am  besten  zu 
studieren.  Ferner  sind  derartige  kontraktile 
Elemente  mehr  lokalisiert  in  den  Stiel- 
muskeln der  Vorticellideu. 

Ob  alle  diese  Elemente  wirklich  als  kon- 
traktil und  nicht  vielmehr  zum  Teil  als 
elastische  anzusehen  sind,  ist  durch  die 
Untersuchungen  von  Koltzoff  in  Frage 
gestellt. 

Wie  oben  erwähnt,  entstammen  diese 
Organellen  dem  Ektoplasma,  doch  sind  sie 


zuweilen  sekundär  in  das  nicht  allen  Ciliaten 
zukommende  Kortikalplasma  verlagert, 
welches  zwischen  Ekto-  und  Endoplasma 
liegt. 

Das  Plasma  der  Infusorien  zeigt  eine 
sehr  deutlich  ausgebildete  wabige  Struktur, 
von  der  bei  Schilderung  des  Endoplasmas 
noch  des  näheren  die  Rede  sein  soll.  Die 
äußerste  Wabenlage  des  Ektoplasmas  ist 
meist  in  Form  eines  Alveolarsaumes  aus- 
gebildet (s.  Fig.  1,  <)),  welcher  dadurch  zu- 
stande kommt,  daß  die  Waben  sich  senk- 
recht zur  Oberfläche  anordnen.  Die  Struktur 
des  Kortikalplasmas  ist,  soweit  es  überhaupt 
nachweisbar,  sehr  feinwabig,  so  daß  sie  zum 
Teil  homogen  erscheint;  an  den  Strömungs- 
erscheinungen des  Endoplasmas  nimmt  es 
nicht  teil  und  ist  ferner  dadurch  charak- 
terisiert, daß  die  Trichocysten  in  ihm  ent- 
stehen, von  denen  später,  im  Zusammenhang 
mit  anderen  alloplasmatischen  Organellen 
näher  die  Rede  sein  soll. 

ic)  Organellen  der  Nahrungsauf- 
nahme usw.  An  euplasmatischen  Orga- 
nellen, welche  im  Ektoplasma  entstehen, 
sind  vor  allem  noch  die  Organellen  der 
Nahrungsaufnahme  zu  schildern  und  im 
Anschluß  daran  der  ganze  Verlauf  der  Nah- 
rung im  Ciliatenkörper  (Aufnahme,  Ver- 
dauung und  Defäkation).  Nach  der  Art  der 
Nahrungsaufnahme  lassen  sich  die  Ciliaten 
in  drei  Abteilungen  trennen,  1.  parasitische 
Formen,  welche  die  Nahrung  osmotisch  an 
der  ganzen  Körperoberfläche  aufnehmen,  und 
daher  keinen  Mund  (Cytostom)  besitzen 
oder  ihn  durch  Parasitismus  verloren  haben 
(Astomata  [Cepede],  Fig.  IIa  und  Opa- 
lina), 2.  die  Ciliaten,  w^elche  ihren  Mund 
nur  im  Augenblick  der  Nahrungsaufnahme 
öffnen,  sonst  geschlossen  halten.  Sie  sind 
räuberische  Formen  und  verschlingen  ihre 
Nahrung,  welche  gewöhnlich  aus  relativ 
großen,  meist  lebenden  Organismen  besteht 
(Fig.  1).  Bei  den  niedrigst  entwickelten 
Ciliaten  ist  der  Mund  nur  eine  am  vorderen 
Körperende  gelegene,  schlitzförmige  oder 
runde  Unterbrechung  von  Pellicula  und  Al- 
veolarsaum,  durch  welche  die  Nahrung 
direkt  in  das  Endoplasma  geführt  wird 
(Holophrya);  zuweilen  wird  eine  solche 
Mundöffnung  etwas  ventral  verlagert  (En- 
chelys);  diese  primitivsten  Verhältnisse 
finden  sich  jedoch  nur  relativ  selten,  meist 
ist  die  Mundstelle  bei  dergleichen  Formen 
noch  dadurch  ausgezeichnet,  daß  in  ihrem 
Umkreise  regellos  verteilte  Stäbchengebilde 
— ■  die  Trichiten  —  vorkommen,  w^elche 
zum  Lähmen  der  Beute  dienen.  Schlund- 
bildungen kommen  dadurch  zustande,  daß 
sich  von  der  Mundöffnung  ein  kurzer, 
trichterförmiger  Spalt  ins  Innere  fortsetzt, 
der  von  einer  besonders  differenzierten,  ver- 
mutlich   ektodermalen    Plasmaschicht    um- 


Infusona 


439 


Fig.  6.  Reusen - 
apparat  von  Nas- 
sula  aurea.  Nach 
Schewiakoff  1889. 


geben  ist.  Häufig  beteiligen  sich  noch  stäb- 
chenartige Gebilde,  sogenannte  Rensenstäb- 
chen,  an  seiner  Bildung,  welche  stützende 
Funktion  haben;  sie  verlaufen  entweder  ge- 
rade (Fig.  1,  b)  oder  spiralig,  sind  unver- 
bunden  oder  durch 
eiuen  bis  mehrere 
Ringe  miteinander 
vereint  (N  a  s  s  u  1  a 
aurea,  Fig.  6);  wahr- 
scheinlich sind  sie  aus 
den  oben  erwähnten 
Trichiten  hervorge- 
gangen. Alle  bisher 
erwähnten  Formen 
faßt  man  als  G  y  m  n  o  - 
s  1 0  m  a  t  a  zusammen 
und  stellt  ihnen  alle 
übrigen  Ciliaten  als 
Trichostomata 
gegenüber,  welche  ihre 
Nahrung  herbeistru- 
deln, und  deren  Mund 
und  Schlund  stets 
offen  ist  und  von  Cilien 
oder  aus  ihnen  hervor- 
gegangenen Gebilden 
ausgekleidet  wird.  Im 
einfachsten  Fall  —  bei 
den  aspirotrichen 
Ho lo trieben  — ■  ist  das  Mundfeld  (Peri- 
stom)  nur  von  kräftigeren  Cilien  (der  ado- 
ralen  Zone),  umgeben  (Fig.  10)  und  im 
Schlund  finden  sich  eine  bis  mehrere  un- 
dulierende  Membranen.  Bei  den  Spirigera 
(welche  die  Heterotrichen,  Hypotrichen  und 
Peritrichen  zusammenfassen)  sind  die  zum 
Mund  führenden  Wimpergebilde  (mit  Aus- 
nahme der  meisten  Peritrichen)  in  einer 
linksgewundenen  (läotropen)  Spirale  am 
Rande  und  auf  der  Fläche  des  Peristomfeldes 
angeordnet.  Bei  den  meisten  Formen  besteht 
die  adorale  Zone  aus  Membranellenreihen, 
ferner  treten  noch  undulierende  Membranen 
hinzu,  sowie  weitere  Cilienreihen,  wodurch 
die  Verhältnisse,  namentlich  bei  den  Hypo- 
trichen, recht  komplizierte  werden  (Fig.  29). 
Von  dem  Mund  (Cytostom)  aus  gelangt  die 
Nahrung  in  den  Schlund  (Cytopharynx), 
bleibt  dieser  sehr  kurz,  so  spricht  man  von 
einer  Mundhöhle  oder  Grube;  bei  den 
schlingenden  Formen  wird  die  Nahrung  von 
dem  Schlundplasma  hereingesaugt;  bei  den 
strudelnden  Formen  ist  der  Schlund  stets 
mit  Witnpergebilden  ausgekleidet.  Die  Ver- 
hältnisse der  Vorticellen  werden  dadurch 
kompliziert,  daß  sich  hier  vor  Mund  und 
Schlund  eine  Einsenkung  des  Peristomfeldes 
(Vestibulum  Fig.  7,  v.\)  bildet,  so  daß  der 
Mund  und  der  Eintritt  in  den  Schlund 
(Fig.  7,  i;)  ins  Körperinnere  verlegt  wird. 

Am    inneren    Ende    des    Schlundes    an- 
gelangt, tritt  die  Nahrung  in  das  Endoplasma 


ein,  und  wird  von  einer  Flüssigkeitsvakuolö 
umgeben,  die  im  Endoplasma  umher  und 
zum  After  (Cytoproct)  geführt  wird,  durch 
welchen  die  unverdaulichen  Bestandteile  nach 
außen  gelangen;  gewöhnlich  ist  er  nur  zur 


3— 


n 


-3 


Fig.  7.  Carchesium  polypinum  L.  1  Mund- 
feld, 2  adorale  Spirale,  3  Peristomrand,  4  kon- 
traktile Vakuole,  5  Reservoir,  6  Schlund, 
7  Nahrnngsvakuole,  8  Mikronucleus,  9  Myo- 
neme,  10  Pellicula,  11  Stielmuskel,  12  After, 
13  Vestibulum.    Nach  Lang,  Protozoa  2.  Auf. 

Zeit  der  Defäkation  sichtbar.  Bei  den  pri- 
mitivsten Formen  liegt  der  Cytoproct  am 
aboralen  Körperende,  wird  aber  häufig  ven- 
tral   verlagert,    z.    B.    durch    Entwickelung 


Fig.  8.  Stentor 
coeruleus.  ad  ado- 
rale Spirale,  ca  zu- 
führende Kanäle, 
c.p.  Cytoproct,  cv 
kontraktile  Vakuole, 
k  Makronukleus,  nk 
Mikronukleus,  o  Cy- 
tostom, p  Peristom. 
AusHei  t\vigl907. 
Nach     Schuberg. 


Sk-,^  w. 


eines  Schwanzes,  oder  er  rückt  bei  fest- 
sitzenden und  in  Gehäusen  lebenden  Formen 
wie  Stentor  (Fig.  8  c.p.),  Folliculina  und 


440 


Infusoria 


Tintinnoideen  bis  dicht  liinter  den  Peri- 
stomsaum.  Die  kompliziertesten  Verhält- 
nisse zeigen  auch  hier  die  Vorticellideii, 
deren  After  in  das  Vestibuluni  iiiiiiulet 
(Fig.  7,  12  11  i.h);  eine  undulierende  Membran 
trennt  die  aufzunehmende  Nahrung  von  den 
ExkrenuMiten. 

In  engem  Zusammenhange  mit  der  Art 
der  Nahrungsjiui'nahme  ist  natürlich  auch 
die  Beschai't'enheit  der  Nahrung.  Mit  Aus- 
nahme der  mundlosen,  parasitischen  Formen, 
welche  flüssige  Nahrung  durch  Osmose  auf- 
nehmen, ist  die  Nahrung  der  Ciliaten  eine 
feste  und  zwar  bei  den  Strudlern:  Bakterien, 
Diatomeen,  kleine  Algen  oder  Zerfalls- 
produkte höherer  Organismen;  während  die 
Schlinger  von  Oscillarien,  Ciliaten,  Rhizo- 
poden  usw.  leben,  welche  zum  Teil  größer 
sein  können  als  sie  selbet;  so  soll  z.  B. 
Didinium  Paramäcien  vom  zehnfachen 
Volumen  seines  eigenen  Körpers  verschlingen 
können. 

Ob  eine  Auswahl  der  Nahrung  getroffen 
wird,  darüber  gehen  die  Ansichten  noch 
ziemlich  auseinander.  Den  Trichostomen 
wurde  die  Fähigkeit,  ihre  Nahrung  zu  wählen, 
früher  ganz  allgemein  abgesprochen,  neuere 
Versuche  haben  gezeigt,  daß  sie  eine  Auswahl 
treffen,  und  es  sollen  hierbei  eine  Art  Geruchs- 
und Geschmacksvermögen  ( ?),  nach  anderen 
Berührungsreize  eine  Rolle  spielen.  Para- 
mäcien sollen  gewissermaßen  durch  Er- 
fahrung die  ihnen  nützlichen  Stoffe  von  den 
unverdaulichen  unterscheiden  und  nur  die 
ersteren  zu  wählen  lernen;  doch  muß  die  Er- 
fahrung von  jedem  aus  der  Teilung  hervor- 
gegangenen Individuum  wieder  von  neuem 
erworben  werden.  Bei  den  Gymnostomen 
wurde  Auswahl  der  Nahrung  wiederholt  be- 
obachtet; so  lebt  Trachelius  ovum  vor- 
zugsweise von  Epystilis,  Amphileptus 
claparedii  gleichfalls  von  Vorticelliden, 
Didinium,  außer  von  Paramäcium  auch 
von  einigen  anderen  Infusorien,  soll  aber 
Euglena  verweigern;  in  diesem  letzteren 
Falle  soll  allerdings  die  Auswahl  nur  da- 
durch vorgetäuscht  werden,  daß  gewisse 
Organismen  an  dem  zur  Ergreifung  der  Nah- 
rung dienenden  Organell  festhaften,  andere 
nicht. 

Bei  der  Herbeistrudelung  kleiner  Nah- 
rungskörper wird  relativ  viel  Wasser  mit  in 
den  Körper  aufgenommen,  und  der  Nahrungs- 
ballen liegt  daher  in  einer  Wasservakuole 
eingebettet;  beim  Verschlingen  der  Nahrung 
ist  dies  nicht  der  Fall  und  die  Nahrungs- 
vakuole  ist  daher  klein;  auf  diesem  Stadium, 
in  dem  die  Nahrungskörper  abgetötet  werden, 
reagiert  die  Vakuolenflüssigkeit  sauer,  später, 
wenn  die  Eiweißverdauung  beginnt,  alka- 
lisch. —  Man  glaubte  in  neuerer  Zeit  nach- 
gewiesen zu  haben,  daß  Infusorien  imstande 
sind,    Fette    zu    assimilieren,    doch    haben 


Nachuntersuchungen  gezeigt,  daß  Oel  im 
Infusorienkörper  nicht  verändert  wird,  weil 
er  keine  fettspaltenden  Fermente  enthält, 
und  Oel  daher  nicht  in  eine  Form  überführen 
kann,  in  der  es  assimilierbar  ist.  Kohlehydrate 
und  Eiweißstoffe  werden  verdaut,  Chitin, 
Zellulose  und  andere  Stoffe  unverdaut  wieder 
ausgeschieden.  —  Die  Zahl  der  Nahrungs- 
vakuolen  ist  umso  größer,  je  mehr  verdauliche 
Nahrung  aufgenommen  wird;  sie  ist  unter 
gleichen  Bedingungen  bei  allen  Individuen 
einer  Kultur  ungefähr  die  gleiche. 

Die  Nahrungsvakuolen  werden  von  dem 
flüssigen  Endoplasma  schneller  oder  lang- 
samer herumgeführt;  es  stellt  ein  Gemenge 
zweier  nicht  mischbarer  Flüssigkeiten  dar, 
welche  nach  Art  eines  Seifenschaums,  aus 
nicht  miteinander  kommunizierenden  Waben- 
räumen besteht.  Die  Wände  der  Waben 
werden  von  der  einen,  ihr  Inhalt  von  der 
anderen  Flüssigkeit  gebildet;  die  Waben 
liegen  im  allgemeinen  ungeordnet  durch- 
einander. Die  größere  Zahl  der  Infusorien 
besitzen  ein  feinwabiges,gleichmäßigstruiertes 
Endoplasma,  zuweilen  treten  größere  Flüssig- 
keitstropfen in  ihm  auf  und  es  kommt  im 
extremsten  Falle  so  weit,  daß  das  Endo- 
plasma nur  noch  in  der  Mitte  des  Körpers, 
in  der  Umgebung  des  Kerns,  eine  kompakte 
Masse  darstellt,  von  der  aus  netzartig  ana- 
stömosierende  Balken  zum  Ektoplasma 
ziehen,  dem  es  mit  dünner  Schicht  anliegt 
(Fig.   9);  die  großen   Räume  zwischen  den 


Fig.  9.    Trachelius  ovum.    o  Mund,  cv  kon- 
traktile Vakuolen,  n  Kern,  S  Saugnapf. 


Balken  sind  von  Flüssigkeit  erfüllt;  durcli 
die  Strönumg  des  Endoplasmas  ändern  die 
Flüssigkeitsvakuolen,  sowie  die  Plasmabalken, 
ihre  Gestalt,  doch  geschieht  dies  relativ 
langsam. 

id)  Exkretions-  und  Atmungsor- 
ganellen. Außer  den  bisher  besprochenen 
Vakuolen  kommen  den  Infusorien  speziell 
den  Süßwasserbewohnern  noch  eine  weitere 


Infusoria 


441 


Art  von  Vakuolen,  die  sogenannten  kon- 
traktilen oder  pulsierenden  Vakuolen 
zu.  Sie  haben  im  Kortikalplasma  oder 
jedenfalls  stets  dicht  unter  dem  Ektoplasma 
ihren  Platz;  an  den  Strömungen  des  Endo- 
plasma,  nehmen  sie  nicht  teil,  obgleich  sie 
zur  Zeit  ihrer  größten  Ausdehnung  in  das- 
selbe hineinragen.  Ebenso  wie  die  Vakuolen 
des  Endoplasmas  sind  sie  keine  konstanten 
Gebilde,  sondern  Flüssigkeitstropfen,  welche 
verschwinden  und  sich  wieder  vollständig 
neu  bilden;  doch  ist  ihre  Zahl  und  der  Ort 
ihres  Entstehens  für  jede  Species  konstant, 
und  die  die  Flüssigkeit  nach  außen  leitenden 
Organellen  sind  gleichfalls  beständige  Gebilde. 
Häufig  sind  es  nur  einfache  Poren,  welche 
Pellicula  und  Alveolarsaum  durchsetzen,  zu- 
weilen sind  sie  zu  einem  Kanal  ausgezogen, 
der  sich  bis  ins  Kortikalplasma  erstreckt; 
durch  die  Lage  der  Vakuolen  können  noch 
weitere  Komplikationen  bedingt  werden,  von 
denen  später  die  Rede  sein  soll. 

Nach  der  Art  ihres  Entstehens  kann  man 
verschiedene  Typen  von  pulsierenden  Va- 
kuolen unterscheiden.  Die  einfachste  Art 
ist  die  sogenannte  rosettenförmige,  bei 
welcher  im  Umkreis  der  Vakuole  eine  größere 
oder  kleinere  Anzahl  von  Bildungsvakuolen 
entstehen,  die  miteinander  verschmelzen  und 
schließlich  zu  einer  Hauptvakiiole  zusammen- 
fließen, während  die  alte  sich  entleert  (s. 
Fig.  1,  7).  An  Stelle  dieser  Bildungsvakuolen 
kommen  bei  anderen  Formen  zuführende 
Kanäle  in  verschiedener  Zahl  vor.  Bei 
Spirostomum  einer,  bei  Stentor  zwei 
(s.  Fig.  8  ca.),  Paramäcium  fünf  bis  zehn 
(Fig.  10  z  K),  Frontonia  leucas  zehn  bis 


Fig.  10.  Paramaecium 
aurelia.  cv  kontraktile 
Vakuole,  zK  zuführende 
Kanäle,  Ma  Makronucleus, 
mit  Mikronucleus,  Na  Nah- 
rungs Vakuole,  Seh  Schlund. 
Nach  Bütschli  1910. 


zwölf,  Ophryoglena  flava  bis  30.  Die 
Vakuole  hat  gewöhnlich  die  Form  eines 
Tropfens,  bei  einigen  Opaliniden  und 
Discophryiden  (Fig.  11  c.  K.)  ist  sie  jedoch 
zu  einem  langen  Kanal  ausgezogen,  welcher 
vermutlich  aus  einer  Reihe  hintereinander- 
liegender,  runder  Vakuolen  entstanden  zu 
denken  ist;  hierfür  spricht  die  reihenförmige 


Anordnung  der  Ausführungsporen,  sowie  der 
Vergleich  mit  nahe  verwandten  Formen, 
z.  B.  Hoplitophrya,  bei  welcher  sie  kanal- 
artig,   zuweilen    jedoch   traubenförmig^und 


c.K 


Fig.  11.  Haptophrya  gigantea.  A  im  ruhen- 
den Zustand,  ck  kontraktiler  Kanal,  A.P  Aus- 
führungsporus,  Ma  Makronucleus,  S  Saugnapf, 
B  kettenförmige  Teilung  (Schema).  Nach 
Cepede  1910. 


sogar  aus  einzelnen  distinkten  runden  Va- 
kuolen zusammengesetzt  erscheint.  Im  ein- 
fachsten Falle  ist  die  Vakuole  in  Einzahl  vor- 
handen und  am  aboralen  Körperende  ge- 
legen (s.  Fig.  1,  7).  Eine  Verlagerung  tritt 
z.  B.  gleichzeitig  mit  der  des  Afters  bei 
Stentor  (s.  Fig.  8  c.  v.)  und  den  Vorti- 
celliden  (s.  Fig.  7,  4)  ein,  wo  sie  nahe  an 
das  Vorderende  rückt;  bei  letzteren  mündet 
sie  nicht  nach  außen,  sondern  in  das  Vesti- 
bulum  und  zwar  bei  Epistylis  plicatilis  direkt, 
bei  Vorticella  und  Verwandten  durch  ein  so- 
genanntes Reservoir  (Fig.  7,  5),  welches  als 
eine  Ausbuchtung  des  Vestibulums  anzusehen 
ist,  und  je  nach  der  Gestalt  des  Tieres  bald 
kurz  blasenförmig,  bald  lang  kanalartig  aus- 
gebildet erscheint.  Bei  manchen  Arten,  z.  B. 
(iampanella  umbellaria  sind  an  Stelle  des 
Reservoirs  zwei  kurze  Kanäle  getreten, 
welche  in  das  Vestibulum  einmünden,  und  so 
die  Vakuolenflüssigkeit  nach  außen  befördern 
(Fig.  12,  KK). 

Zuweilen  tritt  außer  der  hinteren  ter- 
minalen noch  eine  zweite  Vakuole  in  der 
vorderen  Hälfte  des  Körpers  auf.  Die 
beiden  Vakuolen  von  Paramäcium  liegen 
etwa  am  Hinterende  des  ersten  und  dritten 
Körperviertels  (Fig.  10);  von  ihnen  wird 
auch  angegeben,  daß  sie  keinen  konstanten 
Ausführungsporus  besitzen,  und  nur  im 
Moment  des  Entleerens  durch  Reißen  der 
Pellicula  eine  Oeffnung  entstehe,  doch  ist 
dies   kaum   wahrscheinlich.      Die   Zahl   der 


442 


Infusoria 


Vakuolen  steigt  in  einigen  Familien  be- 
deutend, so  bei  den  Tracheliiien,  wo  alle 
Uebergänge   von   einer   (Lionotus    ans  er) 


Fig.  12.     Querschnitt    von  Campanella    um- 
bellata.     Cv    kontraktile    Vakuole,    KK    Ent- 
leerungskanäle,   V  Vestibulum.     Aus  Doflein 
1911.     Nach  0.  Schroeder. 

bis  zu  zahlreichen  vorkommen,  welche  über 
den  ganzen  Körper  zerstreut  liegen  (Tra- 
c  hell  US  Ovum,  Fig.  9). 

Die  Entleerung  der  Vakuolenflüssigkeit 
(Systole)  wird  dadurch  herbeigeführt,  daß 
die  von  Protoplasma  umgebene  Vakuole  so 
stark  anwächst,  daß  sie  durch  den  Ausfüh- 
rungsgang mit  dem  äußeren  Medium  in 
direkte  Berührung  kommt  und  nun  ein  Aus- 
gleich zwischen  der  sehr  hohen  Oberflächen- 
spannung der  kleinen  Vakuole  und  der  sehr 
geringen  Oberflächenspannung  des  äußeren 
Wassers  durch  Abfluß  der  Vakuole  eintritt; 
nachdem  so  durch  Entleerung  der  Vakuole 
dieser  x\usgleich  erreicht  ist,  führt  die  Neu- 
bildung (Diastole)  den  früheren  Zustand 
und  somit  eine  rhythmische  Entleerung 
herbei.  Untersuchungen  der  letzten  Jahre 
haben  gezeigt,  daß  die  Pulsationsgeschwin- 
digkeit  von  der  Temperatur  abhängig  ist, 
und  daß  die  van  t' Hoff  sehe  Regel,  welche 
besagt,  daß  die  chemische  Reaktionsgeschwin- 
digkeit bei  einer  Temperaturerhöhung  von 
10"  um  das  Doppelte  oder  Dreifache  steigt, 
im  allgemeinen  auch  hier  gilt.  Dicht  bei  der 
Temperatur,  welche  das  Maximum  der  Pul- 
sationsgeschwindigkeit  bedingt  (30  bis  35°  C 
bei  Paramäcium),  liegt  auch  die  Tötungs- 
temperatur. 

Wie  wir  sahen,  befördern  die  kontrak- 
tilen Vakuolen  periodisch  Wasser  nach  außen 
und  es  tritt  neues  mit  der  Nahrung  und  auch 
sonst  durch  den  Mund  und  vermutlich  auch 
an  anderen  Stellen  der  Körperoberfläche  auf- 
genommenes Wasser  an  seine  Stelle.  Dieses 
Wasser  bringt  Sauerstoff  mit  und  befördert 
Kohlensäure  nach  außen,  dient  also  der 
Atmung,  und  die  Vakuolen,  welche  als  Pump- 
werk für  dieses  Wasser  funktionieren,  können 
wir  also  jedenfalls  als  der  Atmung  dienende 
Organellen  ansprechen.  Daneben  können 
sie  jedoch  auch  noch  andere  Produkte  des 
Stoffwechsels  nach  außen  befördern,  und  so 


als  Exkretionsorganellen  funktionieren.  — • 
Zu  erwähnen  ist  noch,  daß  die  kontraktile 
Vakuole  der  Opaliniden  in  sehr  nahe  Be- 
ziehung zum  Kernapparat  tritt,  was  um  so 
bemerkenswerter  ist,  als  auch  Untersuchungen 
anderer  Formen  zu  der  Vermutung  führten, 
daß  der  Hauptkern  bei  der  Exkretion  mit- 
wirke. 

Alloplasmatische  Organellen.  Alle 
bisher  besprochenen  Organellen  gehörten  zu 
den  in  der  Einleitung  als  euplasmatisch  be- 
zeichneten; es  erübrigt  jetzt  noch,  die  allo- 
plasmatischen  Organellen:  1.  Trichocysten 
und  verwandte  Gebilde,  2.  Schalen-  und  Ge- 
häusegebilde, welche  als  Schutz-  und  Stütz- 
organe dienen,  näher  zu  betrachten. 

ie)Schutz-und Stützorganellen.  Tri- 
chocysten kommen  nicht  allen  Ciliaten  zu, 
doch  sind  sie  in  verschiedenen  Gruppen  aus- 
gebildet, entweder  wie  bei  den  Holotrichen 
(Paramäcium,  Frontonia)  über  den 
ganzen  Körper  verteilt  und  ihre  Anordnung 
steht  dann  in  engstem  Zusammenhang  mit 
der  der  Cilien  (Fig.  3)  oder  sie  sind  mehr  auf 
die  hintere  Körperhälfte  konzentriert,  wie 
bei  der  oligotrichen  Gattung  Strombidium, 
bei  der  sie  eine  für  die  einzelnen  Arten  charak- 
teristische Anordnung  zeigen.  Am  besten 
untersucht  sind  sie  bei  Paramäcium  und 
Frontonia;  sie  liegen  hier 
im  Kortikalplasma  senk- 
recht zur  Oberfläche,  und 
sind  in  nicht  ausgeschnell- 
tem Zustande  länglich 
spindelförmige  Gebilde, 
deren  der  Oberfläche  zu- 
gewandtem Ende  eine 
Spitze  aufsitzt ,  welche 
durch  den  Alveolarsaum 
sich  bis  zur  Pellicula  er- 
streckt. Durch  äußere  auf 
die  Pellicula  wirkende 
Reize  wird  ein  Aus- 
schnellen der  Trichocysten 
herbeigeführt,  indem  die 
Pellicula  unter  dem  Ein- 
fluß des  Reizes  sich  kon- 
trahiert. Im  engen  Zu- 
sammenhang mit  der  Aus- 
schnellung  steht  eine  che- 
mische Umwandlung  ihrer 
Substanz,  wobei  sie  in 
ein  langes  nadelartiges 
Gebilde  mit  verdicktem 
Kopf  verwandelt  werden 
(Fig.  13),  welches  in  Wasser 
nicht  löslich  ist.  —  Sie 
dienen  vermutlich  als  Verteidigungswerkzeuge 
ähnlich  den  schon  bei  den  Mundbildungen 
(S.  438)  erwähnten  Trichiten  und  den 
Nesselkapseln  der  Cölenteraten,  denen  sie 
vielleicht  auch  verwandt  sind.  Echte  Nessel- 
kapseln   besitzt    Epistylis     umbellaria; 


« 


Fig.  13.  Ausge- 
schleuderte Tri- 
chocysten von 

Frontonia. 
Aus       Doflein. 
Nach  Schuberg. 


Iiifusoria 


443 


sie  sind  immer  zu  2  angeordnet  und  liegen 
der  Pellicula  parallel.  Andere  hierher- 
gehörige  Gebilde  sind,  außer  den  Triehiten, 
auch  die  von  ihnen  abzuleitenden  oben 
(S.  439)  erwähnten  Reusenstäbchen, 
welche  nur  stützende  Funktion  haben,  und 
sich  auch  morphologisch  durch  ihre  platt- 
gedrückte Form  von  den  haarförmig  feinen 
Triehiten  unterscheiden. 

Hüllen,  Gehäuse  und  Cystenbil- 
dungen.  Außer  der  Pellicula  und  den  S.  436 
erwähnten  Pellikulargebilden,  welche  nur 
Modifikationen  des  Ektoplasmas  sind,  und 
daher  zu  den  euplasmatischen  Organellen 
gehören,  finden  sich  bei  einigen  Ciliaten 
dauernd,  bei  anderen  nur  temporär  durch 
Sekretion  entstandene  Hüllen  und  Gehäuse- 
bildungen verschiedener  Art.  Da,  wo  nicht 
mit  Sicherheit  festzustellen  ist,  ob  Abschei- 
dung oder  Umbildung  stattgefunden  hat,  ist 
das  Verhalten  bei  der  Teilung  (s.  diese  S.  445) 
das  beste  Kriterium.  —  Sind  die  Schutz- 
gebilde mit  dem  Plasmakörper  fest  ver- 
bunden und  umgeben  ihn  vollständig,  wie 
z.  B.  bei  Nassula  elegans  und  Trachelo- 
phyllum  apiculosum  (wo  sie  nur  ge- 
legentlich auftreten),  so  spricht  man  von 
Hüllen.  Mit  den  Gehäusen  ist  der  Cilia- 
tenkörper  nicht  fest  verwachsen,  sondern 
nur  durch  einen  Stiel  oder  das  Hinterende  des 
Körpers  in  Verbindung,  so  daß  er  sich  darin 
hin-  und  herbewegen,  sich  aus  ihm  heraus- 
strecken und  in  ihn  zurückziehen  kann.  Von 
Gehäusebildungen  sind  vor  allem  die  gal- 
lertigen zu  nennen,  welche  insbesondere  bei 
Heterotrichen  s.  str.,  Oligotrichen  und  Peri- 
trichen  in  verschiedener  Ausbildung  vor- 
kommen. Sie  umgeben  einzelne  Tiere: 
Stentor  roeselii,  Stichotricha  raül- 
1er i  (hypotrich),  welche  jedoch  nur  zeit- 
weise derartige  Gehäuse  ausscheiden  oder 
ganze  Kolonien,  wie  z.  B.  bei  Ophrydium 
versatile,  deren  große  kugelförmige  Gallert- 
kolonien aus  verwachsenen  Gallertröhren 
entstehen,  welche  die  einzelnen  Individuen 
bei  der  Teilung  ausscheiden;  die  einzelnen 
Individuen  bleiben  durch  dichotomisch  ver- 


zweigte Stiele  miteinander  verbunden  (Fig. 
14).  Sehr  verschiedenartig  geformt  sind  die 
Gallertgehäuse  der  Gattung  Tintinnidium, 
auf  die  hier  nicht  näher  eingegangen  werden 
kann.  In  der  großen  Familie  der  Tintinnoideen 
sind  ferner  die  sehr  mannigfaltig  entwickelten 
membranösen  Gehäuse  weit  verbreitet, 
die  sich  nicht  nur  durch  ihren  Formenreich- 
tum, sondern  auch  durch  die  Vielgestaltigkeit 
der  äußeren  Skulpturen  auszeichnen  (Fig.  15); 
häufig  sind  der  Grundsubstanz  dieser  Ge- 
häuse Fremdkörper  verschiedenster  Art  ein- 
gelagert: Stadlern  von  Coccoiithophoriden, 
Schalen  von  Radiolarien,  Foraminiferen 
und  andere  Kalk-  und  Kieselplättchen',  welche 
vermutlich  größtenteils  aus  der  Nahrung  der 
Tintinnen  stammen. 


Fig.  14.  Ophrydium  versatile.  Festsitzende 
Kolonie;  die  freischwimmenden  werden  kugel- 
förmig. Aus  Lang,  Protozoa  2.  Aufl.  NachKent. 


Fig.  15.  Tintinnengehäuse. 
1  Dictyocysta  elegans,  2  Ptycho- 
cyclis  nervosa,  3  Tintinnus 
acuminatus.  Aus  Lang  (Lühej. 
Nach  Brandt. 


Viele  Gehäuse  unterscheiden  sich  nach 
chemischen  Untersuchungen  von  Entz  von 
reinem  Keratin;  wie  es  scheint,  dürften  sie 
aus  einem  dem  Chitin  verwandten  Eiweiß- 
derivat bestehen.  Membranöse  Gehäuse 
kommen  unter  den  Heterotrichen  ferner  der 
marinen  Gattung  Folliculina  und  den 
peritrichen  Cothurnien  zu;  bei  diesen 
letzteren  finden  sich  auch  häufig  Deckel- 
bildungen an  den   Gehäusen,  die  auch  bei 


444 


Infusoria 


einigen  Gattungen  der  Tintinnoiden  in  sehr 
merkwürdiger  Art  ausgebildet  sind.  Andere 
liierher  gehörige  ^Vrten  der  11  Unbildungen 
sind  die  Cysten,  welche  zur  Zeit  ungünstiger 
Lebensbedingungen  (Kälte,  Mangel  an  Nah- 
rung, Verdunstung  des  Wassers),  aber  auch 
zum  Zwecke  der  Verdauung  uiul  Fortpflan- 
zung bei  Vermehrungs-  und  ßefruchtungs- 
vorgängen,  namentlich  von  parasitischen 
Formen  gebildet  werden.  Die  Stielbil- 
dungen  der  Vorticelliden  sind  Abschei- 
dungsprodukte  des  aboralen  Körperpols  und 
daher  hier  zu  erwähnen.  Näheres  über  ihr 
Verhalten  bei  der  Teilung  s.  unter  ,, Syste- 
matik" S.  455. 

Autonome    Organellen. 

if)  Kerne.  Wenn  die  Infusorien  auch 
nicht,  wie  man  bis  vor  kurzem  annahm,  die 
einzigen  Protozoen  sind,  welche  zwei  ver- 
schieden gebaute  und  funktionierende  Kerne 
besitzen,  so  ist  doch  die  Art  des  Kerndualis- 
mus, wie  wir  ihn  bei  den  Infusorien  finden, 
nur  für  sie  allein  charakteristisch.  Bei  an- 
deren Protozoen  findet  Differenzierung  in 
einen  Hauptkern  und  einen  die  Bewegung 
regulierenden  Kern  statt;  die  Infusorien 
besitzen  einen  Hauptkern  (Makronukleus), 
der  vorzugsweise  im  vegetativen  Leben  eine 
Rolle  spielt,  und  einen  Nebenkern  (Mikro- 
nukleus),  welcher  bei  der  Vermehrung  und 
dem  Geschlechtsakt  in  Funktion  tritt,  und 
daher  auch  als  generativer  Kern  bezeichnet 
wird. 

Daß  der  Makronukleus  das  vegetative 
Leben  der  Zelle  beherrscht,  geht  unter 
anderem  auch  daraus  hervor,  daß  eine  ge- 
wisse Abhängigkeit  zwischen  Kerngestalt 
und  Zellgröße  zu  beobachten  ist,  w'elche  zu 
zeigen  scheint,  daß  durch  die  Vergrößerung 
der  Kernoberfläche  eine  größere  Berührungs- 
fläche mit  dem  Plasma  herbeigeführt  werden 
soll.  Von  systematischer  Bedeutung  ist  die 
Gestalt  des  Makronukleus  also  nicht,  doch 
herrschen  bestimmte  Formen  in  einzelnen 
Gruppen  vor.  Die  Holotrichen  als  die  ein- 
fachst organisierten  und  auch  wohl  ur- 
sprünglichsten Formen  haben  meist  einen 
kugelig  bis  ellipsoidischen  Makronukleus 
(Fig.  1  und  10),  ebenso  aber  auch  die  relativ 
kleinen  Tintinnodeen,  bei  denen  er  oft  in  Zwei- 
zahl vorhanden  ist.  Die  langgestreckten  Holo- 
trichen wie  Dileptus  ans  er  und  Loxo- 
pliyllu märten  nähern  sich  dagegen  mit 
ihren  rosenkranz-  oder  bandförmigen  Kernen 
den  gleichfalls  langgestreckten  Heterotrichen: 
Stentor  (Fig.  8),  Spirostomum,  Condy- 
lostoma.  Bei  den  Peritrichen,  insbesondere 
den  Vorticelliden,  ist  der  Hauptkern  häufig 
wurstförmig  ausgebildet  (Fig.7) ;  bei  den  Hypo- 
trichen  besteht  er  meist  aus  zwei  bis  mehr 
ellipsoidischen  Gliedern,  welche  durch  einen 
dünnen   Faden    verbunden   sind;   in   jedem 


der  beiden  Kernglieder  tritt  häufig  eine  sehr 
charakteristische  Spaltbildung  auf  (Fig.  29). 
Ferner  kommen  in  verschiedenen  Gruppen 
viele  kleine,  rutule  Kerne  vor;  man  ist  noch 
nicht  in  allen  Fällen  sicher,  ob  Verbindungen 
zwischen  ihnen  vorhanden  sind.  Das  Ver- 
halten bei  der  Teilung  gibt  hierüber  am 
sichersten  Auskunft  (s.  unten).  Die  Mikro- 
nuklei  sind,  wie  schon  ihr  Name  sagt,  stets 
viel  kleiner  als  die  Makronuklei,  meist  rund 
und  dann  bläschenförmig,  mit  hellerem 
äußeren  Hof,  oder  länglich  eiförmig  mit 
deutlich  gesonderter  achromatischer  und 
chromatischer  Hälfte;  die  letztere  mit  strei- 
figer Struktur.  Sie  liegen  in  ruhendem  Zu- 
stande dem  Makronukleus  stets  dicht  an,  ja 
sogar  zuw-eilen  in  einer  Einbuchtung  des- 
selben (z.  B.  bei  Paraiuäcium).  Die  Zahl 
der  Mikronuklei  schwankt  je  nach  der  Größe 
und  Zahl  der  Makronuklei  zwischen  einem 
und  sehr  zahlreichen.  Der  Makronukleus 
hat  meist  ein  achromatisches  Gerüstwerk  von 
sehr  feinwabigem  Bau ;  das  Chromatin  ist 
entweder  in  feinen  Körnchen  in  den  Knoten- 
punkten der  Waben  angeordnet  oder  bei 
etwas  gröberem  Bau  der  Grundsubstanz 
in  größeren  Brocken  unregelmäßig  verteilt. 
Eine  Kernmembran  ist  bei  beiden  Kernarten 
stets  vorhanden  und  bleibt  auch  während 
der  Teilung  erhalten.  Im  allgemeinen  haben 
die  Makronuklei  die  Neigung,  sich  zu  Be- 
ginn der  Teilung  zu  kondensieren,  auch  die 
rosenkranzförmigen  nehmen  eine  gedrungene 
bandförmige  oder  ellipsoidische  Gestalt  an; 
sie  gliedern  sich  jedoch  schon  vor  ihrer  Durch- 
schnürung  wieder.  Auch  für  die  in  großer 
Zahl  vorhandenen  kleinen  Kerne  gilt  diese 
Regel,  soweit  sie  durch  dünne  Stränge  ver- 
bunden sind,  während  die  unverbundenen 
ohne  Teilung  auf  die  beiden  Tochtertiere 
verteilt  werden;  bei  gewissen  Formen  (wie 
z.  B.  Dileptus  gigas),  nachdem  sie  zu 
länglichen  Gebilden  ausgew^achsen  sind.  Eine 
Chromosomenbildung  findet  bei  der  Teilung 
des  Makronukleus  nicht  statt,  höchstens  eine 
Längsstreckung  der  achronuitischen  W^aben 
und  damit  im  Zusammenhang  eine  streifige 
Anordnung  des  Chromatins;  die  Mikronuklei 
hingegen  machen  eine  mehr  oder  weniger 
komplizierte  Mitose  durch,  welche  besonders 
bei  den  die  Kopulation  vorbereitenden  Tei- 
lungen noch  weitere  Modifikationen  auf- 
weisen. 

Der  Keriulimorphisimis  der  Infusorien 
war  oft  Gegenstand  der  Diskussion  und  hat  zur 
Aufstellung  verscliiedener  Theorien  Veranlassung 
gegeben,  auf  die  ich  hier  im  einzelnen  nicht  näher 
eingehen  kann.  Zimächst  handelte  es  sich  darum 
zu  erklären,  wie  der  Kerndualismus  entstanden 
zu  denken  sei  und  dann,  mit  welchen  Gebilden 
anderer  tierischer  Organismen  die  Kerne  der 
Infusorien  zu  homologisieren  seien.  Auf  beide 
Fragen  lassen  sich  auch  heut  kaum  endgültige 
Antworten  geben,  da  die  Erforschung  der  Kern- 


Infusona 


445 


Verhältnisse  der  Infusorien  und  der  Protozoen 
überhaupt  noch  immer  viele,  neue,  z.  T.  uner- 
wartete Tatsachen  ergeben.  —  Bis  vor  wenigen 
Jahren  war  Opalina  die  einzige  Form,  von  der 
man  mit  Sicherheit  glaubte  annehmen  zu  dürfen, 
daß  ihre  Kernverhältnisse  von  denen  der  übrigen 
Infusorien  wesentlich  abweichen,  indem  sie  nur 
eine  Kernart  besitzt,  welche,  wie  auch  neueste 
Untersuchungen  zeigen,  sich  bei  der  Vermehrung 
wie  Mikronuklei  verhalten.  In  neuerer  Zeit  fand 
man  bei  einer  Anzahl  Formen  in  gewissen  Sta- 
dien nur  einen  Makronukleus  und  den  Mikro- 
nukleus  nur  zur  Zeit  der  Befruchtung  und  der  sie 
vorbereitenden  Teilungen,  zu  welcher  Zeit  er 
aus  dem  ^lakronukleus  durch  Abschnürung  her- 
vorgeht. So  fand  man  z.  B.  bei  Ichthyophtirius 
multifiliis,  einem  Ektoparasiten  unserer  Süß- 
wasserfische, sehr  interessante  Verhältnisse.  Der 
erwachsene  Parasit,  welcher  nur  einen  Haupt- 
kern besitzt,  wandert  von  der  Haut  des  ^yirtes 
ab  und  luid  encystiert  sich.  In  der  Cyste  finden 
erst  einige  Teilungen  ohne  Mikronukleus  statt, 
dann  geht  ein  solcher  durch  Abschnürung  aus 
dem  Makronukleus  hervor  und  beteiligt  sich  an 
den  folgenden  Teilungen  innerhalb  der  Cyste; 
nachdem  eine  größere  Anzahl  Zellteilungen  statt- 
gefunden haben,  treten  zwei  Teilungen  der  Mikro- 
nuklei auf,  welche  zur  Bildung  der  Richtungs- 
körper führen;  2  der  4  Teilprodukte  degenerieren 
und  die  beiden  anderen  verschmelzen  mitein- 
ander (Autogamie).  Jetzt  werden  die  jungen  Indi- 
viduen frei,  der  Mikronukleus  wandert  in  den 
Makronukleus  zurück,  in  dem  er  zuerst  noch  als 
Binnenkörper  sichtbar  ist,  um  allmählich  beim 
Heranwachsen  des  Kerns  zu  verschwinden.  — 
Man  wollte  Ichthyophtirius  auf  Grund  seiner 
Fortpflanzung  von"  den  Ciliaten  trennen,  denen, 
wie  wir  sehen  werden,  im  allgemeinen  diese  Art  der 
Vermehrung  nicht  zukommt.  Dies  scheint  jedoch 
unberechtigt,  da  die  Cystenbildung  hier,  ebenso 
wie  bei  Opalina,  und  die  nahe  verwandte  Er- 
scheinung der  Zerfallteilung  ohne  Encystierung 
bei  den  Gattungen  Nyctotherus  und  Balantidium 
wohl  als  eine  Anpassung  an  die  parasitische 
Lebensweise  aufzufassen  ist.  Die  Entstehung  des 
Mikronukleus  aus  dem  Makronukleus  ist  jedoch 
von  großem  Interesse  für  die  Beurteilimg  seiner 
Entstehung  in  der  Reihe  der  Infusorien,  da  neuer- 
dings auch  bei  Leucophrys  patula,  einer 
Form  des  süßen  Wassers,  bei  Trachelocerca 
phoenicopterus,  einem  Meeresbewohner,  ähn- 
liches beobachtet  wurde,  so  daß  vieles  dafür  zu 
sprechen  scheint,  daß  die  Differenzierung  von 
Makro-  und  Mikronukleus  erst  in  der  Reihe  der 
Infusorien  selbst  entstanden  ist;  in  welcher  Weise 
läßt  sich  jedoch  vorerst  noch  nicht  mit  voller 
Sicherheit  feststellen,  da  die  Erscheinungen  bei 
der  Konjugation,  bei  der  der  Makronukleus  stets 
aus  dem  Mikr-onukleus  entsteht,  sich  mit  den  hier 
mitgeteilten  Beobachtungen  nicht  vereinigen 
lassen.  Dagegen  weist  eine  allerdings  ganz  ver- 
einzelt dastehende  Beobachtimg  bei  der  Regenera- 
tion darauf  hin,  daß  der  Mikronukleus  sich  aus 
dem  Makronukleus  regenerieren  kann.  —  Das 
einzige,  was  wir  nach  den  bisherigen  Ergebnissen 
mit  einiger  Sicherheit  beurteilen  können,  bleibt 
also  die  Funktion  der  beiden  Kerne. 

2.  Fortpflanzung  und  Entwickelung. 
2a)  Teilung.  Die  Vermehrung  der  Ciliaten 
findet     in     den     weitaus      meisten     Fällen 


durch  Querteilung  des  Körpers  statt,  wobei 
gewöhnlich  im  hinteren  Sprößling  die  Orga- 
nellen der  vorderen  Körperhälfte,  im  vor- 
deren die  der  hinteren  neu  gebildet  werden; 
aber  auch  die  vorhandenen  müssen  in  vielen 
Fällen  eingeschmolzen  und  der  Größe  des 
Teilstücks  entsprechend  umgeformt  werden. 
Bei  einigen  Formen,  z.  B.  Paramäcium,  soll 
das  Cytostom  des  hinteren  Sprößlings  durch 
Knospnng  aus  dem  des  vorderen  hervorgehen, 
doch  ist  dies  nicht  völlig  sicher. 

Bei  den  Ciliaten,  welche  durch  Sekretion 
entstandene  Hüllen  oder  Gehäuse  bewohnen, 
bleibt  ein  Sprößling  in  dem  Gehäuse,  der 
andere  bildet  ein  neues.  Pellikulare  Hüllen 
werden  geteilt  und  von  jedem  Teilsprößling 
die  fehlende  Hälfte  neu  gebildet  (Fig.  2). 
Mit  der  Teilung  des  Körpers  geht  die  der 
Kerne  in  der  oben  geschilderten  Weise  Hand 
in  Hand.  Die  ersten  Anzeichen  der  Teilung 
sollen  nach  einigen  Angaben  an  den  Kernen, 
nach  anderen  am  Plasmakörper  zu  bemerken 
sein.  Teilung  in  einer  Cyste,  welche  bei  anderen 
Protozoen  sehr  verbreitet  ist,  kommt  bei  den 
Infusorien  relativ  selten  vor;  sie  ist  im 
wesentlichen  auf  primitive  Holotriche  und 
Parasiten  beschränkt ;  es  findet  Zwei-,  Vier-  und 
sukzessive  Zweiteilung  statt;  zuweilen  unter- 
bleibt Cystenbildung,  an  Stelle  derselben 
tritt  einfache  Abkugelung.  Von  parasitischen 
Formen  (Nyctotherus-  und  Balantidium- 
arten)  wurde  neuerdings  simultane  Viel- 
teilung in  freischwimmendem  Zustande  be- 
schrieben. Das  Verhalten  der  Kerne,  sowie 
der  ganze  Vorgang  scheint  noch  nicht  völlig 
aufgeklärt.  —  Die  einigen  festsitzenden  (peri- 
trichen)  Ciliaten  (Spirochona  und  Ver- 
wandten) zukommende  Knospung  ist  nur 
als  Modifikation  der  Teilung  aufzufassen, 
doch  ist  die  sich  loslösende  Knospe  zunächst 
von  dem  Muttertier  noch  recht  verschieden 
und  die  meisten  C^rgane  entstehen  nach  ihrer 
Festsetzung  durch  Neubildung.  Kentrocho- 
nopsis  vermehrt  sich  durch  multiple  Knos- 
pung. Durch  schnell  aufeinanderfolgende 
Teilung  ohne  Ablösung  findet  Kettenbildung 
statt  (iVstomata  [Cepede]:  Anoplophrya, 
Haptophrya  s.  Figur  11  B  Benedenia  usw.); 
auch  Kolonien  kommen  dadurch  zustande, 
daß  aus  der  Teilung  hervorgegangene  Indi- 
viduen in  organischem  Zusammenhang  blei- 
ben. Am  weitverbreitetsten  ist  die  Kolonie- 
bildung bei  den  Vorticelliden.  Die  Art  ihrer 
Ausbildung  soll  unter  Systematik  näher 
erörtert  werden. 

Die  Schnelligkeit  des  Verlaufs  der  Teilung 
und  der  Teilungsfolge  ist  bei  den  verschiede- 
nen Arten  verschieden,  für  jede  Art  unter 
den  gleichen  äußeren  und  inneren  Bedin- 
gungen konstant.  Eine  Beeinflussung  der 
Teilungsfolge  kann  durch  chemische  oder 
physikalische  Veränderung  des  Mediums  in 
verschiedener  Weise  herbeigeführt  werden: 


446 


Infusoria 


Schilddrüsenextrakt    in    geeif^neter    Lösung ' 
wirkt    fördernd    auf    die    Teilung,    Alkohol 
in     geringen     Dosen     und     auch     Kalium- 
phosphat  wirken    zunächst   anregend,    bald 
aber  tritt  Rückschlag,  bei  Alkohol  bis  unter 
die  Norm  ein.    Chinin  und  Harnsäure  wirken 
hemmend  auf  die  Teilungsfähigkeit,  ebenso 
die    von    den    Ciliaten    selbst    produzierten  j 
Exkretstoffe,    daher  ist  es  von  Vorteil,  sie  ! 
nicht  in  zu  kleinen  Flüssigkeitsmengen  zu  j 
kultivieren.      Am  leichtesten   läßt  sich  die  ■ 
Teilungsfolge  durch  Temperaturveränderung 
beeinflussen;    das    van  t'Hoffsche    Gesetz 
hat  hier,  ebenso  wie  bei  der  Pulsation  der 
kontraktilen  Vakuole  (S.  442)  seine  Gültig- 
keit.    Die  optimale  Teilungstemperatur  für 
Paramäcium  ist  24  bis  28"  C;  Temperaturen 
unter  21*^  und  über  31"  wirken  schädlich. 

Eine  Erklärung  für  die  Ursachen  des 
zyklischen  Verlaufs  der  Teilung  unter  nor- 
malen Bedingungen  w\ar  bisher  nicht  mög- 
lich. Daß  der  vielzitierte  Satz:  Teilung  trete 
ein,  wenn  die  Zelle  über  ihr  individuelles 
Maß  hinausgewachsen  sei,  nicht  zutrifft, 
erhellt  daraus,  daß  die  sich  zur  Teilung 
anschickenden  Individuen  einer  Art  sehr 
verschieden  groß  sein  können. 

Nach  Hertwig  und  seinen  Schülern  spielt 
die  sogenannte  Kernplasmarelation,  d.  h. 
das  Größenverhältnis  zwischen  Kern  und  Plasma 
eine  große  Rolle  hierbei.  Zwischen  zwei  Zell- 
teilungen tritt  ein  ]\lißverhältnis  zwischen  Kern 
und  Plasma  ein,  indem  der  Kern  gegen  d  is  Plasma 
im  Wachstum  ziu-ückbleibt;  ist  ein  Höhepunkt 
(Kernplasmaspannung)  erreicht,  so  gewinnt 
der  Kern  die  Ftähigkeit  auf  Kosten  des  Plasmas 
zu  wachsen,  und  die  hierbei  sich  vollziehenden 
Stoffumla gerungen  führen  zur  Teilung,  durch 
welche  die  Kernplasma-Norm  wieder  herge- 
stellt wird.  —  Versuche  haben  gezeigt,  daß  in 
der  Kälte  der  Kern  im  Verhältnis  zum  Plasma 
schneller  wächst  als  in  der  Wärme;  da  Ivälte 
auch  die  Teilungsrate  verlangsamt,  winde  dies 
mit  der  Theorie  in  Einklang  stehen,  doch  fehlt 
es  auch  an  Einwendungen  gegen  die  Theorie  nicht 
und  weitere  Untersuchimgen  sind  zu  ihrer  Be- 
stätigung nötig. 

Regeneration.  Wie  oben  erwähnt,  ist  mit 
jeder  Zellteilung  der  Ciliaten  eine  ziemlich  weit- 
gehende Regeneration  verknüpft;  denn  es  werden 
nicht  nur  die  jeder  Hälfte  fehlenden  Ürganellen 
neu  gebildet,  sondern  auch  die  vorhandenen 
müssen  in  vielen  Fällen,  den  Größenverhält- 
nissen des  Teilsprößlings  entsprechend,  umge- 
formt werden.  Daher  ist  es  nicht  merkwürdig, 
daß  auch  das  Regenerationsvermögen  nach  Durch- 
schneidung (Merotomie)  bei  verschiedenen 
Ciliaten  ein  recht  weitgehendes  ist.  Als  geeignete 
Objekte  erwiesen  sich:  Stentor,  Trachelius, 
Uronychia  und  einige  andere,  während  Para- 
mäcium relativ  schlecht  regeneriert;  doch  ver- 
halten sich  verschiedene  R  issen  verschieden  und 
die  Ursachen  lüerfür  sind  noch  nicht  genügend 
erkannt.  • —  Das  allgemein  gültige  Resultat  der 
bislicrigen  Versuche  kann  man  dahin  zusammen- 
fassen, daß  Regeneration  bei  zerschnittenen 
Ciliaten  nur  dann  eintritt,  wenn  das  Teilstück 


einen  Teil  des  Kerns  enthält.  Es  wurde  vorerst 
noch  nicht  genügend  darauf  geachtet,  ob  Teile 
des  .Makroiuikleus  genügen  oder  Anteile  beider 
Kerne  nötig  sind.  Einige  Beobachtungen  scheinen 
jedoch  zu  zeigen,  diß  zu  Zeiten  der  größten  Re- 
generationsfähigkeit (während  und  nach  der 
Konjugation  und  während  der  Teilung)  der 
^Makronukleus  allein  genügt,  während  kurz  nach 
der  Teilung  die  Regenerationsfähigkeit  herab- 
gesetzt ist  und  auf  Individuen  mit  ^fakro-  und 
Miki-onukleus  beschränkt  sein  soll.  Im  ersteren 
Falle  scheinen  den  Regeneraten  i\fikronuklei  fast 
stets  zu  fehlen.  Ein  vereinzelter  Fall  von  Regene- 
ration des  Alikronukleus  aus  dem  [Makronukleus 
wurde  schon  früher  (S.  445)  erwähnt. 

2b)  Konjugation.  Wir  sahen,  daß  die 
Vermehrung  der  Ciliaten  auf  ungeschlecht- 
liche Weise  vor  sich  geht  und  nicht  wie  bei 
den  Metazoen  durch  einen  Geschlechtsakt 
eingeleitet  wird.  Es  kommt  aber  auch  den 
Ciliaten  ein  Befruchtungsvorgang  zu,  und 
zwar  in  einer  Form,  welche  auf  die  Infusorien 
(Ciliata  und  Suctoria)  beschränkt  ist  und 
unter  dem  Namen  Konjugation  von  der  Be- 
fruchtung der  übrigen  Protozoen  — •  der 
Kopulation  —  unterschieden  wird.  Die 
Konjugation  besteht  in  einer  vor- 
übergehenden Verw^achsung  zweier 
erwachsener  Individuen  zum  Zwecke 
der  Befruchtung.  Die  Art  der  Ver- 
wachsung ist  je  nach  Lage  des  Mundes  ver- 
schieden, entweder  terminal  oder  seitlich, 
bei  Hypotrichen  zum  Teil  auch  ventral.  Die 
Ausdehnung  der  Verwachsungsstelle  wech- 
selt nicht  nur  bei  verschiedenen  Arten,  son- 
dern auch  bei  verschiedenen  Individuen 
einer  Art.  Der  Verlauf  der  Konjugation  ist 
nicht  bei  allen  Formen  gleichartig,  läßt  sich 
aber  auf  ein  gemeinsames  Schema  zurück- 
führen, welches  ich  meiner  Darstellung  zu- 
grunde legen  will.  —Nach  der  Verwachsung  der 
Konjuganten  entfernt  sich  der  Mikronuklens 
vom  Makronukleus  und  wächst  sehr  stark 
heran,  insbesondere  die  Kernmembran,  welche 
dann  einen  sehr  großen  Saftraum  umschließt. 
Er  nimmt  sichelförmige  Giestalt  an  und  um- 
wächst dabei  den  Makronukleus,  mit  dem  er 
in  diesem  Stadium  in  engster  Beziehung  zu 
stehen  scheint  (Fig.  16,  1).  Man  hat  dieses 
Stadium  Sichelstadium  genannt;  es  wurde 
bei  einer  großen  Zahl  von  Ciliaten  beobachtet 
und  führt  zur  Spindelbildung  der  ersten 
Teilung  des  Mikronuklens  (Fig.  16,  2,  been- 
dete 1.  Teil.),  welcher  sehr  bald  eine  zweite 
Teilung  folgt;  entweder  teilen  sich  beide  aus 
der  ersten  Teilung  hervorgegangenen  Teil- 
stücke oder  nur  eins  (Fig.  16,  3),  während 
das  andere  zugrunde  geht.  Es  sind  also  nach 
der  zweiten  Teilung  4  oder  2  Mikronuklei 
vorhanden,  im  ersteren  Falle  gehen  3  davon 
zugrunde,  im  letzteren  einer,  so  daß  stets  nur 
1  Mikronuklens  übrig  bleibt.  — •  Man  hat 
diese  beiden  Teilungen  der  Richtungskörper- 
chenbildung    des   Eies   verglichen,    und   bei 


Infiisoria 


447 


einigen  Formen:  (Didinium  nasutum,  Chilo- 
don  uncinatus,  Anoplophrya,  Opercularia  und 
Carchesium)  konnte  auch,  wie  dort,  eine 
Reduktion  der  Chromosomenzahl  nachge- 
wiesen   werden.    —    Der    zurückgebliebene 


Fig.    16.       Konjugation    von     Paramaecium 
bursaria.    Nach  Hamburger  1904.     Figuren- 
erklärung siehe  Text. 


Kern  teilt  sich  nun  in  jedem  Konjuganten 
nochmals  (Fig.  16,  4)  und  dieses  führt  zur 
Bildung  eines  sogenannten  stationären  oder 
weiblichen  und  eines  Wanderkerns  oder 
männlichen  Kerns  in  jedem  Konjuganten 
(Fig.  16,  5).  Letztere  wandern  in  den  anderen 
Konjuganten  (Fig.  16,  6  links)  und  ver- 
schmelzen mit  dem  stationären  Kern  zu 
einem  Konjugationskern  (Synkaryon,  Fig. 
16,  6  rechts);  durch  zweimalige  Teilung 
gehen  aus  diesem  4  ursprünglich  gleiche 
Kerne  hervor  (Fig.  16,  7),  von  welchen  sich 
im  einfachsten  Falle  2  zu  Mikronuklei,  2  zu 
Makronuklei  entwickeln  (Fig.  16,  8),  welche 
bei  der  ersten,  nach  der  Trennung  der  Tiere 
stattfindenden  Zellteilung  auf  die  beiden 
Teilprodukte  verteilt  werden,  während  der 
Makronukleus  zugrunde  geht,  entweder  nach 
vorheriger  Zerstückelung  oder  ohne  diese 
(Fig.  16,  9).  — ■  Die  auftretenden  Modifika- 
tionen betreffen  außer  den  Rückbildungs- 
vorgängen vor  der  Befruchtung  das  Ver- 
halten der  Kerne  nach  derselben.  Sehr  häufig 
finden  mehr  als  zwei  Teilungen  des  Syn- 
karyons  statt.  Von  den  daraus  hervorgehen- 
den Kernen  wird  zuweilen  nur  einer  zum 
Mikronukleus,  alle  anderen  werden  zu  Makro- 
nuklei umgebildet  (oder  zum  Teil  resorbiert) 
und  es  bedarf  dann  einiger  Zellteilungen,  um  die 
normalen  Verhältnisse  wieder  herzustellen.  — 
In  der  Reihe  der  ciliaten  Infusorien  hat 
diese  partielle  Konjugation  bei  den  fest- 
sitzenden Vorticelliden  sekundär  eine  Um- 


bildung zur  totalen  Konjugation  erfahren. 
Ein  Teil  der  konjugierenden  Individuen 
bleibt  an  den  Stielen,  während  andere  zwei 
schnell  aufeinanderfolgende  Teilungen  durch- 
machen, dadurch  auf  den  vierten  Teil  ihrer 
Größe  reduziert  werden,  sich  dann  von  den 
Stielen  loslösen,  einen  hinteren  Wimperkranz 
bilden  und  festsitzende  Individuen  aufsuchen, 
mit  denen  sie  verschmelzen.  Es  finden  jetzt 
die  von  den  übrigen  Ciliaten  bekannten  Tei- 
lungen in  beiden  Konjuganten  bis  zur  Ueber- 
wanderung  der  Kerne  statt;  es  wandert  je- 
doch nur  der  männliche  Kern  des  kleinen 
Konjuganten  in  den  großen  ein,  während 
der  weibliche  degeneriert,  ebenso  wie  der 
männliche  des  großen  Konjuganten.  Hier 
findet  also  nur  eine  Kernverschmelzung  im 
großen  Konjuganten  statt  und  der  Plasma- 
körper des  kleinen  Konjuganten  verschmilzt 
mit  ihm,  resp.  er  wird  zum  Teil  rückgebildet. 
Die  Wiederherstellung  des  Kernapparates 
verläuft  im  Prinzip  wie  bei  den  freischwim- 
menden Ciliaten.  —  Daß  diese  Art  der  totalen 
Verschmelzung  aus  der  Doppelbefruchtung 
der  übrigen  Ciliaten  hervorgegangen  ist, 
unterliegt  keinem  Zweifel.  Man  war  bisher 
geneigt,  diese  Umänderung  als  durch  die 
festsitzende  Lebensweise  der  Vorticelliden 
bedingt  zu  erklären,  was  wohl  auch  zutrifft. 
Daß  es  jedoch  nicht  der  einzig  mögliche  Weg 
ist,  um  die  Konjugation  festsitzender  In- 
fusorien zu  ermöglichen,  lehren  vor  allem 
die  später  zu  erwähnenden  Suctorien  (s. 
S.  453),  sowie  die  Spirochonen  (gleichfalls 
festsitzende  Peritrichen),  bei  denen  eine 
zweite  Art  der  totalen  Konjugation  vor- 
kommt. Hier  verschmelzen  zwei  nebenein- 
andersitzende gleichgroße  Individuen,  in- 
dem das  eine  sich  von  seinem  Stiel  loslöst 
und  von  dem  anderen  gewissermaßen  ver- 
schlungen wird;  über  das  Verhalten  der 
Kerne  ist  nichts  bekannt. 

Es  wurde  schon  oben  erwähnt,  daß  der  Ge- 
schlechtsakt bei  den  Infusorien  mit  der  Ver- 
mehrung nicht  in  direktem  Zusammenhang  steht 
und  keine  notwendige  Voraussetzung  für  dieselbe 
bildet.  Es  fragt  sich  nun:  wann  und  unter  welchen 
Bedingungen  tritt  Konjugation  ein?  Und  welche 
Rolle  spielt  sie  im  Leben  der  Infusorien?  Will 
man  die  große  Anzahl  der  ausgesprochenen  ]\[ei- 
nungen  kurz  zusammenfassen,  so  ergibt  sich  für 
die  Zeit  des  Auftretens,  daß  die  Pause  zwischen 
zwei  Konjugationen  sehr  verschieden  lang  sein 
kann  und  abhängig  ist  1.  von  inneren  Ursachen, 
2.  von  den  äußtu-en  Verhältnissen.  Die  inneren 
Ursachen  für  den  Eintritt  der  Konjugation  sollten 
nach  den  älteren  Autoren  in  der  sogenannten 
senilen  Degeneration  zu  suchen  sein,  welche 
darin  besteht,  daß  nach  einer  Periode  lebhafter 
Vermehrung  ein  Altern  eintritt:  eine  Rückbildung 
der  Organe  und  der  Lebensfunktionen,  welche 
nur  durch  Vermischung  mit  anderer  Plasma-  und 
Kernsubstanz  wieder  behoben  werden  kann.  — 
Neuere  Theorien  sprechen  von  einer  physiolo- 
gischen    Degeneration,    die    auch    als    De- 


448 


Infusoria 


pression  bezeichnet  wird  und  in  erster  Linie  auf  ein 
Mißverliältnis  zwischen  Kern  und  Plasma  (s.  Tei- 
lung, S.  446)  zurückgeführt  wird,  welche  so  weit 
vorgeschritten  ist,  daß  sie  durch  Teilung  nicht 
mehr  reguliert  werden  kann  und  schließlich  alle 
Funktionen  der  Infusorienzelle  schädlich  beein- 
flußt. Hunger,  Kälte,  Ueberfütterung  und  An- 
sammlimg  schädlicher  Bakterien  in  der  Kultur 
können  solche  Depressionen  herbeiführen.  Bei  allen 
derartigeu  Zuständen  kann  Konjngatioii  eintreten 
und  wenn  sie  ausbleibt,  ohne  daß  eine  andere 
Art  der  Regulation  herbeigeführt  wird,  gehen  die 
Infusorien  zugrunde.  In  künstlichen  Kulturen 
kann  man  daher  bei  gewissen  Ciliaten  Konju- 
gationen herbeiführen,  indem  man  sie  erst  bei 
Zimmertemperatur  reichlich  ernährt  und  dann 
hungern  läßt  und  in  eine  Temperatur  von  25" 
bringt.      Andererseits  kann   nuin   aber  auch  in 


stehen,    während    auch    sie    sonst    aussterben 
würden. 

3.  Reizerscheinungen.  Im  allgemeinen  be- 
schreiben die  frei  umher  schwimmenden  Ciliaten, 
soweit  die  Wimpern  gleichmäßig  über  die  Körper- 
oberfläche verteilt  sind,  unter  ständiger  Rotation 
um  die  Längsachse  eine  schraubenförmige  Bahn; 
diese  kommt  zustande  durch:  Vorwärtsbewegung 
und  Drehung  um  die  Körperachse  (verursacht 
durcli  schräg  nach  hinten  gerichtetes  Schlagen 
der  Körperwimpern)  und  durch  Abweichung  nach 
der  vom  IMund  abgewandten  Seite  durch  stärkeres 
Schlagen  der  asymmetrisch  angeordneten  Peri- 
stomwimpern.  (Dm'ch  verschiedene  Lage  und 
Ausbildung  des  Peristoms  treten  Modifikationen 
ein.)  Die  durch  die  Peristomwimpern  erzeugte 
Strömung  führt  den  Ciliaten  Proben  des  um- 
gebenden Mediums  zu,  Veränderungen  des  Me- 


Fig.  17 
Fig.    17.      Fluchtreaktion     von 


Fig.  18. 
Aus    Luhe. 


Nach 


Paramaecium.       Erklärung    im    Text. 
Jennings  1910. 
Fig.    18.       Schwimmbahn     von     Paramaecium     in    einem    positiv    chemotaktisch    wirkenden 
Flüssigkeitstropfen.     Nach  Jennings  1910. 


künstlichen  Kulturen  Degeneration  und  im  Zu- 
sammenhang damit  Konjugation  verhindern, 
indem  man  die  Infusorien  in  ihnen  zusagende 
äußere  Bedingungen  bringt.  Es  gelang  so  in 
5  Jahren  3029  Generationen  von  Paramäcium  zu 
züchten,  ohne  daß  Konjugation  eintrat  und 
dieses  Ergebnis  führte  zu  dem  Schluß:  das  Plasma 
einer  einzelnen  Zelle  sei  imstande,  sich  unendlich 
zu  vermehren  und  die  Konjugation  kein  primäres 
Attribut  der  lebenden  ;\Iaterie.  —  Welche  Rolle 
im  Leben  der  Infusorien  spielt  also  die  Konju- 
gation? Sie  führt  keine  Vermehrung  der  Tei- 
lungsrate herbei ;  denn  Parallelkulturen  von  Tieren, 
welche  konjugiert  hatten  und  solchen,  welche 
daran  verhindert  worden  waren,  zeigten,  daß  die 
letzteren  sich  schneller  vermehrten  als  die  ersteren 
luid  es  starben  auch  von  diesen  letzteren  eine 
große  Zahl;  die  aber,  welche  nach  der  Konju- 
gation weiter  lebten,  waren  lebenskräftiger;  sie 
überlebten  einen  Zustand,  den  sie  ohne  Konju- 
gation nicht  überleben  würden.  —  In  Kürze 
würde  nach  dieser  Auffassung  das  Ergebnis  der 
Konjugation  sein,  daß  sie  Variationen  hervor- 
bringt, eine  große  Anzahl  verschiedener  Kombi- 
nationen, von  denen  einige  besser  an  die  vor- 
handenen Lebensbedingungen  angepaßt  sind  als 
andere  und  daher  ungünstige  Bedingungen  über- 


diums  wirken  als  Reize,  welche  die  Bewegung 
der  Wimpern  beeinflussen  und  eine  Aenderung 
der  Bewegungsrichtung  herbeiführen.  Die  meisten 
äußeren  Rei  ze  rufen  eineF  1  u  c  h  t  r e  a  k  t i  o  n  hervor, 
d.  h.  die  Ciliaten  reagieren  zunächst  nur  auf 
ihnen  nicht  zusagende  Veränderungen  in  ihrer 
Umgebung  durch  Aenderung  der  Bewegungs- 
richtung; diese  kommt  dadurch  zustande,  daß 
z.  B.  ein  Paramäcium  (welches  meist  als  Ver- 
suchsobjekt diente),  bei  Berührung  mit  einem 
festen  Gegenstand  oder  beim  Eintritt  in  ein 
physikalisch  oder  chemisch  verändertes,  ihm  nicht 
zusagendes  Medium  den  Wimperschlag  umkehrt 
und  ein  Stück  rückwärts  schwimmt,  dann  steht 
es  still  und  beschreibt  durch  verlangsamte  Be- 
wegung der  Körperwirapern  und  beschleunigtes 
Schlagen  der  Peristomwimpern  mit  seinem  Vor- 
derende einen  möglichst  großen  Kreis,  um  so  aus 
dem  Bereich  der  Veränderung  herauszukommen 
(Fig.  17),  ist  dies  erreicht,  so  schwimmt  es  in  ge- 
wohnter Weise  weiter.  Auf  diese  Art  kommt  es 
allmählich  an  Orte  optimaler  Bedingungen.  Jeder 
chemische  Stoff  hat  ein  besonderes  Konzentra- 
tionsoptimum, liegt  das  Optimum  einer  Substanz 
beiO%,  so  wird  die  schwächere  Lösung  stets  vor 
der  stärkeren  bevorzugt  (wirkt  positiv  chemo- 
taktisch).    Fügt    man    z.    B.    einer   i2P™zen- 


Infusolia 


449 


tigen  NaGl-Lösung,  in  der  sich  Paramäcien  stärker  wirksamen  oder  es  findet  ein  Kompromiß 
befinden,  einen  Tropfen  VioPiozentige  Lösung  zwischen  beiden  Reizen  statt.  Kontaktwirkung 
zu,  so  diuThschwimmen  die  Paramäcien  diesen  ;  intei-feriert  mit  der  Wärmewirkung,  indem  sie 
Tropfen  und  reagieren  erst,  wenn  sie  an  einer  !  ihr  Eintreten  verzögert  bis  eine  viel  höhere  Tem- 
anderen  Stelle  seiner  Peripherie  wieder  mit  1 
der  i^prozentigen  Lösung  in  Berührung  kommen 
diuxh  eine  Fluchtreaktion;  sie  schwimmen 
so  in  Zickzacklinien  in  dem  Tropfen  umher, 
ohne  ihn  wieder  zu  verlassen  (Fig.  18).  Es  wird 
daher  allmählich  eine  Ansammlung  von  Para- 
mäcien in  dem  Tropfen  geringerer  Konzentration 
stattfinden.  Liegt  das  Optimum  bei  einer  be- 
stimmten Konzentration,  wie  bei  Sauerstoff  und 
Säiu^en,  so  schwimmen  die  Paramäcien  vom 
Wasser  in  den  Säiu-etropfen  und  sammeln  sich 
hier  an;  auch  die  selbst  ausgeschiedene  Kohlen- 
säure wirkt  positiv  und  veranlaßt  dadurch  grö 


Fig.    19.      Elektrische     Erregung     von     Para- 

maecium.      Schwingen  der  Wimpern,  wenn  A 

ßere    Ansaminlungen.    —    Wärme    beschleunigt,  i  das  Vorderende,  B  das  Hinterende  der  Kathode 

Kälte  verlangsamt  die  Bewegung,  beide  wirken  |  zugekehrt  ist.  Aus  Lang  (Luhe).  NachLudloff 


jedoch  auch  als  Reize  und  zwar  hat  jede  Species 
ihre  optimale  Temperatur;  bei  Paramaecium 
aurelia  und  Stentor  liegt  sie  zwischen  24  und  28"; 
sie  reagieren  also  beim  Uebergang  von  der  opti- 
malen Temperatur  in  niedere  oder  höhere  Wärme- 
grade durch  Fluchtreaktion.  Auf  gewöhnliches 
Licht  reagiert  Paramäcium  nicht,  auf  ultra- 
violettes negativ.    Stentor  coeruleus  entfernt  sich,    zuJögVii).' '  Ist'dirS^hwerkrrfrmTt  anTlCT^^^^^^ 


1895. 

peratur  erreicht  ist,  als  sonst  zur  Auslösung  des 
Reizes  notwendig  ist;  ebenso  verzögert  Kontakt- 
wirkung die  Wirkung  des  elektrischen  Stroms  (es 
bedarf  eines  2-  bis  3  mal  so  starken  Stroms  als 
bei  freischwimmenden  Tieren,  um  den  Reiz  aus- 


wenn  er  umherschwimmt,  von  der  Lichtquelle 
festsitzende  Exemplare  orientieren  sich  dagegen 
nicht  zum  Licht.  Kontaktreiz  interferiert  in 
diesem  Falle  mit  dem  Lichtreiz  und  hebt  ihn  auf. 
Auf  Berührung  mit  einem  festen  Körper  reagiert 
Paramäcium  je  nach  Stärke  des  Reizes  und 
dem  physiologischen  Zustand  des  Tieres  negativ 
oder  positiv  (Thigmotaxis).  Die  positive 
Reaktion  wirkt  so  stark,  daß  sie  die  Wirkung 


kombiniert,  so  bleibt  sie  stets  wirkimgslos.  Im 
allgemeinen  findet  bei  kombinierten  Reizen 
stets  Reaktion  auf  den  ersten  Reiz  statt,  wenn 
dieser  stark  genug  ist,  eine  solche  auszulösen;  zu- 
weilen kombinieren  sich  beide  Reize  und  manch- 
mal kehrt  der  eine  die  Wirkung  des  anderen  um 
(so  wird  z.  B.  die  Wirkung  des  elektrischen  Stroms 
in  Lösungen  von  Bariumchlorid  und  denen  fast 
aller  anorganischer  Salze  von  gewisser  Konzen- 


anderer  Reize  aufhebt.     In  einem  AVasserstrom  I  ^^.^^^j^j^  umgekehrt;  Calciumsalze  bilden  hiervon 
richtet  sich  das  vorderende  stromauiwärts  (po-  j  ^^^^  Ausnahme) 
sitive    Rheotaxis).      Unter  dem  Einfluß  der] 

Schwerkraft  nach  oben  (negative    Geotaxis),  |  m.  Suctoria  (Acineta). 

bei  Einwirkung  der  Zentrifugalkraft  stellt  sich  ,,        ,     ,      .  j   t^,       •    ,      ■  \ 

das  Vorderende  gegen  die  Richtung  der  Kraft'  i-  Morphologie  und  Physiologie.  la) 
ein;  diese  drei  zuletzt  erwähnten  Reize  wirken  Allgemeines.  Die  Morphologie  der  erwach- 
in  einer  bestimmten  Richtung  und  führen  daher  '  senen  Suctorien  läßt  sich  auf  ein  sehr  ein- 
auch  eine  bestimmte  Einstellung  des  Körpers  faches  Schema  zurückführen,  von  dem  die 
herbei,  was,  wie  wir  sahen,  bei  den  früher  ange- !  festsitzenden  Formen  nur  relativ  wenig  ab- 
führten nicht  der  Fall  war.  Ueber  die  Art,  wie  die  ]  reichen.  Wir  müssen  uns  diese  Grundform 
Wirkung  dieser  Reize  zustande  kommt^,  ist  man  j  ^^^g  ^j^^^j^  monaxonen,  auf  einem  nach  oben  zu 
noch  nicht  völlig  im  klaren.  Nicht  alle  Infusorien  i  ,    i  i      .•  ■,     .        c*^;„i   ..„i,«,.^]«.^     „+,tto 

verhalten   sich   gleich;    auch    bei   Paramäcium  i  ^elchartig  erweiterten  Stiel  ruhenden    etwa 


tritt  die  Wirkung  der  Schwerkraft  nur  bei  Ab' 
Wesenheit  der  meisten  anderen  Reize  ein.  Eine 
ganz  andere  Art  der  Wirkung  als  alle  bisher  be- 
schriebenen Reize  übt  der  elektrische    Strom 


kugeligen  Körper  vorstellen  (Fig.  20),  von 
dessen  apikaler  Oberfläche  allseitig  Fortsätze 
— •  die  Saugtentakeln  —  ausstrahlen,  welche, 
ebenso  wie  der  übrige  Körper,    von    einem 


aus.    Indem  er  bewirkt,  daß  der  Cilienschlag  an  :  dünnen  Häutchen  (Pellicula)  umgeben  sind, 


während  ihre  Achse  von  einem  Kanal  durch- 
zogen ist,  der  sich  bis  ins  Innere  des  Körpers 
erstreckt.'  Als  wesentliche  Bestandteile  des 
letzteren  sind  ferner  zu  nennen:   die  häufig 


der  Kathodenseite  umgekehrt  wird,  an  der 
Anodenseite  nicht  (Fig.  19),  übt  er  je  nach  der 
Anordnung  und  Kraft  der  Cilien  oder  wie  Jen- 
nings  sich  ausdrückt,  je  nach  der  Stärke  der 

beiden      gegeneinander      wirkenden      ., Aktions-  ,  i    -i    a'  i      i 

Systeme"  auf  verschiedene  Infusorien  verschiedene  ;  am  V  orderende  gelegene  kontraktile  \  akuoie 
Wirkung  aus.  Paramäcium  und  viele  andere  mit  einem  Exkretionskanal  und  Porus,  sowie 
Infusorien  schwimmen  zur  Kathode,  Opalina  zur  der  im  Endoplasma  gelegene  Makro-  und 
Anode   und    Spirostomum   stellt   sich   senkrecht ;  Mikronukleus. 

zur  Richtung  des  Stroms  ein.  Die  Wirkung  ist  i  ^  i  b)  Ektoplasma,  Pellicula  und  Ten- 
ubngens  je  nach  der  Stromstärke  verschieden.  ■  ^^^j^^^j^  (Nahrungsaufnahme).  Pellicula 
Eine  kataphorische  A\irkung  des  elektrischeir  ^  Ektoplasma  stimmen  in  ihrer  Entste- 
Stroms  wie  sie  andere  Theorien  annehmen,  scheint    .  i    !•  •  o..     i  4.  ■<-     i        ,1  „ 

nach  obigen  Untersuchungsergebnissen  ausge- '  hung  und  feineren  Struktur  mit  der  der 
schlössen.  Wirken  auf  Paramäcium  zwei  Reize  Ciliaten  überein ;  ein  Alveolarsaum  scheint 
gemeinsam,  so  reagiert  es  entweder  nur  auf  den    meist  gut   ausgebildet  zu  sein.      Bildungen 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.     Band  V.  '^" 


450 


Infusoria 


ganz  eigener  Art  dagegen  sind  die  Ten- 
takeln (Fig.  20  S).  Wie  schon  oben  erwälint, 
sind  sie  von  der  Pellicula  übtM-zogen  und  in 
ihrer  Achse  verläuft  ein  sich  zuweilen  bis  ins 


Fig.  20.  Suctorie  (Schema).  A  Alveolarsaum, 
CV  kontraktile  Vakuole,  G  Gehäuse,  K  Kanal, 
Ma  Makronucleus,  Mi  Mikronucleus,  S  Saug- 
tentakel, St  Stiel.   Nach  Lang,  etwas  verändert. 

Körperinnere  erstreckender  Kanal.  Das 
distale  Ende  ist  abgestutzt  (meiste  Ophryo- 
dendren),  verbreitert  (Ephelota  usw.) 
und  bei  den  bekanntesten  und  den  Typus 
am  besten  repräsentierenden  Formen  (Sphae- 
rophrya,  Podophrya,  Tokophrya,  Acineta) 
geknöpft.  Der  Raum  zwischen  der  Hülle 
und  dem  Kanal  ist  von  Plasma  erfüllt. 

Eine  zw^eite  Art  von  Tentakeln,  die  soge- 
nannten Greiftentakeln,  w^elche  nur  der  Gat- 
tung Ephelota  und  Verwandten  neben  den 
Saugtentakeln  zukommen  (Fig.  21  a),  sind  stets 
spitz  und  sollen  nach  neueren  Angaben  im 
Innern  nicht  hohl,  sondern  ebenso  wie  die 
Pseudopodien,  Flagellen  und  Cilien  von  einem 
Achsenfaden  durchzogen  sein.  Sie  dienen  nur 
zum  Ergreifen  der  Beute  und  scheinen  zu 
diesem  Zwecke  an  ihrer  Oberfläche  eine 
klebrige  Substanz  abzuscheiden.     Fast  alle 


Tentakeln  sind  relraktions-  oder  kontrak- 
tionsfähig; die  Ansichten  darüber,  wie  dies 
zustande  kommt,  gehen  noch  ziemlich  aus- 
einander. Während  bei  den  Saugtentakeln 
vielfach  die  Hülle  als  der  elastische,  das  Plasma 
als  der  kontraktile  Teil  angesehen  wird,  hat 
man  neuerdings  das  Ausstrecken  mit  Turgor- 
spannung  im  Tentakel  erklärt,  da  nach  dem 
Tode  ein  Zusammenziehen  eintritt.  Die  Zahl 
der  Saugtentakeln  steigt  von  einem  (Hypo- 
coma  und  Rhyncheta)  bis  100  und  mehr  bei 
Dendrosoma,  Dendrosomides  und  einigen 
Ophryodendren. 

Bei  den  wenigen  freischwebenden  P'ormen, 
sowie  den  zum  Teil  festsitzenden,  zum  Teil  frei- 
schwimmenden Podophryen  sind  die  Tentakeln 
gleichmäßig  über  die  Körperfläche  verteilt; 
sie  konzentrieren  sich  bei  den  meisten  stets 
festsitzenden  auf  die  vordere  Körperhälfte, 
wo  sie  entw'eder  zerstreut  oder  zu  Bündeln 
angeordnet  sind,  welche  bei  den  gehäuse- 
bildenden Formen  durch  schlitzförmige  oder 
runde  Oeffnungen  hervortreten.  Bei  hoch- 
entwickelten nackten'  Formen  stehen  die 
Tentakelbündel  häufig  auf  Hervorwölbungen 
des  Körpers  und  können  in  taschenartige 
Bildungen  zurückgezogen  werden.  Diese 
Hervorwölbungen  sind  morphologisch  mit  den 
Tentakelträgern  der  Ophryodendren  zu  ver- 
gleichen, welche  bei  den  höchst  entwickelten 
Formen  sehr  kontraktil  sind;  die  Tentakeln 
der  Ophryodendren  sind  an  ihnen  teils  im 
Kreise,  teils  fiederförmig  angeordnet(Fig.30,S). 
Das  Saugen  scheint  durch  wellenförmige  Kon- 
traktionen der  Tentakeln,  welche  von  der 
Spitze  zur  Basis  fortschreiten,  zustande 
zu  kommen.  Die  in  den  Körper  eingeführte 
Nahrung  ist  zunächst  in  großen  Klumpen  ver- 
eint, welche  sich  in  kleinere  teilen  und  erst 
jetzt  verdaut  werden.  Eine  bestimmte 
Stelle  für  die  Defäkation  wie  bei  den  Ciliaten 
wurde  bisher  nicht  beobachtet;  im  wesent- 
lichen scheinen  die  Vorgänge  der  Nahrungs- 
aufnahme und  Verdauung,  sowohl  bei  den 


A,    o 


(^s^>)\-yS^r% 


Fig.  2t.    Ephelota    gemmipara.    a  "mit  Saug-   und  Greiftent.ikeln.    b    in    Knospung.       Nach 

Ilertwie;. 


liifusoria 


451 


saugenden  als  auch  bei  tentakellosen  Formen 
(Enclosphaera)  die  gleichen  zu  sein  wie  bei 
den  entsprechenden  Ciliaten,  und  man  hat 
wohl  auch  mit  vollem  Recht  die  Tentakeln 
von  den  einfachsten  Mundbildungen  der 
Ciliaten  abgeleitet,  welche  sich  zum  Teil  in 
Einzahl  erhalten,  zum  Teil  bedeutend  ver- 
mehrt haben  (Fig.  22). 


Fig.  22.  Vermutliche  Ableitung  der  Saug- 
tentakeln vom  Mund  der  Ciliaten.  a  einfache 
Mundbildung  eines  Ciliaten,  c  Saugtentakel, 
b  hypothetisches  Zwischenstadium.  Nach  C ollin 
1912. 


ic)  Auch  die  kontraktile  Vakuole, 
deren  Lage  zu  der  Anordnung  der  Tentakeln 
oft  in  enger  Beziehung  steht,  zeigt  den  Cilia- 
ten gegenüber  keine  Besonderheiten;  sie  ist 
nach  dem  einfachsten  dort  beschriebenen 
Typus  gebaut  und  mündet  durch  einen 
Porus  oder  Kanal  nach  außen.  Bei  den  For- 
men, deren  Tentakeln  in  Bündeln  angeordnet 
sind,  liegt  die  einzige  Vakuole  median  und 
terminal,  bei  zerstreuter  Anordnung  der 
Tentakeln  ist  sie  rechts  und  nach  hinten  ge- 
rückt; am  Apikaiende  zerstreute  Vakuolen 
finden  sich  bei  Ephelota;  reihenförmig  grup- 
piert sind  sie  bei  Tokophrya  (Discophrya) 
ferrum-equinum,  unregelmäßig  zerstreut 
bei  Tokophrya  (D.)  steinii.  Bei  marinen 
Formen  ist  ihre  Entleerung  so  langsam, 
daß  sie  häufig  übersehen  wurde. 

id)  Stiel-  und  Hüllbildungen.  Nur 
relativ  wenige  Suctorien  sitzen  mit  der  ganzen 
Basalseite  (Trichophrya  Fig.  24,  einige 
Ophryodendren  Fig.  30)  oder  mit  einer  Haft- 
scheibe (Dendrocometes,  Stylocometes)  dem 
Substrat  auf;  bei  den  meisten  ist  ein  kürzerer 
oder  längerer  Stiel  ausgebildet,  welcher, 
ebenso  wie  der  der  Vorticelliden,  als  Ab- 
scheidungsprodukt  des  aboralen  Körper- 
endes anzusehen  ist.  Der  Stiel  ist  in  seiner 
ganzen  Länge  gleich  dick  oder  nach  oben  zu 
verdickt;  zuweilen  ragt  er  kuppeKörmig  in 
die  Körperbasis  vor  und  zeigt  hier  verschie- 
denartige Strukturen  (Fig.  25).  Der  Stiel 
selbst  kann  ganz  homogen  erscheinen  oder 
mehr  oder  weniger  deutlich  längsgestreift 
sein;  diese  Streifung  soll  ihren  Sitz  in  der 
äußeren,  die  Pellicula  unterlagernden  Schicht 
haben,  in  welcher  stäbchenartige  Bildungen 
vorkommen,  deren  Anordnung  auch  die  ver- 
schiedenartige Ausbildung  des  oberen  Stiel- 


teils bedingt.  Die  Hüll-  und  Gehäusebil- 
dungen stehen  denen  der  Cothurnien  unter 
den  Ciliaten  nahe;  sie  sind  in  ihrem  Bau  je- 
doch nicht  so  mannigfaltig;  die  relativ  wenig 
verbreiteten  ungestielten  Gehäuse  sind  flach 
schüsseiförmig  oder  umgekehrt  kegelförmig 
bei  Metacineta  mystacina  (welche  irrtümlich 
zu  den  gestielten  Formen  gerechnet  wird, 
da  hier  nur  das  Ciehäuse  sich  stielartig  ver- 
jüngt); es  umgibt  hier  den  ganzen  Plasma- 
körper und  hat  nur  6  spaltförmige  Oeff- 
nungen,  durch  welche  die  Tentakelbüschel 
hindurchtreten.  Die  gestielten  Gehäuse  sind 
scheibenförmig,  flach  napf-  bis  trichter-  und 
vasenförmig.  Bald  ist  der  Weichkörper  ganz 
von  dem  Gehäuse  umschlossen  (Acineta), 
bald  nur  zur  Hälfte,  bald  ruht  nur  die  Basal- 
fläche  auf  dem  Gehäuse ;  Skulpturen  kommen 
äußerst  selten  vor.  — ^  Cysten  sind  nur  als 
Dauercysten  entwickelt  und  zwar  nach  zwei 
verschiedenen  Typen.  1.  Die  Suctorie  zieht 
nur  ihre  Tentakeln  mehr  oder  weniger  ein 
und  umgibt  sich  mit  einer  Gallerthülle  (diese 
x\rt  der  Cystenbildung  ist  am  besten  von 
Ephelota  gemmipara  bekannt,  kommt 
aber  auch  bei  Arten  der  Gattung  Tokophrya 
(Discophrya)  vor,  wo  man  sie  bei  den  auf 
Wasserkäfern  lebenden  Formen  leicht  herbei- 
führen kann,  wenn  man  diese  aus  dem  Wasser 
nimmt.  2.  Es  findet  eine  völlige  xVbrundung 
des  Körpers  und  Rückbildung  der  meisten 
Organellen,  sowie  Ausscheidung  einer  charak- 
teristisch gebauten  häutigen  Hülle  statt,  z.  B. 
Podophrya  fixa.  Während  die  erstere 
Cystenbildung  wohl  nur  über  kürzer  an- 
dauernde Zustände  in  demselben  Medium 
hinweghelfen,  vertragen  die  letzteren  völliges 
Austrocknen  und  Ueberfülireu  in  ein  anderes 
Medium.  Ja  bei  Podophrya  fixa  ist  sogar 
Zwei-  und  Vierteilung  in  der  Cyste  beobachtet 
worden,  so  daß  sie  hier  also  auch  als  Fort- 
pflanzungscyste  funktioniert. 

le)  Kerne.  Die  Kernverhältnisse  wurden 
schon  in  der  Einleitung  als  charakteristisch 
für  die  ganze  Ciruppe  bezeichnet.  Es  ist 
dem  für  die  Ciliaten  Bemerkten  nur  wenig 
zuzufügen.  Der  stets  in  Einzahl  vorhandene 
Makronukleus  ist  ei-,  bandförmig,  hufeisen- 
förmig und  in  sehr  vielen  Fällen  geweihähnlich 
verästelt  (Fig.  21b).  Nebenkerne  sind  sehr 
häufig  in  Einzahl,  aber  zuweilen  auch  mehrere 
bis  sehr  viele  (Ephelota,  Ophryodendren)  vor- 
handen, im  allgemeinen  sind  sie  bläschen- 
förmig, nur  selten  an  den  Enden  zugespitzt. 

2.  Fortpflanzung  und  Entwickelung. 
2  a)  Teil  u  n  g  u  n  d  K  n  o  s  p  u  n  g .  D  ie  Ver meh- 
ruug  der  Suctorien  findet  in  sehr  wenigen 
Fällen  durch  gleichhälftige  Querteilung 
im  erwachsenen  Zustande  statt,  welche  bei 
den  Ciliaten  so  verbreitet  ist.  Sie  wurde  bei 
Hypocoma  näher  untersucht  und  stets  als 
Prototyp  hingestellt  (doch  hält  Co  11  in  diese 
Form    für    eine    nicht    weiter    entwickelte 

29* 


452 


Itifusoria 


Larvenforni,  bei  (leiieii  auch  sonst  Quer- 
teilung vorkoninio).  Bei  manchen  Formen 
finden  sich  Uebergänge  zur  Knospung 
resp.  ungleichhälitiger  Teilung,  so  bei 
den  Gattungen  Sj)haerophrya  und  Podo- 
phrya,  während  bei  allen  anderen  Formen 
stets  Knospung  stattfindet,  und  zwar  kann 
man  folgende  Arten  der  Kn()s|)ung  unter- 
scheiden: einfache  und  multiple  äußere 
Knospung  und  einfache  und  multiple  innere 
Knospung.  Die  äußere  Knos})ung  ist  die 
primitivere,  aus  welcher  die  innere  hervor- 
gegangen zu  betrachten  ist;  in  welcher  Weise 
soll  später  erörtert  werden.  Meist  liegt  die 
Knospungszone  in  schräger  Richtung;  es 
bildet  sich  am  vorderen  Pol  etwas  seitlich 


Vakuole  wandert  mit  und  mündet  nun  in 
diese  sogenannte  Bruthöhle  aus  (Fig.  25  B),  an 
deren  Basalwand  (ursprünglichem  Apikali)ol) 
die  Knospe  sich  in  der  oben  beschriebenen 
Weise  entwickelt.  Die  multiple  innere 
Knospung  kann  in  drei  verschiedenen  Formen 
erfolgen:  1.  durch  sehr  schnell  aufeinander- 
folgende einfache  Knospung  (Dendrosoma), 

2.  durch  wiederholte  Teilung  der  ])riinären 
Knospe     (Ophryodendron     abietinum), 

3.  durch  simultane  Vielteilung  (Tricho- 
phrya   salparum  (Fig.  24). 

2b)  Die  Gestalt  der  Schwärmer  ist 
im  einfachsten  Falle  monaxon  mit  mehreren 
äquatorialen  Wimperkränzen,  also  nach  dem 
peritrichen  Typus,  wie  bei  Tokophrya  (Fig. 


Fig.  23. 


Fig.  24. 


Fig.  25. 


Fig.  23.     Paracineta   patula.     Aenßere  Knospung.     Nach  C ollin  1912. 

Fig.  24.     Trichophyra    salparum.     Multiple  innere  Knospung.    Nach  Collin  1912. 

Fig.  25.     Tocophrya    cyclopum  var.   actinostyla.     Einfache    innere    Knospung,    Tentakeln 

fortgelassen.      B  Briithöhle,  CV  kontraktile  Vakuole,  E  Embryo,  Ma  IMakronucleus,  S  Sangnapf, 

W  Wimperkränze.    Nach  Collin  1912. 


eine  Hervorwölbung,  auf  welcher  Cilienreihen 
sichtbar  werden;  der  Hauptkern,  der  sich 
hier  wie  bei  der  Teilung  der  Ciliaten  erst 
kondensiert  hat,  tritt  in  diese  Hervorwölbung 
ein  und  bald  schnürt  sich  die  ganze  so  ent- 
standene, meist  eiförmige  Knospe  (oder  der 
Schwärmer)  mit  zahlreichen  äquatorialen 
Cilienreihen  ab  (Metacineta  mystacina, 
Paracineta  patula,  Fig.  23).  In  prin- 
zipiell gleicher  Art  geht  die  multiple  äußere 
Knospung  vor  sich,  nur  daß  hier  das  ganze 
vordere  Körperende  sich  in  Knospen  um- 
wandelt (Ephelota  gemmipara,  Fig.  21b).  — ■ 
Die  wurmförmigen  Iiulividuen  der  Ophryo- 
dendren  (Fig.  30)  und  nahe  verwandter 
Genera  bilden  sich  gleichfalls  durch  äußere 
Knospung.  Im  systematischen  Teil  soll 
Näheres  darüber  bemerkt  werden.  —  Die 
innere  Knospung  ist  aus  der  äußeren 
dadurch  entstanden  zu  denken,  daß  sich 
der  apikale  Pol  nach  innen  einsenkt  und  so 
der  Knospungspol  nach  iniuni  verlegt  wird. 
Auch   die   ursprünglich   terminal   mütulende 


25);  am  vorderen  Pol  wurden  etwas  seitlich 
einige  steife  Borsten  gefunden,  welche  als 
rudimentäres  Peristom  angesprochen  werden. 
Durch  Biegung  des  Körpers  wird  die  An- 
ordnung der  Cilienreihen  schräg  und  die  Ge- 
stalt bilateral  symmetrisch.  Die  früher  als 
holotrich  beschriebenen  Schwärmer  sind 
als  modifizierte  peritriche  mit  sehr  vermehrter 
Zahl  der  Cilienreihen  aufzufassen.  Sehr 
interessante  weitere  Modifikationen,  z.  B. 
solche,  welche  mit  Trichodina  viel  Aehnlich- 
keit  aufweisen,  können  hier  aus  Mangel  an 
Raum  keine  Berücksichtigung  finden;  nur 
die  sehr  abweichend  gebauten  Schwärmer 
der  p]phelota  gemmipara  seien  noch  erwähnt; 
sie  haben  etwa  die  Gestalt  einer  Kaffee- 
bohne, siiul  hyj)0trich  bewimpert  mit  10  bis 
15  konzentrisch  angeordneten  elliptischen 
(Cilienreihen.  Der  Festheftungspol  ist  schon 
früh  durch  eiiuMi  Saugnapf  gekennzeichnet 
und  fehlt  nui'  (hm  mit  der  ganzen  Basalseite 
festsitzenden  Können.  Er  ist  stets  von 
strahlig    differenziertem     Plasma    umgeben 


Infusoria 


453 


(Fig.  25,  S).  üeber  die  Orientierung  der  Knospe 
zum  erwachsenen  Tier  gehen  die  Ansichten 
noch  auseinander.  Während  man  früher 
eine  gleichsinnige  Orientierung  mit  dem 
Mutterorganismus  annahm,  wird  jetzt  zum  Teil 
angegeben ,  daß  die  Achse  des  Schwärm- 
sprößlings senkrecht  auf  der  des  erwachsenen 
Tieres  stehe,  oder,  daß  die  Achse  des  erwach- 
senen Tieres  in  dem  Sprößling  unter  einem 
Winkel  gebogen  erscheine,  üie  Beurteilung 
ist  dadurch  erschw'ert,  daß  beim  Uebergang 
in  den  festsitzenden  Zustand,  sowie  bei 
Anlage  der  Tentakeln  eine  Verschiebung 
der  Organe  und  dadurch  eine  Umordnung 
der  Achse  stattfindet. 

Unter  ungünstigen  Verhältnissen  (z.  B. 
Häutung  der  Wirtstiere)  gehen  zuweilen  ganze 
erwachsene  Tiere  in  den  Schwärmerzustand 
über;  bei  denen,  welche  äußere  Knospen 
bilden,  bleibt  nur  Stiel  und  Gehäuse  zurück, 
der  Plasmakörper  verwandelt  sich  in  einen 
Schwärmer;  bei  denen  mit  innerer  Knospung 
geschieht  es  ganz  in  der  Weise,  in  der  sich 
auch  normal  Schwärmer  bilden,  nur  geht 
der  ganze  Kern  und  Plasmakörper  in  den 
Schwärmer  über  (s.  Fig.  26).    Physiologisch 


Plasmakörper  stattfindet,  indem,  soweit 
bekannt,  von  dem  einen  Tier  die  rechte,  von 
dem  anderen  die  linke  Körperhälfte  ein- 
geschmolzen wird.  Das  Verhalten  der  Kerne 
bei  der  partiellen  Konjugation  ist  nicht  ge- 
nügend bekannt;  das  Nähere  über  die  totale 
Konjugation  s.  Figur  27.  Im  ganzen  erinnert 
diese    Konjugation   sehr  an   die   der    Spiro- 


a  b  e 

Fig.  26.     Tokophrya  cylopum.     Vollständige 
Umbildung  in  einen  Schwärmer,  a  Beginn  der  Ab- 
schnürung,   b  Schwärmer  in  der  Mutterhülle,   c 
verlassene  Mutterhülle.     Nach  Co  Hin  1912. 

ist  dieses  Verhalten  der  Schwärmerbildung  der 
Vorticellen  zu  vergleichen,  wenn  es  auch  mor- 
phologisch nicht  ganz  damit  übereinstimmt. 
2C)  Konjugation.  Trotzdem  die  Suc- 
torien  festsitzende  Individuen  sind,  findet 
fast  stets  Verbindung  zweier  gleichgroßer 
erwachsener  Individuen  statt,  die  sich  ganz 
wie  bei  den  Ciliaten  lateral  oder  apikal  ver- 
einigen, häufig  durch  Aussendung  eines 
Plasmafortsatzes,  der  in  verschiedener  Weise 
entstehen  kann.  Bas  Resultat  der  Vereini- 
gung kann  entweder  eine  partielle  Konju- 
gation nach  iVi't  der  meisten  Ciliaten  sein 
(Tokophrya  [Discophrya]  elongata, 
Acineta  tuberosa  und  papillifera  usw.); 
in  diesem  Falle  werden  die  Plasmafortsätze 
nach  der  Befruchtung  wieder  eingezogen. 
Oder  eine  totale  Konjugation,  bei  der 
sich  das  eine  Tier  von  seinem  Stiel 
loslöst  und   eine  Verschmelzung;  der  beiden 


Fig.    27.     Tokophrya 
cyclopum.  Totale 

Konjugation,    a  Beginn 
der  Verschmelzung, 

b  2.  Teilung  der  Micro - 
nuclei;  das  eine  Tier  ist 
vom  Stiel  losgerissen, 
c  l^lasmakörpcr  und  kon- 
traktile Vakuolen  fast 
ganz  verschmolzen,  Mi 
Konjngationskern  (Syn- 
karyon),  Ma  alte  Ma- 
Nach  Collin  1912.  Etwas  schemati- 
siert. 


chona  (S.  447).  —  Verschmelzung  ungleicher 
Individuen,  sehr  ähnlich  der  der  Vorticelliden, 
wurde  bei  Ephelota  gemmipara  beobachtet 
(Fig.  28),  doch  ist  bisher  unbekannt,  ob  das 
kleinere  Individuum  einen  Schwärmerzu- 
stand   durchmacht  wie   bei  diesen  oder  ob 


Fig.   28.      Ephelota  gemmipara.      Konjuga- 
tionsstadium.   Nach  Collin  1912. 


454 


Infusoria 


es  sich  nur  von  seinem  Stiel  losgerissen  hat, 
wie  oben  beschrieben  wurde.  Ueber  die 
Kernverhältnisso.  insbesondere  die  Zahl  der 
Teilunijen  vor  der  Kernversclnnolzung,  ist 
niclits  Näheres  bekannt.  Das  Verhalten  des 
Makronukleus  scheint  im  allgemeinen  dem 
der  Ciliaten  zu  entsprechen;  bei  Dendro- 
conietes  sollen  die  Makronuklei  vorübergehend 
konjugieren,  dann  aber  ebenso  wie  bei  den 
übrigen  Infusorien  zugrunde  gehen. 

IV.  Systematik  der  Infusorien  (C  i  11  o  p  h  o  r a). 
1.  Unterklasse  Ciliata. 

Wcähi-end  ihres  ganzen  Lebens  mit  Cilien  be- 
deckt (s.  auch  Einleitung  S.  435),  Zellmund  vor- 
handen oder  sekundär  rückgebildet,  Vermehrung 
duiTh   Querteilung  (abweichend  Peritricha). 

1.   Ordnung.     Holotricha. 

Wimpern  gleichartig  ausgebildet,  höchstens 
im  Umkreise  des  Mundes  etwas  differenziert,  aber 
nie  Membranellenbildung,  Verteilung  der 
Wimpern  verschiedenartig,  entweder  gleichmäßig 
über  den  Körper  verteilt,  oder  nur  auf  die  zum 
Teil  sehr  reduzierte  Bauchseite  beschränkt,  oder 
als  ein  oder  zwei  gürtelförmige  Wimperringe  den 
sonst  nackten   Körper  umziehend  (Didinium). 

1.  Unterordnung.  Holotricha  gymno- 
stomata.  Mvmd  gewöhnlich  geschlossen,  Schlund 
stets  unbewimpert,  aber  häufig  von  stützenden 
Stäbchen  (Trichiten  oder  Reusen)  umgeben.  — 
Die  Kernverhältnisse  sind  in  dieser  Gruppe  noch 
nicht  vöhig  konstant;  bei  einigen  Formen  treten 
Nebenkerne  nm-  vor  und  während  der  Konju 
gation  auf;  da  vorerst  nicht  mit  Sicherheit  zu 
ersehen  ist,  wie  weit  primitive  oder  dmxh  Para- 
sitismus rückgebildete  Verhältnisse  vorliegen, 
scheint  es  geraten,  vorerst  bei  der  systematischen 
Einteilung  darauf  noch  nicht  Rücksicht  zu  neh- 
men. —  Die  einfachsten  Formen,  monaxon  mit 
terminalem  Mund  (Ichthyophtirius,  Trache- 
locerca,  Enchelys),  zuweilen  peUikulare  Hüll- 
bildungen (Coleps,  Fig.  2,  Tiarina).  Abge- 
plattete Formen  mit  Rüsselbildung  (Loxodes, 
Trachelius,  Fig.  9,  Dileptus)  bilden  den 
Uebergang  zu  ventraler  Verlagerung  des  Mimdes 
(Nassula)  und  auf  die  Bauchseite  beschränkte 
Bewimperung,  mit  der  häufig  eine  wenigstens 
zeitweise  laäechende  Vorwärtsbewegung  im  Zu- 
sammenhang steht  (D  y  s  t e  r  i  a ,  T  r  o  c  h i  1  i  a  usw. ). 

•2.  Unterordnung.  Holotricha  trichosto- 
mata.  Mund  gewöhnlich  offen,  stets  ventral. 
Schlund  stets  bewimpert  oder  mit  undulierenden 
Membranen  versehen,  verschieden  ausgebildet,  zum 
Teil  kurz  grubenartig  (Frontonia,  Colpidium) 
oder  länger  röhiig  (Paramäcium,  Fig.  10, 
Urocentrum);  Mund  mehr  oder  weniger  nach 
hinten  verlagert  (("inetochilum,  Isotricha). 
Bei  einigen  parasitischen  Formen  ist  der  Mund 
und  Schlund  ganz  zurückgebildet,  diese  werden 
häufig  als  dritte  Unterordnung  zu  der  Gruppe 
der  Astomata  vereinigt  (Anoplophrya,  Hop- 
litophrya  usw.)  imd  dann  Opalina  wegen 
ihrer  Fortpflanzung  und  ihrer  sonstigen  primi- 
tiven Organisationsverhältnisse  an  den  Anfang 
der  Holotrichen  gestellt. 

2.  Ordnung.     Heterotricha. 

Mit  stets  wohl  ausgebildeter,  aus  Membra- 
nellen zusammengesetzter  adoraler  Zone; 
der  übrige  Körper  ist  teils  gleichmäßig  bewimpert, 


teils   ist    die  Bewimperung    mehr   oder   weniger 
rückgebildet. 

1.  Heterotricha  s.  str.  Körperbewimperung 
gut  ausgebildet:  Nyctotherus,  Balantidium 
(Parasiten);  Stentor  (Fig.  8),  Spirostomuni 
(Süßwasser);  Folliculina  (Meer). 

2.  Tintinnoidea.  Körperbewimperung  meist 
noch  an  der  ganzen  Körperoberfläche  entwickelt, 
Cihen  sehr  zart  und  kurz;  leben  in  Gehäusen  (s. 
diese),  im  Plankton  des  Süßwassers  und  vor 
allem  des  Meeres  sehr  verbreitet  und  artenreich. 

3.  Oligotricha  s.  str.  Körperbewimperung 
rückgebildet  oder  doch  nur  auf  bestimmte  Zonen 
des  Körpers  beschränkt  und  zu  Cirren  oder 
mcmbranellenartigen  Gebilden  verschmolzen. 
Strombidium  (noch  einige  zerstreute  Cilien  auf 
der  Körperoberfläche,  Trichocysten  in  charak- 
teristischer Anordnung),  Halteria  (mit  unregel- 
mäßig über  den  Körper  verstreuten  Borsten); 
ferner  gehören  hierher  eine  Anzahl  sehr  inter- 
essanter merkwürdig  gestalteter  Arten,  welche 
parasitisch  im  Magen  der  Wiederkäuer  leben: 
Ophryoscolex  (mit  einem  hufeisenförmigen 
Membranellejigürtel  hinter  dem  Peristom), 
E  n  1 0  d  i  n  i  u  m  (ohne  Körperwimpern). 

3.   Ordnung.  Hypotricha. 

Körper  dorsoventral,  abgeplattet.  Bauch 
flach,  Rücken  gewölbt.  Das  Peristomfeld  liegt 
ventral  in  nahezu  gleicher  Ebene  mit  der  Bauch- 
fläche. Adorale  Spirale  linksgewunden,  aus 
Membranellen  bestehend,  undulierende  Mem- 
branen häufig,  Schlund  fehlt  oft.  —  Die  der  Be- 
wegung dienenden  Wimpergebilde  sind  auf  die 
Bauchseite  beschränkt,  vielfach  zu  Cirren  um- 
gebildet, die  für  die  einzelnen  Arten  charakte- 
ristisch angeordnet  sind.  Auf  dem  Rücken  Tast- 
borsten. —  Bei  den  primitivsten  Formen  (Peri- 
tromus)  ist  die  Bauchbewimperung  gleichmäßig; 
zunächst  kommt  es  zur  Differenzieriuig  von 
Stirn-  mid  Aftercirren  (Urostyla,  Epiclintes, 
Stichotricha)  und  ferner  sondern  sich  die 
Baucheirren  von  den  Randeirren;  welch  letztere 
in  Reihen  angeordnet  sind  (Oxytricha,  Stylo- 
nychia  (Fig.   29).      Randeirren   bis  auf  einige 


Ȁor 


^^^^4^^  \AM-.-^- 


-Ma. 


Fig.  29.''Stylonychia.  A  After,  cV  kontraktile 
Vakuole,  Ma  Macrouucleus,  Mi  Micronucleus, 
1\1  Mund,  Na  Nahrungsvakuolen,  AC  After- 
cirren, BC  Baucheirren,  RC  Randeirren,  StC 
Stirncirren,  SB  Schwanzborsten,  TB  Tastborsten. 
Nach  Bütschli  1910. 


Tnfusoriii 


455 


wenige  reduziert,  Aftercirren  ansehnlich  (Eu- 
plotes,  Diophrys);  völlige  Reduktion  der 
Randeirren  (Aspidisca). 

4.   Ordnung.     Peritricha. 

Außer  der  Peristombewimperung  niu-  ein  bis 
mehrere  hintere  \Yimperkränze  verschiedener 
Ausbildung  vorhanden,  welche  bei  festsitzenden 
Formen  rückgebildet  sind  und  nur  zur  Zeit  des 
Umherschwärmens  zur  Ausbildung  kommen. 

a)Adorale  Spirale  linksgewunden.  Vor- 
derende trichterförmig  erweitert,  am  Innem-and 
des  Trichters  eine  Wimperspirale;  mit  einfacher 
Haftscheibe  festsitzend  (Spiroehona).  —  Ado- 
rale  Spirale  aus  Cilien,  Hinterende  zur  Haft- 
scheibe verbreitert,  die  mit  einem  Haftring  ver- 
sehen und  von  mehreren  undulierenden  Mem- 
branen umgeben  ist  (Lienophora). 

b)    Adorale     Spirale     rechtsgewunden. 

Freibewegliche  Formen  (U r c  e olari dae).  Hin- 
terer Wimperkranz  stets  ausgebildet,  zum  Krie- 
chen verwendet.  Innerhalb  desselben  pellikularer 
Haftring  verschiedenartiger  Ausbildung.  Ekto- 
parasitisch  auf  Süßwasser-  und  Meerestieren, 
zuweilen  auch  endoparasitisch  (Trichodina, 
Cyclochaeta). 

Festsitzende  Formen  (Vorticellidae).  Peri- 
stomscheibe  von  einer  Verdickung  des  Körpers 
(Peristomrand)  umgeben.  Adorale  Spirale  aus 
zwei  undulierenden  Membranen  gebildet. 

1.  Einfachste  Formen:  ohne  Stiel  oder 
Gehäuse  mit  Saugscheibe  festsitzend(Scyphidia). 

2.  Gestielte  Formen:  mit  kontraktilem 
Stiel.  Einzellebend  (Vorticella)  oder  kolonie- 
bildend: Carchesium  (Stielfäden  im  neuen 
Teilsprößling  werden  bei  der  Teilung  neugebildet, 
daher  unverbunden,  jedes  Tier  kontrahiert  sich 
selbständig),  Zoothamnium  (Stielfäden  durch 
dichotome  Teilung  in  kontinuierlichem  Zusam- 
menhang, Kontraktion  der  ganzen  Kolonie).  — 
Stiel  nicht  kontraktil.  Einzellebend  (Rhabdo- 
styla)  oder  koloniebildend:  Epistylis,  Ophry- 
dium  (Fig.  14)  in  Gallertgehäusen  (s.  diese,  S.  443). 

3.  Gehäusebildende  Formen,  in  Ge- 
häusen verschiedenster  Ausbildung  (Cothurnia, 
Lagenophrys). 

2.  Unterklasse.     Suctoria  (Acinetina). 

Nur  im  Larvenstadium  bewimpert.  Erwach- 
sene Formen  meist  festsitzend,  ohne  Mund,  Nah- 
rungsaufnahme durch  Saugtentakeln,  Vermeh- 
rung durch  Knospung,  nur  sehr  selten  durch 
Querteilung. 

Während  die  früheren  Systematiker  ihre  Ein- 
teilung zum  größten  Teil  nur  auf  die  Anatomie  der 
erwachsenen  Individuen  aufbauen  konnten,  da  die 
Fortpflanzung  noch  ganz  ungenügend  bekannt 
war,  haben  die  neueren  Ergebnisse  es  gestattet, 
die  Art  der  Knospung  und  den  Bau  der  Schwär- 
mer bei  der  Aufstellung  des  Systems  zu  berück- 
sichtigen. Doch  sind  erstens  auch  heut  unsere 
diesbezüglichen  Kenntnisse  noch  lückenhaft  und 
zweitens  gehen  die  Ansichten  darüber,  ob  die 
äußere  oder  innere  Knospung  als  primitive  an- 
zusehen ist,  noch  auseinander.  Sicher  scheint, 
diß  die  Organisationsverhältnisse  der  Schwärmer 
und  der  erwachsenen  Formen  sowie  der  Verlauf 
der  Konjugation,  soweit  bekannt,  viele  Anklänge 
an  die  Peritrichen  und  insbesondere  die  kontrak- 
tilen Vorticelliden  zeigen;  ob  dies  nur  Parallel- 
erscheinungen etwa  auf  Grund  gemeinsamer  Ab- 
stammung von  den  Hypotrichen  sind,  ob  sie  auf 
eine  direkte  Deszendenz  von  den  Peritrichen  hin- 


weisen, oder  endlich  zum  Teil  nur-  dmxh  gleich- 
artige biologische  Verhältnisse  erklärbar  sind, 
scheint  zurzeit  nicht  völlig  sicher  zu  entscheiden. 
Der  Mangel  an  Platz  erlaubt  niu-  einige  besonders 
charakteristische  Gruppen  zu  nennen. 

Vermehrung  durch  Querteilung:  Hypocoma 
mit  hypotrichen  Cilien  und  einem  Tentakel  (von 
C ollin  für  eine  im  Larvenzustind  verh.irrende, 
sich  Ephelota  anschließende  Form  gehalten). 

Einfache  äußere  Knospimg:  Podophrya 
mit  geknöpften  Tentakeln  auf  der  ganzen 
Körperoberfläche;  teils  frei,  teils  festsitzend. 
Sphaerophrya  zum  Teil  parasitisch  in  Infu- 
sorien. Paracineta  (Acineta)  limbata,  pa- 
tula  (Fig.  23)  usw. 

Multiple  äußere  lüiospung :  Ephelota 
gemmipara,  mit  Saug-  und  Greiftentakeln 
(Fig.  21a). 

Einfache  innere  Knospimg:  Stets  mit  Ge- 
häuse, Körper  komprimiert  mit  2  Tentakel- 
bündeln: Acineta.  1  bis  4  Tentakelbüschel:  To- 
cophrya  quadripartita,  Tocophrya  cyclopum 
(Fig.  25  und  27)  usw. ;  Tentakeln  über  das  ganze 
Vorderende  zerstreut:  Tocophrya  (Discophrj-a). 

Multiple  innere  Knospung:  Ohne  Stiel  und 
Gehäuse,  Tentakeln  auf  kurzen  Fortsätzen: 
Trichophrya  (Fig.  24)  (am  Kiemendarm  von 
Tunicaten),  Tentakeln  auf  langen  Fortsätzen: 
Dendrosoma,  Fortsätze  (Arme)  verzweigt,  am 
Ende  eines  jeden  ein  Tentakel:  Dendrocometes. 
Dendrosomides  (Gestalt  an  Dendrosoma  er- 
innernd), Rhabdophrya  und  Ophryoden- 
dron(Fig.30):  ausgezeichnet  durch  das  Auftreten 


Fig.  30.  Ophryodendron  sertulariae.  T  Ten- 
takelträger, W  wurmförmiges  Individuum.  Nach 
Hamburger  und  v.  Buddenbrock. 

von  wurmfürmigen  Individuen,  welche  durch 
äußere  Knospung  aus  tentakeltragenden  hervor- 
gehen und  sich  auch  selbst  durch  äußere  Knospung 
vermehren;  ferner  gehen  aus  ihnen,  sowie  den 
tentakeltragenden,  durch  innere  Knospung 
Schwärmer  hervor,  aus  denen  tentakeltragende 
Individuen  entstehen  sollen,  doch  wurde  dies 
bisher  nur  bei  den  letzteren  beobachtet.  Bei 
Dendrosomides  sollen  die  wurmförmigen  sich 
in  tentakeltragende   Individuen  umwandeln. 

V.    Biologie    und    geographische   Verbreitung 
der  Infusorien,  j 

Die  Infusorien  sind  Bewohner  des  Wassers 
und  zwar  naturgemäß  vorzugsweise  solchen 
Wassers,  welches  ihren  Lebensmöglichkeiten 
am  besten  entspricht.  Durch  ihre  Nahrung  sind 
die  meisten  von  ihnen  auf  Wasseransammlungen 
angewiesen,    die    verwesende    Stoffe    enthalten, 


456 


Inf  usoria  —  Ingenliousz 


welche  Bakterieneiitwickehuig  begünstigen,  und 
es  werden  dann  zuerst  die  von  Bakterien  lebenden 
Infusorien  geeignete  Lebensbedingungen  finden; 
wenn  diese  sich  reichlich  vermehrt  haben,  sind 
die  Vorbedingimgen  für  das  Erscheinen  der 
ciliatenverzehrenden  Formen  gegeben  und 
diese  werden  sich  auf  Kosten  (h'r  ersteren  an- 
siedebi.  Derartige  Lebensbedingungen  finden  sich 
in  kleinen  Tümpeln  und  vorübergehenden  Wasser- 
ansammlungen mit  verweseiulen  Tier-  und 
Pflanzenresten.  Die  speziell  im  Schlamm  solcher 
Gewässer  lebenden  Protozoen  wurden  von 
Lauterborn  als  ,,sapropelische  Lebewelt" 
zusammengefaßt;  eine  große  Zahl  zum  Teil 
neuer  sehr  interessanter  Ciliaten  wurden  unter 
solchen  Lebensbedingungen  gefunden. 

Auch  in  Dachrinnen  uiul  auf  Moorwiesen,  an 
stillen  Buchten  in  Flußläufen  und  an  der  seichten 
^leeresküste  zwischen  Algen  sind  Infusorien  ver- 
breitet. Einige  Gattungen  besonders  der  Hetero- 
trichen  (die  meisten  Tintinnoideen,  Folli- 
culina  usw.)  und  Peritrichen  (Zoothamnium), 
sowie  der  Suctorien{Ephelota  und  Ophryoden- 
dron)  finden  sich  nur  im  ^leere  und  die  Tintin- 
noideen speziell  haben  einen  sehr  wesentlichen 
Anteil  an  der  Zusammensetzung  des  Küsten-  und 
Hochseeplanktons.  Nicht  alle  im  Wasser  lebenden 
Infusorien  schwimmen  frei  umher;  einige  von 
ihnen  leben  auf  anderen  Organismen:  Tieren  und 
Pflanzen;  sie  benutzen  jedoch  diese  Wirte  meist 
um-  als  Wohnort  und  schädigen  sie  nicht;  teils 
sind  sie  festgewachsen,  wie  die  Vorticelliden,  die 
Suctorien  usw.,  teils  laufen  sie  auf  ihnen  umher, 
wie  die  auf  Hydren  lebenden  Trichodinen  und 
Oxytrichinen.  Einige  jedoch  scheinen  auch  die 
Nahrung  von  ihren  Wirten  zu  beziehen,  so  hat 
man  z.  B.  die  in  Ophryodendren  sich  findenden 
Nesselkapseln  als  von  den  Hydroiden,  auf  denen 
sie  leben,  stammend,  erkannt.  —  Die  endopara- 
sitischen  Infu  orien,  welche  sich  in  großer  Ver- 
breitung, besonders  im  Darm,  bei  fast  allen 
Klassen  des  Tierreichs  finden,  sind,  soweit 
bekannt,  ihren  Wirten  nicht  direkt  schädlich, 
wenn  sie  auch  zum  Teil  von  ihren  Körper- 
säften leben.  Zu  den  wenigen  pathogenen 
Formen  gehört  von  Ektoparasiten:  Ichthyo- 
p  h  t  i  r  i  u  s  m  u  1 1  i  f  i  1  i  i  s  ,  welcher  auf  "der 
Haut  unserer  Süßwasserfische  weißliche  Pusteln 
hervorruft,  die  den  Tod  der  Fische  herbeiführen 
können.  Von  Endoparasiten  gehört  das  im 
Schwein  harmlos  parasitierende  Balantidium 
coli  hierher,  welches  gelegentlich  in  den  Darm 
des  Menschen  gelangt  und  hier  Geschwüi-e  in  der 
Darmwand  hervorruft.  —  Auch  die  Infusorien 
selbst  sind  von  Parasiten  nicht  verschont.  Sehr 
merkwürdig  ist  das  Vorkommen  von  Nematoden 
in  dem  im  Darm  von  Hyrax  capensis  lebenden 
Ciliaten  Pi  c  n  o  t  h  r  y  x  m  o  n  o  c  y  s  t  o  i  de  s.  Das  Vor- 
kommen von  parasitischen  Suctorien  in  ciliaten 
Infusorien  (Stylonychia,  Paramäcium,  Nassula, 
Stentor,  Vorticella)  ist  auch  von  historischem 
Interesse,  weil  es  zur  Entstehung  der  Steinschen 
Acinetentheorie  Veranlassung  gab,  die  annahm, 
daß  diese  Suctorien  (auch  Acineten  gen.)  Em- 
brj^onen  der  Ciliaten  seien.  —  Pflanzliche 
Parasiten  der  Ciliaten  und  Suctorien  sind  die 
Chytridien,  sowie  stäbchenförmige  Bakterien, 
die  in  Haupt-  und  Nebenkern  von  Paramäcium 
parasitieren. 

Die  geographische  Verbreitung  der  In- 
fusorien ist  —  wie  jetzt  wohl  allgemein  ange- 


nommen —  eine  kosmopolitische.  Bis  vor  kui-zem 
meinte  man,  daß  die  Verbreitung  der  Dauerzu- 
stände der  Infusorien  (Cysten)  durch  die  Luft 
hierbei  eine  wesentliche  Rolle  spiele;  die  neuesten 
experimentellen  Untersuchungen  haben  jedoch 
gezeigt,  daß  man  diesen  Faktor  sehr  überschätzt 
hat,  d:i  die  Cysten  sich  stets  auf  einer  festen  Unter- 
lage (organischen  Zerfallsprodukten)  bilden  und 
zu  schwer  sind,  um  durch  den  Wind  transportiert 
zu  werden.  Es  scheinen  daher  hauptsächlich 
Wasservögel  und  Insekten  für  den  Transport  in 
Betracht  zu  kommen,  wenn  auch  vorerst  ex- 
perimentell hierüber  nichts  ermittelt  wurde. 

Literatur.  F.  Blochmann,  Die  mikrosko^nsche 
Tierwelt  des  Süßwassers.  Abt.  I  Protozoa,  Avfl.  2. 
Hamhvrg  1S95.  —  O.  Bütschli,  Protozoa. 
Abt.  III  Infusoria.  Bronns  Kl.  u.  Ordn.  d. 
Tierr.,  Bd.  %,  1887  bis  1889.  —  Derselbe, 
Vorlesungen  über  vergleichende  Anatomie,  Lief.  1. 
Leipzig  1910.  —  C.  Cäpede,  Eecherches  sur  les 
Infusoires  astomes.  Arch.  Zool.  exp.  et  gen. 
Ser.  5,  Bd.  3,  1910.  —  E.  Clajiarede  et 
J.  Lachmann,  Etudes  sur  les  Infusoires  et 
les  Rhizop^odes.  Geneve  1858  bis  1861.  —  B. 
Collin,  Etil  de  monographique  sur  les  Acinetiens. 
IL  Morphologie,  Physiologie,  Systematique.  Arch. 
Zool.  exp.  et  gen.,  Bd.  51,  1912.  —  F.  Uoflein, 
Lehrbuch  der  Protozoi  nkunde,  Aufl.  8.  Jena 
1911.  —  Chr.  G. Ehrenberg,  Dieinfusionstierchen 
als  vollkommene  Organismen.  Leipzig  1838.  — 
C.  Hamburger  und.  v,  Buddenbrook, 
Nordische  Ciliata.  Nordische  Suctoria.  Nord. 
Plankton  XIII  Kiel  1911  und  1913.  —  H.  S. 
Jennings,  Das  Verhalten  der  niederen  Orga- 
nismen. Uebersetzt  v.  E.  Mangold.  Leipzig 
1910.  —  Derselbe,  The  Effect  of  Conjngation 
in  Paramaecium.  Journ.  Exp.  Zool.,  Bd.  14, 
1913.  —  W.  S.  Kent,  A  Manual  of  the  In- 
fusoria. London  1880  bis  1882.  —  Ä.  Lang, 
Lehrbuch  der  vergleichenden  Anatomie  der  wirbel- 
losen Tiere.  2.  Lieferung  Protozoa,  2.  Aufl. 
Jena  1901.  —  Derselbe,  Handbuch  der  Morpho- 
logie, Bd.  I  Protozoa  von  31  ax  Luhe.  Lief.  I. 
Jena  1913.  —  E.  Maupas,  Le  rajeunissement 
kariogamique  chez  les  Cilies.  Arch.  Zool.  exp. 
et  gen.,  Ser.  II,  Bd.  VII,  1889.  —  O.  F.  Müllei', 
Animalcula  Infusoria  fluviatilia  et  marina  etc. 
Hafniae  1786.  —  S.  v.  Prowazek,  Eiiführung 
in  die  Physiologie  der  Einzelligen  (Protozoen). 
Leipzig  1910.  —  JF.  Stein,  Der  Organismus  der 
Infusionstiere.     Bd.   I  und  II,  18-59  und  1867. 

Clara  Hamburger. 


Ingeiihousz 

Jan. 

Geboren  zu  Breda  in  Holland  am  8.  Dezember 
1730.  Ueber  sein  Leben  ist  nur  Lückenhaftes 
bekannt.  Am  31.  Dezember  1754  wurde  er 
als  Student  in  Leiden  inskribiert.  Er  war  dann 
als  praktischer  Arzt  in  Holland  und  England 
tätig.  1768  erhielt  er  einen  Ruf  nach  Wien, 
um  die  Kinder  der  Kaiserin  ]\Iaria  Theresia 
zu  impfen.  Er  erhielt  dort  für  seine  Dienste 
den  Titel  llofrat  und  Leibarzt  der  kaiserlichen 
Familie.    177:^  wurde  er  zum  selben  Zweck  nach 


limenhousz  —  Insekten 


457 


Italien  zum  Erbprinzen  von  Toscana  und  seiner 
Schwester  berufen.  Nach  Wien  zurückgekehrt 
ergab  er  sich  ganz  wissenschaftlichen  Arbeiten 
und  stand  allseits  auch  bei  Kaiser  Joseph  in 
hoher  Achtung.  Nach  einigen  Jahren  zog  er 
nach  Holland  zurück,  von  wo  er  Frankreich 
und  Deutschland  besuchte.  Im  Jahre  1797 
begab  er  sich  nach  England,  um  dortige  Aerzte 
wegen  seiner  angegriffenen  tiesundheit  zu  kon- 
sultieren und  Start)  am  7.  September  1799  in 
Bowoodpark  nahe  London.  Er  hat  sich  durch 
zahlreiche  medizinische  und  naturwissenschaft- 
liche Schriften  verdient  gemacht.  Am  berühm- 
testen wurde  seine  Entdeckung,  daß  die  Pflanzen 
dauernd  kohlensaures  Gas  abgeben,  und  daß 
nur  die  grünen  Blätter  und  Triebe,  und  allein 
im  Sonnen-  oder  hellen  Tageslicht,  Sauerstoff 
aushauchen.  Er  hat  also,  die  Bemühungen 
Priestleys  fortsetzend,  die  Kohlenstoffassimi- 
lation und  die  Atmung  entdeckt  und  war  sich 
der  Getrenntheit  beider  Prozesse  wohl  bewußt. 
Schon  in  der  ersten,  dem  Gaswechsel  der  Pflanzen 
gewidmeten  Schrift ,, Experiment  upon  vegetables 
discovering  their  great  power  of  purifying  th? 
common  air  in  sunshine  and  of  injuring  it  in 
the  shade  and  at  night"  (1779)  hatte  er,  wie  der 
Titel  zeigt,  die  Bedingungen  der  Sauerstoff- 
abscheidung  im  Gegensatz  zu  Priestley  richtig 
erkannt,  das  Verständnis  für  den  inneren  Zu- 
sammenhang der  Tatsachen  war  ihm  aber  erst 
seit  Widerlegung  der  Phlogistontheorie  durch 
Lavoisier  möglich,  wie  er  in  seiner  1796  englisch 
erschienenen  und  1798  auch  deutsch  veröffent- 
lichten, von  A.  v.  Humboldt  eingeleiteten 
Schrift  ,, lieber  die  Ernährung  der  Pflanzen 
und  Fruchtbarkeit  des  Bodens"  auseinander- 
setzte. 

Literatur.     J.    Wiesner,   Jan  Iv  gen-  Houss. 
Sein  Leben  und  sein   Wir'ken.      Wien   1905. 

W.  Rtihland. 


Insekten. 


I.  Die  Klasse  der  Insekten.  II.  Morphologie 
und  Physiologie.  1.  Aeußere  Erscheinung: 
a)  Gliederung  des  Körpers,  b)  Kopf,  c)  Brust, 
d)  Hinterleib,  e)  Entoskelett.  f)  Skulptur  und 
Färbung  der  Haut,  g)  Lautapparate,  h)  I)-- 
morphismus  und  Polymorphismus.  2.  Innerer 
Bau:  a)  Leibeshöhle,  b)  Haut,  c)  Muskelsystem, 
d)  Verdauungs-  und  Exkretionsorgane.  e)  At- 
mungsorgane, f )  Kreislauforgane,  g)  Temperatur, 
h)  Fettkörper,  Oenocyten,  Perikardialzellen. 
i)  Leuchtorgane,  k)  Nervensystem.  1)  Sinnes- 
organe, m)  Geschlechtsorgane.  III.  Fortpflan- 
zung. 1.  Keimzellen.  2.  Begattung.  3.  Partheno- 
genese. 4.  Pädogenese.  5.  Polyembryonie.  6. 
Eiablage.  7.  Embryonalentwickelung.  8.  Nach- 
embryonale Entwickelung.  IV.  Biologie.  V. 
Systematik.       VI.     Geographische    Verbreitung. 

I.  Die   Klasse  der   Insekten. 

Die  Insekten  gehören  dem  großen  Stamm 
der  Arthropoden  oder  Gliederfüßler  an. 
Die  Arthropoden  sind  bilateral  symmetrische 


Tiere,  mit  einem  aus  Chitin  bestehenden 
Hautskelett,  heteronom  segmentiertem  Kör- 
per und  gegliederten  Extremitäten.  Sie  zer- 
fallen in  drei  Unterstämme:  die  Teleio- 
ceraten  (oder  Crustaceen.  Branchiaten, 
Krebstiere),  2.  die  Cheliceraten  (oder 
Arachnoideen,  Spinnentiere),  3.  die  Atelo- 
ceraten  (oder  Tracheaten,  Antennaten). 
Die  letzteren  umfassen  die  Tausendfiiße  s.  lt. 
und  die  Insekten;  sie  sind  den  beiden  anderen 
Unterstämmen  gegenüber  durch  folgende 
Merkmale  ausgezeichnet:  Kopf  mit  einem 
Paar  Fühler  (nur  ganz  selten,  bei  den  Pro- 
turen,  fehlend)  und  mit  drei  Paaren  Mund- 
gliedmaßen. Körper  in  2  oder  3  Regionen 
zerlegt.  Atmung  durch  Tracheen.  Mittel- 
darm ohne  Leber.  Exkretionsorgane  in 
Ausstülpungen  des  Hinterdarraes  (Malpiglii- 
sche  Gefäße)  bestehend.  —  Die  Ateloceraten 
lassen  sich  in  zwei  Gruppen  zerlegen,  näm- 
lich 1.  die  Progoneaten:  die  Auführwege 
der  Geschlechtsdrüsen  münden  vorn  am 
Rumpf,  hinter  dem  2.  oder  3.  Beinpaar,  und 
2.  die  Opisthogoneaten:  die  Ausführwege 
der  Geschlechtsdrüsen  münden  hinten  am 
xAbdomen,  vor  dem  Analsegment.  Zu  den 
Progoneaten  gehören  die  Symphyla, 
Pauropoda  und  Diplopoda;  zu  den 
Opistogoneaten  die  Chilopoda  und  die 
Insecta  (oder  Hexapoda).  Die  Klassen  der 
Chilopoden  (Hundertfüße)  und  Insekten 
lassen  sich  folgendermaßen  unterscheiden: 
bei  den  Chilopoden  ist  der  Körper  nur  in 
zwei  deutlich  gesonderte  Regionen  (Kopf 
und  Rumpf)  geteilt  und  der  Rnmpf  besitzt 
meist  zahlreiche  Segmente,  die  fast  sämtlich 
mit  gegliederten  Extremitäten  versehen 
sind;  bei  den  Insekten  ist  der  Körper  stets 
in  drei  Regionen  gesondert,  Kopf,  Brust 
(Thorax)  und  Hinterleib  (Abdomen);  der 
Thorax  besitzt  drei  Paare  gut  ausgebildeter 
Bewegungsextremitäten,  während  das  Ab- 
domen meist  der  Extremitäten  entbehrt. 


II.    Morphologie  und  Physiologie. 

I.  Aeußere  Erscheinung.  i  a)  Glie- 
derung des  Körpers.  Um  die  Gliederung 
des  Insektenkörpers  richtig  zu  beurteilen, 
müssen  wir  auf  die  embryonalen  Anlagen 
zurückgreifen  (Fig.  1).  Danach  haben  wir 
zwei  morphologisch  verschiedene  Elemente  zu 
unterscheiden,  nämlich  einerseits  das  vor 
der  Mundöffnung  gelegene  extremitätenlose 
Kopfstück  oder  iVcron  und  das  hinter  der 
xAfteröffnung  gelegene  ebenfalls  extremitäten- 
lose Schwanzstück  oder  Telson,  und  anderer- 
seits 19  zwischen  diesen  beiden  gelegene 
homonome,  mit  je  einem  Paar  Extremitäten 
versehene  Segmente.  Von  diesen  19  Segmenten 
gehen  5  in  die  Bildung  des  Kopfes  ein,  3  in 
die  Bildung  der  Brust,  während  die  rest- 
lichen 11  auf  das  Abdomen  entfallen.     Die 


458 


Insekten 


weit2;ehendsten  Umbildungen  erleiden  die 
Kopt'segmente,  indem  sie  teilweise  ihre  ur- 
sprüngliche Lage  und  Form  verändern,  und 
auch  ihre  Extremitäten  teils  stark  umbilden, 
teils  gänzlich  verlieren.  Die  ersten  zwei  Seg- 
mente rücken  vor  resp.  über  dieMundüflnung, 
so  daß  nur  noch  drei  Segmente  (die  Mandibel 


gelegene  Mundöffnung  und  das  auf  der  Hinter- 
seite gelegene  llinterhauptsloch,  durch  welche 
die  Speiseröhre,  das  Nervensystem  usw.  in 
den  folgenden  Brustabschnitt  übertritt. 
Die  Trennung  des  Hinterhauptsloches  von 
der  Mundöffnnng  wird  durch  eine  Kehl- 
l)latte  (Gula)  und  Teile  der  Unterlippe  be- 
wirkt. Bei  niederen  Insekten  bleibt  die  Gula 
frei  oder  verschmilzt  mit  der  Unterlippe,  bei 
höheren  bildet  sie  durch  Vereinigung 
mit  den  Seitenteilen  des  Kopfes  eine  Brücke 
zwischen  denselben.  Trotz  der  engen  An- 
lagerung resp.  Verschmelzung  der  in  die 
Kopfbildung  eingegangenen  Segmente  läßt 
sich  auch  am  fertigen  Kopf  die  Zusammen- 
setzung meist  noch  gut  erkennen,  und  zwar 
an  den  Nähten,  welche  die  Kopf  kapsei  in 
verschiedenen  Richtungen  durchziehen  und 
dieselbe  in  mehrere  Regionen  teilen,  von  denen 
die  dorsal  und  vorn  gelegenen  als  Scheitel 
(Vertex),  Stirn  (Frons),  Kopfschild  (Clypeus) 
und  Oberlippe  (Labruni),  die  seitlich  gelegenen 
als  Wangen  (Genae  und  Postgenae),  und  die 
hinten  resp.  ventral  gelegenen  als  Hinter- 
haupt (Occiput)  und  Kehle  (Gula)  unter- 
schieden werden  (Fig.  2).    Mitunter  geht  die 


Fig.  1.  Schematische  Darstelhing  der  em- 
bryonalen Segmentierung.  A  junges,  B  älteres 
Stadium.  Zwischen  Acren  und  Telson  liegen 
19  Segmente,  von  denen  5  auf  den  Kopf,  3  auf 
die  Brust,  und  11  auf  das  Abdomen  entfallen. 
A(a)  After,  M  Mund,  Ant  Fühler,  Kj-g  Kiefer 
1  bis  3,  Bi-3  Brustbeine  1 — 3.  Aus  Escherich 
Forstinsekten. 


und  Maxillensegmente)'  hinter  der  Mund- 
öffnung verbleiben.  Die  Brust  läßt  dagegen 
ihre  Zusammensetzung  aus  drei  Segmenten 
bei  allen  Insekten  noch  deutlich  erkennen, 
sowohl  an  dem  Vorhandensein  der  drei 
dazugehörigen  Extremitäten  (Beine)  als  auch 
an  den  Segmentgrenzen.  Die  Abdominal- 
segmente bleiben  ebenfalls  meist  deutlich 
gegeneinander  abgegrenzt,  verlieren  aber  größ- 
tenteils ihre  Extremitäten;  nur  das  11.  Seg- 
ment behält  bei  einer  Reihe  von  Insekten 
gut  ausgebildete  Extremitäten  in  Form  von 
langen  fühler-  oder  zangenförmige  Anhängen 
(Cerci)  bei.  Bei  den  meisten  Insekten  sind 
jedoch  auch  diese  verloren,  wie  auch  die 
Zahl  der  Abdominalsegmente  mehr  oder 
weniger  reduziert  wird. 

I  b)  Der  Kopf.  Der  Kopf  stellt  eine  starre, 
meist  sehr  kräftig  chitinisierte  Kapsel  dar, 
welche  zwei  Oeffnungen  besitzt:  die  ventral 


A  B 

Fig.  2.  Regionen  der  Kopfkapsel  (Per iplaneta), 
A  von  vorn,  B  von  der  Seite.  —  V  Scheitel, 
Fr  Stirne,  Cl  Clypeus,  W  Wange,  Hi  Hinter- 
haupt, Ob  Oberlippe,  Md  Mandibel,  Mx  Maxille, 
Mxt  MaxiUartaster,  Le  Lobus  externus,  Ul 
Unterlippe,  Ult  Unterlippentaster,  Oc  Ocellen, 
Ant  Fühler.     Nach  Berlese.     Aus  Escherich. 

Teilung  noch  weiter,  so  daß  man  eine  Vorder- 
und  Hinterstirne  (Prä-  und  Postfrons),  ferner 
einen  Ante-  und  Postclypeus,  ein  Ante- 
und  Postlabrum  unterscheiden  kann.  Am 
Labrum  ist  die.  Unterseite  gewöhiüich  durch 
eine  faltenartige  Bildung  ausgezeichnet,  die 
als  Epipharynx  bezeichnet  wird.  An  der 
Bildung  der  Kopf  kapsei  nehmen  auch  die 
Augen  teil,  vor  allem  die  Seitenaugen,  die 
mitunter  so  groß  werden  können,  daß  der 
größte  Teil  des  Kopfes  von  ihnen  einge- 
nommen wird  (z.  B.  bei  den  Libellen,  oder 
einigen  Dipteren  usw.),  während  die  übrigen 
Regionen  stark  reduziert  sind.    Die  Stellung 


Insekten 


459 


des  Kopfes  gegen  den  folgenden  Körper- 
abschnitt ist  entweder  so,  daß  die  Mnnd- 
gliedmaßen  ventralwärts  und  die  Stirne  nach 
vorn  (hypognath),  oder  so,  daß  die  Mundglied- 
maßen nach  vorn  und  die  Stirn  dorsalwärts 
gerichtet  ist  (prognath). 

Trotz  seiner  Zusammensetzung  aus  Acron 
und  fünf  Segmenten  besitzt  der  Kopf  nur 
vier  Gliedmaßenpaare,  von  denen  das 
vorderste,  die  Fühler  oder  Antennen,  als 
Sinnesorgan  dient,  während  die  drei  folgenden 
zur  Ergreifung  und  Aneignung  der  Nahrung 
dienen  und  als  Mundgliedmaßen  bezeichnet 
werden., —  Die  Fühler  liegen  vor  resp.  über 
der  Mundöffnung  und  sind  entweder  vor  den 
Augen  oder  an  der  Innenseite  derselben  oder 
auch  an  der  Außenseite  gelenkig  mit  der 
Kopfkapsel  verbunden.  Bezüglich  der 
Gliederung  herrscht  eine  schier  unerschöpf- 
liche Mannigfaltigkeit,  sowohl  was  die  Zahl 
der  Glieder,  die  von  2  bis  40  und  mehr 
schwanken  kann,  betrifft,  als  auch  deren 
Gestaltung.  Die  Glieder  können  entweder 
alle  annähernd  gleich  sein  (gleichartige  Fühler) 
oder  es  können  einzelne  Glieder  oder  Glieder- 
gruppen bedeutende  Formabweichungen  von 
den  übrigen  zeigen  (ungleichartige  Fühler). 
Im  ersteren  Fall  kann  man  je  nach  der  Aus- 
bildung der  einzelnen  Glieder  borstenförmige, 
fadenförmige,  perlschnurförmige,  gesägte,  ein- 
fach und  doppelt  gekämmte  oder  gefiederte 
usw.  unterscheiden.  Bei  den  ungleichartigen 
handelt  es  sich  meist  um  eine  Verbreiterung 
der  letzten  Glieder  ( Keulenbildung)  oder  um 
eine  Verlängerung  des  Grundgliedes,  wo- 
durch der  Fühler  in  zwei  Abschnitte,  Schaft 
und  Geißel,  zerlegt  wird.  Manchmal  sind 
auch  die  Endglieder  stark  reduziert  und 
verschmälert,  wie  bei  vielen  Fliegen,  bei 
denen  die  letzten  Glieder  zu  einer  Borste 
(Endborste)  rückgebildet  sind.  Die  Fühler 
sind  in  erster  Linie  Tast-  und  Geruchs- 
organ, doch  können  sie  noch  anderen  Funk- 
tionen dienen,  wie  z.  B.  bei  den  sozialen  In- 
sekten zur  gegenseitigen  Verständigung,  oder 
bei  einigen  Lepismatiden  als  Greiforgan  usw. 

Die  Mundgliedmaßen  zeigen  ent- 
sprechend der  ungeheuren  Mannigfaltigkeit 
der  Nahrung  der  Insekten  eine  große  Ver- 
schiedengestaltigkeit ;  je  nachdem  die  Nahrung 
fest  oder  flüssig  ist,  sind  die  Mundwerkzeuge 
zum  Kauen, Lecken,  Stechen  und  Saugen  einge- 
richtet. So  verschieden  diese  Typen  erschei- 
nen, so  lassen  sich  doch  überall  die  gleichen 
Komponenten  nachweisen.  Dem  ursprüng- 
lichen Zustand  am  nächsten  stehen  die  k  au  e  n  - 
den  oder  beißenden  Mundwerkzeuge, 
indem  bei  ihnen  die  drei  Extremitätenpaare  des 
3.  bis  5.  Kopfsegmentes  nocL  unschwer  zu 
erkennen  sind  (Fig.  3).  Das  vorderste  Paar 
stellt  die  Vorderkiefer  (auch  Oberkiefer  oder 
Mandibeln)  dar,  das  darauffolgende  die  Mittel- 
kiefer (auch  Unterkiefer  oder  Maxillen)  und 


das  dritte  Paar  die  Hinterkiefer  (auch  Unter- 
lippe oder  Labium).  Die  Vorderldefer  stellen 
einfache,  ungegliederte,  meist  äußerst  stark 
chitinisierte  Gebilde  dar.  deren  Innenrand 
gewöhnlich  mit  mehreren  Zähnen  bewaffnet 
ist.  Die  Form  ist  ungemein  wechselnd,  bei 
Raubinsekten  z.  B.  meist  lang  und  spitz, 
bei  den  Pflanzenfressern  dagegen  breit  und 
kurz.      Bei   manchen   Larven   sind  sie  zum 


Fig.  3.  Kauende  Mundgliedmaßen  der  Schabe 
(Periplaneta  orientalis).  —  Ir  Oberlippe,  md 
Mandibeln,  c  Cardo,  st  Stipes,  le  und  li  Lobus 
externus  und  internus,  pm  (p)  Palpus  der  Maxille 
(mx),  sm  Submentum,  m  Mentum,  gl  Glossen, 
pg  Paraglossen,  pl  Palpus  labialis  der  Unterlippe 
(la),  hy  Hypopharjaix.    Aus  Hertwig. 


Saugen  eingerichtet,  indem  sie  mit  einem 
feinen  Kanal  versehen  sind  (Dytiscus,  Lam- 
pyris).  Die  Vorderkiefer  dienen  in  der  Haupt- 
sache zum  Ergreifen  und  Zerreißen  der 
Nahrung,  doch  finden  sie  auch  zu  anderen 
Zwecken  Verwendung,  wie  zum  Wohnungs- 
bau, zur  Brutpflege,  Verteidigung  usw.  — 
Die  Mittelkiefer,  weit  weniger  kräftig  als 
die  Vorderkiefer  ausgebildet,  sind  in  mehrere 
Stücke  gegliedert:  die  Angel  (Cardo),  den 
Stamm  (Stipes),  die  beiden  Laden  (Lobus 
internus  und  externus)  und  die  mehr  (3  bis  5)- 
gliedrigen  Taster.  Die  letzteren,  bei  denen 
die  Beinnatur  noch  am  deuthchsten  er- 
halten ist,  entsprechen  allen  auf  die  Coxa 
folgenden  Beingliedern,  während  Angel  und 
Stamm  der  Coxa,  und  die  Laden  Coxal- 
anhängen  homolog  sind.  Die  iunere  Lade 
ist  stets  ungeghedert  und  an  ihrem  Innenrand 
mit  Zähnen,  Haaren  oder  Borsten  besetzt, 
während  die  äußere  zweighedrig  sein  kann, 


460 


Insekten 


oder  als  Galea  sich  über  die  innere  schützend 
legt.  Die  Funktion  der  Mittelkiefer  besteht 
teils  im  Zerivloiiiern  der  Nahrung,  teils  in 
der  Formung  des  Bissens,  teils  in  der  Aui'- 
suehung  und  Prüfung  der  Nahrung  (Taster) 
usw.  —  Die  Hinterkiefer  (Unterlippe)  lassen 
dieselben  Teile  wie  die  Mittelkiefer  erkennen, 
jedoch  sind  ihre  beiderseitigen  Stammstücke 
zu  unpaaren  Platten  verwachsen,  und  zwar 
die  beiden  (-ardines  zu  dem  Submetum  und 
die  beiden  Sti])ites  zu  dem  IMentum.  Meistens 
sind  auch  die  beiden  Innenladen  verwachsen 
zu  der  unpaaren  Zunge  oder  Glossa,  während 
die  paarig  gebliebenen  äußeren  Laden  als 
Nebenzungen  oder  Paraglossen  bezeichnet 
werden.  Die  Taster  der  Unterlippe  bestehen 
aus  1  bis  4  Gliedern  oder  können  auch  ganz 
fehlen.  Die  Unterlippe  hat  im  allgemeinen 
die  Bedeutung  eines  Hilfsorgans,  welches 
dazu   dient,   ein    Ausgleiten   der   Nahrungs- 


sm 


Fig.  4.    Leckende  Mimdgliedmaßen  der  Hummel 

(Bombus  terrestris).     Bezeichnungen   wie  in 

Fig.  3.     Aus  Hertwio;. 


brocken,  die  von  den  beiden  Kieferpaaren 
verarbeitet  werden,  zu  verhindern.  In  man- 
chen Fällen  ist  sie  besonderen  Funktionen 
angepaßt;  bei  Ameisengästen  z.  B.  ist  sie 
löffeiförmig*  gestaltet  zur  Aufnahme  von 
Futtersafttropfen,  bei  den  Libellenlarven  ist 
Mentum  und  Submentum  stark  verlängert 
und  gelenkig  miteinander  verbunden,  so  daß 
sie  als  Fangarm  verwendet  werden  kann.  — 
Auf  der  Innenseite  der  Unterhppe,  der  Mund- 
höhle zugekehrt,  liegt  die   Innenlippe  oder 


Hypopharynx,  welcher,  in  seiner  Ausbildung 
sehr  verschieden,  bei  manchen  Insekten  groß 
und  in  mehrere  Stücke  gegliedert  ist,  bei 
anderen  dagegen  klein,  einfach,  zapfenförmig 
oder  auch  ganz  rüclvgebildet  sein  kann.  Die 
Mundöffnung  der  kauenden  Insekten  wird 
also  von  folgenden  Skelettstücken  begrenzt: 
vorn  res]),  dorsal  von  der  Oberlippe  resp. 
dem  Epipharynx,  seitlich  von  den  Mandibeln 
und  den  Mittelkiefern,  und  hinten  resp. 
ventral  von  der  Unterlippe  resp.  dem  Hypo- 
pharynx. —  Den  kauenden  Mundwerkzeugen 
am  nächsten  stehen  die  leckenden  der 
Bienen  und  Hummeln  (Fig.  4).  Oberlippe 
und  Mandibeln  sind  überhaupt  nicht  ver- 
ändert, dagegen  sind  die  beiden  Maxillen 
(Mittelkiefer  und  Unterlippe)  stark  in  die 
Länge  gezogen ;  vor  allem  die  Zunge,  die  durch 
Einrollen  ihrer  Ränder  eine  Rinne  oder  ein 
Rohr  bildet.  Die  Nebenzungen  sind  wesent- 
lich kürzer  geblieben,  dagegen  sind  wieder 
die  Unterlippentaster  sehr  lang,  deren  ersten 
beiden  Glieder  beinahe  die  Länge  der  Zunge 
erreichen.  Bei  den  Mittelkiefern  sind  vor 
allem  die  beiden  zu  einem  lanzettförmigen 
Gebilde  verwachsenen  Laden  mächtig  ver- 
längert, während  die  Taster  stark  rück- 
gebildet sind.  Von  den  Stammstücken  sind 
nur  die  Stipites  und  das  Mentum  verlängert, 
während  die  Cardines  und  das  Submentum 
ganz  kleine  Skelettstücke  darstellen.  — ■ 
Weit  mehr  w^eichen  die  stechenden  und 
saugenden  Mundwerkzeuge  der  Dip- 
teren (Stechmücken)  von  dem  kauenden 
Typus  ab  (Fig.  5).  Sie  setzten  sich  in  der 
Hauptsache  aus  folgenden  Teilen  zusammen : 
1.  den  Stechborsten  zum  Verwunden,  2.  dem 
Gleitrohr  zur  Führung  der  dünnen  Stech- 
borsten, 3.  dem  Saugrohr  zur  Hebung  der 
aus  der  Wunde  fließenden  Flüssigkeit  und 
4.  dem  Speichelrohr  zur  Zuführung  ent- 
zündungserregender Speichelsekrete  zur 
Wunde.  Die  Stechborsten,  5  an  der 
Zahl,  entsprechenden  Mandibeln,  Maxillen 
und  dem  Hypopharynx,  welch  letzterer  zu- 
gleich das  Speichelrohr  enthält;  das  Gleit- 
rohr wird  gebildet  von  der  LTnter-  und  Ober- 
lippe, und  das  Saugrohr  größtenteils  von  der 
Oberhppe  in  Verbindung  mit  dem  Hypo- 
pharynx. Von  den  Tastern  sind  nur  die 
Maxillen  gut  ausgebildet.  —  Einiger- 
maßen ähnlich  liegen  die  Verhältnisse  bei 
den  Mundglied  maßen  der  Schnabel- 
kerfe, indem  auch  hier  der  meist  gegliederte 
Rüssel  (Gleitrohr)  von  der  Ober-  uncl  Unter- 
lippe gebildet  wird.  Dagegen  sind  nur  4 
Stechborsten  vorhanden,  von  denen  die 
beiden  äußeren  den  Mandibeln  und  die  beiden 
inneren  den  Maxillen  entsprechen.  Letztere 
besitzen  an  ihrer  Innenseite  2  Rinnen  und 
legen  sich  so  aneinander,  daß  zwei  getrennte 
R(")hren  entstehen,  das  Saug-unddas  Speichel- 
rohr.   Die  Taster  sind  fast  ganz  rückgebildet. 


Insekten 


461 


—  Gänzlich  verschieden  davon  ist  der  Saug- 
rüssel der  Schmetterlinge.  Da  .  die 
Schmetterlinge  nur  freiliegende  Säfte  Tauf- 
saugen,  sind  Stechborsten  unnötig,  und  so 
stellt  der  Rüssel  nur  hier  ein  einfaches  Rohr 
dar,  bestehend  aus  den  mächtig  in  die  Länge 
gezogenen  Innenladen  der  ersten  Maxillen, 
die  auf  der  Innenseite  rinnenförmig  ausge- 
höhlt, sich  der  Länge  nach  fest  aneinander- 
legen.  Alle  anderen  Teile  treten  dagegen 
zurück:  die  Mandibeln  sind  zu  unscheinbaren 
Höckern  reduziert,  Ober-  und  Unterlippe 
stellen  nur  noch  kleine  dreieckige  Stücke  dar, 


Fig.  5.  A  Kopf  einer  weiblichen  Stechmücke  mit 
auseinandergelegten  Mundteilen.  B  vergrößerter 
Querschnitt  durch  die  ]\Iundteile.  Ob  Oberlippe, 
Ul  Unterlippe,  Hyp  Hypopharynx,  ^Ix  Maxille, 
Mxt  Maxiilasaster,  Md  Mandibeln.  Nach 
Nitsche.     Aus  Escherich. 


welche  die  Lücken  an  der  Rüsselbasis  aus- 
füllen, und  von  den  Tastern  ist  meist  nur 
ein  Paar  gut  entwickelt  (entweder  die  Ma- 
xillar-  oder  die  Labialtaster). 

ic)  Die  Brust.  Bei  den  meisten  Insekten 
setzt  sich  die  Brust  aus  drei  Segmenten  zu- 
sammen: Vorderbrust  (Prothorax),  Mittel- 
brust (Mesothorax)  und  Hinterbrust  (Meta- 
thorax).  Jedes  Segment  trägt  ventral  ein 
wohlausgebildetes  Extremitäten})aar  (Beine), 
außerdem  kann  die  Mittel-  und  Hinterbrust 
dorsal  je  ein  Paar  Flügel  besitzen.  Jedes 
Segment  stellt  einen  geschlossenen  Ring  dar, 
der  aus  einer  dorsalen  und  ventralen  Platts 
(Tergum  und  Sternum)  und  den  diese  ver- 
bindenden Weichen  (Pleuren)  gebildet  wird. 
Zwischen  den  Pleuren  und  dem  Sternum 
sind  die  Beine,  zwischen  den  Pleuren  und  dem 
Tergum  die  Flügel  gelenkig  eingefügt.  Meist 
treten  an  den  einzelnen  Segmentstücken  se- 


kundäre Teilungen  auf,  vor  allem  an  den 
Terga  des  Meso-und;Metathorax,  w^as  mit  der 
daran  sich  anheftenden  Flügelmuskulatur  zu- 
sammenhängt. Wir  können  an  jedem  der 
genannten  Terga  nicht  selten  vier  durch 
Nähte  getrennte  Regionen  unterscheiden,  die 
(von  vorn  nach  hinten)  als  Präscutum, 
Scutum,  Scutellum  und  Postscutellum  be- 
zeichnet werden.  Auch  die  Pleuren  zerfallen 
!  gewöhnlich  in  zwei  durch  eine  deutliche  Naht 
I  getrennt,  hintereinander  gelegene  Stücke,  das 
Episternum  (vorn)  und  das  Epimerum 
(hinten).  Die  Bauchplatten  bleiben  meist 
einheitlich.  Bei  manchen  Insekten  (Hymeno- 
pteren)  tritt  zu  den  drei  typischen  Brust- 
segmenten noch  ein  viertes,  das  sogenannte 
Mediansegment,  w^elches  dem  ersten  Hinter- 
leibsring der  anderen  Insekten  entspricht. 
Dasselbe  tritt  erst  während  der  postembryo- 
nalen Entwickelung  mit  dem  Metathorax  in 
Verbindung,  um  den  hinteren  Abschluß  der 
Brust  zu  bilden.  —  Die  Brust  steht  ganz  im 
Dienst  der  Bewegungsextremitäten.  Wo  diese 
gleichmäßig  auf  die  Segmente  verteilt  sind, 
da  sind  die  Segmente  einander  annähernd 
gleichgebaut  (Lepisma,  viele  Larven  usw^.); 
wo  jedoch  einzelnen  Paaren  besondere  Leis- 
tungen zufallen,  sind  auch  die  dazugehörigen 
Segmente  besonders  ausgebildet  resp.  ver- 
größert. Auch  die  Art  der  Verbindung  der 
einzelnen  Segmente  ist  davon  deutlich  ab- 
hängig und  zwar  in  dem  Sinne,  daß  die  drei 
Brustringe  um  so  inniger  miteinander  ver- 
wachsen, je  mehr  die  Insekten  von  der  Lauf- 
zur  Flugbewegung  übergehen. 

Als  Anhänge  der  Brust  kommen  in 
Betracht  die  Beine  (echte  Extremitäten)  und 
die  Flügel.  Die  Beine,  normalerweise  in 
drei  Paaren  vorhanden,  sind  in  sechs  hinter- 
einandergelegene  Abschnitte  gegliedert: 
Hüfte  (Coxa),  Schenkelring  (Trochanter), 
Schenkel  (Femur),  Schiene  (Tibia),  Fuß 
(Tarsus)  und  Klauenapparat  (Prätarsus).  Die 
Hüfte  stellt  die  gelenkige  Verbindung  mit 
dem  Brustskelett  her;  sie  ist  meist  klein  und 
I  größtenteils  in  der  Gelenkpfanne  verborgen, 
sie  kann  aber  auch  einen  ansehnlichen  Um- 
fang annehmen  und  entweder  plattenförmig 
{  zwischen  den  Sterna  und  Pleuren  sich  ein- 
I  fügen  oder  stielförmig  vom  Sternum  ab- 
stehen. Bei  gewissen  primitiven  Insekten 
(Machilis)  tragen  die  Mittel-  und  Hinterhüften 
zienüich  große  griffeiförmige  Anhänge,  die 
als  Hüftgriffel  oder  Styli  bezeichnet  werden. 
Der  Schenkeh-ing  ist  meist  klein  und  einfach, 
nur  bei  einem  Teil  der  Hymenopteren  ist 
er  zw^eigliedrig.  Der  Schenkel  ist  fast  stets 
das  größte  und  dickste  Glied  des  Beines; 
enthält  er  doch  auch  die  hauptsächlichste 
Beinnuiskulatur.  Die  Schiene,  deren  Gelenk- 
verbindung mit  dem  Schenkel  als  ,,Knie" 
bezeichnet  wird,  ist  gewöhnlich  weit  schlanker 
und  an  ihrem  Ende  häufig  mit  einem  oder 


462 


Insekten 


mehreren  „Sporen"  bewaffnet,  die  mitunter 
in  Verbindiins;  mit  einem  TOinsclmitt  auch 
als  Putzapparat  dienen  IvömuMi  (bei  Ameisen). 
Der  Fuß  ist  in  den  meisten  Fällen  mehr- 
p;liedrig;  (drei-  bis  lTmi'f,diedrij>),  nur  selten 
eingliedrig  (CoUembolen,  Coceiden  (^(^,  Pe- 
dicuhden).  Der  Prätarsus  trägt  eine  bis  zwei 
Krallen;  zwischen  ihnen  sind  oft  verschieden 
geformte,  lappenförmige  Anhänge  gelegen, 
die  als  Haftorgan  zum  Laufen  auf  glatten 
Flächen  usw.  dienen  und  als  Empodium, 
Afterklaue,  Haftläppchen,  Onychium,  Pul- 
villus  usw.  bezeichnet  werden.  Der  großen 
Mannigfaltigkeit  in  der  Verwendung  ent- 
spricht die  Mannigfaltigkeit  der  Form;  die- 
selbe zeigt  sich  vor  allem  an  den  Vorder- 
beinen, die  als  Grabbeine  (Maulwurfsgrille), 
Raubbeine  (Gottesanbeterin),  Putzbeine 
(Schmetterlinge),  Haftbeine  usw.  ausgebildet 
sein  können.  Die  Hinterbeine  treten  uns 
ebenfalls  in  verschiedener  Gestalt  entgegen, 
als  Springbeine  mit  mächtig  verdickten 
Schenkeln  oder  als  Schwimmbeine  mit  ver- 
breiterten und  abgeflachten  Gliedern  oder 
als  Sammelbeine  usw. 

Die  meisten  Insekten  sind  Sohlengänger, 
d.  h.  treten  mit  der  Unterseite  des  Fußes  auf, 
nur  einige  der  niederen  Insekten,  sowie  die 
echten  Läuse  und  viele  Larven  stützen  sich 
auf  die  Krallen.  Die  Fußunterseite  ist  oft 
mit  einem  dichten  Haarbesatz  versehen 
(Sohlenbildung),  wodurch  der  Fuß  besser 
an  der  Unterlage  haftet;  besondere  glocken- 
förmig erweiterte  Hafthaare,  die  durch 
Muskelkraft  an  die  Unterlage  angepreßt 
werden  können,  sowie  die  schon  genannten 
Afterklauen  unterstützen  jene  Wirkung.  Die 
Bewegungsweise  der  Beine  beim  Laufen  geht 
in  folgender  Weise  vor  sich:  Es  wird  zuerst 
das  rechte  Vorder-  und  Hinterbein  zugleich 
mit  dem  linken  Mittelbein  vorgesetzt,  und 
sodann  während  der  Körper  vorwärts  ge- 
zogen resp.  geschoben  wird,  das  linke  Vorder- 
und  Hinterbein  zugleich  mit  dem  rechten 
Mittelbein.  Das  Insekt  ruht  also  beim  Laufen 
stets  auf  einem  für  das  Körpergleichgewicht 
durchaus  nötigen  Dreieck,  welches  gebildet 
wird  von  dem  Vorder-  und  Hinterbein  der 
einen  und  dem  Mittelbein  der  anderen  Seite, 
während  es  die  drei  übrigen  Beine  hebt  und 
nach  vorn  setzt.  Bei  Schwimmbewegungen 
werden  die  stark  abgeplatteten  Mittel-  und 
Hinterbeine  nach  iVrt  von  Bootsrudern  ver- 
wendet, indem  sie  bei  der  Bewegung  nach 
hinten  mit  breiten  Flächen  dem  Wasser  zu- 
gekehrt werden,  während  sie  bei  der  Zurück- 
bewegung so  gedreht  werden,  daß  die  schmale 
Kante  das  Wasser  schneidet.  Wo  Spring- 
bewegungen vermittels  der  Beine  ausgeführt 
werden  —  zum  Springen  können  auch  noch 
verschiedene  andere  Organe  verwendet  wer- 
den, wie  Abdominalgriffel  (Machilis),  Sprung- 
gabel (CoUembolen),  Mandibeln  (Ameisen  und 


Termiten)  oder  besondere  Vorrichtungen  an 
der  Vorder-  und  Mittelbrust  (Elateriden)  usw. 
—  geschieht  dies  in  der  Weise,  daß  die  in 
der  Ruhelage  dem  Schenkel  dicht  anliegenden 
Schienen  durch  plötzliche  Kontraktion  der 
mächtigen  Streckmuskeln  so  kräftig  gestreckt 
resp.  gegen  die  Unterlage  gestemmt  werden, 
daß  der  Körper  nach  vorn  und  oben  ge- 
schleudert wird. 

Die  Flügel  stellen  häutige,  flächenhaft 
ausgebreitete,  durch  ,, Adern"  oder  Rippen 
gesteifte  Anhänge  der  Mittel-  und  Hinter- 
brust dar,  welche  rückenständig,  zwischen 
Pleura  und  Tergum  beweglich  eingelenkt 
sind.  Sie  sind  keine  Extremitäten  in  mor- 
phologischem Sinne,  sondern  einfache  Haut- 
ausstülpungen, die  sich  sekundär  abgegliedert 
haben  unter  gleichzeitiger  Ausbildung  von 
Gelenken  (das  sind  eine  Reihe  dorsaler  und 
ventraler  Gelenkstücke,  von  denen  die  dor- 
salen jedenfalls  nur  Abgliederungen  der 
Hauptadern  darstellen).  Dieser  Entstehung 
nach  setzen  sie  sich  aus  einer  oberen  uncl 
unteren  Chitinlamelle  zusammen,  die  an  den 
Flügelrändern  ineinander  übergehen  und 
zwischen  denen  während  der  Bildung  der 
Flügel  die  zellige  Matrix  liegt.  Letztere 
schwindet  bei  den  fertigen  Flügeln  wieder 
und  die  beiden  Chitinlamellen  legen  sich 
dicht  aneinander,  so  daß  der  sie  trennende 
anfänglich  auch  von  Blutflüssigkeit  durch- 
strömte Hohlraum  stark  reduziert  wird,  bis 
auf  die  in  den  ,, Adern"  zurückbleibenden 
Kanäle,  welche  als  Bahnen  für  Nerven  und 
Tracheen  dienen.  Ueber  die  phylogenetische 
Entstehung  der  Flügel  sind  verschiedene 
Hypothesen  aufgestellt  worden,  von  denen 
die  bekannteste  die  Gegen baursche  ist, 
wonach  die  Hautausstülpungen  ursprünglich 
der  Atmung  dienten  und  demnach  clie  Flügel 
aus  Tracheenkiemen  hervorgegangen  seien. 
Man  ist  jedoch  heute  davon  abgekommen, 
zumal  die  Tracheenkiemen  echten  ventralen 
Extremitäten  entsprechen  sollen.  Eine 
weitere  mehrfach  behandelte  Frage  ist  die, 
ob  bei  den  Urinsekten  auch  der  Prothorax 
Flügel  getragen  hat.  Nach  den  paläonto- 
logischen (Paläodictyopteren!)  und  entwicke- 
lungsgeschichtlichen  (manche  Termitenlarven 
tragen  flügelähnliche  Prothorakalanhänge) 
Befunden  ist  die  Möglichkeit,  daß  drei  Paar 
Flügel  vorhanden  waren,  nicht  ausgeschlossen. 
Die  Form  und  Ausbildung  der  beiden  Flügel 
paare  ist  eine  überaus  mannigfaltige:  ent- 
weder sind  die  Vorder-  und  Hinterflügel  von 
gleicher  häutiger  Beschaffenheit,  oder  die 
Vorderflügel  sind  viel  stärker  chitinisiert  und 
dienen  (hinn  als  Schutzdecken  der  Hinter- 
flügel (Flügeldecken  oder  Elytren).  Bei  den 
Wanzen  ist  nur  der  vordere  Teil  der  Flügel- 
decken stärker  chitinisiert,  während  der 
hintere  dünnhäutig  geblieben  ist  (Halbdeckeii 
oder  Hemielytren).     Wo  die  beiden  Flügel- 


Insekten 


463 


paare  gleich  sind,  dienen  beide  der  Flug- 
bewegung; wo  Flügeldecken  vorhanden  sind, 
werden  nur  die  letzteren  zum  Flug  verwandt, 
während  die  Flügeldecken  beim  Flug  meistens 
ruhig  seitlich  gespreizt  gehalten  werden  als 
Balancierorgan.  Wo  beide  Flügelpaare  den 
Flug  ausführen,  sind  Vorder-  und  Hinter- 
flügel vielfach  durch  feine  Häkchen  (bei 
Hymenopteren)  oder  durch  eine  kräftige 
Borste,  die  vom  Vorderrand  der  Hinter- 
flügel ausgeht  und  in  einen  Haken  des  Vorder- 
flügels eingreift  (bei  Schmetterhngen),  der- 
art miteinander  verbunden,  daß  sie  wie  eine 
einheitliche  Fläche  wirken.  Rückbildungen 
sind  an  den  Flügeln  nicht  selten;  meistens 
betreffen  sie  die  Hinterflügel,  die  stark  ver- 
kleinert oder  ganz  rudimentär  oder  zu 
Schwingkölbchen  (Haltereu)  umgebildet  sein 
können.  Selten  sind  die  Vorderflügel  re- 
duziert (Stylopiden);  weit  häufiger  sind  die 
beiden  Flügelpaare  rückgebildet  und  zwar 
entweder  in  beiden  Geschlechtern  (Bettvv-anze, 
Kleiderlaus,  viele  Höhlen-,  Insel- und  Hochge- 
birgsinsekten  usw.)  oder  nur  in  dem  einen  Ge- 
schlecht (meistens  bei  den  Weibchen:  z.  B. 
Leuchtkäfer,  Frostspanner,  Psyehiden,  Coc- 
ciden  usw.,  ausnahmsweise  beim  Männchen: 
Anergates).  Es  können  auch  ein  und  dieselben 
Individuen  zuerst  geflügelt  sein,  und  dann 
durch  Abwerfen  der  Flügel  flügellos  werden, 
wie  die  Weibchen  der  Ameisen  und  die  beiden 
Geschlechter  der  Termiten,  die  nach  dem 
Hochzeitsflug  sich  der  Flügel  entledigen.  — 
Bei  den  mit  Flügeldecken  versehenen  Formen 
sind  die  Hinterflügel  meistens  so  gefaltet, 
daß  sie  unter  den  kleineren  Elytren  Platz 
finden.  Die  Faltung  geschieht  der  Länge  tmd 
der  Quere  nach  statt  und  zwar  in  um  so  aus- 
gedehnterem Maße,  je  größer  daß  Miß- 
verhältnis zwischen  Flügeldecken  und  Hinter- 
flügel ist  (am  meisten  also  bei  den  kurz- 
flügligen  Käfern  und  den  Forficuliden).  Das 
Einfalten  und  Entfalten  geschieht  rein 
automatisch  (ohne  Muskelwirkung)  zugleich 
mit  dem  Zurücklegen  und  Ausspannen  der 
Flügel.  —  Das  Flügelgeäder,  das  zur  Ver- 
steifung der  Flügel  dient,  ist  sehr  verschieden, 
je  nach  den  systematischen  Kategorien,  und 
findet  daher  in  der  Systematik  reichliche 
Verwendung.  Es  besteht  in  der  Haupt- 
sache aus  einer  Anzahl  von  der  Flügelwurzel 
ausgehenden  Längsadern,  die  sich  mehrfach 
verzweigen  können  und  mehr  oder  weniger 
zahlreichen  Queradern,  welche  die  Längs- 
adern und  ihre  Abkömmlinge  miteinander 
in  Verbindung  bringen.  Dadurch  wird  der 
Flügel  in  verschiedene  Felder  zerlegt,  die 
als  ,, Zellen"  bezeichnet  werden.  Die  ein- 
zelnen Adern  werden  als  Costal-,  Subcostal-, 
Radial-,  Median-,  Cubital-  und  Analader 
unterschieden,  ebenso  die  ,, Zellen",  die  als 
Costal-,  Cubitalzellen  usw.  bezeichnet  werden 
(Fig.  6).    Es  hat  nicht  an  Versuchen  gefehlt. 


die  mannigfaltigen  Bildungen  des  Flügel- 
geäders  phylogenetisch  voneinander  abzu- 
leiten, doch  bis  jetzt  ohne  völlig  befriedi- 
gendes Resultat. 

Außer  den  Flügeln  kommt  bei  einigen 
Insektenordnungen  an  der  Brust  noch  ein 
oder  zwei  Paar  anderer  dorsaler  Anhänge 
vor,  die  Patagia  und  Tegulae.  Erstere, 
die  hauptsächlich  den  Schmetterlingen  eigen, 
sind  am  Prothorax  zwischen  Rückenschild 
und  Seitenteilen  beweglich  eingelenkt  und 
stellen  ein  Paar  flügelähnlicher  Bildungen 
dar,  die  meist  dicht  mit  Haaren  und  Schuppen 
besetzt    sind.       Die    Tegulae    sind    kleine, 


Sc^^JizR, 


Rz-J^ 


Fig.  6.  Flügelgeäder.  A  Hypothetische  Grund- 
form, B  Geäder  eines  Schmetterlings.  C  Costa. 
Sc  Subcosta.  R  Radius.  M  Mediana.  CuCubitus. 
An  Analader.    Nach  Comstock  und  Needham. 


muschelför'mig  gewölbte  häutige  Anhänge, 
welche  am  Mesothorax  vor  den  Hinterflügeln 
eingelenkt  sind,  deren  Wurzel  bedeckend.  Sie 
finden  sich  außer  bei  Schmetterlingen  noch 
bei  Trichopteren,  Hymenopteren,  Fulgo- 
riden  usw.  Die  Patagia  dürfen  nicht,  wie 
es  mehrfach  geschehen,  als  Prothorakal- 
flügel  aufgefaßt  werden,  sondern  sind  viel- 
mehr den  Tegulae  des  Mesothorax  gleichzu- 
setzen. 

Der  Flug  der  Insekten  wird  ausgeführt 
durch  die  gleichzeitig  erfolgenden  schlagenden 
Bewegungen  der  Flügel  der  beiden  Seiten. 
Da  hierbei  die  Flügel  beim  Niederschlag 
einem  größeren  Widerstand  begegnen  als 
beim  Aufschlag,  so  gewinnt  der  beim  Nieder- 
schlag entstehende  nach  oben  wirkende 
Rückstoß  der  Luft  die  Oberhand  und  das 
Insekt  wird  gehoben.  Die  Verschiedenheit 
des  Luftwiderstandes  wird  bewirkt  durch  die 
verschiedene  Einstellung  der  Flügelebenen 
beim  Auf-  und  Niederschlag.  Da  nämlich 
die  Vorderzone  der  Flügel  durch  eine  stärkere 
Aderung    viel   mehr   gesteift    wird    als    die 


464 


Insekten 


Hinterzone,  so  wird  beim  Niederschlag  der 
Hinterrand  gegenüber  dem  Vorderrand  ge- 
hoben, beim  Aufschhig  dagegen  nmgekehrt, 
was  bei  der  gewöhnlichen  schielen  Einstellung 
des  fliegenden  Insekts  gegen  die  Ebene  des 
Horizontes,  eine  Acnderung  des  Luftwider- 
standes in  obigem  Sinne  bedeutet.  Eine 
Verkleinerung  der  Flugfläche  bei  Hebung  der 
Flügel,  wie  bei  den  Vögeln  und  Fledermäusen, 
kommt  bei  den  Insekten  nicht  vor.  Hält  man 
ein  Insekt,  etwa  eine  Wespe,  fest,  so  daß 
sie  ihre  Flügel  schwirrend  bewegt,  so  be- 
schreiben die  Flügelspitzen  die  Figur  einer  8, 
die  sich  bei  der  Vorwärtsbewegung  des  In- 
sekts in  eine  Zickzacklinie  mit  kleinen 
Schleifen  an  den  Wendepunkten  auflöst 
(Fig.  7).    Die  Zahl  der  Flügelschläge  richtet 


Fig.  7.    Schema  der  Flügelbewegung  einer  Wespe. 
Nach  Marey. 


sich  nach  der  Größe  der  Flugflächen  und  der 
Schnelligkeit  des  Fluges :  ein  langsam  fliegen- 
der Weißling  macht  nur  ca.  neun  Schläge 
in  der  Sekunde,  Nachtschwärmer  mit  ihren 
viel  kleineren  schmalen  Flügeln  70  bis  80. 
Noch  größer  ist  die  Zahl  der  Schläge  bei  der 
Biene  (ca.  190),  oder  gar  bei  der  Stubenfliege, 
bei  der  sie  330  beträgt.  Die  Bewegung  der 
Flügel  wird  durch  die  im  Meso- und  Metathorax 
befindliche  Muskulatur  hervorgebracht.  Bei 
den  weitaus  meisten  Insekten  wirken  die 
Muskeln  nicht  direkt  auf  die  Flügel,  sondern 
nur  indirekt  durch  Veränderung  der  Thorax- 
form. Längsmuskeln  steigern  bei  der  Kon- 
traktion die  Wölbung  der  Brust,  während 
die  dorsoventralen  Muskeln  die  Rücken- 
fläche herabziehen.  Dadurch  werden  auch 
die  mit  dem  Brustskelett  verbundenen 
Flügel  bewegt,  und  zwar  bei  der  Wölbung 
gesenkt  und  bei  der  Abflachung  gehoben. 
Die  wenigen  kleinen  Muskeln,  die  an  der 
Flügelbasis  angreifen,  dienen  nur  dazu,  den 
Flügeln  eine  bestimmte  Richtung  zu  geben. 
Nur  bei  gewissen  Libellen  kommen  auch 
direkte  Flugmuskeln  vor,  die  an  der  Flügel- 
basis selbst  angreifen,  wodurch  die  Tiere  in 
den  Stand  gesetzt  sind,  die  beiden  Plügel- 
paare  unabhängig  voneinander  zu  bewegen. 
Bei    den    Ameisenweibchen,    die    nach    (lem 


Hochzeitsflug  ihre  Flügel  abwerfen,  wird 
die  überflüssig  gewordene  Muskulatur  rück- 
gebildet, resp.  zur  inneren  Ernährung  ver- 
wendet. Für  die  Bestimmung  der  Flug- 
richtung wird  von  den  einen  Insekten  der 
Hinterleib  als  Steuer  benutzt  (Schmetter- 
linge, Hymenopteren  usw.),  von  den  anderen 
die  Flügeldecken,  die  seitliche  gespreizt  ge- 
halten werden  (Käfer),  während  bei  den  Dip- 
teren die  kleinen,  an  Stelle  der  Hinterflügel 
stehenden  Schwingkölbchen  wahrscheinlich 
eine  hervorragende  Rolle  bei  der  Steuerung 
spielen.  Die  Flugleistungen  der  Insekten  sind 
zum  Teil  erstaunliche;  manche  Insekten 
können  viele  Hunderte  von  Kilometern 
durchfliegen  (Schwärmer,  Libellen,  Wander- 
heuschrecken usw.),  andere  dagegen  sind  sehr 
schlechte  Flieger,  die  nur  kurze  Strecken  un- 
sicher dahinflattern  können  (Schnarrheu- 
schrecken). Die  schnellsten  Flieger  sind  wohl 
die  großen  Libellen,  die  selbst  der  flüchtigen 
Schwalbezu  entkommen  vermögen,  also  min- 
destens 15  m  pro  Sekunde  zurücklegen;  für 
einige  Schwärmer  ist  ca.  6  m  festgestellt, 
während  die  Stubenfliege  nur  ca.  1  Yo  m  pro 
Sekunde  zurücklegt.  Viele  Tagfalter  mit 
breiten  Flügeln  vermögen  bei  eingestelltem 
Flügelschlag  einige  Zeit  dahinzuschweben, 
wobei  die  ausgebreiteten  Flügel  wie  Papier- 
drachen wirken. 

id)  Hinterleib.  Der  Hinterleib  (Ab- 
domen) beherbergt  den  größten  Teil  der  Ver- 
dauungs-  u)id  Oeschlechtsorgane.  Dem  wech- 
selnden Ausdehnungsgrad  derselben  entspre- 
chend, sind  dieWände  des  Abdomens  weit  weni- 
ger starr  als  bei  den  vorigen  Körperabschnit- 
ten, indem  die  einzelnen  Segmenteplatten 
durch  inehr  oder  weniger  ausdehnungs- 
fähigen Intersegmentalhäute  voneinander  ge- 
trennt sind.  In  die  Bildung  des  Hinterleibes 
gehen  elf  echte  Segmente  und  das  Schwanz- 
stück (Telson)  ein.  Die  einzelnen  Segmente 
bestehen  wie  bei  der  Brust  aus  Tergum, 
Sternum  und  Pleuren,  in  welch  letzteren 
sich  meist  das  Stigmenpaar  vorfindet.  Nicht 
selten  gelangen  in  der  Umgebung  der  Stigmen 
noch  selbständige  Chitinplättchen  zur  Aus- 
bildung, die  als  Pleurite  zu  betrachten  sind. 
Die  Segmentplatten  können  stark  chitinisiert 
und  hart,  oder  aber  auch  weichhäutig  sein, 
je  nachdem  das  Abdomen  schutzlos  ist  oder 
anderweitig  geschützt  ist  (z.  B.  durch  die 
Flügeldecken).  Das  Schwanzstück  tritt  ge- 
wöhnlich in  Form  von  drei  Platten  auf,  die 
Afterklappen  oder  Laminae  anales,  von  denen 
die  eine  unpaare  (Lamina  supraanalis)  dorsal, 
die  beiden  })aarigen  (Lamina  subanales)  la- 
teroventral  der  Afteröffnung  angelagert  sind. 
Nur  bei  relativ  wenigen  Insekten  (z.  B.  den 
Libellen)  ist  die  ursprüngliche  Zusammen- 
setzung des  Abdomens  im  Lnagozustand 
noch  zu  erkennen.  Gewöhnlich  finden  nu^hr- 
l'ache  Um-  und  Rückbildungen  statt,  so  daß 


Insekten 


465 


äußerlich  meist  viel  weniger,  oft  nur  drei 
bis  vier  Segmente  sichtbar  sind.  Bei  vielen 
Insekten  sind  mehrere  der  letzten  Segmente 
in  die  vorderen  fernrohrartig  eingestülpt,  um 
bei  Bedarf  wieder  ausgestülpt  zu  werden 
(Legeröhren  der  Schmetterlinge,  Käfer  usw.). 
Die  Rückbildungen  betreffen  zunächst  die 
Laminae  anales  und  die  letzten  zwei  oder 
drei  Segmente  (im  Zusammenliang  mit  der 
Ausbildung  der  Genitalanhänge),  sodann  aber 
auch  die  vorderen  Segmente,  von  denen 
nicht  selten  wenigstens  die  Sterna  der  ersten 
zwei  Segmente  in  Wegfall  kommen.  Die 
Form  des  Abdomens  kann  recht  verschieden 
sein:  parallelseitig,  stabförmig,  oval,  rund, 
nach  hinten  verbreitert,  seitlich  zusammen- 
gedrückt (komprimiert)  oder  flach  (depri- 
miert). Es  kann  ferner  mit  seiner  ganzen 
Ereite  der  Brust  angefügt  sein  (festsitzender 

Hinterleib),  oder 
nur  mit  einem 
kleinen  ver- 

schmälerten Teil 
seiner  Vorder- 
fläche (anhängen- 
der Hinterleib, 
z.  B.  bei  den 
Wespen),  oder 
mit  den  stielartig 

verdünnten 
ersten  Segmenten 
(gestielter     Hin- 
terleib z.  B.  bei 
den  Ameisen). 

Als  Anhänge 
des  Hinterlei- 
bes kommen  in 
Betracht  die  Cerci 
(Raife),  Stylo- 
poden,  Styli 

(Griffel)  und  Ge- 
nitalanhänge. Die 
Gerci  (Fig.  8c), 
die  bei  den  Thy- 
sanuren,  Ortho- 
pteren ,  Ephe- 
meriden,Perliden 
usw.  vorkommen, 
gehören  der  An- 
lage nach  dem 
11.  Segment  zu, 
können  aber  nach 
Rückbildung  des- 
selben an  das 
10.  Segment  sich 
anfügen.  Sie  stellen  entweder  lange  geglie- 
derte, fühlerähnliche  Anhänge  dar  (Schwanz- 
fäden der  Thysanuren,  Ephemeriden  usw.) 
oder  kräftige  ungeghederte  gegeneinander  be- 
weghche  Zangen  (Forficuliden).  Der  manchen 
Insekten  zukommende  dritte  Schwanzfaden 
entspricht  dem  lang  ausgezogenen  Tergum 
des  11.  Segmentes.   Die  Stylopoden  stellen 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


Fig.  8.     Hinterleib  von 
Ma Chilis.     Aus  Lang. 


reduzierte  vollständige  Extremitäten  der  vor- 
deren Abdominalsegmente  dar.  Die  Styli 
(Fig.  8hs)  dagegen  sind  kurze  einghedrige 
Zapfen,  die  den  oben  erwähnten  Hüftgriffeln 
an  den  Mittel-  und  Hinterbeinen  (Machilis) 
morphologisch  gleichwertig  sind  und  an  den  in 
die  Bildung  der  Abdominalsterna  eingegange- 
nen abgeflachten  und  verbreiterten  Hüften 
sitzen.  —  Die  Genitalanhänge  treten  im 
weiblichen  Geschlecht  als  Legestachel  oder 
Ovipositor  auf,  der  dazu  dient,  die  Eier  in 
den  Boden,  oder  parasitisch  in  Tiere  oder  in 
Pflanzen  zu  versenken.  Gewöhnlich  sind  es 
sechs  (oder  vier)  längere  stabförmige  Gebilde 
(dem  8.  und  9.  Segment  angehörig),  die 
den  Ovipositor  bilden,  und  zwar  in  der  Weise, 
daß  zwei  die  eigentlichen  Bohrer  oder  Sägen 
bilden,  zwei  (mitunter  verwachsen)  die  innere 
Scheide  (Gleitrinne)  und  zwei  die  äußeren 
Scheidenklappen.  Die  Länge  des  Lege- 
apparates kann  sehr  beträchtlich  werden  und 
sogar  die  Länge  des  ganzen  Tieres  überragen 
(Schlupfwespen).  Bei  manchen  Hymeno- 
pteren  bekommt  der  Legeapparat  ent- 
weder neben  der  ursprünglichen  Funktion 
oder  auch  ausschließlich  (Ai'beiter)  die  Be- 
deutung eines  Giftstachels,  indem  der  Aus- 
fuhrgang einer  Giftdrüse  mit  ihm  in  Ver- 
bindung tritt.  Beim  Männchen  bestehen  die 
Genitalanhänge  aus  dem  unpaaren  Penis  und 
einem  oder  zwei  zum  8.  und  9.  Segment  ge- 
hörigen Paar  Klappen  (Parameren),  die  zu 
beiden  Seiten  desselben  gelegen  sind  und 
meistens  als  Haltezangen  dienen.  Penis  und 
Parameren  zeigen  die  größte  Mannigfaltig- 
keit in  Form  und  Struktur,  selbst  bei  nah- 
verwandten Arten,  weshalb  diese  Organe  in 
der  Systematik  reiche  Verwendung  finden. 
Wahrscheinlich  sind  die  Genitalanhänge  auf 
echte  Extremitäten  zurückzuführen,  wenn- 
gleich sie  embryonal  an  einer  anderen  Stelle, 
nämlich  unmittelbar  neben  der  Mittellinie, 
entstehen.  Möghcherweise  verhalten  sich 
aber  die  verschiedenen  Insekten  in  dieser 
Beziehung  verschieden. 

le)  Entoskelett.  Im  Kopf  sowohl  als 
in  der  Brust  ragen  bei  den  meisten  Insekten 
vom  Hautskelett  aus  verschiedentliche  Fort- 
sätze in  Form  von  Leisten,  Stäben,  Platten 
usw.  ins  Innere  des  Körpers  hinein,  die  in 
ihrer  Gesamtheit  als  Entoskelett  bezeichnet 
werden.  Sie  entstehen  meistens  aus  Ein- 
stülpungen der  äußeren  Haut  und  dienen  in 
der  Hauptsache  als  Ansatzstellen  für  die 
Muskeln  und  Stützen  für  die  verschiedenen 
Organe.  Im  Kopf  hat  das  Entoskelett  — 
hier  Tentorium  genannt  — ■  mitunter  einen 
recht  komplizierten  Bau.  Es  stellt  ein 
Stützgerüst  dar,  von  dessen  mittlerer  Platte 
je  ein  Paar  Arme  nach  vorn,  hinten  und 
oben  sich  erstrecken;  von  diesen  sind  die 
vorderen  und  hinteren  Einstülpungen  der 
Kopfkapsel,    während    die    Platte    und    die 

30 


466 


Insekten 


oberen  ^Vrme  von  den  vorderen  Einstülpungen 
abzuleiten  sind.  Die  Platte  liegt  zwischen 
dem  Ober-  und  Untersclilundganglion,  unter 
dem  Oesophagus,  welch  letzterer  zwischen 
den  beiden  Ai'men  hindurchzieht.  In  der 
Brust  handelt  es  sich  um  drei  Gruppen  von 
Entoskelettstücken:  dorsale  von  den  Terga 
entspringende  plattenförmige  Fortsätze  (Ento- 
terga  oderPhragnien)  und  Randwülste,  seit- 
liche von  den  Pleuren  entspringende  zapfen- 
förmige  Fortsätze  (Entopleura  oder  Apo- 
demen),  und  ventrale  von  den  Sterna  ent- 
springende Fortsätze  (Entosterna  oder  Apo- 
physen).  Die  letzteren  sind  gewöhnlich 
gabelförmig  mit  frei  endenden  Zinken,  oder 
die  Zinken  sind  oben  umgebogen  und  einander 
genähert  oder  auch  ganz  geschlossen;  sie 
dienen  außer  als  x\nsatzstellen  für  Muskeln 
vor  allem  dem  Schutz  der  Ganglien,  die 
meist  zwischen  den  Zinken  gelegen  sind. 

if)  Skulptur  und  Färbung  der 
Haut.  Die  Chitincuticula,  die  den  Ab- 
schluß des  Insektenkörpers  nach  außen  be- 
wirkt, kann  vom  zartesten  Häutchen  bis 
zum  dicken  starren  Panzer  variieren;  ebenso 
ist  ihre  Skulptur  ungemein  wechselnd :  glatt, 
glänzend,  matt,  gerunzelt,  genetzt,  bedornt 
usw^  Dazu  kommt,  daß  die  Cuticula  meist 
noch  mit  Haaren  oder  Schuppen  besetzt  ist. 
Die  ersteren  sind  allgemein  verbreitet  und 
es  gibt  wohl  kein  Insekt,  welches  der  Haare 
völlig  entbehrt.  Allerdings  ist  die  Behaarung 
oft  nur  sehr  spärlich  und  nur  auf  einzelne 
Stellen  beschränkt,  andererseits  kann  sie 
auch  so  dicht  werden,  daß  sie  wie  ein  Pelz 
das  ganze  Tier  umhüllt.  Auch  die  Form  der 
Haare  kann  recht  verschieden  sein,  gedreht, 
gespalten,  gekämmt,  gefiedert,  geknöpft, 
glockenförmig  erweitert  usw\  Wie  die  Form, 
so  ist  auch  die  Funktion  der  Haare  eine 
mannigfaltige,  indem  sie  teils  zur  Ueber- 
mittelung  äußerer  Reize  (Sinneshaare),  teils 
zum  Schutz,  teils  zum  Sammeln  von  Blüten- 
staub (Sammelhaare),  teils  zum  Putzen 
(Putzhaare)  oder  zum  x\nheften  an  andere 
Gegenstände  dienen.  Oft  stehen  sie  auch  im 
Dienste  der  Sekretion,  wobei  sie  sogar 
kleine  ballonartige  Auftreibungen  zeigen 
können,  die  als  Sammelreservoire  für  die 
Sekrete  dienen  (Drüsen  oder  Gifthaare, 
Toxophore,  Trichome).  Bei  manchen  Wasser- 
insekten dient  das  Haarkleid  dazu,  Atemluft 
festzuhalten,  bei  Holzinsekten  können  die 
Haare  zur  Reinigung  der  Fraßgänge  benützt 
werden  usw.  ■ —  Nicht  so  allgemein  verbreitet 
sind  die  Schuppen,  immerhin  kommen  auch 
sie  bei  einer  großen  Anzahl  von  Insekten 
vor,  Schmetterlingen,  verschiedenen  Käfern 
und  Dipteren,  Apterygoten,  Trichopteren 
usw.  Wie  die  Haare,  so  zeigen  auch  die 
Schuppen  eine  große  Mannigfaltigkeit;  es 
gibt  rechteckige,  breite,  schmale,  dreieckige, 
runde,  ovale   Schuppen  mit  gerader,  abge- 


spitzter, ausgerandeter,  gerundeter,  mehr- 
zackiger Spitze  usw.  Manche  Schuppen  sind 
haarähnlich,  andere  an  der  Spitze  gefranst 
(Federbusch-  oder  Duftschuppen).  Alle  haben 
das  gemeinsam,  daß  sie  mit  einem  kleinen 
dünnen  Stielchen  mit  der  Cuticula  verbunden 
sind  (lockere  Verbindung).  Auch  die 
Schuppen  besitzen  verschiedene  Funktionen, 
in  erster  Linie  geben  sie  dem  Insekt  Färbung 
und  Zeichnung,  sodann  können  sie  zur  Ver- 
dunstung aromatischer  Sekrete  zur  An- 
ziehung der  Geschlechter  dienen  (Duft- 
schuppen) usw.  —  Bei  manchen  Insekten 
ist  die  Cuticula  von  Wachsbildungen  be- 
deckt, die  aus  besonderen  Wachsdrüsen  ab- 
geschieden werden,  und  in  Form  von  weißen 
Haaren,  Fäden  oder  eines  flaumartigen  Ueber- 
zugs  auftreten  (bei  Blattläusen,  Zikaden, 
Schildläusen  usw.);  sie  dienen  zweifellos  zum 
Schutz. 

Noch  auffallender  als  die  Skulptur  ist 
die  Färbung  der  Insekten.  Sie  ist  ent- 
weder bedingt  durch  Farbstoffe  (Pigment- 
farben) oder  durch  Struktureigentümlich- 
keiten der  Cuticula  (Strukturfarben  oder 
optische  Farben);  zu  den  ersteren  gehören 
die  roten,  schwarzen,  braunen  und  gelben 
Töne,  zu  den  letzteren  hauptsächlich  die- 
blauen und  grünen.  Die  schönsten  Farben- 
effekte werden  durch  Kombination  der  Pig- 
ment- und  Strukturfarben  erreicht.  Die 
Ursache  der  Färbung  liegt  entweder  in  der 
Haut  selbst  oder  in  ihrenAnhängen(Schuppen 
oder  Haaren);  bei  den  Schmetterhngen  sind 
es  größtenteils  die  Schuppen,  welche  die 
Färbung  bedingen,  bei  den  Käfern  liegt  der 
Farbstoff  gewöhnlich  in  der  Cuticula  oder 
in  der  Hypodermis.  Bei  manchen  Rüssel- 
käfern (Lixus)  beruht  die  Färbung  auf 
farbigen  Sekreten,  die  als  puderartiger  Belag 
die  Haut  bedecken;  derselbe  läßt  sich  leicht 
abstreifen,  erneuert  sich  aber  beim  lebenden 
Tier  in  kurzer  Zeit  wieder.  — •  Skulptur  und 
Färbung  dienen  größtenteils  dem  Schutze 
des  Tieres;  gerade  bei  den  Insekten  sind  die 
Beispiele  von  schützender  Aehnlichkeit  und 
Nachahmung  sehr  zahlreich  und  auffallend. 

Ig)  Lau tap parate.  Viele  Insekten 
können  auch  deutliche  Laute  erzeugen;  dies 
geschieht  meistens  durch  Aneinanderreiben 
zweier  Teile  des  Chitinpanzers,  von  denen 
der  eine  eine  fein  gerillte  Reibleiste,  der 
andere  eine  scharfe  Kante  darstellt.  Indem 
die  erstere  über  die  letztere  hin  und  her- 
gestrichen wird,  entstehen  jene  bekannten 
Geräusche  der  Grillen,  Heuschrecken  usw. 
Der  Sitz  dieser  Stridulationsorgane  kann 
an  den  Flügeln,  Beinen,  Mundwerkzeugen, 
den  Brust-  oder  Hinterleibsscgmenten  ge- 
legen sein.  Von  der  Zahl,  Größe,  Härte  der 
Leisten  und  von  dem  Vorhandensein  oder 
Fehlen  besonderer  Resonanzapparate  hängt 
Höhe,  Klangfarbe  und  Stärke  des  Tones  ab.. 


Insekten 


467 


Außer  den  Heuschrecken  und  Grillen  be- 
sitzen auch  viele  Käfer,  Hymenopteren, 
Wanzen  und  auch  einige  Schmetterlinge  der- 
artige Stridulationsapparate ;  selbst  bei  Lar- 
ven und  Puppen  (Thecla)  kommen  solche 
vor.  Neben  den  Stridulationstönen  gibt  es 
noch  andere  Arten  von  Tönen;  so  erzeugen 
manche  Insekten  durch  Klopfen  des  Kopfes 
oder  der  Kiefer  auf  die  Unterlage  ein  ticken- 
des Geräusch  (Anobium,  Ameisen  und  Ter- 
miten)'; schnellfliegende  Insekten  bringen 
durch  ihre  Flügelschläge  anhaltende  Töne 
hervor  (Fluglaute),  die  um  so  höher  sind, 
je  größer  die  Zahl  der  Flügelschläge  ist:  am 
höchsten  bei  den  Fhegen,  die  ja  auch 
die  höchste  Zahl  der  Flügelschläge  erreichen 
(330),  etwas  tiefer  die  Bienen  und  Hummeln, 
noch  tiefer  die  Schwärmer,  die  mit  mehr 
oder  weniger  tiefem  Brummen  fliegen,  und 
endlich  die  größeren  Noctuiden,  deren  Flug- 
ton beinahe  an  das  Unhörbare  grenzt.  Ganz 
besondere  Lautapparate  kommen  den  Sing- 
zikaden zu,  nämlich  ein  Trommelapparat, 
der  aus  zwei  paarig  angeordneten  Hohl- 
räumen an  der  Basis  des  Abdomens  bestehen, 
in  denen  sich  eine  trommelfellartige  Membran, 
die  durch  Muskeln  in  Bewegung  gesetzt  wird, 
befindet. 

ih)  Dimorphismus  und  Poly- 
morphismus. Sehr  häufig  ist  bei  den  In- 
sekten ein  sexueller  Dimorphismus.  Die 
Unterschiede  beziehen  sich  auf  Gestalt,  Fär- 
bung und  Struktur  usw.  Bei  vielen  Schmetter- 
lingen sind  die  Männchen  weit  bunter  ge- 
färbt als  die  Weibchen;  vielfach  sind  die 
Weibchen  merklich  größer  als  die  Männchen, 
(doch  kommt  auch  das  umgekehrte  Ver- 
hältnis vor);  große  Differenzen  bestehen 
ferner  häufig  im  Bau  der  Fühler,  indem  die 
männlichen  Fühler  meist  größer  und  kom- 
phzierter  gebaut  sind,  als  die  weibUchen; 
oft  besitzen  die  Männchen  ansehnliche 
Kampforgane  (z.  B.  Geweih  des  Hirsch- 
käfers), die  dem  Weibchen  fehlen,  oder 
Klammerorgane  zum  Festhalten  des  Weib- 
chens. Nicht  selten  sind  in  dem  einen  Ge- 
schlecht (meistens  Weibchen)  die  Flügel- 
verkümmert, während  sie  im  anderen  gut 
ausgebildet  sind  (Frostspanner,  Psyche  usw.). 
—  Ein  alternierender  Polymorphismus  fin- 
det sich  nicht  selten  bei  Insekten  mit 
heterogenetischer  Fortpflanzung  wie  bei  den 
Gallwespen,  bei  denen  nicht  nur  die  auf- 
einanderfolgenden Generationen,  sondern 
auch  die  von  ihnen  erzeugten  Gallen  ver- 
schieden sind.  —  Auch  ein  Saisondimor- 
phismus kommt  bei  gewissen  Insekten  vor, 
vor  allem  bei  Schmetterlingen,  bei  denen 
Winter-  und  Sommerformen  oder  Regen- 
und  Trockenformen  auftreten  (z.  B.Vanessa 
levana  und  prorsa).  Man  kann  diese 
Formen  auch  künstlich  durch  Einwirkung  von 
Hitzeund  Kälte,  Trockenheitund  Feuchtigkeit 


erzeugen.  —  Ein  besonders  auffallender  Poly- 
morphismus kommt  endlich  bei  den  sozialen 
Insekten  vor,  bei  denen  bis  zehn  verschiedene 
mitunter  sehr  stark  voneinander  abweichende 
Formen  erscheinen  können  (vgl.  auch  den 
Artikel  ,,D  i  m o  r p  hi  s  m u s"). 

2.  Innerer  Bau  der  Insekten.  2a)Leibes- 
höhle.  Die  Insekten  besitzen  eine  einheit- 
liche Leibeshöhle,  welche  keinerlei  segmen- 


Fig.  9.  Lage  der  Organe  im  Insektenkörper. 
H  Herz,  Vd,  Md,  Ed  Vorder-,  Mittel-  und  Hinter- 
darm, N  Nervensystem,  G  Geschlechtsorgane, 
Ensc  Endoskelett.  Aus  Escherich  Forst- 
insekten. 


tale  Kammerung  erkennen  läßt  (Fig.  9). 
Dagegen  wird  sie  im  Hinterleib  durch  hori- 
zontale Septa,  ein  dorsales  und  ein  ven- 
trales, in  drei  übereinander  gelegene  Räume 
getrennt,  von  denen  der  Dorsalraum  das 
Herz,  der  Ventralraum  das  Bauchmark  und 
der  Zentralraum  den  Darm  und  die  Ge- 
schlechtsorgane beherbergt.  Eine  starke 
Einengung  erfährt  die  Leibeshöhle  in  den 
Brustsegmenten,  wo  die  kräftige  Flug- 
muskulatur beinahe  den  ganzen  Raum  ein- 
nimmt. Außer  den  genannten  Organen  ent- 
hält die  Leibeshöhle  noch  das  Tracheen- 
system, welches  in  mehreren  Längsstämmen 
und  zahlreichen  davon  abgehenden,  sich 
immer  feiner  verästelnden  Zweigen  den 
Körper  durchziehen  und  alle  Organe  um- 
spinnen. Dadurch  werden  die  letzteren  zu- 
gleich in  ihrer  Lage  festgehalten.  Der  Raum 
zwischen  den  einzelnen  Organen  wird  zum 
größten  Teil  ausgefüllt  von  den  regellosen 
Zellballen  des  Fettkörpers. 

2b)  Haut.  Die  Haut  der  Insekten  setzt 
sich  zusammen  aus  der  Cuticula,  der  Hypo- 
dermis  und  der  Grundmembran  (Membrana 
basilaris).  An  der  Cuticula  (aus  Chitin, 
CigHgßNoO.o  bestehend)  kann  man  eine 
äußere,  'vollkommen  homogene  (primäre 
Cuticula)  und  eine  innere  meist  deutlich 
geschichtete  Lage  (sekundäre  Cuticula)  unter- 
scheiden. Die  unter  der  Cuticula  liegende 
Hypodermis  (auch  chitinogene  Schicht  oder 
Matrix  genannt)  besteht  aus  einer  einfachen 
Schichte  polygonaler  Epithelzellen.  Unter 
den  gewöhnlichen  ZeUen  finden  sich  häufig 
auffallend  große,  welche  nach  innen  weit 
hervorragen  und  auch  nach  außen  einen 
Fortsatz  in  ein  Haar  oder  eine  Schuppe  ent- 
senden; es  sind  dies  die  Haar-  oder  Schuppen- 

30* 


468 


Insekten 


bildungszellen,  denen  die  Haare  und  Schuppen 
ihre  Entstehung  verdanken.  Beim  fertigen 
ausgebildeten  Insekt  biklet  sich  die  Hypo- 
dermis  mehr  weniger  zurück.  —  Die  Grund- 
niembran  (Membrana  basikaris)  ist  eine 
äußerst  feine,  aus  sternförmigen  Zellen  be- 
stehende Haut,  welche  der  Innenseite  der 
Hypodermis  anliegt  und  auch  die  großen 
Haarbildvmgszellen  usw,  überzieht. 

Bei  den  meisten  Insekten  ist  die  Haut 
reichlich  mit  Drüsen  durchsetzt  und  zwar 
sowohl  einzelligen  als  vielzeUigen.  DieDrüsen- 
zeUen  zeigen  oft  eine  recht  charakteristische 
Struktur,  indem  von  der  Ausfuhröffnung  in 
der  Cuticula  ein  feines  kutukilares  Röhr- 
chen tief  in  das  Zellplasma  sich  hineinsenkt, 
wo  es  in  einem  eigentümlichen  radiär  ge- 
streiften Körper  (Endblase)  endet  (Fig.  10). 


Fig.  10.  EinzeUige 
Hautdrüse.  CutCuti- 
cula.  Hyp  Hypoder- 
mis. Ba  Basalmem- 
bran. As  Ausführ- 
röhrchen.  Endbl 
Endblase.  Nach 

Berlese. 


Einzellige  Drüsen  finden  sich  allenthalben 
in  den  Flügeldecken,  den  Segmenten,  den 
Beinen  und  Fühlern  usw.,  einzeln  zerstreut 
wie  auch  zu  Gruppen  vereinigt.  Aus- 
geschieden werden  von  ihnen  w^achsartige 
Körper  (zum  Schutz  gegen  Nässe  und  Feinde), 
Schmiermittel  für  die  Gelenke,  lüebemittel 
zum  Festheften,  Geruchsstoffe  zum  Anziehen 
oder  zur  Abwehr.  Bei  den  Wachsdrüsen  der 
Honigbiene  handelt  es  sich  streng  genommen 
nicht  um  einzellige  Drüsen,  sondern  es  be- 
teiligen sich  an  der  Sekretion  ganze  Strecken 
der  Hypodermis  der  abdominalen  Ventral- 
platten, deren  Zellen  sich  von  den  gewöhn- 
lichen Hypodermiszellen  nur  unwesentlich 
unterscheiden.  —  Noch  mannigfaltiger  als 
die  einzelligen  sind  die  vielzelligen  Drüsen. 
Meist  zerfallen  dieselben  in  einen  eigent- 
lichen drüsigen  Teil  und  den  Ausfuhrkanal. 
Letzterer  ist  oft  mit  einer  komplizierten 
Muskulatur  und  anderen  Vorrichtungen  (Gas- 
rezipienten  usw.)  ausgerüstet,  wodurch  ein 
rasches  explosionsartiges  Ausstoßen  der  Se- 
krete usw.  ermöglicht  wird  (Bombardier- 
drüsen). Bei  manchen  Insekten  können  die 
Drüsen  handschuhfingerartig  ausgestülpt 
werden  (die  roten  Fingerdrüsen  vonMalachius 
oder  die  Pygidialdrüsen  mancher  Staphy- 
liniden).  Bei  den  Giftdrüsen  der  Bienen  und 
Wespen  steht  der  Ausfuhrgang  mit  einem 
Stachel  in  Verbindung,  mit  dessen  Hilfe  das 
Gift  in  den  Körper  des  Feindes  injiziert 
werden  kann  (über  die  Speichel-  und  Spinn- 
drüsen siehe  unten  bei  Darmkanal). 


2c)    Muskelsystem.       An    die    Hypo- 
dermis schließt  sich  nach  innen  eine  mehr 
oder  weniger  geschlossene  Muskelschichte  an. 
Dieselbe  setzt  sich  aus  einer  großen  Anzahl 
Einzelmuskeln  zusammen  (für  eine  Schmetter- 
hngsraupe   wurden   nicht  weniger   als   2000 
Einzelmuskeln  berechnet),  deren  Anordnung 
segmental  ist.  Dies  läßt  sich  am  deutlichsten 
im  Hinterleib  sehen,  wo  die  Segmentierung 
am  wenigsten  gestört  ist:  hier  sind  mehrere 
Längsmuskelzüge     vorhanden,     gewöhnhch 
zwei  ventrale  und  zwei  dorsale,  deren  jeder 
aus  so  vielen  Einzelmuskeln  besteht,  als  un- 
verwachsene Segmente  existieren ;  die  Einzel- 
muskeln  inserieren   einerseits    an   der    Seg- 
mentplatte, andererseits  an  der  Intersegmen- 
talhaut.     Werden    alle  diese  Längsmuskeln 
gleichzeitig    kontrahiert,    so    resultiert    eine 
Verkürzung  des  Abdomens;  werden  nur  die 
dorsalen    kontrahiert,    so    betrifft   die    Ver- 
kürzung  nur   den    Rücken,    was    eine   Auf- 
biegung des  Abdomens  zur  Folge  hat,  ebenso 
wie  die  alleinige  Kontraktion  der  ventralen 
Längsmuskeln  ein  Abwärtsbiegen  des  Hinter- 
leibes  bewirkt.      Außer  den   Längsmuskeln 
kommen   dem   Abdomen   auch   noch   trans- 
versale Muskeln  zu,  welche  von  der  Bauch- 
zur   Rückenplatte  ziehen  und  durch  deren 
Kontraktion  das  Abdomen  von  oben  nach 
unten  zusammengedrückt  (und  zugleich  ver- 
längert) wird;  sie  dienen  vorzugsweise  der 
Atmung,  indem  durch  die  Verengerung  des 
Hinterleibes    die    Luft    aus    den    Tracheen 
hinausgepreßt  wird.     Im  Kopf  und  in  der 
Brust  ist  von  der  ursprünghchen  segmentalen 
Anordnung  der  Muskulatur  wenig  mehr  zu 
merken,  doch  dürfte  es  sich  auch  hier  nur 
um  Modifikationen  der  segmentalen  Muskeln 
handeln.      Im   Kopf  steht  die   Muskulatur 
hauptsäclüich   im   Dienste    der    Mundwerk- 
zeuge und  ist  daher  am  stärksten  bei  den 
Insekten  mit  kauenden  Mundghedmaßen,  am 
schwächsten    bei    den  .saugenden    Insekten 
ausgebildet.     In  der  Brust  nehmen  weitaus 
den  größten  Raum  die  Flugmuskeln  ein,  die 
meist  indirekt  durch  Veränderung  der  Thorax- 
form wirken;  mächtige  (im  Meso-  und  Meta- 
thorax)  von  den  Sterna  zu  den  Terga  ziehende 
Vertikalmuskeln,  die  durch  ihre  Kontraktion 
den  Thorax  abflachen  und  ebenfalls  kräftige 
längsverlaufende  Muskeln,  welche  die  Brust 
wölben.    Neben  den  Flugmuskeln  beherbergt 
die   Brust  noch   eine   ziemhch   kräftig   ent- 
wickelte Extremitätenmuskulatur,  welche  die 
Bewegungen  der  Beine  gegen  den   Körper- 
stamm bewirken.    Die  Bewegungen  der  ein- 
zelnen   Beinglieder    gegeneinander    werden 
durch   die  in   den    Gliedern  liegende   Bein- 
muskulatur bewirkt;  wir  finden  sowohl  in 
der  Coxa  als  im  Femur  und  in   der  Tibia 
mehrere      Muskelbündel,      die      teils      als 
Strecker     teils     als    Beuger    dienen;    nur 
der     Tarsus      entbehrt     einer     besonderen 


Insekten 


469 


Muskulatur,  er  wird  nur  von  einer  Sehne 
durchzogen. 

Die  Insektenmuskehi  sind  fast  ausschließ- 
lich quergestreift,  nur  an  einigen  Organen 
(Darm,  Herz)  finden  sich  auch  glatte  Muskeln. 
Die  Insertion  der  Muskeln  findet  meist 
mittels  einer  aus  chitinösen  Fasern  zu- 
sammengesetzten Sehne  direkt  an  der  Cuti- 
cula  statt.  Die  Kraftleistung  der  Insekten- 
muskeln ist  eine  sehr  beträchtliche.  Können 
doch  die  Insekten  ein  Vielfaches  ihres  eigenen 
Körpergewichts  ziehen.  Ein  großer  Lauf- 
käfer kann  das  17  fache,  eine  Honigbiene  das 
20fache  und  ein  Floh  gar  das  SOfache  des 
eigenen  Gewichts  schleppen. 

2d)  Verdauungs-  und  Exkretions- 
organe.  Der  Insektendarm  ghedert  sich  in 
drei  ihrer  Funktion  und  Entstehung  nach 
verschiedene  Abschnitte:  Vorder-,  Mittel- und 
Hinterdarm.  Vorder-  und  Hinterdarm  ent- 
stehen durch  Einstülpung  des  Ektoderms, 
während  der  Mitteldarm  aus  dem  Entoderm 


erzielt  wird.  —  Die  Speiseröhre  stellt  ge- 
wöhnlich ein  einfaches,  dünnwandiges  Rohr 
mit  nur  schwacher  Muskulatur  und  mehr 
weniger  gefalteter  Intima  dar.  —  Der  Ki-opf 
ist  eine  Erweiterung  der  Speiseröhre,  die 
sich  von  dieser  meist  durch  stärkere  Faltelung 
der  Intima  und  kräftigere  Muskulatur  unter- 
scheidet. Der  Übergang  von  der  Speiseröhre 
zum  Kropf  ist  entweder  ein  allmählicher,  oder 
aber  der  Kropf  erscheint  als  eine  Aus- 
stülpung der  Speiseröhre,  wobei  er  oft  weit 
von  dieser  abgerückt  und  nur  mit  einem 
dünnen  Stiel  mit  ihr  verbunden  ist.  Letz- 
teres trifft  vor  allem  für  saugende  Insekten 
zu  (Schmetterlinge),  weshalb  man  den  ge- 
stielten Ivropf  fälschlicherweise  auch  als 
,,  Saugmagen"  bezeichnet  hat.  Bei  manchen 
Insekten  (Ameisen)  kann  der  Ivi'opf  durch 
Anhäufung  von  Nahrung  ungemein  aus- 
gedehnt werden,  so  daß  durch  ihn  nicht  nur 
der  größte  Teil  des  Hinterleibes  ausgefüllt, 
sondern    der    letztere    auch    noch    mächtig 


hervorgeht  (siehe  Fig.  9).    Dementsprechend  j  kugelförmig  aufgetrieben  werden  kann  (z.  B. 
zeigen  auch  die  beiden  ersteren  Abschnitte  ,  bei  den  Honigameisen,  bei  denen  die  Kröpfe 
eine     Cuticula     (Intima), 
während    der   Mitteldarm 
einer  solchen  entbehrt.  — 
Im  Einklang  mit  der  großen 
Verschiedenheit  der  Nah- 
rungsaufnahme   bei     den 
Insekten    zeigt   auch   der 
Darm    eine    schier    uner- 
schöpfhche    Mannigfaltig- 
keit.      Diese  macht  sich 
am  meisten  am  Vord er- 
darm geltend,  da  derselbe 
am   direktesten    und   un- 
mittelbarsten von  der  Ver- 
schiedenartigkeit der  Nah- 
rungsaufnahme      berührt 
wird.    Wir  können  an  ihm 
folgende  Teile  unterschei- 
den: Mundhöhle,  Schlund 
oder     Pharynx ,      Speise- 
röhre    oder    Oesophagus, 
Kropf    und    endhch   Vor- 
oder Kaumagen  (Fig.  11). 
Die  Mundhöhle  stellt  den 
vordersten  Abschnitt  dar, 
welche  von  den  oben  be- 
schriebenen      Mundglied- 
maßen  begrenzt  wird.     Der  darauffolgende 
Schlund  zeichnet  sich  oft  durch  eine  stark  ver- 
dickte Cuticula  und  eine  kräftige  Muskulatur 
aus;  letztere  besteht  sowohl  aus  Ringmuskeln 
als    auch    aus    Radiärmuskeln,    welche    die 
Darmwand  mit  der  Kopfwand  verbinden  und 
durch   ihre    Kontraktion    eine    Erweiterung 


Fig.  11.  Darmkanal  des  Gelbrandkäfers  (Dytiscus).  A  von  der 
Image.  B  Larve.  Ph  Pharynx.  Oe  Oesophagus.  Oest  Oesophagus- 
stiel.  Kr  Kropf.  Km  Kaumagen.  Md  Mitteldarm.  Dd  Dünndarm. 
Ra  Rectalampulle.  C  Coecum.  Mlp  Malpighische  Gefäße.  Nach 
Rungius.       Aus    Escherich. 

einzelner  Individuen  als  Sammeltöpfe  zum 
Aufspeichern  von  Honig  benützt  werden),  — 
Der  Vor-  oder  Kaumagen  (auch  Pumpmagen, 
Zwischen darm  oder  Ventiltrichter  usw.  ge- 
nannt) ist  durch  die  Stärke  der  Intima,  die 
gewöhnlich  mit  zahlreichen  Zähnen,  Borsten 
usw.  besetzte  Falten  bildet,  und  durch  eine 
des  Schlundes  bewirken.  Besonders  stark  [  kräftige  Muskulatur  ausgezeichnet.  Die 
ist  diese  Schlundnmskulatur  bei  den  saugen-  j  meist  sehr  regelmäßige  Anordnung  der  Falten 
den  Insekten  ausgebildet,  wo  durch  die  ab-  zeigt  je  nach  den  Familien,  Gattungen  usw. 
wechselnde  Kontraktion  der  Ring-  und  i  deutliche  Verschiedenheiten,  so  daß  man  den 
Radiärmuskeln  eine  Pump-  und  Saugwirkung   Bau  des  Kaumagens  auch  in  der  Systematik 


470 


Insekten 


verwendet.  Die  Funktion  des  Kaumagens 
scheint  eine  verschiedene  zusein:  die  Nahrung 
zu  zerkleinern,  als  Reusenapparat  zu  dienen, 
die  Nahrung  vom  Kropf  in  den  Magen  zu 
pumpen  usw.  Aul"  den  Kaunuigen  folgt  ge- 
w^öhnlich  noch  ein  dünnerer  Abschnitt, 
welcher  die  Verbindung  zwisclien  jenem  und 
dem  Mitteldarm  herstellt,  und  oft  mehr  oder 
weniger  tief  in  den  Mitteldarm  hineinragt 
(Rüssel,  Appendix  vermiformis  usw.).  Das 
hintere  Ende  dieses  Abschnittes  bildet  oft 
zugleich  einen  Verschlußapparat  (Valvula 
cardiaca).  —  Im  Anschluß  an  den  Vorder- 
darm sind  die  Speicheldrüsen  zu  er- 
wähnen, da  sie  ihm  wenigstens  physiologisch 
zugehören.  Speicheldrüsen  kommen  den 
meisten  Insekten  in  ein  bis  drei  Paaren  zu 
(durch  sekundäre  Teilungen  kann  die  Zahl 
noch  wesenthch  erhöht  werden),  die  an  der 
Basis  der  Mundgliedmaßen  ausmünden  und 
daher  auch  als  Mandibular-,  Maxillar-  und 
Labialdrüsen  unterschieden  werden.  Oft 
sind  es  einfache  oder  verzweigte  Schläuche, 
länger  als  der  ganze  Körper,  oft  kleinere  oder 
größere  Drüsenpakete.  Die  Labialdrüsen  be- 
sitzen gewöhnlich  einen  unpaaren  Ausführ- 
weg (Speichelgang)  und  sind  nur  in  ihrem 
drüsigen  Teil  paarig;  sie  spielen  bei  vielen 
Larven  (Schmetterlingen,  Hymenopteren, 
Phryganiden)  die  Rolle  von  Spinndrüsen 
zur  Erzeugung  von  Fäden,  die  entweder  zur 
Verfertigung  von  Schutzhüllen  (Kokons), 
oder  zum  Herablassen  von  erhöhten  Sitzen 
dienen.  Junge  Nonnenraupen  z.  B.  lassen 
sich  bei  der  geringsten  Beunruhigung  von 
den  höchsten  Baumgipfeln  an  den  feinen 
Spinnfäden  herab.  Auch  zum  festeren  Halt 
und  überhaupt  Unterstützung  beim  Laufen 
spinnen  viele  Raupen  Fäden:  die  nur  unzu- 
reichende lokomotorische  Extremitäten  be- 
sitzenden Lyda-Larven  (Blattwespen)  spinnen 
sich  eine  Laufröhre,  in  der  sie  leicht  und 
rasch  auf  und  ab  sich  schlängeln,  während 
sie  außerhalb  der  Gespinnströhre  sich  nur 
sehr  unbeholfen  fortbewegen  können.  —  Der 
Mitteldarm  zeigt  entsprechend  der  ein- 
heitlicheren Funktion  geringere  Differen- 
zierungen als  der  Vorderdarm.  Er  stellt  ein 
mehr  weniger  weites  Rohr  von  verschiedener 
Länge  dar,  dessen  Außenseite  vielfach  mit 
Zotten  und  fingerförmigen  jVnhängen 
(Drüsen)  besetzt  ist.  Die  Epithelzellen  des 
Mitteldarmes,  die  die  verdauenden  Sekrete 
zu  liefern  haben,  sind  meist  hohe  Zylinder- 
zellen, die  an  ihren  inneren  Enden  mit  einem 
Stäbchensaura  versehen  sind.  Die  Zell- 
schicht ist  übrigens  sehr  verschieden,  nicht 
nur  je  nach  der  Art,  sondern  auch  bei  den 
verschiedenen  Entwickelungsstadien ;  ja  so- 
gar bei  demselben  Stadium  kann  das  Epithel 
recht  verschieden  erscheinen,  je  nach  dem 
jeweiligen  Stand  der  Verdauung.  Denn 
meistens  hat  die  Sekretion  der  Verdauungs- 


säfte eine  relativ  rasche  Zerstörung  der 
Zellen  zur  Folge.  Bei  nuinchen  Insekten 
wird  dabei  die  ganze  Zellschicht  alle  paar 
Tage  in  Zusammenhang  abgeworfen  (Hydro- 
philus),  bei  anderen  geht  die  Zellabstoßung 
partiell  und  allmählich,  dafür  aber  ununter- 
brochen vorsieh.  Der  Ersatz  geht  von  Regene- 
rations-  oder  Kryptenzellen  aus,  die  ent- 
weder als  kleine  Nester  zerstreut  unter  dem 
Epithel  oder  am  Grunde  der  ausgestülpten 
Zellschläuche  (Zotten)  liegen.  Die  dünne 
Muskelschichte  des  Mitteldarmes  besteht  so- 
wohl aus  Rings-  und  Längsrauskeln.  —  Der 
Hinterdarm  läßt  zwei  differente  Abschnitte 
unterscheiden,  den  Dünn-  und  den  Mast-  oder 
Enddarm  (auch  Rektum  oder  Kotblase).  Der 
Anfang  des  Hinterdarms  ist  durch  die  hier 
entspringenden  Malpighischen  Gefäße  stets 
gut  gekennzeichnet.  Der  Dünndarm  ist  ge- 
wöhnlich der  längere  Teil  und  zeigt  meist 
einen  mehr  weniger  gewundenen  Verlauf;  er 
beginnt  mit  dem  Pylorus  (Valvula  pyloricae), 
welcher  die  Beförderung  des  Darminhaltes 
vom  Mittel-  zum  Enddarm  regelt.  Die  Epi- 
thelzellen sind  gewöhnlich  ziemlich  hoch- 
zylindrisch und  zeigen  mitunter  eine  be- 
sondere Struktur;  an  ihren  inneren  Enden 
sind  sie  mit  einer  Chitincuticula,  die  mit 
verschiedenen  Zähnen,  Borsten  usw.  be- 
waffnet ist,  überzogen.  Der  Enddarm 
(Rektum)  ist  durch  die  starke  Erweiterung 
deutlich  vom  Dünndarm  abgesetzt;  auch  im 
geweblichen  Aufbau  unterscheidet  er  sich 
von  dem  vorhergehenden  Abschnitt:  die 
Zellschicht  tritt  gegenüber  der  starken  In- 
tima  in  den  Hintergrund,  nur  an  einigen 
Stellen  bleiben  Streifen  von  hohen  Epithel- 
zellen bestehen,  welche  als  Längswülste 
(Rektaldrüsen)  in  das  Lumen  vorragen.  Die 
Muskulatur  des  Rektums  ist  w'esenthch 
kräftiger  als  beim  Dünndarn  und  besteht 
aus  einer  Anzahl  Längsnmskelbündel  und 
einer  Ringmuskulatur,  die  in  der  After- 
region als  Sphinkter  wirkt.  Verschiedentlich 
besitzt  das  Rektum  eine  blindsackartige 
Ausstülpung  von  mitunter  großer  Länge 
(z.  B.  Dytiscuslarve). 

Die  Länge  des  gesamten  Darmkanals  ist 
sehr  wechselnd  und  hängt  in  erster  Linie 
von  der  Ernährungsweise  ab:  Pflanzen- 
fresser haben  im  allgemeinen  einen  viel 
längeren  Darm  als  Fleischfresser.  Doch 
trifft  dies  nicht  ausnahmslos  zu,  indem  z.  B. 
der  pflanzenfressende  Hydrophilus  einen  (re- 
lativ) kürzeren  Darm  als  der  karnivore 
Dytiscus  besitzt.  Hierfür  läßt  sich  vielleicht 
die  größere  Lebensenergie  des  Dytiscus,  die 
einen  rascheren  Verbrauch  der  Körpersub- 
stanzen bedingt,  als  Erklärung  anführen. 
Bei  manchen  Insekten  treten  starke  Re- 
duktionen einzelner  Darmabschnitte  ein.  So 
ist  z.  B.  bei  den  kurzlebigen  Ephemeriden, 
die  als  Imago  keine  Nahrung  zu  sich  nehmen, 


Insekten 


471 


•der  Vorderdarm  verkümmert  resp.  unpassier- 
bar, und  bei  den  Bienenlarven,  die  sehr 
konzentrierte  Nahrung,  die  fast  restlos  ver- 
daut wird,  erhalten,  ist  der  Hinterdarm 
funktionslos,  d.  h.  ohne  Verbindung  mit  dem 
Mitteldarm;  eine  solche  wird  erst  Wcährend 
der  Verw^andlung  zur  Imago  hergestellt, 
worauf  die  wenig  unverdauten  Reste  nach 
außen  entleert  werden. 

Die  Verdauungsvorgänge  setzen  be- 
reits in  der  Mundhöhle  ein,  wo  durch 
Speichelsekrete  Stärke  in  Zucker  verwandelt 
wird.  Im  Ivi'opf  und  Vormagen  setzt 
isich  dieser  Vorgang  weiter  fort,  und  da- 
neben beginnt  bei  den  Fleischfressern  die 
Verdauung  des  Eiweißes  (Peptonisierung), 
wozu  die  nötigen  Fermente  aus  dem  Mittel- 
darm geliefert  werden.  Die  Verflüssigung 
der  Nahrung  im  lü'opf  nimmt  längere  Zeit 
in  iVnspruch ;  die  ersten  verflüssigten  Bestand- 
teile treten  bei  Dytiscus  nach  ca.  1  Stunde 
in  den  Mitteldarm  ein  und  erst  nach  ca. 
20  Stunden  ist  der  Kjopf  ziemlich  geleert. 
Wo  ein  Kaumagen  vorhanden  ist,  wird  die 
Nahrung  weiter  zerkleinert,  zerrieben  und 
mit  Magensaft  durchknetet,  um  dann  in 
den  Mitteldarm  abgepreßt  zu  werden.  Im 
Mitteldarm  treten  eiweißverdauende,  stärke- 
lösende und  fettzersetzende  Fermente  auf. 
Merkwürdigerweise  fehlt  ein  zelluloselösendes 
Mittel,  so  daß  also  nur  der  Inhalt  derjenigen 
Blattzellen  verdaut  werden  kann,  die  beim 
Kauen  der  Blätter  angeschnitten  und  eröffnet 
sind.  Daher  enthält  der  Kot  der  blatt- 
fressenden Raupen  zahlreiche  noch  vöUig 
unverdaute  Blattstückchen,  und  daher  be- 
steht auch  ein  im  Verhältnis  der  Größe 
resp.  des  Wachstums  der  Raupen  außer- 
ordentlicher Futterverbrauch.  Im  Mittel- 
darm findet  übrigens  nicht  nur  die  Ver- 
dauung, sondern  auch  die  Resorption  statt, 
so  daß  also  dieselben  Zellen  recht  verschiedene 
Funktionen  zu  erfüllen  haben  (vielleicht 
hängt  damit  auch  ihr  stetiger  Zerfall  zu- 
sammen). Die  Resorption  scheint  übrigens 
auch  noch  im  Anfangsteil  des  Dünndarms 
stattzuhaben,  wofür  seine  respektable  Länge 
und  die  hohen  Epithelzellen  sprechen.  Bei 
einigen  Insekten  findet  die  Verdauung  resp. 
Vorverdauung  außerhalb  des  Körpers  statt 
(extraintestinale  Verdauung),  wie  z.  B.  bei 
der  Dytiseuslarve,  die  ihre  mit  einem  Kanal 
versehenen  Mandibeln  in  das  Opfer  einbohrt, 
und  dann  aus  der  Kanalmündung  Verdauungs- 
saft austreten  läßt,  der  das  Fleisch  auflöst. 
Ähnliche  Vorgänge  spielen  sich  auch  bei  den 
anderen  mit  Saugmandibeln  ausgestatteten 
Insektenlarven  (Leuchtkäfer,  Florfliege)  ab. 
Auch  bei  einem  ausgesprochen  kauenden 
Insekt,  wie  dem  Goldlaufkäfer,  kommt  eine 
extraintestinale  Verdauung  vor.  Dieser 
Käfer  versenkt  seinen  Kopf  in  das  Fleisch, 
und  läßt  einen  braunen  fermenthaltigen  Saft 


aus  dem  Mund  austreten,  der  das  Fleisch 
in  kurzer  Zeit  auflöst  (nach  Jordan  dauerte 
die  Auflösung  eines  Stückchen  Fleisches  von 
1  cm  Länge  und  lo  cm  Dicke  3  Stunden  und 
15  Minuten. 

Als  Exkretionsorgane  (Harngefäße)  funk- 
tionieren schlauchartige  Ausstülpungen  des 
Hinterdarmes  (Fig.  11  Mlp),  die  am  vorder- 
sten Ende  desselben  entspringen  und  die  als 
Malpighische  Gefäße  bezeichnet  werden 
(nur  selten  fehlen  dieselben).  Sie  bestehen 
aus  einer  einfachen  Zellwand  mit  großen 
oft  deutlich  abgegrenzten  Zellen,  deren  Kerne 
meist  recht  unregelmäßig  geformt  (mit- 
unter verzweigt)  sind.  Eine  chitinöse  In- 
tima  fehlt  oder  ist  nur  äußerst  zart  ent- 
wickelt. Ihre  Form  ist  meist  zylindrisch, 
doch  kommen  auch  keulenförmige  (Phora) 
oder  geweihartig  verzweigte  Gefäße  vor.  Ihre 
Zahl  kann  nur  wenig  betragen  (vier  bis  sechs, 
wie  bei  den  Schmetterlingen  und  Käfern), 
kann  aber  auch  bis  auf  100  und  mehr  steigen 
(Orthopteren,  Bienen,  Wespen  usw.),  im 
letzteren  Fall  sind  sie  oft  büschelförmig  ver- 
einigt und  münden  mit  einem  gemein- 
samen Endgang  in  den  Hinterdarm.  Bei 
manchen  Insekten  zeigen  die  Malpighischen 
Gefäße  untereinander  deutliche  Verschieden- 
heiten, so  haben  die  Borkenkäfer  zwei 
dünnere  und  zwei  dickere  Gefäße,  oder  bei 
anderen  Käfern  (Antrenus)  tritt  ein  Teil 
der  Gefäße  mit  ihren  Enden  mit  dem  Darm 
in  feste  Verbindung,  während  die  übrigen 
frei  endigen.  Wenn  die  Malpighischen 
Gefäße  auch  in  erster  Linie  als  Exkretions- 
organe dienen  (in  ihren  Ausscheidungen  läßt 
sich  stets  reichlich  Harnsäure  nachweisen, 
außerdem  finden  sich  noch  in  ihnen  Kristalle 
von  oxalsaurem  Kalk  und  Taurin,  ferner 
Kugeln  von  Leucin  usw.),  — ■  so  können  sie 
doch  auch  noch  zu  anderen  Funktionen  ver- 
wendet werden,  wie  z.  B.  zum  Spinnen 
(Neuropteren);  wo  die  Enden  der  Gefäße  in 
die  Darmwand  eindringen,  sollen  sie  auch 
eine  resorbierende  Funktion  besitzen. 

2e)  Atmungs Organe.  Die  Insekten 
atmen  durch  Tracheen,  das  sind  Luftröhren, 
welche  den  ganzen  Körper  durchziehen  — 
bei  immer  feiner  werdender  Verzweigung  alle 
Organe  umspinnend  und  zu  allen  Zellen  ge- 
langend, —  und  gewöhnlich  durch  paarige 
segmental  angeordnete  Oeffnungen  (Stigmen) 
mit  der  Außenwelt  in  Verbindung  stehen. 
So  wird  der  Sauerstoff  direkt  und  unmittelbar 
den  Geweben  zugeführt  und  ebenso  die 
Kohlensäure  direkt  (d.  h.  ohne  Vermittelung 
des  Blutes)  ausgeführt.  Die  Tracheen  stellen 
Einstülpungen  der  Körperwand  dar  und  so 
ist  ihre  Innenseite  von  einer  Chitincuticula 
ausgekleidet.  Letztere  ist  dadurch  besonders 
charakterisiert,  daß  sie  eine  spiralförmig 
verlaufende  Verdickung  (Spiralfaden)  besitzt 
(Fig.  12),  durch  die  das  Lumen  der  Röhre 


472 


Insekten 


offen  gehalten  wird,  sie  fehlt  nur  in  den 
dünnsten  Endteilen  der  Tracheen  und  in  den 
Luftsäcken;  sonst  ist  sie  überall  vorhanden. 
Die  Tracheenmatrix  besteht  an  den  dickeren 
Aesten  meist  aus  niederen  Zellen,  an  den 
dünneren  Enden  dagegen  werden  die  Zellen 


Fig.  12.     Bau  eines  Trachee.     A  Hauptstamm, 

B,  C,  D,  Verästelungen,  a  Epithel  mit  Kernen  (1). 

Aus  Hertwig. 


meist  höher;  an  der  Stelle,  wo  der  Spiral- 
faden aufhört,  findet  sich  eine  einzige  große 
sternförmige  Zelle,  innerhalb  welcher  das 
Ende  der  betreffenden  Trachee  sich  in  so 
viele  feinste  Aestchen  auflöst,  als  Ausläufer 
an  der  Endzelle  vorhanden  sind.  Diese 
feinsten  Aestchen  (Kapillaren)  treten  mit 
benachbarten  ebensolchen  in  Verbindung 
und  bilden  so  zusammenhängende  Tracheen- 
netze. —  Die  Stigmen  zeigen  bezüglich  ihres 
Baues  große  Verschiedenheiten.  Gewöhnlich 
handelt  es  sich  um  runde  oder  ovale  Oeff- 
nungen,  die  von  einem  verdickten  Chitinring 
umgeben  und  offen  gehalten  werden.  Inner- 
halb desselben  ist  meist  ein  Schutz-  oder 
Reusenapparat  ausgebildet,  aus  Falten, 
Borsten,  Haaren  usw.  bestehend,  durch 
welchen  das  Eindringen  von  Staub  und  an- 
deren Fremdkörpern  verhindert  wird.  Außer- 
dem kommen  den  Stigmen  noch  besondere 
Verschlußapparate  zu,  die  verschieden  ge- 
baut sein  können,  im  Prinzip  jedoch  meist 
einem  Quetschhahn  entsprechen,  der  durch 
besondere  Muskeln  geöffnet  und  geschlossen 
werden  kann.  Die  Zahl  der  Stigmenpaare 
beträgt  ursprünglich  zehn:  je  ein  Paar  am 
Meso-  und  Metathorax,  und  den  ersten  acht 
Hinterleibsringen;  Kopf- und  Prothorax  sind 
bei  den  Imagines  mit  wenigen  Ausnahmen 
ohne  Stigmen,  bei  den  Larven  dagegen  be- 
sitzt gewöhnlich  der  Prothorax  ein  Stigma, 
während  Meso-  und  Metathorax  frei  sind. 


Die  Stigmen  liegen  ursprünghch  in  den 
Pleuren,  doch  rücken  sie  häufig  des  besseren 
Schutzes  halber  dorsal-  oder  ventralwärts  in 
die  eigentlichen  Segmentplatten,  entweder  so, 
daß  sie  von  den  Flügeldecken  bedeckt  werden 
(Käfer)  oder  so,  daß  sie  unter  die  vorher- 
gehenden Platten  zu  liegen  kommen.  Von 
jedem  Stigma  tritt  gewöhnhch  ein  stärkerer 
Tracheenast  nach  innen,  der  sich  nach  kurzem 
Verlauf  gabelt,  um  mit  den  vom  vorher- 
gehenden und  nachfolgenden  Stigma  ent- 
springenden Gabelästen  in  Verbindung  zu 
treten  und  jederseits  einen  geschlossenen 
Längsstamm  zu  bilden.  Die  von  diesen  seit- 
lichen Hauptstämmen  abgehenden  Aeste 
können  wiederum  zu  mehreren  Längsstämmen 
(einem  Paar  ventralen  und  einem  Paar  dor- 
salen) zusammentreten,  so  daß  der  Körper 
von  drei  Paaren  Längsstämmen  durchzogen 
wird,  die  alle  durch  Querkommissuren  mit- 
einander verbunden  sind.  Von  diesen 
Stämmen  und  Kommissureli  gehen  zahlreiche 
Aeste  ab,  welche  sich  immer  mehr  verzweigen 
bis  zu  den  oben  erwähnten  feinsten  Ka- 
pillaren. Bei  den  nieder- 
sten Insekten  kommt  bis- 
weilen eine  andere  An- 
ordnung vor,  indem  die 
von  den  Stigmen  ab- 
gehenden Tracheenäste 
sich  direkt  büschelförmig 
verästeln  ohne  mit  den 
Nachbarbüscheln  in  Ver- 
bindung zu  treten.  Bei 
fliegenden  Insekten  sind 
die  Tracheen  oft  stellen- 
weise zu  Luftsäcken  er- 
weitert, die  bei  den 
Bienen,  Schmetterlingen, 
Fliegen,  gewissen  Käfern 
usw.  so  zahlreich  und 
groß  sein  können,  daß  sie 
den  größten  Teil  der 
Leibesliöhle  einnehmen; 
sie  dienen  wahrscheinhch 
als  Luftbehälter  während 
des  Fluges.  — ■  Die  zehn- 
stigmige  Anordnung  er- 
leidet bei  vielen  Insekten 
eine  Reduktion,  die  so- 
weit gehen  kann,  daß  nur 
noch  zwei  Paar  Stigmen 
(eins  am  Thorax  und 
eine  am  Ende  des  Hinter- 
leibes) bestehen  bleiben 
(amphipneustischer  Ty- 
pus) (Fig.  13),  oder 
gar  nur  noch  ein  Paar,  das  entweder 
am  Vorderende  des  Körpers  (propneustisch 
oder  am  Hinterende  (metapncustisch)  ge- 
legen ist.  Solche  weitgehende  Reduktionen 
finden  sich  hauptsächlich  bei  Larven,  die 
im  Wasser  oder  in  einem  anderen  für  Stigmen- 


M 


Fig.  13.  Amphi- 
j)neustisclie  Flie- 
genlarve, vs  vor- 
deres, hs  hinteres 
Stigmenpaar.  Aus 
Lang. 


Insekten 


473 


atmung  ungeeigneten  Medium  leben,  wie  die 
Larven  von  Wasserkäfern,  Steclimücken  oder 
parasitisch  lebenden  Raupenfliegen.  Bei 
manchen  Insekten  sitzen  die  wenigen  Stig- 
men auf  langen  Röhren  (Atemröhren),  mit 
deren  Hilfe  sie  Luft  von  der  Oberfläche 
holen  können  (z.  B.  Rattenschwanzlarve  der 
Schlammfliege).  Diejenigen  Wasserinsekten 
die  keine  besonderen  Anpassungen  ihrer 
Atmungsorgane  an  das  Wasser  besitzen, 
müssen  zum  Luftholen  stets  an  die  Ober- 
fläche herauskommen,  doch  können  manche 
in  ihrem  Haarkleid  (Hydrophilus)  oder  unter 
den  Flügeldecken  (Dytiscus)  einen  größeren 
Luftvorrat  mitnehmen,  so  daß  sie  längere 
Zeit  unter  Wasser  verweilen  können. 

Die  Atmung  geschieht  durch  abwechselnde 
Zusammenziehung     und     Erweiterung     der 
Leibeshöhle.  Letztere  bewirkt  ein  Einströmen 
der    Luft    in    die    Tracheen    (Einatmung), 
während    erstere    eine    zweifache    Wirkung 
haben  kann:  bei  offenem  Verschlußapparat 
wird  die  Luft  aus  den  Tracheen  nach  außen 
gepreßt,  bei  geschlossenen  Stigmen  wird  da- 
gegen die  in  den   Tracheen  stehende   Luft 
weiter  in  den  Körper  bis  in  die  feinsten  Ka-  { 
pillaren  getrieben.   Die  Zahl  deriVtemzüge  ist  i 
sehr  verschieden  (20  bis  55  und  mehr),  je  nach 
der  Art    des    Insekts    und    der    jeweiligen 
Lebensbetätigung.    Das   Sauerstoffbedürfnis 
der  Insekten  ist  ein  sehr  großes  und  über- 
trifft wohl  das  aller  anderen  wirbellosen  Tiere 
und  vielleicht  auch  das  mancher  Wirbeltiere  ' 
(Fische,  Amphibien);  so  bedarf  z.  B.  ein  Kilo- 
gramm Bienen  bei  20*^  C  in  einer  Stunde  im  < 
Frühjahr  annähernd  30  000  ccm  Sauerstoff,  j 

Außer  der  für  das  Luftleben  bestimmten 
Stigmenatmung  kommt  bei  vielen  Wasser- 
insekten eine  speziell  dem  Wasserleben  an- 
gepaßte Haut  atmung  vor.      Dieselbe  ge- ' 
schiebt  durch  die   sogenannten  Tracheen- 1 
kiemen,     das     sind     zartwandige     Haut-! 
ausstülpungen,    die    ein    dichtes    Tracheen-  j 
kapillarnetz  in  sich  bergen.    Der  Sauerstoff  j 
gelangt     auf     osmotischem     Wege     durch 
die    zarte      Kiemenhaut     in      die     feinen 
Tracheenäste  und  ebenso  gelangt  die  Kohlen- 1 
säure   durch   die    Kiemenhaut  nach   außen. 
Stigmen  fehlen  in  den  meisten  Fällen  ganz, 
so  daß  das  Tracheensystem  gewöhnhch  voll- 
kommen  geschlossen  ist.      Tracheenkiemen 
kommen  vor  bei  den  Larven  der  Ephemeriden 
(Eintagsfliegen),  Libellen,  Perhden,  Tricho- 
pteren,  ferner  einigen  SchmetterMngslarven, 
Käferlarfen  (Gyrinus,  Hydrochares,  Pelobius, 
Hydrobius  usw.),  Dipterenlarven  usw.    Ganz 
selten  finden  sich  auch  bei  Imagines  (neben 
den  Stigmen)  schwach  ausgebildete  Tracheen- 
kiemen (Perla).  Form  und  Lage  der  Tracheen- 
kiemen ist  ungemein  wechselnd:  bald  sind 
es  runde  oder  lanzettförmige  Blättchen,  bald 
schlauchförmige  Anhänge,  einfache,  verästelte, 
geghederte,  einzelstehend  oder  zu  Büscheln 


vereinigt;  bald  sitzen  sie  paarweise  an  den 
Hinterleibssegmenten,  bald  an  der  Brust 
oder  an  der  Basis  der  Extremitäten,  bald 
erscheinen  sie  als  drei  lange  Anhänge  am 
letzten  Hinterleibsring.  Bei  manchen  Li- 
bellen ist  die  Hautatmung  in  den  Enddarm 
verlagert,  in  dessen  Lumen  eine  Reihe  re- 
spiratorischer Hautfalten  (vier  bis  zwölf) 
hineinragen  (wahrscheinlich  aus  Rektal- 
drüsen hervorgegangen).  Einigen  Larven 
(Chironomus)  kommen  auch  richtige  Blut- 
kienem,  das  sind  Hautausstülpungen,  die  mit 
Blut  gefüllt  sind,  zu. 

2f)  Kreislauforgane.  Die  Kreislauf- 
organe der  Insekten  bestehen  in  der  Haupt- 
sache aus  einem  propulsatorischen  Apparat 
(Herz),  welcher  für  die  Bewegung  der  Blut- 
flüssigkeit sorgt.  Derselbe  stellt  einen 
Schlauch  dar,  welcher  den  Körper  von- hinten 
nach  vorn  dicht  unter  der  Rückendecke 
durchzieht  (Rückengefäß).  Sein  hinteres 
Ende,  das  meist  im  vorletzten  Segment  liegt, 
ist  stets  geschlossen,  sein  vorderes  in  die 
Brust-  oder  Kopfregion  reichendes  Ende  da- 
gegen mündet  offen  in  die  Leibeshöhle 
(Fig.  9  H).  Meist  lassen  sich  zwei  Abschnitte 
unterscheiden,  das  hintere  breitere  und  deut- 
lich segmentierte  Herz  und  die  vordere 
schmälere  Aorta.  Letztere  ist  manchmal 
viel  länger  als  das  Herz,  mehrere  Win- 
dungen und  Schlingen  bildend,  meist  aber 
kürzer  und  dann  gerade  verlaufend.  Das 
Herz  ist  in  eine  Anzahl  (bis  neun)  Kammern 
geteilt,  die  durch  Klappenventile  mitein- 
ander in  Verbindung  stehen;  außerdem  ist 
jede  Kammer  mit  einem  Paar  seitlicher 
Spaltöffnungen,  ebenfalls  durch  Klappen 
verschließbar,  versehen.  Die  zarten  Herz- 
wandungen enthalten  eine  aus  glatten  Muskeln 
bestehende  Ringmuskulatur,  durch  deren 
Kontraktion  der  Schlauch  zusammengedrückt 
wird  (Systole).  Außerdem  gehen  vom  Herz- 
schlauch sowohl  zu  der  Rückendecke,  als 
auch  zu  dem  unter  ihm  liegenden  Zwerch- 
fell, radiäre  Muskelfasern,  welche  den  Herz- 
schlauch in  seiner  Lage  erhalten  und  außer- 
dem als  Dilatatoren  wirken  (Fig.  14).     Das 


Jim, 


Fig.  14.  Rückengefäß  (H)  einer  Ameise  im 
Querschnitt.  H  Herz,  Rm  radiäre  Muskeln 
(Dilatatoren).  Fe  Fettzellen,  Oe  Oenocj^ten, 
Pe  Pericardialzellen,  Flm  ,,Flügelmusker',  D 
Darm.     Nach  Jan  et.     Aus   Wheeler. 


474 


Insekten 


«ben  erwähnte  Zwerchfell  geht  von  den  Seiten 
der  Rücken  platten  aus  und  ist  dicht  unter 
■dem  Herzschlauch  ausgespannt,  einen  schma- 
len, das  Herz  enthaltenden  Rückenraum 
von  der  übrigen  Leibeshöhle  abtrennend. 
Es  besteht  in  der  Hauptsache  aus  fächer- 
förmig von  außen  nach  innen  sich  ver- 
breitenden Muskeln  (,, Flügelmuskeln")  (vgl. 
■den  Artikel ,, Zirkulationsorgane"  Fig.  4); 
in  ihnen  befinden  sich  eine  xVnzahl  Spalten, 
die  mit  den  Spaltöffnungen  des  Herzschlauehs 
ungefähr  korrespondieren.  Im  Ruhezustand 
ist  das  Zwerchfell  stark  dorsalwärts  gekrümmt 
infolgedessen  der  Rückenraum  beträchtlich 
«ingeengt;  bei  der  Kontraktion  der  Muskeln 
dagegen  wird  es  herabgezogen,  wodurch  der 
Rückenraum  und  zugleich  auch  der  Herz- 


im  dritten  63,  im  vierten  45,  im  letzten 
nur  39  gezählt.  — ■  Das  Blut  der  Insekten 
ist  eine  farblose  oder  schwachgelbliche, 
grünliche  oder  bräunliche  Flüssigkeit,  in  der 
mehr  oder  weniger  zahlreiche  Blutkörperchen 
schwimmen,  dies  amöboid  bewegliche,  mit 
einem  großen  Kern  ausgestattete  Zellen  dar- 
stellen. Mitunter  ist  die  Farbe  des  Blutes ' 
in  beiden  Geschlechtern  verschieden  (z.  B. 
bei  gewissen  Schmetterlingsraupen);  im 
männlichen  Geschlecht  farblos,  im  weib- 
lichen von  leuchtend  grüner  Farbe.  Letztere 
rührt  von  Chlorophyllderivaten  her,  so  daß 
man  annehmen  muß,  daß  im  weiblichen 
Organismus  das  Chlorophyll  in  wenig  ver- 
änderter Form  in  die  Blutbahn  gelangt, 
während  es  beim  Männchen  abgebaut  wird. 


-schlauch  erweitert  und  der  darunter  gelegene 
Teil  der  Leibeshöhle  verengert  wird,  was  zur 
Folge  hat,  daß  die  hier  befindliche  Flüssigkeit 
nach  dem  Rücken  gepreßt  wird.  Außer  dem 
dorsalen  existiert  noch  ein  ventrales  Zwerch- 
fell, welches  über  dem  Bauchmark  hinweg 
durch  die  Leibeshöhle  zieht,  und  einem  ven- 
tralen Raum  (Ventralsinus)  von  dem  darüber 
gelegenen  Teil  der  Leibeshöhle  abtrennt.  — 
Der  Blutkreislauf  geht  folgendermaßen 
vor  sich  (Fig.  15) :  bei  der  Systole  kontrahiert 
sich  der  Herzschlauch,  von  der  letzten 
Kammer  beginnend,  nach  vorn  zu  fort- 
schreitend, und  preßt  so  das  Blut  in  die 
Aorta  und  von  da  in  die  Leibeshöhle.  Eiu 
Rückfließen  und  seitliches  Ausfließen  des 
Blutes  wird  durch  die  Ventile  und  Klappen 
verhindert.  Das  aus  der  Aorta  strömende 
Blut  gelangt  zunächst  in  den  Kopf,  dann 
in  die  Brust,  um  aber  von  da  nicht  gleich 
in  den  Hauptraum  der  Hinterleibshöhle  zu 
fließen,  sondern  zuerst  unter  dem  ventralen 
Zwerchfell,  das  Bauchmark  umspülend,  nach 
hinten  zu  strömen  und  dann  erst  in  die  Bauch- 
holde  zu  treten;  von  dort  aus  wird  es  durch 
den  Druck  des  dorsalen  Zwerchfells  nach  dem 
Rücken  gepreßt,  wo  es  durch  die  Spalten 
jenes  in  den  Rückenraum  gelangt  und  von 
da  in  den  Herzschlauch  durch  die  seitlichen 
Spaltöffnungen  eintritt.  Die  Zahl  der  Herz- 
schläge ist  sehr  verschieden,  bei  einem  ruhen- 
den Sichwärmer  z.  B.  40  bis  50  in  der  Minute, 
unmittelbar  nach  dem  Fluge  dagegen  bis 
140.  Auch  die  verschiedenen  Entwickelungs- 
stadien  zeigen  große  Unterschiede,  so  wurden 
im  ersten  Raupenstadium  von  Sphinx  li- 
gustri  82  Schläge  pro  Minute,  im  zweiten  89, 


Fig.  15.  Schematische  Dar- 
stellung des  Blutkreislaufes. 
Vs  ventrales,  Ds  dorsales  Sep- 
tum.  Aus  Escherich  Forst- 
insekten. 


2g)  Temperatur  der  Insekten.  Die 
Temperatur  der  Insekten  kann  innerhalb 
weiter  Grenzen  variieren,  ohne  scheinbar 
schädliche  Folgen  nach  sich  zu  ziehen.  Die 
Eigentemperatur  der  in  Ruhe  befindlichen 
Insekten  ist  gleich  der  Temperatur  des  um- 
gebenden Mediums  oder nur ganz unbedeutend 
höher.  Die  Anpassung  der  Eigentemperatur 
an  die  umgebende  Luft  wird  aber  sehr  wesent- 
lich von  äußeren  Faktoren,  vor  allem  Feuch- 
tigkeit, beeinflußt.  Die  Temperatur  des  In- 
sekts bleibt  bei  plötzlich  zunehmender  Luft- 
temperatur (bei  gewöhnlicher  Luftfeuchtig- 
keit) zuerst  immer  mehr  und  mehr  hinter 
dieser  zurück,  um  erst  kurz  vor  der  partiellen 
Lähmung  der  Flügelmuskel  sich  der  Luft- 
temperatur wieder  zu  nähern.  Bei  sehr  hoher 
Luftfeuchtigkeit  besitzt  der  Schmetterling 
immer  eine  höhere  Temperatur  als  die  um- 
gebende Luft,  wobei  mit  der  Steigerung  der 
Lufttemperatur  die  Differenz  zunimmt.  An- 
dererseits ist  bei  geringer  Luftfeuchtigkeit 
die  Temperatur  der  Insekten  niedriger  als 
die  umgebende  Luft,  was  zweifellos  mit  der 
raschen  Verdunstung  zusammenhängt.  Auch 
die  Körperbewegung  hat  großen  Einfluß  auf 
die  Höhe  der  Eigentemperatur,  indem  die 
Temperatur  bei  intensiver  Muskeltätigkeit 
steigt  und  mit  dem  Aufhören  der  Muskelarbeit 
wieder  fällt.  Durch  Summen  kann  ein 
Schwärmer  seine  Temperatur  um  10  Grad 
und  mehr  erhöhen.  Nach  einer  gewissen 
Erhöhung  der  Eigentemperatur  hört  der 
Schmetterhng  mit  dem  Summen  auf,  und 
verfällt  in  Ruhe  (partielle  Muskellähmuug). 
Die  Lähmung  tritt  um  so  eher  ein,  je  trockener 
die  Luft  ist.     Die  Temperatur,  bei  der  die 


Insekten 


475 


Lähmung  eintritt,  ist  ferner  um  so  höher, 
je  höher  die  Temperatur  der  umgebenden 
Luft  ist;  so  brachte  ein  Schwärmer  seine 
Eigentemperatur  durch  Summen  bei  einer 
Lufttemperatur  von  19,2»  C  auf  34,8",  resp. 
vou  28,5°  auf  37»,  resp.  von  30»  auf  42,1».  — 
Die  optimale  Temperatur  scheint  bei  ca. 
2&^  zu  liegen.  Wenn  wir  uns  vom  Optimum 
entferuen,  so  tritt  nach  gewisseu  Tempe- 
raturen (über-  oder  uuteroptimale  Zone)  zu- 
nächst eine  vorübergeheude  Wärme-  resp. 
Kältestarre  eiu,  die  bei  noch  höheren  resp. 
tieferen  in  die  permanente  Wärme-  oder 
Kältestarre  übergeht,  w^obei  der  Tod  eintritt. 
L>ie  permaneute  Wärmestarre  scheint  im 
allgemeinen  bei  46''  zu  erfolgeu ;  doch  wurden 
bei  manchen  Insekten  weit  niedrigere  Tem- 
peraturen beobachtet,  so  bei  Pyllopertha 
horticola  ca.  43°,  bei  Dytiscus  marginalis 
ca.  40"^,  bei  Blatta  orientalis  gar  nur  33". 
Andererseits  gibt  es  auch  Insekten,  welche 
Avesentliche  höhere  Temperaturen  vertragen 
können;  so  wurde  für  iVmeisen  49"  und  für 
Schildläuse  nicht  weniger  als  54  bis  55" 
(allerdings  nur  bei  kurzer  Einwirkung)  be- 
obachtet. Der  Weg  zum  Kältetod  ist  nicht 
so  einfach  wie  der  zum  Wärmetod:  bei 
einer  Abkühlung  gelangen  wir  zunächst  durch 
die  unteroptimale  Zone,  zu  Punkt  K,  bei 
dem  die  vorübergehende  Kältestarre  ein- 
tritt. Die  Lage  dieses  Punktes  ist  sehr  ver- 
schieden, bei  manchen  Schmetterlingen  bei 
15",  bei  anderen  bei  0"  oder  sogar  unter  0" 
(gewisse  iVphiden  wurden  bei  —  7"  in  Co- 
pula  angetroffen).  Es  kann  also  eine  Unter- 
kühlung der  Insektensäfte  stattfinden ;  deren 
Grad  hängt  wesenthch  von  der  Abkühlungs- 
geschwincligkeit  ab.  Ist  der  tiefste  Punkt  T^ 
der  Unterkühlung  (kritischer  Punkt)  er- 
reicht, so  macht  die  Temperatur  plötzlich 
einen  gewaltigen  Sprung  bis  zu  Punkt  N 
( —  1,5),  wobei  nun  die  Säfte  zu  erstarren  be- 
ginnen. Unter  w^eiterer  Abkühlung  schreitet 
das  Gefrieren  der  Säfte  fort,  bis  zu  dem 
Punkte  T^  (normaler  Erstarrungspunkt),  bei 
dem  alle  Säfte  gefroren  sind  (anabiotischer 
Zustand).  Wird  ein  in  diesem  Zustand  befind- 
liches, völlig  erstarrtes,  hart  gefrorenes  In- 
sekt erwärmt,  so  lebt  es  von  neuem  wieder 
auf.  Der  Tod  tritt  erst  dann  ein,  wenn  das 
gefrorene  Insekt  wieder  bis  ungefähr  auf 
seinen  kritischen  Punkt  T^  abgekühlt  wird.  — 
Die  Temperatur  der  permanenten  Kälte- 
starre ist  sehr  verschieden,  und  kann  bei 
Larven  zwischen  —  4"  und  —  42",  bei 
Puppen  zwischen  —  4"  und  —  25"  und  bei 
Imagines  zwischen  — 1,5"  und  —  35" 
schwanken. 

2h)  Fettkörper,  Oenocyten,  Peri- 
kardialzellen.  Der  Fettkörper,  der  aus 
zahlreichen  Fettzellen  zusammengesetzt 
ist  und  der  in  Form  von  Schollen,  Lappen, 
Bändern  usw.  auftreten  kann,  ist  am  zahl- 


reichsten bei  den  Larven  ausgebildet,  bei 
denen  er  gewöhnlich  den  größten  Teil  der 
Leibeshöhle  ausfüllt;  w^ährend  der  Puppen- 
ruhe erfährt  er  eine  starke  Rückbildung,  so 
daß  in  das  Imagostadium  nur  ein  kleiner  Teil 
des  larvalen  Fettkörpers  übergeht.  Die 
Funktion  des  Fettkörpers  besteht  in  erster 
Linie  in  der  Aufstapelung  von  Reserve- 
material, doch  wird  ihm  auch,  da  bisweilen 
harnsaure  Salze  in  ihm  gefunden  werden, 
eine  exkretorische  Funktion  zugeschrieben.  — ■ 
Zwischen  den  Fettzellen  zerstreut  liegen 
weingelb  gefärbte  Zellen,  die  Oenocyten 
(Fig.  14  Oe).  Die  weingelbe  Färbung  rührt 
von  gelben  Körnchen  her,  die  mit  der  Zeit 
im  Plasma  sich  ansammeln  und  wohl  Ab- 
scheidungsprodukte  darstellen;  daher  sind 
sie  bei  alten  Tieren  zahlreicher  als  bei 
jungen.  Die  Oenocyten  werden  von  den 
einen  als  ausfuhrlose  Drüsen,  von  den  anderen 
als  ausfuhrlose  Harnorgane,  deren  Inhalt  erst 
nach  dem  Tode  des  Insekts  frei  wird,  ge- 
halten. — ■  Die  Perikardialzellen  sind 
wesentlich  kleiner  als  die  Oenocyten  und 
liegen  meist  in  größeren  oder  kleineren 
Reihen  den,, Flügelmuskeln"  des  dorsalen  Sep- 
tums  an  (Fig.  14  Pc).  Ueber  ihre  Bedeutung 
herrscht  ebenfalls  noch  keine  volle  Klarheit: 
einerseits  hält  man  sie  für  exkretorische 
Organe,  die  gewisse  Stoffe  aus  dem  Blut 
aufnehmen  und  sie  so  verarbeiten,  daß  sie, 
wieder  in  das  Blut  zurückgebracht,  nunmehr 
durch  die  Malpighischen  Gefäße  ausge- 
schieden werden  können;  andererseits  nimmt 
man  an,  daß  von  ihnen  eine  Neubildung  der 
Blutkörper  ausgeht. 

2i)  Leucht Organe.  Die  Leuchtzellen 
sind  zweifellos  Derivate  von  Fettzellen.  Die 
Leuchtorgane  bestehen  in  der  Regel  aus 
zwei  Zellplatten,  die  sich  durch  ihr  Licht- 
brechungsvermögen deutlich  voneinander 
unterscheiden,  indem  die  innere  Platte  un- 
durchsichtig, die  äußere  dagegen  durchsichtig 
erscheint.  Die  Undurchsichtigkeit  der 
inneren  Platte  beruht  auf  der  Anhäufung 
zahlreicher  Kristalle  (harnsaures  Ammoniak) 
im  Zellplasma.  Mit  den  Zellplatten  tritt 
ein  dichtes  Tracheennetz  in  Verbindung, 
deren  feinste  in  verschiedener  Weise  ver- 
zweigte Enden  (die  nach  manchen  Autoren 
mit  Flüssigkeit  gefüllt  sein  sollen)  die  Zellen 
umspinnen  und  teilweise  auch  in  dieselben 
eintreten.  Die  über  den  Leuchtplatten  ge- 
legenen Hautstellen  sind  durchsichtig,  so 
daß  das  Licht  durchtreten  kann.  Natürlich 
werden  dadurch  auch  die  darunterliegenden 
hellen  Zellschichten  sichtbar,  so  daß  die 
Leuchtorgane  als  weißliche  oder  gelbliche 
Stellen  hervortreten.  —  Der  Leuchtvorgang 
beruht  zweifellos  auf  einem  Oxydations- 
prozeß ;  nach  den  einen  besteht  der  eigentliche 
Leuchtstoff  in  den  harnsauren  I{jistallen  der 
inneren  Schicht,  nach  den  anderen  dagegen 


476 


Insekten 


in  feinen  Körnchen  (photogenic  granules)  der 
äußeren  Schicht.  Der  Stoff  ist  jedenfalls 
sehr  beständig;  denn  Leuchtorgane,  die  völlig 
ausgetrocknet  zelin  Monate  in  einem  Vakuum 
aufbewahrt  wurden,  konnten  durch  An- 
feuchten W'ieder  zum  Aufleuclitcn  gebracht 
werden.  Das  Leuchten  ist  vom  Willen  des 
Tieres  abhängig,  indem  es  das  Licht  stärker 
und  schwächer  leuchten  lassen  oder  auch  ganz 
abstellen  kann.  Wahrscheinlich  geschieht 
die  Regulierung  durch  eine  Veränderung 
(Vermehrung  oder  Verminderung)  der  Luft- 
zufuhr. Leuchtorgane  kommen  fast  nur  bei 
Käfern  vor,  unter  diesen  in  erster  Linie  unter 
den  Malacodermata  (ca.  1000  Arten),  dann 
auch  bei  einigen  tropischen  Elateriden.  Der 
Sitz  der  Leuchtorgane  ist  meist  am  Ab- 
domen (oft  in  vielen  Paaren),  seltener  auf 
dem  Halsschild  (Elateriden).  Die  be- 
kanntesten Beispiele  aus  unserer  Fauna  sind 
die  beiden  durch  flügellose  Weibchen  aus- 
gezeichneten Lam- 
pyrisarten,  Lampyris 
spendidula  und  nocti- 
luca,  bei  welchen  die 
Leuchtorgane  auf  der 
Bauchseite  in  ver- 
schiedener Anordnung 
(sowohl  nach  der  Ait 
als  dem  Geschlecht) 
gelegen  sind.  Die  bio- 
logische Bedeutung 
des  Leuchtens  be- 
steht wohl  in  erster 
Linie  in  der  An- 
lockung der  Geschlech- 
ter (die  flügellosen 
Weibchen  liegen  w^äh- 
rend  der  Flugzeit  auf 
dem  Rücken,  damit 
das  Licht  den  schwär- 
menden Männchen 
sichtbar  wird) ;  da- 
neben kann  das 
Leuchten  vielleicht 
auch  als  Schreckmittel 
nachstellende 


komplex.  Der  Grad  der  Verschmelzung 
schwankt  nicht  nur  bei  den  verschiedenen 
Arten,  sondern  auch  bei  den  verschiedenen 
Stadien  ein  und  derselben  Art  (im  allgemeinen 
ist  bei  Larven  die  Konzentration  weniger 
weit  vorgeschritten  als  bei  den  Imagines, 
selten  umgekehrt).  Der  größte  Teil  der  Gan- 
glienkette liegt  ventral  unterhalb  des  Darmes 
(daher  der  Name  Bauchmark),  nur  die  ersten 
drei  stets  miteinander  verwachsenen  Ganghen, 
die  im  Kopf  gelegen  sind,  befinden  sich  über 
dem  Darm;  sie  stehen  mit  den  folgenden  drei 
ebenfalls  zu  einem  einheitUchen  Komplex 
verwachsenen  Ganghen,  die  unterhalb  des 
Schlundes  liegen,  durch  iederseits  des  Darmes 
herabziehende  Kommissuren  in  Verbindung, 
so  daß  hier  der  Darm  von  einem  förmhchen 
Ring  umgeben  wird  (Schlundring).  Den 
dorsalen  Ganglienkomplex  nennt  man  Ober- 
schlundganglion oder  Gehirn,  den  ventralen 
Komplex  Unterschlundganghon.  —  Das 
Gehirn  (Fig.  17)  nimmt  infolge  seiner  be- 


Fig.  16.  Schematische 
Darstellung  des  Zentral- 
nervensystems. Ob 

Oberschlundganglion, 
Ug    Unterschlundgang- 
lion, Sy  sympatliisches   gegen 


Nervensystem,  D  Darm, 
Nach  Berlese 


Tiere  wirken. 

2k)  Nervensys- 
tem. UrsprüngMch 
kommt  jedem  Körpersegment  ein  Paar 
Ganglien  zu,  die  durch  Kommissuren  mit- 
einander M'ie  auch  mit  den  vorhergehenden 
und  nachfolgenden  verbunden  sind  (Fig.  16). 
Dieses  ursprünghche  Verhalten  ist  jedoch 
nur  bei  Embryonen,  Larven  und  einigen 
niederen  Insekten  anzutreffen;  bei  fast  allen 
höheren  Insekten  haben  mehr  weniger  um- 
fangreiche Verwachsungen  stattgefunden, 
einerseits  der  paarigen  Ganglien  eines  Seg- 
mentes zu  einem  unpaaren  Knoten,  anderer- 
seits auch  von  mehreren  Ganglien  der  ver- 
schiedenen   Segmente    zu    einem    Ganglien- 


Fig.  17.  Gehirn  einer  Arbeitsbiene.  Pc,  De,  Tc 
Proto-,  Deutero-,  Tritocerebrum;  PIz  pilzhut- 
förmige  Körper;  ci  innerer,  ce  äußerer  Becher, 
Antn  Antennennerven,  Mx,  Md  Nerven  zu  den 
Maxillen  und  den  Mandibeln,  LFr  Nerven  zur 
Oberlippe  und  Stirn,  Lo  Lobus  opticus.  Nach 
Jonescu.     Aus  Escherich. 


deutenden  Größe  und  seines  komplizierten 
Baues  eine  gewisse  Sonderstellung  gegenüber 
den  übrigen  Ganglienkomplexen  ein.  Es 
lassen  sich  an  ihm,  entsprechend  der  Zu- 
sammensetzung aus  drei  Ganglien,  drei 
Abschnitte  unterscheiden,  das  Proto-,  Deuto- 
und  Tritocerebrum.  Das  Protocerebrum  ist 
weitaus  der  größte  Abschnitt,  besonders 
charakteristisch  durch  die  sogenannten  pilz- 
förmigen Körper  (Corpora  pedunculata).  das 
sind  Anhäufungen  von  Ganglienzellen  und 
Fasermassen  in  einer  Form,  die  auf  Schnitten 
an  einen  Pilz  erinnern.  Aeußerlich  treten 
dieselben  als  Anschwellungen  resp.  Furchen 
der  Protocerebrum-Hälften  hervor.  Die 
pilzförmigen  Körper  sind  bei  den  sozialen 
Insekten  besonders  stark  ausgebildet,  und 
da  diese  Insekten  sich  durch  besonders  stark 
entwickelte  psychische  Fähigkeiten  aus- 
zeichnen, so  hat  man  in  jenen  Körpern  die 
Organe  der  Intelligenz  erblickt.  Nach  neueren 


Insekten 


477 


Forschungen  scheint  dieser  Standpunkt  nicht 
ganz  gerechtfertigt,  insofern  als  die  Größen- 
differenzen der  pilzförmigen  Körper  bei  den 
verschiedenen  Ständen  (Ai'beiter,  Männchen, 
Weibchen)  nicht  immer  mit  der  Höhe  der 
psychischen  Fähigkeiten  der  letzteren  Hand 
in  Hand  gehen.  Vom  Protocerebrum  gehen 
auch  die  Sehnerven  ab,  von  denen  die  seit- 
lichen sich  bald  zu  den  breiten  lappenförmigen 
Ganglia  optica  sich  verbreitern  (Fig.  17  L.o), 
Avährend  die  zu  den  Stirnaugen  ziehenden 
dünne  Stränge  darstellen.  Das  Deutero- 
cerebrum  besteht  in  der  Hauptsache  aus  den 
Riechlappen,  von  denen  die  Antennennerven 
entspringen;  außerdem  ist  es  wahrscheinlich 
noch  das  Zentrum  für  die  Tast-,  Geschmacks- 
und vielleichtGehörsempfindungen.  Das  Trito- 
cerebrum,  das  unter  resp.  hinter  demDeutero- 
cerebrum  liegt,  entsendet  Nerven  zu  der  Ober- 
lippe und  der  Schlundwand;  es  geht  nach 
hinten  in  die  Schlundkommissuren  über. 
Das  Tritocerebrum  entspricht  dem  das  zweite 
Antennenpaar  mit  Nerven  versorgende 
Schlundganghon  der  Krebse.  Bei  gewissen 
apterygoten  Insekten  kommen  noch  kleine 
Anhänge  am  Tritocerebrum  vor,  die  als 
rudimentäre  Antennennerven  (für  ein  zweites 
Antennenpaar)  zu  betrachten  sind.  Das 
unter  dem  Darm  gelegene  ebenfalls  drei- 
teiUge  Unterschlundganglion  ist  wesent- 
lich einfacher  gebaut  und  entspricht  in  seinem 
Aufbau  mehr  den  übrigen  Bauchganglien. 
Es  gehen  von  ihm  drei  Nervenpaare  ab,  je 
eins  zu  den  Mandibeln,  Maxillen  und  der 
Unterlippe.  Die  folgenden  Rumpfganglien 
versorgen  im  allgemeinen  die  Muskulatur  der 
zu  ihnen  gehörigen  Segmente;  so  gehen  von 
den  Brustganglien  eine  Anzahl  Nervenpaare 
zu  den  Bein  -und  Flügelmuskeln,  während 
von  den  Abdominalganglien  die  Muskulatur 
des  Hinterleibes  und  außerdem  auch  die 
Geschlechtsorgane  innerviert  werden.  — 
Den  Insekten  kommt  auch  ein  sympathi- 
sches Nervensystem  zu,  das  in  einem 
dorsalen  über  dem  Darm  gelegenen,  und 
einem  ventralen  unter  dem  Darm  gelegenen 
Teil  besteht.  Der  erstere  verläuft  auf  der 
Dorsalseite  des  Vorderdarms,  teils  als  unpaarer 
Strang  in  der  Medianhnie,  teils  als  paarige 
Stränge  zu  beiden  Seiten  und  ist  mit  ver- 
schiedenen Ganghen  ausgestattet,  von  denen 
das  letzte  an  der  Grenze  zwischen  Vorder-  und 
IMitteldarm  liegt  (Fig.  16  Sy).  Der  ventrale 
Teil  entspringt  von  den  Ganglien  des  Bauch- 
markes und  sendet  segmental  feine  paarige 
Aeste  aus.  Der  dorsale  Teil  versorgt  Vorder- 
und  Mitteldarm,  Speicheldrüsen,  Tracheen 
des  Kopfes  und  Rückengefäß,  während  der 
ventrale  Teil  Nerven  zur  Muskulatur  des 
Darmes,  der  Hinterleibstracheen  usw.  ent- 
sendet. 

Die    Zentralisation    des    Nervensystems 
geht  bei  den  Insekten  lange  nicht  so  weit 


wie  bei  den  höheren  Tieren.  Schneidet  man 
einem  Insekt  den  Kopf  ab,  so  ist  damit 
nicht  gleichzeitig  das  Bauchmark  außer 
Funktion  gesetzt.  Die  einzelnen  Ganglien 
sind  vielmehr  auch  getrennt  voneinander  noch 
längere  Zeit  für  sich  allein  selbständiger 
Tätigkeit  fähig.  Allerdings  wird  die  Ko- 
ordination gestört.  Eine  des  Gehirns  beraubte 
Ameise  sucht  nicht  mehr  nach  Nahrung, 
obwohl  sie  die  zwischen  die  Mundteile  ge- 
steckten Bissen  verzehrt;  sie  sucht  nicht  mehr 
zu  fliehen  oder  zu  ihrem  Nest  zurückzukehren, 
wiewohl  sie  ihre  Beine  auf  direkte  Reize 
hin  bewegt. 

2I)  Sinnesorgane.  Die  Insekten  be- 
sitzen nachweislich  Tast-,  Geruchs-,  Ge- 
schmacks-, Gesichts-  und  Gehörssinn;  aller- 
dings ist  der  Umfang  und  die  Qualität  der 
Sinnesempfindungen  nicht  immer  der  gleiche 
wie  bei  uns  (Sehen  von  ultravioletten 
Strahlen,  Kontaktgeruch  usw.).  —  Tast-, 
Geruch-  und  Geschmacksempfin- 
dungen werden  durch  sogenannte  Haut- 
sinnesorgane (Fig.  18)  übermittelt.     Die- 


Fig.  18.  Verschiedene  Hautsinnesorgane.  A 
Leydigscher  Kegel,  B  Grubenkegel,  C  Champagner- 
pfropforgan, D   Porenplatte.      Aus  Esche  rieh. 

selben  bestehen  aus  einem  chitinösen  End- 
apparat und  einer  oder  mehrerer  Sinnes- 
zellen; sie  finden  sich  allenthalben  auf  den 
verschiedensten  Körperteilen,  am  zahlreich- 
sten auf  den  Fühlern  und  Tastern,  dann 
auch  an  den  Beinen  und  den  verschiedenen 
Hinterleibsanhängen,  auf  der  Innenwand  des 
Schlundes  und  auf.  den  Flügeln  usw.  Wir 
unterscheiden  verschiedene  Formen: 
1.  Sinn  es  haare  —  oder  Borsten  — ■  oder 
Schuppen    (Sensilla    trichodea);    sie    unter- 


478 


Insekten 


scheiden  sich  von. den  gewöhnlichen  Haaren 
hanptsächlich  dnrch  die  an  ihrem  Grunde 
gelegenen  Sinneszellen.  Sie  sind  weitaus  die 
verbreitetsten  und  häufigsten  Sinnesorgane, 
die  zweifellos  vornelimiich  dem  Tastsinn 
dienen.  —  2.  Die  Sinneskegel,  das  sind 
kürzere  oder  längere  ('hitinzapfen,  die  ent- 
weder frei  hervorragen  (Leydigsche  Kegel 
oder  Sensilla  basiconica),  oder  in  Gruben 
versenkt  sind  ( Gruben kegel  oder  Sensilla 
coeloconica).  Eine  Abart  der  Grubenkegel 
sind  die  Champagnerpfropfenorgane  und  die 
flaschenförmigen  Sinnesorgane  (Sensilla  am- 
puUacea  oder  Forelsche  Flaschenorgane), 
bei  denen  die  Gruben  außerordentlich  lang 
ausgezogen  sind.  Die  Sinneskegel  dienen 
sowohl  dem  Geschmack  (in  der  Mundhöhle 
gelegen)  als  auch  dem  Geruch  (an  den  Fühlern 
gelegen).  —  3.  Die  Poren  platten  (Sensilla 
placodea),  das  sind  dünne  über  eine  Spalte 
gelegene  Chitinplättchen,  die  mit  der  be- 
nachbarten Cuticula  durch  eine  elastische 
Haut  verbunden  sind,  und  an  die  von  innen 
her  ein  Nerv  tritt.  Durch  Druck  von  außen 
rückt  die  Platte  nach  innen,  einen  Reiz 
auf  den  darunterliegenden  Nerv  ausübend. 
Die  Poren  platten  werden  als  Organe  zur 
Empfindung  des  Luftdruckes  aufgefaßt.  Eine 
Abart  der  Porenplatten  stellen  die  Sinnes- 
kuppeln  dar,  bei  denen  an  Stelle  der  Platte 
eine  gewölbte  Kuppel  vorhanden  ist;  aller- 
dings kommt  hier  noch  ein  komplizierter 
Nervenendapparat  mit  Stiftkörperchen  usw. 
hinzu.  Die  Sinneskuppeln  finden  sich  auf 
den  Flügeln  der  Schmetterlinge  und  dienen 
wahrscheinlich  der  Flugsteuerung.  Die 
hervorragendste  Rolle  im  Leben  der  Insekten 
spielt  der  Geruchssinn.  Derselbe  hat 
seinen  Sitz  hauptsächlich  in  den  Fühlern 
und  zwar  vornehmlich  in  deren  Endgliedern. 
Durch  diese  bewegliche  Lage  kommen  ihm 
zwei  Eigenschaften  zu,  die  dem  Wirbeltier 
abgehen,  nämhch  1.  die  Fähigkeit,  beim 
direkten  Kontakt  die  chemischen  Eigen- 
schaften eines  Körpers  zu  erkennen  (Kon- 
taktgeruch) und  2.  die  Fähigkeit,  den  Raum 
und  die  Form  seiner  Objekte,  sowie  auch 
die  Form  der  eigenen  Spur  zu  unterscheiden, 
so  daß  das  auf  dem  Boden  sich  bewegende 
Tier  sich  gut  orientieren  kann  (topochemischer 
Geruchsinn).  i 

G  e  h  ö  r  s  s  i  n  n.  Daß  vielen  Insekten  ein  Ge- 1 
hörvermögen    zukommt,    läßt    sich    daraus ! 
schließen,  daß  viele  Insekten  Töne  hervor- ! 
bringen;  außerdem  ist  es  auch  durch  direkte  j 
Experimente    nachgewiesen.       Das    Gehör- ! 
Organ  kann  an  den  verschiedensten  Stellen  [ 
des  Körpers  sitzen,  in  den  Beinen,  Fühlern, 
im  Abdomen  usw.     Dem  Bau  nach  unter- 
scheiden wir  zwei  verschiedene  Typen,  die  \ 
Saiten-  oder  Chordotonalonorgane    und   die 
Trommelfell-    oder    Tympanalorgane.       Die 
Chordotonalorgane    (Fig.    19)    bestehen, 


aus  einer  oder  mehreren  sehr  charakteristi- 
schen Sinneszellen,  welche  einerseits  mit 
einem  Nerv,  andererseits  mit  der  Haut  in 
Verbindung   stehen.      Letztere   Verbindung 


Fig.  19.  Chordotonal- 
organ.  B  Bauchstrang, 
Ggl  Ganglion,  N  Nerv 
vom  Ganglion  ab- 
gehend und  zu  den 
.Sinneszellen  (Sz)  zie- 
hend, Hst  Hörstifte; 
Edsch  Endsfhlauch, 
Bd  Band,  welches  den 
Endschlauch  in  Span- 
nung hält.  Nach 
Graber.  Aus  Esche- 
rich. 


wird  durch  einen  aus  mehreren  Zellen  be- 
stehenden   Schlauch    (Stiftchenträger    oder 
Scolopophor)  hergestellt,  in  welchem  die  Hör- 
stifte gelegen  sind.     Dieser  Endschlauch  ist 
meist  rechtwinklig  gegen  den  Nerven  abge- 
knickt  und    steht    an    der    Knickungsstelle 
mit    einem    Band    in    Verbindung,    welches 
von  einer  anderen  Seite  kommend  den  End- 
schlauch mit  einer  anderen  Hautstelle  ver- 
bindet, so  daß  dieser  zwischen  zwei  Haut- 
stellen ausgespannt  ist.     Gerät  die  Haut  in 
Schwingung,  so  überträgt  sich  diese  auf  den 
ausgespannten  Endschlauch  und  damit  auch 
auf    die    Hörstifte.    —    Die    Tympanal- 
organe schließen  sich  an  die  chordotonalen 
Organe  an,  insofern  als  auch  ihnen  jene  End- 
schläuche mit  Hörstiften  zukommen;  dazu 
tritt  aber  hier  hinzu,  daß  die  darüberhegende 
Haut    trommelfellartig    verdünnt    ist    und 
unter  dem  Trommelfell  zwei  blasenförmig  er- 
weiterte,   die     Sehallwirkung    verstärkende 
Tracheen   sich   befinden.      Auf  einer  dieser 
Tracheen  oder  zwischen  derselben  und  dem 
TrommeKell   liegen    die    Endschläuche    mit 
ihren  Hörstiften,  in  einer  Reihe  nach  ihrer 
Größe  angeordnet.     Durch  die  Verdünnung 
der  Haut  und  das  Hinzutreten  der  Tracheen- 
blasen kommen  die  Schwingungen  weit  mehr 
zur  Geltung  als  bei  den  Ghordotonalorganen. 
Die  Tympanalorgane  sind  bis  jetzt  bei  Heu- 
schrecken,  Grillen  und   Schmetterlingen  ge- 
funden; die  liegen  entweder  an  den  Seiten 
des   Abdomens   oder  des   Thorax  (Feldheu- 
schrecken,   Schmetterlinge),    oder   aber    an 
den     Schienen     der    Vorderbeine    (Grillen, 
Laubheuschrecken)  und  zwar  entweder  frei 
oder    von    Hautfalten    bedeckt    (Laubheu- 
schrecken).   — ■    Gesichtssinn.       Die    Seh- 
organe sind    bei   den  Insekten   nuMst   hoch- 
entwickelt.        Man    unterscheidet    einfache 


Insekten 


479 


Augen  (Punktaiigen  oder  Ocellen)  und  zu- 
sammengesetzte Augen  (auch  Netz-  oder 
Fazettenaugen).  Die  Punktaugen  liegen  bei 
den  Imagines  entweder  (in  der  Zahl  von 
eins  bis  drei)  auf  der  Mitte  der  Stirn  resp. 
des  Scheitels  (Stirnaugen)  oder  an  den  Seiten 
des  Kopfes.  Letzteres  ist  der  Fall  bei  den 
niederen  und  einigen  parasitisch  lebenden 
oder  bezüglich  des  Sehvermögens  in  Rück- 
bildung begriffenen  Insekten  (Flöhe,  Läuse, 
Federlinge  usw.),  ferner  durchgehends  bei 
den  Larven.  Die  seitenständigen  Ocellen 
können  in  größerer  Zahl  auftreten  (bei  Le- 
pisma  z.  B.  zwölf,  bei  Schmetterlingsraupen 
sechs  bis  sieben  usw.).  Der  Bau  der  Ocellen 
ist  sehr  verschieden;  in  der  Regel  besteht 
jeder  Ocellus  aus  einer  linsenförmigen  durch- 
sichtigen Verdickung  der  Cuticula  (Linse), 
einer  hinter  dieser  liegenden,  gleichfalls 
durchsichtigen  Zellenlage,  dem  Glaskörper, 
und  endlich  der  Netzhaut,  deren  Zellen  an 
ihrem  dem  Glaskörper  zugewandten  Ende 
Stäbchen  (Rhabdome)  tragen.  — •  Die  zu- 
sammengesetzten Augen,  stets  an  den  Seiten 
des  Kopfes  befindlich,  kann  man  sich  durch 
Zusammenschluß  von  Einzelocellen  ent- 
standen denken.  Aeußerlich  läßt  sich  die 
Zusammensetzung  daran  erkennen,  daß  die 
Oberfläche  in  zahlreiche  meist  sechseckige 
Fazetten  zerfällt,  deren  jede  der  Linse  einer 
Einzelocelle  entspricht.  Die  Zahl  der  Fazetten 
schwankt  zwischen  einigen  20  und  vielen 
Tausend  (Stubenfliege  4000,  Scliwalben- 
schwanz  17  000,  Mordella  20000).  Dem- 
entsprechend ist  auch  die  Größe  sehr  unter- 
schiedlich; bei  manchen  Insekten  treten  die 
Augen  stark  zurück  gegenüber  der  Größe 
des  Kopfes,  bei  anderen  nehmen  sie  beinahe 
die  ganze  freie  Kopf  fläche  ein  (z.B.  bei  Bibio 
oder  der  Drohne  der  Biene).  Die  Form  der 
Netzaugen  ist  gewöhnlich  rund  oder  oval; 
manchmal  zeigen  sie  eine  nierenförmige 
Einbuchtung,  die  so  weit  gehen  kann,  daß 
das  Auge  in  zwei  Hälften  geteilt  wird.  Der 
feinere  Bau  eines  Netzauges  ist  ziemlich  ein- 
förmig, da  jedes  Einzelauge  (auch  Augen- 
keil oder  Ommatidium  genannt)  annähernd 
gleichgebildet  ist  (Fig.  20).  Zu  äußerst  liegt 
die  Linse  (Cornea),  die  meist  einen  sechs- 
eckigen Umriß  besitzt;  dann  folgen  nach 
innen  vier  Zellen,  welche  den  lichtbrechenden 
Kegel  bilden  (Kegelzellen),  auf  diese  folgen 
die  langgezogenen  Sehzellen,  sieben  bis  zehn 
an  der  Zahl,  die  zu  einem  keilförmigen  Bündel 
zusammentreten.  Sie  besitzen  an  ihren 
inneren  Längsseiten  feine  Stäbchensäume, 
die  zu  einem  einheitlichen  Stab  oder  Rhabdom 
verschmelzen  können.  Nach  innen  zu  laufen 
die  Sehzellen  in  je  eine  Nervenfaser  aus,  die 
vereinigt  den  Sehnerven  bilden.  Um  jeden 
Augenkeil  ist  als  optischer  Isolator  ein  mehr 
weniger  ausgedehnter  Pigmentmantel  gelegt. 
Trotz  der  Gleichförmigkeit  in  der  Zusammen- 


ordnung der  Zellen  zeigen  die  zusammen- 
gesetzten Augen  der  verschiedenen  Insekten 
zahlreiche  Besonderheiten,  von  denen  wir 
hier  nur  auf  die  Unterschiede  in  der  Kegel- 


Fig.  20.  Schematische 
Darstellung  eines  Augen- 
keils eines  euconen  Auges. 
1  Linse  mit  Hypoder- 
mis,  k  Kristallkörper 
mit    Glaskörperzellen    kz 

(daneben    auf    dem 
Querschnitt        gesehen) ; 
rz      Retinulazellen      mit 
Rhabdomen.    Aus  Hert- 


bildung  hinweisen  können.  Nach  der  Be- 
schaffenheit der  Kegelzellen  unterscheiden 
wir  acone,  pseudocone  und  eucone  Augen: 
bei  den  aconen  haben  die  Kegelzellen  ihre 
Zellnatur  beibehalten  (Zellkegel),  bei  den 
pseudoconen  haben  die  Kegelzellen  gegen  die 
Linse  zu  eine  durchsichtige  Sekretmasse  aus- 
geschieden (Sekretkegel)  und  bei  den  euconen 
ist  der  gesamte  Zellinhalt  in  eine  Masse  von 
kutikularer  Beschaffenheit  und  hoher  Licht- 
brechung umgewandelt,  der  die  Kerne  distal 
aufhegen  (&istallkegel). 

Aus  dem  geschilderten  Bau  geht  hervor, 
daß  jeder  Augenkeil  für  sich  arbeitet,  d.  h. 
solange  die  Anordnung  des  Pigmentmantels 
die  einzelnen  Augenkeile  vollkommen  gegen- 
einander isoliert.  Es  können  dann  nur  solche 
Strahlen  bis  zu  den  Sehstäbchen  gelangen,, 
die  in  die  Achse  des  Augenkeiles  fallen  und 
so  kann  also  jedes  Einzelauge  nur  einen 
kleinen  Teil  vom  Bild  eines  Gegenstandes 
aufnehmen.  Das  Bild  setzt  sich  demnach 
aus  lauter  kleinen  Teilstückchen  zusammen 
gleich  Mosaik,  weshalb  man  diese  Art  von 
Sehen  als  musivisches  Sehen  bezeichnet.  Der 
Kleinheit  der  Linsenoberfläche  entspricht  die 
geringe  Lichtstärke  des  Fazettenauges.  Dieser 
Nachteil  kann  entweder  durch  Verlängerung 
der  Augenkeile  oder  aber  durch  Überein- 
anderlagerung  von  Strahlenbündeln  aus  ver- 
schiedenen benachbarten  Kegeln  in  einem 
Rhabdom  verringert  werden.  Letzterer  Fall 
kann  nur  bei  den  euconen  Augen  eintreten, 
deren  Kristallkegel  das  Licht  so  brechen» 
daß    die    Strahlen    zu    dem    zugeordneten 


480 


Insekten 


Ehabdom  nicht  nur  durch  den  zugeordneten 
Kegel,  sondern  auch  durch  dessen  Nachbar- 
kegel gelangen  (Fig.  21).    Natürlich  muß  die 


Fig.  21.    Schematische  Darstellung  des  Strahlen- 
gangs   im    Superpositionsauge.      Nach    Hesse. 


Anordnung  des  Pigmentes  den  Durchtritt 
der  Strahlen  von  einem  Augenkeil  zum  an- 
deren gestatten;  dies  wird  durch  eine  Pig- 
mentwanderung bewirkt:  im  Sonnenlicht 
sind  die  Augenkeile  völlig  isohert,  imDämmer- 
licht  dagegen  wandert  das  Pigment  gegen 
die  Augenoberfläche  und  gibt  die  mittleren 
Zonen  für  die  durchgehenden  konvergenten 
Strahlen  frei.  Augen  mit  diesen  Einrich- 
tungen nennt  man  Supperpositionsaugen;  sie 
finden  sich  hauptsächlich  bei  Dämmerungs- 
tieren (Nachtschmetterhngen,  Lampyris  usw.) 
—  Ueber  die  Bedeutung  der  Stirnocellen 
existieren  eine  große  Reihe  verschiedener 
Anschauungen;  die  letzte  und  plausibelste 
ist  die,  daß  die  Stirnaugen  nur  in  Verbindung 
mit  den  Seitenaugen  wirken,  und  zwar  in 
dem  Sinne,  daß  sie  das  Insekt  in  den  Stand 
setzen,  die  Entfernung  der  gesehenen  Gegen- 
stände zu  empfinden  (Entfernungslokali - 
sation). 

Eine  ganze  Anzahl  von  Insekten  sind 
vollkommen  augenlos.  Es  handelt  sich  dabei 
stets  um  Verkümmerung  der  Augen  infolge 
Dunkellebens.  Daher  finden  wir  blinde 
Formen  hauptsächlich  unter  solchen  Insekten, 
welche  in  Höhlen,  unter  Steinen,  im  Holz, 
oder  parasitisch  in  anderen  Tieren  leben,  wie 
bei  Höhlenkäfern,  Ameisengästen,  Termiten- 
arbeitern, den  Larven  von  Bienen,  Ameisen, 
Wespen,  Schlupfwespen,  Fliegen,  Borken- 
und  Bockkäfern  und  vielen  anderen.  Uebri- 
gens  reagieren  auch  von  den  augenlosen  In- 
sekten viele  ganz  deutlich  auf  hell  oder  dunkel. 
Besonders  auffallend  ist  dies  bei  den  Fliegen- 
maden, die  sich  genau  nach  der  Richtung  der 
einfallenden  Strahlen  einstellen.  In  diesen 
Fällen  werden  die  Lichtempfindungen  zweifel- 
los durch  die  Haut  übermittelt  (photo- 
dermatischer  Sinn). 

2m)  Geschlechtsorgane.  Die  In- 
sekten sind  fast  ausschließhch  getrennten 
Geschlechts.   Nur  die  winzigen  termitophilen 


Fliegen  aus  der  Familie  der  Termitoxenien 
sollen  hermaphroditisch  sein,  was  aber  neuer- 
dings wieder  bestritten  wird.  Pathologische 
Zwitter  sind  nicht  gar  so  selten  bei  den  In- 
sekten, und  es  ist  schon  eine  ganze  Anzahl 
solcher  vor  allem  bei  den  Schmetterlingen 
und  iVmeisen  beschrieben  worden.  Je  nach 
der  Art,  wie  die  männlichen  und  weiblichen 
Eigenschaften  verteilt  resp.  angeordnet  sind, 
unterscheiden  wir  laterale,  transversale,  fron- 
tale und  gemischte  Zwitter.  Am  auffallend- 
sten sind  die  Zwitter  bei  Insekten  mit  stark 
ausgeprägtem  Sexualdimorphismus;  so  gibt 
es  Zwitter  vom  Frostspanner,  die  auf  der 
einen  Seite  ausgebildeteFlügel  besitzen  (männ- 
lich), auf  der  anderen  Seite  dagegen  völhg 
flügellos  sind  (weibhch). 

Den  Fortpflanzungsorganen  liegt  in  beiden 
Geschlechtern  der  gleiche  Bauplan  zugrunde 
(Fig.  22):  sie  bestehen  aus  1.  den  paarigen 


Fig.  22.  Schematische  Darstellung  der  Geschlechts- 
organe, A  männlich,  B  weiblich,  H  Hoden, 
Sl  Samenleiter,  SB  Samenblase,  SG  Samen- 
gang (Ductus  ejaculatorius)  Dr,  und  Dr,  Drüsen 
(Mesa-  und  Ektadenieen),  Edf  Endfaden,  Er 
Eiröhren,  Ek  Eikelch,  El  Eileiter,  Seh  Scheide, 
St  Samentasche  (Recept.  seminis),  Anh  Anhangs- 
drüse, Bt  Begattungstasche,  KD  Kittdrüse.  Aus 
Escherich  Forstinsekten. 

Keimdrüsen  (Hoden,  Ovarien),  2.  den 
paarigen  Ausfuhrkanälen  (Samenleiter  oder 
Vasa  deferentia,  Eileiter  oder  Ovidukte), 
welche  die  Gesehlechtsprodukte  von  den 
Keimdrüsen  aufnehmen  und  3.  einem  un- 
paaren  Endkanal  (Samengang  oder  Ductus 
ejaculatorius.  Scheide  oder  Vagina),  welcher 
die  Geschlechtsprodukte  nach  außen  leitet. 
Dazu  kommen  als  Anhangsgebilde  noch: 
Schleim-  oder  Kittdrüsen,  welche  sowohl  an 
den  paarigen  als  an  dem  unpaaren  Kanal 
auftreten  können,  ferner  Erweiterungen  oder 
Ausstülpungen  der  Ausfuhrkanäle,  welche 
zur  Aufbewahrung  der  Geschlechtsprodukte 
oder  zur  Aufnahme  der  Begattungsorgane 
dienen.    Nur  bei  wenigen  Insekten  fehlt  der 


Insekten 


481 


unpaare  Abschnitt,  so  daß  die  paarigen  Kanäle 
direkt  nach  außen  münden  (Ephemeriden, 
Termitenweibchen,  manche  Forficuliden,  Pro- 
turenmännchen).  Die  Fortpflanzungsorgane 
liegen  im  Hinterleib,  die  Geschlechtsöffnung 
befindet  sich  beim  Männchen  zwischen  dem 
9.  und  10.,  beim  Weibchen  zwischen  dem 
8.  und  9.  Segment.  Der  Entstehung  nach 
ist  der  unpaare  Endkanal  ektodermal,  die 
paarigen  Abschnitte  (Keimdrüsen  nebst  Aus- 
fuhrkanälen) mesodermal;  die  so  unabhängig 
entstandenen  Abschnitte  wachsen  einander 
entgegen,  um  sich  schließlich  miteinander 
zu  verbinden.  — Weibliche  Geschlechts- 
organe. Die  Ovarien  bestehen  aus  einer 
Anzahl  Eiröhren.  Diese  sind  an  ihrem  di- 
stalen Ende,  wo  sie  dem  Eileiter,  resp.  dessen 
erweiterten  Endteil,  dem  Eikelch  aufsitzen, 
am  dicksten,  um  sich  nach  vorn  zu  einem 
feinen  Faden,  den  Endfaden,  zu  verjüngen, 
durch  den  sie  an  der  Rückenwand  in  der  Nähe 
des  Herzens  befestigt  werden.  Jede  Eiröhre 
besteht  aus  einer  bindegewebigen,  häufig  mit 
feinen  Muskelfäden  bekleideten  Membran  und 
einem  zelligen  Inhalt,  deren  Zellen  zweierlei 
Natur  sind:  Epithelzellen  zur  Auskleidung 
der  Eiröhren  und  zur  Umhüllung  der  Eier 
(Hüll-  oder  Follikelzellen)  und  Keimzellen. 
Letztere  entwickeln  sich  nur  zu  einem  Teil 
zu  Eiern,  während  die  übrigen  als  Nährzellen 
verwendet  werden.  Nur  bei  niederen  In- 
sekten und  einigen  wenigen  höheren  können 
sämtliche  Keimzellen  zu  Eiern  heranwachsen. 
In  diesem  Falle  spricht  man  von  panoisti- 
schen  Eiröhren,  in  jenem  von  meroistischen. 
Letztere  können  telotroph  sein,  wenn  alle 
Nährzellen  im  vorderen  Ende  der  Eiröhren 
in  einer  besonderen,  oft  kolbig  angeschwol- 
lenen Nährkammer  liegen,  oder  aber  poly- 
troph,  wenn  die  Nährzellen  über  die  ganzen 
Eiröhren  verteilt  sind  und  zwar  in  der  Weise, 
daß  Ei-  und  Nährkammern  miteinander  ab- 
wechseln. Bei  den  telotrophen  Eiröhren 
ziehen  von  der  endständigen  Nährkammer  be- 
sondere Nähr-  oder  Dotterstränge  zu  den 
einzelnen  Eiern,  um  diesen  die  Nährsubstanzen 
zuzuführen.  Die  reifen  Eier  werden  durch 
Platzen  des  Hüllzellenmantels  aus  der  Ei- 
röhre ausgestoßen  und  gelangen  in  den  Ei- 
kelch usw.  Die  zurückgebliebenen  Follikel- 
zellen sammeln  sich  an  der  Basis  des  Ei- 
faches  an,  degenerieren  fettig  und  erzeugen 
gelbliche  Anhäufungen,  die  gelben  Körper 
oder  Corpora  lutea,  an  deren  Vorhandensein 
man  die  vollzogene  Eiablage  erkennen  kann. 
Die  Gestalt  der  Ovarien  ist  sehr  mannig- 
faltig und  hängt  in  erster  Linie  von  der  An- 
xjrdnung  der  Eiröhren  und  der  Form  des 
Eikelches  ab.  Wir  unterscheiden  büschel- 
förmige Ovarien,  w^enn  die  Eiröhren  büschel- 
förmig auf  einem  kurzen  trichterförmigen 
Eikelch  aufsitzen  und  kammförmige  Ovarien, 
wenn    die    Eiröhren    nebeneinandergeordnet 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


einem  langgestreckten,  schlauchförmigen  Ei- 
kelch angefügt  sind.    Die  Zahl  der  Eiröhren 
in  einem  Ovarium  ist  ungeheuer  verschieden 
und  kann  von  zwei  bis  zu  mehreren  Hundert, 
ja    Tausend    (Termiten)    schwanken.       Die 
Zahl  und  Länge  der  Eiröhren  steht  natür- 
lich mit  der  Eiproduktion  der  betreffenden 
Art  in  Zusammenhang:  je  zahlreicher  und 
länger  die  Eiröhren,  desto  mehr  Eier  können 
produziert  werden,  und  umgekehrt.    Ferner 
können  wir  aus  der  Zahl  der  Eiröhren  auch 
annähernd    darauf    schließen,    wieviel    Eier 
gleichzeitig  abgelegt  werden  können,  da  ge- 
wöhnlich nur  so  viel  Eier  zur  gleichen  Zeit 
reif  werden,   als   Eiröhren   vorhanden  sind. 
Daher  finden  wir  bei  kurzlebigen  Insekten, 
die  eine  größere  Eiproduktion  in  kurzer  Zeit 
erledigen  müssen,  meistens  zahlreiche  kurze 
Eiröhren,  wogegen  langlebige  Insekten,  die 
ihre  Eier  in  größeren  Zwischenräumen  ab- 
legen, meistens   wenige,    aber  entsprechend 
lange  Eiröhren  besitzen  (z.  B.  Borken-  und 
Rüsselkäfer).      Wenn    bei    den   kurzlebigen 
Schmetterhngen  nur  wenige  und  lange  Ei- 
röhren   vorhanden   sind,   so   wird    hier    die 
rasche  Eiablage  dadurch  ermöglicht,  daß  die 
Eier  größtenteils  schon  während  der  Puppen- 
ruhe ausreifen,  so  daß  bereits  der  frischge- 
schlüpfte Schmetterling  über  eine  große  Zahl 
reifer  Eier  verfügt.  —  Die  Form  der  Ovarien 
kann  durch  den  Grad  der  Reife  wesentlich 
beeinflußt  werden,  so  sind  z.  B.  bei  jungen 
Rüssel-  oder  Borkenkäfern  die  Ovarien  noch 
ganz  klein  und  die  einzelnen  Eiröhren  noch 
kaum  angedeutet,  während  bei  älteren  Weib- 
chen die  Eiröhren  mächtig  entwickelt  und 
durch  Einschnürungen  in  Eifächer  getrennt 
sind.  — ■  Die  Eiröhren  münden  in  Eikelche, 
die   sich   nach   hinten  in  die  Eileiter  oder 
Ovidukte    fortsetzen.        Letztere,    einfache 
dünne  Schläuche,  münden  in  den  unpaaren 
Endkanal,  die  Scheide  oder  Vagina,  die  mit 
einer  Chitincuticula  ausgekleidet  ist.      Bei 
einigen  Insekten  machen  die  Eier  (z.  B.  bei 
gewissen  Tachinen),  bei  anderen  (Pupiparen) 
sogar  die   Larven   ihre  ganze   Entwicklung 
in  der  Scheide  durch,  in  welchen  Fällen  man 
die  deutlich  erweiterte   Scheide  als   Uterus 
bezeichnet.       Die    Scheide    kann    mit    ver- 
schiedenen  Anhangsgebilden   versehen  sein, 
wie  Samentasche,  Begattungstasche,  Drüsen, 
Die   Samentasche  dient  zur  Aufbewahrung 
des  Samens,  die  bei  langlebigen  Tieren  mit 
einmaliger   Befruchtung   (Bienen,    Ameisen) 
über  viele  Jahre  sich  erstrecken  kann.    Oft 
münden  verschiedene  Drüsen  in  die  Samen- 
tasche. Die  innere  Wand  der  letzteren  besitzt 
eine  Chitinauskleidung  mit  oft  recht  charak- 
teristischen   Bildungen,    die    auch    in    der 
Systematik  Verwendung  finden.    Gewöhnhch 
ist  nur  eine  Samentasche  vorhanden,  doch 
gibt  es   auch   Insekten   mit  mehreren   (Ta- 
chinen besitzen  deren  drei).  Die  Samentasche 

31 


482 


Insekten 


steht  meist  direkt  durch  einen  längeren  oder 
kürzeren  Gang  mit  der  Scheide  in  Verbin- 
dung, oder  aber  sie  mündet  in  die  von  der 
Scheide  ausgehende  Begattungstasche.  Letz- 
tere (auch  Bursa  copulatrix  genannt)  stellt 
einen  größeren  taschenförniigcn  Anhang  dar, 
der  dazu  dient,  bei  der  Begattung  das  männ- 
liclie  Glied  aufzunehmen.  Bei  den  Schmetter- 
hngen  münden  Begattungstasche  und  Scheide 
getrennt  nach  außen,  während  sie  innen 
durch  einen  engen  Kanal  miteinander  in 
Verbindung  stehen.  Anhangsdrüsen  der 
Scheide  (auch  Schmier-  oder  Kittdrüsen 
genannt)  sind  in  verschiedener  Zahl  und 
Form  vorhanden  (einfach  schlauchförmig, 
mehrfach  verzweigt,  sackförmig  usw.);  ihr 
Sekret  dient  zum  Festkleben  der  Eier  oder 
zur  Umhüllung  der  Eier  mit  Gallerte  (Wasser- 
insekten) und  anderen  Zwecken  mehr. 

Männliche  Geschlechtsorgane.  Die 
paarigen  Hoden  setzen  sich  meist  aus  einer 
größeren  Anzahl  von  Blindschläuchen  zu- 
sammen, die,  in  der  Anlage  der  Eiröhren  ent- 
sprechend, wesenthch  kleiner  bleiben  als 
jene.  In  einigen  Fällen  (Caraboidea)  besteht 
jeder  der  Hoden  nur  aus  einem  einzigen 
langen  Blindschlauch,  der  zu  einem  Knäuel 
aufge-^imden  ist.  Jeder  Hodenschlauch  be- 
steht aus  einer  äußeren  Hülle  und  einem 
zeUigen  Inhalt.  Letzterer  enthält  Epithel- 
oder Hüllzellen  und  Keimzellen  (Ursamen- 
zellen  oder  Spermatogonien).  Ihre  Anordnung 
ist  eine  ähnliche  wie  in  den  Eiröhren,  indem 
eine  Anzahl  Ursamenzeilen  durch  einige 
Hüllzellen  zu  einem  Samenherd  (Spermato- 
cytse)  zusammengefaßt  werden.  Aus  jeder 
Ursamenzeile  entstehen  durch  Teilung  die 
Samenmutterzellen  und  aus  diesem  die 
Samenfäden;  es  werden  hier  also  alle  Keim- 
zellen zur  Bildung  von  Geschlechtsprodukten 
verwendet.  Bezüglich  der  Gestalt  der  Hoden 
herrscht  eine  große  Mannigfaltigkeit:  wo 
die  Schläuche  durch  eine  Hülle  bedeckt 
sind,  stellen  die  Hoden  meist  runde  oder 
ovale  oder  nierenförmige  Körper  dar,  wo 
aber  die  Schläuche  freiliegen,  da  nehmen 
die  Hoden  büschel-,  trauben-  oder  beeren- 
förmige  Gestalt  an.  Manchmal  ist  auch 
jeder  Hoden  in  mehrere  (zwei  bis  zwölf) 
sekundäre  Hoden  (Testiculi)  zerlegt,  von 
.denen  ebensoviele  feine  Ausfuhrkanäle  ab- 
gehen. Meistens  sind  die  beiderseitigen 
Hoden  völlig  voneinander  getrennt,  in  man- 
chen Fällen  jedoch  können  sie  durch  eine 
gemeinsame  Hülle  vereinigt  sein,  den  Ein- 
druck eines  unpaaren  Hodens  machend. 
Die  von  den  Hoden  ausgehenden  Samenleiter 
stellen  längere  oder  kürzere,  meist  dünn- 
wandige Schläuche  dar,  mit  nur  schwacher 
Muskulatur.  Fast  stets  stehen  mit  ihnen 
Drüsen  (Mesadenien)  in  Verbindung;  außer- 
dem befinden  sich  an  ihrem  hinteren  Ende 
oft    blasenförmige    Erweiterungen    (Samen- 


taschen oder  Vesiculae  seminales),  zur  Auf- 
sammlung des  Samens.  Wo  die  Samenleiter 
sehr  lang  sind,  können  sie  in  ihrem  Verlaufe 
an  einer  Stelle  knäuelförmig  zu  einer  Art 
Nebenhoden  aufgewunden  sein.  Der  unpaare 
Endkanal  (Ductus  ejaculatorius)  unterscheidet 
sicli  von  den  paarigen  Samenleitern  einmal 
durch  eine  sehr  starke  Muskulatur  und  so- 
dann durch  den  Besitz  einer  chitinösen  In- 
tima.  Auch  ihm  kommen  Anhangsdrüsen 
zu  (Ektadenien),  deren  Zahl  und  Form  sehr 
verschieden  sein  kann. 

III.  Fortpflanzung. 

I.  Die  Keimzellen.  Das  Insektenei  be- 
steht aus  Eizelle  und  Eischale  (Chorion).  Die 
Eizelle  ist  meistens  reichlich  mit  Nahrungs- 
dotter versehen,  der  die  inneren  Partien  des 
Eies  einnimmt,  während  der  Bildungsdotter 
(Protoplasma)  die  Oberfläche  als  mehr  oder 
weniger  dicke  Schicht  (Keimhautplastem) 
überzieht.  Nur  wenige  Insekteneier  können  als 
dotterarm  bezeichnet  werden,  nämlich  von 
solchen  Insekten,  die  entweder  als  sehr  kleine 
Larven  das  Ei  verlassen,  oder  bei  denen  auf 
andere  Weise  für  die  Ernährung  des  Eies  ge- 
sorgt ist.  Das  Keimbläschen  des  reifenden 
Eies  ist  in  den  zentralen  Partien  gelagert  und 
zeigt  sich  als  großer  bläschenförmiger  mit 
spärlichem  Chromatingerüst  versehener  Zell- 
kern. Gegen  das  Ende  der  Eireifung  rückt 
er  an  die  Oberfläche  des  Eies,  um  sich  in  die 
Richtungsspindel  umzuwandeln.  Die  äußerste 
Schicht  der  Eizelle  ist  zu  einer  feinen  völlig 
homogenen  und  strukturlosen  Haut,  der 
Dotterhaut  (Membrana  vitellina)  erstarrt. 
Die  eigentliche  Eischale  (Chorion),  die  die 
so  gestaltete  Eizelle  umgibt,  wird  nicht  von 
der  Eizelle,  sondern  von  den  FoUikelzellen 
der  Eiröhren  ausgeschieden  und  besteht  aus 
einer  Substanz,  die  eine  oberflächliche  Aehn- 
lichkeit  mit  Chitin  hat,  sich  aber  von  ihm 
durch  den  Gehalt  an  Schwefel  und  einige 
andere  chemischeEigenschaften  unterscheidet. 
Zuweilen  zerfällt  das  Chorion  wieder  in  zwei 
Schichten,  das  Exo-  und  Entochorion.  Sie 
ist  außer  von  mehr  weniger  zahlreichen 
feinsten  Poren,  die  vielleicht  zur  Atmung 
dienen,  stets  von  einem  oder  mehreren  dicht 
beieinanderstehenden  größeren  KanäkMi 
durchbohrt,  den  sogenannten  Mikropylen, 
für  den  Durchtritt  der  Spermatozoen.  Meist 
ist  die  Umgebung  der  Mikropyle  durch  eine 
besondere  Struktur  der  Schale  ausgezeichnet, 
oder  aber  es  kommen  auch  ganz  komplizierte 
Mikropylen apparate  vor,  aus  Anhängen  aller 
Art  bestehend.  Die  Lage  der  Mikropyle  ist 
gewöhnlich  an  dem  im  Mutterleib  gegen 
das  Kopfende  zu  gerichtete  Eipol,  dem  so- 
genannten vorderen  Eipol.  —  Die  Gestalt 
der  Eier  ist  ungeheuer  mannigfaltig  (Fig.  23), 
am  häufigsten  ist  die  längliche  ovale,  schwach 
gekrümmte  Form,  dann  kommen  aber  auch 


Insekten 


483 


kurz  ovale,  vollkommen  runde,  halbkugel- 
förmige,  brotförmige,  ganz  flache  scheiben- 
förmige, kahnförmige  usw.  vor.  Dazukommen 
die  verschiedensten  Fortsätze,  Anhänge, 
Kippen,  Warzen  usw.,  welche  den  Eiern  mit- 


Fig.  23.  Verschiedene  Eiformen.  1  Tortrix, 
2  Lyda,  3  Nonne,  4  Thecla,  5  Oeneis  (Tagfalter), 
6  Pieride,  7  Pentastoma,  8  ]\[elolontha,  i)  Biene, 
10  Locustide,  11  Nepa,  12  Phasmide,  13  Menopon 
(Federung  vom  Pfau),  14  Chrysopa,  15  Phyllium, 
16  Oestride,  17  Cynipide.  Ans  Escherich 
Forstinsekten. 

unter  die  zierlichsten,  an  Seeigel,  Pflanzen- 
samen, Blüten  usw.  erinnernde  Formen  ver- 
leihen können.  Manche  Eier  gleichen  Krügen 
mit  Deckeln  (Pentatoma),  andere  sitzen  auf 
langen  dünnen  Stielen  (Chrysopa).  Die  Ei- 
anhänge  dienen  verschiedenen  Zwecken:  als 
Haftapparate,  zur  Atmung  usw. 

Die  Samenfäden  der  Insekten  weisen 
in  ihren  Einzelheiten  große  Verschieden- 
heiten auf;  so  ist  der  Kopf  in  Form,  Zu- 
sammensetzung und  Größe  sehr  variabel: 
bei  den  einen  Insekten  in  einer  feinen  Spitze 
endend,  bei  den  anderen  in  feinen  Knöpfchen 
bei  wieder  anderen  in  einem  Anker  oder  in 
mehreren  übereinanderliegenden  Knöpfchen. 
Auch  der  Schwanz  ist  in  seinem  feineren 
Aufbau  höchst  mannigfahtg  und  besteht  bei 
den  einen  aus  mehr,  bei  den  anderen  aus 
weniger  nebeneinanderhegenden .  und  ver- 
schieden struktuierten  Fasern.  Häufig  sind 
niehrere  Samenfäden  (zwei  bis  mehrere)  mit 
ihren  Köpfen  entweder  direkt  miteinander 
verbunden,  oder  um  einen  axialen  Körper 
befestigt,  während  die  Schwänze  freibleiben 
(Spermatozeugma).  Bei  manchen  Heu- 
schrecken reihen  sich  die  Köpfe  in  hnearer 


Anordnung  derart  aneinander,  daß  die  frei 
abstehenden  Schwänze  seithch  ansitzen,  wie 
die  Federfahnen  dem  Schaft.  Meist  ist  der 
Samen  in  eine  feste,  von  den  Anhangsdrüsen 
abgesonderte  Hülle  eingeschlossen  (Samen- 
patrone oder  Spermatophor). 

2.  Die  Begattung.  Die  Art  und 
Weise,  wie  die  Copula  ausgeführt  wird,  ist 
ungemein  verschieden:  manche  Insekten  be- 
gatten sich  im  Fluge  (z.  B.  Fhegen,  Bienen, 
Ameisen  usw.),  manche  im  Laufen  oder 
Schwimmen,  manche  im  Sitzen,  die  meisten 
am  Tage,  andere  auch  in  der  Nacht  usw. 
Auch  die  Stellung,  die  sie  dabei  einnehmen, 
ist  sehr  mannigfaltig:  entweder  sitzen  die 
beiden  Geschlechter  aufeinander  (meist  das 
Männehen  auf  dem  Weibchen,  selten,  z.  B. 
bei  dem  Floh,  umgekehrt),  so  daß  sie  also 
in  die  gleiche  Richtung  sehen,  oder  sie  sitzen 
hintereinander,  Hinterende  gegen  Hinter- 
ende gekehrt,  wobei  sie  meist  in  die  entgegen- 
gesetzte Richtung  sehen.  Doch  können  die 
so  verbundenen  Tiere  sich  auch  mehr  oder 
weniger  gegeneinander  abbiegen,  sowohl 
seitlich  als  auch  ventralwärts.  Bei  Chloeon 
sind  die  beiden  Geschlechter  während  der 
im  Fluge  stattfindenden  Copula,  Bauch  gegen 
Bauch  gew'andt,  wobei  das  Männchen  den 
Thorax  des  über  ihm  befindhchen  Weibchens 
mit  den  Vorderbeinen  umklammert.  Ganz 
abweichend  ist  die  Kopulationsstellung  bei 
den  Libellen,  bei  deren  Männchen  das  Ko- 
pulationsorgan weit  getrennt  von  der  Ge- 
schlechtsöffnung, am  zweiten  Hinterleibs- 
ring gelegen  ist.  Das  zur  Begattung  schreiten- 
de Männchen  bringt  zunächst  sein  Hinter- 
lei bsende  zu  den  Kopulationsorgan,  dieses 
mit  Samen  zu  füllen,  und  ergreift  dann  das 
Weibchen  mit  den  am  Hinterende  befind- 
hchen Zangen  am  Nacken,  um  es  so  mit  sich 
auf  den  Hochzeitsflug  zu  ziehen;  während 
desselben  biegt  das  Weibchen  seinen  Hinter- 
leib so  um,  daß  es  mit  seinem  Ende  das 
Kopulationsorgan  des  Männchens  erreicht.  — 
Die  Dauer  der  Copula  kann  sehr  verschieden 
sein,  von  wenigen  Minuten  bis  mehreren 
Stunden,  ja  Tagen;  bei  den  meisten  Insekten 
ist  es  mit  einer  einmahgen  Begattung  getan, 
doch  gibt  es  auch  nicht  selten  Fälle,  in  denen 
die  Männchen  eine  öftere  Begattung  mit 
demselben  oder  auch  mit  verschiedenen 
Weibchen  ausführen.  Bei  manchen  Insekten 
ist  Polygamie  die  Regel,  wie  bei  einem  großen 
Teil  der  Borkenkäfer;  auch  bei  den  Schwimm- 
käfern und  den  Chrysomehden  ist  sie  des 
öfteren  festgestellt  worden.  Polyandrie  ist 
viel  seltner.  Wiederholte  Begattung  eines 
$  durch  dasselbe  ^  kommt  dagegen  häufig 
vor:  Zwei  Dytiscus  $$  wnirden  von  einem  ^ 
in  51/2  Monaten  14  mal  und  zwei  Lucanus 
von  einem  (^  in  zwei  Tagen  fünfmal  begattet. 
Gewisse  Borkenkäfer  bedürfen,  nachdem  sie 
einige  Eier  abgelegt,  stets  wieder  einer  er- 

31* 


484 


Insekten 


neuten  Begattung,  ebenso  muß  der  Termiten- 
königin bei  ihrer  enormen  Eiproduktion  von 
Zeit  zu  Zeit  wieder  neuer  Samenvorrat  von 
dem  mit  ihr  zusammengesperrten  IMännchen 
zugeführt  werden.  Bei  manchen  Insekten 
ist  die  vollzogene  Begattung  an  äußerlich 
sichtbaren  Zeichen,  den  sogenannten  Be- 
gattungszeichen, zu  erkennen,  wie  z.  B.  an 
den  aljgerissenen  Teilen  des  Penis  in  der 
Scheide  derBicnenküjiigin,  oder  an  der  weißen 
Platte  an  den  letzten  Hinterleibssegmenten 
desDytiscusweibchens.  Begattungen  zwischen 
verschiedenen  Insektenarten  werden  nicht 
selten  beobachtet,  und  bei  Schmetterlingen 
kennen  wir  auch  eine  ganze  Reihe  von 
Bastarden  (allerdings  meistens  künstlich  ge- 
züchtet). Wenn  Bastardierungen  bei  der 
enormen  Zahl  von  Insektenarten,  die  sich 
vieKach  doch  überaus  nahe  stehen,  nicht 
noch  viel  häufiger  sind,  so  mögen  neben 
psychischen  Momenten  (verschiedene  Ge- 
rüche usw).  auch  die  gerade  bei  nahestehenden 
Arten  oft  recht  abweichend  gebauten  Geni- 
talanhänge dazu  beitragen. 

3.  Parthenogenesis.  Das  Vorkommen 
der  Parthenogenese  wurde  überhaupt  zum 
erstenmal  bei  Insekten  entdeckt  (bei  Bienen 
durch  Dzierzon,  und  bei  Psychiden  durch 
Siebold);  sie  tritt  bei  ihnen  verhältnis- 
mäßig häufig  auf,  und  nur  entweder  als 
anormale  Erscheinung  oder  als  normaler 
Fortpflanzungsmodus.  Die  anormale  (ex- 
zeptionelle) Parthenogenese  liegt  da  vor,  wo 
für  gewöhnlich  die  amphigone  Fortpflanzung 
stattfindet,  und  nur  ausnahmsweise  auch 
unbefruchtete  Eier  zur  Entwickelung  ge- 
langen. Wir  kennen  solche  Fälle  vor  allem 
bei  Schmetterlingen  (Liparis  dispar,  simi- 
lis,  Bombyx  pini),  dann  auch  bei  Hemipteren, 
Blattwespen  usw.  Die  normale  Partheno- 
genese tritt  entweder  gemischt  mit  Amphi- 
gonie  auf,  oder  aber,  wenn  auch  viel  seltener, 
rein.  ImersterenFall  kann  sie  direkt  neben  dem 
zweigeschlechthchen  Fortpflanzungsmodus 
vorkommen,  so  daß  die  Kinder  einer  Mutter 
teils  aus  befruchteten  teils  aus  unbefruch- 
teten Eiern  hervorgehen  (Bienen,  Ameisen 
usw.);  — ■  oder  aber  die  amphigone  und  par- 
thenogenetische  Fortpflanzung  wechseln  in 
den  verschiedenen  Generationen  miteinander 
ab,  so  daß  sämtliche  Kinder  einer  Mutter 
entweder  nur  aus  befruchteten  oder  nur  aus 
unbefruchteten  Eiern  hervorgehen  (alter- 
nierende Parthenogenese).  Letztere  kann 
wiederum  unregelmäßig  oder  regelmäßig 
sein:  bei  der  unregelmäßigen  Form  folgt 
eine  unbestimmte  mitunter  sehr  große  Zahl 
parthenogenetischer  Generationen,  ehe  wieder 
Männchen  auftreten,  bei  der  regelmäßigen 
Form  wechseln  ein-  und  zweigeschlecht- 
liche Generationen  in  einem  annähernd  be- 
stimmten regelmäßigen  Zyklus  miteinander 
ab  (Heterogonie).    Die  einfachste  Form  der 


Heterogonie  ist  die,  bei  der  je  eine  gamo- 
genetisclie  und  eine  parthenogenetische  Gene- 
ration miteinander  abwechseln,  wie  dies  bei 
den  Gallwespen  der  Fall  ist.  Die  beiden 
Generationen  unterscheiden  sich  hier  nicht 
nur  in  der  Form  der  Tiere,  sondern  auch 
in  der  Gestalt  der  von  ihnen  erzeugten  Gallen, 
so  daß  man  früher  die  beiden  Generationen 
als  zu  verschiedenen  Arten,  ja  Gattungen 
gehörig  aufgefaßt  hat.  So  schlüpfen  z.  B. 
aus  den  großen  fleischig  schwammigen,  an  den 
Triebenden  unserer  Eichen  so  häufig  vor- 
kommenden sogenannten  Kartoffelgallen 
männhche  (geflügelte)  und  weibliche  (unge- 
flügelte) Gallwespen  heraus,  die  unter  dem 
Namen  Tereas  terminalis  beschrieben 
wurden.  Nach  der  Begattung  steigt  das 
Weibchen  an  die  Wurzeln  der  Eiche  hinab, 
um  in  dieselben  seine  Eier  abzusetzen.  Als 
Folge  davon  entwickeln  sich  Wurzelgallen,  die 
ausschheßlich  ungeflügelte  Weibchen  ergeben, 
die  sich  von  den  gamogenetischen  wesentlich 
unterschieden  und  daher  auch  besonders 
benannt  wurden  (Biorhiza  aptera);  diese 
erklettern  die  Triebspitze,  um  die  Terminal- 
knospen mit  Eiern  zu  belegen,  worauf  jene 
Kartoffelgalle  zur  Entwickelung  gelangt. 
Wesentlich  komplizierter  ist  die  Heterogonie 
bei  vielen  Pflanzenläusen,  z.  B.  bei  den 
Chermiden,  bei  denen  zwischen  je  zwei 
gamogenetischen  Generationen  eine  größere 
Anzahl  von  parthenogenetischen  auftreten, 
welch  letztere  auch  unter  sich  wieder  Ver- 
schiedenheiten aufweisen.  Da  haben  wir 
1.  die  zweigeschlechtliche  Generation,  die  aus 
zwerghaft  kleinen  ungeflügelten  ^^^  und  $$ 
besteht  (Sexuales).  Dieselben  treten  nur 
einmal  im  Jahre  auf  (Herbst),  um  auf  der 
Fichte  ein  sogenanntes  Winterei  abzulegen. 
Aus  diesem  kommt  2.  ein  ebenfalls  flügel- 
loses Weibchen  hervor  (Fundatrix  oder 
Stammutter),  die  auf  der  Fichte  eine  Galle 
erzeugt.  Die  Fundatrix  bringt  3.  eine  An- 
zahl Kinder  hervor  (parthenogenetisch  natür- 
lich), und  zwar  wieder  nur  Weibchen,  die 
aber  diesmal  geflügelt  sind;  sie  wandern  von 
der  Fichte  aus  auf  eine  andere  Baumart 
(Lärche,  Kiefer,  Tanne)  und  werden  deshalb 
als  Migrantes  alatae  (auch  Fundatrigeniae 
oder  Cellares)  genannt.  Hier  erzeugen  diese 
4.  wiederum  parthenogenetisch  die  soge- 
genannte Virginogeniae  oder  Emigranten, 
das  sind  ebenfalls  (wenigstens  meistens) 
flügellose  Weibchen,  die  auf  der  gleichen 
Baumart  verbleiben.  Diese  können  nun  im 
Lauf  des  Jahres  in  mehreren  gleichartigen 
Generationen  auftreten,  bis  im  Frühjahr 
des  folgenden  Jahres  andere  Formen  sich 
entfalten  (die  Sexuparae),  die  geflügelt  sind 
und  wieder  zur  Gallenpflanze  zurückwandern, 
um  dort  Eier  zweierlei  Geschlechts  zu  legen, 
aus  denen  die  kleinen  flügellosen  (^,^  und  $^ 
hervorgehen,  ^von    denen    wir  -  ausgegangen 


Insekten 


485 


sind.  Dieser  fünfteilige  Zyklus  kann  noch 
komplizierter  werden,  indem  die  Emigranten 
sich  in  mehrere  Formen  gliedern  können, 
die  als  Hiemales  und  Aestivales  unterschieden 
werden.  Die  Hiemales  erzeugen  meist  wieder 
ihresgleichen  und  auch  Aestivales;  und 
ebenso  erzeugen  die  Aestivales  sowohl  ihres- 
gleichen als  auch  Hiemales.  Nur  aus  den 
Aestivales  gehen  Sexuparae  hervor,  während 
die  Hiemales  die  Sexuparapotenz  verloren 
haben.  So  kann  also  neben  dem  fünfteihgen 
Hauptkreis  noch  ein  besonderer  partheno- 
genetischer  nur  aus  Hiemales  bestehender 
Kreis  nebenher  laufen.  —  Bei  manchen 
Chermesarten  (piceae,  strobi,  nüsslini) 
sind  die  Sexuales,  Sexuparae  usw.  in  Weg 
fall  gekommen,  so  daß  nur  der  auf  der  Nicht- 
gallenpflanze  sich  abspielende  Ivreis  übrig- 
bleibt, und  also  reine,  ausschließUche  Parthe- 
nogenese vorliegt.  — ■  Die  Parthenogenese 
kann  auch  geographisch  begrenzt  sein;  so 
pflanzt  sich  Psyche  helix  an  manchen 
Gegenden  nur  parthenogenetisch  fort,  wäh- 
rend an  anderen  Orten  auch  Männchen  auf- 
treten. 

4.  Pädogenesis.  Diese  stellt  eine  be- 
sondere Art  der  Parthenogenese  dar,  bei 
welcher  das  betr.  Weibchen  sich  bereits  im 
Larvenstadium  fortpflanzt;  sie  kommt  bei 
einer  unter  alter  Baumrinde  lebenden  Gall- 
mückenlarve (Miastor  metroloas)  vor. 
Es  entwickeln  sich  hier  die  Anlagen  der  Ei- 
röhren,  ohne  zur  Bildung  von  Ausfuhrgängen 
zu  kommen.  Die  Eiröhren  zerfallen  vielmehr 
in  einzelne  Abschnitte,  die  aus  je  einem  Ei- 
fach  mit  Eizelle  und  Epithel  und  Dotterfach 
bestehen.  Jede  Eizelle  entwickelt  sich  auf 
Kosten  der  Dotterzellen  zu  einem  Embryo, 
der  die  EihüUe  durchbricht,  sich  von  dem 
Fettkörper  und  den  übrigen  zerfallenden 
Organen  des  Muttertieres  ernährt  (Fig.  24), 
bis  schließhch  nur  die  Chitinhülle  des  letzteren 
übrig  bleibt,  die  endlich  von  den  Tochter- 
larven gesprengt  wird.  Letztere  erzeugen 
entweder  selbst  wieder  pädogenetisch  Junge 
oder  verwandeln  sich  nach  vorhergegangener 
Verpuppung  in  dielmagines,  sowohl3^(j'  als  $$. 
Auf  diese  gamogenetische  Generation  folgen 
dann  wieder  eine  oder  mehrere  pädogene- 
tische  Generationen,  so  daß  also  eine  Art 
Heterogonie  vorhegt. 

5.  Polyembryonie.  Die  Erscheinung 
der  Polyembryonie  besteht  darin,  daß  aus 
einem  einzigen  Ei  eine  ganze  Anzahl  Em- 
bryonen hervorgehen,  die  zu  richtigen 
Imagines  sich  entwickeln.  Sie  wurde  von 
Marchai  bei  einigen  Schlupfwespen,  dem 
in  Hyponomeuta  schmarotzenden  Encyr- 
tus  fuscicollis  und  dem  in  der  Hessen- 
fhege  schmarotzenden  Polygnotus  minu- 
tus  entdeckt.  Der  Vorgang  spielt  sich  etwa 
folgendermaßen  ab:  das  im  Wirtstier  be- 
findUche    Ei    teilt    sich    zunächst    in    fünf 


Furchungskerne,  einen  sehr  großen  exzen- 
trisch gelegenen  und  vier  kleine..  Ersterer, 
der  sogenannte  Paranucleus  wächst  zu  einem 
Nährgewebe  (Trophammnion)  heran,  wäh- 
rend die  anderen  vier  Kerne  den  Ausgangs- 
punkt für  die  Vermehrung  der  Embryonen 
bilden.  Wenn  diese  sich  auf  8  bis  10  ver- 
mehrt haben,  bildet  sich  aus  dem  Gewebe 
des  Wirtes  um  das  Ei  eine  Cyste,  die  mit  dem 
riesigen  Wachstum  des  Eies  sich  in  gleichem 


Fig.  24.  Pädogene- 
tisch sich  fortpflan- 
zende Gallmücken- 
larve mit  Tochter- 
larven. Aus  Hert- 
wig. 


Fig.  25.  Polyembryo- 
nie von  Encyrtus 
fuscicollis.  Ei  mit 
17  Embryonen  (E); 
Tr  Trophamnion;  C 
Cystenhülle.  Nach 
Silvestri.  Aus 

Escherich. 


Schritt  ausdehnt  (Fig.  25).  Gegen  das  Ende 
der  Entwickelung  ist  das  Ei  zu  einem  ca. 
3  bis  4  mm  langen  Schlauch,  mitunter  mit 
verschiedenen  Seitensprossen,  herangewach- 
sen, welcher  etwa  100  Morulae  enthält;  aus 
jeder  Morula  entsteht  eine  Larve  resp.  Imago. 
Alle  aus  einem  Ei  hervorgehenden  Imagines 
gehören  dem  gleichen  Geschlecht  an. 

6.  Eiablage.  Die  Zahl  der  Eier,  die  ein 
Weibchen  ablegen  kann,  schwankt  zwischen 
einigen  wenigen  und  vielen  Milhonen  (Pulex 
etwa  12,  Necrophorus  etwa  30,  Bombyx 
mori  etwa  500,  Arctia  caja  etwa  1500,  die 
sozialen  Wespen  20  bis  30000,  die  Honig- 
biene etwa  60000  und  die  Termiten  bis  zu 
vielen  Milhonen).  Die  Eiablage  wird  bei 
der  Mehrzahl  der  Insekten  in  kürzester  Zeit 
erledigt,  bei  anderen  erstreckt  sie  sich  je- 
doch über  Wochen,  Monate  und  Jahre,  indem 
jedesmal  nur  ein  kleiner  Teil  der  Gesamtzahl 
oder  gar  nur  ein  Ei  abgelegt  wird.  Die  Eier 
werden  gewöhnlich  da  abgelegt,  wo  die  aus- 


486 


Insekten 


kommenden  Larven  die  ihnen  zusagenden 
Lebensbedingungen,  vor  allem  die  nötige 
Nalirung  finden;  so  legen  die  Schmetterlinge 
ihre  Eier  in  der  Regel  an  der  Pflanze  ab,  die 
die  Eaupe  als  Nahrung  nimmt;  die  jonigen  Li- 
sekten,  deren  Larven  an  Wurzeln  leben,  ver- 
senken ihre  Eier  in  die  Erde;  Mist  und  Aas- 
käfer legen  ihre  Eier  an  tierische  Exkremente 
oder  an  Tierleichen;  die  Florfliege,  deren 
Larven  sich  von  Blattläusen  nähren,  setzen 
ihre  gestielten  Eier  auf  mit  Blattläusen  be- 
völkerte Blätter;  wo  die  Larven  an  das 
Wasser  gebunden  sind  (Ephemeriden,  Li- 
bellen usw.),  werden  die  Eier  in  das  Wasser 
abgelegt.  Die  Borken-,  Bockkäfer  usw., 
deren  Larven  unter  Rinde  leben,  legen  auch 
ihre  Eier  in  besonders  dafür  genagte  Gänge 
ab;  sie  wählen  meistens  eine  bestimmte 
Holzart,  und  nehmen  dabei  auch  auf  den 
Gesundheitszustand  der  Bäume  Rücksicht, 
indem  die  einen  nur  völlig  gesunde,  andere 
nur  kränkelnde  und  wieder  andere  nur  ab- 
gestorbene Bäume  belegen.  Die  Blatt- 
wickler ( R  h  y  n  c  h  i  t  e  s)  versetzen  die  Blättter, 
in  welchen  die  Eier  eingewickelt  werden, 
durch  Anstechen  der  Blattstiele  in  einen  der 
Larve  zusagenden  Zustand ;  die  parasitischen 
Insekten  legen  ihre  Eier  innen  oder  äußern 
auf  den  Körper  ganz  bestimmter  Raupen  usw., 
von  deren  Säften  die  Larven  sich  nähren. 
Welch  fabelhafter  Spürsinn  ihnan  dabei  zu- 
kommt, zeigt  das  Beispiel  der  großen  Ich- 
neumonen (Rhyssa),  welche  ihre  Eier  mit 
Hilfe  ihrer  langen  Legebohrer  den  tief  im 
Holz  sitzenden  Holzwespenlarven  zuführen. 
Eine  Reihe  von  Insekten  fügen  zu  den  Eiern 
die  für  die  auskommenden  Larven  nötige 
Nahrung  besonders  zu,  wie  die  Grabwespen 
und  viele  andere  solitäre  Wespen  und  Bienen. 
— -  Die  Form  der  Eigelege  ist  ungemein  ver- 
schieden und  oft  sehr  charakteristisch  für 
die  einzelnen  Arten;  so  legt  z.  B.  der  Ringel- 
spinner seine  Eier  in  Form  von  ,,Eiringel" 
um  dünne  Zweige  ab,  der  Kiefernspanner 
in  linearer  Anordnung  (in  ,,Eizeilen")  an  den 
Kiefernnadeln,  der  Eichenprozessionsspinner 
in  Form  einer  regelmäßigen  einschichtigen 
Platte,  ebenso  viele  Käfer  und  Wanzen. 
• —  Die  Weibchen  sorgen  meistens  auch  da- 
für, daß  die  Eier  möglichst  vor  Fein- 
den und  Witterungseinflüssen  usw.  ge- 
schützt sind,  entweder  dadurch,  daß  sie  die 
Eier  an  versteckten  Orten,  in  Ritzen,  unter 
Rindenschuppen,  unter  Steinen  usw.  ablegen, 
oder  dadurch,  daß  sie  die  Eier  mit  besonderen 
Schutzvorrichtungen  umgeben.  Mantis, 
Blatta,  Hydrophilus  u.  a.  bringen  ihre  Eier 
in  besonders  verfertigten  Eikapseln  unter; 
die  im  Wasser  abgelegten  Eier  werden  häufig 
mit  Gallerte  umgeben;  die  Feldheuschrecken 
bilden  Schutzgehäuse  aus  Sand  um  die  Eier; 
gewisse  Blattwespen,  Wasserwanzen,  Zi- 
kaden usw.  schieben  ihre  Eier  in  Taschen,  die 


sie  in  das  Pflanzengewebe  sägen.  Vielfach 
besteht  auch  die  Gewohnheit,  die  Eier  mit 
Haaren,  Schuppen  oder  erstarrten  Sekreten 
zu  bedecken;  hierher  gehören  die  ,,Ei- 
schwämme"  des  Schwammspinners  und  Gold- 
afters, die  „Schuppenkolben"  des  Kiefern- 
prozessionsspinners, die  ,,Wollringer'  des 
Birkenspinners,  der  ,,  Schaumfleck"  des 
Weidenspinners,  die  Wachswolle  der  Pflan- 
zenläuse usw.  Manche  Weibchen  schleppen 
auch  ihre  Eier  längere  Zeit  mit  sich  herum, 
wie  gewisse  Perliden  und  die  Ephemeriden. 
Endlich  üben  auch  viele  Insekten  einen 
direkten  Eischutz  aus;  unter  den  einzel- 
lebenden Insekten  sind  es  allerdings  nur 
wenige;  wie  die  Forficuliden,  deren  Weib- 
chen neben  den  abgelegten  Eiern  verbleiben, 
um  sie  gegen  Angriffe  zu  verteidigen,  ferner 
Gryllotalpa  und  gewisse  Wanzen  (Elas- 
mosthetus).  Eine  amerikanische  Tabanide 
(Goniops)  bewacht  mitunter  eine  Woche  lang 
die  auf  einem  Blatt  abgelegten  Eier,  wobei 
sie  nahende  Feinde  durch  ein  lautes  summen- 
des Geräusch  abzuschrecken  sucht.  Bei 
den  sozialen  Insekten  finden  wir  den  direkten 
Schutz  ganz  allgemein,  indem  hier  die  Eier 
von  Tausenden  von  mutigen  und  wehrhaften 
Ai-beitern  und  Soldaten  bewacht,  beschützt 
und  gepflegt  (beleckt,  in  die  jeweils  zusagend 
temperierten  Räume  geschleppt  usw.)  wer- 
den. — ■  Ein  direkter  Eischutz  liegt  auch  noch 
da  vor,  wo  die  Eier  sich  im  Mutterleib  ent- 
wickeln, was  vor  allem  bei  gewissen  Fhegen, 
dann  einigen  Käfern  (Staphylinen)  und  ande- 
ren Insekten  vorkommt. 

7.  Embryonalentwickelung.  Die  Fur- 
chung verläuft  bei  den  Insekten  ganz 
allgemein  nach  dem  superfiziellen  Typus. 
Der  (bei  den  befruchteten  Eiern  aus  der 
Vereinigung  des  Si)ermakernes  mit  dem  $ 
Pronucleus  hervorgegangene)  Furchungs- 
kern  rückt  nach  dem  Inneren  des  Eies,  um 
sich  da  durch  indirekte  Kernteilung  zu  ver- 
mehren. Die  daraus  hervorgehenden  Tochter- 
kerne umgeben  sich  mit  Bildungsplasma  und 
rücken  unter  fortwährender  Vermehrung 
durch  den  Dotter  hindurch,  nach  der  Ober- 
fläche, wo  sie  mit  dem  daselbst  befindlichen 
Keimhautplastem  verschmelzen,  und  nun 
durch  Teilung  in  einzelne  den  Furchungs- 
kernen  entsprechende  Zellterritorien  ein  ein- 
schichtiges Epithel  bilden,  welches  das  Ei 
umgibt  und  als  Blas  toder  m  bezeichnet 
wird.  Ein  Teil  der  Furchungszellen  ist  im 
Dotter  zurückgeblieben  und  werden  zu  so- 
genannten ,, Dotterzellen".  Die  Blastoderm- 
zellen  weisen  zunächst  auf  der  ganzen  Ober- 
fläche des  Eies  gleiche  Gestalt  und  Größe 
auf,  bald  aber  macht  sich  eine  Differen- 
zierung geltend,  derart,  daß  die  Zellen  der 
Rückenseite  abflachen  zu  einem  dünnen 
Plattenepithel,  während  die  der  Ventral- 
seite angehörigen  Zellen  sich  dicht  anein- 


Insekten 


487 


anderdrängen  und  zu  einem  hohen  Zylinder- 
epithel aus  wachsen.  Die  auf  diese  Weise 
entstandene  ventrale  Verdickung  des  Blasto- 
dernis  (Ventralplatte)  stellt  den  Aus- 
gangspunkt für  die  Bildung  des  Keim- 
streifs dar,  der  durch  Einstülpung  oder 
Einwucherung  usw.  bald  mehrschichtig  wird, 
und  ein  (äußeres  und  ein  inneres,  resp.  unteres 
Blatt  unterscheiden  läßt.  Der  Keimstreif 
bleibt  nicht  unmittelbar  an  der  Oberfläche 
liegen,  sondern  wird  dadurch,  daß  von  seinen 
Rändern  her  Falten  sich  erheben,  unter  die 
Oberfläche  versenkt.  Indem  nun  die  Falten 
(Amnionf  alten)  von  allen  Seiten  sich 
über  den  Keimstreif  ausdehnen  und  den 
letzteren     vollständig     überwachsend,     sich 


platte  sich  einstülpt  (invaginiert)  (Fig.  26), 
vom  hinteren  Ende  beginnend  und  nach 
vorne  zu  fortschreitend  (Libellen),  —  oder 
aber  dadurch,  daß  der  Keimstreif  bei  sehr 
früher  Faltenbildung  in  seiner  Gesamtheit 
unter  Beibehaltung  seiner  Orientierung,  in 
den  Dotter  rückt  (Schmetterlinge).  Im 
ersteren  Fall,  bei  dem  invaginierten  Keim- 
streif, ist  durch  den  Einstülpungsprozeß 
die  Orientierung  natürlich  umgekehrt  ge- 
worden, so  daß  das  Vorderende  des  Em- 
bryos dem  hinteren  Eipol  und  das  Hinter- 
ende dem  vorderen  Eipol  zugekehrt  ist;  es 
findet  daher  vor  der  völligen  Reifung  des 
Embryos  eine  Umrollung  statt,  bei  welcher 
der  Embryo  eine  rotierende  Bewegung  um 


Fig.    26.       Schematische   Darstellung   der   Entwickehmg  des  invaginierten  Keimstreifs,     v  Ven- 
tralseite, d  Dorsalseite,  a  vorderer,  b  hinterer  Eipol,  af  Amnionfalte,  ah  Amnionhöhle,  am  Amnion, 
bl  Blastoderm,  bp  Bauchplatte,  do  Nahrungsdotter,    K  Kopfende,    k^  Analende  des  Keimstreifs, 
s  Serosa.    Aus  Kor  sc  hei  t  und  Heider. 


miteinander  vereinigen,  wird  einegeschlossene 
Höhle,     die    Amnionhöhle,    gebildet. 
Es  wird  jetzt  der  Keimstreif  von  einer  dop- 
pelten Hülle  bedeckt,  der  aus  dem  äußeren 
Blatt    der    Amnionfalte    hervorgegangenen 
Serosa,   die   kontinuierlich   in   den   unver- 
änderten   Teil    des    Blastoderms    übergeht, 
und  dem  aus  dem  inneren  Blatte  der  Amnion- 
falte   hervorgegangenen    Amnion,    welches! 
an  den  Rändern  des  Keimstreifs  kontinuier-  j 
lieh  in  das  Ektoderm  des  letzteren  übergeht. 
Bei  einer  Reihe  von  Insekten  ist  der  Keim-  { 
streif  noch  tiefer  versenkt,  so  daß  zwischen 
Amnion    und    Serosa    eine    Schicht   Dotter ! 
gelegen  ist  (immerser  Typ  im  Gegensatz  zu  I 
dem  superfiziellen  Typ).     Diese  tiefe  Ver- ! 
lagerung  in  den  Dotter  kann  entweder  da-  \ 
durch  zustande   kommen,   daß  die  Ventral- 


seine Querachse  erleidet  und  gleichzeitig 
aus  der  iVmnionhöhle  herausgestülpt  wird. 
Dies  geschieht  unter  Zerreißung  des  Amnions 
und  Verschmelzung  von  dessen  Enden  mit 
der  Serosa.  Bei  den  Käfern  finden  sich  die 
beiden  Keimstreiftypen  (der  immerse  und 
superfizielle)  vereinigt,  indem  der  vordere 
Teil  des  Keimstreifs  superfiziell  bleibt,  der 
hintere  dagegen  durch  Invagination  immers 
wird,  wobei  das  hinterste  Ende  dorsal  um- 
geschlagen erscheint.  Bei  niederen  Insekten 
(Machilis)  fehlen  die  eigentlichen  Em- 
bryonalhüllen, dagegen  rückt  der  Embryo  in 
eine  tiefe  Einkerbung  des  Dotters,  an  deren 
Grund  er  zu  liegen  kommt.  Die  die  Ein- 
kerbung auskleidende  Schicht  entspricht  der 
vorderen  und  hinteren  Amnionfalte  der 
anderen    Insekten;   sie   wird,   da   sie   keine 


488 


Insekten 


eigentliche  Keimhülle  darstellt,  als  Proamnion 
bezeichnet,  ebenso  wie  die  Serosa  als  Pro- 
seroa.     Bei  Lepisma  wird  der  Embryo  in 
das    Innere    des    Nahrungsdotters    invagi- 
niert,   und   damit  gleichzeitig   das   Amnion 
mit     hineingezogen,     welches     dort     einen 
inneren    Hohlraum,    die    Amnionhöhle,    be- 
grenzt;   allerdings   ist   dieselbe    noch    nicht, 
völlig  geschlossen,  indem  die  beiden  Keini- 
hiillen    am    Amnionporus    ineinander    über- 
gehen.    Lepisma  stellt  so  eine  Zwischen- 
form zwischen  Machilis  und  den  höheren 
Insekten  dar,  wie  sich  andererseits  Machi- 
lis an  Scolopendra  anschließt  (Heymons). 
—    Bei    der    weiteren    Entwickelung    des ; 
Embryo  ziehen  sich  Serosa  wie  Amnion  zu-  j 
sammen,    degenerieren    und   gehen    alsdann  \ 
im  Nahrungsdotter  zugrunde.    In  der  Regel 
pflegt   hierbei    die    Serosa   in    der   dorsalen  : 
vorderen    Region   des    Eies   in   Form   eines 
kompakten    Organes    (Dorsalorgan)   in    den 
Dotter  eingesenkt  zu  werden  und  dann  erst 
zu  zerfallen. 

Die  Segmentierung  des  Keimstreifs 
macht  sich  gewöhnhch  schon  recht  früh- 
zeitig bemerkbar,  mitunter  schon  zu  einer 
Zeit,  da  die  Bildung  des  unteren  Blattes  noch 
im  Beginne  ist.  Wir  unterscheiden  an  dem  \ 
völlig  segmentierten  Keimstreif  den  pri- 
mären Kopfabschnitt  oder  das  Acron,  welches 
die  Mundöffnung  trägt  und  durch  seitMche 
Ausbreitungen,  die  sogenannten  Kopf-  i 
läppen,  besonders  auffällt,  sodann  das  Anal- 
stück oder  Teslson  mit  der  Afteröffnung, 
und  zwischen  diesen  beiden  die  Rumpf- 
segmente, 19  an  der  Zahl,  über  deren  Ver- 
wendung oben  bereits  einiges  erwähnt  wurde. 
Meistens  erfolgt  die  Segmentierung  in  der 
Reihenfolge  von  vorn  nach  hinten,  indem 
zuerst  die  Kopf-,  dann  die  Brust-  und  zu- 
letzt die  Hinterleibssegmente  zur  Aus- 
bildung gelangen.  Doch  können  bei  manchen 
Insekten  auch  ziemlich  gleichzeitig  alle  Seg- 
mente angelegt  werden.  Nach  vollendeter 
Segmentierung  erfolgt  meist  die  Bildung  des 
Vorder-  und  Hinterdarms  durch  Ein- 
stülpung des  Ektoderms,  und  ferner  die  An- 
lage von  Oberlippe  und  Clypeus,  welche 
als  eine  den  Vorderrand  der  primären  Kopf- 
region einnehmenden  Vorwulstung  entsteht. 
—  Fast  gleichzeitig  erscheinen  die  Extre- 
mitäten als  taschenförniige  im  allgemeinen 
nach  hinten  gerichtete  Ausstülpungen  der 
Segmentoberfläche:  Als  erstes  Paar  die  An- 
tennenanlagen, die  zunächst  postoral  ge- 
lagert sind,  um  erst  später  neben  resp.  über 
den  Mund  zu  rücken;  dann  die  drei  Kiefer- 
paare, die  entsprechend  ihrer  späteren  Ge- 
stalt bereits  in  ihrer  Anlage  abweichende 
Formen  erkennen  lassen,  dann  die  drei 
Beinpaare  und  endlich  die  Anlagen  ab- 
dominaler Extremitäten,  die  der  Lage  und 
der    Art    ihrer   Entwickelung    nach   durch- 


aus    den    Extremitätenanlagen     der    vor- 
hergehenden   Segmente    entsprechen.      Bei 
vielen   Insekten  zeichnen  sich  die  Anlagen 
des   ersten   Abdominalsegmentes   durch   be- 
sondere Größe  und  Form  aus.     Die  abdo- 
minalen Extremitätenanlagen  kommen  zum 
größten   Teil  wieder  zur   Rückbildung,  nur 
einige    bleiben    erhalten,    um   entweder   als 
lange   fühlerförmige   Anhänge   oder  Zangen 
am  11.  resp.  10.   Segment  (Cerci),   oder  als 
Gonapophysen  Verwendung  zu  finden.   Auch 
die    Afterbeine    der     Schmetterlings-    und 
Blattwespenlarven  werden  auf  die  abdomi- 
nalen Extremitätenanlagen  bezogen;  ebenso 
dürfen  wir  in  den  Ventralgriffeln  (Styli),  die 
bei  niederen  Insekten  (Machilis,   Lepisma 
usw.)  an  einem  Teil  der  Abdominalsegmente 
vorkommen,  Reste  von  Hinterleibsextremi- 
täten   erbhcken.       Die    sackförmigen    Aus- 
stülpungen   der    Extremitätenanlagen    sind 
in  ihrem   Inneren    von   Beginn    ihrer  Ent- 
wickelung   an    mit    Mesoderm   erfüllt,    ent- 
weder in  ungeordneten  Zellmassen  oder  als 
Divertikel  der  Gölomsäckchen.  —  Auch  die 
Anlage    des    Nervensystem    macht    sich 
schon  frühzeitig,  gewöhnlich  schon  vor  dem 
Auftreten   der  Extremitäten   an   der   Ober- 
fläche des  Keimstreifs  bemerkbar  und  zwar 
als    zwei   neben   der   Medianlinie   nach   der 
Länge  des    Keimstreifs  verlaufende   Wülste 
(Primitivwülste)     und     als     eine     zwischen 
diesen  beiden  gelegene  Rinne  (Primitiv-  oder 
Neuralrinne),  indem  erweiterte  Stellen  (Gang- 
lienanlagen) mit  eingeengten  Stellen  (Längs- 
kommissuren)      segmentweise      abwechseln. 
Die  Primitivwülste  gehen  vorne  direkt  in  die 
Kopflappen  über,  so  daß  also  die  Anlage  des 
Gehirns    und    der   Bauchganglienkette    von 
Anfang    an   in    Zusammenhang   stehen.    — 
Als   weitere   auffallende   Oberflächenbildung 
am  Keimstreif  treten  die  Tracheenanlagen 
auf    als    segmentweise    sich    wiederholende 
''  Ektodermeinstülpungen,   und  zwar  gewöhn- 
hch  am   Meso-   und    Metathorax   und    den 
ersten    8    Abdominalsegmenten.       Aus    den 
;  Mündungen    der   Einstülpungen    entwickeln 
sich  später  die  Stigmen.  —  Die  Ausbildung 
der    definitiven      Körpergestalt     voll- 
I  zieht  sich  in  der  Weise,  daß  die  Seitenränder 
I  des    Keimstreifs    in     die    Breite    wachsen, 
wobei  sie  sich  an  der  Oberfläche  des  Nah- 
rungsdotter dorsalwärts  emporschieben,  bis 
sie  am  Rücken  in  der  Mittellinie  zusammen- 
,  stoßen    und    miteinander  verwachsen.      So 
'  entstehen  die   Seitenteile  und  die   Rücken- 
\  partien    des    Larvenkörpers,    während    der 
I  Nahrungsdotter  nun  vollständig  in  das  Innere 
des  Embryos   aufgenommen  wird  und  zum 
Sclüuß  das  Lumen  der  Mitteldarmanlage  er- 
füllt. 

Die  K  e  i  m  b  1  ä  1 1  e  r  b  i  1  d  u  n  g  der  Insekten 
ist,  trotzdem  zahlreiche  Untersuchungen 
darüber   angestellt  sind,   noch   nicht   völlig 


Insekten 


489 


geklärt,  und  es  stehen  sich  heute  zwei  prin-  <  durch  Einstülpung,  wodurch  die  mittlere 
zipiell  verschiedene  Anschauungen  gegen-  Partie  der  Ventralplatte  (Mittelplatte)  zu 
über.  Die  eine  (von  Heymons  begründete)  einem  Rohr  eingekrümmt  wird,  und  3.  durch 
geht  dahin,  daß  das  Entoderm  in  den  Dotter-  seitliche  Ueberschiebung,  wobei  die  Mittel- 
zellen zu  erblicken  ist;  die  andere  dagegen  platte  sich  in  die  Tiefe  versenkt  (ohne  sich 
läßt  das  Entoderm  aus  dem  Blastoderm '  zu  einem  Rohr  einzukrümmen),  während 
gleichzeitig  (oder  sogar  schon  etwas  früher)  die  beiden  seitlichen  Platten  ohne  Falten- 
mit  der  Bildung  des  unteren  Blattes  hervor- ;  bildung  sich  über  die  Mittelplatte  vor- 
gehen. Heymons  erblickt  eine  Stütze  für  schieben,  bis  sie  sich  in  der  Medianlinie  mit- 
seine  Theorie  darin,  daß  bei  Lepisma, ;  einander  vereinigen.  Diese  drei  Bildungs- 
Campodea  und  den  Odonaten  der  Mittel-  modi  des  unteren  Blattes  finden  sich  häufig 
darm  sich  ausschließhch  oder  zum  größten  ;  an  ein  und  demselben  Keimstreif  vereinigt, 
Teil  aus  den  Dotterzellen  entw^ickelt,  und  ■  indem  die  vordere  Region  nach  diesem,  die 
ferner  daß  bei  den  höheren  Insekten,  bei ;  mittlere  oder  hintere  Region  nach  jenem 
denen  die  Dotterzellen  sich  nicht  mehr  am  j  Typus  entstehen  kann.  Das  ,, untere  Blatt"" 
Aufbau  des  Körpers  beteiligen,  nach  seinen  enthält  sowohl  Elemente  des  Mesoderms 
Untersuchungen  kein  beson-  . 

Ä 


B 


c 


deres  Keimblatt  der  Mittel- 
darmbildung zugrunde  zu 
liegen,  sondern  letztere  direkt 
vom  Ektoderm  her,  d.  h.  von 
den  ektodermalen  Vorder- 
und  Hinterdarmeinstülpun- 
gen,  ihren  Ausgang  zu  nehmen 
schienen.  Das  Entoderm  der 
höheren  Insekten  wäre  danach 
nur  in  Form  einer  abortiven 
Anlage  vorhanden.  Das 
Gastrulastadiuni  würde  nach 
dieser  Auffassung  durch  die 
Prozesse  der  Dotterzellen 
bildung  gegeben  sein  und 
also  zeitlich  mit  der  Blasto- 
dermbildung  zusammenfallen. 
Das  Blastoderm  wäre  dann 
natürlich  als  Ektoderm  auf- 
zufassen, aus  dem  sich  das 
Mesoderm  erst  später  ent- 
wickelt. Die  von  Heymons 
vertretene  Anschauung  der 
ektodermalen  Entstehung  des 
Mitteldarms  hat  zwar  eine 
Reihe  von  Anhängern  gefun- 
den, andererseits  aber  auch 
Widerspruch  erfahren,  und  in  der  neueren  |  als  des  Entoderms  und  wird  daher  auch  als 
Zeit  hat  man  sich  ziemlich  allgemein  Entomesoderm  bezeichnet.  Die  Gastru- 
wieder  der  schon  früher  (d.  h.  vor  der  Auf-  lation  ist  danach  nicht  (wie  nach  der  Hey- 
stellung  der  Heymonsschen  Hypothese)  monsschen  Auffassung)  mit  der  Blasto- 
geltenden  Anschauung  angeschlossen,  wo-  dermbildung  beendet,  sondern  sie  beginnt  erst 
nach  auch  bei  den  höheren  Insekten  der  nach  abgesclilossener  Blastodermbildung,  und 
Mitteldarm  aus  einem  typischen  Entoderm  endet  mit  der  Ausbildung  des  unteren  Blattes ; 
seine  Entstehung  nimmt.  Nach  dieser  Auf-  erst  dann  können  wir  auch  die  oberflächlich 
fassung  geht  die  Keimblätterbildung  folgen- 1  gelegene  Schichte  als  Ektoderm  bezeich- 
dermaßen  vor  sich:  Die  ursprüngliche  Keim- i  nen.  Das  untere  Blatt  gliedert  sich  bald 
Streifenanlage  besteht  wie  oben  schon  erwähnt  deutlich  in  das  Mesoderm  und  Entoderm, 
zunächst  aus  einer  einzigen  Zellage  (Ventral-  indem  die  seitlichen  Partien  zum  Mesoderm 
platte);  sie  wird  bald  zweischichtig,  indem  werden,  während  ein  schmaler  Medianstrang, 
eine  zweite  untere  Schichte  von  Zellen  hinzu-  der  am  vorderen  und  hinteren  Ende  in  je 
kommt,  welche  als  ,, unteres  Blatt"  bezeich-  einen  größeren  rundlichen  Bezirk  sich  fort- 
net  wird.  Die  Bildung  des  ,, unteren  Blattes"  '  setzt,  das  Entoderm  repräsentieren  (Fig.  27). 
von  der  in  der  Medianlinie  auftretenden  Primi-  Diese  Bezirke  stellen  den  vorderen  und 
tivrinne  aus  kann  auf  verschiedene  Weise  ge-  j  hinteren  Entodermkeim  (resp.  Mittei- 
schehen:   1.    durch  Zelleinwucherungen,    2.  'darmkeim)  dar;  von  ihnen  geht  die  Bildung 


Fig.  27.  Drei  Schemen  zur  Darstellung  der  Differenzierungs- 
vorgänge am  unteren  Blatte,  es  Subösophagealkörper,  en^ 
vorderer  Mitteldarmkeim,  en^  hinterer  Mitteldarmkeim,  m 
Medianstrang,  ms  Mesodermstreifen,  pr  Pjoctodäum,  st  Stomo- 
däum,  üb  unteres  Blatt.  ÜSTaeh  Nusbaum  und  Fulinski. 
Aus  Korscheit  und  Heider. 


490 


Insekten 


des  Mitteldarms  aus  (der  vordere  Ento- 
dermkeim  sondert  allerdings  außerdem  noch 
die  beiden  sogenannten  ,,Suböso])hageal- 
körper  ab,  welche  zum  Teil  Blutzellen  liefern, 
zum  Teil  zur  Bildung  des  Mitteldarmepithels 
beitragen  uiul  schließlich  zugrunde  gehen). 
Die  beiden  Entodermkeime  treten  mit  den 
inzwischen  entstandenen  ektodermalen 
Stomo-  und  Proktodäaleinstiilpungen  in 
innige  Verbindung  und  verschmelzen  schließ- 
lich so  vollkommen  damit,  daß  eine  Grenze 
zwischen  beiden  oft  kaum  mehr  erkennbar 
ist.  Vom  vorderen  wie  vom  hinteren  Entoderm- 
keim  w^achsen  nun  seitliche  Fortsätze  aus  und 
streben  einander  entgegen,  bis  sie  sich  er- 
reichen und  bei  gleichzeitiger  seitlicher  Ver- 
breiterung (und  unter  Mithilfe  der  Zellen 
des  Medianstranges)  den  Dotter  völlig  um- 
wachsen und  ein  geschlossenes  Rohr  Ijilden, 
welches  die  ektodermalen  Vorder-  und  Hinter- 
darmeinstülpungen miteinander  verbindet. 
Das  mitunter  sehr  frühe  Auftreten  der  Ento- 
dermkeime und  deren  frühzeitiges  Verwach- 
sen mit  den  Prokto-  und  Stomodäalein- 
stülpungen  können  das  völlige  Fehlen  von 
Entodermkeimen  vortäuschen,  und  so  zu 
der  Anschauung  führen,  daß  der  Mitteldarm 
unmittelbar  aus  den  ektodermalen  Einstül- 
pungen hervorgehe,  — ■  (so  ist  wohl  das 
Zustandekommen  cler  Heymon 'sehen  An- 
nahme zu  erklären).  — •  Wie  die  oben  mitge- 
teilte abweichende  Entstehung  des  Mittel- 
darms bei  Lepisma,  Campodea  usw., 
bei  denen  der  Mitteldarm  unzweifelhaft  aus 
den  Dotterzellen  entsteht,  mit  den  hier 
geschilderten  Verhältnissen  der  höheren  In- 
sekten in  Zusammenhang  gebracht  werden 
kann,  ist  vorläufig  noch  schwer  zu  sagen,  da 
wir  über  die  Dotterzellen  und  ihre  Ent- 
stehung noch  nicht  genügend  unterrichtet 
sind;  letztere  kann  auf  die  mannigfaltigste 
Weise  vor  sich  gehen,  sowohl  durch  Zurück- 
bleiben von  Furchungszellen  bei  der.  Blasto- 
dermbildung  im  Dotter,  als  auch  durch  Ein- 
wandern von  Zellen  von  den  verschiedensten 
Teilen  der  Oberfläche  des  Keimes.  Es  ist 
daher  nicht  ausgeschlossen,  daß  unter  dem 
Namen  Dotterzellen  verschiedenartige  Dinge 
zusammengefaßt  werden.  Jedenfalls  wird 
man  die  Dotterzellen  im  allgemeinen  den 
Entoderm  mithinzurechnen,  und  in  ihnen 
bei  den  höheren  Insekten,  bei  denen  sie  sich 
nicht  mehr  am  Aufbau  des  Körpers  be- 
teiligen, einen  abortiven  Teil  des  Ento- 
derms  zu  erblicken  haben. 

In  den  zu  beiden  Seiten  des  Median- 
stranges hinziehenden  Mesodermstreifen 
bilden  sieh  segmentweise  Höhlen  aus,  die 
TJrsegmenthöhlen,  um  die  die  angrenzen- 
den Mesodermzellen  sich  in  Form  eines 
Epithels  ordnen,  die  Wand  der  Ursegmente 
oder  Cölomsäcke  bildend.  Die  definitive 
Leibeshöhle  entsteht  aber  nicht  von  diesen 


Cölomsäcken  aus,  sondern  gänzlich  unab- 
hängig davon,  durch  eine  Abhebung  des. 
Keimstreifs  vom  Dotter  (Schizocöl). 
Später  allerdings  treten  die  Cölomsäcke  mit 
der  definitiven  Leibeshöhle  in  Kommuni- 
kation, indem  in  deren  medianer  Wand  eine 
Spalte  auftritt,  durch  welche  ihr  Lumen  mit 
dem  Lumen  der  Leibeshöhle  in  Verbindung 
tritt.  Die  Vereinigung  der  Cölomsäcke  mit 
der  definitiven  Leibeshöhle  wird  später  eine 
so  innige,  daß  die  ersteren  nicht  mehr  als 
gesonderte  Abschnitte  der  gesamten  Leibes- 
höhle zu  erkennen  sind.  Auf  weitere  Einzel- 
heiten der  Organbildung  kann  hier  nicht 
näher  eingegangen  werden;  es  sei  nur  noch 
auf  die  Genitalzellen  hingewiesen,  die 
durch  die  Art  ihres  Auftretens  besonderes 
Interesse  beanspruchen.  Bei  manchen  In- 
sekten (Dipteren,  Aphiden)  erscheinen  sie 
nämlich  schon  ganz  frühzeitig,  sogar  noch 
vor  der  Blastodermbildung.  Es  lösen  sich 
hier  eine  (Cecidomyia)  oder  zwei  (Chirono- 
mus)  große  körnchenreiche  Zellen  vom 
hinteren  Pol  des  noch  ungefurchten  Eies 
ab  (,, Polzellen"),  die  sich  bald  mehrfach 
teilen.  Nach  vollendeter  Blastodermbildung 
rücken  diese  Polzellen  zunächst  zwischen 
die  Blastodermzellen  und  dann  ins  Innere 
des  Embryos,  wo  sie  sich  in  späteren  Stadien 
symmetrisch  in  zwei  Gruppen  anordnen  und 
von  den  Zellen  des  umgebenden  Gewebes 
umhüllt  zur  Genitalanlage  sich  umwandeln. 
Bei  anderen  Insekten  (z.  B.  Orthopteren) 
treten  die  Genitalzellen  erst  später  auf, 
wenn  die  Keimblätter  schon  gebildet  sind; 
oder  wenigstens  sind  sie  erst  in  diesem 
späten  Stadium  als  Genitalzellen  zu  er- 
kennen. — ■  Ist  der  Embryo  fertig  gebildet, 
so  öffnet  er  die  Eischale  und  schlüpft  aus, 
indem  er  entweder  durch  seine  Bewegungen 
die  allmählich  morsch  gewordene  Hülle 
sprengt,  oder  aber,  wo  beißende  Mundwerk- 
zeuge vorhanden  sind,  die  Schale  durch- 
nagt. Vielfach  sind  auch  besondere  Appa- 
rate zur  Sprengung  der  Eischale  (Ei- 
sprenger)  vorhanden,  die  gewöhnlich  in  Form 
eines  unpaaren  medianen  Stachels  oder 
einer  Leiste  oder  eines  Kammes  im  Stirnteil 
des  Kopfes  sitzen  und  nach  der  Erfüllung 
ihrer  Funktion  wieder  beseitigt  werden.  Die 
Dauer  des  Eistadium  ist  ungemein  ver- 
schieden und  schwankt  zwischen  wenigen 
Stunden  und  vielen  Monaten;  sie  hängt 
übrigens  stark  von  äußeren  Einflüssen 
(Temperatur  und  Feuchtigkeit)  ab,  indem  sie 
dadurch  wesentlich  verlängert  oder  ver- 
kürzt werden  kann. 

8.  Nachembryonale  Entwickelung. 
Die  aus  dem  Ei  schlüpfenden  jungen  In- 
sekten verhalten  sich  in  den  verschiedenen 
Ordnungen  recht  unterschiedlich:  die  einen 
gleichen  in  ihrem  Habitus  den  Eltern,  die 
anderen    weichen    mehr   oder   weniger   von 


Insekten 


491 


ihren  Eltern  ab.  Die  letzteren  lassen  sich 
wieder  in  zwei  Kategorien  einteilen,  einmal 
in  solche,  bei  denen  der  iniaginale  Habitus 
noch  einigermaßen  gewahrt  bleibt,  daneben 
aber  einige  echt  larvale  oder  provisorische 
{d.  h.  nur  den  Larven  zukommende)  Charak- 
tere vorkommen;  — •  und  sodann  in  solche, 
bei  denen  die  imaginalen  Charaktere  gegen- 
über den  larvalen  so  zurückgedrängt  sind, 
•daß  ein  völlig  fremder  imagounähnlicher 
Habitus  entsteht.  Wir  haben  also  zu  unter- 
scheiden 1.  imagoähnliche  Larven  ohne 
provisorische  Organisation  (primäre  Lar- 
ven oder  Jugendstadien),  2.  imagoähn- 
liche Larven  mit  provisorischer  Organisation 
{sekundäre  Larven)  und  3.  imagoun- 
ähnliche  Larven  mit  vorwiegend  provi- 
sorischer Organisation  (tertiäre  Larven). 
Die  provisorischen  Organe  stellen  Anpas- 
sungen an  speziell  der  Larve  zukommende 
Funktionen  dar,  und  so  ist  die  provisorische 
Organisation  um  so  deutlicher,  je  verschie- 
dener die  Lebensweise  von  Larve  und  Imago 
ist:  die  unterirdisch  lebende  Larve  der  frei 
auf  der  Pflanze  lebenden  Cicade  besitzt 
besondere  Grabbeine,  die  der  Imago  fehlen, 
oder  die  wasserlebenden  Larven  der  luft- 
lebenden Libellen  bedürfen  besondere  für 
die  Wasseratmung  eingerichtete  Atmungs- 
organe, die  blattfressenden  Raupen  der 
von  Nektar  lebenden  Schmetterlinge  müssen 
natürlich  andere  (kauende)  Mundgliedmaßen 
besitzen  als  die  Imagines  usw. 

Bei  primären  Larven  besteht  die  nach- 
embryonale Entwickelung  in  einem  ein- 
fachen Auswaschen  und  eventuell  Umformung 
einiger  Teile,  die  Entwickelung  geht  gerade- 
wegs vom  Ei  zur  Imago  (Epimorphe  s.  lat.). 
Bei  den  sekundären  und  tertiären  Larven 
dagegen  kann  die  Entwickelung  zur  Imago 
nur  auf  mehr  oder  weniger  großen  Um- 
wegen, unter  Rückbildung  der  provisorischen 
und  Ausbildung  der  imaginalen  Organe  vor 
sich  gehen  (Metamorphose).  Der  Umweg 
ist  um  so  größer,  je  zahlreicher  die  provi- 
sorischen Organe  sind.  So  schlägt  die  Ent- 
wickelung bei  Insekten  mit  sekundären 
Larven  (z.  B.  Libellen)  teilweise  schon  bald 
den  Weg  zur  Imago  ein,  während  die  ter- 
tiären Larven  (z.  B.  Schmetterlingsraupen) 
bis  zu  ihrer  Vollwüchsigkeit  in  ihrer  weit  von 
der  Imago  abweichenden  Richtung  ver- 
harren, um  dann  plötzlich,  gewissermaßen 
mit  einem  Sprung  zur  Imago  sich  zu  ver- 
wandeln. Diese  plötzliche  Verwandlung 
bedingt  eine  mächtige  Revolution  im  Inneren, 
welche  ihrerseits  möglichst  viel  Ruhe  nach 
außen  verlangt,  und  so  folgt  in  allen  diesen 
Fällen  auf  das  letzte  Larvenstadium  ein 
Ruhestadium,  die  Puppe.  Diese  stimmt 
in  ihren  Formen  viel  mehr  mit  der  Imago 
als  mit  der  Larve  überein,  und  wir  rechnen 
daher   die    Puppe    dem    Imagostadium    zu. 


fassen  sie  als  eine ,  Vorstufe  der  Imago  auf. 
Danach  ist  auch  die  ,,Subimago"  der 
Ephemeriden,  jenes  vorimaginale  geflügelte 
und  flugfähige  Stadium,  das  sich  von  der 
Imago  fast  nur  durch  mangelnde  Geschlechts- 
reife unterscheidet,  der  Puppe  der  höheren 
Insekten  gleichzusetzen.  Die  Fähigkeit  der 
Ortsbewegung  kommt  auch  zahlreichen 
echten  Pupi)en  zu:  abgesehen  von  den  be- 
weglichen Puppen  gewisser  Dipteren  und 
Lepidopteren  (bei  denen  die  Beweglichkeit 
eine  sekundär  erworbene  Eigenschaft  dar- 
stellt), gibt  es  Neuropteren-  und  Tricho- 
pterenpuppen,  die  mit  Hilfe  ihrer  Extremi- 
täten munter  einherwandern  oder  schwim- 
mend sich  bewegen  können. 

Die  Verwandlung  der  tertiären  Larve  in 
die  Imago  unter  Einschiebung  eines  Puppen- 
stadiums vollzieht  sich  zum  größten  Teil 
von  Keimen  (sogenannten  Imaginalschei- 
ben)  aus,  die  überall  im  Larvenkörper  sich 
finden.  Das  Vorhandensein  dieser  Keime 
kann  darauf  zurückgeführt  werden,  daß 
von  der  embryonalen  Anlage  jedes  Organes 
nur  ein  Teil  für  den  Gebrauch  der  Larve  zur 
Ausbildung  und  Funktion  gelangt,  der  sich 
während  des  Larvenlebens  erschöpft,  während 
ein  zweiter  Teil  der  Embryonalanlage  zunächst 
in  unentwickeltem  Zustande  als  Imaginal- 
scheibe  persistiert,  um  erst  während  des 
Puppenzustandes  in  Funktion  zu  treten  und 
die  Regeneration  des  unter  I^inwirkung  der 
Leukocyten  (Phagocyten)  zerstörten  larvalen 
Organes  zu  übernehmen.  Fast  alle  larvalen 
Organe  wie  die  Hypodermis,  die  meisten 
Muskeln,  der  gesamte  Darmkanal,  die 
Speicheldrüsen  usw.  werden  auf  diese  Weise 
durch  neue  imaginale  Organe  ersetzt.  Nur 
ganz  wenige  Organe,  wie  die  Geschlechts- 
organe, das  Herz,  der  zentrale  Teil  des 
Nervensystem  werden  direkt  oder  nur  mit 
geringfügigen  Aenderungen  in  die  Puppe 
resp.  die  Imago  übernommen.  Auch  solche 
Organe,  die  der  Larve  gänzlich  fehlen,  wie 
z.  B.  die  Flügel  des  Schmetterlings  sind 
bereits  in  der  Larve  als  Imaginalscheiben 
vorhanden;  wir  finden  sie  am  Meso-  und 
Metathorakalsegment  in  Form  von  Haut- 
einstülpungen, die  sich  bei  der  letzten  Larven- 
häutung nach  außen  vorstülpen,  so  daß  sie 
bei  der  Puppe  äußerlich  als  Flügel  in  Er- 
scheinung treten.  Desgleichen  sind  in  den 
köpf-  und  beinlosen  Fliegenmaden  bereits 
deutlich  die  Kopf-  und  Beinanlagen  der 
zukünftigen  Imago  in  Form  von  Einstül- 
pungen zu  sehen. 

Die  postembryonale  Entwickelung  schließt 
stets  eine  Reihe  von  Entwickelungs- 
stadien  in  sich.  Als  Entwickelungsstadium 
bezeichnen  wir  den  Zustand  der  Larve,  der 
durch  zwei  Häutungen  begrenzt  ist.  Der 
Häutungsprozeß  wird  dadurch  eingeleitet, 
daß    die    alte    Chitincuticula   sich    von    der 


492 


Insekten 


Hypodermis  abhebt,  während  die  letztere 
eine  neue  Cuticularsubstanz  auf  ihrer  Ober- 
fläche abscheidet.  Zugleich  sondern  be- 
sondere Häutungsdrüsen  reichliche  Mengen 
einer  Flüssigkeit  (Exuvialflüssigkeit)  ab,  die 
zwischen  die  alte  losgelöste  und  die  neue  sich 
bildende  Haut  tritt,  um  der  letzteren  die 
Möglichkeit  einer  freieren  Entfaltung  zu  ver- 
schaffen. Nachdem  die  neue  Haut  fertig 
gebildet  ist,  zerreißt  die  alte  Cuticula  (meist 
in  der  Kopfregion)  und  die  Larve  tritt  aus 
ihrer  alten  Haut  aus.  Die  Häutung  erstreckt 
sich  nicht  nur  auf  die  Oberfläche,  sondern 
auch  auf  alle  chitinösen  Auskleidungen  (der 
Tracheen,  des  Darmes  usw.).  Daher  sind 
die  Larven  während  der  Häutungsperiode  in 
ihrer  Lebensenergie  meistens  stark  herab- 
gedrückt, was  so  weit  gehen  kann,  daß  sie 
bei  jeder  Häutung  in  einen  völlig  apathischen, 
an  die  Puppenruhe  erinnernden  Zustand 
versinken  (Termiten).  Die  Zahl  der  Häu- 
tungen ist  bei  den  einzelnen  Insekten  sehr 
verschieden,  bei  der  Stubenfliege  z.  B.  3, 
bei  den  SchmetterMngsraupen  durchschnitt- 
lich 5,  bei  den  Wespen-  und  Bienenlarven 
wenigstens  8,  bei  der  Küchenschabe  7,  bei 
den  Eintagsfliegen  22,  und  bei  der  17  jährigen 
Cicade  ca.  30.  Bei  den  niederen  Insekten 
ist  die  Zahl  der  Häutungen  überhaupt  nicht 
streng  fixiert.  —  Die  verschiedenen  Stadien 
der  tertiären  Larven  unterscheiden  sich  nicht 
immer  nur  durch  die  Größe,  sondern  mit- 
unter auch  durch  das  Auftreten  anderer 
Charaktere  oder  durch  eine  abweichende 
Form  (Larvendimorphismus). 

Sowohl  die  Epimorphose  als  die  Meta- 
morphose haben  das  gemeinsam,  daß  die 
Larven  von  Anfang  an  ihre  volle  Segment- 
zahl besitzen,  so  claß  also  keine  Segment- 
vermehrung  mehr  während  der  nachembryo- 
nalen Entwickelung  stattfindet.  Daneben 
kommt  auch  noch,  wenn  auch  sehr  selten 
(nur  bei  den  Proturen),  eine  Entwicke- 
lungsform  mit  Segmentvermehrung 
vor,  die  als  Anamorphose  bezeichnet  ward 
(eine  bei  den  niederen  Arthropoden  weit- 
verbreitete Entwickelungsform),  so  daß  wir 
also  drei  Hauptentwickelungsformen  bei  den 
Insekten  unterscheiden  können,  die  Ana- 
morphose, Epimorphose  und  Meta- 
morphose. —  Unter  den  Begriff  der  letz- 
teren fallen  wieder  eine  ganze  Reihe  recht 
verschiedener  Entwickelungsarten,  für  welche 
wieder  besondere  Unterkategorien  aufge- 
stellt sind,  wie  die  Hemimetabolie,  Pro- 
metabolie und  Holometabolie.  Die 
erstere  bezieht  sich  in  der  Hauptsache  auf 
die  Insekten  mit  sekundären  Larven  (Ple- 
copteren,  Odonaten,  Cicaden  usw.);  die 
Prometabolie,  die  durch  das  Auftreten  einer 
Subimago  charakterisiert  ist,  kommt  den 
Ephemeriden,  und  die  Holometabolie,  cha- 
rakterisiert    durch     das     Auftreten     einer 


echten   Puppe,   den   Insekten   mit  tertiärer 
Larve  zu. 

Mit  der  typischen  Holometabolie  ist  der 
Gipfelpunkt  der  Insektenmetamorphose  noch 
nicht  erreicht,  denn  es  gibt  noch  eine  kom- 
pMzierte  Form,  die  sogenannte  Hypermeta- 
morphose  (resp.  Polymetabolie).  Der  Be- 
griff der  Hypermetamorphose  wurde  (von 
Fabre)  für  die  Entwickelung  der  Meloiden 
aufgestellt,  die  folgendermaßen  verläuft: 
Aus  dem  Ei  schlüpft  1.  der  Triungulinus, 
eine  bewegUche  Larve  mit  gut  entwickelten 
Beinen,  Fühlern  und  Augen;  aus  dieser  ent- 
wickelt sich:  2.  eine  madenförmige,  fußlose 
und  augenlose  Larve;  diese  geht  3.  in  ein 
Ruhestadium  über,  das  Stadium  der  Schein- 
puppe oder  Pseudochrysalis :  darauf  folgt 
4.  wieder  ein  Larvenstadium,  dem  zweiten 
Stadium  ähnlich,  welches  endlich  5.  in  die 
Puppe  sich  verwandelt  (Fig.  28).    Während 


Fig.  28.  Hypermetamorphose  von  Sitaris.  A 
erstes  Larvenstadium  (Triungulinus),  B  zweites 
Larvenstadium,  C  Scheinpuppe,  D  viertes  Larven- 
stadium, E  Puppe.  Nach  Fabre.  Aus  Korscheit 
und  Heider. 


des  dritten  Stadiums,  des  Scheinpuppensta- 
diums, finden  keinerlei  innere  Umwand- 
lungen statt,  so  daß  es  sich  also  lediglich 
um  eine  schlafähuliche  Periode  handelt. 
Die  Meloidenent^vickelung  unterscheidet  sich 
also  durch  zwei  Momente  von  der  typischen 
Holometabolie:  1.  durch  einen  larvalen  Di- 
morphismus zwischen  dem  ersten  und  zweiten 
Larveiistadium  und  2.  durch  das  Auftreten 
einer  Scheinpuppe.  —  Diese  beiden  Eigen- 
tümlichkeiten Ijeschränken  sich  aber  nicht 
nur  auf  die  Meloiden,  sondern  kommen  ähn- 
lich noch  bei  vielen  anderen  Insekten  vor. 
Ein  larvaler  Dimorphismus  tritt  z.  B.  in  der 
auffallendsten  Form  bei  parasitischen  Hy- 
menopteren  (Pteromalinen)  auf,  bei  denen 
die  erste  Larve  eine  gänzlich  insektenfremde 
Form,  die  eher  an  G)yclopiden  erinnert,  be- 
sitzt, die  zweite  einen  ovalen  unsegmentierten 
und  gliedmaßenlosen  Körper  darstellt,  und 
die  dritte  die  Gestalt  einer  beinlosen  seg- 
mentierten Made  aufweist.  Dann  findet  sich 
ein  Larvendimorphismus  auch  bei  verschie- 


Insekten 


493 


denen  Käfern  (Lebia,  Bruchiden,  Lymexylo- 
niden  usw.),  ferner  bei  den  Stylopiden  usw. 
— •  Auch  die  Scheinpuppe  hat  ihre  Analoga  bei 
anderen  Insekten,  wie  z.  B.  bei  dem  letzten 
Larvenstadium  gewisser  Hymenopteren 
(Lophyrus).  Unter  den  Begriff  der  Hyper- 
metamorphose  (oder  wenn  wir  ihn  weiter 
fassen  und  als  Polymetabolie  bezeichnen 
wollen)  köimen  wir  auch  die  Entwickelung 
derjenigen  bienen-und  wespenartigen  Insekten 


stellen,  bei  denen  zwischen  die  Puppe  und 
das  letzte  Larvenstadium  noch  ein  Zwischen- 
zustand eingeschoben  ist,  der  in  seiner  Aus- 
bildung zwischen  Larve  und  eigentlicher 
Puppe  steht,  und  als  Semipupa  (oder 
Pseudonymphe)  bezeichnet  wird. 

Die  hier  besprochenen  Entwickelungs- 
formen  sind  in  folgender  Tabelle  übersicht- 
lich dargestellt: 


Anamera 

Holomera 

Anamorpha 

Insekten  mit 

Segnientver- 

mehrung 

Epimorpha 

(s.  lat.) 

Insekten 
mit  U  m  - 
Wandlung 

M  e  t  a  m  0  r  p  h  a 
Insekten  mit  Verwandhing 

H  0 1 0  m  e 

tabolie 

H  e  m  i  m  e  t  a  - 

Prometa-          Holometa- 

Polymeta- 

bolie 

bolie            bolie  typica 

bolie 

(Ei-Sel 
Larve- 

cundäre 
Imago) 

(Ei-Sek 
Subimaj 

.  Larve-    (Ei-Ter 
^o-Imago    Puppe- 

t.  Larve- 
Imago) 

(Ei-Dimorph. 

tert.  Larve - 

Scheinpuppe 

oder  Semipupa- 

Imago) 

Pro 

;ura 

Thys 
Orthc 
Isop 
Rhyn 
(part. 

inura 
ptera 
tera 
chota 
)  usw. 

Odoi 

Pleco 
Cica 

laten 

jteren 

iden 

Ephen 

Neuropt 

Coleopt 

Dip 

Hymen 

leriden        Lepid 

.  (part.) 
.  (pirt.) 
eren 
opteven 
apteren 

Meloiden 

Lebia 

Lophyrus 

usw. 

Diese  hier  angeführten  Entwickelungs- 
formen  stehen  sich  keineswegs  alle  voll- 
kommen scharf  gegenüber,  sondern  gehen 
vielfach  durch  Uebergänge  ineinander  über. 
Bei  manchen  ist  die  Einreihung  in  diese 
oder  jene  Kategorie  nur  unter  gewissen  Zu- 
geständnissen zu  bewerkstelligen ;  so  z.  B.  bei 
den  (^(^  Cocciden,  deren  Entwickelung  von 
den  einen  Autoren  (Heymons)  als  eine  Art 
Epimorphose,  von  den  anderen  (Born er) 
a,ls  Hemimetabolie  oder  gar  als  Holometa- 
bolie  (Reh)  gedeutet  wird. 

Die  Larvenformen  der  Insekten  zeigen 
-eine  große  Mannigfaltigkeit,  die  vornehm- 
lich durch  die  Lebensweise  bestimmt  ist. 
Letzterer  Umstand  erklärt  es  auch,  daß  oft 
Larven  von  systematisch  nahestehenden  In- 
sekten weit  voneinander  abweichen,  während 
Larven  aus  ganz  verschiedenen  Ordnungen 
mehr  oder  weniger  übereinstimmen  kön- 
nen. Es  ist  deshalb  in  phyletischer  Beziehung 
im  allgemeinen  kein  großes  Gewicht  auf  die 
Larvenformen  zu  legen.  Immerhin  dürften 
wir  in  solchen  Larven,  welche  im  Habitus  an 


die  ursprüngUche  Insektengruppe  der  Thysa- 
nuren  erinnern  (den  sogenannten  campo- 
deoiden  Larven),  jenen  Larventypus  er- 
blicken, der  am  meisten  ursprüngliche  Cha- 
raktere bewahrt  hat.  Dieser  Typus  ist  durch 
die  Larven  der  Ephemeriden,  Perliden, 
mancher  Neuropteren  und  vieler  Käfer  ziem- 
lich getreu  innegehalten:  Sie  besitzen  drei 
Paare  wohlausgeb.ldeter  Brustbeine,  mehr- 
gliedrige  Fühler,  beißende  Mundwerkzeuge, 
einen  mehr  oder  weniger  abgeplatteten  Hinter- 
leib, meist  mit  einem  Paar  Cerci;  der  Brust- 
abschnitt oder  wenigstens  das  erste  Brust- 
segment ist  meistens  etwas  abweichend  (von 
den  übrigen  Rumpfsegmenten)  gebaut,  der 
Kopf  gewöhnlich  mit  seitenständigen  Punkt- 
augen ausgerüstet,  der  Hautpanzer  meistens 
kräftig  chitinisiert.  Die  campodeoiden  Lar- 
ven sind  im  allgemeinen  recht  bewegliche 
TiCre,  die  vorzugsweise  von  offenem  Raub 
leben.  Als  den  campodeoiden  Larven  nahe- 
stehend sind  die  Larven  der  Elateriden 
(Drahtwürmer)  und  mancher  Tenebrioniden 
(Mehlwürmer)   zu   nennen,   die   aber   durch 


494 


Insekten 


ihre  lange  drehrunde  (zylindrische)  Körper-  gefüttert  werden,  oder  die  einfach  in  ihrem 
gestalt  sich  davon  unterscheiden  (Fig.  29).  —  Futter  schwimmen  (Larven  der  Borlvcn-  und 
Ein  von  den  campodeoiden  Larven  weiter  Rüsselkäfer,  vieler  Bockkäfer,  ferner  vieler 
abweichender  Typus  ist  in  den  sogenannten  Hymenopteren,  wie  Bienen,  Wespen,  Ameisen^ 
Engerlingen  gegeben;  bei  diesen  handelt  es  Schlupfwespen,  dann  vieler  Dipteren  wie 
sich  meist  um  plumpe,  schwerfällige,  ventral-  den  Museiden  usw.),  —  also  lauter  Larven,, 
wärts  gekrümmte  Larven,  die  mit  Ausnahme  deren  Lebensweise  den  Besitz  von  Beinen 
des  Kopfes  schwach  chitinisiert,  weichhäutig  vollständig  überflüssig  macht.  Die  Musciden- 
und  meist  weißlich  gefärbt  sind;  drei  Paar  larven  nehmen  unter  den  genannten  eine 
Brustbeine  sind  vorhanden,  die  Brustsegmente  gewisse  Sonderstellung  ein,  insofern  als  sie 
sind  wenig  von  den  übrigen  Rumpfsegmenten  lieine  ausgebildete  Kopfkapsel  besitzen  und 
verschieden;  die  Punktaugen  in  der  Regel  ihre  Mundgliedmaßen  stark  rückgebildet 
fehlend.  Hierher  gehören  die  Larven  der  sind,  im  Gegensatz  zu  den  Borkenkäfer-  oder 
Lamellicornier  (Melolontha,  Lucanus,  Geo-  Wespenlarven  usw.,  die  alle  eine  wohl- 
trupes  usw.),  der  Anobien  und  anderer  (Fig.  ausgebildete  Kopfkapsel  und  auch  typische 
30).  —  Den  Engerlingen  schließen  sich  die   Mundgliedmaßen  haben.     Vielfach  wird  die 

Bezeichnung  ,,Made"  nur  für 
diese  der  Kopfkapsel  ent- 
behrenden und  also  am 
weitesten  rückgebildeten  Lar- 
ven der  Museiden  angewandt. 
Neben  diesen  weichhäutigen 
kopflosen  Maden  kommen 
unter  den  Dipterenlarven  auch 
noch  solche  mit  wohlausge- 
bildetem Kopf  und  teils  auch 
stärker  chitinisierter  Körper- 
haut vor;  es  sind  dies  die 
sogenannten  eucephalen  Dip- 
terenlarven, die  ein  freies 
Leben  im  Wasser  usw.  führen 
(Culiciden,  Tipuliden,  Bibio). 
—  Endlich  sind  noch  die 
Raupen  und  Afterraupen 
zu  erwähnen,  welche  einen 
besonderen  Larventypus  für 
sich  darstellen.  Sie  sind 
hauptsächlich  dadurch  cha- 
rakterisiert, daß  sie  neben 
den  Brustbeinen  auch  noch 
eine  ^Anzahl  Bauchfüße  be- 
sitzen (Fig.  29  G.  u.  H).  Letzr 
tere  sind  von  den  gegliederten 
Brustbeinen  wesentlich  ver- 
schieden; sie  stellen  eigent- 
lich nur  ausgestülpte  Haut- 
zapfen dar,  die  auf  der  End- 
fläche mit  einem  Kranz  kurzer 
Dörnchen  besetzt  sind.  Im 
übrigen  sind  die  Raupen  meist 
langgestreckt  mehr  oder  we- 
niger gleichmäßigsegmentiert, 
Larven  gewisser  Bockkäfer  und  der  Holz-  mit  ausgeprägtem  Kopf,  gut  ausgebildeten 
wespen  an,  bei  denen  die  Brustbeine  stark  kauenden  Mundgliedmaßen,  kurzen  Fühlern 
rückgebildet  sind.  Und  diese  führen  zwang-  >  und  einer  verschiedenen  Zahl  Punktaugen, 
los  über  zu  den  beinlosen  Larven,  die  als  Hierher  gehören  die  Larven  der  Panorpiden 
Maden  (im  weiteren  Sinne)  bezeichnet  und  Schmetterhnge  (Raupen)  und  der  Blatt- 
werden. Solche  treten  in  verschiedenen  In-  wespen  (Mterraupen).  Die  Schmetterlings- 
sektenordnungen und  in  verschiedener  Aus-  und  Blattwespenhirven  lassen  sich  durch 
bildung  auf.  Größtenteils  handelt  es  sich  folgende  Merkmale  gut  unterscheiden:  bei 
dabei  um  Larven,  die  entweder  in  pflanz-  den  ersteren  beträgt  die  Zahl  der  Bauchbeine 
liehen  oder  tierischen  Geweben  leben,  oder  5  oder  2  Paare,  bei  den  letzteren  dagegen 
die    während    ihrer    ganzen    Entwickelung   meist  mehr  (selten  weniger);  bei  den  Raupen 


Fig.  29.  Verschiedene  Larvenformen.  A  Calosoma,  B  Dytiscus, 
D  Elateride,  E  Silphide.  F  Chrysomelide,  G  Raupe,  H  After- 
raupe,   J    Rüsselkäferlarve.     Aus    Escherich    Forstinsekten. 


Insekten 


495 


sind  ferner  stets  die  ersten  zwei  Abdominal- 
segmente frei,  d.  h.  ohne  Banchbeine,  bei 
den  Afterraupen  dagegen  gewöhnlich  nur 
das  erste;  endlich  besitzen  die  echten  Raupen 
5  bis  6  Punktaugen  jederseits  des  Kopfes, 
während  die  Afterraupen  nur  je  1  Punkt- 
auge jederseits  aufweisen.  Den  Panorpiden- 
raupen  kommen  zahlreiche  (20  und  mehr) 
dichtgestellte  Punktaugen  zu,  an  denen  sie 
ohne  weiteres  von  den  Schmetterlings-  und 
Blattwespenlarven  zu  unterscheiden  sind.  Die 
Raupen  und  iVfterraupen  führen  zum  größten 
Teil  ein  freies  Leben  auf  BLättern,  von  denen 
sie  sieh  ernähren;  teilweise  aber  leben  sie 
auch  verborgen  im  Pflanzengewebe  (Cossiden, 
Sesiiden,  viele  Tortriciden  usw.). 

Da  die  Larven  der  Insekten  im  allge- 
meinen unbewehrte  und  wenig  flüchtige 
Tiere  sind  und  andererseits  eine  Menge 
Feinde  besitzen,  so  bedürfen  sie,  soweit  sie 
nicht  an  und  für  sich  ein  verborgenes  Leben 
imter  Rinde  usw.  führen,  besonderer  Schutz- 
vorrichtungen. Vielfach  bestehen  dieselben 
in  einer  Schutzfärbung;  so  sind  die  frei 
lebenden  Schmetterhngs-  und  Blattwespen- 
larveu  gewöhnlich  so  gefärbt,  daß  sie  von  der 
Unterlage  kaum  abstechen ;  oder  sie  sind  durch 
eine  Streifenzeichnung  aufgelöst,  so  daß 
sie  den  Blicken  der  Feinde  leicht  entgehen; 
oder  aber  sie  zeigen  eine  Schreckfärbung 
(große  Augenflecke  usw.),  wodurch  die 
Feinde  zurückgeschreckt  werden,  wie  z.  B. 
die  Raupe  von  Sphinx  porcellus,  die  beim 
Angriff  den  kleinen  Kopf  und  die  ersten  drei 
Segmente  in  das  mit  auffallenden  Augen- 
flecken ausgestattete  große  vierte  Segment 
zurückziehen,  wodurch  ein  großer  Kopf  mit 
Klotzaugen  vorgetäuscht  wird.  Manche 
Raupen  nehmen  die  Stellung  eines  dürren 
x\stes  ein,  und  entgehen  so  den  Verfol- 
gungen (Spannerraaipen);  andere  Raupen 
sind  durch  ein  dichtes  Pelzkleid  geschützt 
(vielen  Vögeln  sind  behaarte  Raupen  wenig 
angenehm);  wieder  andere  besitzen  Gifthaare, 
deren  Inhalt  entzündungserregend  wirkt. 
Viele  Blattwespenlarven  suchen  durch  hef- 
tiges Hin-  und  Herschlagen  des  Vorderkörpers 
sich  der  Angriffe  von  Feinden  zu  erwehren; 
andere  durch  Abgabe  resp.  Ausspritzen  einer 
Flüssigkeit;  wieder  andere  besitzen  besondere 
ausstülpbare  Schläuche,  die  im  Augenblick 
der  Gefahr  hervorgestoßen  werden.  Ein 
großer  Teil  der  Larven  baut  sich  ein  Schutz- 
gehäuse entweder  aus  ihrem  eigenen  Kot 
(verschiedene  Blattkäferlarven),  oder  aus 
fremden  Substanzen,  —  wie  die  Phryganiden, 
die  ihre  Röhren  aus  Steinchen,  Sand,  Blatt- 
stückchen, kleinen  Schneckenschalen  usw.  er- 
richten, oder  die  Pelzmotten,  die  ein  dichtes 
Gehäuse  aus  den  Wollfasern  des  befallenen 
Stoffes  verfertigen,  oder  die  Lärchenminier- 
motte,  welche  die  ausgehöhlte  Lärchen- 
nadel als   Schutzhülle  mit  sich  herumträgt 


usw.  Die  Raupen  der  Wickler  spinnen  viel- 
fach die  Blätter,  von  deren  Substanz  sie 
leben,  zusammen  und  andere  Schmetterlings- 
und jiuch  Blattwespenlarven  leben  in  dichten 
Gespinnsten,  entweder  einzeln  oder  in  grö- 
ßeren Gesellschaften.  Viele  Larven  endlich 
schützen  sich  dadurch,  daß  sie  sich  mit  ihren 
eigenen  Sekreten  bedecken,  so  ist  die  Schaum- 
cicade  in  einer  schaumähnlichen  Masse 
(Kuckucksspeichel)  verborgen  und  die  Larven 
der  Pflanzenläuse  hüllen  sich  vielfach  in 
eine  aus  Wachsabscheidungen  bestehende- 
,, Wollhülle"  ein. 

Die  Puppe  der  Insekten  tritt  in  zwei 
Formen  auf:  als  ,, freie"  oder  ,, gemeißelte 
Puppe"  (pupa  libera)  oder  als  ,, bedeckte 
Puppe"  oder  Mumienpuppe  (pupa  obdecta). 
Bei  der  ersteren  liegen  die  Gliedmaßen  dem. 
Körper  frei  an  (Fig.  30),  bei  der  letzteren. 


Fig.   30.     Engerling   und  Puppe  vom  Maikäfer. 

0  Augen,  at  Antennen, p' — p"'  Beine,  a'  a"  Vorder- 

und   Hinterflügel,   St  Stigmen,   an  After.     Au& 

Hertwig. 


werden  sie  durch  eine  zähe  erhärtende  Ab- 
scheidung fest  mit  der  Körperoberfläche 
verklebt,  wodurch  sie  auch  in  ihren  Kon- 
turen undeutlicher  werden  (Fig.  31).  Die 
freie  Puppe  kommt  allen  Coleopteren,  Hy- 
menopteren,  Neuropteren  und  einem  Teil 
der  Dipteren  zu,  während  der  andere  Teil 
der  Dipteren  (Brachyceren)  und  die  meisten 
Schmetterlinge  eine  Mumienpuppe  be- 
sitzen. Um  die  einer  aktiven  Abwehr  un- 
fähige Puppe  vor  feindlichen  Angriffen  usw. 
möglichst  zu  bewahren,  findet  die  Verpup- 
pung vielfach  an  versteckten  Orten,  unter 
Steinen,  in  schmalen  Rindenritzen,  in  der 
Erde  usw.  statt.  Andere  verpuppen  sich 
in  den  ausgebauten  Larvengehäusen,  wo- 
durch diese  ihren  Schutz  auch  auf  die  Puppe- 
übertragen (Phryganiden,  Psyche,  Clythra 
usw.),  und  wieder  andere  verfertigen  be- 
sondere Schutzhüllen,  sogenannte  Kokons.. 
Die  letzteren  können  entweder  lediglich  aus 
Seidenfäden  (Spinndrüseusekret)  herge- 
stellt oder  es  können  auch  noch  Fremdkörper 
miteingespounen  sein;  oder  sie  bestehen 
hauptsächlich  aus  fremden  Material,  welches 
durch      Speichelsekrete      zusammengekittet 


496 


Insekten 


wird;  oder  aber  endlich  der  Kokon  wird 
einfach  ans  der  letzten  Larvenhaut  gebildet, 
die,  aufgebläht  und  erhärtet,  die  Form  eines 


Fig.  31.  Mumienpnppe 
von  Sphinx  ligustri. 
1  Auge,  2  Kopf,  3 Fülller, 
4 — 6  Thoraxsegmente, 
7  und  8  Flügel,  9  Beine, 
10  Rüssel,  11  Abdominal- 
segmente, 12  Stigmen. 
(Aus  Hertwig. 


Tönnchens  annimmt.  Reine  Seidenkokons 
finden  wir  bei  vielen  Schmetterlingen  (Spin- 
nern) und  Hymenopteren  usw.;  größten- 
teils aus  fremdem  Material  besteht  z.  B.  der 
Kokon  des  Rosenkäfers  (Cetonia);  und  die 
Verpuppung  in  der  letzten  Larvenhaut  ist 
•eine  Eigentümlichkeit  der  Museiden.  Die 
Tönnchenpuppe  als  besondere  Kategorie 
(pupa  coarctata)  den  beiden  obigen  Puppen- 
formen gegenüberzustellen,  ist  ungerecht- 
fertigt, da  es  sich  ja  um  eine  in  einem  Kokon 
liegende  freie  Puppe  handelt. 

Nachdem  die  Puppenruhe  beendet, 
springt  die  Puppenhülle  an  einer  bestimmten 
Stelle  auf,  und  das  fertige  Insekt  arbeitet 
sich  durch  eigene  Tätigkeit  heraus.  An- 
fänglich noch  weich  und  unausgefärbt,  er- 
härtet es  in  kurzer  Zeit  und  nimmt  auch  nach 
und  nach  ihre  definitive  Färbung  an.  Wo  die 
Puppe  frei  hegt,  gelangt  die  ausgeschlüpfte 
Image  unmittelbar  in  die  Freiheit,  wo  aber 
die  Puppe  verborgen  ist  in  der  Erde,  oder  im 
Holz  oder  in  einem  Kokon,  da  muß  die  Image 
sich  erst  noch  durch  manche  Hindernisse 
hindurcharbeiten,  wie  z.  B.  durch  eine  Erd- 
schicht sich  hindurchgraben,  oder  durch 
Holz  oder  Rinde  oder  den  Kokon  sich  durch- 
nagen usw.  Bei  solchen  Schmetterlingen, 
deren  Raupen  im  Holz  leben  und  sich  auch 
da  verpuppen,  sorgen  die  Raupen  vielfach 
in  der  Weise  für  ein  Gelingen  des  Aus- 
schlüpfens,  daß  sie  von  der  Verpuppungs- 
stelle  bis  zur  Überfläche  der  Pflanze  einen 
Gang  nagen;  bei  denCossiden,  Sesien  und  ver- 
schiedenen Wicklern  schiebt  sich  die  Puppe, 
die  mit  besonderen,  zur  Fortbewegung  dienen- 


den Dornenkränzen  versehen  ist,  so  weit 
nach  außen  hervor,  daß  sie  zum  größten  Teil 
nach  außen  vorragt  und  der  ausschlüpfende 
Schmetterling  unmittelbar  ins  Freie  gelangt. 
Auch  schon  beim  Verfertigen  des  Kokons 
sorgen  manche  Raupen  dafür,  daß  sie  als 
Imagines  leicht  herauskommen,  indem  sie 
am  Kopfende  eine  Schlüpföffnung  frei  lassen, 
die  mit  nach  außen  gerichteten  Borsten 
nach  Art  der  Mausefallen  verschlossen  sind. 
Wo  keine  besondere  Vorsorge  getroffen, 
geschieht  die  Befreiung  aus  dem  Kokon  viel- 
fach mit  Hilfe  einer  Flüssigkeit,  die  das  Ko- 
kongewebe aufweicht,  so  daß  der  Schmetter- 
ling sich  leicht  hindurchschieben  kann.  Bei 
anderen  Schmetterlingen  finden  sich  in  der 
Stirnregion  besondere  ,,  Kokonbrecher",  das 
sind  spitze  Dornen  oder  Zähne,  mit  denen 
eine  Oeffnung  in  die  Wand  des  Kokon  ge- 
stoßen wird.  Die  in  Schlupfwespen  usw. 
schmarotzende  Fliege  Anthrax  morio  schnei- 
det ebenfalls  mit  derartigen  Kokonbrechern 
durch  fortwährende,  die  Kokonwand  per- 
forierende Stöße  einen  kreisförmigen  Deckel 
heraus  und  verschafft  sich  dadurch  die  Frei- 
heit. Bei  den  Dipteren  mit  Tönnchenpuppe 
geschieht  die  Sprengung  des  Tönnchens  mit 
Hilfe  der  sogenannten  Kopfblase,  die  durch 
kräftiges  Pressen  der  Blutflüssigkeit  in  die 
Kopfregion  gebildet  wird. 

Nicht  alle  Insekten  sind  nach  dem  Aus- 
schlüpfen und  Erhärten  der  Haut  fertig 
entwickelt  resp.  geschlechtsreif;  es  gibt  viel- 
mehr eine  ganze  Reihe  von  Insekten,  welche 
nach  dem  Verlassen  der  Puppe  noch  langer 
Zeit  bedürfen,  bis  sie  völlig  geschlechtsreif 
und  fortpflanzungsfähig  sind,  wie  z.  B. 
viele  Boikeiikäfer  und  Rüsselkäfer,  vor  allem 
die  Pissodesarten,  die  zu  ihrer  Ausreifung 
14  Jahr  und  noch  länger  brauchen.  Fällt 
die  Ausreifungszeit  in  den  Winter,  so  wird 
der  Reifungsprozeß  bis  nach  der  Ueber- 
winterung  nahezu  stillgelegt  (Latenz)  und 
dadurch  noch  länger  hinausgezogen.  So 
sehr  verschieden  die  Dauer  der  einzelnen 
Entwickelungsstadien  ist,  so  kommen  doch 
als  Gesamtdauer  der  Entwickelung  vom  Ei 
bis  zum  fortpflanzungsfälligen  Image  in  den 
meisten  Fällen  ungefähr  12  Monate  heraus,  in- 
dem eben  eine  besonders  lange  Dauer  des 
einen  Stadiums  durch  eine  um  so  kürzere 
des  anderen  Stadiums  wieder  ausgeglichen 
wird,  wie  aus  folgender  Zusammenstellung 
hervorgeht: 


Es  währt 

bei  der  Nonne 
beim  Kiefernspinner 
bei  der  Kieferneule 
bei  Pissodes 


das 
Eistadium 

9 

1 
1 

V2 


die  das 

Larvenzeit      Puppenstadium 


91/ 
10 

2Vo 
3 


V2 
1 

8V2 
V2 


die  Zeit  der 
Ausreifung 

-  =  12  Monate 

-  =  12      „ 

-  =  12      „ 
5  =  12      „ 


Insekten 


497 


Doch  gibt  es  auch  eine  Anzahl  Insekten, 
die  wesentlich  länger  zu  ihrer  Entwickelung 
gebrauchen;  so  bedürfen  viele  Insekten, 
deren  Larven  im  nährstoffarnien  Holz  leben, 
2  Jahre  zu  ihrer  Entwickelung,  der  Maikäfer 
bedarf  3  bis  4  Jahre  und  eine  nordanieri- 
kanische  Cicade  gar  17  Jahre.  Andererseits 
gibt  es  auch  viele  Insekten,  die  weit  weniger 
als  1  Jahr  brauchen,  so  daß  mehrere  Gene- 
rationen in  1  Jahr  aufeinander  folgen  kön- 
nen (z.  B.  Aphiden).  Da  die  Insekten  poikilo- 
therme  Tiere  sind,  so  wird  die  Dauer  der  Ent- 
wickelung vielfach  auch  von  äußeren  Fak- 
toren mitbestimmt,  vor  allem  der  Tempe- 
ratur und  Feuchtigkeit;  der  Einfluß  kann 
soweit  gehen,  daß  die  Entwickelung  um  ein 
mehrfaches  verlängert  oder  verkürzt  werden 
kann.  Doch  gibt  es  auch  Insekten,  die  der 
Beeinflussung  weniger  zugänglich  sind,  und 
deren  Entwickelungsdauer  trotz  Einwirkung 
von  hohen  oder  tiefen  Temperaturen  sich 
stets  annähernd  gleich  bleibt.  Andererseits 
läßt  sich  die  Verlängerung  der  Entwicke- 
lungsdauer nicht  immer  auf  äußere  Faktoren 
zurückführen;  denn  wir  kennen  eine  Reihe 
von  Fällen,  in  denen  von  Larven  oder 
Puppen,  die  unter  völlig  gleichen  Bedin- 
gungen gestanden  haben,  eine  Anzahl  wesent- 
lich länger  zu  ihrer  Entwickelung  brauchen 
als  die  anderen.  So  kommen  oft  Puppen,  die 
normalerweise  nur  einmal  überwintern 
sollen,  erst  nach  mehrmaliger  (bis  zu  acht- 
maliger) Ueberwinterung  zum  Ausschlüpfen, 
eine  Erscheinung,  die  als  ,,Ueberliegen"  be- 
zeichnet wird.  Auch  bei  manchen  Larven 
kommt  ähnhches  vor,  indem  z.  B.  von  den 
aus  ein  und  demselben  Eigelege  stammenden 
und  unter  den  gleichen  Bedingungen  gezoge- 
nen Nonnenraupen  unter  viermaliger  Häu- 
tung 46  Tage  zur  Entwickelung  brauchen, 
die  anderen  unter  fünfmaliger  Häutung 
Ö6  Tage.  Die  biologische  Bedeutung  dieser 
individuellen  Verschiedenheiten  der  Ent- 
wickelungsdauer mag  vielleicht  darin  zu 
suchen  sein,  daß  dadurch  die  Inzucht  mög- 
lichst verhindert  werden  soll. 

Die  Lebensdauer  der  Image  ist  sehr 
verschieden:  bei  manchen  währt  sie  nur 
wenige  Stunden,  wie  bei  den  Eintagsfliegen, 
oder  den  Psychiden  ^(^,  welch  letztere  sogar 
schon  nach  l^.  bis  1  Stunde  nach  dem  Aus- 
schlüpfen absterben,  nachdem  sie  zuvor 
ihren  einzigen  Lebenszweck,  die  Begattung, 
ausgeführt  haben.  Bei  den  meisten  Insekten 
beträgt  das  Imagoleben  jedoch  mehrere 
Tage  oder  Wochen  (z.  B.  Kiefernspinner, 
Nonne  14  Tage,  bei  Lyda  ca.  4  Wochen  usw.); 
bei  solchen,  die  als  Imago  überwintern  (wie 
z.  B.  viele  Tagfalter  und  Eulen),  zieht  sich 
das  Imagoleben  über  viele  Monate  hin. 
Endlich  gibt  es  noch  eine  ganze  Reihe  von 
Insekten,  welche  als  Imago  mehrere  Jahre 
leben,  um  mehrmals  zur  Fortpflanzung  zu 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


schreiten,  wie  Pissodes,  Hylobius,  Calosoma 
u.  a.  Das  längste  Imagoleben  führen  zweifel- 
los die  Weibchen  der  sozialen  Insekten;  so 
kann  eine  Bienenkönigin  5  Jahre  alt  werden, 
eine  Ameisenkönigin  oder  Termitenkönigin 
bis  zu  15  Jahre,  wobei  sie  größtenteils  dem 
Fortpflanzungsgeschäft  obliegen. 

IV.  Biologie. 

Der  ungeheuren  Formenmannigfaltigkeit, 
in  welcher  die  Insekten  auftreten,  entspricht 
die  große  Vielseitigkeit  in  ihrer  Lebensweise. 
Es  ist  unmöglich,  hier  dieser  Vielseitigkeit 
auch  nur  einigermaßen  gerecht  zu  werden 
(selbst  bei  der  lapidarsten  Ausdrucksweise) 
und  so  beschränke  ich  mich  darauf,  wenigstens 
die  wichtigsten  Beziehungen  der  Insekten  zur 
Pflanzen-  und  Tierwelt,  in  denen  ja  viele  Seiten 
des  Insektenlebens  inbegriffen  sind,  zu  berüh- 
ren —  (einige  biologische  Punkte  sind  zudem 
auch  schon  im  vorhergehenden  besprochen). 

Insekten  und  Pflanzen  stimmen  so- 
wohl bezüglich  Verbreitung  als  Häufigkeit  an- 
nähernd überein,  was  zu  einer  fortwährenden 
Berührung  der  beiden  führen  mußte.  Es 
haben  sich  denn  auch  zahlreiche  und  viel- 
seitige Beziehungen  zwischen  beiden  her- 
ausgebildet. 1.  Ein  großer  Teil  der  Insekten 
nährt  sich  von  Pflanzen,  und  zwar  in  ver- 
schiedener Weise:  Die  mit  kauenden  Mund- 
werkzeugen ausgestatteten  Insekten  (Ortho- 
pteren, viele  Käfer  und  deren  Larven,  Schmet- 
terlingsraupen, die  Larven  der  Blatt-  und 
Holzwespen  usw.)  verzehren  feste  Pflanzen- 
substanzen, entweder  indem  sie  von  außen 
Stücke  aus  den  Blättern,  von  der  Rinde, 
den  Wurzeln  usw.  herausfressen,  oder  indem 
sie  in  das  Pflanzengewebe  eindringen  und  in 
demselben  Gänge  (Minen)  nagen  (Borken-, 
Bock-,  Rüsselkäferlarven,  Holzwespenlarven 
usw.  unter  Rinde  und  im  Holz;  viele  Motten- 
räupchen,  gewisse  Käferlarven  in  den  Blät- 
tern usw.).  Die  mit  stechenden  und  saugen- 
den Mundwerkzeugen  versehenen  Insekten 
versenken  ihren  Rüssel  in  die  saftleitenden 
Schichten  und  entziehen  so  der  Pflanze  Säfte 
(Pflanzenläuse).  Die  Imagines  der  Schmet- 
terlinge und  vieler  Fliegen,  deren  Mund- 
werkzeuge nur  zum  Lecken  oder  Saugen 
eingerichtet  sind,  ernähren  sich  lediglich  von 
den  von  der  Pflanze  ausgeschiedenen  Säften. 
Manche  Insekten  (Clytus,  Oedemeriden, 
MordeUiden  usw.)  fressen  den  Pollen,  andere 
(Bienen)  sammeln  Pollen  für  ihre  Brut. 
Eine  besondere  Ernähnmgsweise  besitzen 
die  Gallinsekten  (die  Larven  der  Cynipiden, 
Cecidomyiden,  gewisser  Blattwespen,  Klein- 
schmetterlinge, und  Käfer  usw.),  indem  durch 
ihren  Stich  resp.  durch  die  Anwesenheit  oder 
Tätigkeit  der  Larven  das  umliegende  Pflan- 
zengewebe zu  anormalem  Wachstum  geführt 
wird,  wodurch  jene  gewissermaßen  in  reich- 
liche geeignete  "Nahrung  eingebettet  werden 

32 


498 


Insekten 


(außerdem  genießen  sie  in  den  Gallen  auch 
noch  ausgiebigen  Schutz).  —  2.  Die  Insekten 
finden  vielfach  Wohnung  in  oder  auf  den 
Pflanzen.  Die  eben  genannten  Gall- 
insekten geben  dafür  ein  Beispiel  ab,  dann 
auch  die  obigen  Minierer.  Viele  Insekten 
schaffen  sich  geschützte  Wohngelegenheiten 
durch  Zusammenspinnen  von  Blättern 
(Nester  des  Goldafters,  Baumweißlings,  der 
Spinnameise,  Oecophylla  usw.);  andere 
fressen  große  Höhlungen  in  den  Stamm, 
wie  die  Holzameise  (Camponotus  Hgniperda), 
andere  benützen  schon  bestehende  hohle 
Stellen  alter  Bäume  zum  Nisten  (Lasius 
fuliginosus)und  wieder  andere  (meist  tropische 
Ameisen)  beziehen  besondere  in  gewissen 
Pflanzen  vorhandene  Hohlräume  (Domatien), 
wie  die  hohlen  Dornen  gewisser  tropischer 
Akazien,  oder  die  hohlen  Internodien  in  den 
Cecropiabäumen  Südamerikas  usw.  (vgl. 
den  Artikel  „Ameisenpflanze  n").  — 
3.  Die  Insekten  können  zum  Schutz  der 
Pflanzen  beitragen,  indem  räuberische  In- 
sekten phytophage  Tiere  von  den  Pflanzen 
abwehren.  Als  bekanntestes  Beispiel  seien 
jene  in  den  ebengenannten  DomatieU  hausen- 
den Ameisen  angeführt,  welche  die  Pflanze 
für  die  von  ihr  dargebotene  Wohnung  durch 
eine  ausgiebige  Verteidigung  gegen  blatt- 
fressende Insekten  usw.  entschädigen  sollen 
(Myrmekophilie),  was  jedoch  in  neuerer 
Zeit  nicht  mehr  in  vollem  Umfang  aufrecht- 
erhalten wird.  Außer  den  Ameisen  sind  auch 
die  verschiedenen  anderen  Raubinsekten  und 
Parasiten,  welche  von  phytophagen  Schmet- 
terhngsraupen,  Käferlarven  usw.  leben,  als 
Schützer  der  Pflanzenwelt  (im  weiteren  Sinne) 
zu  betrachten.  — •  4.  Eine  überaus  wichtige 
Rolle  spielen  die  Insekten  als  Befruchter 
d  e  r  P  f  1  a  n  z  e  n  w  e  1 1 ,  resp.  als  Vermittler  der 
Kreuzbefruchtung.  Sind  doch  80%  der 
europäischen  Blütenpflanzen  Insektenblütler. 
Es  sind  vornehmlich  Insekten  mit  leckenden 
undsaugendenMundwerkzeugen,  die  bei  ihrem 
Suchen  nach  Nektar  die  Kreuzbefruchtung 
besorgen;  obenan  die  Bienen,  Hummeln  und 
Schmetterhnge,  dann  die  Dipteren  und  ge- 
legentlich auch  noch  einige  andere  Insekten 
(Käfer  usw.).  —  5.  Auch  bei  der  Verbreitung 
der  Pflanzen  sind  die  Insekten  beteiligt;  so 
sind  eine  ganze  Reihe  von  Pflanzen  direkt 
auf  die  Verbreitung  durch  Ameisen  ange- 
wiesen (die  sogenannten  Mymekochoren). 
Die  Ameisen  haben  bekanntlich  die  Gewohn- 
heit, Nahrungs-  und  Nestobjekte  in  ihren 
Kiefern  oft  weite  Strecken  nach  Hause  zu 
tragen,  auf  welcher  Gewohnheit  dieMyrmeko- 
chorie  begründet  ist.  -  6.  Gewisse  Insekten  be- 
treiben richtige  Pflanzenzucht,  indem  viele 
Termiten,  Ameisen,  Borkenkäfer,  Cecido- 
myiden  bestimmte  Arten  von  Pilzen  züchten, 
resp.  sie  zur  Bildung  besonderer,  ihnen  als 
Nahrung  dienender  Wachstumsformen  (Am- 


brosia) veranlassen.  —  7.  Eine  ganze  Reihe 
von  Insekten  beherbergen  in  ihren  Geweben 
(in  den  Fettzcllen  oder  in  den  Darmepithel- 
zellen) niedere  Pilze  (Bakterien,  Hefen  usw.), 
die  wahrscheinlich  in  Symbiose  mit  ihnen 
leben  und  in  der  Physiologie  der  Insekten 
eine  Rolle  spielen.  —  8.  Endlich  können  die 
Insekten  noch  insofern  eine  Bedeutung  für 
die  Pflanzenwelt  erlangen,  als  sie  zur  Boden- 
bearbeitung beitragen.  Gibt  es  doch  eine 
ganze  Menge  Insekten,  welche  zeitweise  oder 
dauernd  im  Boden  leben,  entweder  um  ihre 
Nahrung  da  zu  holen  oder  um  ihre  Woh- 
nung dort  einzurichten  (Engerhnge,  Draht- 
würmer, Cicindelenlarven,  Grillen,  Sand- 
wespen, Geotrupes,  und  vor  allem  Ameisen 
und  Termiten).  In  welch  hervorragendem 
Maße  die  Termiten  den  Boden  durchw^ühlen, 
zeigen  die  mächtigen  bis  haushohen  Bauten, 
die  zum  größten  Teil  aus  Erde,  die  aus  der 
Tiefe  geholt,  errichtet  werden.  Ferner  kommt 
den  Insekten  dadurch,  daß  sie  zum  rascheren 
Zerfall  abgestorbener  Organismen  beitragen 
(indem  sie  davon  sich  nähren),  und  dadurch 
deren  Substanzen  eher  wieder  in  den  Kreis- 
lauf des  organischen  Lebens  zurückführen, 
eine  den  Pflanzenwuchs  fördernde  Rolle  zu. 

Die  Beziehungen  der  Insekten 
untereinander  und  zu  der  übrigen 
Tierwelt  sind  in  der  Hauptsache  räube- 
rischer, parasitischer,  sozialer  oder  symbio- 
tischer  Natur.  Eine  große  x\nzahl  von  In- 
sekten leben  räuberisch  und  zwar  ent- 
weder von  anderen  Tieren  oder  von  ihres- 
gleichen: Dytiscus  erjagt  schwimmend  seine 
Beutetiere  (Fischbrut  oder  Insektenlarven 
usw.);  die  Laufkäfer  und  ihre  Larven  oder  die 
Ameisen  usw.  suchen  am  Boden  laufend  oder 
auf  Bäume  kletternd  nach  Raupen,  Larven 
oder  Puppen;  die  Libellen  und  Raubfhegen 
erhaschen  nach  Falkenart  ihre  Opfer  im 
Fluge.  Gryllotalpa  betreibt  seine  Jagd,  gleich 
dem  Maulwurf,  unterirdisch  usw.  AVeniger 
Aktivität  erfordert  die  räuberische  Tätig- 
keit der  CocineUidenlarven,  da  ihre  Beute- 
tiere (meist  Blatt-  und  Schildläuse)  eine  mehr 
oder  w^eniger  seßhafte  Lebensweise  führen 
und  daher  ohne  große  Anstrengung  zu  be- 
kommen sind,  ähnlich  ist  es  mit  den  Larven 
der  Florfhegen  (Blattlauslöwen),  die  von 
ihrer  Mutter  mitten  in  Blattlauskolonien  ge- 
setzt werden,  so  daß  sie  ihren  zugespitzten 
Vorderkörper  nur  auszustrecken  brauchen, 
um  auf  Blattläuse  zu  stoßen.  Die  Larve  des 
Ameisenlöwen  (Myrmeleo)  legt  sich  am 
Grunde  der  selbstgegrabenen  trichterför- 
migen Fallgruben  auf  die  Lauer,  um  die 
hereinfallenden  Tiere  zu  ergreifen,  und  die 
Cicindelenlarve  zieht  die  an  ihrer  Röhre  vor- 
beilaufenden Insekten  herein,  um  sie  zu  ver- 
zehren. Die  Libellenlarve  sitzt  mit  einge- 
zogener Maske  ruhig  an  einem  Schilfstengel, 
um  nach  den  ahnungslos  vorüberschwimmen- 


Insekten 


499 


den  Insektenlarven  usw.  plötzlich  die  zu  einem 
ausgezeichneten  Fangarm  umgebildete  Unter- 
lippe (die  „Maske")  auszustrecken.  Aehn- 
lich  macht  es  die  Gottesanbeterin  (Mantis), 
die  im  Grase  lauert  mit  ihren  zu  Fangappa- 
raten umgebildeten  Vorderbeinen.  Die 
Kaub-  oder  Grabwespen  machen  fliegend  und 
laufend  beständig  Jagd  auf  alle  möglichen 
Insekten  und  Spinnen,  ohne  aber  ihre 
Opfer  sofort  zu  töten,  sondern  sie  durch 
einen  Stich  in  ein  Ganglion  nur  zu  lähmen 
und  in  diesem  Zustand  in  ihr  Nest  zu  schlep- 
pen (als  Nahrung  für  die  auskommende  Brut). 
Eine  besondere  Sorte  von  Raubinsekten 
stellen  die  Bruträuber  dar,  die  — ■  nicht  selten 
unter  der  Maske  eines  Freundes  —  in  die 
Nester  der  Ameisen  und  anderer  sozialer  In- 
sekten eindringen,  um  deren  Brut  zu  rauben. 
Beinahe  noch  vielseitiger  ist  der  Para- 
sitismus: viele  Insekten  schmarotzen  auf 
höheren  Tieren,  wie  z.  B.  die  Mallophagen, 
die  im  Gefieder  der  Vögel  (fast  jeder  Vogel 
hat  seine  besonderen  Federlinge)  und  im  Pelz 
der  Säuger  leben;  oder  die  Pediculiden,  die 
auf  Pferden,  Rindern,  Schafen,  Hunden, 
Affen,  Elefanten  usw.  und  auch  auf  dem 
Menschen  (auf  letzterem  in  drei  Arten)  vor- 
kommen; oder  die  Flöhe,  welche  die  ver- 
schiedensten Tiere  (Geflügel,  Katzen,  Hunde 
usw.,  und  ebenfalls  den  Menschen)  heim- 
suchen; ferner  der  sonderliche  Käfer  Platy- 
psyllus  castoris,  der  auf  dem  Bieber  schma- 
rotzt; die  verschiedenen  Lausfliegen  (Pupi- 
paren),  die  auf  Vögeln,  Fledermäusen,  Pferd, 
Hirsch,  Schaf  leben,  und  endlich  die  Dassel- 
oder Biesfliegen  (Oestriden),  deren  Larven 
entoparasitisch  im  Unterhautzellgewebe  oder 
im  Nasenrachenraum  oder  im  Magen  ver- 
schiedener Säuger  (Hochwild,  Pferd,  Rind 
usw.)  leben.  —  Weit  zahlreicher  sind  die 
parasitischen  Insekten,  die  bei  anderen  In- 
sekten schmarotzen.  Im  Gegensatz  zu  den 
vorigen  gibt  es  hierunter  nur  ganz  wenige, 
welche  ektoparasitisch  leben,  z.  B.  Braula 
coeca,  die  Bienenlaus,  die  auf  der  Honigbiene 
schmarotzt  oder  einige  Ichneumoniden,  deren 
Larven  ihre  Opfer  von  außen  aussaugen; 
weitaus  die  meisten  leben  entoparasitisch, 
indem  ihre  Larven  die  Entwickelung  im 
Körper  des  Wirtstieres  durchmachen.  Die 
Zahl  der  hierhergehörigen  Parasiten  ist  un- 
geheuer groß  und  dürfte  mehrere  Hundert- 
tausend betragen;  besitzt  doch  fast  jede 
Insektenart  ihren  besonderen  Parasiten.  Die 
wenigsten  Arten  sind  bis  jetzt  beschrieben; 
selbst  über  die  Parasiten  unserer  wirtschaft- 
hch  wichtigsten  einheimischen  Insekten  sind 
wir  heute  noch  recht  ungenügend  unter- 
richtet ;  um  so  mehr  gilt  dies  natürlich  für  die 
wirtschaftlich  weniger  bedeutsamen  Insekten 
und  die  ferner  Länder.  Die  Parasiten  sind 
es  in  erster  Linie,  welche  die  Vermehrung 
der  pflanzenfressenden   Insekten  in  erträg- 


lichen Grenzen  halten,  und  falls  die  normalen 
Grenzen  durch  irgendwelche  besonders  gün- 
stigen Verhältnisse  einmal  überschritten  wer- 
den, die  Uebervermehrung  nach  einiger  Zeit 
gewöhnlich  wieder  zurückdämmen;  sie  kön- 
nen daher,  wo  es  sich  um  Schädlinge  handelt, 
eine  große  Bedeutung  erlangen.  Weitaus 
das  größte  Kontingent  der  Insektenparasiten 
liefern  die  Schlupfwespen  und  die  Raupen- 
fliegen (Tachinen).  Die  ersteren  stellen  ein 
enormes  Heer  dar,  welches  sich  auf  5  Fami- 
lien (Ichneumoniden,  Evaniiden,  Braconiden, 
Chalcididen,  Proctotrupiden)  verteilt,  und 
sehr  große  (z.  B.  Rhyssa)  bis  winzig  kleine, 
fast  mikroskopische  Formen  (Teleas  usw.) 
enthält.  Die  meisten  Schlupfwespen  legen 
ihre  Eier  gewöhnlich  mit  Hilfe  eines  Lege- 
bohrers in  den  Körper  des  Wirtes,  in  welchem 
sich  dann  die  auskommenden  Larven  ent- 
wickeln und  zum  Teil  auch  verpuppen;  zum 
Teil  allerdings  verlassen  sie  auch  vor  der 
Verpuppung  den  Wirt,  um  sich  entweder 
direkt  auf  seiner  Außenfläche  oder  in  un- 
mittelbarer Nähe,  oder  ganz  abseits  davon 
im  Boden  oder  sonstwo  zu  verpuppen. 
Handelt  es  sich  um  große  Arten,  so  lebt  ge- 
wöhnlich nur  eine  Larve  in  je  einem  Wirt,  bei 
kleineren  Arten  kann  die  Zahl  in  einem  Wirts- 
individuum mehrere  Hundert  betragen,  die 
entweder  ebensoviel  Eiern  entstammen  oder 
aber  aus  einem  einzigen  Ei  auf  polyembryo- 
nalem Wege  sich  entwickelt  haben  können.  — 
Die  Raupenfliegen  (Tachinen)  bringen  ihre 
Nachkommenschaft  auf  verschiedene  Weise 
dem  Wirtstier  zu:  die  einen  legen  ihre  Eier 
auf  der  Raupe  usw.  ab,  so  daß  die  daraus 
auskommenden  Larven  sich  durch  die  Haut 
einbohren  müssen;  die  anderen  setzen  ihre 
Eier  auf  von  Raupen  begangenen  Nadeln 
oder  Blättern  ab,  und  die  daraus  auskommen- 
den Larven  heften  sich  an  die  vorbeilaufenden 
Opfer  fest,  um  sich  einzubohren;  manche 
Tachinen  führen  mit  einem  Legeapparat  ihre 
Eier  resp.  Larven  in  den  Körper  des  Wirts- 
tieres ein;  und  manche  endlich  legen  winzig 
kleine  Eier  auf  Blättern  ab,  wo  dieselben 
von  den  Raupen  zugleich  mit  der  Blatt- 
substanz gefressen  und  so  in  den  Wirts- 
körper aufgenommen  werden.  Gewöhnlich 
können  nur  ganz  wenige  Tachinenlarven  in 
einem  Wirtstier  heranreifen,  während  die 
überzählig  eingedrungenen  Larven  an  Nah- 
rungs-  und  Raummangel  zugrunde  gehen.  — ■ 
Die  Tachinen  befallen  ihre  Opfer  meistens 
im  Larvenstadium,  während  die  Schlupf- 
wespen sowohl  in  den  Eiern  als  den  Larven 
und  Puppen,  und  sogar  wenn  auch  selten, 
in  den  Imagines  schmarotzen.  Häufig  kommt 
es  vor,  daß  eine  Insektenart  in  jedem  ihrer 
Entwickelungsstadien  ihre  besondere  Para- 
siten hat,  so  daß  die  Vermehrung  der  betr. 
Art  durch  eine  ganze  ,, Parasitenreihe"  in 
Schach  gehalten  wird.  Die  Parasiten  können 

32* 


500 


Insekten 


ihrerseits  wieder  Parasiten  (2.  Grades  oder 
Hyperparasiten)  haben  und  diese  wiederum 
Parasiten  3.  Grades  usw.,  was  eine  äußerst 
komplizierte  Struktur  des  vermelirungs- 
regulierenden  Faktorenkomplexes  ergibt. 
Eine  besondere  Form  des  Parasitismus  ist 
der  sogenannte  Brut  Parasitismus,  der  die 
sozialen  Insekten  (Ameisen,  Termiten)  be- 
trifft und  der  darin  besteht,  daß  die  Eier 
und  Larven  fremder  Insekten  von  den  Ar- 
beitern der  Ameisen  oder  Termiten  gepflegt 
und  aufgezogen  wird,  gleichwie  die  eigene 
Brut,  ja  mitunter  sogar  noch  sorgsamer  als 
diese,  so  daß  die  eigene  Brut  zu  Schaden 
kommt.  So  ist  die  Entstehung  der  sogenann- 
ten Pseudogynen,  jener  krüppelhaften  un- 
brauchbaren Zwischenformen  in  den  Kolo- 
nien vonF  0  r  m  i  c  a  r  u  f  a  usw.  auf  dieAuf zucht 
der  Larven  des  Staphylinen  Lomechusa 
strumosa  zurückzuführen. 

Soziale  Beziehungen  sind  bei  den 
Insekten  eine  relativ  häufige  Erscheinung. 
Zum  weitaus  größten  Teil  stellen  die  Gesell- 
schaften der  Insekten  Familienverbände  dar, 
d.  h.  bestehen  aus  den  Nachkommen  einer 
Mutter.  Wir  können  bei  den  Insekten  das 
Gesellschaftsleben  von  den  primitivsten  An- ! 
fangen  bis  zur  höchsten  Entfaltung,  die  leb- 
hafte Anklänge  an  das  mensclüiche  Ge- 
sellschaftsleben zeigen,  antreffen ;  so  haben 
wir  einerseits  die  fast  ganz  ungegliederten 
Gesellschaften  der  familienweise  beisammen- 
bleibenden Raupen  der  Prozessionsspinner  und 
verschiedener  verwandter  Schmetterlinge, 
oder  die  kolonnenweise  fressenden  Larven 
des  Riesenbastkäfers  (Dendroctonus  micans), 
unter  denen  schon  eine  geringe  Ai'beits- 
teilung  zu  herrschen  scheint;  und  anderer- 
seits die  hochentwickelten  Staaten  der 
Bienen,  Ameisen  und  Termiten,  die  in  zahl- 
reiche Kasten  gegliedert  sind  und  eine  er- 
staunlich weitgehende  Arbeitsteilung  auf- 
weisen können.  Da  das  Staatenleben  der 
Tiere  in  einem  besonderen  i\rtikel  behandelt 
ist  (Tierstaaten),  so  soll  hier  nicht  weiter 
darauf  eingegangen  werden. 

Symbiotische  Beziehungen  endlich 
finden  sich  vornehmlich  in  Verbindung  mit 
sozialen  Insekten;  und  zwar  entweder  in  der 
Weise,  daß  nicht  soziale  Insekten  symbio- 
tisch  bei  sozialen  leben  (z,  B.  Blattläuse  und 
Ameisen  oder  zahlreiche  andere  Ameisen-  und 
Termitengäste),  oder  aber  in  der  Weise,  daß 
zwei  oder  mehrere  verschiedenen  Arten  an- 
gehörige  soziale  Insekten  zu  einer  symbio- 
tischen  Gemeinschaft  zusammentreten  (z.  B. 
verschiedene  Ameisenarten  oder  Ameisen 
und  Termiten), 

Beziehungen  der  Insekten  zum 
Menschen.  Vom  Standpunkt  des  prak- 
tischen Menschen  zerfalleji  die  Insekten  in 
nützliche  und  schädliche  Formen.  Unter 
den    nützlichen    Insekten    sind    zunächst 


die  zu  stellen,  welche  dem  Menschen  nutz- 
bare Produkte  liefern,  wie  die  Seidenraupen, 
welche  die  Seide  produzieren,  die  Cocchenil- 
laus,   aus   welcher  der   Karminfarbstoff  ge- 
wonnen   wird,    gewisse    Gallwespen,    deren 
GaUen   zur  Gerbstoff-Fabrikation   verwandt 
werden,  und  die  Honigbiene,  die  Honig  und 
Wachs  (für  ca.  20  bis  30  Mill.  M.  pro  Jahr 
in  Deutschland  und  80  bis  90  Mill.  M.  in  den 
Vereinigten  Staaten)  produziert.   Die  Honig- 
biene erweist  sich  aber  außerdem  noch  in- 
direkt  nützlich,   indem   sie   durch   die    Be- 
stäubung  der   Ostblüten   wesentlichen   Ein- 
fluß auf  den  Ausfall  der  Obsternte  ausübt. 
Der  Wert,  den  die  Biene  durch  diese  Tätig- 
keit schafft,  soll  4  bis  5  mal  größer  sein  als 
der   aus    der    Honig-   und   Wachserzeugung 
resultierende.     Weitaus  das  größte  Kontin- 
gent   der    nützlichen    Insekten    liefern    die 
Raubinsekten  und  Parasiten,  welche  durch 
ihre  fortwährende  Vertilgung  der  zahlreichen 
unsere    Nutzgewächse    bedrohenden    Schäd- 
linge dem   Menschen  unschätzbare  Dienste 
leisten.     Welche  enormen  Werte  durch  sie 
gerettet  werden  können,  lehrt  das  Beispiel 
des  Cocinelliden  Novius  cardinalis,  der  es 
in  kurzer  Zeit  fertig  brachte,  die  Wollschild- 
laus  Icerya  Purchasi,  welche  die  ganzen 
Orangen-  und  Zitronenkulturen  Kahforniens 
zu  vernichten  drohte,   in  Schach  zu  halten. 
Die  schädlichen  Insekten  treten  dem 
Menschen  in  verschiedener  Weise  entgegen. 
Einmal  dadurch,  daß  sie  Krankheitskeime 
auf  ihn  selbst  oder  auf  seine  Haustiere  über- 
tragen, wie  z.  B.  die  Stechmücken,  welche 
die  Malaria  und  das  gelbe  Fieber,  die  Tse- 
Tse-Fliegen,  welche  die  Schlafkrankheit  und 
die  Nagana  übertragen,  ferner  die  Flöhe,  die 
an  der  Verbreitung  der  Pest  beteiligt  sind, 
und  auch  die  so  harmlos  erscheinende  Stuben- 
fliege, die  die  Keime  allermöglichen  bazillären 
lü-ankheiten     (Tuberkulose,     Typhus)     mit 
sich  herumschleppt.    Außerdem  gibt  es  viele 
Insekten,   die   als   Parasiten   den   Menschen 
usw.  belästigen,  worüber  oben  schon  einiges 
berichtet  ist.  —  Sodann  seien  die  sogenannten 
Haus-   und   Magazininsekten    erwähnt, 
welche  die   Küchenvorräte,    Kleider,   Möbel 
in  unseren  Wohnungen,  die   Getreide-  und 
Mehlvorräte  in  den  Magazinen,  die  Bücher 
der  Bibliotheken,   die   Insektensammlungen 
und    Herbarien    in    den    Museen    usw.    be- 
schädigen    oder     auch     ganz     vernichten 
können.     Und   endlich    ist   das    Riesenheer 
der     Pflanzenschädlinge      zu     nennen, 
die    unsere    Nutzpflanzen    fortwährend    be- 
drohen.    Gibt  es  doch  kaum   eine  Kultur- 
oder Nutzpflanze,  die  nicht  von  einer  oder 
mehreren   Insektenarten  heimgesucht  wäre. 
Der  Schaden,  der  der  Land-  und  Forstwirt- 
schaft aus  dieser  Tätigkeit  der  Insekten  er- 
wächst, ist  ganz  enorm:  den  jährhchen  Mai- 
käferscluxden  in  Frankreich  schätzt  man  auf 


Insekten 


501 


250  Millionen,  in  Hauptflug  jähren  sogcar  auf 
eine  Milliarde  Fr. ;  der  Heu-  und  Sauerwnirm 
hat  dem  deutschen  Weinbau  in  manchen 
Jahren  40  bis  50  Mill.  M.  Verlust  gebracht; 
der  Baumwollkapselkäfer  (ein  Rüsselkäfer, 
Anthonomus  grandis)  verursacht  in  Texas 
jährhch  ca.  100  Mill.  M.  Ausfall;  die  Tschint- 
schwanze  soll  den  Ertrag  des  Weizen-  und 
Maisbaues  der  Vereinigten  Staaten  um 
140  Mill.  M.  jährlich  schmälern,  und  der 
Apfelwickler  verursacht  in  Amerika  jährlich 
40  bis  50  Mill.  M.  Schaden.  Der  Gesamt- 
verlust den  die  deutsche  Land-  und  Forst- 
wirtschaft jährlich  erleidet,  dürfte  mit  100 
bis  120  Mill.  M.  nicht  zu  hoch  gegriffen  sein ; 
für  die  Vereinigten  Staaten  wird  er  auf  nicht 
weniger  als  3  Milliarden  M.  veranschlagt. 
Diese  Zahlen  reden  eine  deutliche  Sprache, 
und  zeigen  und  aufs  drastischste,  wie  tief 
die  Tätigkeit  der  Insekten  ins  mensch- 
liche Kulturleben  eingreift.  Sie  lehren  uns 
zugleich,  eine  welch  wichtige  Rolle  der 
Entomologie  zufällt  und  welch  große  Auf- 
gaben diese  Wissenschaft  noch  zu  erfüllen  hat. 

V.  Systematik. 

Die  Insekten  sind  nach  H.  Prell  in  zwei 
Unterklassen  einzuteilen;  die  Anameren- 
toma  und  Holomerentoma.  Weitaus  der 
größte  Teil  der  Insekten  entfällt  auf  die 
zweite  Unterklasse,  die  wir  in  9  Ordnungs- 
gruppen und  22  Ordnungen  zerlegen.  Wir 
halten  uns  dabei  in  der  Hauptsache  an 
Handlirsch. 

I.  Unterklasse  Anamerentoma.  Ver- 
lassen das  Ei  mit  vollständiger  Segmentzahl; 
Mundteile  entotroph,  d.  h.  durch  Vor- 
wuchern einer  Mundfalte  vollständig  in  die 
Kopfkapsel  verlagert;  stets  ungeflügelt;  am 
Abdomen  ohne  Styli  und  Cerci,  dagegen  mit 
Stylopoden. 

I.Ordnung  Protura.  Segmentzahl  des 
Abdomens  postembryonal  durch  Hemiana- 
morphose  von  9  auf  12  erhöht;  Körper  lang 
und  schlank;  Kopf  birnförmig,  ohne  Augen 
und  Antennen;  Labialtaster  vorhanden; 
erstes  Beinpaar  dient  als  Tastorgan,  die 
ersten  drei  Abdominalsegmente  mit  freien 
Stylopoden ;  wohlausgebildete  Sexualanhänge 
in  beiden  Geschlechtern.  —  Kleine  verborgen 
lebende  Insekten  mit  Tracheensystem  (Fig.  32) 


32.    AcerentomonDoderoi?. 
Nach  H.  Prell. 


(Eosentomon)     oder      ohne      ein     solches, 
(Acerentomon). 

2.   Ordnung    Collembola.      Segment- 
zahl dauernd  oUgomer;  Abdomen  mit  höch- 


stens 6  Segmenten ;  Körper  gedrungen ;  Kopf 
gerundet;  Labialtaster  fehlen;  Abdomen  mit 
verwachsenen  Stylopoden ;  Sexualanhänge 
rudimentär. 

1.  Unterordnung  Arthropleona.  Kör- 
per zylindrisch;  Abdomen  deuthch  segmen- 
tiert, häufig  mit  Springapparat ;  ohneTracheen- 
system.  —  Podura  (Wasserfloh),  Desoria 
(Gletscherfloh)  auf  Schnee  und  Eis  der  Polar- 
länder und  Hochgebirge. 

2.  Unterordnung  Symphypleona.  Kör- 
per kugelig,  Abdominalsegmente  meist  ver- 
wachsen, stets  mit  Springapparat;  mit 
Tracheensystem.  — ■  Smynturus. 

II.  Unterklasse  Holomerentoma.  Ver- 
lassen mit  vollständiger  Segmentzahl  das 
Ei.  Mundgliedmaßen  meist  ektotroph;  meist 
geflügelt;  iVbdomen  oft  mit  Styli  oder 
Cerci,  selten  mit  Stylopoden;  mit  Tracheen- 
system.    Umfaßt  die  meisten  Insekten. 

I,  Ordnungsgruppe  Thysanuroidea. 
Stets  flügellos,  zarthäiitig  mit  langen  Fühlern, 
am  Abdomen  wohlausgebildete  Cerci  und 
Styli,  meist  auch  Ventralsäckchen. 

1.  Ordnung  En- 
tognatha  (Diplura). 
Mundteile  entognath ; 
Labialtaster  redu- 
ziert ;  Körper  behaart ; 
Augen  fehlen ;  ohne 
medianen  Schwanz- 
anhang. 

1.  Unterordnung 
Campodeidea 

(Rhabdura).  Lange 
gegliederte  Cerci,  ohne 
Drüsen;  Ovarien  ein- 
fach ;  Abdomen  mit 
einem  Paar  Stylo- 
poden und  zahh'eichen 
Styli.  — •  Campodea 
staphylinus  Westw. 
(Fig.  33). 

2.  Unterordnung 
Japygidea  (Dicel- 
lura).  Cerci  meist  un- 
gegliedert und  zangen- 
förmig,  mit  Drüsen ; 
Ovarien  kammf  örmig. 
—  Japyx,  Ana- 
japyx. 

2.  Ordnung  Ec- 
tognatha  (Thysa- 
nura).  Mundteile  ekto- 
gnath ;      Labialtaster 

wohl  ausgebildet;  zusammengesetzte  Augen; 
Körper  beschuppt;  mit  medianem  Schwanz- 
anhang, Ovarien,  kammf  örmig. 

1.  Unterordnung  M  a  c  h  i  1  i  d  a.  Mit 
Styli  an  den  Schreitbeinen,  zahlreiche  Styli 
und  Ventralsäckchen  am  Abdomen,  spring- 
fähig, Rücken  meist  stark  gewölbt.  — 

Machilis,  Felsenspringer  oder  Steinhüpfer. 


Fig.   33.     Campodea 

s  t  a  p  h  y  1  i  n  u  s.        Aus 

Hartwig. 


502 


Insekten 


2.  Unterordnung  Lepismida.  Ohne 
Styli  an  den  Schreitbeinen,  gewöhnlich  nur 
wenige  Styli  am  Abdomen  und  nur  selten 
Ventralsäckchen  vorhanden;  nicht  spring- 
fähig, Körper  meist  abgeflacht.  — 

Lepsima  saccharina  L.  Zuckergast, 
lästiges  Hausinsekt. 

2.  Ordnungsgruppe  Orthopteroidea. 
Mundgliedmaßen  meist  beißend;  die  beiden 
Flügelpaare  entweder  ungleich  (Vorder- 
flügel pergamentartig)  oder  aber  gleich- 
artig; Prothorax  meist  groß  und  frei  l3eweg- 
lich;  Cerci  meist  vorhanden;  Larven  stets 
primär;  Epimorphose  (s.  lat.). 

3.  Ordnung  Ortho ptera  (Saltatoria). 
Großer,  hypognather  Kopf;  Prothorax  groß, 
beweghch;  Vorderflügel  stärker  chitinisiert; 
Hinterflügel  meist  groß,  fächerförmig;  Hin- 
terbeine als  Springbeine  entwickelt.  Meist 
mit  kräftigen  Tonapparaten  ausgestattet. 

1.  ünterordnimg  Acridiida.  Fühler 
kürzer  als  der  halbe  Körper,  schnür-  oder 
fadenförmig;  Tympanalorgan  am  1.  Abdo- 
minalsegment; Tonerzeugung  durch  Streichen 
der  Hinterschenkel  gegen  vorspringende 
Flügeldeckenleisten. 

Pachytylus  migratorius  L.,  europäische 
Wanderheuschrecke,  Scliistocerca  peregrina 
Ol.  afrikanische  Wanderheuschrecke,  ungeheueren 
Schaden  an  Feldfrüchten  aimchtend.  Psophus 
stridulus  L.  Wiesenschnarre. 

2.  Unterordnung  Locustida.  Fühler 
sehr  laug  und  dünn,  borstenförmig,  Thym- 
panalorgan  in  den  Vordertibien,  Zirporgan 
an  der  Basis  der  Vorderflügel. 

Famihe  Locus  tidae,  Laubheuschrecken 
(Fig.   34).      Körper  meist  komprimiert,  Fühler 


Gryllotalpa  vulgaris  Latr.     Maulwurfsgrille, 
ein  arger  GartenschädHng. 

4.  Ordnung  Phasmodea.  Körper 
Stab-  oder  blattförmig;  Vorderflügel  meist 
verkürzte  Deckflügel;  Hinterflügel  stark 
fächerförmig;  oft  auch  beide  Flügel  fehlend; 
Beine  als  Schreitbeine  ausgebildet,  mit 
großen  Haftlappen. 

Familie  Phasmatidae,  Gespenstheu- 
schrecken. BacillusRossüF.  Staubheuschrecke 
Siideuropa.  Phyllum  pulchrifolium  Serv. 
Wandelndes  Blatt.     Schutzanpassung. 

5.  Ordnung  Dermaptera.  Körper 
langgestreckt,  abgeflacht,  Vorderflügel  kurze 
horizontal  aufliegende  Flügeldecken,  welche 
den  Hinterleib  frei  lassen;  Hinterflügel  groß 
fächerförmig  und  doppelt  quergefaltet;  Füh- 
ler schnurförmig,  Geschlechtsöffnung  des  ^ 
paarig  oder  unpaar;  Cerci  meist  zangen- 
förmig. 

Familie  Forficulidae,  Ohrwürmer.  Leben 
von  Tier-  und  Pflanzenstoffen,  tagsüber  iu 
Schlupfwinkeln.  Forficula  auricularia  L. 
(Fig.  35).     Labidura  riparia  Pall.  — 


Fig. 


34.       Locusta 
1  Legescheide. 


c  a  u  d  a  t  a.      Weibchen. 
Aus  Hertwig. 


meist  länger  als  der  Körper,  Tarsen  viergliedrig. 
Führen  ein  freies  Leben  auf  Gebüsch  oder  Gras, 
meist  räuberisch.  Locusta  viridissima  L., 
Heupferd  ;  Decticus  verrucivorus  L.  Warzen- 
beißer. 

Famihe  Gryllidae,  GriUen.  Körper  walzen- 
förmig, Fühler  meist  kürzer  als  der  Körper 
Tarsen  dreigliedrig,  Flügeldecken  meist  kurz,  von 
den  Hinterflügeln  in  der  Ruhe  weit  überragt; 
Vorderbeine  zuweilen  als  Grabbeine  ausgebildet. 
Leben  meist  unterirdisch,  nähren  sich  vonWm-zeln 
und  Tieren.    Gryllus  campestris  L.  Feldgrille, 


Fig.     35.        a     Forficula     auricularia. 
b    Periplaneta    orientalis.     Aus    Claus- 
Grob  ben. 

Anhang  zu  den  Dermaptera.  Hemime- 
rustalpoides  Wlk.  (Diplogossata),  Ektoparasit 
auf  Säugern,  von  lebenden  oder  toten  Epidermis- 
gebilden  sich  nährend.  Augen  und  Flügel  rück- 
geb'ldet,  Körper  breit,  Thorax  seitlich  verbrei- 
tert, lange  ungegliederte  Cerci;  vivipar. 

6.  Ordnung  Thysanoptera.  Mund- 
teile saugend,  eine  Maxille  stark  rückgebildet, 
gleichartige  schmale  wimperhaarige  Flügel, 
Beine  mit  Endbläschen. 

Familie  Thripsidae.  Kleine  auf  Blättern 
und  Blühten  lebende  Tiere,  welche  mitunter  sehr 
schädlich  werden.  Thrips  cerealium  Halid. 
Getreideblasenfuß. 

7.  Ordnung  Oothecaria.  Breiter 
hypognather  Kopf;  lange  borstenförmige 
Fühler;  Vorderflügel  meist  Flügeldecken; 
selten  flügellos;  Eier  in  Kapseln  gelegt; 
Cerci  gegliedert. 

1.  Unterordnung  Blattodea.    Prothorax 


Insekten 


503 


stark  verbreitert,  den  Kopf  meist  über- 
ragend (Fig.  35  b);  Eikapsel  wird  von  der 
Mutter  lange  herumgetragen. 

Familie  Blattidae.  Leben  von  pflanzen- 
iifhen  und  tierischen  Stoffen;  vielfach  als  lästige 
Hausinsekten;  Periplaneta  orientalis  L. 
(Küchenschabe),  aus  dem  Orientein  gewandert. 
Phyllodromia  germanica  L. 

2.  Unterordnung  Mantodea.  Pro- 
thorax stark  verlängert,  schmäler  als  der 
Kopf;  Vorderbeine  zu  Raubbeinen  umge- 
bildet; Eikapseln  frei  an  festen  Gegen- 
ständen abgesetzt. 

Familie Manti d ae , Fangheuschrecken.  Man- 
tis  religiosa,  Gottesanbeterin,  Südeuropa. 

8.  Ordnung  Corrodentia.  Mund- 
teile beißend,  zuweilen  reduziert,  entweder 
mit  gleichartigen  Flügeln  oder  flügellos ;  so- 
wohl freilebend  als  ektoparasitisch, 

1.  Unterordnung  Isoptera  (Termitida). 
Mundteile  wohl  entwickelt,  Fühler  schnur- 
förmig,  große  gleichartige  netzartige  Flügel, 
die  bald  abgeworfen  werden;  Cerci  vor- 
hauden;  vierghedrige  Tarsen. 

Familie  Termitidae,  Termiten  oder  weiße 
Ameisen.  Leben  in  Staaten  mit  bisweilen  sehr 
-weitgehender  Arbeitsteilung  (Geschlechtstiere, 
mehrere  Arbeiter-  und  Soldatenkasten);  führen 
meist  ein  verborgenes  Leben,  unterirdisch  oder 
im  Holz;  bauen  Nester  aus  Erde  (mitunter  viele 
Meter  hohe  Haufen)  oder  aus  Karton;  nähren 
■sich  hauptsächlich  von  pflanzhchen  Stoffen;  viele 
Arten  züchten  Pilze.  Sehr  schädlich  in  den  tro- 
pischen Ländern.  —  Termes  (Fig.  36)  Soldaten 


Bücherlaus,    flügellos,   in    Insektensammlungen, 
Bibliotheken  usw. 

3.  Unterordnung  Mallophaga.  Mund- 
teile beißend,  jedoch  reduziert  (Maxillen 
tasterlos,  verkümmert,  Unterlippe  mit  oder 
ohne  Taster);  Kopf  auffallend  groß,  Flügel 
fehlend;  die  kurzen  Beine  zum  Laufen  und 
Anklammern  eingerichtet;  leben  ektopara- 
sitisch auf  Warmblütern;  nähren  sich  von 
toten  Epidermisgebilden  (Federlinge,  Haar- 
linge). 

Trichodectes   canis  Geer,  auf  dem  Hund. 
Menopon  pallidum  Nitsch,  auf  dem  Haus- 
huhn (Fig.  37). 

4.  Unterordnung  S  i  p  h  u  n  c  u  1  a  t  a.  Mund- 
teile stark  rückgebildet 
und  modifiziert  (Ober- 
lippe zu  einem  Saug- 
rohr, Uuterlippe  zu  einem 
Bohrstachel  umgebildet. 
Ober-  und  Unterkiefer 
rückgebildet),  Brustseg- 
niente  nur  undeutlich 
geschieden ,  flügellos 
Beine  als  Klammerorgane 
ausgebildet.  Leben  para- 
sitisch auf  der  Haut  von 
Säugetieren  und  saugen 
Blut. 

Familie  Pediculiden, 
Läuse.  Pediculus  capi- 
ti  s        Geer.  Kopflaus, 

Phthirius  pubis  L.Filz- 
laus (Fig.  38). 

9.     Ordnung      Embidaria.       Körper 
schlank,    Mundgliedmaßen    beißend,    Flügel 


Fig. 37.  Menopon 
pallidum.  Aus 
Claus-  Grobben. 


Fig.  36.  Termes  lucifugus.  1  Geflügeltes 
Geschlechtstier,  2  Königin,  3  Arbeiter,  4  Soldat. 

mit  kräftigen  Mandibeln.  Eu termes,  Soldaten 
mit  retortenförmigem  Kopf,  Retortenstiel  (Nase) 
dient  als  Ausführgang  von  Verteidigungsdrüsen. 

2.  Unterordnung  Copeognatha.  Mund- 
teile beißend,  Lippentaster  reduziert,  Fühler 
lang  borstenförmig;  vier  gleichartige,  zarte 
Flügel  (oder  flügellos);  viergliedrige  Tarsen. 

Familie  Psocidae,  Holzläuse.  Psocusnebu- 
losus  Steph.  auf  Holz,  Atropos  pulsatoria  L. 


Fig.    38.     Phthirius    pubis.      Aus    Claus- 
Grobben. 

gleichartig,  häutig  und  wenig  geädert  (können 
auch  fehlen),  Vordertarsen  mit  Spinnapparat, 
Abdomen  mit  Cerci  (Fig.  30). 

Familie  Embiidae.  Embia  Sollen  Ramb* 
Südeuropa. 

3.  Ordnungsgruppe  Coleopteroidea. 
Mundwerkzeuge  kauend,  selten  rudimentär; 
Vorderflügel  meist  zu  Flügeldecken  umge- 
bildet, selten  rückgebildet;  Hinterflügel  ge- 


504 


Insekten 


wohnlich  unter  den  Flügeldecken  eingefaltet 
(oder  fehlend).  Prothorax  (mit  wenig  Aus- 
nahmen) gut  entwickelt  und  frei  beweglich. 
4  oder  6  Malpighische  Gefäße.  Tertiäre 
Larven,  Holometabalie. 


Fig.  39. 
Fig.    39.       Embia 


Fig.  40. 


Aus 


m  a  u  r  1  t  a  n  1  c  a, 
Claus-  Grobben. 
Fig.  40.     Calosoma   sycophanta.    Aus 
Hertwig. 

10.  Ordnung  Coleoptera.  Kauende 
Mundwerkzeuge,  Vorderflügel  als  Elytren 
ausgebildet,  freibewegiicher  Thorax. 

1.  Unterordnung  Adephaga.  Eiröhren 
mit  wechselständigen  Nährkammern,  4  Mal- 
pighische Gefäße,  Hoden  aus  einfachem 
Blindschlauch  bestehend.  Flügelgeäder  durch 
queradrige  Verbindung  der  Mediana  1  und  2 
ausgezeichnet,  Larven  meist  campodeoid  mit 
zweighedrigen  Tarsen. 

Die  wichtigsten  Famihen  der  Adephagen  sind 
die  Carabidae,  Cicindelidae,  (Carabus 
auratus,  Goldhenne,  Calosoma  sycophanta, 
Puppenräuber  (Fig.  40),  nützlich  durch  Vertilgen 
schädlicher  Raupen),  dieDytiscidae,  Schwimm- 
käfer (Dytiscus  marginalis,  Gelbrandkäfer, 
der  Fischbrut  gefährhch),  Gyrinidae,  Taumel- 
käfer, Paussidae  (hochspezialisierte,  räube- 
risch in  Ameisennestern  lebende  Formen). 

2.  Unterordnung  Polyphaga.  Eiröhren 
mit  endständiger  Nährkammer,  4  oder  6 
Malpighische  Gefäße,  Hoden  aus  Follikeln 
bestehend.  Mediana  1  und  2  nicht  durch 
Queraderung  miteinander  verbunden  (ent- 
weder ohne  jede  Verbindung  oder  Mediana  1 
als  rücklaufende  Ader  von  Mediana  2  aus- 
gebildet), Larven  sehr  verschieden,  mit  oder 
ohne  Beine,  letztere  stets  eingliedrige  Tarsen 
besitzend. 

1.  Familienreilie  Staphylinoidea.  Mediana 
1  und  2  ohne  jede  Verbindung,  4  Malpighische 
Gefäße;  Hoden  mit  sitzenden  Follikeln;  Larven 
niemals  maden-  oder  engerlingartig.  —  Hierher 
Familie  Staphylinidae,  mit  verkürzten  Flügel- 
decken, die  Pselaphidae,  Clavigeridae,  (Keu- 
lenkäfer, als  Ameisengäste  lebend);  die  Sil- 
phidae,  Aaskäfer,  von  Raub  oder  tierischen 
Leichen  lebend;  die  Ilisteridae,  Stutzkäfer, 
die  Platypsillidae  (Parasiten  auf  Bieber), 
Trichopterygidae  (die  kleinsten  Käfer). 


2.  Famihenreihe  Diversicornia.  Mediana, 
meist  als  rücklaufende  Ader  von  Mediana  2, 
4  oder  6  malpigh.  Gefäße;  Larven  sehr  ver- 
schieden, mit  oder  ohne  Beine.  —  Hierher  werden 
von  Ganglbauer  die  Mehrzahl  der  Käfer- 
familien (ca.  50)  gestellt,  die  aber  nach  Hand- 
lirsch  verschiedenen  phylogenetischen  Reihen 
angehören.  —  Die  wichtigsten  Familien  sind: 
Familie  Malacodermata.  Weichkäfer  mit 
weichen  Flügeldecken.  Larven  leben  von  Tieren. 
Lampyris  noctiluca  L.  Johanniswurm, 
Leuchtkäfer.  —  Familie  Elateridae.  Schnell- 
käfer, Schmiede,  durch  ihr  Schnellvermögen 
ausgezeichnet.  Larven  (Drahtwürmer)  teils 
räuberisch,  teils  von  Wurzeln  lebend  und  dadurch 
schädlich.  Lacon  murinus,  Agriotes  sege- 
tum  Saatschnellkäfer,  Pyrophorus  nocti- 
lucus  L.,  Cucujo  genannt,  mit  großen  stark  leuch- 
tenden Leuchtorganen  am  Prothorax.  —  Familie 
Buprestidae.  Prachtkäfer,  meist  durch  lebhaft 
metallische  Färbung  ausgezeichnet.  Die  Larven 
meist  beinlos,  imter  Rinde  oder  im  Holz  lebend  und 
dadurch  forstschädhch.  Agrilus  biguttatus 
Fabr.,  Calcophora  mariana  L.  in  alten 
Kiefernstöcken.  —  Familie  Cleridae.  Tri- 
chodes  apiarius  L.  Bienenwolf,  Larve  schma- 
rotzt in  Bienenstöcken;  Clerus  formicarius 
durch    Vertilgen    von    Borkenkäfern    nützlich. 

—  Familie  Lymexylonidae.  Larven  leben  im 
Holz.    Lymexylon  navale,  Schiffswerftkäfer. 

—  Familie  Anobiidae.  Anobium  pertinax, 
die  Totenuhr.  —  Familie  Dermestidae,  Speck- 
käfer. Leben  von  toten  tierischen  Stoffen. 
Dermestes  lardarius  L.,  Attagenus  pellio,^ 
Pelzkäfer.  —  Familie  Hydrophilidae,  Wasser- 
käfer. Hydro philus  piceus,  Kolbenkäfer.  — 
Familie  Coccinellidae,  Marienkäfer.  Sehr 
nützlich  durch  Vertilgen  von  Blatt-  und  Schild- 
läusen usw.    Coccinella  septempunctata   L. 

3.  Familienreihe  Heteromera.  Flügelgeäder 
wie  bei  der  vorigen  Reihe;  meist  6  (niu  aus- 
nahmsweise 4)  malpigh.  Gefäße;  Tarsen  hetero- 
mer,  d.  h.  5  Glieder  an  den  Vorder-  und  Mittel- 
beinen, 4  Glieder  an  den  Hinterbeinen;  Larven 
meist  mit  kurzen  Beinen.  —  Hierher  die  Familien 
Meloidae;  Pflasterkäfer,  Blut  stark  cantharidin- 
haltig,  Hj'permetaboUe.  Meloe  proscara- 
baeus  L. ;  ]\Iaiwurm,  Lytta  vesicatoria  L., 
Spanische  Fliege,  zur  Herstellung  von  blasen- 
ziehenden Pflaster  verwandt.  —  Familie  Tene- 
brionidae.      Tenebrio   molitor,    Mehlwm"m. 

4.  Familienreihe  Phytophaga.  Flügelgeäder 
wie  bei  den  vorhergehenden;  6  Malpighische 
Gefäße;  Tarsen  cryptopentamer  (d.  h.  5  Glieder, 
mit  kleinem,  mit  dem  Endgliecl  verwachsenen, 
bisweilen  undeutlichem  vierten  Ghed,  breiter 
Sohle  der  drei  ersten  Glieder,  selten  angesprochen 
pentamer).  —  Hierher  Familie  Cerambycidae, 
Bockkäfer.  Meist  mit  langen  einfachen  oder  ge- 
sägten Fühlern;  Larven  beinlos  oder  mit  rudimen- 
tären Beinen,  meist  im  Holz  lebend,  viele  forst- 
schädhch. Cerambyx  cerdo  L.  Großer  Eichen- 
bock. Lamia  textor  L.  Weberbok.  —  Familie 
Chrysomelidae,  Blattkäfer.  Larven  frei  auf 
den  Blättern  lebend,  mit  gut  ausgebildeten 
Beinen.  Chrysomela  violacea  L.,  Leptino- 
tarsa  decemlineata  Say.  Coloradokäfer, schlim- 
mer Kartoffelschädhng  in  Amerika,  Lina  po- 
puli  L.  Aspenblattkäfer,  Haltica  oleraceae  L. 
Erdfloh. 

5.  Familienreihe  Rhynchophora.   Von  allen 


Insekten 


505 


vorhergehenden  Familienreihen  verschieden  durch 
Verschmelzung  der  Gularnähte  und  Erlöschen  der 
Pleui-alnähte  des  Prothorax;  Fühler  entweder 
gerade  oder  aber  meist  gekniet;  Tarsen  meist 
cryptopentamer;  Hodenfollikel  gestielt;  6  Mal- 
pighische  Gefäße;  Larven  meist  beinlos  oder  nur 
mit  kurzen  Beinen,  madenförmig.  —  Familie 
Rhynchitidae,  Blattroller.  Die  Eier  werden 
in  kunstvoll  zusammengerollten  Blättern  unter- 
gebracht. Rhynchites  betulae  L.  Reben- 
stecher. —  Familie  Curculionidae,  Rüssel- 
käfer mit  deutlichem  Rüssel  und  geknieten  Füh- 
lern. Larve  unter  Rinde  oder  im  Holz,  oder  aber 
in  der  Erde  von  Wurzeln  sich  nährend  und  da- 
durch schädlich  werdend.  Imago  Rinde  oder 
Blätter  benagend.  Hylobius  abietis  L.  ärgster 
Schädling  von  Forstkulturen,  Rhynchophorus 
palmarum  L.  Palmbohrer.  —  Familie  Ipidae, 
Borkenkäfer.  Ohne  eigentlichen  Rüssel;  mit  ge- 
knieten Fühlern.  jVIutterkäfer  bringt  die  Eier 
in  selbstgegrabenen  Gängen  in  der  Rinde  oder  im 
Holz  unter  (I\luttergänge),  die  Larven  nagen  von 
da  aus  zahlreiche  Larvengänge;  jede  Art  hat  ihr 
charakteristisches  Fraßbild;  können  sehr  schäd- 
lich werden.  Ips  typographus  L.,  Buch- 
drucker an  Fichte,  Hylesinus  piniperda  L., 
Waldgärtner,  an  Kiefer. 

6.  Familienreihe  Lamellicornia.  Fühler 
mit  hochdifferenzierter  Keule;  ebenso  Beine 
hochdifferenziert,  zuweilen  die  Vorderbeine  als 
Grabbeine  ausgebildet;  Tarsen  meist  fünfgliedrig; 
Hodenfollikel  rundlich  und  gestielt,  4Malpighisc}ie 
Gefäße;  Mediana  1  meist  als  rücklaufende  Ader 
von  Mediana  2;  Larven  meist  ohne  Ocellen,  mit 
dickem  ventralwärts  gekrümmten  Kör])er  und  mit 
Beinen  (Engerling).  —  Hierher  Familie  Luc ani- 
dae,  Lucanus  cervus,  Hirschkäfer.  Männ- 
chen mit  geweihartig  verlängerten  Mandibeln.  — 
—  Familie  Scarabaeidae.  Melolontha  vul- 
garis Fabr.  Maikäfer.  Larve  (Engerling)  durch 
Wurzelfraß  und  Imago  durch  Blattfraß  sehr 
schädlich.  Scarabaeus  (Ateuchus)  sacer  L. 
heiliger  Pillendreher.  Cetonia  aurata,  Rosen- 
käfer, Oryctes  nasicornis  L.  Nashornkäfer. 
Dynastes  Hercules,  Herkuleskäfer  (Süd- 
amerika). 

11.  Ordnung  Strepsiptera.  Mund- 
werkzeuge rudimentär;  Vorderflügel  (beim  3*) 
stumraelförmig,  an  der  Spitze  aufgerollt, 
Hinterfliigel  groß,  der  Länge  nach  faltbar, 
Metathorax  mächtig  ausgebildet,  im  Gegen- 
satz zu  den  beiden  ersten  Brustringen.  Weib- 
chen flügel-  und  beinlos.  Holometabolie. 
Larvaler  Dimorphismus  (erste  Larve  cam- 
podeoid,  triungulinusähnlich,  zweite  eine 
fußlose  Made).  Leben  parasitisch  in  Hymen- 
opteren  (,,stylopisiert"). 

Familie  Stylopidae.  Xenos  Rossii  Kirby 
in  Polistes  gallica  (Fig.  41).  Stylops 
melittae  Kirby  in  Andrena. 

4.  Ordnungsgruppe  Hymenopteroidea. 
Mundwerkzeuge  beißend  oder  leckend;  Flügel 
gleichartig  häutig,  Vorderfliigel  größer  als  die 
Hinterflügel;  Flügel  können  auch  fehlen; 
Prothorax  klein,  Pronotum,  meistens  mit 
dem  Mesonotum  verwachsen;  zahlreiche 
(mindestens  6)  Malpighische  Gefäße.  Holo- 
metabolie; mit  freier  Puppe. 


12.     Ordnung     Hymenoptera.      Mit 
der  Charakteristik  der  Ordnungsgruppe. 


Fig.  41.    Xenos  Rossii.    1  Weibchen,  2  Männ- 
chen, 3  Larve;  aj  rudimentärer  Vorderflügel,  a^ 
Hinterflügel,     I,    II,    III    die    Thoraxsegmente. 
Aus  Hertwig. 


1.  Unterordnung  Symphyta.  Hinterer 
Abschluß  der  Brust  durch  das  Metathorakal- 
segment  gebildet;  Hinterleib  der  Brust  mit 
breiter  Basis  ansitzend,  Trochanter  zwei- 
ringhg;  $  niemals  mit  Giftstachel;  Larven 
entweder  nur  mit  Thorakalbeinen  oder  auch 
mit  Afterbeinen. 

Familie Tenthre dini da e, Blattwespen.  Lar- 
ven (Afterraupen)  leben  frei  auf  Blättern,  von 
denen  sie  sich  nähren.  Lophyrus  pini  L.  Kie- 
fernblattwespe,  Cimbex  femorata  L.  auf 
Weiden.  —  Familie  Uroceridae,  Holzwespen. 
Larven  ohne  Afterbeine  leben  im  Holz;  $  mit 
langem  Legebohrer,  mit  dem  sie  die  Eier  tief 
ins  Holz  einführen.  Sir  ex  gigas  L.  Riesenholz- 
wespe  (Fig.  42),  technisch  schädlich. 


Fig.  42.     Sirex  gigas.     Aus   Hertwig. 

2.  Unterordnung  Apocrita.  Hinterer 
Abschluß  der  Brust  wird  durch  das  erste 
Abdominalsegment  bewirkt;  Hinterleib  ge- 
stielt; Trochanter  ein-  oder  zweiringhg;  mit 
Legebohrer  oder  mit  Giftstachel.  Larven 
madenartig. 

1.  Familienreihe  Terebrantia.  Weibchen  mit 
Legebohrer,  frei  am  Hinterleibsende  hervor- 
stehend. Trochanter  zweiringhg.  —  Hierher 
Familie  Cynipidae,  Gallwespen,  Larvenent- 
wickhmg  in  anormalen  Gewebswucherungen 
(Gallen)     der    Pflanze;     vielfach     Heterogonie. 


506 


Insekten 


Cynips  folii  L,  erzeugt  die  Galläpfel  an  der 
Eiche,  Cynips  calicis  Htg.,  erzeugt  die  gerb- 
stoffhaltigen  Knopperngallen.  —  Familie  Icli- 
neumonidae.  Ungeheuer  artenreiche  Familie, 
deren  Larven  meist  parasitisch  in  anderen  In- 
sekten leben.  Anomalen  circumflexum, 
große  in  Kiefernspinnerraupen  schmarotzende 
Art,  Teleas  ovulorum,  winzige  in  Schmetter- 
lingseiern schmarotzende  Form.  Familie  Chry- 
sididae.  Goldwespen.  Meist  lebhaft  metallisch 
gefärbt,  hartsc haiig,  Abdomen  einrollbar;  Larven 
parasitisch  in  den  Nestern  solitärer  Bienen  und 
Wespen. 

2.  Familienreihe  Aculeata.  Weibchen  mit 
■einziehbarem  Giftstachel.  Trochanter  einringlig. 
—  Hierher  Familie  Formicidae.  Ameisen. 
Ausgesprochen  sozial  mit  Arbeitsteilung  in  ge- 
ilügelte  Geschlechtstiere,  flügellose  Arbeiter 
und  Soldaten  (reduzierte  $?);  Männchen  scheiden 
bald  nach  der  Hochzeit  aus;  bauen  Nester  aus 
Erde  oder  vegetabilischem  Material;  nähren  sich 
teils  vom  Raub,  teils  von  Ausscheidungen 
anderer  Tiere,  teils  von  Pflanzen,  einige  züchten 
Pilze,  andere  halten  sich  Haustiere  (Blattläuse). 
Unternehmen  bisweilen  große  Kriegszüge  gegen 
andere  Arten,  um  deren  Arbeiter  als  Sklaven 
zu  erhalten.  Psychisch  hochstehend.  Formica 
rufa  L.  rote  Waldameise,  große  Haufen  aus 
Nadelresten  usw.  bauend,  durch  Vertilgen  schäd- 
licher Insekten  forstnützlich.  Camponotus 
herculeanus  L.  Roßameise,  lebt  in  stehenden 
Bäumen  (schädlich),  Polyergus  rufescens 
Amazonenameise,  Myrmica  rubra  L.,  Lasius 
niger  L.  —  Familie  Vespidae,  Faltenwespen. 
Gesellschaftlich  oder  solitär  lebend.  Bauen  teils 
sehr  kunstvolle  Nester  aus  Lehm  oder  Karton. 
Nähren  sich  von  anderen  Insekten  oder  Honig- 
säften. Vespa  crabro  L.  Hornisse,  Stich  ge- 
fährlich, sozial.  Odynerus  parle  tum  L.  lebt 
solitär.  —  Familie  Sphegidae,  Grabwespen. 
Solitär;  Brut  in  besonderen  Zellen  in  der  Erde 
oder  im  Holz  untergebracht;  als  Nahrung  dienen 
der  Brut  Insekten,  die  von  den  Weibchen  er- 
beutet und  in  gelähmten  Zustand  eingetragen 
werden.  Sphex  maxillosusFbr.,  Ammophila 
sabulosa  L.  —  Familie  Apidae,  Bienen. 
Gesellig  und  solitär;  füttern  ihre  Brut  mit  Honig 
und  Blütenstaub.  Apis  mellifica  L.  Honig- 
biene, kunstvolle  Bauten  aus  Wachs;  große 
Staaten  aus  vielen  Tausenden  Arbeitern  bestehend 
Bombus  lapidarius  Fbr.  Hummel.  Nester 
primitiv;  kleine  Staaten  mit  nur  einigen  hundert 
Arbeitshummeln.  Psithyrus,  Schmarotzer- 
hummel,  Larven  parasitisch  in  den  Nestern  an- 
derer Hummeln.  Anthophora  parietina 
Fabr.,  Mauerbiene,  solitär,  Brutzellen  aus  Lehm 
oder  Sand  in  Mauerlöchern  oder  Lehmwänden. 
Xylocopa  violacea  Fabr.  Holzbiene  in  Röhren 
alter  Baumstämme  nistend.  Andre  na,  Erd- 
biene, solitär,  in  der  Erde  in  leichtem  sandigen 
Boden  nistend.  Megachile  centuncularis  L 
Tapezierbiene, Nest  ausabgebissenen  Blattstücken 
gebildet. 

5.  Ordnungsgruppe  Amphibiotica  (Ar- 
chipteroidea).  Diese  Gruppe  schließt  sich 
wieder  an  die  1.  Ordnungsgruppe  Thysanu; 
roidea  an.  —  Mundglicdmaßen  beißend- 
zwei  Paar  gleichartiger  häutiger  netzadriger 
Flügel;  zahlreiche  Malpighische  Gefäße;  Ab- 
domen mitCerci. —  Larven  wasserbewohnend, 


mit  Tracheenkiemen.  Hemimetabole  Ent- 
wickclung.  Die  drei  in  dieser  Ordnungs- 
gruppe vereinigten  Ordnungen  stehen  sich 
nicht  sehr  nahe. 

13.  Ordnung  Ephemerida.  Mund- 
teile der  Imago  verkümmert;  Fühler  kurz, 
pfriemenförmig;  Flügel  zarthäutig,  das 
hintere  Paar  kleiner  als  das  vordere,  selten 
ganz  fehlend;  Abdomen  mit  langen  ge- 
gliederten Cerci,  außerdem  meist  noch  mit 
langem  medianen  Schwanzanhang;  Ge- 
schlechtsöffnungen beider  Geschlechter  paa- 
rig. —  Larve  mit  beißenden  Mundteilen. 
Mandibeln  amphipodenähnlich;  Abdomen 
meist  mit  blattförmigen  Tracheenkiemen. 
Entwickelung  prometabol  mit  einem  vor- 
imaginalen,  flugfähigen  Stadium  (Subimago). 
Langes  Larvenleben  mit  zahlreichen  Häu- 
tungen, dagegen  sehr  kurze  Imaginalzeit. 

E  p  h  e  m  e  r  a 
vulgata  (Fig. 
43),  Eintags- 
fliegen, Palin- 
genia  longi- 
cauda  OL,  Ufe- 
raas, Cloeon 
dipterum  L., 
ohne  Hinter- 
flügel. 

14.  Ord- 
nung PI  e  - 
coptera  (Perl- 
aria).  Mit 

schwachen 

beißenden 
Mundteilen  und 
langen  borsten- 
förmigen  Füh- 
lern ;  Flügel 
gleichartig  zart- 
häutig,  Hinter- 
flügel breiter 
als  die  Vorder- 
flügel; mit  Anal- 
fächer; Ab- 
domen meist  ^.  .-  ^  , 
mit    zwei,     zu-    ^'S;  ^\    Ephemera  vul- 

•1  '      ,       gata.  Aus  Claus-Grobben. 

wellen         sehr    ^ 

langen      Cerci. 

Oft   mit   thorakalen   Tracheenkiemenresten. 

Larve     campodeoid      mit     thorakalen 

Tracheenkiemenbüscheln  und  Cerci,  lebt  in 

fließendem  Gewässer  unter  Steinen. 

Perla  bicaudata  L.  Uferbold. 

15.  Ordnung  Odonata.  Mit  kräftigen 
beißenden  Mundgliedmaßen,  großem  sehr 
beweglichem  Kopf  mit  mächtigen  Fazetten- 
augen  und  kurzen  pfriemenförmigen  Fühlern. 
Die  vier  schmalen  Flügel  meist  gleich  groß, 
glasartig,  hart,  dicht  genetzt;  Prothorax  re- 
duziert, Meso-  und  Metathorax  miteinander 
verwachsen;  Abdomen  mit  Cerci;  männlicher 
Kopulationsapparat  von  der  Geschlechts- 
öffnung entfernt  am  2.  Abdominalsegment  ge- 


Insekten 


507 


legen.  Sekundäre  Larven  mit  Tracheen- 
kiemen am  Hinterende  des  Abdomens  oder 
Darmtraeheen ;  Unterlippe  zu  einem  weit- 
vorstreckbaren  Fangarm  ausgebildet. 

1.    Unterordnung   Anisoptera.     Flügel 
ausschließlich    vertikal    beweghch,    in    der 


Raphidia  ophiopsis  Schum.  Kamel- 
halsfliege, Larve  lebt  räuberisch  in  Rindenritzen 
usw;  durch  Vertilgen  von  Nonneneiern  usw. 
niitzhch. 

3.  Unterordnung  Sialiaria  (Megaloptera). 
Kopf  prognath;  Prothorax  breiter  als  lang, 
HinterfUigel  kleiner  als  die  Vorderflügel.  —  Larve 


Ruhe  wagrecht  und  seitlich  abstehend.  Larve  wasserbewohnend,  oft  mit  gegliederten  Tracheen- 
kiemen am  Abdomen.  —  Sialis  lutaria  L., 
Wasserflorfliege. 

Ordnungsgruppe 


Lepidopteroidea. 


mit  Rektalkiemen. 

Libellula  quadrimaculata  L.,  oft  in 
großen  Zügen  wandernd.  Aeschna  gran- 
dis  L.  'Kopf  hypognath,   oft  mit  stark  rückgebil- 

2.   Unterordnung     ZygoptcTa.      Flügel  ^^^^^^   Mundteilen   (beißend   oder  saugend), 
auch  in  horizontaler  Richtung  beweghch,  m   jt^^+y,^^.^^.  vioin    frai   nripr  !>,;+  riom   Mo^n. 
der    Ruhe    nach    oben    zusammengeklappt, 
nach  hinten  gelegt,  stets  mit  der  Oberseite 


aneinanderliegend  (niemals  in  horizontaler 
oder  dachförmiger  Richtung  und  Stellung 
über  das  Abdomen  zurückgelegt).  Larve 
meist  mit  drei  analen  Tracheenkiemen,  selten 
mit  seitlichen  oder  rektalen  daneben. 

Calopteryx  virgo  L.  Wasserjungfer;  metal- 
lisch blau  oder  grün.     Agrion  puella  L. 

6.  Ordnungsgruppe  Neuropteroidea. 
Mundteile  beißend,  Prothorax  wohl  ent- 
wickelt, vier  gleichartige,  hcäutige  und  meist 
auch  gleichgroße  Flügel.  Die  räuberisch 
lebenden  Larven  campodeoid,  teils  mit  Saug- 
zangen versehen  (Mandibeln  und  Maxillen 
jederseits  zu  einer  Saugröhre  verbunden). 
Holometabolie,  freie  Puppe,  teils  beweglich. 

16.  Ordnung  Neuroptera.  Mit  der 
Charakteristik  der  Ordnungsgruppe. 

1.  Unterordnung  Hemerobiaria  (Plani- 
pennia).  Kopf  hypognath,  Flügel  zienüich 
groß,  dicht  netzartig  geädert.  —  Larven  mit 
Saugzangen,  Puppe  in  Kokon. 

Myreleon  formicarius  L.  Ameisenlöwe 
(Fig.  44);  die  kurze  breite  Larve  lauert  in  selbst- 


Fig.  44.    Myrmeleo  formicarius.    1  Imago, 
2  Larve,  3  Puppe  in  ihrer  Wiege.    Aus  Hertwig. 


gegrabenem  Trichter  auf  die  hereinfaUenden 
Insekten.  Chrysopa  perla  L.  Florfhege,  Larve 
lebt  von  Blattläusen.  Hemerobius  micans 
Oliv.,  Blattlauslöwe.  Mantispa  styriaca 
Poda;  Larve  lebt  von  Spinneneiern.  Asca- 
laphus  macaronius  Scop.  Schmetterlings- 
hafte. 

2.  Unterordnung  Raphidiaria.  Kopf 
prognath;  Prothorax  stark  verlängert.  Flügel 
meist  gleich  groß.   Larve  landbewohnend. 


Prothorax  klein,  frei  oder  mit  dem  Meso- 
thorax  verwachsen;  Meso-  und  Metathorax 
stets  verwachsen;  Metathorax  kleiner  als 
Mesothorax  oder  beide  gleich  groß.  Flügel 
meist  wohlausgebildet  (selten  fehlend),  gleich- 
artig häutig,  unbeschuppt  oder  beschuppt. 
Larven  raupenähnlich,  mit  beißenden  Mund- 
ghedmaßen.  HolometaboUe  mit  freier  oder 
bedeckter  Puppe. 

17.  Ordnung  Panorpata.  Kopf 
schnabelförmig  verlängert,  Mundteile  beis- 
send,  Fühler  fadenförmig.  Prothorax  frei, 
Meso-  und  Metathorax  gleich  groß  mit  gleich- 
gebauten, nicht  faltbaren  schmalen  Flügeln; 
Darm  ohne  Saugmagen.  — •  Larve  meist  mit 
Bauchfüßen,  Puppe  frei. 

Panorpa  communis  L.  Schnabel-  oder 
Skorpionsfhege  (Fig. 
45);  beim  (^  die 
letzten  Abdominal- 
segmente zu  einem 
dorsal  umgeschla- 
genen Schwanz  mit 
Zange  umgebildet. 
Boreus  hiemalis 
L.  Flügel  verküm- 
mert. 

18.  Ordnung 
Trichoptera. 

Kopf  ohne  Schna- 
bel ,  Mundteile 
rückgebildet  zu 
einem  aus  Maxille 
und  Unterlippe 
gebildeten ,  sehr 
kurzen  Saugrüssel. 
Mesothorax  größer 

als  der  Metathorax;  Hinterflügel  größer  als 
die  Vorderflügel,  fächerförmig,  faltbar.  Larve 
meist  wasserbewohnend,  in  selbstgefertigten 
Röhren,  mit  beißenden  Mundwerkzeugen, 
fadenförmigen  Tracheenkiemen,  und  analen 
Bauchfüßen.  Freie  Puppe  im  Larvengehäuse; 
vor  der  Verwandlung  freischwimmend.  — 
Phryganea  grandis  L.  Köcherfliege. 

19.  Ordnung  Lepidoptera.  Mund- 
teile zum  großen  Teil  rückgebildet;  nur 
die  Maxillarladen  gewöhnlich  stark  ver- 
längert zu  einem  Saugrüssel.  Alle  drei  Brust- 
ringe miteinander  verwachsen,  Mesothorax 
größer  als  der  Metathorax.  Flügel  beschuppt, 
nicht  faltbar.     Larven  echte  Raupen  mit  2 


Fig.  45.    Panorpa  com- 
munis. Aus     Claus- 
Grobben. 


508 


Insekten 


bis    4    Bauchfußpaaren.       Meist    bedeckte 
Puppe. 

1.  Unterordnung  Jugatae.  Vorder-  und 
Hinterflügel  mit  fast  übereinstimmendem 
Geäder,  nur  durch  einen  Haftlappeii  des 
Vorderflügels  miteinander  vereint. 

Familie  Eriocephaliden.  Erioccphalus 
calthella  L.  —  Familie  Micropterygidae.  — 
Familie  Hepialidae.  Hepialus  hiimuli  L. 
Hopfenspinner,  schädlich. 

2.  Unterordnung  Frenatae.  Hinter- 
flügel mit  reduziertem  Geäder,  die  beiden 
Flügel  durch  Haftborsten  (Frenulum)  mit- 
einander verbunden. 

Bauchbeine  der  Raupen  mit  kreisför- 
migem Borstenkranz:  Famihe  Tineidae, 
Motten.  Tinea  pellionella  L.  Kleidermotte. 
—  Famihe  Tortricidae,  Wickler.  Tortrix 
viridana  L.  Eichenwickler.  Carpocapsa 
pomonella  L.  Apfelwickler,  arger  Schädling 
des  Obstbaues.  —  Familie  Pyralidae,  Zünsler. 
Galleria  mellonellaL.  Wachsmotte,  in  Bienen- 
stöcken. —  Famihe  Sesiidae,  Glasflügler. 
Flügel  zum  Teil  unbeschuppt,  glashell.  Sesia 
(Trochilium)  apiformis  L.  Hornissenschwär- 
mer. Larve  im  Holz  lebend  und  dadurch  schäd- 
lich. ■ —  Cossidae.  Cossus  ligniperda  Fabr. 
Weidenbohrer.  Zeuzera  Aesculi  L.  Blausieb; 
beide  durch  die  Holzzerstörungen  der  Larven 
schädlich. 

Bauchbeine  der  Raupen  mit  halbkreis- 
förmigen Borstenkränzen:  Familie  Zygae- 
nidae,  Widderchen.  —  Famihe  Arctiidae, 
Baeren.  Arctia  caja  L.  großer  Baer.  —  Familie 
Geometridae,  Spanner.  Raupen  nur  mit  zwei 
Bauchfußpaaren,  bewegen  sich  spannend.  Chei- 
matobia  brumata  L.  Frostspanner  mit  ver- 
kümmerten Flügeln,  dem  Obstbau  schädlich; 
Bupalus  piniarius  lüefernspanner,  schhm- 
mer  Forstschädling.  —  Familie  Noctuidae, 
Eulen.  Panolis  piniperda  Esp.  Kieferneule, 
forstschädlich.  Agrotis  segetum  L.  Saateule, 
landwirtschafthch  schädlich.  Catocala  nupta 
L.  rotes  Ordensband.  —  Familie  Bombycidae, 
Spinner.  Bombyx  mori  L.,  Seidenspinner. 
Saturnia  pyri  Bkh.,  großes  Nachtpfauenauge. 
Dendrolimus  pini  L.,  Kiefernspinner,  ärgster 
Kiefernschädhng.  Limantria  dispar  L., 
Schwammspinner.  Psilura  monacha  L., 
Nonne,  schlimmster  Fichtenschädling.  Cnetho- 
campa  processionea  L.,  Prozessionsspinner, 
Larven  in  großen  Prozessionen  zum  Futterplatz 
ziehend.  —  Familie  Sphingidae.  Schwärmer. 
Spinx  ligustri  L.,  Ligusterschwärmer.  Ache- 
rontia  atropos  L.,  Totenkopf.  —  Famihe 
Rhopalocera.  Papilio  machaon  L.,  Schwal- 
benschwanz. Parnassius  Apollo  L.,  Pieris 
brassicae  L.,  Kohlweißhng.  Lycaena  icarus 
Rott.,  Bläuling.  Vanessa  polychlorus  L., 
großer  Fuchs. 

8.  Ordnungsreihe:  Dipteroidea.  Mund- 
teile saugend  oder  stechend;  nur  die  Vorder- 
flügel wohlausgebildet  hcäutig,  die  Hinterflügel 
zu  kleinen  Schwingkölbchen  rückgebildet 
(selten  fehlen  die  Flügel  ganz),  oft  mehrere 
Receptacula  seminis  vorhanden.  Larven 
stets  apod,  entweder  mit  deutlicher  Kopf- 
kapsel   (eucephal)  oder    ohne  solche.      Ho- 


lometabolie,  mit  freier  (oder  Tönchenpuppe) 
oder  bedeckter  Puppe. 

20.  Ordnung  Diptera.  Die  drei  Brust- 
ringe miteinander  verwachsen,  meist  mit 
gut  ausgebildeten  Vorderflügeln  und  zu 
Halteren  ausgebildete  Hinterflügel,  selten 
Flügel  rückgebildet.  Kopf  meist  mit  deut- 
lichen Fazettenaugen ;  Fühler  entweder  klein, 
dreigliedrig  mit  Endborste,  oder  lang  schnur- 
förmig,  aus  zahlreichen  Gliedern  zusammen- 
gesetzt. 

1.  Unterordnung  0  r  t  h  o  r  h  a  p  h  a. 
Puppe  entweder  Mumienpuppe  oder  freie 
Puppe  in  der  letzten  Larvenhaut  (Tönnchen- 
puppe);  springt  beim  Ausschlüpfen  der  Imago 
in  T-förmiger  Naht  auf  der  Rückenseite  auf. 

1.  Familienreihe  Nematocera.  Fühler 
meist  lang  vielghederig;  Schwinger  frei,  d.  h. 
nicht  von  einem  Schüppchen  bedeckt.  Mumien- 
puppe. Hierher  Familie  Mycetophilidae, 
Pilzmücken.  Sciara  militaris  Now.  Heer- 
wurm. • — Familie  Bibionidae.  Bibio  horuta- 
nus  L.  Gartenhaarmücke.  — •  Familie  Chirono- 
midae.  Chironomus  plumosus  L.  Zuck-  oder 
Federmücke.  —  Familie  Culicidae,  Stech- 
mücken.     Culex    pi- 

piens  L.,  Anopheles 
maculipennis  Hffsg. 
Malariamücke.  —  Fa- 
mihe Simuliidae, 
Kriebelmücken.  Simu- 
lia  kolumbaeschen- 
sisFabr.,  Kolumbaczer- 
mücke.  Familie  Ceci- 
domyidae,  Gall- 
mücken (Fig.  46).  Lar- 
ven in  Pflanzen,  Gallen- 
erzeugend. Mayetola 
destructor  Say, 
Hessenfliege,  dem  Ge- 
treidebau ungeheuer 
schädhch.  Cecidomyia 
fagi  Htg.,  harte  zuge- 
spitzte Gallen  auf   den 

Buchenblättern  erzeugend.  Famihe  Tipulidae, 
Schnaken,  die  größten  Mücken.  Larven  in  der 
Erde  durch  Wurzelfraß  schädlich.  Tipula  ole- 
racea  L.  Kohlschnake. 

2.  Familienreihe  Brachycera.  Fühler  meist 
kurz,  kürzer  als  der  Kopf,  dreigliederig,  drittes 
Ghed  gewöhnlich  am  grüßten,  mit  einer  Endborste 
oder  Endgriffel;  Schwinger  meist  von  einem 
Schüppchen  bedeckt.  —  Sflierher  Familie  Stra- 
tiomyidae,  Waffenfliegen.  ■ —  Familie  Taba- 
nidae.  Bremsen.  Blutsauger,  Tabanus  bovi- 
nus  L.  Rinderbremse.  —  Familie  Asilidae, 
Raubfliegen.  Große  Fazettenaugen,  sehr  beweg- 
licher Kopf,  fangen  andere  Insekte  im  Flug.  — 
Familie  Bombylidae,  Hummelfliegen.  Hum- 
melmimicry.  Larven  parasitisch  in  anderen  In- 
sektenlarven. Anthrax  morio  Fabr.  Trauer- 
schweber,  lebt  hyperparasitischinlchneumoniden- 
und  Tachinenpuppen.  —  Familie  Empidae, 
Tanzfliegen. 

2.  Unterordnung  Cyclorhapha.  Stets 
Tünchenpuppe,  Tonnenhaut  stets  in  bogen- 
förmiger Naht  gesprengt. 

Hierher     Famihe     Syrphidae,      Schwebe- 


Fig.  46.   Cecidomyia. 

Weibchen.       Nach 

Nitsche.     Aus  Hert- 

wig. 


Insekten 


509 


fliegen,  Larven  zuweilen  nützlich  durch  Ver- 
zehren von  Blattläusen.  Syrphus.  Vollu- 
cella,  Eristalis  tenax  L.  Rattenschwanz- 
larve. —  Familie  Tachinidae.  Larven  para- 
sitisch inRaupen  usw.,  sehr  nützlich.  Paraseti- 
gena  segregata,  Nonnentachine.  ■ —  Familie 
Muscidae,  echte  Fliegen.  Musca  domestica 
L.  Stubenfliege.  Glossina  morsitans  Westw. 
Tsc-Tsefliege.  —  Familie  Oestridae,  Biesfliegen, 
Larven  entoparasitischin Warmblütern.  Gastro- 
philus  equi  Fabr.  im  Pferdemagen.  —  Familie 
Trypetiden,     Bohrfliegen.  Obstschädlinge. 

Trypeta  cerasi  L.  Kirschfliege.  —  Familie 
Pupiparae,  Lausfliegen.  Schmarotzer  auf  der 
Haut  von  Säugern  und  Vögeln.  Larven  unmittel- 
bar vor  der  Verpuppung  geboren.  Hippobosca 
equina  L.,  Melophagus  ovinus  L.  Schaf- 
zecke (Fig.  47),  Lipoptena  cervi  L.  auf  Hir- 
schen, Braula  coeca  Nitsch,  Bienenlaus. 


Fig.  47.    a  Melophagus  ovinus,  b  Hippo- 
bosca equina.     Aus  Claus-Grobben. 

21.  Ordnung  Siictoria  (Siphonaptera) 
Die  drei  Brustringe  deutlich  voneinander 
gesondert,  ohne  FlligeL  Körper  komprimiert. 
Kopf  mit  Punktaugen.  Fühler  mit  einer 
aus  einer  größeren  Anzahl  (9  bis  11)  dicht 
zusammengedrängter,  erweiterter  Glieder 
gebildeten  Geißel.  Hinterbeine  zu  Spring- 
beinen ausgebildet.  Die  beinlose  Larve  mit 
gesondertem  Kopf  und  beißenden  Mund- 
gliedmaßen. Imago  schmarotzend  auf  Warm- 
blütern. 

Familie  Pulicidae,  Flöhe.  Pulex  irritans 
L.  Menschenfloh.  Sarcopsylla  penetrans  L. 
Sandfloh,  Weibchen  bohren  sich  zur  Eiablage 
in  die  Haut  ein,  und  verursachen  dadurch  bös- 
artige Geschwüre. 

9,  Ordnungsreihe  Hemipteroidea, 
Mundteile  stechend  und  saugend.  Mandibeln 
und  Maxillen  zu  vier  Stechborsten  umgebildet, 
die  in  einem  Schnabel  (aus  Unterlippe  und 
Oberlippe  hervorgegangen)  vor-  und  zurück- 
geschoben werden  können.  Prothorax  groß, 
gewöhnlich  frei;  Flügel  zuweilen  ganz  fehlend, 
zuweilen  nur  im  weiblichen  Geschlecht;  meist 
vier  (selten  zw^ei)  Flügel  vorhanden,  ent- 
weder gleichartig,  oder  die  Vorderflügel  als 
Halbdecken.  Entwickelung  meist  Epimor- 
phose  oder  Hemimetabolie. 

22.  Ordnung  Rhynchota.  Mit  der 
Charakteristik  der  Ordnungsreihe. 

1.  Unterordnung  Hemiptera.  Vorder- 
flügel als  Halbdecken  ausgebildet,  Hinter- 
flügel häutig,  faltbar,  häufig  mit  Anal- 
fächer.    Rüssel  frei  abstehend. 


1.  Famihenreihe  Geocores  ( Gymnocerata). 
Fühler  groß,  länger  als  der  Kopf,  4  bis  6  gliedrig, 
vorgestreckt.  Schnabel  meist  lang.  Land- 
bewohner   meist   phytophag,   seltener   carnivor. 

—  Hierher  FamiUe  Pentatomidae,  Schild- 
wanzen. Pentatoma  rufipesL.,  gemeine  Baum- 
wanze. —  Familie  Lygaeidae,  Langwanzen. 
Pyrrhocorus  apterus  L.  Feuerwanze.  — 
Familie  Capsidae,  Blindwanzen.  —  Familie 
Acanthiidae.  Cimex  lectularia  L.  Bett- 
wanze, flügellos.  — *  Familie  Reduviidae, 
Schreitwanzen.  Reduvius  personatus  L. 
Kotwanze.  —  Famihe  Hy- 
drometridae,  Wasser- 
läufer. Hydrometra 
stagnorum  L.  auf  der 
Überfläche  des  Wassers 
herumlaufend,  räuberisch. 

2.  Familinreihe  Hy  dro  - 
cor  es  (Crj'ptocerata).  Füh- 
ler klein,  kürzer  als  der 
Kopf,  drei-  bis  viergliedrig, 
versteckt;    Schnabel  kurz; 

Beine  bewimpert 
(Schwimmbeine).  Wasser- 
bewohner, carnivor.  — 
Hierher  Familie  Nepidae, 
Wasserskorpion.  N  e  p  a 
cinerea  L.  —  Familie 
Notonectidae,  Rücken- 
schwimmer. Notonecta 
glauca  L. 

2.  Unterordnung 
H  0  m  0  p  t  e  r  a.  Flügel 
meist  gleichartig,  höch- 
stens die  Vorderflügel 
etwas  derber;  Hinterflügel  nicht  faltbar. 
Rüssel  der  Kehle  anliegend. 

1.  Familiem-eihe  Cicadaria.  Fühler  kurz, 
borstenförmig.  Vier  in  der  Ruhe  dachförmig 
aufliegende  Flügel,  Vorderflügel  meist  etwas 
dicker.    Hinterbeine  gelegenthch  als  Springbeine. 

—  Hierher  Familie  Cicadidae,  Singcicaden. 
Mit  Trommelorgan  am  Abdomen.  Cicada 
plebeja  Scop.  (Fig.  49). — Familie  Fulgoridae. 


Fig.  48.  Nepa  cine- 
rea L.   Aus  Claus- 
Grobben. 


Fig.  49.     Cicada  orni.    Aus  Hertwig. 

Fulgora  laternaria  L.  Laternenträger.  — 
Famihe  Cercopidae.  Aphrophora  spuma- 
ria  Schaumcicade.  —  Famihe  Jassidae.  Jassus 
atomarius  Fabr. 

2.  Famihenreihe  Psylloidea  Blattflöhe. 
Fühler  kmz,  Vorderflügel  lederartig,  Hinterbeine 
stets  Springbeine.  —  Famihe  Psyllidae. 

3.  Familienreihe  Aleurodea.  4  gleichartige, 
häutige,  sehr  sparsam  geäderte  und  weißbe- 
stäubte Flügel  in  beiden  Geschlechtern.  Fühler 
sechsghedrig.  —  Famihe  Aleurodidae. 

4.  Familienreihe  Aphididea.    Meistens  vier 


510 


Insekten 


gleichartige,  geäderte,  häutige  Flügel,  zuweilen 
dem  Weibchen  oder  beiden  Geschlechtern  fehlend; 
Rüssel  in  beiden  Geschlechtern  wohlentwickelt. 
Zuweilen  Heterogonie  mit  parthenogenetischen, 
flügellosen  Weibchen,  oft  verbunden  mit  Wirts- 
wechsel.—  Familie  Aphididae,  echte  Blattläuse. 
Aphis,  Lachnus,  Schizoneura.  —  Familie 
Phylloxeridae,  Afterblattläuse.  Chermes, 
mit  kompliziertem  Entwicklungszyklus.  Phyl- 
loxera  vastatrix,  Reblaus. 

5.  Familienreihe  Coöcidea.  Flügel  den 
Weibchen  fehlend;  Männchen  meist  nur  mit  Vor- 
derflügel; Rüssel  beim  erwachsenen  Männchen 
verkümmert.  Entwickelung  des  ^  mit  Ruhe- 
stadien. —  Familie  Coccidae,  Schildläuse. 
Manche  liefern  verwertbare  Produkte  wie  Coccus 
cacti  L.  die  Cocchenille  (Fig.  50),  Tachardia 


Fig.  50.   Coccus  cacti.   a  Weibchen,  b  Männ- 
chen.    Aus  Claus-Grobben. 

lacca  Kerr.  Schellack.  Andere  sind  sehr  schäd- 
lich wie  Aspidiotus  perniciosus,  die  San  Jose 
Schildlaus  in  Amerika. 

VI.  Geographische  Verbreitung. 

Die  Insekten  gehören  zu  den  weitest- 
verbreiteten  Tieren.  Fast  überall,  wohin 
der  Mensch  gedrungen,  findet  sich  auch 
Insektenleben,  wenngleich  nicht  zu  ver- 
kennen ist,  daß  vom  Aequator  nach  den 
Polen  und  von  dem  Meeresspiegel  nach  den 
Berggipfeln  zu  eine  Abnahme  der  Arten  und 
Individuen,  welche  mit  dem  sich  verminderten 
Pflanzenwuchs  Hand  in  Hand  geht,  zu  ver- 
zeichnen ist.  Moskitos  wurden  noch  in  83° 
n.  Br.  und  Schmetterlinge  in  72  n.  Br.  an- 
getroffen, ebenso  hat  man  in  16000  Fuß  Höhe 
und  mehr  noch  Insekten  festgestellt.  Aller- 
dings ist  das  Vorkommen  der  Insekten  fast 
ausschließlich  auf  das  feste  Land  und  die 
Binnengewässer  beschränkt,  während  das 
Meer  laeinahe  insektenfrei  ist  (nur  ganz 
wenige  Formen,  Halobates,  sind  Meer- 
bewohner). Die  weiteste  Verbreitung  unter 
den  Insekten  haben  die  Dipteren,  CoUem- 
bolen,  sowie  die  Coleopteren,  doch  auch  die 
Schmetterlinge.  Hyraenopteren  und  andere 
Gruppen  bleiben  nicht  weit  dahinter  zu- 
rück! Manche  Insektenarten  sind  kosmo- 
politisch wie  Vanessa  cardui,  Derme- 


stes  lardarius,  Attagenus  pellio,  Ne- 
crobia,  gewisse  Ameisen  usw.,  manche 
sind  über  den  ganzen  Tropengürtel  ver- 
breitet, andere  wenigstens  über  ein  ganzes 
Faunengebiet,  wieder  andere  dagegen  nur  auf 
einen  ganz  kleinen  Bezirk  beschränkt,  wie 
z.  B.  der  schöne  Carabus  olympiae  nur  im 
Valle  Sessera(Piemont)  vorzukommen  scheint. 
Daß  den  Insekten  im  allgemeinen  eine 
große  Verbreitung  zukommt,  hängt  mit  den 
zahlreichen  Verbreitungsmöglichkeiten  dieser 
Tiere  zusammen.  Viele  sind  ausgezeichnete 
Flieger,  die  Hunderte  von  Kilometern  im 
Fluge  zurücklegen  können.  Der  Oleander- 
schwärmer, der  südlich  der  Alpen  beheimatet 
ist,  ist  schon  in  Finnland  (Entfernung  über 
1000  km)  gefunden  worden.  Die  Wander- 
heuschrecke, Schistocerca  peregrina 
wurde  500  Meilen  östlich  von  Südamerika 
im  Fluge  auf  der  See  angetroffen.  Vielfach 
kommt  auch  noch  der  Wind  als  unter- 
stützendes Moment  hinzu.  Des  öfteren 
wurden  riesige  Schwäre  von  Nonnenfaltern 
durch  heftige  Stürme  weit  hinaus  in  die  Ost- 
see verschlagen.  Ferner  wurde  beobachtet, 
daß  die  Hessenfliege  in  Amerika  nach  der 
Richtung  sich  verbreitet,  nach  welcher  die 
vorherrschenden  Winde  während  der  Flug- 
zeit der  zarten  leichten  Tiere  wehen.  Des 
weiteren  geschieht  die  Verbreitung  durch 
Wasser,  sowohl  Meeresströmungen  als  Flüsse, 
wobei  den  Insekten  ihre  große  Lebenszähig- 
keit zustatten  kommt.  Auch  durch  Vögel 
und  andere  Tiere  werden  fortwährend  In- 
sekten verschleppt  und  endlich  trägt  auch 
der  Mensch  viel  zur  Verbreitung  der  In- 
sekten bei,  durch  den  Verkehr  mit  Schiffen, 
Austausch  der  Waren  usw.  So  erklärt  sich 
der  Kosmopolitismus  vieler  Haus-  und 
Magazininsekten,  Ameisen  usw.  Fortwährend 
reisen  eine  Anzahl  Ameisen  auf  Schiffen  und 
infizieren  andere  Länder  und  besonders 
Inseln,  deren  Lokalfauna  sie  oft  derart 
zerstören,  daß  manche  insulare  Ursprungs- 
fauna bereits  nicht  mehr  existiert.  Am 
zahlreichsten  geschieht  die  Verschleppung 
durch  Pflanzen,  wie  die  Geschichte  der 
großen  Insektenschäden  in  den  Vereinigten 
Staaten  so  drastisch  zeigt.  Die  San  Jose, 
die  Wollschildlaus,  wahrscheinlich  auch  der 
Baumwollkapselkäfer  und  andere  Schäd- 
linge mehr,  die  dem  Lande  Unsummen  Ver- 
lust bringen,  wurden  mit  importierten  Pflan- 
zen eingeschleppt.  Die  verschleppten  In- 
sekten finden  in  der  neuen  Heimat  natürlich 
nur  dann  ihr  Fortkommen,  wenn  die  kli- 
matischen Verhältnisse  ihnen  zusagen  und 
die  geeignete  Nahrung  vorhanden  ist,  wobei 
allerdings  die  verschiedenen  Insekten  sich 
recht  verschieden  verhalten,  in  dem  die 
einen  sich  weit  besser  an  abweichende  klima- 
tische Verhältnisse  und  Nahrung  anpassen 
können  als  die  anderen. 


Insekten 


511 


Eine  große  Uebereinstimmung  zeigt  die 
Insektenfauna  des  nearktischen  und  palä- 
arktischen  Faunengebietes,  indem  ihnen  eine 
Anzahl  gleicher  Arten  und  noch  mehr  gleicher 
Genera  zukommen.  Recht  verschieden  sind 
dagegen  die  nearktische  und  neotropische 
Region,  welche  relativ  nur  wenige  gemein- 
same Formen  besitzen.  Die  neotropische 
Region  hat  die  reichste  Schmetterlingsfauna 
der  Welt,  mit  einer  Reihe  auf  sie  beschränkte 
Formen  (z.  B.  Morpho,  Heliconius).  Die 
Papilioniden  erreichen  in  ihr  eine  hohe  Aus- 
bildung. Unter  den  Coleopteren  fällt  der 
Reichtum  und  die  hohe  Entwickelung  der 
Dynastiden  auf.  Von  den  Ameisen  sind  die 
Ecitonen  und  die  Blattschneider  (Attiinen) 
als  charakteristisch  zu  nennen. 

Die  ätiopische  Region  weist  eine  hohe 
Entwickelung  der  Cetoniden  auf,  ferner  sind 
die  Brachyceriden  und  unter  den  Schmetter- 
lingen die  Acraeiden  charakteristisch,  von 
den  Ameisen  die  Dorylinen. 

Die  indomalayische  und  australische 
Fauna  endlich  ist  durch  die  Gattung  Orni- 
thoptera  ausgezeichnet,  ferner  durch  einen 
großen  Reichtum  an  Buprestiden  und  Poly- 
rhachis -Arten  (Ameisen). 

Literatur.     Ed.  Andre,    8ped.es   des  Hymeno- 
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512 


Insekten  —  Lisekten  (Paläontolosie) 


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C,  CI.  —  E.  Wastnann,  Die  2)sycliischen 
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Unif.  Culif.  Public.  Entomol,    Vol.  l,  Nr.  1,  1906. 

—  JP.  Wytstnatt,    Genera  Insectorum.     Brüssel. 
Aiißerderti  noch  eine  sehr  große  Zahl  kleinerer 

und  größerer  morphologischer,  embryologischer, 
biologischer  Arbeiten  und  systematischer  Spezial- 
■werke.  Eine  ziemlich  vollständige  Bibliographie 
diber  die  anatomischen  und  embryologischen 
Arbeiten  findet  sich  in  Berlese  und  in  dem  im 
Erscheinen  begriffenen  Handbuch  von  Schröder  ; 
in  diesem  wird  auch  die  systematische  und 
biologische  Literatur  Berücksichtigung  finden. 
Dl  systematischer  Beziehung  geben  die  ebenfalls 
^och  im  Erscheinen  begriffenen  Genera  Disectorum 
%'on    Wytsman    den   vollständigsten    Ueberblick. 

K.  Escherich. 


Insekten. 

Paläontologie. 


1.  Allgemeines.  2.  Die  paläozoische  Insekten- 
launa.  3.  Die  mesozoische  Insektenfauna.  4.  Die 
kainozoische  Insektenfauna. 

I.  Allgemeines.  Trotzdem  bereits  weit 
über  10000  Insektenarten  in  fossilem  Zu- 
stande gefunden  wurden,  bleibt  auf  diesem 
Gebiete  noch  sehr  viel  zu  tun  übrig,  denn  die 
meisten  Formen  sind  noch  ungenügend  be- 
arbeitet und  viele  Fundorte  zu  wenig  aus- 
gebeutet. 

Man  findet  fossile  Insekten  in  verschie- 
denen Ablagerungen  fluviatilen,  lakustren, 
marin-littoralen  oder  selbst  äolischen  Ur- 
sprunges; sie  fehlen  vom  Oberkarbon  bis 
hinauf  zum  Diluvium  fast  in  keiner  Stufe  und 
sind  oft  in  solchen  Mengen  vorhanden,  daß 
man  sie  geradezu  als  Leitfossilien  betrachten 
kann. 

Die  wichtigsten  Fundorte  verteilen  sich 
in  folgender  Weise: 

Unteres  und  mittleres  Oberkarbon: 
Deutschland  (Saarbecken,  Pfalz,  König- 
reich Sachsen,  Oberschlesien,  Westfalen), 
Böhmen  (Nürschan,  Kladno  usw.),  Bel- 
gien, England,  Frankreich  (Commentry), 
Canada,  Vereinigte  Staaten  (Mazon  Creek 
usw.). 

Oberes  Oberkarbon:  Deutschland  (Pro- 
vinz Sachsen:  Wettin  usw.,  Rheinlande), 
England,  Nordamerika. 

Perm:  Deutschland,  Rußland,  Böh- 
men, Nordamerika,  Brasilien,  Indien,  Au- 
stralien. 

Trias:  Deutschland,  Schweden,  Schweiz, 
Lichtenstein,    Lothringen,    England,    Nord- 


amerika, Queensland  und  Tonking  —  überall 
sehr  wenig. 

Lias:  Deutschland  (Mecklenburg, 
Braunschweig),  Schweiz  (Seh  amb  eleu), 
England,  Oberösterreich,  Indien. 

Dogger:  England  (Stonesfield  usw.), 
Sibirien. 

Malm:  England  (Pur b eck  usw.),  Spa- 
nien, Bayern  (Solnhofen  usw.)   ?  Kap. 

Kreide:  Sachsen,  Böhmen,  England, 
Belgien,  Nordamerika,  Grönland,  Libanon, 
Australien  —  überall  sehr  wenig. 

Alttertiär:  Deutschland  (Baltischer 
Bernstein,  Rott  im  Siebengebirge,  Bonn, 
Brunstadt  im  Eis.,  Sieblos  in  Bayern 
usw.),  Oesterreich,  (Böhmen  usw.),  Däne- 
mark, Italien,  Schweiz,  England,  Frankreich 
(Aix  usw.),  Nordamerika  (White  River, 
Green  River,  Brit.  Columbia  usw.), 
Grinell  Land,  Grönland. 

Jungtertiär:  Deutschland  (Oeningen 
in  Baden  usw.),  Oesterreich  (Radoboj  in 
Kroatien,  Kutschlin  in  Böhmen  usw.), 
England,  Frankreich,  Italien  (Gabbro  usw., 
Sizilianischer  Bernstein),  Griechenland, 
Island,  Spitzbergen,  Nordamerika  (Floris- 
sant  in  Col.  usw.).  Auch  aus  Sachalin, 
Sibirien,  Zentral-Indien  und  Australien  sind 
tertiäre  Insekten  bekannt. 

Quartär:  Glaziale,  interglaziale  und 
postglaziale  Torfe,  Schieferkohlen  oder  Tone 
aus  Deutschland,  Frankreich,  Schweiz,  Bel- 
gien, Holland,  England,  Italien,  Madeira, 
Oesterreich  und  Nordamerika;  Ozokeritton 
von  Boryslaw  in  Galizien;  Kopale  von 
Afrika,  Brasilien  und  Indien. 

In  Bezug  auf  den  Erhaltungszustand  der 
fossilen  Insekten  läßt  sich  keine  bestimmte 
Regel  aufstellen,  denn  er  ist  immer  von  der 
Beschaffenheit  und  Entstehung  der  be- 
treffenden Gesteine  abhängig.  Am  besten 
sind  die  Fossilien  in  möglichst  feinkörnigen 
klastischen  Gesteinen  (Tonschiefern,  Eisen- 
steingeoden  u.  dergl.)  erhalten,  allerdings 
nur  in  Form  meist  mit  einer  dünnen  Kohlen- 
schicht bedeckter  Abdrücke,  welche  oft  er- 
staunlich viele  Details  wie  Haare,  Schuppen 
und  selbst  Zeichnungen  erkennen  lassen.  Die 
,, Bernsteininsekten"  stellen  ein  vollkommenes 
Negativ  des  Xieres  vor,  einen  Hohlraum, 
der  nur  von  einer  zarten  Kohlenschichte  aus- 
gekleidet ist; die  Kopalinsekten  dagegen  sind, 
so  wie  jene  des  Ozokorittones  oder  der  jün- 
geren Torfe  noch  in  ihrer  ursprünglichen 
Substanz  erhalten. 

Ganze  Insekten  finden  sich  hauptsächlich 
dort,  wo  sie  durch  irgendwelche  Ereignisse 
(Überschwemmungen,  Aschenregen,  Harzfluß 
usw.)  überrascht  und  plötzlich  eingebettet, 
wurden,  z.  B.  Bernstein,  Solnhofen, 
Oeningen,  Florissant,  Kopal  usw.  Wo  es  sich 
um  ,, angeschwemmte"  Objekte  handelt, 
finden    sich    dagegen    meist    nur    einzelne 


Insekten  (Paläontologie) 


513 


Körperteile,  Flügel,  Beine  u.  dgl.,  so  z.  B. 
in  Mecklenburg,  im  englischen  Lias  usw.  Auch 
Larven,  Eier,  Fraßspuren  an  Pflanzen,  Fuß- 
spuren, Gallen,  Nester  u.  dergl.  sind  erhalten 
gebheben. 

2.  Die  paläozoische  Insektenfauna. 
Unter  den  zahlreichen  Insektenformen  dieser 
Periode  fand  sicji  nicht  eine  einzige,  welche 


ontogenetischem  Wege  ermittelten  Urschema 
von  Comsock  und  Needham.  Bei  vielen 
Formen  waren  noch  auf  dem  1.  Brustringe 
kleine  rudimentäre  Flügel  vorhanden  und 
auch  die  Abdominalsegmente  zeigen  manch- 
mal noch  ähnliche  Seitenlappen.  Cerci  und 
Fazettaugen  sind  gut  entwickelt.  Bei  Larven 
stehen  die  Flügelscheiden  horizontal  ab.    Es 


Fig.   1.     Stenodictya  lobata   Brongn  (Palaeodictyoptera).     Oberkarbon  von  Commentry. 

V4.  Rekonstruiert  nach  Handlirsch. 


in  eine  noch  heute  lebende  Familie  eingereiht 
werden  könnte.  Die  Fauna  erscheint  uns 
daher  fremdartig  und  macht  durch  die  be- 
deutenden Dimensionen  der  meisten  Formen 
einen  äußerst  üppigen  Eindruck.  Es  sind 
noch  gar  keine  ,, kleinen"  Insekten,  dafür 
aber  Riesenformen  bis  zu  70  cm  Spannweite 
gefunden  worden.  Alle  gehören  in  die  Ka- 
tegorie der  Heterometabolen  (Insekten  mit 
unvollkommener  Verwandlung).  Die  ältesten 
Typen  gehören  zu  einer  nicht  über  das 
Paläozoikum  hinausreichenden,  sehr  ur- 
sprünglich organisierten  Gruppe  Paläo- 
dictyoptera,  auf  welche  sich  alle  ge- 
flügelten Insekten  zurückführen 
lassen:  Die  Segmentierung  des  Körpers 
war  noch  sehr  homonom,  die  Thoraxsegmente 
trugen  3  gleichartig  Beinpaare,  der  Kopf 
orthopteroide  freie  Mundteile  und  einfache 
vielgliedrige  Antennen.  Die  beiden  Flügel- 
paare waren  gleichartig,  nur  dorsoventral 
beweglich  und  konnten  weder  über  das 
Abdomen  zurückgelegt  noch  gefaltet  werden. 
Ihr  Geäder  entspricht  fast  genau  dem  auf  ] 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


lassen  sich  bereits  zahlreiche  Familien  unter- 
scheiden. 

Neben  diesen  auf  tiefster  Stufe  stehenden 
finden  sich  aber  bald  auch  etwas  höher 
spezialisierte  Typen,  welche  teils  als  ohne 
Nachkommen  erloschene  Seitenzweige  der 
Paläodictyopteren  (Mixotermitoidea, 

Reculoidea,  Sypharopteroidea),  teils 
aber  wohl  als  Uebergangsglieder  zu  den 
noch  heute  lebenden  Gruppen  zu  betrachten 
sind.  Verfasser  unterscheidet  von  solchen 
,,Uebergangsordnungen" : 

Protorthoptera,  welche  sowohl  im  Bau 
des  Körpers  als  der  Flügel  und  Beine  gewisse 
Anklänge  an  die  Locustidenreihe  der  Or- 
thopteren erkennen  lassen,  dabei,  aber  in 
manchen  Punkten  noch  ursprüngliche  Cha- 
raktere beibehalten  haben.  Stridulations- 
organe  waren  noch  nicht  vorhanden,  dagegen 
bei  einigen  Formen  schon  gut  entwickelte 
Sprungbeine;  die  Flügel  in  der  Ruhe  zurück- 
gelegt, die  hinteren  mit  vergrößertem  ge- 
falteten Analfelde. 

]       Protoblattoidea.    Oft  schwer  von  ge- 

33 


514 


Insekten  (Paläontologie) 


wissen    Protorthopteren    zu    unterscheiden, 
aber  der  Masse  nach  sich  dem  Körperbaue 


Fig.    2.    Oedischia     Williamsoni     Brongn. 
(Protorthop tera).      Oberkarbon    Coramentr5^ 
3/4.    Rekonstruiert  nach  Handlirsch. 

der  Blattoiden  und  Mantoiden  Ucähernd.    Die 
Flügel  sind  jedoch  noch  viel  ursprünglicher 
als  bei  diesen  modernen  Ordnungen  und  er- 
innern   manch- 
mal lebhaft  an 
das     ursprüng- 
.><^"*>>-  \     /  liehe     Schema. 

Bei      mehreren 
Formen  sind  die 

Vorderglied- 
niaßen  bereits 
vergrößert  und 
offenbar  primi- 
tive Raubbeine. 
Einzelne  For- 
men zeigen  noch 
vorragende  Le- 
gescheiden ($). 
Bemerkenswert 
ist  auch  das  Vor- 
kommen einer 
an  Termiten 
undColeopteron 
erinnerndenRe- 
duktion  des 
Analfeldes    der 

Vorderflügel. 
Hinterflügel  mit 
Analfächer. 

Protephe- 
m  e  r  0  i  d  e  a. 
Nochsehrpaläo- 
dictyopteren- 

■r,-    Q     7,.    •  1  •  1  ähnlicli,       mit 

Flg.  d.    Lpideigma  elegans  ,      ■        '1 

Handl.   (Protoblattoidea).  horizontal   aus- 

überkarbon,  Mazon  Cr.    x  2.  gebreiteten  ho- 

Rekonstruiert    nach     Hand-  monomen    Flü- 

lirsch.  geln  und  langen 


Cercis.  Das  Auftreten  von  sog.  „Schalt- 
sektoren" in  dem  Flügelgeäder  leitet  zu  den 
Plectopteren  (Kphemeroiden)  hinüber. 

Protodonata.  Zeigen  habituell  schon 
recht  große  Achnlichkeit  mit  echten  Libellen 
(Odonaten),  entbehren  aber  noch  die  für 
diese  so  charakteristischen  Spezialisierungen 
des  Flügelgeäders  (Flügelmal,  Kreuzung  der 
Madialader  mit  dem  Sektor  radii,  Dreieck 
usw.).  Die  Flügel  waren  horizontal  aus- 
gebreitet, fast  gleich,  nur  die  hinteren  im 
Basalteile  etwas  verbreitert.  Jedenfalls 
grimmige  Räuber  mit  amphibiotischer  Le- 
bensweise. Meganeura  Monyi  Brongn.  aus 
Commentry  ist  das  größte  bisher  bekannte 
Insekt  2nit  einer  Spannweite  von  über  70  cm! 

M  e  g  a  s  e  c  0  p  t  e  r  a.  Charakteristisch  durch 
die  homonomen,  noch  horizontal  ausgebrei- 
teten, aber  spezialisierten  Flügel,  deren 
Längs-  und  Queradern  auf  eine  bestimmte 
Zahl  reduziert  sind.  Cerci  genähert  und  lang. 
Beine  homonom.  Diese  Gruppe  bildet  höchst- 
wahrscheinlich den  Ausgangspunkt  für  die 
Reihe  der  mit  Panorpaten  verwandten 
Ordnungen. 

Protohemiptera.  Auffallend  einerseits 
durch  die  noch  sehr  an  Paläodictyopteren 
erinnernden  fast  homonomen  Flügel,  welche 
noch  der  für  echte  Hemipteroiden  cha- 
rakteristischen Bildungen  entbehren,  anderer- 
seits durch  hochspezialisierte  saugende  Mund- 
teile, welche  sich  von  dem  bekannten  He- 
mipterenschnabel  nur  dadurch  unterscheiden, 
daß  die  beiden  Hälften  der  Unterlippe  noch 
getrennt  sind.  Hierher  der  berühmte  Eu- 
gereon  Böckingi  Dolirn  aus  dem  Rotliegenden 
von  Birkenfeld.  Aus  Protohemipteren  leiten 
sich    jedenfalls  die  in  bezug  auf  Flügelbau 


K 


Fig.  4.  Eugereon  Böckingi  ])(iiiiii  \ 
heraipteren).  Rotliegendes,  Birkent'eld. 
ginalaufnahme  von  Plandlirsch. 


l'roto- 
/  .  Ori- 


Insekten  (Paläontologie) 


515 


schon  mit  echten  Hemipteroiden  überein- 
stimmenden Paläohemiptera  ab.  Sie  ver- 
binden die  heute  schal  getrennten  Homo- 
pteren  und  Hemipteren. 

Hadentomoidea  und  Hapalopteroi- 
dea  sind  noch  etwas  zweifelhafte  Gruppen, 
welche  aber  möglicherweise  mit  Embioiden 
bezw.  Perlarien  in  Beziehung  stehen  können. 
Außer  diesen  jetzt  nicht  mehr  lebenden 
Ordnungen  kommen  im  Paläozoikum  je- 
doch auch  bereits  einige  vor,  die  sich  bis 
heute  erhalten   haben,   und   zwar  in   erster 


Fig.  5,  6,  7,  8.  Vorderflügel  einer  Archimy- 
lacride  (5),  Mylacride  (6),  Spiloblattinide 
(7)  und  Mesoblattinide  (8)  (schematisch. 
Original).  Sc  =  subcosta,  R  =  radius,  Rs  =  sector 
radii,  M  =  medialis,  Cu=^cubitus,  A=ana]is. 


Linie  Blattoidea,  welche  als  die  häufigsten 
paläozoischen  Insekten  von  hervorragender 
Bedeutung  für  die  Geologie  sind.  Von  den 
Familien  dieser  Ordnung  sind  die  Archimy- 
lacridae  zugleich  die  ältesten  und  ursprüng- 
lichsten, denn  sie  erinnern  noch  sehr  an 
gewisse  Protoblattoiden,  bezw.  Paläodicty- 
opteren.  Sie  sind  an  der  langen  gut  er- 
haltenen Subcosta  der  Vorderflüi^el  mit  ihren 


kammstrahlenartig  angeordneten  Aesten  und 
an  den  nicht  fensterartig  erweiterten  Zwischen- 
räumen der  Hauptadern  von  den  höher 
spezialisierten  Familien  zu  imterscheiden. 
Unter  diesen  letzteren  zeichnen  sich  die 
Mylacridae  dadurch  aus,  daß  die  Aeste 
der  Subcosta  fast  alle  strahlenförmig  aus  der 
Flügelwurzel  entspringen.  Die  Spilo- 
blattinidae,  welche  noch  eine  ähnliche 
Subcosta  wie  die  Stammgruppe  besitzen, 
sind  leicht  an  den  fensterartigen,  zwischen 
den  Hauptadern  liegenden  Feldern  zu  er- 
kennen, die  Poroblattinidae  und  Meso- 
blattinidae  an  der  stark  reduzierten  Sub- 
costa, deren  Aeste  fast  verschwunden  sind. 

In  der  Permformation  finden  sich  außer- 
dem bereits  Vertreter  der  Man  toi  den, 
Perlarien,  Plectopteren  oder  Ephe- 
meroiden  und  es  verschwinden  dafür  die 
Paläodicty  opferen. 

3.  Die  mesozoische  Insektenfauna. 
Der  Unterschied  von  der  paläozoischen 
Fauna  ist  ein  gewaltiger  und  besteht  in  erster 
Linie  in  dem  bereits  vollständigen  Fehlen 
der  Paläodictyopteren  und  in  dem  raschen 
Erlöschen  der  sogenannten  Uebergangsord- 
nungen, welche  alle  nunmehrdurch  die  ausihnen 
hervorgegangenen  noch  heute  lebenden  soge- 
nannten,,modernen"Typen  verdrängt  wurden. 
Unter  diesen  letzteren  treten  sofort  auch  holo- 
metabole  Elemente  auf.  Die  Physiognomik 
der  Fauna  wechselt  in  den  einzelnen  erd- 
geschichtlichen Phasen  ganz  bedeutend.  Bis 
zum  Lias  tritt,  wenigstens  in  unseren  Breiten, 
ein  auffallendes  Zurückgehen  der  Größe  ein, 
so  daß  man  von  einem  im  Vergleiche  mit  der 
paläozoischen  Fauna  kümmerlichen  Aus- 
sehen sprechen  kann.  Dann  nimmt  die  Größe 
der  Formen  wieder  zu,  so  daß  im  Malm  in 
unseren  Gegenden  wieder  Formen  zu  finden 
sind,  welche  mit  den  heute  in  den  üppigsten 
Tropen  lebenden  rivalisieren  können.  Wenn 
auch  weitaus  die  meisten  mesozoischen 
Insekten  der  ,, Ordnung"  nach  mit  den  heute 
lebenden  übereinstimmen,  so  sind  doch  viel- 
fach von  den  modernen  noch  recht  ver- 
schiedene primitivere  FamiMen  vorhanden 
und  durchwegs  verschiedene  Genera. 

Aus  den  paläozoischen  Protorthopteren 
sind  die  echten  Ortho  ptera  hervorge- 
gangen. Sie  sind  vertreten  durch  zirpende 
Locustiden  (Laubheuschrecken)  und 
echte  Grylliden  (Grillen),  außerdem  aber 
auch  durch  zwei  heute  nicht  mehr  vor- 
kommende noch  „stumme"  Familien  Elca- 
nidae  (welche  Wassertreter  waren)  und 
Locustopsidae,  aus  welchen  vermutlich 
einerseits  die  als  Vorläufer  der  heutigen 
Phasmoiden  zu  betrachtenden,  nach  Art 
unserer  als  ,, Wasserläufer"  bekannten  He- 
mipteren auf  der  Oberfläche  des  Wassers 
lebenden  jurassischen  Chresmodidae  und 
andererseits  (vermutlich  erst  in  der  Kreide) 

33* 


516 


Insekten  (Paläontologie) 


die  Acridioidea  oder  Feldheuschrecken  her- 
vorgegangen sind.  Die  Protoblattoiden  sind 
verschwunden,    ebenso    die    ursprünglichen 


Fig.  9 


Elcana  $  (Elcanidae).  Kekonstruiert 
nach  Handlirsch.    x  2. 


Gruppen  der  Blattoidea,  einer  Ordnung, 
welche  im  ganzen  entschieden  im  Rückgange 
begriffen  ist.  Einige  Mantoidea  wurden 
nachgewiesen. 

Schon  in  der  Trias  treten  zahlreiche 
einfach  gebaute  Coleopteren  (Käfer)  (Ho- 
lometabola!)  auf,  welche  nicht  in  moderne 
Familien  passen.  Später  im  Jura  finden  sich 
jedoch  bereits  typische  Carabiden,  Ela- 
teriden,  Hydrophiliden  und  andere 
nicht  sehr  hoch  spezialisierte  Familien. 

Die  gleichfalls  liolometabolen  Hautflügler 
oder  Hymen optera  beginnen  im  Jura  mit 
den  holzwespenähnlichen  Pseudosiriciden, 
die  jedoch  sicher  nicht  als  die  Stammformen 


der  Gruppe  aufzufassen  sind,  obwohl  sie 
in  die  ursprünglichere  von  den  beiden  Unter- 
ordnungen (Symphyten)  gehören.  Höhere 
Hymenopteren  fehlen  noch  im  Jura. 

Perlarien  und  Ephemeroiden  sind 
vorhanden,  aber  nicht  reich  entwickelt, 
dagegen  folgt  bald  und  formenreich  auf 
die  in  der  Trias  erlöschenden  Protodonaten 
eine  die  beiden  heute  lebenden  Hauptgruppen 
der  echten  Odonaten  (Libellen)  verbindende, 
heute  nur  mehr  in  einem  einzigen  Relikte 
erhaltene  Gruppe  Anisozygoptera.  Aus  ihr 
entwickeln  sich  schon  im  Lias  echte  Gom- 
phiden  (Anisopteren)  und  auch  Zyg- 
opteren. 

Aus  noch  unbekannten,  von  Paläodicty- 
opteren  abzuleitenden  Zwischenformen  sind 
schon  in  der  Trias  die  holometabolen  amphi- 
biotischen  Megaloptera  (Sialidae  s.  1.)  und 
echte  Neuro ptera  hervorgegangen,  welch 
letztere  im  Jura  durch  einige  interessante 
ursprüngliche  Familien  vertreten  sind,  von 
denen  jene  der  Pr o he mero bilden  offenbar 
den  Ausgangspunkt  für  einige  andere  bildet, 
welche  ihrerseits  schon  gewisse  Anklänge  an 
moderne  Familien  erkennen  lassen  (Nym- 
phitidae,    Mesochrysopidae  usw.). 

Auffallend  reich  vertreten  ist  schon  im 
unteren  Jura  die  heute  äußerst  artenarme 
Ordnung  der  Panorpaten.  Aus  ursprüng- 
lichen Elementen  dieser  Ordnung  —  ver- 
mutlich  Ortho phlebiiden   —  lassen  sich 


Fig.   10.      Mesochrysopa   Zitteli   Meunier.   Fig.   11.     Limacodites   mesozoicus  Handl. 
Malm,  Solnhofen.   x  1.5  (Mesochrysopidae).    Re-   Malm,  Solnhofen  (Palaeontinidae).     x  1.5.    Re- 
konstruiert nach  Handlirsch.     Original.  konstruiert  nach  Handlirsch.    Original. 


Insekten  (Paläontologie) 


517 


die  gleichfalls  schon  so  früh  auftretenden 
Trichopteren  (Phryganoidea)  und  Di- 
pteren (Zweiflügler)  ableiten,  von  welch 
letzteren  im  Lias  fast  ausschließlich  die  tief- 
stehenden nematoceren  Orthorrhaphen 
durch  eine  Reihe  teils  erloschener,  teils  noch 
heute  lebender  Familien  vertreten  sind, 
denen  sich  dann  im  Mahn  einzelne  brachy- 
cere  Orthorrhapha  bei- 
gesellen, während  die  heute 
herrschende  Gruppe  der 
Cyclorrhaphen  vorläufig  iioeh 
fehlt. 

Der  mittlere  und  obere 
Jura  lieferte  einige  inter- 
essante Lepidopteren  aus  der 
erloschenen,  aber  mit  den 
nicht  honigsaugenden  Lima- 
codiden  verwandten  Familie 
derPalaeontinidae,  welche 
offenbar  schon  im  Lias  Vor- 
läufer hatten,  die  jedoch  noch 
nicht  sicher  festgestellt  sind. 

Homopteren  undHemi- 
pteren  hatten  sich  bereits 
im  Lias  scharf  getrennt. 
Erstere  sind  namentlich  durch 
Fulgoriden  vertreten,  neben 
welchen  jedoch  auch  den 
Cercopiden  und  Jassiden 
ähnliche  Elemente  auftreten. 
Die  Psylliden  und  vermut- 
lich x\phiden  erschienen 
schon  im  Jura,  in  der  Kreide 
auch  die  Singzikaden  (Cica- 
didae).  Von  Hemipteren 
scheinen  die  Familien  der 
Gymnoceraten  (Landwan- 
zen) später  fertig  geworden 
zu  sein  als  jene  der  Crypto- 
ce  raten  (Wasserwanzen), 
von  welch  letzteren  wir  be- 
reits die  großen  Belosto- 
miden,  Nepiden,  Nau- 
coriden,  Corixiden  und 
Notonectiden  im  Jura  er- 
kennen, während  die  gleich- 
zeitig lebenden  Vertreter  der 
ersteren  Hauptgruppe  fast 
durchwegs  in  eine  Reihe  er- 
loschener Familien  gehören. 

4.  Die  kainozoische  In- 
sektenfauna. Die  enorme 
Menge  der  aus  den  verschie- 
denen Gegenden  bekannt  ge- 
wordenen tertiären  In- 
sekten beweist  uns,  daß  die  Fauna  dieser 
Zeitperiode  vollkommen  den  Charakter  der 
jetzt  lebenden  trug.  Abgesehen  von  den 
parasitischen  und  daher  der  Erhaltung  und 
Beobachtung  sich  leicht  entziehenden  Mallo- 
phagen,  Pediculiden,  Hemimeriden  und 
mikroskopischen  Proturen  sind  alle  modernen 


Ordnungen  bereits  nachgewiesen.  Es  wurden 
I  neben  den  bereits  aus  dem  Mesozoikum 
;  bekannten  Gruppen  die  sicher  schon  längst 
i  vorhandenen  alten  Embioiden,  ferner  die 
i  vermutlich  erst  in  der  Kreide  entstandenen 

Acridioiden  oder  Feldheuschrecken,  die 
jDermapteren  oder  Ohrwürmer,  die  Phy- 

sopoden    oder   Thysanopteren,    die    Ter- 


Ordnungen 

0 

13 

Ä 

1 

0 

5 
0 

=3 

0 

0 

i' 

0 

ü 

QJ 
0 

:5 

5 

cu 
cn 

O- 

1 
CU 
Ol 
CD 
1J3 

Palaeodictyoptera 

Mixotermitoidea 

. 

1 

Reculoidea 



i         1 

Protorthoptera 

Orthoptera 

Phasmoidea 

Dermaptera 

DipioQlossatfl 

Thysanoptera 

-- 

-- 

... 

... 

i 

"- 

... 

— 

Protoblatioidea 

Blatioidea 

Mantoidea 

Jsoptera 

Corfodeniia 

Mallophaga 

Siphunculaia 

Coieopiera 

Hymenoptera 

- 

... 

j 

j 

... 

— 

.. 

... 

Hadeniomoidea 
Embioidea 

... 

- 

Sypharopieroidea 

Hapalopteroidea 
Perlaria 



_j 

Proiepherneroidea 
Pleciopiera 

... 

- 

-^r~ 

Prolodonaia 
Odonaia 

H 

\ 

Megalopiera 
Raphidoidea 
Neuroptera 

1 

— 1 

1 

-- 

.. 

... 
... 

-■ 

! 

... 

— 

Megasecoptera 

Panorpaiae 

Tnchoptera 

Lepidopiera 

Dipiera 

Sucioria 

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Protohemiptera 
Palaeohemiptera 
Heteroptera 
Homoptera 

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Thysanura 
Protura 

Campodeoidea 
Collembola 

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miten  oder  Isopteren,  die  Psociden  oder 
Corrodentien,  die  Flöhe  oder  Suctorien 
und  die  wohl  älteren  Apterygogenen  Thy- 
sanura, Campodeoidea  und  Collembola 
nachgewiesen.  Fremdartige  Familien  scheinen 
vollkommen  verschwunden  zu  sein  und 
von  den  modernen  Familien  sind  alle  heute 


518    Insekten  (Paläontologie)  —  Insektivoren  (Kamivoren.  Insekten-  od.  fleisclifr.  Pflanzen) 


auch  nur  lialbwegs  forinenreichen  bereits 
im  Tertiär  aufgefunden  worden,  so  daß 
man  ruhig  behaupten  kann,  die  Unterschiede 
zwisclien  dem  Tertiär  und  der  Gegenwart 
seien  vorwiegend  spezifischer  oder  höchstens 
generischer  Natur.  Sehr  verschieden  waren 
freilich  die  Zahlenverhältnisse  und  die  geo- 
graphische Vorbereitung,  denn  man  findet 
in  unseren  Breiten  und  noch  viel  weiter  im 
Norden  eine  Reihe  von  (Gattungen,  welche 
heute  nur  in  den  Tropen  oder  sogar  aus- 
schließlich auf  der  Südhemisphäre  leben. 
Daneben  freilich  auch  viele  solche, 
die  noch  heute  bei  uns  heimisch  sind.  Manche 
Genera  sind  in  bedeutender  Formenzahl 
vertreten  und  gelten  geradezu  als  Leit- 
fossilien, wie   z.  B.  die  Bibioniden  u.  a. 


Fig.  12.    Bibio  Stichcli  Handlirsch.    Miozän, 
Gotschee.  (Bibionidae)     Original  x  2.5. 

Erst  im  Quartär  oder  Pleistozän  beginnt 
auch  dieser  generische  imd  selbst  der  spe- 
zifische Unterschied  zu  schwinden,  die 
großen  geographischen  Differenzen  gleichen 
sich  aus  und  es  bleiben  fast  nur  mehr  kleine 
Detailunterschiede  übrig,  die  ich  als  Rassen- 
und  Lokalunterschiede  bezeichnen  möchte. 
Die  Tabelle  auf  S.  517  gibt  ein  Bild  der 
zeitlichen  Verteilung  und  Entwicke- 
lung  der  Insektenordnungen,  wobei  die 
Lücken  durch  punktierte  Linien  ange- 
deutet sind. 

Literatur.  G.  €.  Berendt,  Die  im  Bernstein 
befindlichen  organischen  Reste  der  Vorwelt. 
Berlin  1856.  —  P.  B.  Brodle  und  J.  O. 
Westxvood,  A  history  of  the  foss.  ins.  second. 
rocks  Engld.  London  1845.  —  Ch.  Brong- 
niart,  Recherches  pour  servir  a  rhistoirc  des 
Insectes  fossiles  des  temps  'primuires.  St.  Etienne 
1893. —  C.  T.  Brues,  The parasitic  Hymenoptera 
ojthe  tertiary  of  Florissant.  Bull.  ilus.C.Zool.  V.  54. 

.  1910.  —  J,  V.  Deichniüller,  Die  Insekten  aus 
dem  lithographischen  Schiefer.  Dresden  1886.  — 
C.  Ernery,  Le  Formiche  delV Ambra  Siciliana. 
Bologna  1891.  —  G.  Enderlein,  Die  fossilen 
C'opeognathen  und  ihre  Phylogenie.  Paläonto- 
graphie.  1911.  —  F.  E.  Geinitz,  Die  Flöts- 
formation Mecklenburgs.  1883.  —  C.  G.  Giebel, 
Die    Insekten    der    Vorivelt.     Leipzig    1856.    — 


A.  Handlirsch,  Die  fossilen  Insekten  und  die 
Phylogenie  der  rezenten  Formen.  Handbuch. 
Leijyzig  1906  bis  1908.  —  Derselbe,  Revision  of 
American  'p^^f^^ozoic  Inseets.  Pr.  C  S.  Nat. 
Mus.  V.  19.  1906.  —  Derselbe,  Die  Bedeutung 
der  fossilen  Insekten  für  die  Geologie.  Mitt. 
Geol.  Ges.  Wien  III.  1910.  —  Derselbe,  Einige 
interessante  Kapitel  der  Palaeo-Entomologie. 
Z.  B.  Ges.  Wien.  1910.  —  Derselbe,  Canadian 
fossil  Inseets.  Canada  Dept.  3Iines.  1910.  — 
O.  Heer,  Die  Insektenfauna  von  Oeningen  und 
Radoboj.  Neue  Denk  sehr.  Schw.  184?  bis  1853.  — 
A.  31.  Loninicki,  Pleistocen.skie  Owadyz  Borys- 
lawia.  3Ius.  Dzieduszyck.  IV.  1894.  —  E.  W. 
M,  Olfers ,  Die  Ur-Insekten  im  Bernstein. 
Sehr.  Königsberg  1907.  —  S.  H.  Scudder, 
A  classed  and  annoiated  Bibliography  of  fossil 
Inseets.     Btdl.  U.  S.   Geol.  Surv.  No.  69.    1890. 

—  Derselbe,  The  tertiary  Inseets  of  N.  Amer. 
Washington  1890.  —  Derselbe,  Inde.r  to  the 
known  fossil  Inseets  of  the  world.  Bull.  U.  S. 
Geol.  Surv.  No.  71.  1891.  —  Derselbe,  Tertiary 
rhynchophor.  Coleopt.  of  U.  S.     Washington  189.1. 

—  1{,  Shelford,  On  a  collection  of  Blatlidoe 
in  Amber.  Journ.  Linn.  Soc.  London  1910.  — 
G.  Ulmer,  Die  Trichopteren  des  baltischen 
Bernsteins.    Sehr.    Königsberg  1912. 

Außerdem  zahlreiche,  in  neuer  Zeit  erschienene, 
kleinere  Arbeiten  von  Bode,  Brues,  Burr, 
Bolton,  Cockerell,  Dampf,  Enderlein, 
Fric,  Hagedorn,  Handlirsch,  Hörn, 
Klebs,  Leriche,  Melander,  Meunier,  Mtitt- 
Teoivsky,  Paoli,  Fax,  Peyerimhoff,  Pru- 
vost,  Reis,  Bis,  Rohicer,  Schlechtendal, 
Sellards,  Shelford,  Speise)',  Wicicham 
und  anderen.  Die  älteren  Publikationen  sind 
aus  Scudders  Bibliographie  und  Handlirschs 
Handbiich  zu  entnehmen. 

A.  Handlirsch. 


Insektivoren. 

Kamivoren.     Insekten-  oder  fleisch- 
fressende Pflanzen. 

1.  Einleitung.  2.  Ursache  und  Sinn  der 
Insektivorie.  3.  Uebersicht  der  insektivoren 
Pflanzen  nach  ihrer  Organisationshöhe.  4.  Ein- 
richtungen zum  Fangen  und  Verdauen  der  Beute. 
5.  Gegenanpassungen  von  Tieren.  6.  Zweifel- 
hafte Fälle  von  Karnivorie. 

I.  Einleitung.  Daß  es  Pflanzen  gibt, 
welche  Insekten  fangen,  töten  und  verdauen 
können,  ist  zuerst  im  Jahre  1769  von  dem 
Engländer  John  Ellis  erkannt  und  in 
einem  Brief  an  Linne  mitgeteilt  worden, 
rmd  zwar  bezog  sich  diese  erste  Beob- 
achtung auf  Dionaea  muscipula.  Im 
Jahre  1782  hat  dann  der  Bremer  vVi'zt 
Roth  die  Karnivorie  bei  den  beiden  ein- 
heimischen Sonnen  tau  arten  (Drosera) 
nachgewiesen.  Alle  diese  und  ähnliche 
Beobachtungen,  wie  namentlich  die  viel 
gründlicheren  Untersuchungen  von  Ch.  Dar- 


Insektivoren  (Karnivoren.  Insekten-  oder  fleischfressende  Pflanzen) 


519 


win  (Insectivorous  plants  1874)  fanden 
aber  lange  Zeit  nicht  die  ihnen  gebührende 
Beachtung,  weil  die  Vorstellung  von  „fleisch- 
fressenden Pflanzen"  nicht  in  den  Rahmen 
der  damals  herrschenden  Ideen  paßte.  So 
bezeichnete  Regel  noch  vor  wenigen  Jahr- 
zehnten alle  Angaben  über  insektenfressende 
Pflanzen  geradezu  als  wissenschaftlichen 
Plunder.  Man  sah  keinen  Grund  ein,  warum 
gewisse  Pflanzen  von  der  normalen  Er- 
nährungsweise so  weit  abweichen  sollten, 
■daß  sie,  statt  wie  andere  grüne  Pflanze 
Eiweißstoffe  selbst  zu  bilden,  solche  in 
fertigem  Zustand  aus  dem  tierischen  Körper 
aufnehmen,  und  hielt  daher  alle  Angaben 
über  fleischfressende  Pflanzen  für  Hirn- 
gespinste sensationssüchtiger  Naturforscher, 
um  so  mehr  als  es  ja  damals  als  feststehend 
galt,  daß  den  Pflanzen  die  Fähigkeit  der 
Empfindung  abgehe,  während  nach  den 
Beobachtungen  an  Drosera,  Dionaea  u.  a. 
gerade  diesen  Pflanzen  Sinneskräfte  in  hohem 
Maße  zukämen. 

Der  direkte  Beweis  dafür,  daß  tatsächlich 
Drosera  und  andere  ,, fleischfressende  Pflanzen" 
Bestandteile  der  Beute  ihrem  Körper  einverlei- 
ben, ergibt  sich  aus  der  Beobachtung,  daß  in 
den  —  angeblich  —  der  Verdauung  dienenden 
Drüsen  Veränderungen  des  Zellinhalts  eintreten, 
welche  sich  im  Auftreten  von  Fettkugeln,  in 
Trübungen  und  Zusamraenballungen  des  plasma- 
tischen Wandbeleges  äußern.  Darwin  hat 
•diese  Veränderungen  des  Zellinhalts  zuerst  er- 
kannt und  sie  als  ,, Aggregation"  bezeichnet 
und  eingehend  beschrieben. 

2.  Ursache  und  Sinn  der  Insektivorie. 
Mit  dem  besseren  Einblick  in  die  Ernährungs- 
vorgänge bei  grünen  und  nichtgrünen  Pflan- 
zen verlor  die  Vorstellung  von  der  Aufnahme 
fertig  gebildeter  Eiweißstoffe  durch  Ver- 
dauung gefangener  Tierkörper  viel  von 
ihrer  Unwahrscheinlichkeit  und  als  man 
ferner  erkannte,  daß  zum  Aufbau  von 
Eiweißsubstanzen  gewisse  anorganische  Stoffe 
wie  Phosphor,  Stickstoff,  Schwefel  u.  a., 
die  alle  unter  normalen  Verhältnissen  aus 
dem  Boden  aufgenommen  werden,  not- 
wendig sind,  da  gewann  die  Erfahrung, 
daß  die  meisten  Karnivoren  ihren  natür- 
lichen Standort  auf  nährsalzarmem  Boden 
(Moor)  haben,  eine  höhere  Bedeutung. 

Unere    bekannteste  insektivore   Pflanze, 
der    Sonnentau   (Drosera  rotundifolia 
und  Drosera  longifolia)  ist  ein  Bewohner  ; 
der  Hochmoore  und  diese  sind  bekannt  als 
überaus  arm  an  Nährsalzen.    Der  Sonnentau 
hat    sich    diesem    nährsalzarmen    Standort 
derart  eng  angepaßt,  daß  er  in  Kultur  nur 
dann   gut   gedeiht,    wenn   die    Pflanze   mit  i 
destilliertem    oder    wenigstens    sehr    salz- 
armem Wasser  begossen  wird.    Andererseits 
ist  die  auf  (weniger  nährsalzarmen)  Nieder- 
mooren wachsende  Pinguicula  (Fettkraut)  j 
weit   weniger   empfindlich   gegen    Leitungs- 


(oder  Quell-)  wasser  und  damit  steht  in  Ein- 
klang, daß  die  Fangeinrichtungen  dieser 
letzteren  Pflanze  viel  weniger  wirksam  sind 
als  diejenigen  des  Sonnentaus. 

Auch  andere  karnivore  Pflanzen  können 
als  Bewohner  nährsalzarmer  Böden  gelten, 
so  die  auf  den  Hochmooren  von  Massa- 
chussets  wachsenden  großen  Droseren, 
sowie  Sarracenia  purpurea  und  XJtri- 
cularia  cornuta,  ferner  in  Florida  Pingui- 
cula lutea,  Pinguicula  elatior,  Pingui- 
jcula  pumila,  Sarracenia  variolaris 
u.  a.  (Schimper). 

Außerhalb  von  Mooren  finden  sich  In- 
sektivoren sehr  gern  auf  sterilen  Sandböden, 
so  (nach  Schimper) Utricularia  subulata 
als  einziger  Besiedler  dürrer  Sandflächen, 
gleichfalls  in  Florida,  Bemerkenswert  ist 
ferner  das  Auftreten  von  Utricularien 
auf  bemoosten  Baumrinden  sowie  in  den 
Cisternen  epiphytischer  Bromeliaceen  (in 
Brasilien),  in  welchen  gewiß  kein  Ueberfluß 
an  Nährsalzen  herrscht,  indem  diese  Wasser- 
ansammlungen ja  nur  durch  Niederschläge 
(Tau,  Regen)  gespeist  werden.  All  dies 
scheint  darauf  hinzuweisen,  daß  die  Karni- 
vorie  als  eine  Anpassung  an  nährsalzarmes 
Substrat  anzusehen  ist.  Was  diesen  Pflanzen 
der  Boden  versagt,  das  verschaffen  sie  sich 
auf  einem  anderen  Wege,  nämlich  durch 
Verarbeitung  von  tierischen  Körpern,  die 
sie  allerdings  erst  fangen,  töten  und  auflösen 
müssen.  Diese  absonderliche  Ernährungs- 
weise hat  den  weiteren  Vorteil,  daß  die 
Eiweißstoffe  nicht  erst  aus  Kohlehydraten 
und  anorganischen  Salzen  aufgebaut  werden 
müssen,  sondern  fertig  vorliegen  und  gleich 
verarbeitet  werden  können.  Die  Karnivorie 
kann  also  dem  Parasitismus  (und  zwar  dem 
Holoparasitismus)  an  die  Seite  gestellt 
werden,  (z.  B.  Orobanche,  Cuscuta). 
insofern  als  fertig  gebildete  organische 
Verbindungen  aufgenommen  werden.  Hand 
in  Hand  damit  geht  bei  manchen  karni- 
voren Pflanzen  eine  mehr  oder  weniger 
weitgehende  Reduktion  des  Wurzelsystems 
(z.B.  Genlisea, Drosera).  Wenn  wir  sehen, 
daß  es  gewisse  Insektivoren  gibt,  die  für 
gewöhnlich  auf  nährsalzreichem  Boden  wach- 
sen, wie  z.  B.  manche  Nepenthes arten,  so 
ist  dies  kein  Beweis  gegen  die  Richtigkeit 
der  oben  dargelegten  Auffassung.  Denn  es 
ist  erwiesen,  daß  einige  dieser  anspruchs- 
volleren Fleischfresser  eben  vermöge  ihrer 
Karnivorie  imstande  sind,  auch  auf  sehr 
sterilem  Boden  zu  wachsen,  z.  B.  N.  me- 
lamphora  auf  den  vollkommen  unfrucht- 
baren Gerollen  des  Vulkans  Goentoer  in 
Java.  Immerhin  können  solche  Erwägungen 
nicht  als  entscheidend  angesehen  werden  für 
die  Frage,  welchen  Sinn  die  Karnivorie 
hat.  Volle  Gewißheit  konnte  in  dieser  Hin- 
sicht nur  das  Experiment  geben. 


520 


Insektivoren  (Kamivoren.  Insekten-  oder  fleischfressende  Pflanzen) 


Nach  von  Büsgen  angestellten  Ver- 
suchen gedeiht  Utricularia  bei  reichlicher 
Fütterung  mit  Flohkrebsen  viel  besser  als 
ohne  solche.  Im  letzteren  Fall  wurden 
deutliche  Symptome  von  Hunger  beobachtet, 
z.  B.  verfrühte  Bildung  der  Winterknospen 
(Hibernakeln),  wie  sie  auch  bei  anderen 
schlecht  ernährten  Wasserpflanzen,  z.  B. 
Myriophyllum,  vorkommt.  Bei  Drosera 
fand  Büsgen  einen  beträchtlichen  Unter- 
schied hinsichtlich  des  Trockengewichts  der 
Fruchtkapseln.  Gefütterte  standen  zu  nicht- 
gefütterten im  Verhältnis  3:1  oder  sogar  5:1. 

Noch  eine  andere  Erfahrung  spricht 
dafür,  daß  erschwerte  Nährsalzgewinnung 
den  Anlaß  gab  zur  Karnivorie.  Nach  den 
Untersuchungen  von  Stahl  ist  der  Sinn 
der  Wurzelverpilzung  (Mycorrhizabildung) 
höchstwahrscheinlich  in  einer  ^Erleichterung 
der  Nährsalzgewinnung  zu  suchen,  d.  h. 
die  mit  den  Wurzeln  in  Symbiose  lebenden 
Pilze  vermittehi  die  Aufnahme  der  oft 
schwer  zugänglichen  Salze.  Es  ist  nun  auf- 
fallend, daß  sich  Mycotrophie  und  Karnivorie 
gegenseitig  ausschließen  (d.  h.  karnivore 
Pflanzen  entbehren  der  Wurzelverpilzung), 
trotzdem  daß  ja  gerade  moorbewohnende 
Pflanzen  sonst  zur  Mycorrhizabildung  neigen, 
vermutlich  weil  beide  (Mycorrhiza  und  Kar- 
nivorie) dem  gleichen  Zweck  dienen. 

Mit  den  bisherigen  Ausführungen,  die  sich 
dahin  zusammenfassen  lassen,  daß  die  Karni- 
vorie im  Dienst  der  Nährsalzgewinnung  steht, 
läßt  sich  nun  schwer  in  Einklang  bringen, 
daß  der  Erfolg,  d.  h.  die  Größe  der  Beute, 
oft  in  keinem  Verhältnis  steht  zur  Voll- 
kommenheit des  Fangapparates. 

Man  sah  sich  deshalb  auch  geneigt,  in 
der  Karnivorie  eine  Art  ,, Luxusanpassung" 
zu  erblicken,  vermöge  deren  sich  einzelne 
Pflanzen  in  den  Stand  setzen,  viel  größere 
Mengen  von  Eiweißstoffen  aufzunehmen  als 
zu  ihrem  Gedeihen  unbedingt  nötig  ist, 
mit  anderen  Worten  die  Karnivorie  wäre  in 
diesem  Fall  nicht  eine  eiserne  Notwendigkeit, 
sondern  nur  eine  Annehmlichkeit,  die  auch 
entbehrt  werden  kann.  In  der  Tat  muß  es 
auffallen,  wie  gering  zuweilen  die  Beute 
der  Nepenthes  sein  kann,  trotzdem,  daß 
der  Fangapparat  dieser  Pflanzen  überaus 
hoch  organisiert  ist,  und  wie  wenig  sich 
andererseits  der  Mißerfolg  des  Tierfangs 
in  der  äußeren  Entwickelung  der  Pflanze 
ausspricht. 

3.  Uebersicht  der  insektivoren  Pflanzen 
nach  ihrer  Organisationshöhe.  Wie  immer, 
wenn  der  pflanzliche  Organismus  die  Tier- 
welt zu  meistern  sucht,  schwingt  sich  der 
erstere  zu  außerordentlichen,  dem  Wesen 
der  Pflanze  fremden  Leistungen  auf.  Die 
Einrichtungen  der  Pollenübertragung  durch 
Insekten,  welche  gleichfalls  darauf  abzielen, 
Tiere  in  den  Dienst  der  Pflanze  zu  stellen, 


erinnern  in  vielen  Hinsichten  an  die  Fang- 
apparate der  Karnivoren,  indem  hier  wie 
dort  von  seiten  der  Pflanze  den  Anlagen  und 
Neigungen  der  anzulockenden  Tiere  in  überaus 
sinnreicher  Weise  Rechnung  getragen  wird. 

So  wird  die  Gewohnheit  vieler  Dipteren 
(Fliegen)  sich  auf  langen  stab-  oder  faden- 
ähnlichen Gebilden  (Fliegenfänger)  nieder- 
zulassen oder  windstille  Hohlräume  auf- 
zusuchen, sowohl  von  Karnivoren  (Droso- 
phyllum,  Nepenthes  u.  a.),  wie  von 
entomophilen  Blüten  (Aristolochia  ma- 
crura,  Ar  um  arten)  mit  gutem  Erfolg 
ausgenützt,  und  die  Vorliebe  vieler  Insekten 
für  leuchtende  Farben  (namentlich  rot) 
kommt  ebensowohl  im  Schauapparat  der 
Blüten  wie  in  den  auffallend  gefärbten 
Kannen  von  Nepenthes,  Cephalotus^ 
Sarracenia  u.  a.  zum  Ausdruck.  Immerhin 
bestehen  zwischen  den  einzelnen  Gruppen 
von  Karnivoren,  je  nach  der  Vollkommenheit 
und  Wirksamkeit  des  Fangapparates  be- 
deutende Unterschiede. 

Nach  den  Mitteln,  deren  sich  die  Pflanzen 
bedienen,  um  sich  ihrer  Beute  zu  versichern, 
können  wir  die  Insektivoren  in  folgende 
Gruppen  zusammenfassen: 

a)  solche,  bei  welchen  ausgeschiedener 
Schleim  die  Beute  festhält:  Pinguicula, 
Drosophyllum,  Byblis;  (durch  die 
schwaclie  Einrollung  des  Blattrandes,  welche 
Pinguicula  im  gereizten  Zustand  erfährt, 
nähert  sich  diese  Gattung  den  Tj^pen  b  und  .c; 

b)  solche,  deren  Fangapparate  nach  dem 
Prinzip  der  Mäusefallen  oder  Wolfsgruben 
eingerichtet  sind:  Utricularia,  Genlisea, 
Cephalotus,  Sarracenia,  Nepenthes; 

c)  solche,  bei  welchen  durch  das  anfliegende 
oder  ankriechende  Tier  Reizbewegungen 
ausgelöst  werden,  bei  welchen  also  von 
Seiten  der  Pflanze  eine  mehr  oder  weniger 
bedeutende  mechanische  Kraft  ausgeübt 
wird,  um  die  Beute  festzuhalten:  Drosera, 
Dionaea,  Aldrovandia. 

Allerdings  muß  betont  werden,  daß  mit 
der  Vollkommenheit  des  Fangapparates  nicht 
immer  die  größte  Leistungsfähigkeit  hin- 
sichtlich der  Verdauungsarbeit  Hand  in 
Hand  geht.  So  kann  die  Gattung  Droso- 
phyllum, deren  Fangeinrichtungen  verhält- 
nismäßig einfach  sind,  als  überaus  gefräßig, 
fast  unersättlich,  bezeichnet  werden,  während 
die  mit  äußerst  empfindhchen  und  sinn- 
reichen Fangapparaten  ausgestatteten 
Aldrovandia-  und  Dionaeaarten  sehr 
leicht  zu  befriedigen  sind,  und  bei  einiger- 
maßen reichlicher  Fleischkost  geradezu  an 
Ueberfütterung  leiden. 

Auch  hier  stehen  also  aufgewandte  Mühe 
und  Erfolg  in  keinem  Verhältnis  zueinander. 
Man  könnte  wohl  geneigt  sein,  hieraus  den 
Schluß  zu  ziehen,  daß  die  Feinheit  der  Organi- 
sation niclit  immer  einen  Maßstab  darstellt 


Insektivoren  (Karnivoren.  Insekten-  oder  fleischfressende  Pflanzen) 


521 


für  das  tatsächliche  Bedürfnis  dessen,  was 
angestrebt  wird. 

4.  Einrichtungen  zum  Fangen  und 
Verdauen  der  Beute.  Pinguicula.  Hierher 
Pinguicula  vulgaris,  eine  der  gemeinsten 
Karnivoren  unserer  mitteleuropäischen  Flora 
(Niedermooi pflanze),  sowie  die  ihr  nahe- 
stehende (weißblütige)  Pinguicula  alpina, 
außerdem  zahlreiche  andere,  im  ganzen  ca.  30 
Arten,  der  nördlichen  gemäßigten  Zone  der 
alten  und  neuen  Welt.  Die  Blätter  der 
Pinguiculaarten  liegen  dem  Boden  fest  an, 
sind  ungeteilt  und  mit  einer  großen  Anzahl 
von  Fang-  und  Digestionsdrüsen  von  ziem- 
lich einfachem  Bau  besetzt;  erstere  sind 
gestielt,  letztere  sitzend  (Fig.  1).    Der  Blatt- 


Fig.   1.      Gestielte   und  ungestielte  Drüsen  am 

Blattquerschnitt    von    Pinguicula    vulgaris. 

Xach  Fenner. 


rand  hat  die  Fähigkeit  sich  einzurollen  und 
so  die  Wirkung  der  Drüsen  zu  verstärken. 
Die  Anlockung  der  Insekten  geschieht  einzig 
und  allein  durch  die  hellgrüne  bis  wachsgelbe 
Farbe  der  Blätter.  Der  ganze  x\pparat  ist 
den  Unbilden  der  Witterung  ausgesetzt  und 
charakterisiert  sich  dadurch  als  auf  einer 
niedrigen  Stufe  stehend.  So  entspricht  auch 
der  Erfolg  dieser  wenig  vollkommenen  Ein- 
richtung, indem  nur  kleine,  schwache  In- 
sekten festgehalten  werden.  Die  Wirkung 
der  Fangdrüsen  ist  folgende:  die  ausgeschiede- 
dene  schleimige  Substanz  hindert  ankrie- 
chende kleine  Insekten  in  der  freien  Bewegung. 
Je  mehr  diese  sich  wehren,  um  so  lebhafter 
ist  die  Schleimsekretion.  Gleichzeitig  rollt 
sich  der  Blattrand  ein  und  der  über  das 
Opfer  sich  ergießende  Schleim  verstopft  die 
Tracheen  und  bewirkt  so  den  Erstickungstod. 
Merkwürdig  ist,  daß  auch  leblose  Körper 
— ■  Sandkörner  —  das  Zeichen  zu  einer  be- 
ginnenden Einrollung  geben  können.  Offen- 
bar ist  es  ein  Berührungsreiz,  welcher,  nach 
dem  Blattgewebe  weiter  geleitet,  diese  Be- 
wegung auslöst.  AUein  die  Pflanze  merkt 
bald  die  Täuschung;  zur  vollen  Einrollung 
bedarf  es  noch  eines  weiteren  Reizes,  nämlich 
des  chemischen,  und  dieser  wird  von  den 
Digestionsdrüsen  aufgenommen  und  weiter 
geleitet.  Nun  weiß  die  Pflanze,  daß  etwas 
Eßbares  da  ist  und  stürzt  sich  mit  allen  ihr 
zur   Verfügung   stehenden    Mitteln    auf   die 


Beute.  Im  anderen  Fall  —  beim  Ausbleiben 
des  chemischen  Reizes  erfolgt  bald  wieder 
Aufrollung  der  Blattfläche. 

Byblis.  Zwei  Arten  im  tropischen  und 
gemäßigten  Australien.  Die  bekannteste- 
ist  die  auch  in  Gewächshäusern  kultivierte^ 
Byblis  gigantea.  Die  systematische 
Stellung  der  Gattung  ist  unsicher  (Dro- 
seraceae,  Pittosporaceae  oder  Saxifraga- 
ceae?);  in  biologischer  Hinsicht  schließt 
sie  sich  jedenfalls  der  Gattung  Pinguicula 
an.  Die  Blätter  sind  10  bis  20  cm  lang,  linear^ 
dreikantig,  mit  kolbenförmig  angeschwolle- 
nem Ende.  Hier  befinden  sich  die  lang- 
gestielten Fangdrüsen.  In  viel  größerer 
Anzahl,  aber  fast  im  Niveau  der  Blattfläche 
und  in  Längsreihen  angeordnet  sitzen  da- 
zwischen (in  Rinnen)  die  ungestielten 
Verdauungsdrüsen.  Ein  anfliegendes  Tier 
bleibt  an  den  klebrigen  Tropfen  der  Fanghaare 
hängen,  biegt,  indem  es  loszukommen  sucht,, 
diese  um  und  kommt  nun  mit  den  sitzenden 
Drüsen  in  Berührung. 

Drosophyllum,  im  System  zu  den 
Droseraceen  gehörig,  schließt  sich  in  biolo- 
gischer Hinsicht  Pinguicula  und  Byblis 
an,  insofern  als  auch  hier  nur  der  Schleim 
der  Drüsenhaare  die  Festhaltung  der  er- 
beuteten Tiere  besorgt. 

Drosophyllum  —  eine  Art,  in  Portugal 
heimisch,  Drosophyllum  lusitanicum  — 
ist  streng  genommen  die  seit  längster  Zeit 
bekannte  karnivore  Pflanze.  Denn  die  Bauern 
in  Portugal  kultivieren  sie  seit  alten  Zeiten 
in  ihren  Wohnräumen  als  ,,Fliegenfänger'^ 
oder  hängen  ganze  Büschel  der  Pflanze  als 
,, Leimruten"  auf  und  zwar  mit  gutem  Erfolg, 
denn  Drosophyllum  ist  eine  der  leistungs- 
fähigsten Insektivoren  und  vermag  große 
Mengen  von  Insekten  zu  vertilgen,  trotz- 
dem daß  sie  sich,  wie  erwähnt,  sehr  einfacher 
Mittel  bedient. 

An  den  langen  stabförmigen  Blättern 
von  Drosophyllum  (Fig.  2)  befinden  sich 
zweierlei  Drüsen,  nämlich  gestielte,  den 
Tentakeln  von  Drosera  ähnlich,  aber  un- 
beweglich, und  ungestielte  von  ähnlichem 
Bau  (Fig.  3).  Die  gestielten  Drüsen  scheiden 
schon  im  ungereizten  Zustand  einen  zähen 
Schleim  aus,  an  welchem  hängenbleibende 
Insekten  sich  zu  Tode  zappeln.  Die  glitzern- 
den Schleimkugeln  mögen  dabei  auch  als 
Lockmittel  dienen.  Die  Ausscheidung  des 
verdauenden  Ferments  obliegt  den  unge- 
stielten Drüsen  und  zwar  werden  diese 
von  zwei  Seiten  her  zur  Ausscheidung  des 
Sekrets  angeregt.  Einerseits  pflanzt  sich  der 
Reiz  von  den  Fangdrüsen  durch  das  Blatt- 
gewebe zu  den  ungestielten  Drüsen  fort,, 
andererseits  verteilt  sich  die  von  den  Fang 
drüsen  ausgeschiedene  Ameisensäure  — - 
welche  gleichzeitig  konservierend  und  bak- 
terientötend wirkt  —  auf  das  erbeutete  Insekt 


522 


Insektivoren  (Kamivoren.  Insekten-  oder  fleischfressende  Pflanzen) 


und  von  hier  aus  auf  die  Enzymdrüsen  und 
reizt  die  letzteren  zur  Enzyniabsoiiderune;. 
An  der  Absorption  beteilij^en  sich  dann  beide 


Fig.  2.     Drosophyllum  lusitaniciim.     Nach 
Kerne  r. 


Driisenformen,  was  an  den  Zellinhaltände- 
Tungen  —  Aggregation  —  kenntlich  ist.  So 
ist  bei  Drosophyllum,  trotzdem  daß  ihr 
die  für  Drosera  charakteristische   Beweg- 


Fig.    3.      Querschnitt     durch 

ein  Blatt  von  D  r  o  s  o  p  li  y  11  u  m 

mit  gestielten  und  sitzenden 

Drüsen.     Nach  Fenner. 


lichkeit  der  Tentakeln  fehlt,  durch  ein  sinn- 
reiches Ineinandergreifen  verschiedener  Vor- 
gänge, eine  ausgiebige  Fleischernährung  mög- 
lich und  wie  gut  alles  funktioniert,  das  geht 
am  besten  daraus  hervor,  daß  selbst  bei 
weitgehendem  ,, Fleischverbrauch"  Ueber- 
fütterung  nur  selten  beobachtet  wird. 

Die  E.xaktheit  des  ganzen  Fang-  und  Ver- 
dauungsapparates ist  hauptsächlich  dadurch  be- 
gründet, daß  das  Leitungsgewebe  nicht  nur  die 
Wasserversorgung,  sondern  auch  die  Reizleitung 
besorgt;  so  kann  man  —  nach  Fenn  er  — 
beobachten,  daß  diese  Leitungszellen  die  sitzenden 
Drüsen  mit  den  gestielten  verbinden,  und  der 
Reiz,  der  von  einer  gestielten  Drüse  aufgenommen 
wurde,  kann  sofort  nach  den  ungestielten  weiter- 
geleitet werden,  die  dadurch  zu  lebhafterer  Aus- 
scheidung des  Verdauungsekrets  angeregt  werden. 
Aehnliche  Verhältnisse  treffen  wir  übrigens 
auch  bei  anderen  Insektivoren  (z.  B.  Byblis, 
Pinguicula  u.  a.)  an,  wo  eine  Arbeitsteilung  in 
der  Funktion  der  Drüsen  durchgeführt  ist. 

Ltricularia,  mit  ca.  250  Arten,  über 
die  ganze  Erde  verbreitet,  mit  Ausschluß 
<]er  Polarregion,  teils  schwimmende  (unter- 


getauchte) Wasserpflanzen,  teils  terrestrisch 
(auf  feuchter  Erde)  lebend,  einige  sogar 
epiphytisch  an  Baumriiulen  und  in  den 
Cisternen  epiphytischer  Bromeliaceen  (s.  c). 
Die  Blätter  sind  entweder  fadenförmig 
(wurzclartig  verzweigt)  oder  es  werden  —  bei 
den  landbewohnenden  Utricularien  — 
zweierlei  Blätter  ausgebildet,  nämlich  unter- 
getauchte fadenförmige  und  langgestielte 
kreisrunde  oder  spateiförmige  Luftblätter. 
Der  Mangel  einer  Wurzel  —  charakteristisch 
für  Utricularia  —  dürfte  eine  Eigentüm- 
licldvcit  sein,  welche  die  Utricularia  mit 
vielen  anderen  submersen  Pflanzen  teilt,  und 
weniger  mit  der  karnivoren  Ernährung 
(s.  0.)  in  Beziehung  zu  bringen  sein. 

Die  Gattung  hat  ihren  Namen  von  den 
an  den  untergetauchten  Blättern  sitzenden 
Utriculi  (Blasen),  welche  die  Fallen  dar- 
stellen (Fig.  4). 


Fig.  4.  U  t r i  c  u  1  a  r i  a  v  u  1  g  a  r i  s.  Bei  A  ein  Blatt- 
stück mit  mehreren  Blasen.  Vergr.  2.  Bei 
B  ein  Fiederteil  des  Blattes  mit  Blase.  Vergr.  6. 
Bei  C  eine  Blase  im  Längsschnitt.  Vergr.  etwa 
28.  V  Klappe,  a  Blasenwandung.  A,  B  nach 
Schenck,  C  nach  Goebel. 


Alan  hat  in  diesen  Schläuchen  nicht  von 
jeher  Fangapparate  gesehen,  sondern  hat  sie 
früher  für  Einrichtungen  gehalten,  welche  dazu 
dienen,  das  spezifische  Gewicht  der  Pflanze  be- 
liebig zu  erhöhen  bezw.  zu  erniediügen,  um  so 
verschiedene  Wassertiefen  einzunehmen.  Man 
glaubte  nämlich,  daß,  indem  sich  die  Blasen  mit 
einem  schweren  Schleim  füllen,  das  spezifische 
Gewicht  der  Pflanze  über  1  steigt  und  sie  zu 
Boden  sinkt,  wenn  sich  dagegen  die  Blasen  mit 
Luft  füllen,  der  Auftrieb  erhöht  werde  usw.  Dies 
ist  nicht  richtig,  wie  schon  Darwin  durch  Ver- 
suche —  Entfernung  der  Utriculi  —  nachgewiesen 
hat.    Uebrigens  besitzen  auch  die  landbewohnen- 


Insektivoren  (Karnivoren.  Insekten-  oder  fleischfressende  Pflanzen) 


523 


den  Utricularien  gleichgestaltete  Schläuche  wie 
die  im  Wasser  flottierenden  und  andererseits 
kommen  bei  gewissen  ausländischen  Utricularien 
(z.  B.  der  nordamerikanischen  Utricularia 
inflata)  richtige  Schwimmkörper  zur  Ausbil- 
dung, die  sich  aber  nicht  in  der  vegetativen 
Region  befinden,  sondern  an  der  Blütenstands- 
achse stehen  und  blasig  aufgetriebene  Achsen- 
teile darstellen. 

Bei  aller  Verschiedenheit  der  einzelnen 
Arten  je  nach  den  äußeren  Lebensbedin- 
gungen (Wasser,  feuchter  Boden  oder  Epi- 
phytencisternen)  herrscht  große  Ueberein- 
stimmung  im  Bau  der  Utriculi.  Die  Zugangs- 
öffnung wird  durcli  einen  nach  innen  klappen- 
den Deckel  abgeschlossen.  Kleine  Tiere 
(Krebse  u.  dgl.)  stoßen  gegen  die  Klappe, 
öffnen  sie  und  sind,  wenn  sich  letztere  selbst- 
tätig schließt,  gefangen.  Die  Anlockung  der 
Tiere  erfolgt  durch  Schleim,  wie  von  Biisgen 
tatsächlich  nachgewiesen  worden  ist,  sowie 
durch  etwas  beigemengten  Zucker  (Lützel- 
burg).  Ob  dies  aber  die  einzige  Bedeutung 
des  von  den  Blasen  ausgeschiedenen  Schleimes 
ist,  darf  bezweifelt  w^erden.  Denn  Schleim- 
ausscheidung  ist  ein  bei  allen  untergetaucht 
lebenden  Pflanzen  (sowie  bei  andauernd  be- 
netzten Pflanzenteilen)  häufiger  Vorgang. 
Möglicherweise  befördert  der  ausgeschiedene 
Schleim  nicht  nur  das  (gleitende)  Eindringen 
der  Tiere  in  die  Falle,  sondern  tut  auch  gute 
Dienste,  indem  er  die  Luftröhren  verstopft 
und  so  den  Tod  der  gefangenen  Tiere  herbei- 
führt. 

Eine  weitere  Einrichtung,  die  als  Lock- 
mittel dienen  mag,  finden  wnr  bei  der  tro- 
pischen Utricularia  Warburgi,  w^o  die 
Klappe  in  einen  Trichter  verlängert  ist  und 
so  als  Wegweiser  fungiert.  Bei  unserer 
Utricularia  vulgaris  markieren  nur  einige 
Borsten  den  Klappeneingang. 

Erwähnt  sei  noch,  daß  die  schon  genannten 
epiphytischen  Utricularien  sich  ihrem  leicht 
austrocknenden  Standort  (Zisternen)  in  sehr 
sinnreicher  Weise  anzupassen  vermochten,  in- 
dem sie  sich  teils  durch  wasserspeichernde 
Knöllchen  für  die  schlimmste  Zeit  verprovian- 
tieren, teils  mittels  Stolonen  aus  einer  Zisterne 
in  die  andere  hinüber  wachsen,  wobei  jeden- 
falls der  Feuchtigkeitsreiz  die  Wachstumsrich- 
tung angibt.  Der  Gattung  Utricularia 
schließt  sich  an  die  zur  gleichen  Familie 
gehörige  Gattung  Polyp ompholyx,  deren 
Heimat  Südwestaustralien  ist.  Die  kompli- 
ziertesten Einrichtungen  unter  allen  Utri- 
cularien finden  wir  bei  Genlisea  (10  Arten 
im  tropischen  Amerika  und  eine  in  Afrika), 
deren  bekannteste  die  brasilianische  Gen- 
lisea ornata  ist.  Wie  Utricularia  wurzel- 
los, besitzt  sie  zweierlei  Blätter:  spatei- 
förmige Luft-  bezw.  Assimilationsblätter  und 
insektenfangende  Schlauchblätter,  letztere 
in  sehr  beschränkter  Anzahl  (Fig.  5).  Die 
Schlauch blätter  sind  gegabelt  und  bestehen 


aus  einem  Fußstück,  einem  bauchartig 
erweiterten  Kessel,  dem  langen  Hals  und 
den  beiden  spiralig  gedrehten  Armen.     Das 


Fig.  5.  Genlisea  ornata,  junge  Pflanze,  etwa 
zweimal  vergrößert.  Von  der  dunkler  gehaltenen, 
unten  umgebogenen  Sproßachse  gehen  Laub- 
blätter und  teils  ausgewachsene,  teils  noch  junge 
(Sa  und  Sj)  Schlauchblätter  aus,  von  den  älteren 
sind  einzelne  Teile  abgerissen.     Nach  Goebel. 

Innere  des  Halses  ist  von  kranzförmig  ge 
stellten  nach  unten  gerichteten  Reußenhaaren 
ausgekleidet;  in  den  Armen  sind  diese  Haar- 
reihen zu  einer  zusammenhängenden  Spirale 
angeordnet.  Lockmittel  ist  auch  hier  Schleim, 
der  von  Drüsen  ausgeschieden  wird.  Die 
Schlauehblätter  dringen  in  den  Boden- 
schlamm  ein,  und  dienen  so  gleichzeitig  zur 
Verankerung  (Wurzeln  treten  nur  an  den 
Keimpflanzen  auf,  verkümmern  aber  bald), 
außerdem  stellen  die  Schlauchblätter  die 
Falle  dar  für  alle  jene  kleinen  Tiere,  die 
den  Schlamm  bevölkern.  Die  Eintritts- 
pforten sind  zahlreich,  nämlich  je  eine  an  der 
Spitze  der  Schläuche,  an  der  Gabelungsstelle, 
sowie  eine  große  Anzahl  längs  der  spiralig 
gedrehten  Spalte.  Bestimmte  Stellen  dieser 
Längsspalte  werden  durch  eingeklemmte 
keulig  angeschw^oUene  Zellen  — ■  man  nennt 
sie  Stützzellen  —  offengehalten  und  ge- 
währen so  den  Eintritt,  freilich  nur  sehr 
kleinen  Tieren.  Auch  die  an  der  Gabelung 
befindliche  Oeffnung  wird  durch  mehrere 
Stützzellen  in  zahlreiche  kleine  Einzel- 
pforten zerlegt.  Alle  diese  Einrichtungen 
zielen  mit  peinlicher  Sorgfalt  darauf  hin, 
nur  sehr  kleinen  Tieren  den  Zutritt  zu  ge- 
währen, w'as  offenbar  sehr  zweckmäßig  ist, 
da  größere  Tiere  nur  zu  leicht  den  Schlauch 


524 


Insektivoren  (Karnivoren.  Insekten-  oder  fleisclifressende  Pflanzen) 


verstopfen  könnten  und  schwer  zu  verdauen 
wären.  Ueberfütterungen  kommen  daher  bei 
Genlisea  nicht  leicht  vor. 

Das  Prinzip  der  „Wolfsgrube"  ist  mit 
geringfügigen  Modifikationen  bei  folgenden 
Pflanzen  zugrunde  gelegt:  Sarracenia, 
Darlingtonia,  Hcliamphora,  Cepha- 
lotus  und  Nepenthes. 

Sarracenia  mit  6  Arten  im  atlantischen 
Nordamerika,  meist  Sümpfe  und  Moore 
bewohnend  (s.  o.),  bildet  mit  Darling- 
tonia und  Heliamphora  die  Familie  der 
Sarraceniaceae.  Bei  den  sämtlichen  genannten 
Vertretern  dieser  Familie  sind  alle  Blätter  in 
Kannen  umgebildet  (Fig.  6).    Ein  Dimorphis- 


Fig.  6.     Sarracenia  sp.  in  Blüte. 

mus  der  Blätter  (wie  bei  Ceplialotus)  wird 
also  hier  nicht  beobachtet.  Höchstens 
kann  es  vorkommen,  daß  die  Kannen 
rudimentär  bleiben.  Am  fertig  gebildeten 
Sarraceniablatt  können  vier  Zonen  unter- 
schieden werden:  Zu  oberst  an  der  Innen- 
seite des  Deckels,  der  übrigens,  falls  er  vor- 
handen ist,  der  Kanne  niemals  aufliegt,  die 
Drüsenzone,  mit  nach  abwärts  gerichteten 
Haaren  und  honigabsondernden  Drüsen, 
hierauf  folgt  die  Gleitzone,  mit  dachziegel- 
förmig  angeordneten  und  abwärts  gerich- 
teten Zellvorsprüngen  und  Drüsen,  hierauf 
die  Reußenzone,  bestehend  aus  langen  ab- 
wärts gerichteten  Reußenhaaren  (Fig.  7) 
und  schließlich  die  unterste  der  Drüsen 
und  Haare  entbehrende  Zone,  in  welcher 
die  Verdauung  der  gefangenen  Tiere  erfolgt 


Fig.  7. 
Unterer  Teil 
des  Schlauch- 
blattes von 
Sarracenia 
flava  mit 
Reußenzone. 
Nach 
Fenner. 


(näheres  hierüber  s.  u.).  Diese  sterben  infolge 
von  Hunger  und  Erschöpfung,  soweit  sie 
nicht  in  dem  sich  dort  ansammelnden  Wasser 
ertrinken.  Wie  sicher  die  Fangeinrichtungen 
der  Sarraccnien  wirken,  geht 
daraus  hervor,  daß,  wie 
Goebel  berichtet,  im  Mar- 
burger Botanischen  Garten 
Sarracenia  purpurea 

durch  Drahtgitter  geschützt 
werden  mußte,  damit  sie 
nicht  von  Amseln,  welche  es 
auf  die  in  den  Kannen  be- 
findliche Insektenbeute  ab- 
gesehen hatten ,  zerhackt 
wurde. 

Die  Anlockung  der  In- 
sekten erfolgt  durch  die 
gleichen  Mittel,  deren  sich  die 
JBlüten  bedienen:  durch  die 
prachtvoll  purpurrote  Farbe 
der  Kannen,  die  schon  durch 
ihre  Größe  weithin  sichtbar 
sind,  durch  nektar-ähnliche 
Ausscheidungen  am  Deckel 
und  im  oberen  Teil  der 
Kanne,  sowie  bei  einigen 
—  nach  Goebel  bei  Sar- 
racenia Drummondi  — ■ 
durch  einen  zarten  Blüten - 
duft. 

Ja  sogar  das  Prinzip  des  Saftnials  — 
aus  der  Blütenbiologie  bekannt  —  ist  hier 
verwirklicht,  indem  ein  mit  Honigdrüsen 
besetzter  Weg  vom  unteren  Ende  an  der 
Außenseite  der  Kanne  nach  dem  Eingang 
und  von  hier  bis  an  die  Gleitzone  führt  und 
so  auch  kriechende  Insekten  zum  Besuch 
der  Kannen  einlädt. 

Die  noch  wenig  bekannte  Gattung  Dar- 
lingtonia (1  Art  in  Kalifornien)  unter- 
scheidet sich  von  Sarracenia  dnrch  Be- 
schränkung der  Drüsen  auf  den  helmartigen 
Teil  des  Blattes,  die  gleichfalls  mono- 
typische Gattung  Heliamphora  (Guyana 
und  Venezuela)  dagegen  entbehrt  der  (jleit- 
zone.  Zu  wie  falschen  Vorstellungen  früher 
die  Schlauchblätter  der  Sarraceniaceen  Anlaß 
gegeben  haben,  mag  aus  einer  Aeußerung 
Linn6s  geschlossen  werden,  welcher  schrieb: 
,,praebet  aquam  sitientibus  avibus."  Er 
stellte  sich  also  vor,  der ,, Zweck"  der  Kannen 
sei:  den  durstenden  Vögeln  Wasser  darzu- 
bieten. 

Etwas  mehr  Berechtigung  hat  eine  andere 
(von  Bartram  geäußerte)  Vernuitung,  wo- 
nach ,,das  in  den  Schläuchen  sich  ansammeln- 
de Wasser  der  Pflanze  zur  Erquickung 
diene".  In  der  Tat  können  Sarracenien 
frisch  erhalten  werden,  wenn  sie  nur  durch 
die  Kannen  mit  Wasser  versorgt  werden. 

Cephalotus  (follicularis)  —  mono- 
typische   Gattung    der    Cephalotaceae    aus 


Insektivoren  (Kaniivoren.  Insekten-  oder  fleischfressende  Pflanzen) 


525 


"Westaiistralien  -^  besitzt  zweierlei  Blätter: 
Assimilations-  und  Kannenblätter.  Letztere 
iStehen  immer  unter  den  ersteren,  sind  kurz- 
;gestielt,  ähnlich  Nepentheskannen,  aber 
von   gedrungenerem   Wuchs   (Fig.   8).      An 


Tig.     8.      Cephalotus    follicularis.      Nach 
Baillon. 


der  Außenseite  des  Deckels  und  im  Innern 
der  Kanne  unter  dem  gerippten  Rand  und 
auf  zwei  polsterförmigen  Vorsprüngen  be- 
finden sich  viele  eingesenkte  Drüsen,  deren 
Punktion  noch  nicht  sicher  erkannt  ist. 
Als  Digestionsorgane  dürften  sie  kaum  in 
Betracht  kommen.  Wahrscheinlich  dienen 
sie  zur  Anlockung  der  Insekten.  Die  Außen- 
seite des  Deckels,  die  Innenfläche  des 
Kragens,  sowie  die  Kragenfalte  sind  als 
Gleitflächen  ausgebildet.  Durch  ihre  leb- 
hafte Farbe  erinnern  die  Cephalotus- 
tannen  an  Blüten.  Das  Ankriechen  wird 
durch  Unebenheiten  der  Kannenaußenwand 
—  Haare,  Flügel  —  erleichtert. 

Nepenthes.  Unter  allen  nach  dem 
Prinzip  der  Wolfsgruben  gebauten  Insekten- 
iallen  nehmen  —  der  Organisationshöhe 
nach  — ■  die  Nepentheskannen  zweifellos 
•die  erste  Stelle  ein.  Die  Gattung  Nepenthes 


(inkl.  Phyllamphora)  mit  40  Arten  —  auf 
die  heiße  Zone  beschränkt,  vorwiegend 
Malayisch-Indien  (1  in  Seychellen,  1  in 
Madagaskar)  —  bildet  im  System  eine  Fa- 
milie für  sich,  welche  den  Familien  der 
Sarraceniaceae  und  Cephalotaceae  nahesteht, 
und  außerdem  Beziehungen  aufweist  zur 
Familie  der  Ranunculaceae. 

Bei  Nepenthes  hat  mit  Rücksicht  auf 
den  Insektenfang  eine  weitgehende  Ver- 
schiebung der  Funktionen  an  den  einzelnen 
morphologischen  Gliedern  des  Blattes  statt- 
gefunden. Die  Blattfläche  hat  ihre  Assi- 
milationsfunktion zum  Teil  eingebüßt  und  ist 
Insektenfalle  geworden.  Dafür  hat  der 
Blattgrund  eine  blattartige  Verbreiterung 
erfahren  und  dient  als  Assimilationsorgan, 
und  endlich  ist  der  Blattstiel  zur  Ranke 
geworden  (Fig.  9). 

Allerdings  besteht,  wir  wie  später  sehen 
werden ,  ein  ge- 
wisses korrela- 
tives Verhältnis 
zwischen  Ausbil- 
dung von  Kanne 
und  Ranke. 

Dimorphismus 
der  Blätter  —  wie 
bei  Cephalotus 
—  kommt  bei 
Nepenthes     nur 

ausnahmsweise 
vor,  z.  B,  bei 
Nepenthes  am- 
pullacea  —  wo 
unter  Umständen 
die  Kannen  ver- 
kümmern. 

Eine  andere  Art 
von  Dimorphismus 
besteht  darin,  daß 
'\  zweierlei  Kannen 
gebildet  werden, 
nämlich  Ascidia 
radicalia  und 
Ascidia  caulina. 
Erstere  stehen  an  Fig-  9.  Blattkanne  emer 
1  rj      •  Nepenthes.     Am    brund 

kurzen      Zweigen,  ■^'»«f^'i^"'^^-  . 

.  i„     ,  ,  .?  „, '    der    Kanne ,    aus    der    em 

vieüach  gehäuft,  ^^^^^  herausgeschnitten 
besitzen  einen   gedacht  ist,  steht  die  von 

nichtrankenden  den  Bhittdrüsen  ausgeschie- 
Stiel  (Fig.  10)  und  dene  Flüssigkeit  F,  in  der 
liegen  in  der  Regel  hineingefallene  Tiere  ver- 
dem  Waldboden  tlaut  werden.  Yi  natür- 
auf.    Letztere  wer-  licher  Größe.    Nach  Neil. 

den     von     einem 

langen,  als  Ranke  fungierenden  Stiel,  dem  so- 
genannten ,,Flagellum" getragen.  Dabei  zeigt 
sich,  daß  —  wie  schon  Sachs  beobachtet  hat 
und  Goebel  später  bestätigte  — die  Ascidia 
caulina  nur  dann  ausgebildet  werden, 
wenn  das  Flagellum  Gelegenheit  hatte,  sich 
als    Ranke  um  eine   Stütze  schlingen,  daß 


526 


Insektivoren  (Karnivoren.  Insekten-  oder  fleischfressende  Pflanzen) 


dagegen  die  Kannenbildung  unterbleibt  oder 
sehr  unvollkommen  ist,  wenn  eine  Ranke 
freischwebt  und  keine  Stütze  hat  ergreifen 
können.       Demnach    wäre    der    befriedigte 


Fig.  10.  Erdkannen  von  Nepenthes  ampullacea.  Nach  Goebel 


Kontaktreiz  die  Voraussetzung  der  Kannen- 
bildung. Nur  Nepenthes  ampullacea 
vermag,  selbst  wenn  das  Fhigellum  zu  ranken 
Gelegenheit  hatte,  keine  Kannen  zu  bilden. 
Hier  gibt  es  nur  Ascidia  radicalia  (an  Stelle 
der  Ascidia  caulina  l\ommen  nur  Ranken, 
d.  h.  kannenlose  Flagella,  zur  Entwickelung), 
desgleichen  bei  Nepenthes  Veite  hü  und 
Nepenthes  celebica.  Am  deutlichsten  ist 
der  Unterschied  zwischen  i\.scidia  radicalia 
und  caulina  bei  Nepenthes  Rafflesiana, 
Nepenthes  Hookeri,  Nepenthes  Cur- 
tissii,  Nepenthes  Northiae,  weniger 
auffallend  bei  Nepenthes  gracilis,  Ne- 
penthes melamphora  u.  a. 

Die  letztgenannte  Art  bildet,  nach  Hein- 
rich er,  kletternde,  hoch  aufsteigende  Lang- 
triebe mit  hängenden,  langgestreckten, 
schlanken  Kannen  an  rankendem  Flagellum, 
daneben  am  kriechenden  Rhizom  in  Rosetten 
angeordnete  Erdkannen,  die  viel  kürzer, 
aber  weiter  sind  und  deren  Blattspreite 
und  Flagellum  fast  verkümmert  ist.  ,, Diese 
Erdkannen  (sagt  Heinricher)  sind  nahezu 
sämtlich  durch  den  Humus  bedeckt,  nur 
selten  lugt  eine  derselben  teilweise  aus  dem 
modrigen  Blattwerk  hervor,  zuweilen  liegt 
der  Urnenrand  genau  im  Niveau  der  Laub- 
decke." Infolgedessen  sind  diese  Kannen 
auch  mehr  oder  weniger  etioliert.  Sie  funk- 
tionieren wie  richtige  Wolfsgruben,  und 
in  der  Tat  fand  Heinricher  in  diesen  Erd- 
fallen eine  reiche  Beute  bestehend  aus 
größeren  Larven,  Asseln,  Schnecken. 

Sie  besitzen  zwar  auch  Lockmittel  wie 
die  anderen  Kannen,  uändich  honigaus- 
scheidende Drüsen,  aber  durch  ihre  versteckte 
Lage  sind  sie  mehr  für  die  kriechenden  Tiere 
berechnet,    die,    wenn    sie    darüber    hinzu- 


schützen.      Wir 


kriechen    suchen,    ahnungslos    in    die    Falle 
stürzen. 

Die  anderen,  die  Ascidia  caulina,  deren 
Flagellum  sich  um  die  Zweige  von  Bäumen 
und  Sträuchern  rankt, 
werden  vorwiegend  an  der 
Peripherie  der  Stütz- 
pflanze, wo  das  Insekten- 
leben am  reichsten  ist,  ge- 
bildet und  sind  also  Fallen 
für  fliegende  Tiere. 

Auch  die  innere  Aus- 
stattung der  Kannen  darf 
als  geradezu  raffiniert  be- 
zeichnet werden.  Die 
Mündung  ist  von  einem 
gerippten  Ring  eingefaßt 
und  von  einem  deckel- 
artigen Gebilde  überragt. 
Die  Aufgabe  des  letzteren 
ist  vermutlich,  den  Inhalt 
der  Kannen  vor  zu  weit- 
gehender Verdünnung 
durch  Regenwasser  zu 
finden  ähnliche  Schutz- 
vorrichtungen in  der  Blütenregion  mancher 
Pflanzen  (Ombrophobie).  Honig  wird 
am  Ring  und  an  der  Unterseite  des 
Deckels  ausgeschieden  und  dient  zusammen 
mit  der  leuchtenden  Farbe  der  Kannen 
als  Lockmittel.  Die  Angabe,  daß  der  Deckel 
von  Nepenthes  kannen  sich  selbsttätig 
schließe,  um  gefangene  Insekten  am  Ent- 
kommen zu  hindern,  ist  der  allzu  kühnen 
Phantasie  populärer  Schriftsteller  ent- 
sprossen. Die  Natur  hat  viel  gründlichere 
Mittel,  um  einmal  gefangene  Tiere  festzu- 
halten. Das  wichtigste  ist  die  glatte,  drüsen- 
lose Gleitzone,  welche  sich  im  Inneren  der 
Kannen,  unterhalb  der  Mündung  befindet 
und  deren  Glätte  durch  einen  Wachsüberzug 
erhöht  wird.  Es  verdient  erwähnt  zu  werden, 
wie  die  Gleitzone  entstanden  ist.  Nach 
Haberlandt  und  Bobisut  sind  jene  halb- 
mondförmig nach  unten  gerichteten  Vor- 
sprünge, an  welchen  kein  Insektenfuß  Halt 
findet,  nichts  anderes  als  umgewandelte 
Schließzellen  von  Spaltöffnungen,  welche 
natürlich  gleichzeitig  die  Fähigkeit  des 
Oeffnens  und  Schließens  verloren  haben 
(Fig.  11).  Ein  höchst  wunderbarer  Funktions- 
wechsel im  Interesse  der  Karnivorie!  An 
der  Basis  der  Kannen,  im  Innern  derselben, 
stehen  zahlreiche  Digestionsdrüsen,  welche 
fortwixhrend  ein  Sekret  ausscheiden,  das  sich 
am  Boden  der  Kanne  sammelt,  durch  Be- 
netzung die  gefangenen  Tiere  unbehilflich 
macht  und,  wenn  es  im  Uebermaß  prodnziert 
wird,  wieder  resorbiert  werden  kann. 

Wie  schon  ein  Blick  auf  die  in  Gewächs- 
häusern kultivierten  Nepenthes  arten  lehrt,, 
sind  die  Fallen  oft  recht  stattliche  Gebilde.. 
Die  bedeutendste  Größe  erreichen  jene  von 


Insektivoren  (Kamivoren.  Insekten-  oder  fleischfressende  Pflanzen) 


527 


Nepenthes  Rajah,  einer  in  Borneo  heimi- 
schen Art  (25  bis  30  cm  lang  und  ca.  12  cm 
breit).  Sie  sind  so  geräumig,  daß,  wie  Hooker 
sagt,  kleine  Wirbeltiere  in  ihrem  Kannen- 
inhalt ertrinken  können. 


Fig.  11.  Spaltöffnungen  in  zwei  verschiedenen 
Stadien  der  Umwandlung,  in  der  Gleitzone  von 
Nepenthes    rafflesiana.        Nach    Bobisut. 


Wie  oben  von  Sarraceniafallen  mit- 
geteilt wurde,  so  sind  auch  die  Nepenthes- 
kannen,  wegen  der  oft  großen  Menge  von 
Insekten,  welche  sich  in  ihrem  Innern  an- 
sammeln, das  Ziel  insektenfressender  Tiere. 
Man  darf  daher  vielleicht  die  beiden  an  der 
Unterseite  des  Deckels  sitzenden  kräftigen 
Dornen,  wie  sie  bei  Nepenthes  bical- 
carata  ausgebildet  werden,  als  ein  Mittel 
zur  Fernhaltung  solcher  ,, unberufenen  Gäste" 
auffassen.  In  der  Tat  werden  die  Kannen 
dieser  Art  in  der  Regel  von  solchen  Tieren 
verschont. 

Als  letzte  Gruppe  von  Karnivoren  wären 
jene  zu  betrachten,  welche,  wie  oben  er- 
wähnt, aktive  mechanische  iVrbeit  leisten, 
um  die  Beute  festzuhalten  und  dadurch  eine 
dem  tierischen  Organismus  fast  gleiche  Be- 


weglichkeit an  den  Tag  legen.  Es  gehören 
hierher  Drosera,  Dionaea  und  Aldro- 
vandia,  sämtlich  einer  Familie,  den  Dro- 
seraceen,  angehörig. 

Drosera,  etwa  100  iVrten,  über  die  ganze 
Erde  verbreitet,  mit  x\usnahme  der  arkti- 
schen Zonen  und  der  Inseln  Polynesiens,, 
besonders  häufig  in  Australien  südlich  des 
Wendekreises  und  am  Kap,  wo  überaus  große, 
zierliche  und  merkwürdig  gestaltete  Formen 
vorkommen.  Sämtliche  sind  Moorbewohner. 
Bei  aller  Verschiedenheit  im  Habitus  herrscht 
große  Uebereinstimmung  hinsichtlich  der 
Fangorgane.  Ueberall  sind  die  Blätter  mit 
Tentakeln  besetzt,  an  deren  Spitze  je  ein 
Drüsenkopf  sitzt.  Die  leuchtend  roten  Ten- 
takeln und  die  wasserhellen  Tropfen,  welche 
von  den  Drüsen  ausgeschieden  werden,, 
dienen  als  Lockmittel.  In  der  Blütenbiologie 
haben  sie  ihr  Seitenstück  in  den  imitierten 
Nectarien,  z.  B.  bei  Parnassia  palustris.. 

Hat  sich  ein  Insekt  auf  der  tentakel- 
besetzten Blattfläche  niedergelassen  und 
sucht  sich  von  der  ilim  anhaftenden  klebrigen 
Masse  zu  befreien,  so  wird  dieser  Reiz  nach 
den  benachbarten  Tentakeln  fortgepflanzt 
und  nun  stürzen  sich  auch  diese  auf  das 
Opfer.  (Bei  manchen  Droseraarten,  z.  B. 
Drosera  longifolia,  soll  es  sogar  vor- 
kommen, daß  sich  mehrere  Blätter  gleich- 
zeitig an  der  Vergewaltigung  eines  Tieres  be- 
teiligen, was  voraussetzt,  daß  in  diesem  Fall 
der  Reiz  von  einem  Blatt  auf  das  andere 
fortgepflanzt  wird.)  Zum  Schluß  findet  eine 
handmuschelförmige  Eiidürümmung  der  gan- 
zen Blattfläche  oder  eines  Teiles  derselben 
statt,  womit  das  Schicksal  der  Beute  besiegelt 
ist  (Fig.  12).  (Sehr  bedeutend  ist  der  Anteil 
der  Blattfläche  an  der  Ergreifung  der  Beute 
bei  jenen  Droseraarten,  deren  Blätter  lang- 
gestreckt bis  lineal  sind,  z.  B.  Drosera 
capensis,  wo  das  mit  Tentakeln  besetzte' 
Blatt     im     ungereizten     Zustand     gerade- 


=.?-@ 


Fig.  12.     Blätter  von  Drosera  rotundifola.     Links  mit; 
teils    eingekrümmten    Tentakeln,    von    oben;    rechts    mit 
ausgebreiteten  Tentakehi,    von    der  Seite  gesehen.     Ver- 
größerung 4fach.     Nach  Darwin. 


528 


lüsektivoreu  (Kamivoren.  Insekten-  oder  fleischfi-essende  Pflanzen) 


-Fig.  13.     Drosera 

■capensis.    Blatt  eine 

Fliege  umklammernd. 

Nach  Wagner. 


gestreckt  ist,  gereizt  dagej^en  eine  Schlinge 
bildet,  welche  die  Beute  vollkommen  um- 
.klammeit  [Fig.  13]). 

Die  Leistungsfähigkeit  der  Tentakeln 
•svird  dadurch  erhöht,  daß  die  flächenstän- 
digen ihren  Drüsen- 
kopf an  der  Spitze 
median ,  die  rand- 
ständigen dagegen 
seitlich,  und  zwar  an 
der  der  Blattfläche 
zugewendeten  Seite 
haben ;  außerdem  sind 
letztere  oft  mehr  als 
doppelt  solang  wie  die 
flächenständigen  und 
auf  diese  Weise  be- 
fähigt, einen  großen 
Bogen  zu  beschreiben, 
wenn  es  gilt  ein  in  der 
Mitte  des  Blattes  be- 
findliches Insekt  zu 
überwältigen.         Die 

D  rose  ratentakeln 
vereinigen  viele  Funk- 
tionen in  sich:  sie  nehmen  den  Berührungs- 
reiz auf,  sie  scheiden  zähen  Schleim 
aus  —  der  zum  Festhalten  dient  —  sie 
•erzeugen  ein  Enzym,  welches  den  Tier- 
körper auflöst,  sowie  gleichzeitig  eine  fäulnis- 
widrige Säure,  und  endlich  absorbieren  sie 
■den  Verdauungsbrei.  Demgemäß  sind  sie 
auch  nach  verschiedenen  Richtungen  hin 
reizempfindlich:  nämlich  für  Kontakt-  und 
•chemischen  Reiz,  wobei  ähnliche  Beziehungen 
bestehen  wie  bei  Pingui  cula,  wo  der 
Kontaktreiz  nur  den  ersten  Anstoß  gibt  zu 
■einer  Reizbewegung,  welche  ihre  volle  Höhe 
•erst  auf  einen  gleichzeitig  wirkenden  chemi- 
schen Reiz  hin  erreicht.  Bei  aller  Aehnlichkeit 
mit  Drosophyllum  besitzen  die  Ten- 
takeln von  Drosera  entsprechend  der  er- 
weiterten Funktion  eine  besondere  Eigentüm- 
lichkeit, nämlich  Fühltüpfel  an  der  Außen- 
wand der  Drüsenzellen,  deren  spezielle  Auf- 
gabe ist,  den  Stoßreiz  zu  perzipieren  und  die 
demgemäß  durchaus  den  Fühltüpfeln  der 
Ranken  an  die  Seite  gestellt  werden  können. 
'(Bei  Drosophyllum,  deren  Tentakeln  un- 
beweglich sind,  ist  die  Außenwand  der 
Drüsenzellen  gleichmäßig  verdickt!) 

Im  Gegensatz  zum  Stoßreiz,  der  dann 
am  kräftigsten  wirkt,  wenn  er  wiederholt, 
•d.  h.  intermittierend  angreift,  bedarf  die 
durch  chemischen  Reiz  veranlaßte  Bewegung 
minimaler  Mengen;  so  genügt  schon  eine 
Spur,  z.  B.  0,0004  mg  Ammonsulfat,  um  die 
Tentakeln  zur  Krümmung  zu  veranlassen. 

Merkwürdig  —  aber  biologisch  wahrschein- 
lich bedeutungslos  —  ist,  daß  wie  schon 
Darwin  fand  und  später  Benecke  bestä- 
tigte —  schwache  Erwärmung  die  gleichen 
Folgen  hat,  wie  Stoßreiz,  d.  h.  die  Drosera- 


tentakeln  sind  auch  thermonastisch  reizbar. 
Daß  aber,  wie  Correns  fand,  diese  thermo- 
nastische  Reizbarkeit  durch  Ernährung  mit 
kalkhaltigem  Wasser  lahm  gelegt  wird,  das 
scheint  zu  beweisen,  wie  sehr  sich  Drosera 
an  das  kalkarme  Substrat  seines  natürlichen 
Standorts  (Hochmoor)  gewöhnt  hat  (s.  o.). 

Dem  entsprechend  scheinen  die  Wurzeln 
der  Droseren  —  nach  den  Untersuchungen 
von  Heinricher  —  mehr  auf  Wasser  auf- 
nähme als  auf  Ausnutzung  des  Bodens 
auf  Salze  eingerichtet  zu  sein.  Wenigstens 
fällt  auf,  daß  die  meisten  Droseren  wenig 
verzweigte  Wurzeln  besitzen.  Der  gewöhn- 
liche Standort  der  Drosera  rotundi- 
folia  -  Sphagnumrasen  —  bietet  ja  auch  in 
der  Regel  ein  üebermaß  von  Wasser,  dagegen 
keinerlei  Salze  dar. 

Dionaea,  eine  Art  in  Karolina.  Dio- 
naea  muscipula,  die  bekannte  ,, Fliegen- 
falle", ist  diejenige  Pflanze,  deren  Karnivorie 
zuerst  (1769)  wissenschaftlich  erkannt  wurde 
(s.  0.).  Sie  ersetzt  durch  Schnelligkeit,  was 
ihr  an  anderen  Mitteln,  Insekten  zu  fangen, 
abgeht.  Die  Blätter  sind  zu  einer  grundstän- 
digen Rosette  angeordnet  und  im  un- 
gereizten Zustand  flach  ausgebreitet.  Der 
vordere  Teil  des  Blattes  ist  als  zweiklappige 
Falle  ausgebildet.  Auch  der  untere  Teil  des 
Blattes  ist  reizbar  und  schließt  sich,  gereizt, 
zu  einer  Röhre  zusammen,  welche  aber  dem 
gefangenen  Tier  den  Austritt  nach  der 
,, Klappe"  erlaubt.  Nur  auf  der  letzteren  be- 
finden sich  Verdauungsdrüsen,  welche  im 
Bau  den  sitzenden  Drüsen  von  Droso- 
phyllum entsprechen.  Der  Reizvorgang 
spielt  sich  folgendermaßen  ab:  Auf  jeder 
Klappenhälfte  befinden  sich  drei  gegen 
Kontakt  überaus  empfindliche  Borsten,  die, 
wenn  sie  berührt  werden,  den  Reiz  nach  den 
Klappen  fortleiten  (Fig.  14).    Die  Folge  ist, 


Fig.  14.  Ein  Blatt  der  VenusfliegenfalIe(Dionaea 
muscipula).     Der  schraffierte  Teil  der  Innen- 
fläche    dicht    mit    Verdauungsdrüsen    besetzt. 
VerKrößeruns:  4 fach.     Nach  Darwin. 


daß  sich  die  beiden  Klappen  (entlang  dem 
Mittelnerv)    fast    augenblicklich    schließen, 


Insektivoren  (Karnivoren,  Insekten-  oder  fleischfressende  Pflanzen) 


529 


wobei  die  Randzähne  wie  Finger  gefalteter 
Hände  ineinandergreifen. 

Jene  Fühlborsten  sind  nach  Haber- 
landts  Untersnchungen  überans  reaktions- 
fähige Sinnesorgane.  Der  Hauptteil  wirkt 
als  Stimulator,  der,  sowie  er  zur  Seite  ge- 
bogen wird,  die  zarten  Gelenkzellen  (an  der 
Basis  des  Stimulators)  zerrt  und  biegt,  was 
der  plasmatische  Inhalt  dieser  Zellen  als 
Reiz  empfindet.  Biologisch  wichtig  ist,  daß 
nur  ein  seitlich  wirkender  Stoß  die  Reiz- 
bewegung auslöst,  z.  B.  auch  ein  seitlich  auf- 
treffender Wasserstrahl,  nicht  aber  ein  von 
oben  auffallender  Regentropfen. 

Außer  mittels  der  Fühlborsten  ist  das 
Dionaeablatt  noch  auf  andere  Weise  reiz- 
bar, nämlich  durch  stärkeren  Druck  oder 
Reibung  der  Klappen  oder  durch  Auflegung 
verdaulicher  Körper,  wobei  es  sich  dann 
natürlich  um  einen  chemischen  Reiz  handelt. 

An  der  Schließbewegung  selbst  können 
mehrere  Stadien  beobachtet  werden.  Zuerst 
bilden  die  beiden  Klappen  noch  eine  flache 
Höhlung.  Erst  wenn  auch  der  chemische 
Reiz  zu  wirken  beginnt,  pressen  sich  die 
beiden  Klappen  so  eng  aneinander,  daß  die 
Beute  vollkommen  zerquetscht  wird,  w^as 
einen  recht  beträchtlichen  Energieaufwand 
voraussetzt.  Von  den  Yerdauungsdrüsen 
ausgeschiedene  Ameisensäure  wirkt  gleich- 
zeitig fäulniswidrig.  Man  könnte  versucht 
sein  anzunehmen,  daß  ein  Apparat,  der  so 
sicher  und  prompt  wirkt,  wie  die  Dionaea- 
tierfalle,  auch  überaus  leistungsfähig  hin- 1 
sichtlich  der  zu  verdauenden  Tierbeute  sei.  ! 
Dies  ist  aber  merkwürdigerw^eise  nicht  der 
Fall.  Zw'ar  verzehrt  die  Dionaea  in  der 
Regel  größere  Tiere  —  kleinere  entkommen 
leicht  zwischen  den  Randzähnen,  wenn  die 
Schließbewegung  begonnen  hat  — ;  aber  trotz 
der  oft  gewaltigen  Menge  von  Verdauungs- 
sekret, die  erzeugt  wird,  nimmt  die  Ver- 
dauungsarbeit ziemlich  lange  Zeit  in  An- 
spruch, und  die  Klappen  sind  dann  häufig 
so  erschöpft,  daß  sie  ihre  Reizbarkeit  erst 
sehr  langsam  — ■  wenn  überliaupt  —  wieder- 
erlangen. In  der  Regel  sterben  die  D  i  o  n  a  e  a  - 
fallen  schon  nach  zwei-  bis  dreimaliger 
Fütterung  ab  und  räumen  das  Feld  jüngeren 
leistungsfähigeren  Blättern. 

Aldrovandia,  eine  Art,  in  Europa, 
Bengalen  bis  Queensland.  x\ldrovandia 
vesiculosa  wurde  von  Goebel  geradezu 
als  eine  im  Wasser  lebende  und  dement- 
sprechend vereinfachte  Dionaea  bezeichnet. 
An  Utricularia  erinnert  Aldrovandia 
durch  ihre  Wurzellosigkeit,  durch  die  im 
höheren  Alter  in  der  Regel  geschlossenen 
und  dann  wie  Blasen  aussehenden  Fallen, 
sowie  durch  ihren  ganzen  Habitus.  Auch 
Winterknospen  (Hibernacula)  bildet  sie,  wie 
Utricularia  und  andere  schwimmende 
Wasserpflanzen,  meist  aber  nur  in  kälterem 


Klima.  Die  zu  Fallen  umgewandelten  Blätter 
stehen  in  Quirlen  (zu  8  bis  9);  jede  Falle  ist 
von  borstenförmigen  Zipfeln  umgeben.  Im 
ungereizten  Zustand  schließen  die  Klappen- 
hälften einen  Winkel  von  ca.  60*^  ein  (Fig.  15). 


Handwörterbuch  der  Naturvvissenscliaften.    Band  V. 


Fig.   15.     Blattquirl  von  Aldrovandia.    Nach 
F  e  n  n  e  r. 


An  jeder  Klappe  sind  (nach  Fenn  er)  vier 
Zonen  zu  unterscheiden:  Randzone  mit 
spitzen  Borsten  besetzt;  Drüsenzone  mit 
schleimabsondernden,  vierarmigen  Drüsen, 
drüsenlose  Zone,  und  eine  innerste  mit 
Digestionsdrüsen  und  Fühlborsten  besetzte 
Zone.  Die  letzte  ist  konkav  gewölbt,  die  zweite 
und  dritte  Zone  bilden  eine  Ebene.  Die  Fühl- 
borsten sind  zwar  etwas  einfacher  gebaut  als 
bei  Dionaea,  wirken  aber  in  genau  gleicher 
Weise  (mit  Stimulator  und  Gelenkzellen). 
Der  Verschluß  der  Klappen  erfolgt  langsamer 
(als  bei  Dionaea)  und  mehr  ruckweise, 
offenbar  wiederholter  Reizung  der  Fühl- 
borsten entsprechend.  Ist  er  beendet,  so 
pressen  sich  die  Klappen  dicht  aneinander. 
Gleichzeitig  treten  .  die  Verdauungsdrüsen 
in  Tätigkeit  und  —  was  eine  besondere  Eigen- 
tümlichkeit von  Aldrovandia  ist  —  wird 
eine  Luftblase  ausgeschieden,  deren  Auf- 
gabe (nach  Fenn  er)  ist,  den  bei  der  Auf- 
lösung des  Tieres  entstandenen  Verdauungs- 
saft dorthin  zu  drängen,  wo  die  meisten  ab- 
sorbierenden Drüsen  sitzen,  d.  h.  an  die 
Grenze  der  dritten  und  vierten  Zone.  An- 
geblich ersparen  sich  dadurch  die  schwächeren 
Aid r  0  V an d i a klappen  jenen  großen  Energie- 
aufwand, welchen  Dionaea  nötig  hat,  um 
das  Verdauungsprodukt  mit  den  Absorptions- 
drüsen in  möglichst  innige  Berührung  zu 
bringen.  Ist  schon  die  Verdauungsleistung 
der  Dionaea  mäßig,  so  kann  die  der  Al- 
drovandia als  gering  bezeichnet  werden. 
Die  Aldrovandiafallen  verdauen  nur  ein- 
mal und  sterben  dann  ab.    Die  große  Menge 

34 


530 


Insektivoren  (Karnivoren,  Insekten-  oder  fleisclifressende  Pflanzen) 


der  vorhandenen  und  am  Sproßende  sich 
stets  neubildenden  Fallen  sorp;t  aber  stets 
für  Ersatz,  so  daß  die  Kurzlet)ii^keit  der  Fallen 
kaum  als  Mangel  empfunden  werden  dürfte. 

Einrichtungen  zum  Verdauen 
der  Beute,  Es  Wtäre  nun  noch  zu 
erläutern,  wie  im  einzelnen  die  Verdauung 
der  gefangenen  Tiere  vonstatten  geht. 
Auch  die  Todesart  ist  in  den  verschiedenen 
Typen  von  Fallen  nicht  die  gleiche:  An 
Erschöpfung  gehen  zugrunde  die  von 
Drosophyllum,  Drosera,  Pinguicula, 
und  Byblis  gefangenen  Tiere,  wobei  Ver- 
stopfung der  Tracheenendigungen  durch 
Schleim  das  Ende  beschleunigen  mag.  Der 
Ertrinkungstod  harrt  der  Tiere  in  den 
Fallen  von  Sarracenia,  Cephalotus, 
Nepenthes  und  anderen  offenen  Kessel- 
fallen. Nach  Clautriau  enthält  die  von  die- 
sen Fallen  ausgeschiedene  Hüssigkeit  eine 
Substanz,  welche  die  Benetzung  des  sonst 
schwer  benetzbaren  Insektenkörpers  beför- 
dert. Erstickungstod  ist  das  Schicksal 
jener  Tiere,  welche  in  die  Fallen  von  Utri- 
cularia,  (lenlisea,  Dionaea  und  Aldro- 
vandia  geraten  sind,  wobei  der  hier  ausge- 
schiedene die  Tracheenendigungen  verstop- 
fende Schleim  vermutlich  eine  bedeutende 
Rolle  spielt. 

Der  Verdauungsvorgang  selbst  zeigt  gleich- 
falls eine  Abstufung  in  bezug  auf  Voll- 
kommenheit: 

A.  Insektivore  ohne  verdauende 
Enzyme:  Sarracenia  scheidet  kein  Ver- 
dauungsenzym aus;  desgleichen  Darling- 
ton ia.  Beide  stehen  also  auf  einer  tiefen 
Stufe  der  Karnivorie.  Es  ist  aber  nachge- 
wiesen, daß  die  Kannen  dieser  Pflanzen 
Wasser  und  darin  gelöste  Stoffe  zu  absor- 
bieren vermögen.  Diese  Pflanzen  überlassen 
es  also  den  natürlichen  Zersetzungsvorgängen, 
hochmolekulare  Verbindungen  in  einfachere 
—  leicht  absorbierbare  —  Zerfallsprodukte 
überzuführen  und  sich  dann  von  diesen  zu 
ernähren^).  Diese  Form  der  Karnivorie 
unterscheidet  sich  kaum  von  jener  Fähigkeit 
der  Absorption  von  Wasser  und  darin  ge- 
lösten Salzen,  welche  die  epiphytischen 
Bromeliaceen  (Tillandsia,  Vriesea)  in 
den  Stand  setzt,  ihre  extrem  atmosphärische 
Lebensweise  zu  führen.  Wenn  wir  in  Betracht 
ziehen,  daß  jene  Zisternen  oft  zahlreiche 
Tierleichen  enthalten,  deren  Zerfallsprodukte 
z.  T.  auch  absorbiert  werden,  so  wären  jene 
Epiphyten  gleichfalls  den  einfachst  organi- 
sierten   Karnivoren    zuzuzählen.      Vielleicht 


^)  Nach  Fenner  geschieht  die  Aufnahme 
der  organischen  Verbindungen  in  der  untersten 
haar-  und  drüsenlo.sen  Zone;  wenigstens  sollen 
in  den  Epidermiszellen  dieser  Zone  Trübungen, 
—  welche  auf  Verdauungstätigkeit  schüeßen 
lassen  —  zu  beobachten  sein. 


hängt  damit  die  oft  leuchtend  rote  Farbe 
der  Zisternenbromeliaceen  zusammen  (In- 
sektenanlockung) ? 

Die  Gattung  Cephalotus  schließt  sich 
Sarracenia  an,  stellt  aber  insofern  einen 
geförderten  Zustand  dar,  als  hier  die  Zer- 
setzung der  Beute  durch  Ausschluß  der  ge- 
wöhnlichen Fäulnisbakterien  in  bestimmte 
Bahnen  gelenkt  zu  sein  scheint. 

Die  Cephalotuskannen  scheiden  näm- 
lich einen  Stoff  (nach  Goebel  keine  Säure!) 
aus,  welcher  die  Fäulnis  der  Tierleichen  hin- 
dert und  nur  ganz  bestimmte  Mikroorganis- 
men aufkommen  läßt.  Ein  proteolytisches 
Enzym  wird  auch  hier  nicht  gebildet,  viel- 
mehr überläßt  die  Pflanze  den  Abbau  der 
tierischen  Stoffe  ganz  jenen  Mikroorganismen. 
Uebrigens  bestehen  hinsichtlich  Sarracenia 
und  Cephalotus  auch  abweichende  Ansich- 
ten, so  daß  die  Frage  bezüglich  der  Unfähig- 
keit jener  Pflanzen,  proteolytische  Enzyme 
zu  bilden,  noch  nicht  vollkommen  geklärt  ist. 

B.  Insektivore  mit  verdauenden 
Enzymen.  Hierher  alle  übrigen  Typen, 
wobei  allerdings  der  Grad  der  Enzynipro- 
duktion  zwischen  weiten  Grenzen  schwaidvt. 
Sehr  gering  ist  dieselbe  bei  Pinguicula, 
weshalb  diese  Pflanze  auch  nur  sehr  kleine 
Tiere  verdauen  kann.  Man  hat  beobachtet, 
daß  die  gereizten  Drüsen  außer  Schleim 
auch  ein  sauer  reagierendes  Enzym  aus- 
scheiden, ferner  daß  Lecithin  von  den 
Drüsen  aufgenommen  wird,  womit  wahr- 
scheinlich das  Auftreten  von  Fettkugeln 
in  den  Drüsen  in  Zusammenhang  steht. 
Nach  Low  und  iVso  ist  der  die  Fäulnis  der 
Tierkörper  verhindernde  Stoff  Benzoesäure. 

Bei  Utricularia  konnte  die  Ausschei- 
dung eines  peptonisierenden  Enzyms  erst 
kürzlich  mit  Sicherheit  nachgewiesen  werden 
(Lützelburg).  Allerdings  war  schon  früher 
bekannt,  daß  nach  Fütterungen  mit  Lecithin 
in  den  die  Blasen  auskleidenden  Stern- 
haaren Fettkugeln  auftreten,  was  zweifellos 
auf  Karnivorie  hinweist.  Auch  hier  ist  der 
antiseptische  Stoff  Benzoesäure.  Die  An- 
wesenheit dieser  Säure  bedingt  auch  die  ver- 
schiedene Farbe  vor  (rot)  oder  nach  (blau) 
dem  Verdauungsprozeß.  Die  Blasen  enthalten 
nänüich  Anthocyan,  das  durch  Benzoesäure 
rote,  durch  die  basischen  Abbauprodukte 
blaue  Färbung  annimmt.  Auf  diese  Weise 
ist  es  schon  äußerlich  möglich  zu  erkennen, 
ob  eine  Utriculariablase  schon  Tiere  ver- 
zehrt hat  oder  nicht. 

Für  Genlisea  ist  die  iVusscheidung  eines 
peptonisierenden  P^nzyms  zwar  noch  nicht 
nachgewiesen,  aber  doch  sehr  wahrscheinlich. 
Zweifellos  besteht  dieselbe  bei  Droso- 
phyllum, Drosera,  Dionaea  und  Al- 
drovandia,  und  zwar  unter  gleichzeitiger 
Bildung  von  antiseptisch  wirkender  Ameisen- 


Insektivoren  (Karaivoren,  Insekten-  oder  fleischfressende  Pflanzen) 


531 


säure^).  Nepenthes  war  lange  Zeit  der 
Gegenstand  erregter  Diskussion,  bis  durch 
Goebel  und  Yines  als  sicher  nachgewiesen 
werden  konnte,  daß  auch  hier  peptonisierende 
Enzyme  gebildet  werden.  Allerdings  ist 
die  Menge  derselben  sehr  verschieden  groß, 
je  nachdem  ob  es  sich  um  schwächliche  oder 
sehr  lebenskräftige  Pflanzen  handelt.  In  den 
Kannen  der  ersteren  ist  die  Verdauungs- 
flüssigkeit neutral,  so  daß  sich  reichlich 
Mikroorganismen  an  den  Tierleichen  ent- 
wickeln können.  Lebenskräftige  Kannen 
dagegen  enthalten  eine  stark  sauer  und  leb- 
haft verdauende  Flüssigkeit,  in  welcher 
Mikroorganismen  nicht  aufkommen.  Kräf- 
tige aber  noch  geschlossene  Kannen  enthalten 
eine  neutrale  Flüssigkeit;  es  genügt  aber 
(nach  Clautriau)  die  Kannen  nur  zu 
schütteln  oder  Glassplitter  hinein  zu  werfen, 
um  die  Säurebildung  zu  veranlassen.  Auch 
kann  durch  künstlichen  Zusatz  von  Säure 
die  Enzymbildung  angeregt  werden.  In  der 
Natur  wird  das  erste  in  die  Kanne  fallende 
Insekt  den  Anstoß  zur  Säureausscheidung 
und  damit  zur  Enzymerzeugung  geben. 
Freilich  kommt  es  vor,  daß  bei  Ueberfütte- 
rung  der  Kannen  die  Säure  nicht  ausreicht 
(sie  wird  durch  basische  Zerfallsprodukte 
fortwährend  neutralisiert)  und  dann  wird  die 
Entwickelung  von  Fäulnis bakterien  nicht  aus- 
bleiben. Auf  ein  'merkwürdige,  aber  sehr 
sinnreiche  Abhängigkeit  der  Enzymsekretion 
von  äußeren  Umständen  hat  kürzlich 
Fenn  er  aufmerksam  gemacht.  Danach  ist 
Benetzung  der  Drüsen  mit  der  Kannen- 
flüssigkeit Vorbedingung  zu  lebhafter  Sekre- 
tionstätigkeit. Dieser  Fall  tritt  aber  in  der 
Natur  stets  ein,  wenn  benetzte  —  noch 
lebende  — ■  Insekten  zu  entkommen  und  an 
der  Wand  emporzukriechen  suchen,  wobei  sie 
mit  ihren  benetzten  Gliedmaßen  die  Drüsen 
berühren,  oder  wenn  schon  erstickte  auf  der 
Flüssigkeit  schwimmende  Insektenkörper  — ■ 
vielleicht  vermöge  der  Kapillarwirkung  — 
an  die  Kannenwände  stoßen  und  so  die  dort 
befindlichen  Drüsen  reizen. 

5.  Gegenanpassungen  von  Tieren.  Die 
Verdauungs Vorgänge  in  den  Nepenthes- 
kannen  sind  insofern  besonders  interessant, 
als  es  hier  zu  Gegenanpassungen  von  selten 
gewisser  Tiere  gekommen  ist.  Ueber  solche 
,, enzymharte"  Bewohner  von  Nepenthes- 
kannen  ist  von  Jensen  aus  Java  berichtet 
worden.  Diese  Tiere,  weit  entfernt  durch 
das  Enzym  geschädigt  zu  werden,  machen 
ihre    ganze   Entwickelung   in    Nepenthes- 


^)  Daß  diese  Säure  allerdings  nicht  absolut 
sicher  antiseptisch  wirkt,  scheint  aus  den  neuesten 
Beobachtungen  von  G.  Troili  Petersson  her- 
vorzugehen, welche  regelmäßig  in  den  Drüsen- 
köpfen von  Drosera  intermedia  ein  Bak- 
terium (B.  Droserae)  fand. 


j  kannen  durch.  Jensen  zählt  im  ganzen  3 
I  Fliegen-,  4  Mücken-,  1  Milben-  und  1  Nema- 
todenart  auf,  für  welche  dies  zutrifft,  und 
vergleicht  diese  Tiere  mit  Recht  mit  den 
Eingeweidewürmern  höherer  Tiere.  Höchst- 
w^ahrscheinlich  schützen  sie  sich  gegen  die 
schädliche  Wirkung  des  Kannenenzyms  durch 
Ausscheidung  eines  Gegenfermentes. 

6.  Zweifelhafte  Fälle  von  Karnivorie. 
Lange  Zeit  ist  zu  den  Karnivoren  auch  die 
Gattung  Roridula  (2  Arten  im  Kapland) 
gerechnet  worden.  Die  zu  den  Droseraceen 
gehörige  Pflanze  ist  ähnlich  wie  Droso- 
phyllum  ausgerüstet.  Die  Fähigkeit  In- 
sekten, w^elche  an  den  Drüsen  hängen 
blieben  zu  verdauen,  wird  aber  in  neuester 
Zeit  von  Mario th  für  diese  Gattung  aufs 
entschiedenste  bestritten.  Noch  weniger 
wohlbegründet  ist  die  Karnivorie  von  Di- 
schidia  Rafflesiana,  jener  merkwürdigen 
Asclepiadacee,  in  deren  Kannenblättern 
sich  Wasser  sammelt,  das  von  hineinwachsen- 
den Adventivwurzehi  aufgenommen  wird, 
ferner  diejenige  von  Caltha  dioneaefolia 
—  einer  magellanischen  Ranunculacee,  deren 
Blätter  allerdings  auDionaea  erinnern,  aber 
durchaus  unbeweghch  sind  — •,  endhch  die 
von  P^ullaniaarten,  in  deren  Amphi- 
gastrien  wohl  zufällig  kleine  Tiere  den  Tod 
finden.  In  all  diesen  Fällen  handelt  es  sich 
eigentlich  nur  um  Vermutungen,  denen  keiner- 
lei spezielle  Untersuchungen  zugrunde  liegen. 
Dagegen  kann  wirklich  von  Karnivorie 
die  Rede  sein  bei  zwei  Pilzen,  nämlich 
Arthrobotrys  oligospora,  deren  Mycel 
(nach  Zopf)  Schlingen  ausbildet,  in  welchen 
sich  Nemathoden  (Anguillulaarten)  fangen 
(das  Mycel  dringt  scldießlich  in  die  durch 
Erschöpfung  verendeten  Tiere  ein  und  nährt 
sich  von  ihnen)  und  Z  0  0 p h ag u s  i n s  i  d  i  a n s , 
der  in  stehendem  Wasser  teils  frei,  teils 
epiphytisch  auf  Cladophoraarten  lebt  und, 
wie  Sommersdorf  beobachtet  haben  will, 
Rotatorien  zu  Opfern  ausersehen  hat,  die  er 
mittels  einer  von  ihm  ausgeschiedenen 
klebrigen  Substanz  fängt  und  schließlich 
mittels  Haustorien  aufzehrt.  In  allen  diesen 
Fällen  dürfte  es  sich  aber  selbst  dann,  wenn 
Karnivorie  zweifellos  nachgewiesen  ist,  doch 
mehr  um  zufällige  Erscheinungen  handeln, 
welche  kaum  mit  jener  hohen  Anpassung 
echter  Karnivoren  verglichen  werden  kann. 

Literatur.  Die  wichtigsten  grundlegenden  Werke 
über  karnivore  Pßanzen  sind :  Darwin,  lusecti- 
vorovs  plant-i,  1874-  —  Goebel,  Insektivoren 
in  Pßamenbiolog i»che  Schilderunge»,  2,  1S91.  — 
Ui7ie  sehr  gute,  kurzgefaßte ,  aber  fast  er- 
schöpfende und  anregende ßchiindluiig  des  Themas 
hat  kürzlich  Wagner,  Die  fleischfressenden 
Pflanzen  (1911)  in  Band  344  der  Sammlung  ,,Aus 
Natur  und  Geistes  weit"  gegeben. 

F.   W.  Neger. 


34=' 


532 


Inselberge  —  Insolation 


Inselberge. 

Früher  wurden  als  „Inselberge"  die  so- 
genannten „Zeugen berge"  (vgl.  den  Ar- 
tikel „Atmospliäre.  Geologische  Be- 
deutung") bezeiclinet.  Heute  hat  das  Wort 
eine  etwas  andere  Bedeutung,  indem  man 
darunter  unvermittelt  aus  Ebenen  aufragende 
Berge  versteht,  welche  in  abflußlosen  Ge- 
bieten (Kalahari,  Kordofan  usw.)  vorkommen 
und  die  Reste  eines  unter  Sand  und  Ver- 
witterungsschutt begrabenen  Gebirges  dar- 
stellen. 


Insolation. 


1.  Einleitung.     2.    Wirkung    der    Insolation. 

3.  Begünstigende     Faktoren     der     Insolation.  ' 

4.  Regionale  X'erbreitung.     5.  Erscheinungen  der 
Insolationswirkung.  \ 

1.  Einleitung.     Unter  Insolation  versteht  i 
der  Geologe  die  Besonnung  der  Gesteine,  die 
unter  gewissen  Bedingungen  eine  mechanische  ; 
Zerstörung  veranlassen.      Genau  genommen 
ist  die  erhöhte  Wärme  allein  nicht  imstande, 
solche  Zerstörungen  zu  bewirken,  vielmehr ; 
sind  die  Temperaturschwankungen  der  ent- 
scheidende Faktor. 

2.  Wirkung  der  Insolation.     Bei  der  Be- ' 
Strahlung    durch    die    Sonne    erhitzen    sich  | 
in  heißen  Ländern  morgens  die  Gesteine  bis  I 
auf  50  bis  80**,  dehnen  sich  aus  und  bewirken  j 
beim    Beginnen    der    Erwärmung    oft    ein  i 
lautes    Klingen.        Bekannt    ist    diese    Er-  j 
scheinung  an  den  Memnonssäulen.   Die  Ober- 1 
fläche  des  Gesteins  dehnt  sich  aus ;  da  es  aber  i 
ein  schlechter  Wärmeleiter  ist,  so  kommt  es  j 
zu  Spannungen  zwischen  der  warmen  Ober-  j 
fläche  und  dem  kalten  Innern.    In  der  Nacht } 
kühlt  sich  die  Oberfläche  durch  Ausstrahlung  j 
aber  oft  bis  unter  Null  ab  und  nunmehr  kommt  i 
es  aufs  neue  zu  Spannungen.    Die  oberfläch- 
liche Schicht  wird  am  Morgen  zu  weit,  am  i 
Abend  zu  eng.     Ferner  ist  wichtig  der  ver- 1 
schiedene  Ausdehnungskoeffizient  der  eiuzel-  i 
nen  Mineralien  und  die  verschiedene  spezifische  1 
Wärme.      Dunkle   Mineralien   erhitzen   sich  I 
stärker  als  helle,  rauhe  schneller  als  glatte  i 
spiegelnde.    Neben  dieser  lediglich  die  Tem- ; 
peratur  beeinflussenden  Einwirkung  können  ' 
aber  auch  mancherlei  Nebenwirkungen  ein-  j 
treten.    Dazu  gehört  einmal  eine  gesteigerte  ] 
Verdunstung  und   x\ustrocknung.      Im  An- 
schluß daran  kann  es  zu  Effloreszenzen  von  i 
in    der    Bergfeuchtigkeit    gelösten     Salzen 
kommen.     Bei  Abkühlung  unter  Null  Grad 
aber  tritt  der  Spaltenfrost  in  Erscheinung. 
Der  Hinweis  auf  die  durch  Insolation  her- 
vorgerufenen  Begleiterscheinungen    ist   not- 
wendig,   da   sie    die  Erklärung    der   reinen 
Insolationswirkungen  erschweren. 


3.  Begünstigende  Faktoren  sind  Trocken- 
heit der  Luft  und  Wolkenlosigkeit  des 
Himmels,  lange  Dauer  des  Sonnenscheins 
und  steiler  Einfall  der  Strahlen,  schließlich 
bedeutende  Höhenlage  wegen  der  Vermin- 
derung der  Absorption  von  Sonnenstrahlen 
mit  der  Höhe. 

4.  Regionale  Verbreitung.  Entsprechend 
dem  Charakter  der  begünstigenden  Faktoren 
ist  die  Insolationswirkung  hauptsächlich  in 
den  Trockengebieten,  Hochgebirgen  und 
Hochplateaus  der  heißen  Zone  zu  finden.  In 
den  Hochgebirgen  der  gemäßigten  Zone  und 
in  den  Polargebieten  ist  die  mechanische 
Verwitterung  enorm.  Es  ist  aber  schwer 
zu  sagen,  in  wieweit  die  andauernde  Be- 
strahlung der  Felsen  durch  die  Sonne  und 
der  darauf  folgende  Frost  im  Schatten  allein 
wirken  oder  ob  der  Spaltenfro>t  —  nament- 
lich bei  Anwesenheit  von  Schneeschmelz- 
wasser —  die  entscheidende  Rolle  spielt. 
Hinsichtlich  der  polaren  Insolation  sei  auf 
Meinardus  hingewiesen  (Bd.  3  der  Deut- 
schen Südpolarexpedition). 

5.  Erscheinungen  der  Insolationswir- 
kung. Die  verschiedensten  Gesteine,  nament- 
lich aber  die  verschiedenfarbigen  grobkristal- 
linen zeigen  feines  Abschuppen,  Abplatzen 
millimeterdünner  bis  fußdicker  Schalen,  die 
zur  Entstehung  von  runden  Blöcken,  Buckeln 
und  oft  Hunderte  von  Metern  hohen  glatten 
Wänden  führen  können.  Die  abgestürzten 
Schalen  bilden  dann  oft  eine  Böschung  aus 
groben  Trümmern  rund  um  die  Berge.  In 
anderen  Fällen  springen  große  Blöcke  quer 
durch.  Aber  auch  die  kleineren  Gesteinsstücke 
können  zerplatzen,  und  zwar  springen  kleine 
napfförmige  Stücke  aus  oder  die  Stücke 
erhalten  Quersprünge.  Auch  meinen  manche 
Forscher,  daß  dreikantige  Stücke  entständen 
und  Anlaß  zu  der  Ausbildung  der  Drei- 
kantner  gäben. 

Während  die  beschriebenen  Zerstörungs- 
formen bei  dichten  bis  groben  kristallinen 
Gesteinen  sich  finden,  ist  der  Zerfall  in  einen 
Grus  aus  zerplatzten,  verschieden  gefärbten 
Kristallen  auf  die  groben  kristallinen  bunten 
Gesteine  beschränkt.  Solchen  Zerfall  pflegen 
namentlich  Granite  aufzuweisen. 

Während  manche  Beobachter  die  Span- 
nungen zwischen  Oberfläche  und  Innerem 
für  genügend  halten,  um  ein  Zerspringen  der 
Gesteine  zu  veranlassen,  meint  Pechuel- 
Lösche,  daß  die  auf  das  60«  bis  80"  heiße 
Gestein  falleiulen.  20°  besitzenden  Regen 
erst  die  schnelle  Abkühlung  bewirkten,  die 
für  ein  Zerspringen  notwendig  sei.  Neuer- 
dings meint  J.  Walther,  daß  ein  Zerplatzen 
der  kleinen  Gesteinsstücke  nur  dann  eintrete, 
wenn  sie  noch  bergfeucht  seien  und  schnell 
austrockneten.  Auch  weist  er  auf  das 
rasche  Auskristallisieren  von  Salzen,  die  in 
der  Bergfeuchtigkeit  gelöst  seien,  als  spren- 


Lisulation  —  Ionen 


533 


genden  Faktor  hin.  Wenn  aber  auch  J. 
Walther  recht  haben  sollte  mit  der  Be- 
hauptung, die  Gesteine  veränderten  morgens 
und  abends  so  allmählich  ihre  Tempe- 
ratur, daß  ein  Zerspringen  nicht  eintrete, 
so  weist  das  zweifellos  vorhandene  Klingen 
der  Gesteine  morgens  und  abends  doch  auf 
recht  kräftige  Spannungen  hin.  Damit 
stimmt  überein,  daß  Hardwig  in  der  Ata- 
kama  in  5  Stunden  eine  Erwärmung  von  49*^ 
beobachtete.  Auf  sonstige  Nebenwirkungen 
der  Insolation  infolge  des  Austroeknens,  wie 
z.  B.  Effloreszenzen,  Entstehung  von  Spalten, 
Schlammschalen  u.  a.  m.  im  Boden  kann 
hier  nicht  eingegangen  werden. 

Literatur.  Frans,  Aus  dvm  Orient.  Stuttgnrt 
lö67.  —  Harilwig,  Journal  Gegr.  ,Soc.  1877, 
S.  252.  —  Pechiiel- Lösche,  Aus  dem  Herero- 
land. Anstund  IS84.  <S.  4'25.  —  L.  Schnitze, 
Aus  dem  Numalund  und  Kaiahari.  S.  67  bis  70. 
Jena  1907.  —  «7.  Walther,  Die  Denudation 
in  der  Wüste.  Leipzig  1890.  —  Derselbe, 
Einleitung  in  die  Geologie  als  historische  Wissen- 
schaft. Jena  1893194.  —  Derselbe,  Das  Gesetz 
der  Wüstenbildung  in  Gegenwart  und  Vorzeit. 
Leipzig  1912. 

S.    Passarge. 


Intrusivgesteine. 

Eruptivgesteine,  welche  in  plattenför- 
miger  Gestalt  zwischen  die  Schichten  einge- 
drungen sind,  werden  als  Intrusivlager  be- 
zeichnet. Gleichbedeutend  mit  ,, Lag  er- 
gang". Ein  Gegenstück  dazu  bilden  die 
,, Effusivgesteine",  d.  h.  Gesteine  erup- 
tiven Ursprungs,  welche  sich  auf  der  Erd- 
oberfläche ergossen  haben.  Gleichbedeutend 
mit  ,, Ergußgestein".  Vgl.  den  Artikel 
„Lagerungsform   der    Gesteine". 


Ionen. 

1.  Begriffsbestimmung.  Ladung  der  Ionen. 
Elektroriffiiiität  und  Entladungsspannung.  2.  Me- 
thoden zur  ^Messung  der  Konzentration  der  Ionen. 

3.  Physik. lische    und  chemische  Eigenschaften. 

4.  Hydratation  der  Ionen. 

I.  Begriffsbestimmung.^)  Ladung  der 
Ionen.  Elektroaffinität  und  Entladungs- 
spannung. Als  Ionen  bezeichnete  Farad ay 
die  Spaltstücke,  in  welche  nach  seiner  Auf- 
fassung der  Elektrolyse  die  elektrolytisch  d.  h. 
unter  Zersetzung  leitenden  Stoffe  beim  Strom- 


1)  Im  folgenden  werden  nur  die  Ionen  in 
Lösungen  besprochen;  über  die  Ionen  in  gas- 
förmigen Systemen  sehe  man  den  Artikel 
,,Elektrizi  fcütslei  tung  in  Gasen". 


durchgange  zerlegt  werden.  In  dem  Ai'tikel 
,, Dissoziation.  Elektrolytische  Disso- 
ziation" ist  gezeigt  worden,  welche  Gründe 
zu  der  Erkenntnis  geführt  haben,  daß  die 
Ionen  im  Inneren  des  elektrolytischen  Leiters 
nicht  erst  beim  Stromdurchgange  aus  ihrem 
Molekularverbande  getrennt  werden,  sondern 
daß  sie  als  ,, freie  Ionen"  auch  ohne  Strora- 
durchgang  in  der  Lösung  eines  Elektrolyten 
vorhanden  sind.  Die  Ionen  sind  als  Stoffe 
besonderer  Art  anzusehen;  sie  zeigen  weder 
die  Eigenschaften  der  freien  I^lemente  nach 
der  im  Molekülverbande  gehaltenen:  Silber- 
Ion  und  Jod-Ion  verhalten  sich  physikalisch 
und  chemisch  anders  als  die  Elemente  Silber 
und  Jod  und  anders  als  das  Jodsilber-Molekül. 
Das  besondere  Verhalten  der  Stoffe  als 
Ionen  muß  darauf  zurückgeführt  werden, 
daß  sie  Träger  elektrischer  Ladungen  sind. 
Sie  erweisen  sich  als  solche  dadurch,  daß 
sie  bei  Stromdurchgang  je  nach  dem  Sinne 
ihrer  Ladung  als  Kationen  zur  negativen 
Elektrode,  der  Kathode  bzw.  als  Anionen 
zur  positiven  Elektrode,  der  Anode,  wandern. 
Die  Neigung  der  Ionen,  positive  oder  ne- 
gative Ladung  anzunehmen,  steht  in  ejigster 
Beziehung  zu  ihrem  chemischen  Verhalten. 
Wie  wir  von  einer  chemischen  Affinität 
der  Elemente  gegenüber  bestimmten  anderen 
Elementen  sprechen  können,  so  auch  von 
der  Affinität  der  Elemente  zur  positiven 
bezw.  negativen  Elektrizität  (die  bei  elektro- 
chemischen Betrachtungen  als  gleichberech- 
tigt behandelt  werden  können).  Die  Ele- 
mente von  ausgesprochen  metallischem  Cha- 
rakter verhalten  sich,  als  ob  sie  eine  Ver- 
wandtschaft zur  positiven  Elektrizität,  die- 
jenigen von  mehr  metalloidem  zur  negativen 
Elektrizität  hätten.  Die  einfachen  elemen- 
taren Kationen  werden  demnach  von  Wasser- 
stoff und  den  Metallen  gebildet,  die  einfachen 
elementaren  Anionen  von  den  Halogenen 
und  den  Elementen  der  Schwefelgruppe. 
Quantitativer  Untersuchung  zugänglich  sind 
die  Fragen  a)  nach  der  Elektrizitätsmenge, 
die  von  einem  Atom  der  verschiedenen 
Elemente  gebunden  werden  kann,  b)  nach 
der  Stärke  dieser  Bindung. 

Die  Beantwortung  der  ersten  Frage  er- 
gibt sich  aus  dem  Faraday sehen  Gesetz: 
Beim  Durchgang  durch  verschiedene  Elektro- 
lyte  scheidet  der  Strom  die  Elemente  in 
solchen  Mengen  ab,  die  chemisch  gleichwertig 
oder  äquivalent  sind.  Die  Wertigkeit  oder 
Valenz  eines  chemischen  Atoms  gibt  an,  mit 
wieviel  Atomen  Wasserstoff  es  sich  ver- 
binden bezw.  wieviel  solche  Atome  in  Ver- 
bindungen es  ersetzen  kann.  Durch  das 
Faraday  sehe  Gesetz  erhält  die  Valenz  eine 
weitere  Bedeutung:  sie. stellt  sich  als  Einheit 
dar  nicht  nur  bei  der  Einwirkung  eines 
Atoms  auf  andere  Atome,  sondern  sie  er- 
scheint auch  als  Einheit  bei  dem  Verhalten 


534 


Ionen 


der  Atome  zur  Elektrizität.  Wie  nämlich 
die  Natur  eines  chemischen  Atoms  nur  dafür 
in  Frage  kommt,  ob  es  überhaupt  mit 
Atomen  dieses  oder  jenes  Elementes  eine 
Verbindung  eingeht,  wie  dabei  aber  die 
Zahl  der  Atome  nur  von  deren  Wertigkeit 
bestimmt  wird  ...,  so  wird  auch  liier  von 
der  Natur  des  chemischen  Atoms  nur  be- 
stimmt, ob  es  mit  positiver  oder  negativer 
Elektrizität  sich  verbindet,  die  Elektrizitäts- 
menge aber  ist  wieder  nur  bestimmt  durch 
die  Zahl  der  Valenzen  des  Atoms.  Es  er- 
scheinen nun  die  hier  in  Betracht  kommenden 
Tatsachenreihen  rein  chemischer  und  elektro- 
chemischer Art  unter  vereinheitlichendem 
Gesichtspunkte,  wenn  wir  annehmen,  daß 
die  Elektrizität  ebenso  wie  die  chemischen 
Elemente  von  atomistischer  Struktur  ist, 
daß  es  also  außer  den  chemischen  Atomen 
noch  zwei  Arten  von  einwertigen  Atomen 
gibt,  nämlich  diejenige  positive  und  diejenige 
negative  Elektrizitätsmenge,  welche  sich  mit 
einem  einwertigen  chemischen  Atom  oder 
mit  jeder  Valenz  eines  mehrwertisjen  ver- 
binden können.  Wir  nennen  sie  das  positive 
und  das  negative  Elementarquantum  oder, 
nach  einem  Vorschlage  von  Stoney  das 
positive  und  negative  Elektron. 

Wie  wir  nun  bei  einem  neuen  Element 
zunächst  das  Atomgewicht  zu  ermitteln  ver- 
suchen, indem  wir  bestimmen,  welche  Ge- 
wichtsmenge davon  sich  mit  einem  Gramm 
Wasserstoff  oder  der  gleichwertigen  — 
äquivalenten  —  Menge  von  Silber  (107,93  g), 

„     „     /63,6 
Kupier  I — p— 

ermitteln    wir    entsprechend    hier    diejenige 

Elektrizitätsmenge,    welche    sich    mit    eben 

dieser   Anzahl    von    Grammen    Wasserstoff, 

Silber  oder  Kupfer  bei  den  elektrolytischen 

Erscheinungen     verbunden     findet.         Wir 

wählen  das   Silber,  dessen  x\bscheidung  die 

am    besten     übereinstimmenden     Resultate 

liefert.     Die  Elektrizitätsmenge  1  Coulomb 

(das  ist  1  Amp.  in  1  Sek.)  scheidet  0,00118  g 

Silber    ab.       Das    Atomgewicht    Silber    in 

Grammen  (107,93  g)  wird  also  abgeschieden 

107  93 
durch  ^y^'n   =96540    Coulomb.        Man 

bezeichnet  diese  fundamentale  elektroche- 
mische Konstante  mit  dem  Buchstaben  F 
(Farad ay).  Sie  stellt  diejenige  Elektrizitäts- 
menge dar,  welche  ein  Aequivalentgewicht 
der  verschiedenen  Stoffe  in  Grammen  ab- 
zuscheiden vermag. 

Nun  hat  man  aber  in  der  kinetischen 
Gastheorie  Wege  gefunden,  welche  zur 
Kenntnis  nicht  nur  der  relativen  Atom- 
gewichte, sondern  auch  zu  derjenigen  der 
absoluten  geführt  haben,  welche  uns  also 
die  x\tomgewiclite  nicht  nur  auf  eines  von 
ihnen  als   Einheit  bezogen   angeben  lassen. 


=  31,8  g    usw.  verbindet,  so 


sondern  das  Gewicht  eines  Atoms  in  Gram- 
men kennen  lehrten.  Ein  Atom  Wasserstoff 
wiegt  danach  10--'  mg,  ein  Atom  eines 
Elementes  mit  dem  relativen  Atomgewicht 
A  also  A.IO  '-  mg.  Wir  sahen,  daß  1  g 
Wasserstoff  die  Elektrizitätsmenge  96  540 
Coul.  bindet,  1  mg  also  96,54  Coul.  Dem- 
nach ein  Atom  Wasserstoff  96,54. 10--^ 
=  etwa  lO-''»  Coul.  Dies  ist  das  Ele- 
mentarquantum der  Elektrizität,  das  Elek- 
tron, die  kleinste  Elektrizitätsmenge,  welche 
sich  hat  nachweisen  lassen.  Jede  größere 
Elektrizitätsmenge  ist  — ■  entsprechend  der 
Auffassung  von  der  atomistischen  Struktur 
der  Elektrizität  —  ein  Vielfaches  dieser 
Menge.  Die  Ionen  sind  also  aufzufassen 
als  Verbindungen  der  Elektrizitätsatome  mit 
chemischen  Atomen  oder  Atomenkomplexen, 
die  nach  denselben  durch  die  Valenz  der 
Atome  bestimmten  Verhältnissen  erfolgen 
wie  die  Verbindungen  der  chemischen  Atome 
untereinander. 

Die  zweite  Frage,  diejenige  nach  der 
Stärke  der  Bindung  eines  Elektrons  an  ein 
chemisches  Atom,  die  Frage  also  nach  der 
,,Elektroaffinität"  würde  sich  erledigen,  wenn 
es  gelänge,  die  Arbeit  zu  bestimmen,  welche 
erforderlich  ist,  um  einem  Ion  seine  Ladung 
zu  nehmen  oder  — ■  da  der  eine  Faktor  der 
elektrischen  Arbeit,  die  Elektrizitätsmenge 
nach  dem  Vorhergehenden  konstant  ist  — 
wenn  man  die  elektromotorische  Kraft  für 
die  Elektrolyse  bestimmen  könnte,  bei 
welcher  die  Ionen  in  ungeladene  Atome 
von  gleicher  Konzentration  übergehen.  Es 
ist  aber  ersichtlich,  daß  bei  dei  Ueber- 
führung  der  Ionen  in  die  festen  Elemente 
oder  freien  Gase  andere  Größen  sich  der 
Elektroaffinität  überlagern  müssen.  Hier 
wird  nun  die — -wie  es  scheint,  in  der  Mehrzahl 
der  Fälle  berechtigte  —  Annahme  gemacht, 
daß  die  Zersetzungsspannungen  oder  die 
Entladungspotentiale  der  Ionen  aus  normaler 
d.  i.  ein  Grammäquivalent  der  Ionen  im 
Liter  enthaltender  Lösung  der  Elektro- 
affinität proportional  sind.  Eine  Zusammen- 
stellung der  so  gewonnenen  Werte  findet  sich 
am  Schlüsse  des  Artikels  „Potential. 
E 1  e  k  t  r  0  e  li  e  m  i  s  c  h  e  s  Potential". 

2.  Methoden  zur  Messung  der  Kon- 
zentration der  Ionen.  Zur  Ermittelung 
der  lonenkonzentration  dient  eine  Reihe 
prinzipiell  verschiedener  Methoden. 

a)  Direkte,  d.  h.  Methoden,  welche  die 
Konzentration  eines  Ions  oder  beider  Ionen 
liefern : 

Elektrische  Leitfähigkeit, 
Katalytische  Wirksamkeit, 
Farbintensität, 
Elektromotorische  Kräfte. 

b)  Indirekte 

a)  Methoden,  welche  die   Konzentration 


Ionen 


535 


der  Ionen    und  Moleküle   liefern,   das    sind 
alle  osmoti.schen  Methoden: 

Messung  des  osmotischen  Druckes, 
Danipfdruckerniedrigung, 
Gefrierpunkterniedrigung, 
Siedepunkterhöhung. 
ß)  Methoden,  welche  die  Konzentration 
der  undissoziierten  Moleküle  liefern: 
Messung  des  Partialdrucks, 
Verteilung  zwischen  zwei  Lösungs- 
mitteln. 
Daß  diese  Methoden,  insbesondere  Leit- 
fähigkeit und  osmotische  Methoden  für 
verdünnte  Lösungen  zu  gleichen  Werten  der 
lonenkonzentration  führten,  bildete  dieHaupt- 
stütze  beim  Ausbau  der  Dissoziationstheorie. 
In  deniArtikel,, Dissoziation. Elektro- 
lytische Dissoziation"  ist  gezeigt  wor- 
den, daß  das  Anwachsen  der  Dissoziation  mit 
Zunahme  des  dissoziierenden  Lösungsmittels, 
also  mit  steigender  Verdünnung  dem  Gesetz 
der  chemischen  Massenwirkung  unterliegt; 
man  bezeichnet  es  in  dieser  Anwendung  als 
Ostwaldsches  Verdünnungsgesetz.  Die 
Gesetzmäßigkeit  trifft  jedoch  nur  für  die 
w^enig  dissoziierten  schwachen  Elektrolyte 
zu;  für  die  starken  Elektrolyte  ist  der 
Fortschritt  der  Dissoziation  mit  steigender 
Verdünnung  nicht  durch  die  Konstante  des 
Massenwirkungsgesetzes  darstellbar.  Die 
nähere  Untersuchung  dieses  Verhaltens  hat 
bisher  noch  zu  keiner  befriedigenden  Deutung 
seiner  Ursachen  geführt.  Die  ausführliche 
Diskussion  des  vorhandenen  Tatsachenma- 
terials durch  Drucker  läßt  erkennen,  daß 
die  nach  den  verschiedenen  Methoden  er- 
haltenen Messungsresultate  der  lonenkon- 
zentration im  allgemeinen  zwar  bis  zu 
Konzentrationen  von  0,1  normal  überein- 
stimmen, daß  aber  bei  starken  Elektrolyten 
das  Massenwirkungsgesetz  meist  schon  bei 
geringeren  Konzentrationen  nicht  mehr  er- 
füllt ist.  In  einem  neueren,  besonders  sorg- 
fältigen experimentellen  Beitrag  zu  dem  für 
die  Theorie  der  Lösungen  fundamentalen 
Problem  zeigte  F.  Flügel,  daß  für  be- 
stimmte Lösungen  auch  in  sehr  großer 
Verdünnung  Gefrierpunkterniedrigung  und 
Leitfähigkeit  Resultate  für  den  Dissoziations- 
grad ergeben,  deren  Abweichungen  von- 
einander die  möglichen  Versuchsfehler  über- 
schreiten; daß  aber  auch  für  Lösungen  bis 
zu  0,001  normal  herab  sich  das  Massen- 
wirkungsgesetz als  ungültig  erweist  sowohl 
für  die  aus  den  Gefrierpunktsmessungen  als 
auch  für  die  aus  den  Leitvermögen  be- 
rechneten Konzentrationen. 

3.  Physikalische  und  chemische  Eigen- 
schaften. Die  Dissoziationstheorie  führt 
zu  der  Folgerung,  daß  die  physikalischen 
und  chemischen  Eigenschaften  verdünnter 
Salzlösungen  nicht  die  Eigenschaften  der 
unzersetzten     Moleküle,    sondern     die    der 


freien  Ionen  sind.  So  erweist  sich  die  Aen- 
derung  des  Volumens  durch  Salzzusatz 
als  eine  additive  Eigenschaft  der  Ionen, 
ebenso  das  molekulare  Brechungsver- 
mögen der  in  verdünnter  wässeriger  Lösung 
befindlichen  Salze.  Weiter  hat  die  Unter- 
suchung der  Lichtabsorption  und  Farbe 
ergeben,  daß  die  Absorptionsspektren 
der  verdünnten  Lösungen  verschiedener  Salze 
mit  gleichem  farbigen  Ion  identisch  sind. 
Entsprechend  zeigen  Salze,  die  ein  gleiches 
optisch  aktives  Ion  enthalten,  im  Zustande 
völliger  Dissoziation  in  äquivalenten  Lö- 
sungen gleiches  Drehungs vermögen. 

Von  fundamentaler  Wichtigkeit  nament- 
lich für  die  analytische  Chemie  ist  die  Tat- 
sache, daß  auch  die  chemischen  Eigen- 
schaften der  verdünnten  Salzlösungen  die 
chemischen  Eigenschaften  der  freien  Ionen 
sind:  es  sind  daher  —  wie  Ostwald  einmal 
anschaulich  darlegt  — ■  nicht  die  analytischen 
Eigenschaften  sämtlicher  Salze,  sondern  nur 
die  ihrer  Ionen  festzustellen.  50  Anionen 
und  Kationen  können  miteinander  2500 
Salze  bilden,  deren  Verhalten  festgestellt 
werden  müßte,  falls  sie  individuelle  Re- 
aktionen besäßen.  Tatsächlich  genügt  aber 
die  Kenntnis  von  50  -f  50  =  100  Reaktionen 
um  sämtliche  2500  mögliche  Fälle  zu  be- 
herrschen. Wie  aber  die  Ionen  ihre  cha- 
rakteristischen Reaktionen  verlieren,  wenn 
sie  in  den  Molekularverband  mit  dem  ent- 
gegengesetzt geladenen  Ion  eintreten,  so 
geschieht  das  auch,  wenn  sie  Bestandteil 
eines  zusammengesetzten  —  komplexen  — 
Ions  werden:  Die  für  das  Chlor-Ion  cha- 
rakteristische Reaktion  mit  Silber  unter- 
bleibt, wenn  das  Chlor-Ion  mit  Sauerstoff 
zur  Bildung  des  komplexen  Chlorat-Ions 
CIO3  zusammentritt,  welches  wieder  seine 
eigenen  charakteristischen  Reaktionen  auf- 
weist. 

Ein  besonderer  Fall  von  Isomerie  findet 
sich  bei  den  Ionen  dadurch,  daß  dasselbe 
Ion  mit  einer  verschiedenen  Anzahl  elek- 
trischer Ladung  auftreten  kann.  Es  ist 
damit  ein  völlig  verschiedenes  chemisches  und 
physikalisches  Verhalten  verbunden,  so  beim 

+  +  +  +  -f 

Ferro-  und  Ferri-,   Fe  und  Fe,  dem  Man- 

ganat-    und    Permanganat-Ion,    Mn04    und 

Mn04. 

Als  amphotere  Elektrolyte  bezeichnet 
man  solche  Stoffe,  welche  sich  auf  verschie- 
dene Weise  in  Ionen  spalten  können.  So 
kann  z.  B.  Bleihydroxyd  PbfOH).^  als  Base 

i  '         "^"'"  - 

1  dissoziieren    nach    dem    Schema    Pb+20H 

resp.  PbOH+OH  oder  als  Säure  H+PbÖ(ÖH) 
Iresp.  2H+PbÖ2. 

Endlich  hat  man  noch  den  Fall  einer 
besonderen  Art  von  Ionen  festgestellt,  welche 


536 


Ionen 


sich  bilden,  wenn  von  einem  elektrisch 
nentralen  Molekül  gleichzeitig  ein  positives 
nnd  ein  negatives  Ion  abgespalten  wird; 
das  zurückbleibende  Molekül  eiitiiält  dann 
freie  —  sich  allerdings  koni])eiisierende  — 
elektrische  Ladungen.  Mau  spricht  in 
solchem  Falle  von  Zwitteriouen.  Als  ein 
Beispiel  dafür  sei  das  Methylorange  genannt. 

4.  Hydratation  der  Ionen.  Der  Er- 
örterung bedarf  noch  das  Verhältnis  der 
freien  Ionen  zu  dem  Lösungsmittel,  in 
welchem  sie  sich  befinden,  die  Frage,  ob 
sie  frei  durch  das  Lösungsmittel  hindurch 
sich  bewegen  oder  eine  festhaftende  Hülle 
davon  mit  sich  führen  und  im  Wasser  als 
lonenhydrat  sich  bewegen.  Für  diese  letztere 
Annahme  spricht  schon  die  von  Kohlrausch 
gefundene  Tatsache,  daß  der  Temperatur- 
koeffizient der  Leitfähigkeit  bei  unendlicher 
Verdünnung  für  einwertige  Ionen  gleich  ist 
und  übereinstimmt  mit  dem  Temperatur- 
koeffizienten der  inneren  Reibungdes Wassers, 
so  daß  also  dort  wie  hier  eine  Bewegung 
von  Wasser  gegen  Wasser  anzunehmen  ist. 
Da  sonach  die  lonenreibung  für  die  ein- 
wertigen Ionen  gleich  ist,  so  sollte  man  weiter- 
hin annehmen,  daß  die  Beweglichkeiten  der 
Ionen  mit  wachsendem  Atomvolumen  ab- 
nehmen. Statt  dessen  fand  man  die  auf- 
fallende Tatsache,  daß  in  der  Reihe  Li,  Na, 
K,  Rb,  Cs,  in  welclier  die  Atomvolumina 
steigen,  die  Beweglichkeiten  zunehmen.  Die 
Erklärung  liegt  nalie,  eine  in  der  angegebenen 
Reihenfolge  sinkende  Addition  von  Wasser- 
molekülen anzunehmen,  durch  welche  das 
Volumen  von  Ion  +  Wasserhülle  so  ver- 
ändert wird,  daß  ein  Sinken  des  Gesamt- 
volumens in  obiger  Reihenfolge  stattfindet. 
Es  sind  von  Nernst,  Buchböck,  Wash- 
burn  Methoden  angegeben  worden,  um  zu 
einer  Vorstellung  über  die  von  einem  Ion 
addierte  Anzahl  von  Wassermolekülen  zu 
gelangen.  Besonders  bemerkenswert  er- 
scheint der  von  Riese  nfeld  und  Rein  hold 
eingeschlagene  Weg.  Die  Bestimmung  der 
Ueberführungszahl  (vgl.  den  Artikel  ,,Elek- 
trolytische  Leitfähigkeit")  hat  zu  dem 
Ergebnis  geführt,  daß  sie  mit  der  Konzen- 
tration sich  ändert.  Dies  wird  darauf  zurück- 
geführt, daß,  je  konzentrierter  die  Lösungen 
sind,  desto  mehr  ein  Mitführen  von  Lö- 
sungsmittel durch  die  Ionen  sich  bemerkbar 
machen  muß.  Aus  der  Aenderung  der : 
Ueberführungszahl  mit  der  Konzentration ' 
läßt  sich  somit  die  Anzahl  Mole  Wasser  be- 
rechnen, die  beim  Durchgange  einer  be- 
stimmten  Strommenge  an  die  Anode  oder 
Kathode  transportiert  werden. 

Eine  andere  Betrachtung  geht  aus  von 
der  Formel  von  Stokes,  welche  sich  be- 
zieht auf  die  mit  der  konstanten  Geschwin- 
digkeit c  erfolgende  Bewegung  eiiu;r  Kugel 
vom  Radius  r  in  einer  Flüssigkeit  von  der 


Zähigkeit  rj.  Die  durch  die  Reibung  hervor- 
gerufene Gegenkraft  ist  nach  Stokes  Ott  77  rc. 
Für  zwei  verschiedene  hydratisierte  Ionen 
wäre  also  hiernach,  da  tj  als  die  innere  Rei- 
bung des  Wassers  in  beiden  Fällen  gleich  zu 
setzen  ist  Gxc  t]  r-^(^^  =  G7irj  x<^q^.  Ist  das  Atom- 
volumen der  Ionen  zu  vernachlässigen  gegen 
dasjenige  der  umgebenden  Wasserhülle,  so 
bedeuten  r^  und  r.^  die  Radien  dieser  Wasser- 
hüllen und  setzen  wir  für  c  die  lonenbeweg- 

1        r 
lichkeit  1,  so  ist-  r  =  -  und  es  besteht  für 

die  Anzahl  der  von  einem  Ion  mitgeführten 
Wassermoleküle  die  Beziehung 


und  daher 


A2 

A. 


2       '2 

j  Kombiniert  man  diese  Beziehung  mit 
I  der  vorhergehenden,  über  die  Aenderung  der 
Ueberführungszahl  mit  der  Konzentration, 
so  lassen  sich  die  iVnzahl  Mole  angeben, 
welche  die  Wasserhüllen  der  verschiedenen 
Ionen  bilden.  Es  wurden  so  gefunden  für 
die  Kationen: 

H(0);    K(20);    Ag(35);    i.;Cd,     Cu(55); 
Na(70);  Li(150); 
für  die  Anionen: 

OH(IO);  i/,S04,  J,  Br,  Cl(20);  N03(25); 
ClOgCSö). 

Es  sei  noch  erwähnt,  daß  man  nicht  ohne 
Erfolg  versucht  hat,  die  Abweichungen  der 
starken  Elektrolyte  vom  Massenwirkungs- 
gesetz durch  die  Hydratation  ihrer  Ionen 
zu  erklären. 

Daß  auch  in  nichtwässerigen  lonisierungs- 
mitteln  Verbindungen  der  Ionen  mit  dem 
Lösungsmittel  wahrscheinlich  sind,  darauf 
weist  eine  von  Waiden  angegebene  Be- 
ziehung, die  gefunden  wurde  als  die  Leit- 
fähigkeit desselben  Elektrolyten  in  ca.  30 
verschiedenen  Lösungsmitteln  und  ebenso 
deren  Fluidität  gemessen  wurde.  Es  zeigte 
sich,  daß  die  Grenzwerte  der  Leitfähigkeit 
bei  unendlicher  Verdünnung  proportionel 
den  Reibungskoeffizienten  bei  derselben 
Temperatur  waren  Aoo.rioo  =  konst.  =0,700 
und  daß  Fluidität  und  elektrisches  Leit- 
vermögen durch  die  Temperatur  in  gleicher 
Weise  beeinflußt  werden.  Waiden  nimmt 
als  einfachste  Deutung  an,  daß  die  wandern- 
den Ionen  mit  einer  größeren  Anzahl  ]\Io- 
lekeln  des  Lösungsmittels  assoziiert  sind 
und  nunmehr  eine  Reibung  erfahren,  die 
praktisch  zusammenfällt  mit  der  Reibung 
des  Lösungsmittels. 

Literatur.  Sv.  Arrhenlus,  Lehrhurh  der  Elektro- 

clicmie.  Leipzig  1901.  —  W.  Ostwald,  Lehr- 
hurh der  allgemeinen  Chemie,  J^.  Ai(ti.  Leipzig 
l'JOO.    —     W.     Nernst,     Theoretische     Chemie, 


Ionen  —  lonengleichgewichte  (Elektroly tische  Gleichgewichte) 


537 


7.  Auß.  Stutkiart  1913.  —  M.  Le  BLanc, 
Leh'buch  der  Eleklroihemie,  4-  Aufl.  Leipzig 
ig06.  —  A.  Coehn,  Elektrochemie  in  Müller- 
Pouillets  Lehrbuch  der  Physik,  4.  10.  Aufl. 
Brauwchweig  1909.  —  K.  Drucker,  Die 
Anomalie  der  starken  Elektrolytc.  Stuttgart 
IQOS.  —  F.  Flügel.  Zeitsclirvt  für  physikalisrly 
Chemie,  79,  577,  1912.  —  E.  H.  Riesenfeld 
und  B.   Keinhold,   ebenda,  66,   67S,  1909. 

A.   Coehn. 


lonengleichgewichte. 

Elektrolytische  Gleichgewichte. 

1.  Allgemeines.  2.  Elektrolytische  Dissozia- 
tion des  Wassers;  Bestimmung  derselben  aus 
der  a)  EMK  der  Gaskette,  b)  Hydrolyse  des 
Natriumacetats.  c)  Verseifungsgeschwindigkeit 
des  Methylacetats.  d)  Leitfähigkeit  reinsten 
Wassers.  3.  lonengleichgewichte  bei  Gegenwart 
von  Bodenkörpern,  Beispiele  dazu  aus  der  ana- 
lytischen Chemie.  4.  Komplexe  Ionen,  Beispiele 
dazu  aus  der  analytischen  Chemie.  5.  Verteilung 
eines  Ek^ktrolyten  zwischen  zwei  Phasen. 

I.  Allgemeines.  Eine  jede  chemische 
Reaktion  muß  theoretisch  als  umkehrbar 
betrachtet  werden.  Daraus  läßt  sich  fole;ern, 
daß  die  in  die  Reaktion  eintretenden  Stoffe 
mit  den  Reaktionsprodukten  sich  ins  Cileich- 
gewicht  zu  setzen  streben  (vgl.  darüber  den 
Artikel  „Chemisches  Gleichgewicht"). 
Die  Dissoziation  eines  Moleküls  eines  Elektro- 
lyten in  zwei  oder  mehrere  Ionen  ist  ebenfalls 
eine  chemische  Reaktion;  die  allgemeinen 
Gesetze  dieser  letzteren  sind  daher  anwend- 
bar auf  den  Dissoziationsvorgang.  Das  Mas- 
senwirkungsgesetz ergibt  auf  die  Dissoziation 
eines  binären  Elektrolyten  angewandt  das 
Ostwaldsche  Verdünnungsgesetz  (vgl.  den 
Artikel  „Dissoziation.  Elektrolytische 
Dissoziation"  4  „Dissoziationskonstante". 
Dort  sind  auch  die  theoretisch  noch  nicht 
klargestellten  Abweichungen  behandelt,  die 
die  starken  Elektrolyte  von  diesem  Verhalten 
zeigen),  lieber  Zahlenwerte  der  Dissoziations- 
konstanten vgl.  auch  den  Artikel  „Che- 
mische Verwandtschaft"  7  „Dissozia- 
tionskonstante". 

Während  nun  die  in  den  genannten  Ar- 
tikeln besprochenen  Anwendungen  des 
Massenwirkungsgesetzes  die  Dissoziations- 
verhältnisse zu  berechnen  gestatten,  wenn 
Dissoziationskonstante  und  Konzentration 
gegeben  sind,  so  erhebt  sich  Aveiterhin  die 
Frage  nach  den  lonenkonzentrationen  in 
Lösungen,  die  mehrere  Elektrolyte  enthalten 
und  zwar  sowohl  für  den  Fall,  daß  die  in  Be- 
tracht kommenden  lonenarten  alle  verschie- 
den sind,  als  auch  dann,  weim  mehrere 
in  bezug  auf  einen  Bestandteil  überein- 
stimmen. Ueber  die  prinzipielle  Möglichkeit, 
die    lonenkonzentrationen    eines    beliebigen 


solchen  Falles  zu  berechnen,  läßt  sich  nun 
zunächst  das  Folgende  sagen.  Es  mögen 
n  verschiedene  Elektrolyte  zusammen- 
gebracht werden,  bei  denen  kein  Kation 
an  mehr  als  eine  Art  von  Anionen  gebunden 
vorkommen  soll.  Die  Anionen  und  Kationen 
sollen  der  Reihe  nach  mit  A^,  Ao  .  .  An  und 
K^,  Ko  .  .  Kn  bezeichnet  werden;  es  werden 
sich  dann,  wenn  auch  zum  Teil  vielleicht  nur 
in  sehr  geringer  Menge  jede  Art  der  Kationen 
mit  jeder  Art  der  Anionen  zu  undissoziiertera 
Salz  verbinden,  d.  h.  also,  daß  n.n  ver- 
schiedene undissoziierte  Salze  vorhanden 
sein  werden,  außerdem  n  verschiedene  Arten 
Kationen,  und  ebensoviele  Anionen.  Die 
Konzentrationen  von  (n^  +  2n)  verschie- 
denen Stoffen  sind  also  die  zu  berechnenden 
Unbekannten.  Die  Konzentration  eines  jeden 
undissoziierten  Salzes  muß  nun  mit  den 
Konzentrationen  der  dazu  gehörenden  lonen- 
arten im  Dissoziationsgleichgewicht  stehen. 
Sind  die  Dissoziationskonstanten  alle  be- 
kannt, so  ergibt  die  Notwendigkeit  dieser 
Beziehung  also  auch  n^  Gleichungen  zwischen 
den  Unbekannten.  Außerdem  aber  kann 
durch  Analyse  der  Ausgangsprodukte  fest- 
gestellt werden,  welche  Menge  des  Be- 
standteils Aj  .  .  .  hereingebracht  wurde  (und 
natürlich  ebenso  für  jeden  Bestandteil  K^ . . .). 
Diese  Menge  wird  in  der  Lösung  teils  als 
freies  Ion  A^  vorhanden  sein,  teils  aber  auch 
als  undissoziiertes  Salz  A^K^,  A^Ko  •  •  •  • 
i\]^K„.  Die  Summe  dieser  Konzentrationen 
muß  also  der  hereingebrachten  Menge  des 
Stoffes  Aj  gleich  sein.  Eine  solche  Beziehung 
gilt  nun  für  jeden  Bestandteil  der  Ausgangs- 
produkte und  wir  erhalten  so  weitere  2n 
Gleichungen  zwischen  den  Konzentrationen 
in  unserer  Lösung.  Unseren  (n^  +  2n) 
Unbekannten  stehen  also  im  ganzen  ebenso- 
viele Gleichungen  gegenüber,  wenn  die  Men- 
gen der  Ausgangsstoffe  und  die  Dissoziations- 
konstanten aller  möglichen  lonenkombina- 
tionen  bekannt  sind.  Zur  Berechnung  einer 
bestimmten  Anzahl  von  Unbekannten  muß 
nun  bekanntlich  ein  System  von  ebensoviel 
Gleichungen  gegeben  sein.  Prinzipiell  würde 
also  unsere  Aufgabe  unter  den  genannten 
Voraussetzungen  lösbar  sein;  bei  allen  nicht 
besonders  einfach  liegenden  Fällen  würde  man 
allerdings  bei  der  so  geführten  Art  der  Be- 
rechnung auf  sehr  große  rechnerische  Schwie- 
rigkeiten stoßen.  Gleichw'Ohl  ist  der  Nachweis, 
daß  die  Kenntnis  der  betreffenden  Dissoziati- 
onskonstanten zur  zahlenmäßigen  Berechnung 
der  einzelnen  Konzentrationen  ausreicht,  sehr 
wichtig,  da  es  uns  so  möglich  ist,  die  gegen- 
seitige Reaktionsfähigkeit  der  einzelnen  Be- 
standteile auf  gewisse,  den  Stoffen  eigentüm- 
liche Zahlenkoeffizienten,  eben  die  Disso- 
ziationskonstanten, zurückzuführen. 

Die  besprochenen  Beziehungen  behalten 
auch  dann  ihre  Gültigkeit,  wenn  ein  Bestand- 


538 


lonengleichgewichte  (Elektrolytisclie  Gleichgewichte) 


teil  von  vornherein  mit  mehreren  verbunden 
war.  Diesem  Fall  würde  es  in  unserer  oben 
einijeführten  Bezeichnungsweise  entsprechen, 
wenn  z.  B.  A,^  mit  An— i  identisch  würde. 
Dann  würden  im  ganzen  n.(n-l)  verschiedene 
undissoziierte  Salze  sich  bilden.  Die  Be- 
dingung des  Dissoziationsgieicligewichtes 
eines  jeden  Salzes  ergibt  also  liier  n.(n-l) 
Gleichungen.  Die  Zahl  der  freien  Ionen  ist 
gegen  den  obigen  Fall  um  1  verringert  wor- 
den. Sie  beträgt  (2n-l),  an  Einzelbestand- 
teilen (Aj,  An, . . .  K,,  Ko, . . .)  haben  wir  aber 
ebenfalls  einen  weniger,  also  auch  nur  noch 
(2n-l)  Gleichungen  aus  der  Bedingung,  daß 
die  ursprünglich  eingeführte  Menge  eines 
jeden  Bestandteils  gleich  der  Summe  der 
Konzentrationen  des  betreffenden  freien  Ions 
und  der  aus  ihm  gebildeten  Salze  sein  muß. 
Die  Gleichheit  von  Zahl  der  Gleichungen 
und  Zahl  der  Unbekannten  ist  daher  auch 
jetzt  noch  erfüllt. 

Einen  besonderes  Interesse  bietenden 
Spezialfall  bildet  die  Mischung  zweier  gleich- 
ioniger  Elektrolyte,  z.  B.  zweier  Säuren. 
Sind  die  Konzentrationen  so  gewählt,  daß 
die  beiden  Säurelösungen  vor  der  Mischung 
im  Liter  die  gleiche  Anzahl  H'-lonen  ent- 
halten, so  läßt  sich  über  den  Dissoziations- 
zustand nach  der  Mischung  das  folgende 
sagen:  Für  die  erste  Säure,  deren  Anion 
mit  A/  und  deren  undissoziiertes  Molekül 
mit  HA|  bezeichnet  werden  möge,  werden 
die  beiden  Größen  [Hx\.J  und  [A/]  im 
Verhältnis  V,  +  Va  :  Vj  verkleinert  (mit 
V  sollen  die  Volumina  vor  dem  Vermischen 
bezeichnet  werden  und  die  Konzentration 
eines  Stoffes  allgemein,  hier  wie  im  folgenden, 
durch  die  in  eckige  Klammern  gesetzte 
Formel   desselben).      Vor   dem   Vermischen 

bestand     die     Beziehung     [H']  =  k  .  r»-/i\ 

L^i  J 
Durch  die  mit  der  Vermischung  verbundene 
Volumzunahme  hat  die  rechte  Seite  der 
Gleichung  keine  Aenderung  erfahren,  da 
Zähler  wie  Nenner  in  gleicher  Proportion 
verkleinert  werden;  die  linke  Seite  wird  auch 
nicht  verändert,  da  [H*]  für  beide  Lösungen 
gleich  sein  soll.  Die  Gleichgewichtsbedin- 
gung bleibt  also  erfüllt,  ohne  daß  es  zu  einer 
Aenderung  des  Dissoziationsgrades  zu 
kommen  brauchte.  Das  elektrische  Leit- 
vermögen der  Mischung  solcher  Lösungen 
ent>])richt  also  dem  Mittel  dieser  Größen 
für  die  beiden  Komponenten.  Im  allgemeinen 
dagegen  wird  der  Dissoziationszustand  beider 
Säuren  sich  ändern  und  damit  auch  die 
Leitfähigkeit  des  Gemisches  nicht  dem 
Mittelwert  aus  den  Einzelifähigkeiten  ent- 
sprechen. -J^ei/'- 

2.  Elektrolytische  Dissoziation  des 
Wassers.  Der  Einreihung  in  unser  Schema 
scheint  nun  zunächst  der  Fall  Schwierig- 
keiten zu  bereiten,  daß  sich  unter  den  Aus- 


gangsstoffen Säuren  und  Basen  befinden. 
Doch  bildet  tatsächlich  auch  dieser  Fall 
keine  Ausnahme,  da  H'-  und  ÜH'-lonen  zwar 
miteinander  reagieren,  aber  ebenfalls  nicht  bis 
zum  völligen  Aufbrauch  einer  der  beiden 
lonenarten,  da  auch  die  Gleichung: 
H"  +  0H'  =  H20  zu  den  umkehrbaren  ge- 
rechnet werden  muß,  deren  Endzustand  sich 
aus  dem  Massenwirkungsgesetz  ergibt. 

Die  Kenntnis  der  Lage  dieses  Gleich- 
gewichts ist  für  viele  Probleme  von  Wichtig- 
keit. Da  außerdem  die  bei  der  Mehrzahl  der 
E^lektrolyte  anwendbare  Methode,  den  Disso- 
ziationsgrad aus  Leitfähigkeit  und  Wande- 
rungsgeschwindigkeiten zu  berechnen,  wegen 
der  außerordentlich  kleinen  Konzentrationen 
der  H'-  und  OH'-Ionen  in  reinem  Wasser 
nicht  ohne  weiteres  anwendbar  ist,  so  soll 
auf  die  verschiedenen,  mehr  indirekten 
Methoden  zur  Bestimmung  der  elektroly- 
tischen Dissoziation  des  Wassers  etwas 
näher  eingegangen  werden. 

2  a)  Die  EMK  einer  Kette  wurde  ge- 
messen, die  zusammengesetzt  war  aus  zwei 
Wasserstoffelektroden,  von  denen  die  eine  in 
1  n. Lösung  einer  starken  Säure,  die  andere 
in  eine  ebenso  konzentrierte  Alkalilösung 
tauchte.  Aus  diesem  Werte  läßt  sich  das  Ver- 
hältnis der  Konzentrationen  der  H"-Ionen 
in  der  Säure-  und  in  der  Alkalilösung  be- 
rechnen. Es  ist  allerdings  erforderlich,  von 
der  gemesenen  Gesamt-EMK  die  zwischen 
den  beiden  Flüssigkeiten  bestehende  Poten- 
tialdifferenz in  Abzug  zu  bringen.  Doch  läßt 
sich  diese  unter  der  Annahme,  daß  hier  durch 
das  Zusaminentreffen  der  Säure-  und  Alkali- 
lösung eine  Neutralsalz  enthaltende  Schicht 
von  entsprechender  Konzentration  gebildet 
wird,  nach  von  Planck  (Ann.  d.  Physik, 
N.  F.  40,  561  ff.  (1890))  angebenen  Prin- 
zipien berechnen.  Da  die  H'-Konzentration 
der  Säure  bekannt  ist,  gewinnt  man  so  ihren 
absoluten  Wert  in  der  alkalischen  Lösung. 
Der  Wert  der  OH'-Konzentration  ist  hier 
von  vornherein  bekannt,  so  daß  also  die 
wichtige  Größe  [H-].[OH']  erhalten  worden 
ist.  Da  die  aktive  Masse  des  Wassers 
selbst  (also  die  des  auf  der  einen  Seite  der 
Gleichung  H-  +  OH'  =  HoO  stehenden  Stof- 
fes) für  alle  verdünnten  Lösungen  als  kon- 
stant betrachtet  werden  muß,  so  muß  auch 
unser  Produkt  H"].[OH']  für  alle  wässerigen 
Lösungen  konstant  sein,  darf  also  im  reinen 
Wasser  selbst  keinen  anderen  Wert  haben, 
als  in  alkalischer  oder  saurer  Lösung.  Um 
zu  finden,  wie  groß  nun  [H*]  und  [OH'] 
selbst  in  reinem  Wasser  sind,  hat  man  nun 
lediglich  den  Umstand  heranzuziehen,  daß 
hier  diese  beiden  Werte  einander  gleich  sein 
müssen,  da  es  ja  die  beiden  einzigen  hier 
vorhandenen  lonenarten  sind  und  sich  in 
einer  jeden  Lösung  positive  und  negative 
Ionen    einander   die    Wage    halten    müssen. 


lonengleichg-ew'ichte  (Elektrolytische  Gleichgewichte) 


539 


Auf  diesem  Wege  ergab  sich  für  die  ii 
Grammionen  pro  Liter  gemessene  Konzen- 
tration der  in  reinem  Wasser  vorhandenen 
H-—  und  OH'-Ionen  der  Wert  0,8.10-'  bei 
19"  und  1,19.10-'  bei  25»  bis  26». 

2b)  Das  Produkt  [H-].[OH']  kann  ferner- 
hin berechnet  werden  aus  der  Hydrolyse  eines 
Salzes,  wenn  die  Dissoziationsverhältnisse 
des  Salzes  selbst,  sowie  der  daraus  ent- 
stehenden Säure  sowie  der  Base  bekannt  sind. 
Folgendes  Beispiel  möge  die  Art  der  Berech- 
nung illustrieren:  Durch  Messung  der  Yer- 
seifungsgeschwindigkeit  von  Methylacetat, 
die  den  vorhandenen  OH'-Ionen  direkt 
proportional  ist,  wurde  gefunden,  daß 
Natriumacetat  bei  25°  in  0,ln. Lösung  zu 
0,008%  hydrolytisch  gespalten  ist  (vgl. 
hierüber  den  Artikel  ,, Hydrolyse").  Da 
Natriumacetat  in  so  verdünnter  Lösung  als 
völlig  dissoziiert  angenommen  werden  kann, 
so  kann  die  Konzentration  der  Na*-  wie  die 
der  CHgCOO'-Ionen  sehr  nahe  gleich  0,1 
gesetzt  werden  (der  minimale  Bruchteil,  der 
durch  die  Hydrolyse  verändert  ist,  kommt 
für  diese  beiden  lonenarten  erst  recht  nicht 
in  Betracht).  Das  durch  Hydrolyse  entstan- 
dene Natriumhydroxyd  ist  praktisch  völlig 
dissoziiert.  Die  entstandene  Essigsäure  da- 
gegen (bei  dem  großen  Ueberschuß,  der  CH3- 
COO'-Ionen)  praktisch  gar  nicht.  Wir 
erhalten  also  sowohl  für  die  Konzentration 
von  OH'  wie  für  die  der  CHgCOOH-Mole- 
küle    die   ganze    hydrolysierte    Menge,    also 

0,1.  ^^^  =8.10— **.  Da  die  Dissoziations- 
konstante der  Essigsäure  0,0000178  beträgt, 
berechnet  sich 

[H-]  =  0,0000178,  f^^=^^^^^^ 


durch  die  Menge  der  OH'-Ionen,  deren  Ein- 
fluß zunächst  stark  den  der  H'-Ionen  über- 
wiegt, verkleinert  wird.  Es  muß  also  auch 
eine  Verkleinerung  der  katalytischen  Be- 
schleunigung und  somit  eine  Verlangsamung 
der  Verseifung  eintreten.  Ist  jedoch  die 
OH'-Konzentration  bereits  sehr  klein  ge- 
worden, so  kommt  weiterhin  nur  die  Ver- 
mehrung der  H'-Ionen  in  Betracht,  die  wieder 
eine  Beschleunigung  des  Vorganges  bedingt. 
Die  Geschwindigkeit  der  Verseifung  geht  also 
durch  ein  Minimum  und  dieses  muß  da  liegen, 
wo  die  durch  die  Verminderung  der  OH'- 
Ionen  bedingte  Verzögerung  gerade  auskom- 
pensiert wird  durch  die  durch  die  Vermeh- 
rung der  H'-Ionen  eintretende  Beschleuni- 
gung. Da  die  OH'-Ionen  1400  mal  stärker 
wirken,  als  die  H'-Ionen,  müssen  an  dieser 
Stelle  also  auf  ein  verschwindendes  OH'-Ion 
1400  H'-Ionen  erscheinen.  Dies  ergibt  für 
diesen  Punkt  die  Gleichung: 

140od[QH']__d[H-] 
dt  dt 

Außerdem  ist  aber  für  jede  wässerige  Lösung 
das  Produkt  [H-].[OH']  konstant.  Be- 
zeichnen wir  diesen  konstanten  Wert  mit  k, 

so   können    wir   setzen    [OH']  =  -  ^       und 

[H-J 

daraus  erhalten 


d[Oir] 
dt 


k     d[H-] 


[CH3COO'] 


also  für  unsere  Lösung 

8.10 


[H-]  =  0,0000178 


0,1 


=  1,42.10-9 


und  somit  für  das  lonenprodukt 

[H-] .  [OH']  =  1,42 . 8 .  10-15  _  11  35  _  10-15. 
Für  reines  Wasser  in  dem  [H']  und  [OH'] 
außerdem  noch  einander  gleich  werden,  muß 
jedes  dieser  beiden  also  der  Quadratwurzel 
dieser  Zahl  gleich  werden.  Wir  finden 
mithin  für  reines  Wasser  [H-]  =  [OH']  = 
1,06.10-',  also  nahe  übereinstimmend  mit 
unserem  oben  erhaltenen  Wert. 

2c)  Die  fragliche  Größe  wurde  weiterhin 
durch  Messung  der  Verseifungsgeschwindig- 
keit  von  Methylacetat  in  reinem  Wasser 
bestimmt.  Auf  diesen  Vorgang  wirken  nicht 
nur  OH'-Ionen,  sondern  auch  H'-Ionen  kata- 
lytisch  beschleunigend,  und  zwar  beide  ihren 
aktiven  Massen  direkt  proportional.  Erstere 
rund  1400  mal  stärker  als  letztere.  Durch 
den  fortschreitenden  Verseifungsvorgang  wird 
nun  dauernd  freie  Essigsäure  gebildet,  wo- 


"  [Hf  dt 
Indem  wir  diesen  Wert  einsetzen,  erhalten 
wir  [H-]2  =  I400.k.  Diese  Beziehung  be- 
steht also  zwischen  der  Wasserstoffionen- 
konzentration derjenigen  Lösung,  in  der  die 
Verseifungsgeschwindigkeit  ihren  kleinsten 
Wert  hat  und  dem  Werte  des  lonenproduktes 
[H'].[OH'],  den  wir  mit  k  bezeichneten.  In- 
dem erstere  Größe  aus  der  Menge  des  im  Zeit- 
punkte der  minimalen  Reaktionsgeschwindig- 
keit bereits  verseiften  Esters  berechnet  wer- 
den konnte,  ergab  sich  so  daraus  die  zweite, 
unsere  gesuchte  Größe,  wieder  in  guter  Ueber- 
einstimmung  mit  den  auf  anderem  Wege 
erhaltenen  Werten. 

2  d)  Der  von  vornherein  am  plausibelsten  er- 
scheinende Weg,  die  Leitfähigkeit  von  reinem 
Wasser  experimentell  zu  bestimmen,  bietet 
außerordentliche  technische  Schwierigkeiten, 
Gleichwohl  gelang  es  Kohlrausch  und 
Heydweiller,  durch  sehr  sorgfältige  Destil- 
lation der  Eigenleitfähigkeit  des  Wassers, 
die  also  nicht  mehr  durch  fremde  Bestandteile 
bedingt  ist,  jedenfalls  sehr  nahe  zu  kommen. 
Der  Beweis  hierfür  ist  nicht  etwa  darin  zu 
erblicken,  daß  bei  weiteren  Destillationen 
die  Leitfähigkeit  nicht  mehr  abnimmt,  was 
auch  darauf  beruhen  könnte,  daß  eine  kon- 
stante Menge  irgendeines  Fremdstoffes  zu- 
gleich mit  dem  Wasser  überdestilliert.  Dieser 
Beweis   konnte   aber  durch  Diskussion   des 


s 


)40 


lonengleichgewickte  (Elektrolytische  Gleichge'tt'ichte) 


beobachteten  Temperaturkoei't'izienten  er- 
bracht werden:  Der  Teniperaturkoeffizient 
der  Lcitfähi<rkeit  etwa  spurenweiso  vorhan- 
dener Salze  müßte,  da  solche  Stolle  in  der 
enormen  Verdüiinnng  völlig  dissoziiert  sein 
müßten,  gleich  dem  Temperatnrkoeffizienten 
der  Wanderungsgeschwinditi;keiten  sein.  Die 
Eigeiüeitfähigkeit  des  Wassers  dagegen  müßte 
einen  erheblich  stärkeren  TemperaturkoelTi- 
zienten  haben,  da  er  sich  ans  dem  der  Wande- 
rnngsgeschwindit;keiten  znsammensetzt  und 
einem  zweiten  anf  dem  Fortschreiten  der 
Dissoziation  mit  der  Temperatur  beruhenden 
Faktor.  Letzterer  läßt  sich  aus  der  be- 
kannten Wärmetönung  der  Reaktion 
H'+0H'=H20  berechnen  (vgl.  den  Artikel 
,, Chemisches  Gleichgewicht"  5e  ,, Reak- 
tionsisochore"). Aus  dem  Grade,  in  dem  der 
beobachtete  Temperaturkoeffizient  der  Leit- 
fähigkeit mit  dem  so  berechneten  überein- 
stimmte, ließ  sich  der  noch  vorhandene  Betrag 
von  Verunreinigungen  berechnen  und  in  Ab- 
zug bringen.  Die  dann  verbleibende  Eigen- 
leitfähigkeit des  Wassers  gestattet  die  Be- 
rechnung des  Grades  der  elektrolytischen 
Dissoziation  desselben  und  zwar  wiederum 
in  befriedigender  Uebereinstimmung  mit  den 
anderen  Bestimmungen. 

Diese  methodisch  ganz  verschiedenen 
Bestimmungen  lehren  uns  also  überein- 
stimmend, daß  in  verdünnt  wässerigen 
Lösungen  das  Produkt  [H"].[OH']  in  Gramm- 
ionen pro  Liter  berechnet  bei  Zimmer- 
temperatur etwa  10~^*  beträgt.  Darausfolgt, 
daß  absolut  reines  Wasser  in  einer  Konzen- 
tration von  ca.  10—'  Mol  pro  Liter  in  die 
Ionen  H*  und  OH'  gespalten  ist.  Es  erhebt 
sich  hieran  anschließend  die  weitere  Frage, 
ob  die  OH'-Ionen  sich  noch  weiterhin  spal- 
ten können,  gemäß  dem  Schema:  0H'=0" 
+  H'.  Hierauf  ist  zu  erwidern,  daß  prin- 
zipiell das  Vorhandensein  dieser  Spaltung 
bejaht  werden  muß,  daß  es  aber  noch  nicht 
gelungen  ist,  dieselbe  nachweisbar  zu  machen. 
Die  Konzentration  der  0"-Ionen  ist  also 
sicherlich  eine  enorm  geringe. 

Die  mit  der  elektrolytischen  Dissoziation 
des  Wassers  im  Zusammenhang  stehende  Er- 
scheinung der  Hydrolyse  der  Salze  und  die 
lonenkonzentrationen  in  Lösungen  von  Sal- 
zen, deren  eine  Komjjonente  (Säure  oder 
Base)  ein  schwacher  Elektrolyt  ist,  sind  im 
Artikel  ,,Hydrolyse"  ausführlich  beliandelt. 

3.  lonengleichgewichte  bei  Gegenwart 
von  Bodenkörpern.  Das  im  Anfang  dieses 
Artikels  besj)rochene  Prinzip  gestattete  uns, 
die  Konzentrationen  der  einzelnen  lonen- 
arten  in  Lösungen  zu  berechnen,  die  eine 
beliebige  Anzahl  von  Elektrolyten  enthalten. 
Eine  andere  Betrachtungsart  ist  notwendig 
für  Fälle,  in  denen  feste  Stoffe  neben  der 
Lösung  aultreten.  Eine  Lösung  ist  mit  einem 
„Bodenkörper"    nur    bei    einer    bestimmten 


Konzentration  desselben  Stoffes  im  Gleich- 
gewicht. Für  den  Fall,  daß  dieser  Stoff  ein 
Elektrolyt  ist,  folgt  dann  aber  ohne  weiteres 
nach  dem  Massenwirkungsgesetz,  daß  das 
Produkt  der  Ionen  dieses  Stoffes  ebenfalls 
für  alle  Lösungen,  neben  denen  dieser  Boden- 
körper existiert,  konstant  sein  muß.  Werden 
die  betreffenden  Ionen  in  solcher  Menge  zu- 
sammengebracht, daß  dieses  Produkt  größer 
ist,  so  muß  es  zur  Ausscheidung  des  undisso- 
ziierten  Körpers  kommen.  Wird  das  Produkt 
irgendwie  unter  den  kritischen  Wert  ge- 
bracht, so  muß  umgekehrt  Auflösung  des 
Bodenkörpers  eintreten.  Der  Wert  des  lonen- 
produktes,  der  dem  Gleichgewichtszustande 
mit  dem  festen  Stoffe  entspricht,  heißt  daher 
,,Löslichkeitsprodukt". 

Von  Wichtigkeit  ist  hier  der  Fall  der  ge- 
sättigten Lösung  eines  Elektrolyten.  Wird 
zu  ihr  ein  zweiter  Elektrolyt  mit  einem  dem 
ersten  gemeinsamen  Ion  hinzugesetzt,  so 
wird  das  Gleichgewicht  zwischen  dissoziierten 
und  undissoziierten  Bestandteilen  des  ersten 
gestört,  da  die  dissoziierten  Bestandteile  nun 
überwiegen.  Es  muß  also  zur  Neubildung 
von  undissoziiertem  Stoff  und  damit,  da  die 
Lösung  ja  damit  gesättigt  war,  zur  x\us- 
scheidung  desselben  kommen. 

Diese  Beziehung  läßt  sich  leicht  experi- 
mentell veranschaulichen.  Eine  gesättigte 
Lösung  von  Bleichlorid  gibt  nach  Zusatz 
einer  konzentrierten  Lösung  eines  beliebigen 
Chlorids  sofort  einen  weißen  Niederschlag. 
Dieses  Experiment  weist  auf  die  Bedeutung 
dieser  Löslichkeitsbeeinflussungen  für  die 
analytische  Chemie  hin,  es  ergibt  sich  für  diese 
die  praktische  Regel,  nicht  mit  der  eben  hin- 
reichenden Menge,  sondern  mit  einem  ge- 
wissen Ueberschuß  eines  jeden  Reagenz  zu 
arbeiten.  Bleisulfat  wird  beispielsweise  am 
vollständigsten  bei  einem  gewissen  Ueber- 
schuß von  S04"-Ionen  ausgefällt  werden. 
Umgekehrt  wird  die  Löslichkeit  erhöht 
werden  können  durch  Zusatz  eines  zweiten 
Elektrolyten,  der  mit  dem  ersten  kein  Ion 
■  gemeinsam  hat.  Fügen  wir  zu  unserer  ge- 
i  sättigten  Bleichloridlösung  etwa  Natrium- 
nitrat, so  wird  sich  in  geringer  Menge  un- 
dissoziiertes  Bleinitrat  und  Natriumchlorid 
bilden,  die  nur  unter  Auflösung  von  festem 
Bleichlorid  gebildet  werden  können.  Ein 
weiteres  charakteristisches  Beispiel  bildet 
der  folgende  Fall.  Calciumphosphat  ist  in 
verdünnter  Essigsäure  löslich,  Calciumoxa- 
lat dagegen  unlöslich.  Diese  Tatsache  läßt 
sich  vom  Standpunkte  unserer  Theorie  fol- 
gendermaßen erklären.  Die  Suspension  der 
festen  Salze  enthält  der  geringen  Löslichkeit 
derselben  entsprechend  in  geringer  Menge 
PO4'"-  resp.  C204"-Ionen  (die  Salze  sind, 
soweit  sie  gelöst  sind,  der  großen  Verdünnung 
wegen  praktisch  völlig  dissoziiert).  Die  durch 
die    verdünnte    Essigsäure    in    die    Lösung 


lonengieichgewichte  (Elektrolytisclie  Gleichgewichte) 


541 


gebrachten  H'-Ionen  binden  nnn  die  PO4'"- 
lonen  größtenteils  zu  undissoziierter  H3PO4 
(in  geringer  Menge  bilden  sich  auch  HgPO^' 
und  HPO4").  Es  muß  also  zur  Nachlieferung 
von  P04"'-Ionen  kommen,  d.  h.  weiteres 
Phosphat  muß  sich  auflösen,  und  da  eine 
Lösung  von  Phosphorsäure  nur  enorm  wenig 
P04"'-Ionen  enthält,  kann  der  Vorgang, 
solange  noch  festes  Ca3(P04)2  vorhanden  ist, 
nicht  zum  Stillstand  kommen.  Oxalsäure 
dagegen  ist  in  viel  höherem  Grade  dissoziiert 
als  Essigsäure.  Bei  der  durch  die  schwache 
Essigsäure  hereingebrachten  H"-Ionenmenge 
kommt  es  also  zu  keiner  merklichen  Ver- 
minderung der  C204"-Ionen,  die  die  Voraus- 
setzung für  weitere  Auflösung  von  Calcium- 
oxalat wäre.  Um  noch  ein  weiteres  in  der 
chemischen  Analyse  wichtiges  Beispiel  zu 
nennen:  Starke  Mineralsäuren  lösen  Zink- 
sulfid auf,  da  ihre  Wasserstoffionen  sich 
mit  den  S"-Ionen  weitgehend  verbinden. 
Schwache  Säuren,  wre  z.  B.  Essigsäure, 
reichen  dagegen  hierzu  nicht  aus.  Zink  kann 
also  wohl  in  essigsaurer,  aber  nicht  in 
mineralsaurer  Lösung  durch  Schwefelwasser- 
stoff gefällt  werden.  Setzt  man  nun  zu  einer 
mineralsauren,  zinkhaltigen  Lösung  nun  zu- 
nächst Natriumacetat,  so  bildet  sich  das 
Natriumsalz  der  Mineralsäure  und  freie 
Essigsäure.  Durch  diese  Ersetzung  der 
Mineralsäure  durch  die  sehwache  Essigsäure 
ist  das  Zink  durch  Sulfide  ausfällbar  ge- 
worden. 

4.  Komplexe  Ionen.  Einige  Fälle  sind 
bekannt  geworden,  die  die  hier  vorgetragenen 
Auffassungen  zunächst  nicht  zu  stützen 
schienen,  in  denen  nämlich  der  Zusatz  gleich- 
ionigen  Salzes  die  Löslichkeit  erhöhte.  Blei- 
nitrat ist  stärker  in  kaliumnitrathaltigem 
Wasser  löslich,  als  in  reinem,  Quecksilber- 
chlorid in  verdünnter  Salzsäure  stärker  als 
in  Wasser.  Doch  ließ  sich  in  diesen  schein- 
baren Ausnahmefällen  nachweisen,  daß  es 
hier  zur  Bildung  komplexer  Ionen  gekommen 
war.  So  z.  B.  beruht  die  letztere  Anomalie, 
wie  Le  Blanc  und  Noyes  nachwiesen,  auf 
der  Bildung  der  Verbindung  H2HgCl4,  die 
zu  einem  großen  Teile  in  die  Ionen  H*  und 
HgCl4"  gespalten  ist.  Der  Beweis  wurde 
durch  die  Beobachtung  der  Gefrierpunkte 
erbracht,  die  Salzsäurelösungen  mit  wech- 
selnden Zusätzen  von  HgCU  ergaben.  Auf 
der  Bildung  komplexer  Ionen  beruht  ferner- 
hin die  Löslichkeit  von  Chlorsilber  in  Cyan- 
kali,  sowie  in  Ammoniak.  Letzteres  reagiert 
mit  Silbersalzen  nach  dem  Schema:  Ag*  + 
2  NH3  =  AgfNH,).,-.  Da  auch  diese  Reaktion 
natürlich  als  umkehrbar  angesehen  werden 
muß,  so  besitzt  auch  eine  solche  Lösung  Silber- 
ionen. Freilich  nur  in  außerordentlich  ge- 
ringer Menge.  Daß  sie  aber  vorhanden  sind, 
folgt  zunächst  aus  der  Tatsache,  daß  solche 
ammoniakalische     Silberlösung    unter    dem 


Einflüsse  des  elektrischen  Stromes  an  der 
Kathode  metallisches  Silber  ausscheidet. 
Fernerhin  daraus,  daß  das  Silber  aus  der 
Lösung  zwar  nicht  durch  verdünnte  Chlorid- 
lösung, wohl  aber  durch  die  geringsten  Men- 
gen Jodid  gefällt  werden  kann.  Die  Löslich- 
keit des  Jodsilbers  ist  eben  so  klein,  daß  auch 
bei  der  sehr  kleinen  Konzentration  der  Ag'- 
lonen  in  der  ammoniakalischen  Lösung  das 
Löslichkeitsprodukt  [Ag-].[J']  überschritten 
wird. 

Ihren  eigentlichen  Beweis  findet  diese 
Auffassung  in  der  Untersuchung  der  quan- 
titativen Verhältnisse.  Die  Konzentration 
der  Ag'-Ionen  wurde  gemessen  durch  die 
EMK  einer  Kette,  die  aus  zwei  Silber- 
elektroden bestand,  von  denen  die  eine  in 
Silbernitratlösung  von  bekannter  Konzen- 
tration, die  andere  in  mit  überschüssigem 
Ammoniak  versetzte  Silberlösung  tauchte. 
So  ergab  sich,  daß  in  einer  in  bezug  auf  Am- 
moniak In.,  in  bezug  auf  Silbernitrat  0,025  n, 
Lösung  die  Konzentration  der  Ag'-Ionen 
etwa  18.10^^"  (in  Grammionen  pro  Liter) 
betrug.  Das  Löslichkeitsprodukt  für  Chlor- 
silber beträgt  nun  2,0.10—^°,  für  Jodsilber 
dagegen  1,1.10-^®  bei  25^*.  Eine  Cl'-Kon- 
zentration,  die  kleiner  als  0,1  n  ist,  kann  also 
keine  Fällung  hervorbringen,  während  jede 
analytisch  wahrnehmbare  Jodionenmenge 
einen  Niederschlag  hervorbringen  muß.  Der 
Versuch  ist  mit  diesem  rechnerischen  Befunde 
in  Uebereinstimmung.  Die  in  der  Analyse 
wichtige  Erscheinung,  daß  Magnesium  durch 
Ammoniak  bei  Gegenwart  von  genügenden 
IMengen  Ammoniumsalzen  nicht  gefällt  wird, 
erklärt  sich,  wie  Loven  auch  quantitativ 
nachweisen  konnte,  dadurch,  daß  die  in 
reiner  Ammoniaklösung  vorhandene  OH'- 
Konzentration  durch  Zusatz  von  viel  NH4'- 
lonen  enthaltendem  Ammoniaksalz  weit- 
gehend verringert  wird. 

5.  Verteilung  eines  Elektrolyten  zwi- 
schen zwei  Phasen.  Die  Berücksichtigung 
der  Dissoziation  führt  ferner  zu  Besonder- 
heiten bei  der  Verteilung  eines  Elektrolyten 
zwischen  zwei  Lösungsmitteln  oder  auch 
zwischen  einer  Lösung  und  dem  Dampfraum. 
Nach  dem  Verteilungssatz  muß  hier  für  eine 
jede  Molekülgattung  zwischen  den  Konzen- 
trationen in  den  verschiedenen  Phasen 
Proportionalität  herrschen.  Daraus  folgt, 
daß  wenn  unser  Elektrolyt  in  der  einen,  der 
wässerigen  Lösung  weitgehend  dissoziiert 
ist  (was  durch  genügende  Verdünnung  immer 
zu  erreichen  ist)  seine  Menge  in  der  anderen, 
in  der  nur  undissoziierte  Moleküle  vorkommen 
können,  sehr  klein  werden  muß.  Der  Dampf 
über  einer  verdünnten  Salzsäure  enthält 
daher  fast  gar  keine  HCl-Moleküle.  Aus  einer 
solchen  Lösung  kann  daher  fast  reines 
Wasser  abdestilliert  werden;  eine  organische 
Säure    verteilt    sich    zwischen    Benzol    und 


542 


lonengleichgewichte  —  liiitaliilität 


Wasser  fast  ganz  zugunsten  der  wässerigen 
Lösung,  vorausgesetzt,  daß  so  viel  Wasser 
vorhanden  ist,  daß  die  Säure  weitgehend 
dissoziiert  ist.  Die  dem  Wasser  in  ganz 
besonders  hohem  Maße  innewohnende  Eigen- 
schaft, die  gelösten  Stoffe  elektrolytisch  zu 
dissoziieren,  bringt  es  so  mit  sich,  daß  Wasser 
gegenüber  anderen  Ijösungsmitteln  und  auch 
bei  der  Verdampfung  die  in  ihm  gelösten 
Stoffe  mit  großer  Zähigkeit  zurückhält. 

Literatur.      W.     Xernst,     Theoretische    Chemie, 
VII.   Auflage. 

Hans  Kiiessner. 


Joule 

James  Prescott 

Er  wurde  geboren  am 24.  Dezember  1818 in  Salford 
bei  Manchester  und  ist  am  11.  Oktober  1889  in  Sale 
bei  London  gestorben.  Er  erhielt  Inder  Jugend  etwas 
chemischen  Unterricht,  doch  waren  seine  Kennt- 
nis.se,  besonders  auf  elektromagnetischem  Gebiet 
meist  selbsterworbene.  Er  promovierte  in  Leyden, 
lebte  als  Brauereibesitzer  in  Salford;  später 
widmete  er  sich  als  Privatmann  ausschließlich 
wissenschaftlichen  Interessen.  Joule  ist  der  ex- 
perimentelle Begründer  der  mechanischen  Wärme- 
theorie. Kurz  nach  dem  Erscheinen  von  Robert 
Mayers  erster  Abhandlung  und  unabhängig 
von  ihm,  1843,  veröffentlichte  er  seine  Unter- 
suchungen über  die  galvanische  Wärme  und  das 
mechanische  Wärmeäquivalent  und  formiüierte 
das  nach  ihm  benannte  Gesetz;  alle  auf  diesem 
Gebiet  folgenden  Untersuchungen  faßte  er  1850 
in  einer  Hauptabhandlung  über  das  mechanische 
Wärmeäquivalent  zusammen.  Diese  Arbeiten 
führten  ihn  zur  Untersuchung  der  inneren  Arbeit 
der  Gase,  die  er  zum  Teil  gemeinsam  mit  W. 
Thomson  unternahm;  sie  gipfeln  in  dem 
Joule-Kelvinschen  Satz  von  der  Unabhängig- 
keit der  Energie  idealer  Gase  von  der  Tempe- 
ratur. 

E.   Urnde. 


Irritabilität. 

1.  Die  Reize.  2.  Die  allgemeinen  Reizwir- 
kungen. 3.  Der  Mechanismus  der  Erregung. 
4.  Die  Erregungsleitung.  5.  Refraktärstadium 
und  Ermüdung.  6.  Di«  Interferenz  von  Reiz- 
wirkungen. 7.  Die  taktischen  Reizwirkungen. 
8.  Der  Mechanismus  der  Lähmung. 

I.  Die  Reize.  Das  Geschehen  in  jedem 
lebendigen  System  ist  gegeben  durch  die 
äußeren  und  inneren  Lebensbedingungen.  Jede 
Aenderung  der  Lebensbedingungen  hat  eine 
Aenderung  des  Gescliehens  in  der  lebendigen 
Substanz,  eine  Aenderung  der  Lebens  vorgänge 
zur  Folge.  Obwohl  innere  und  äußere  Lebens- 
bedingungen in  engem  Abhängigkeitsver- 
hältnis zueinander  stehen  und  die  Trennung 


zwischen  beiden  nur  den  praktischen  Zwecken 
der  Forschung  dient,  werden  die  Aenderungen 
der  inneren  und  äußeren  Lebensbedingungen 
und  deren  Wirkungen  voneinander  getrennt 
und  bis  zu  einem  gewissen  Grade  als  unab- 
hängige Vorgänge  behandelt.  Die  Aenderun- 
gen (1er  inneren  Lebensbedingungen,  die 
sich  in  einem  lebendigen  Organismus  voll- 
ziehen, nennen  wir  Entwickelung.  Die 
Entwickelungsgeschichte  eines  Organismus 
behandelt  die  Aenderungen  der  inneren 
Lebensbedingungen  von  der  Entstehung  des 
Organismus  an  bis  zum  Tode  desselben, 
denn  der  Tod  ist  die  letzte  Phase  der  Ent- 
wickelung. 

Die  x\enderungen  der  äußeren  Lebens- 
bedingungen nennen  wir  Reize.  Diese  all- 
gemeine Definition  des  Reizbegriffes  bedingt 
eine  gegenüber  dem  gewöhnlichen  Sprach- 
gebrauche erweiterte  Anwendung  des  Wortes 
,,Reiz".  Im  gewöhnlichen  Sprachgebrauch 
wird  das  Wort  ,,Reiz"  (Stimulus)  auf  Vor- 
gänge angewendet,  die  eine  Steigerung  der 
Intensität  der  Lebensvorgänge,  eine  Er- 
regung zur  Folge  haben.  Dies  und  die 
Tatsache,  daß  die  Wirkungen  der  erregenden 
Reize  bei  oberflächlicher  Betrachtung  zuerst 
in  die  Augen  springen  im  Gegensatz  zu  den 
Lähmungen,  ist  schuld  daran,  daß  in  der 
ersten  Zeit  unter  Reiz  nur  erregende  Reize 
verstanden  wurden.  Es  ist  sogar  in  neuerer 
Zeit  noch  versucht  worden,  die  Fassung  des 
Reizbegriffes  in  dieser  Weise  einzuengen. 
Die  Unzweckmäßigkeit  dieser  Betrachtungs- 
weise wird  z.  B.  durch  Versuche  über  Inter- 
ferenz von  Reizen  klar  demonstriert.  Reizt 
man  z.  B.  bei  einem  Rückenmarksfrosch  die 
8.  und  die  9.  hintere  Wurzel  nach  einander 
faradisch,  so  bekommt  man  regelmäßig  bei 
jeder  Reizung  eine  reflektorische  Kontrak- 
tion des  Musculus  gastrocnemius.  Die  fara- 
dische Reizung  wirkt  also  erregend.  Reizt 
man  aber  z.  B.  die  9.  hintere  Wurzel  dauernd 
und  außerdem  alle  paar  Sekunden  auch  die 
8.  Wurzel,  so  sieht  man,  daß  jedesmal,  wenn 
die  8.  Wurzel  gereizt  wird,  also  jedesmal, 
wenn  beide  Reize  gleichzeitig  erfolgen,  die 
Kontraktion  des  Muskels  aufhört.  In  diesem 
Fall  wirkt  also  derselbe  physikalische  Vor- 
gang, die  faradische  Reizung  der  8.  Wurzel 
das  eine  Mal  erregend,  nämlich  wenn  er 
allein  wirkt,  das  andere  Mal,  einige  Sekunden 
später  entgegengesetzt,  d.  h.  lähmend,  näm- 
lich wenn  er  mit  der  Reizung  der  9.  Wurzel 
gleichzeitig  erfolgt.  Es  dürfte  also  derselbe 
faradische  Strom  einmal  als  Reiz  bezeichnet 
werden,  das  andere  Mal  nicht,  würde  also 
alle  paar  Sekunden  etwas  anderes  für  dasselbe 
System  bedeuten.  Aus  diesen  und  anderen 
Tatsachen  geht  klar  hervor,  daß  nur  eine 
allgemeine  Fassung  des  Reizbegriffes  durch- 
führbar ist. 

Die     allgemeine    Definition     des     Reiz- 


Imtabilität 


543 


begriffes  lautet  also:  Reiz  ist  jede  Verände- 
rung der  äußeren  Lebensbedingunj^en. 

Das  Geschehen  in  jedem  lebendigen 
System  ist  bedingt  durch  die  inneren  und 
äußeren  Lebensbedingungen.  Jede  Aende- 
rung  in  den  äußeren  Lebensbedingungen, 
jeder  Reiz,  hat  also  eine  Aenderung  im  Ge- 
schehen in  der  lebendigen  Substanz,  eine 
Aenderung  der  Lebensvorgänge  zur  Folge. 
Die  Eigenschaft  der  lebendigen  Substanz 
auf  Reize  mit  x\enderung  der  Lebensvorgänge 
zu  reagieren,  wird   Irritabilität  genannt. 

Es  ist  klar,  daß  dieseFähigkeit  nicht  etwas 
für  die  lebendigen  Systeme  Spezifisches  dar- 
stellt, denn  auch  eine  Reihe  von  anorgani- 
schen Systemen  hat  die  Eigenschaft,  auf 
Veränderungen  der  Umgebung,  der  äußeren 
Bedingungen,  mit  Aenderung  des  Geschehens 
zu  antworten.  So  ändert  sich  z.  B.  die  Reak- 
tionsgeschwindigkeit jeder  chemischen  Um- 
setzung mit  Aenderung  der  Temperatur. 

Je  nach  der  Art  der  Lebensbedingung,  die 
verändert  wird,  werden  die  Reize  in  ver- 
schiedene Reiz quali täten  eingeteilt,  in 
mechanische,  thermische,  photische,  che- 
mische, osmotische  und  elektrische  Reize. 
Der  elektrische  Reiz  spielt  im  Leben  der 
Organismen  kaum  eine  Rolle.  In  der  For- 
schung ist  er  aber  zum  Reiz  par  excellence  ge- 
worden, aus  dem  Grunde,  weil  bei  keiner 
anderen  Reizqualität  die  Intensität  und  der 
zeitliche  Verlauf  des  Reizes  so  genau  abzu- 
stufen und  zu  bestimmen  sind,  wie  bei  den 
elektrischen  Reizen. 

Innerhalb  der  einzelnen  Reizqualitäten 
können  wir  die  Reize  nach  ihrer  Richtung 
einteilen.  Die  Aenderung  derselben  äußeren 
Lebensbedingung  kann  in  positivem  oder  in 
negativem  Sinn  erfolgen.  Die  Temperatur 
der  Umgebung  kann  steigen  oder  sinken,  die 
Konzentration  des  Sauerstoffs  kann  größer 
oder  kleiner  werden,  die  Menge  des  Nähr- 
materials kann  zu-  oder  abnehmen,  der  elek- 
trische Strom  kann  verstärkt  oder  ab- 
geschwächt werden. 

Ein  weiterer  Faktor,  der  für  die  Wirkung 
eines  Reizes  von  Bedeutung  ist,  ist  die 
Intensität  des  Reizes.  Dieselbe  äußere 
Lebensbedingung  kann  in  derselben  Richtung 
eine  stärkere  oder  schwächere  Veränderung 
erfahren.  Die  Temperatur,  der  osmotische 
Druck,  die  Konzentration  der  chemischen 
Stoffe,  der  äußere  Druck,  der  elektrische 
Strom  können  verschieden  stark  sich  in 
positivem  und  in  negativem  Sinn  ändern. 
Innerhalb  derselben  Reizqualität  können  wir 
die  Intensität  der  Reize  physikalisch  genau 
definieren  und  vergleichen.  So  messen 
wir  die  Stärke  eines  thermischen  Reizes  an 
der  Temperaturänderung  ausgedrückt  in 
Temperaturgraden,  die  Intensität  eines  elek- 
trischen Reizes  in  Amperen  usw.  Ein  abso- 
lutes   Maßsystem    um    Reize    verschiedener 


Reizqualitäten  bezüglich  ihrer  Intensitäten 
vergleichen  zu  können,  hat  die  Physiologie 
noch  nicht.  Die  Intensität  eines  thermischen 
Reizes  mit  der  Intensität  eines  elektrischen 
Reizes  kann  z.  B.  nur  verglichen  werden, 
indem  die  Wirkung  beider  Reize  untersucht 
wird.  Auf  Grund  der  Reizwirkung  werden 
verschiedene  Grade  der  Reizintensitäten 
unterschieden.  Die  kleinste  Reizintensität, 
bei  der  eben  noch  eine  Wirkung  des  Reizes 
zu  beobachten  ist,  wird  Reizschwelle  genannt. 
Reize,  die  eine  noch  geringere  Intensität 
haben,  die  also  keine  sichtbare  Wirkung 
hervorrufen,  sind  unterschwellige  Reize. 
Nach  dieser  Definition  ist  die  Reizschwelle, 
die  Intensität  des  Schwellenreizes  abhängig 
von  dem  Indikator,  an  dem  im  gegebenen 
Fall  die  Reizwirkung  beobachtet  wird,  denn 
ein  feinerer  Indikator  kann  eine  minimale 
Reizwirkung  noch  bei  einer  Reizintensität 
nachweisen,  bei  der  ein  gröberer  Indikator 
bereits  versagt.  So  ist  die  Reizschwelle 
tiefer,  d.  h.  bei  geringeren  Reizintensitäten, 
wenn  wir  die  Elektrizitätsproduktion  als 
Indikator  für  die  Erregungen  des  Muskels 
benutzen  und  die  Ströme  mittels  des  außer- 
ordentlich empfindlichen  Saitengalvano- 
meters registrieren,  viel  höher,  d.  h.  bei  größe- 
ren Reizintensitäten,  wenn  wir  statt  des 
Saitengalvanometers  eins  der  früher  ge- 
bräuchlichen weniger  empfindlichen  Galva- 
nometer benutzen.  Die  experimentell  be- 
stimmte Reizschwelle  ist  also  stets  höher,  als 
die  ideale  Reizschwelle.  Die  ideale  Reiz- 
schwelle ist  die  kleinste  Reizintensität,  die 
eben  noch  eine  Wirkung  auf  das  lebendige 
System  ausübt.  Reize,  die  unter  der  idealen 
Reizschwelle  liegen,  haben  absolut  keine 
Wirkung  auf  das  System.  Lassen  wir  die 
Reizintensität  von  der  Reizschwelle  an  zu- 
nehmen, so  wächst  bei  einer  Reihe  von  leben- 
digen Substanzen  auch  der  Reizerfolg  zu- 
nächst. Stärkere  Reize  haben  also  eine  stär- 
kere Wirkung  als  schwächere.  Lassen  wir 
die  Reizintensität  nun  weiter  zunehmen,  so 
erzielen  wir  eine  Reizintensität,  der  eine 
maximale  Reizwirkung  entspricht.  Diese 
Reizintensität  ist  der  maximale  Reiz.  Die 
Reizintensitäten  zwischen  der  Reizschwelle 
und  dem  maximalen  Reiz  werden  submaxi- 
male Reize  genannt.  Sind  die  Reizintensi- 
täten noch  größer  als  die  des  maximalen 
Reizes,  so  ändert  sich  der  Reizerfolg  nicht 
mehr.  Die  Reizintensitäten,  die  höher  sind 
als  der  maximale  Reiz,  werden  übermaximale 
Reize  genannt. 

Die  Einteilung  der  Reizintensitäten  ist 
auf  die  Reizwirkung  gegründet.  Die  Beziehun- 
gen zwischen  Reizstärke  und  Größe  des  Reiz- 
erfolges sind  am  besten  für  die  Wirkungen  der 
erregenden  Reize  bekannt.  Betrachtet  man 
die  Beziehung  zwischen  Reizintensität  und 
Erregungsintensität    bei    den    verschiedenen 


544 


Ii'iitabilität 


lebendigen  Substanzen,  so  kann  man  zwei  Kurve  (Fig.  2).  Die  Reizintensitäten  zwischen 
Typen  unterscheiden,  die  lieterobolischen  und  0  und  der  Reizschwelle  R^j  sind  zu  schwach, 
die  isobolischen  Systeme.   Das  Verhalten  der  ;  um  eine  Erregung  hervorzurufen.    Den  Reiz 


heterobolisclien  Systeme,  das  früher  allein  be 
kannt  war,  ist  charakterisiert  dadurch,  daß 
die  Stärke  der  Erregung  von  der  Reizschwelle 
an  bis  zum  maximalen  Reiz  mit  zunehmender 
Reizintensität  anwächst.  Die  Abhängigkeit 
der  Erregungsintensität  von  der  Reizinten- 
sität ist  zuerst  für  die  Sinnesorgane  genauer 
formuliert  und  experimentell  geprüft  worden. 
Diese  Beziehung,  das  Weber-Fechnersche 
Gesetz  sagt  aus,  daß  die  Erregungsintensitä- 
ten proportional  den  Logarithmen  der  Reiz- 
intensitäten anwachsen.  Stellen  wir  also  die 
Abhängigkeit  der  Erregungsintensität  von 
der  Reizintensität  graphisch  dar,  so  erhalten 
wir  eine  Kurve  von  folgendem  Verlauf  (Fig.l). 


Intensitäten  oberhalb  der  Reizschwelle  ent- 
spricht dieselbe  maximale  Erregungsintensi- 


I  I  I  I  I  I  I  I  I  I 


^„■/i. 


-E, 


I   I    I    I    I   I    I    I    I   I    I   I    I    I   I   I    I   IM    I    M    M  I  A 


Fig.  2. 


J  M   I  I  M   I  I   I  M  I   I  I   I  M   I   I  M  M  M   I    M   I   I   I  I   i  I    M  y? 

Fig.  1. 

Die  Abszisse  stellt  die  Reizintensitäten,  die 
Ordinate  die  Erregungsintensitäten  dar.  Von 
0  bis  zur  Reizsc-liwelle  R^^  sind  die  Reize 
wirkungslos.  R^,  R^,  Rj^  sind  unterschwellige 
Reize.  Von  der  Reizschwelle  Rj^  an  wächst 
die  Erregungsintensität  mit  wachsender  Reiz- 
intensität bis  zum  maximalen  Reiz  Rg,,,  und 
zwar  zuerst  rasch,  dann  immer  langsamer. 
Die  Zunahme  der  Erregungsintensitäten  gibt 
eine  logarithmische  Kurve.  Außer  bei  den 
Sinnesorganen  ist  diese  Beziehung  zwischen 
Reizintensität  und  Erregungsintensität  nur 
bei  wenigen  anderen  heterobolischen  Sj^ste- 
men  genauer  untersucht.  Nach  Resultaten 
dieser  Untersuchungen  scheint  dieselbe  Be- 
ziehung für  alle  heterobolischen  Systeme  zu 
gelten. 

Das  Verhalten  der  isobolischen  Systeme 
ist  erst  in  neuerer  Zeit  erkannt  worden.  Diese 
lebendigen  Substanzen  folgen  dem  Alles- 
oder  Nichts-Gesetz,  d.  h.  sie  beantworten 
jeden  erregenden  Reiz,  der  überhaupt  wirk- 
sam ist,  mit  einer  maximalen  Erregung.  Bei 
diesen  Systemen  ist  also  der  Schwellenreiz 
zugleich  maximaler  Reiz.  Stellen  wir  für 
die  isobolischen  Systeme  die  Beziehung 
zwischen  Reizintensität  und  Erregungsinten- 
sität graphisch  dar,  indem  wir  wieder  in  ein 
Koorelinatensystem  die  Reizintensitäten  als 
Abszisse  die  Erregungsintensitäten  als  Or- 
dinate  auftragen,  so   erhalten   wir  folgende 


tat,  von  der  Schwelle  an  verläuft  die  Kurve 
parallel  der  Abszisse.  Zum  Typus  der  iso- 
bolischen Substanzen  gehört  der  Herzmuskel, 
die  quergestreifte  Muskelfaser  der  Skelett- 
muskeln und  die  markhaltige  Nervenfaser. 
Sie  unterscheiden  sich  von  den  heterobolischen 
Substanzen,  zu  denen  z.  B.  die  nackten 
Protoplasmakörper  der  Rhizopoden  und  das 
Protoplasma  der  Ganglienzellen  gehören, 
durch  einen  höheren  Grad  der  Erregbarkeit. 
Durch  Erhöhung  der  Erregbarkeit  verwan- 
deln sich  heterobolische  Systeme  in  isobo- 
lische.  So  gelingt  es  z.  B.  durch  Vergiftung 
mit  Strychnin  die  normalerweise  heterobo- 
lischen sensiblen  Ganglienzellen  des  Rücken- 
marks in  isobolische  Systeme  zu  überführen. 
Umgekehrt  werden  isobolische  Systeme 
durch  Erniedrigung  der  Erregbarkeit  in 
heterobolische  überführt.  So  gelingt  es  z.  B. 
den  Nerven  durch  Narkose  oder  Erstickung 
in  ein  heterobolisches  System  zu  ver- 
wandeln. 

Endlich  kennen  wir  im  zeitlichen  Ver- 
lauf der  Reize  noch  eine  Eigenschaft  der- 
selben, die  für  die  Reizwirkung  maßgebend 
ist.  Dieselbe  Veränderung  der  äußeren 
Lebensbedingungen  kann  sich  in  kürzerer 
oder  längerer  Zeit  entwickeln,  also  sich  mit 
verschieelener  Geschwindigkeit  abspielen.  Die 
Geschwindigkeit  braucht  aber  gar  nicht 
konstant  zu  sein.  Die  Veränderung  einer 
äußeren  Lebensbedingung  kann  z.  B.  mit 
einer  konstant  zunehmenden  Geschwindig- 
keit, mit  einer  konstanten  Beschleunigung 
sich  abs))ielen.  Wir  können  den  zeitlichen 
Verlauf  der  Reize  graphisch  darstellen,  wenn 
wir  in  ein  Koordinatensystem  die  Zeit  als 
Abszisse,  die  Reizintensität  als  Ordinate 
auftragen.  Im  einfachsten  Fall  würden  wir 
eine  gerade  Linie  erhalten,  d.  h.  in  diesem 
Fall  nimmt  die  Reizintensität  von  0  an  mit 
konstanter  Geschwineligkeit  zu.  Ein  solcher 
Fall  ist  z.  B.  realisiert,  wenn  die  Temperatur 


Initaliilität 


545 


des    Mediums    gleichniäßio-    zuniranit.      Die 
Variationsmöglichkeit    ist    ungeheuer    groß. 
Als  Beispiel  für  einen  komplizierteren  Fall 
soll   der    zeitliche    Verlauf   der    Induktions- 
schläge,   Reize,   die   in   der   experimentellen 
Physiologie  sehr  häufig  angewendet  werden, 
dieiien  (Fig.  3).    1  stellt  den  zeitlichen  Ver- 
lauf  der    Schließung, 
2  den  Verlauf  der  Oeff- 
nung    dar.      Bei    der 
Schließung     entsteht 
im    primäien    Strom- 
kreis ein  Extrastrom, 
der     dem     primären 
Strom       entgegenge- 
setzt    gerichtet     ist. 
Infolgedessen  ist  der 
Anstieg  der  Intensität 
bei     der     Schließung 
verlangsamt.    Bei  der 
Oeffnung  ist  die  Rich- 
tung des  Extrastromes 
gleich  der  Richtung  des 
primären  Stromes.  In- 
folgedessen ist  das  Ab- 
sinken des  Stromes  bei 
der      Oeffnung     viel 
steiler,  als  der  Anstieg 
bei    der    Schließung. 
Dementsprechend   ist 
der   zeitliche  Verlauf 
des  Oeffnungsschlages 
in    dem    sekundären 
Stromkreis  (2i),  eine 

viel  steilere  als  der  Verlauf  des  Schließungs- 
schlages (Ij). 

Die  Beziehungen  zwischen  Reizwirkung 
und  zeitlichem  Verlauf  sind  wiederum  für 
die  erregenden  Reize  am  besten  bekannt. 
Die  Wirksamkeit  des  erregenden  Reizes  hängt 
ab  von  der  Geschwindigkeit  des  Reizes  im 
Vergleich  zur  Erregbarkeit  des  betreffenden 
lebendigen  Systems.  Je  größer  die  Erregbar- 
keit eines  lebendigen  Systems  ist,  um  so 
besser  reagiert  das  betreffende  System  auf 
schnelle  Intensitätsschwankungen,  auf  steile 
Reize.  Je  geringer  die  Erregbarkeit,  um  so 
besser  wirken  langsame  Intensitätsschwan- 
kungen. Die  Nervenfaser  des  Froschnerven 
wird  schon  durch  ganz  geringe  konstante 
Ströme  erregt,  wenn  die  Stromschwankungen  , 
plötzlich  erfolgen,  z.  B.  bei  Schließung  und 
Oeffnung  des  Stromes.  Dagegen  kann  man 
eine  beträchtliche  Stromintensität  durch 
denselben  Nerven  leiten,  ohne  daß  der  Nerv 
erregt  wird,  wenn  man  die  Stromschwan- 
kungen langsam  erfolgen  läßt,  z.  B.  wenn 
man  den  Strom  von  0  an  langsam  anwachsen 
läßt  (Einscldeichen  des  konstanten  Stromes).  ' 
Die  Nervenfaser  ist  ein  System  von  hoher 
Erregbarkeit,  sie  wird  leicht  erregt  durch 
rasch  verlaufende  Reize.  Daher  wirkt  auch 
der  Induktionsöffnungsschlag  besser  auf  die 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  Y. 


Nervenfaser,  als  der  Induktionsschließungs- 
schlag.  Lebendige  Substanzen  von  geringer 
Erregbarkeit,  wie  die  trag  reagierenden 
Protoplasmakörper  der  Rhizopoden,  werden 
durch  Induktionsschläge  überhaupt  nicht 
erregt.  Für  diese  ist  der  Induktionsschlag 
zu  schnell. 


Fie;.  3 


Substanzen  durch  langsamer  verlaufende 
Reize,  z.  B.  durch  den  konstanten  Strom 
leicht  erregt. 

Wirkt  derselbe  Reiz  nicht  einmal,  sondern 
mehrmals  hintereinander  auf  ein  lebendiges 
System,  so  sprechen  wir  von  einer  Reiz- 
serie. Die  Wirkung  einer  Reizserie  ist  nun 
nicht  einfach  die  Wiederholung  der  ersten 
Reizwirkung.  Folgen  nämlich  die  Reize 
schneller  aufeinander,  als  die  Wirkung  eines 
Reizes  vollständig  abklingen  kann,  so  findet 
jeder  Reiz  das  lebendige  System  in  einem 
veränderten  Zustand  vom  vorhergehenden 
Reize  vor.  Die  Wirkung  des  Reizes  wird 
aber  beim  veränderten  System  anders  aus- 
fallen als  beim  frischen  System. 

2.  Die  allgemeinen  Reizwirkungen. 
Die  Irritabilität  ist  die  Fähigkeit  der 
lebendigen  Substanz  auf  Aenderungen  der 
äußeren  Lebensbedingungen,  auf  Reize  mit 
Aenderungen  des  Geschehens  in  der  lebendi- 
gen Substanz,  mit  Aenderungen  der  Lebens- 
vorgänge zu  reagieren. 

I  Die  Aeußerungen  der  Lebensvorgänge 
können  wir  im  allgemeinen  von  drei  Stand- 
punkten aus  untersuchen.  Wir  können  erstens 
die  stofflichen  Aenderungen  betrachten,  die 
sich  in  einem  lebendigen  System  abspielen. 

35 


546 


Iiiitabilität 


Diese  Betrachtungsweise  ist  die  stoffliche 
oder  chemische.  Zweitens  können  wir  die 
Veränderungen  der  Energieformen  unter- 
suchen. Dies  ist  die  energetische  Betrach- 
tungsweise. Endlich  können  wir  die  Form- 
veränderungen der  lebendigen  Organismen 
untersuchen.  Dies  ist  die  morphologische 
Betrachtungsweise.  Auch  die  Lebensvor- 
gänge unter  veränderten  äußeren  Bedingun- 
gen, die  Reizwirkungen,  können  wir  von  die- 
sen drei  GesichtsjDunkten  aus  untersuchen. 
Von  diesen  drei  Wegen  ist  die  chemische 
oder  stoffliche  Betrachtungsweise  die  nächst- 
liegende, da  wir  gewöhnt  sind,  atomistisch  zu 
denken.  Auch  in  der  Betrachtung  der  Reiz- 
wirkungen führt  uns  dieser  Weg  am  wei- 
testen. 

Sind  die  äußeren  Lebensbedingungen  kon- 
stant, d.  h.  wirken  keine  Reize  ein,  so  be- 
findet sich  das  lebendige  System  im  Gleich- 
gewicht. Der  Zustand  des  Systems  ändert 
sich  nicht.  Dieses  Gleichgewicht  ist  ein 
dynamisches  Gleichgewicht.  Das  lebendige 
System  nimmt  dauernd  Stoffe  aus  dem  Me- 
dium auf  und  gibt  Stoff  ins  Medium  ab. 
Vor  allem  braucht  jede  lebendige  Substanz, 
mit  Ausnahme  der  anaeroben  Organismen, 
Sauerstoff  aus  der  Umgebung.  Der  Sauer- 
stoff wird  für  die  Oxydation  in  der  lebendigen 
Substanz  verbraucht.  Ein  Teil  der  Moleküle 
der  lebendigen  Substanz  befindet  sich  dauernd 
im  Zerfall,  indem  es  sich  mit  dem  Sauerstoff 
verbindet,  also  verbrennt.  Für  die  zerfallene 
lebendige  Substanz  wird  dauernd  Ersatz 
geschafft.  Es  wird  dauernd  lebendige  Sub- 
stanz neu  gebildet.  Dazu  sind  nun  Nähr- 
materialien nötig,  die  aus  dem  Medium  auf- 
genommen werden.  Die  Zerfallsprodukte 
werden  von  der  lebendigen  Substanz  ins 
Medium  abgegeben. 

Im  Stoffwechsel  der  lebendigen  Substanz 
sind  also  zwei  große  Phasen  zu  unterscheiden : 
der  Zerfall  oder  die  Dissimilation  und  der 
Aufbau  oder  die  Assimilation. 

Der  Ruhestoffwechsel,  der  in  Abwesenheit 
von  Reizen  besteht,  ist  charakterisiert  durch 
das  Stoffwechselgleichgewicht.  Unter 
Stoffwechselgleichgewicht  versteht  man  den 
Zustand,  bei  dem  in  der  Zeiteinheit  ebenso- 
viel Moleküle  lebendiger  Substanz  zerfallen, 
wie  aufgebaut  werden.  Mit  anderen  Worten: 
im  Stoffwechselgleichgewicht  ist  die  Assi- 
milation A  gleich  der  Dissimilation  D:  A=D, 

oder    g  =  1.  ^ 

Ein  solcher  Zustand  dynamischen  Gleich- 
gewichts, bei  dem  die  Lebensvorgänge  dau- 
ernd in  derselben  Weise  ohne  Verände- 
rung verlaufen,  ist  nun  in  Wirklichkeit  nie- 
mals streng  realisiert.  Selbst  falls  die  äußeren 
Lebensbedingungen  immer  konstant  blieben, 
also  keine  Reize  einwirkten,  ändern  sich  die 


inneren  Lebensbedingungen  in  jedem  Orga- 
nismus dauernd,  wenn  auch  meistens  so 
langsam,  daß  dies  bei  einer  kurzen  Unter- 
suchung gar  nicht  bemerkt  wird.  Diese 
langsame  Veränderung  ist  die  Entwickelung. 
Der  Begriff  des  Ruhestoffwechsels  ist  also 
eine  Abstraktion,  indem  die  langsamen  Ver- 
änderungen des  Organismus,  die  Entwicke- 
lung, vernachlässigt  und  der  Stoffwechsel 
während  einer  kurzen  Zeit  als  unverändert 
betrachtet  wird. 

Wirkt  ein  Reiz  auf  ein  lebendiges  System, 
das  sich  im  Ruhestoffwechsel  befand,  ein, 
so  wnrd  das  Stoffwechselgleichgewicht  für 
kürzere  oder  längere  Zeit  gestört.  Der  Ruhe- 
stoffwechsel gibt  dem  Reizstoffwechsel 
Platz.  Die  Stoff  Wechsel  Vorgänge  können 
unter  dem  Einfluß  der  Reize  entweder  quan- 
titative Veränderungen  erfahren,  d.  h.  ihre 
Geschwindigkeit  kann  zu-  oder  abnehmen, 
oder  qualitativ  geändert  werden,  d.  h.  ihr 
Ablauf  kann  in  einer  ganz  anderen  Weise 
vor  sich  gehen  als  im  Ruhestoffwechsel. 
Die  Reizwirkungen  scheinen  also  eine  un- 
übersichtliche Fülle  von  Erscheinungen  zu 
umfassen.  Bei  näherer  Untersuchung  gelingt 
es  indessen  die  Reizwirkungen  in  ein  über- 
sichtliches Schema  einzuordnen. 

Die  meisten  kurzdauernden  Reize  be- 
wirken nur  eine  Aenderung  in  der  Geschwin- 
digkeit der  Lebensvorgänge.  Sie  haben  also 
eine  rein  quantitative  Wirkung,  eine  Be- 
schleunigung oder  eine  Verzögerung  der 
Stoffwechselprozesse.  — ■  Aus  diesem  Grunde 
kann  die  Wirkung  solcher  Reize  mit  den 
katalytischen  Wirkungen  der  Chemie  ver- 
glichen werden.  Sie  können  geradezu 
katalytische  Reize  genannt  werden.  Die 
Wirkung  eines  katalytischen  Reizes  ist  ent- 
weder eine  Beschleunigung  des  Stoffwechsels, 
eine  Erregung  oder  eine  Verzögerung  des- 
selben, eine  Lähmung.  Die  Wirkung  solcher 
Reize  besteht  also  in  Steigerung  oder  Herab- 
setzung der  Intensität  des  spezifischen  Stoff- 
wechsels. 

Jedes  System  hat  seinen  spezifischen 
Stoffwechsel,  d.  h.  seine  spezifischen  Zerfalls- 
und Aufbauprozesse.  Jede  lebendige  Sub- 
stanz hat  ihre  besondere  chemische  Zusam- 
mensetzung. Die  Muskelzelle  enthält  z.  B. 
andere  Eiweißkörper  als  die  Leberzelle  usw. 
Ist  die  chemische  Zusammensetzung  zweier 
lebendiger  Systeme  eine  verschiedene,  so  muß 
auch  der  Zerfall  und  der  Wiederaufbau,  der 
Stoffwechsel  sich  unterscheiden.  Dieselbe 
Feststellung  kann  auch  für  die  energetische 
oder  morphologische  Betrachtungsweise  der 
Lebensvorgänge  geltend  gemacht  werden. 
Jede  lebendige  Substanz  hat  ihre  spezifischen 
Energieumwandlungen,  ihren  Energiewech- 
sel und  ihre  morphologische  Struktur  und  ihre 
Strukturveränderungen,  Wirkt  nun  ein  kata- 
lytischer  Reiz  ein,  so  besteht  seine  Wirkung 


Irritabilität 


547 


darin,  den  spezifischen  Stoffwechsel  des 
Systems  zu  steigern,  zu  erregen  oder  herab- 
zusetzen, zu  lähmen.  Die  Erregung  einer 
Muskelzelle  muß  daher  anders  sein,  als  die 
Erregung  einer  Ganglienzelle  usw.  Die 
Erregung  eines  lebendigen  Systems  besteht 
in  der  Steigerung  der  für  das  betreffende 
System  spezifischen  Stoffwechselvorgänge, 
ist  also  selber  ein  für  das  betreffende  System 
spezifischer  Vorgang.  Was  für  die  chemi- 
schen Umsetzungen  gilt,  gilt  auch  für  die 
Formveränderungen  und  —  was  für  uns  von 
größerer  Wichtigkeit  ist  —  auch  für  die  Ener- 
gieumwandlungen. So  liefert  der  Muskel  bei 
der  Erregung  aktuelle  Energie  in  Form  von 
mechanischer  Energie  und  Elektrizität.  Das 
elektrische  Organ  des  elektrischen  Fisches 
Malapterurus,  das  phylogenetisch  ein  um- 
gewandelter Muskel  ist,  liefert  keine  mecha- 
nische Energie,  dafür  eine  viel  größere  elek- 
trische Spannung  als  der  Muskel.  Wird  eine 
Noctilucazelle  erregt,  so  produziert  sie  freie 
Energie  in  Form  von  Licht. 

Die  Erregung  eines  lebendigen  Systems 
besteht  in  einer  Steigerung  des  spezifischen 
Stoff-  und  Energiewechsels. 

Diese  Tatsache  ist  zum  erstenmal  von 
Johannes  Müller  für  die  Erregungen  der 
Sinnesorgane  in  Form  des  Gesetzes  von  der 
spezifischen  Energie  der  Sinnesorgane  aus- 
gesprochen worden .  J  o  h  a  n  n  e  s  M  ü  1 1  e  r  gab 
schon  dem  Gesetz  der  spezifischen  Energie 
eine  allgemeinere  Fassung.  Die  spezifische 
Energie  der  Sinnesorgane  stellt  nur  einen 
Einzelfall  vor.  Jedes  lebendige  System  hat 
seine  spezifische  Energie,  d.  h.  jede 
lebendige  Substanz  hat  ihren  spezifischen 
Stoffwechsel,  dessen  Intensität  durch  Reize 
gesteigert  oder  herabgesetzt  werden  kann. 

Die  katalytischen  Reize  können  die 
Stoffwechselintensität  steigern  oder  herab- 
setzen. Aber  nicht  der  ganze  Stoffwechsel 
wird  gewöhnlich  unter  dem  Einfluß  eines 
solchen  Reizes  in  gleicher  Weise  verändert. 
Ein  Teil  des  Stoffwechsels,  ein  Komplex  von 
Partialprozessen  zeichnet  sich  durch  besondere 
Labilität  aus,  der  oxydative  Stoffwech- 
sel. In  erster  Linie  ändert  sich  gewöhnlich 
die  Intensität  des  oxydativen  Stoffwechsels 
unter  dem  Einfluß  von  Reizen. 

Die  Wirkung  der  erregenden  Reize  be- 
steht in  erster  Linie  in  einer  Beschleunigung 
der  Oxydationsprozesse.  Dies  macht  sich 
an  einer  Steigerung  des  Sauerstoffverbrauchs 
und  vermehrter  Produktion  von  Oxydations- 
produkten erkenntlich.  Die  Verbrennung, 
der  oxydative  Zerfall  der  lebendigen  Substanz 
ist  in  der  Erregung  gesteigert.  Man  kann 
die  Prozesse  noch  näher  definieren,  die  in 
der  Erregung  eine  Steigerung  erfahren. 
Am  besten  bekannt  sind  die  Verhältnisse 
bei  der  Erregung  des  Muskels.  Die  klassischen 
Untersuchuneren  von  Fick  und  Wislicenus 


am  Menschen  und  Voit  am  Hund  haben  er- 
geben, daß  bei  anstrengender  Muskelarbeit  der 
Stickstoffwechsel  fast  unverändert  bleibt, 
während  der  Zerfall  der  stickstofffreien  Ver- 
bindungen stark  ansteigt.  Es  sind  also  stick- 
stofffreie Stoffe  die  in  der  Erregung  in  er- 
höhtem Maße  oxydiert  werden,  und  deren 
Verbrennung  die  bei  der  Muskelarbeit  frei 
werdende  Energie  liefert.  Vor  allem  kommen 
hier  die  Kohlehydrate  in  Betracht,  von  denen 
die  Muskeln  große  Mengen  in  Form  von 
Glykogen  als  Reservestoff  enthalten.  Die 
Quelle  der  Muskelkraft  ist  also  in  erster 
Linie  die  Kohlehjalratverbrennung. 

Die  Verallgemeinerung  dieser  Ergebnisse 
führt  zu  dem  Resultat,  daß  unter  dem  Ein- 
fluß eines  erregenden  Reizes  in  erster  Linie 
der  oxydative  Zerfall  von  stickstofffreien  Ver- 
bindungen, vor  allem  von  Kohlehydraten,  be- 
schleunigt wird. 

Ein  Teil  der  Stoffwechselprozesse,  ein 
Komplex  von  Partialprozessen,  ist  also  be- 
sonders veränderlich  in  seiner  Intensität. 
Das  ist  der  oxydative  Zerfall  der  stickstoff- 
freien Verbindungen.  Dieser  Komplex  von 
Partialprozessen  wird  als  funktioneller 
Stoffwechsel  dem  den  Reizen  gegenüber 
mehr  stabileren  Teil  des  Stoffwechsels,  dem 
cytoplastischen  Stoffwechsel  gegen- 
übergestellt. 

Bei  der  engen  Abhängigkeit  der  einzelnen 
Partialprozesse  des  Stoffwechsels  vonein- 
ander ist  es  nicht  denkbar,  daß  nur  ein  Teil 
dieser  Partialprozesse  verändert  wird,  ohne 
daß  die  anderen  dadurch  in  Mitleidenschaft  ge- 
zogen würden.  In  der  Tat  zeigten  spätere  Unter- 
suchungen(Ar  g  u  t  i  n  sk  y),  daß  auch  derStick- 
stoffumsatz  bei  angestrengter  Muskelarbeit 
nachträglich  eine  —  wenn  auch  relativ  nur  ge- 
ringe—  Steigerung  erfährt.  Die  Steigerung  des 
funktionellen  Stoffwechsels  bringt  auch  eine 
geringe  Steigerung  des  cytoplastischen  Stoff- 
wechsels mit  sieh.  Dies  geht  auch  aus  anderen 
Tatsachen  noch  hervor.  Jedes  Organ  eines 
vielzelligen  Tieres,  das  häufig  funktionell  in 
Anspruch  genommen  wird,  nimmt  mit  der 
Zeit  an  Masse  zu.  Am  auffallendsten  zeigt 
I  sich  diese  Erscheinung  an  der  Arbeitshjper- 
'  trophie  der  Skelettmuskeln,  die  durch  Uebung 
gewaltig  an  Masse  zunehmen  können.  Ura- 
I  gekehrt  nimmt  ein  Organ,  das  wenig  gebraucht 
wird,  mit  der  Zeit  an  Masse  ab,  es  verfällt 
der  Inaktivitätsatrophie.  Einen  Faktor,  der 
am  Zustandekommen  der  Arbeitshypertro- 
phie sicher  beteiligt  ist,  kennen  wir.  Wenn 
ein  Organ,  z.  B.  ein  Muskel,  erregt  wird, 
so  entstehen  in  ihm  Zerfallsprodukte,  welche 
eine  Erweiterung  der  Blutgefäße  des  Muskels 
bewirken.  Infolgedessen  kommt  eine  bessere 
Durchblutung,  und  damit  wieder  eine  ver- 
mehrte Nahrungszufuhr  zu  dem  betreffenden 
Muskel  zustande  (Ischikawa). 

Die    Ai'beitshypertrophie    der    Ganglien- 

35* 


548 


Irritabilität 


Zellen  ist  die  physiologische  Grundlage  des 
Gedächtnisses.  Der  Grundvorgang  des  Ge- 
dächtnisses ist  die  Ausschleifung  der  Bahnen 
im  Zentralnervensystem  (Verworn).  Unter 
Ausschleifung  der  Bahnen  versteht  man  die 
Tatsache,  daß  die  Erregung  um  so  leichter 
durch  eine  Kette  von  Neuronen  geleitet  wird, 
je  öfter  sie  schon  früher  dieselbe  Strecke 
durchlaufen  hat.  Je  öfter  die  Erregung  über 
die  Kette  von  Neuronen  geleitet  wird,  um  so 
mehr  nimmt  die  lebendige  Substanz  der 
Ganglienzellen  dieser  Neuronenkette  an  Masse 
zu.  Eine  größere  Ganglienzelle  liefert 
aber  auf  Reize  eine  stärkere  und  längere, 
also  eine  viel  wirksamere  Entladung  als  eine 
kleinere.  Je  wirksamer  nun  die  Entladung 
eines  Gliedes  der  Kette  ist,  um  so  leichter 
wird  das  folgende  Glied  durch  diese  Ent- 
ladung in  Erregung  versetzt  usf.  Mit  anderen 
Worten:  um  so  leichter  verbreitet  sich  die 
Erregung  über  die  ganze  Neuronenkette. 

Diese  Tatsachen  führen  zu  einem  Ver- 
ständnis der  qualitativen  Veränderungen 
des  Stoffwechsels  unter  dem  Einfluß  von 
Reizen.  Schon  die  Zunahme  des  Volums 
unter  dem  Einfluß  von  Reizen  muß  zu  tiefer- 
gehenden Veränderungen  des  Stoffwechsels 
führen.  Beim  Wachsen  einer  kugelförmigen 
Zelle  nimmt  das  Volum  mit  der  dritten  Po- 
tenz, die  Oberfläche  mit  dem  Quadrat  des 
Radius  zu.  Daraus  folgt,  daß  beim  Wachs- 
tum einer  solchen  Zelle  das  Verhältnis  der 
Oberfläche  zur  Masse  sich  verändert.  Die 
Oberfläche  wird  relativ  zur  Masse  kleiner. 
Dadurch  muß  nun  die  Intensität  des  Stoff- 
umsatzes im  Innern  der  Zelle  im  Verhältnis 
zur  Peripherie  zurückbleiben,  denn  im 
Innern  ist  die  Zufuhr  des  Sauerstoffs  und  der 
Nährmaterialien  und  die  Abfuhr  der  Stoff- 
wechselprodukte im  Verhältnis  zur  Peripherie 
erschwert.  Durch  die  erschwerte  Abfuhr  der 
Stoffwechselprodukte  können  Stoffe,  die 
sonst  aus  der  Zelle  entfernt  werden,  in  der 
Zelle  liegen  bleiben  uiid  als  Fremdkörper 
abgelagert  werden. 

Der  erschwerte  Stoff austausch  führt  auch 
zur  Anhäufung  von  Stoffen,  die  gewöhnlich 
nicht  oder  nur  als  intermediäre  Stoffwechsel- 
produkte, die  wieder  weiter  umgewandelt 
werden,  auftreten.  Aehnliche  Verhältnisse 
können  wir  experimentell  realisieren,  wenn 
wir  z.  B.  die  Sauerstoff  zufuhr  aufheben. 
Wir  sehen  dann,  daß  der  oxydative  Zerfall 
der  stickstofffreien  Verbindungen,  der  bei 
Anwesenheit  von  genügendem  Sauerstoff  bis 
zu  den  einfachsten  Endprodukten  Kohlen- 
säure und  Wasser  verläuft,  bei  Sauerstoff-  \ 
mangel  zum  Entstehen  von  größeren  Mole- 
külen, z.  B.  von  Milchsäure,  führt. 

Diese  Tatsachen  zeigen  uns  die  Möglich- 
keit,   die    qualitativen    Veränderungen    des  j 
Stoffwechsels   aus   den   quantitativen    Reiz- 
wirknngen   abzuleiten.      Es   ist  sehr   wahr- 


scheinlich, daß  die  primäre  Wirkung  jedes 
Reizes  eine  quantitative  ist.  Die  qualita- 
tiven Veränderungen  des  Stoffwechsels,  die 
auch  als  metamorphotische  Prozesse 
bezeichnet  werden,  entstehen  als  weitere  Fol- 
gen der  primären  quantitativen  Veränderun- 
gen namentlich  bei  langdauernden  oder 
häufig  wiederkehrenden  Reizen,  bei  so- 
genannten chronischen  Reizen.  Die  Wirkung 
dieser  chronischen  Reize  zu  untersuchen,  ist 
die  Hauptaufgabe  der  Pathologie. 

Die  primäre  Wirkung  der  Reize  scheint 
eine  rein  quantitative  zu  sein,  eine  Steigerung 
oder  Herabsetzung  der  Intensität  des  Stoff- 
wechsels. Zu  dieser  23rimären  Reizwirkung 
kommen  eine  Reihe  von  sekundären 
Reizwirkungen.  Als  solche  ist  auch  die 
Wirkung  auf  den  cytoplastischen  Stoff- 
wechsel, die  Arbeitshypertrophie,  zu  be- 
trachten. Ebenso  sehr  wahrscheinlich  sämt- 
liche metamorphotische  Prozesse. 

Auf  jeden  Reiz  folgt  eine  sekundäre  Reak- 
tion, die  zur  Herstellung  des  ursprünglichen 
Zustandes  führt.  Nach  Aufhören  des  Reizes 
klingt  auch  die  Reizwirkung  ab,  und  das 
System  erreicht  allmählich  wieder  den  Zu- 
stand des  Stoffwechselgleichgewichts.  Dieser 
regulatorische  Mechanismus,  der  jeder  leben- 
digen Substanz  eigen  ist,  wird  nach  Hering 
die  innere  Selbststeuerung  des  Stoff- 
wechsels genannt. 

Eine  sekundäre  Reizwirkung  ist  auch 
die  Ermüdung.  Auf  jede  länger  dauernde 
Erregung  folgt  ein  Stadium  der  Lähmung, 
die  Ermüdung.  In  diesem  Fall  ist  die  Er- 
regung die  primäre,  die  Ermüdung  die  sekun- 
däre Reizwirkung.  Die  Ermüdung  ist  eine 
sekundäre  Lähmung  im  Gegensatz  zu  den 
primären  Lähmungen,  wie  z.  B.  die  Kälte- 
lähmung. 

Die  Reiz  Wirkung  bleibt  nicht  an  der 
Stelle  lokalisiert,  an  der  der  Reiz  gewirkt 
hat,  sondern  die  Umgebung,  die  nicht  direkt 
vom  Reiz  getroffenen  Teile  werden  auch  in 
Mitleidenschaft  gezogen.  Man  spricht  des- 
halb von  Reizleitung.  Genauer  bezeichnet 
man  diese  sekundäre  Reizwirkung  als  Er- 
regungsleitung. Die  experimentellen 
Untersuchungen  haben  nämlich  ergeben,  daß 
in  der  Regel  nur  Erregungen  weitergeleitet 
werden,  während  die  Lähmung,  wie  z.  B.  Er- 
stickung, Ermüdung,  Narkose  an  die  direkt 
vom  Reiz  getroffene  Stelle  lokalisiert  bleibt 
(Verworn).  Die  Weiterleitung  der  Erregung 
kommt  dadurch  zustande,  daß  die  Erregung, 
der  Zerfall  einer  Stelle  als  Reiz  für  die  be- 
nachbarten Partien  wirkt. 

Auf   Grund   der  oben   ausgeführten    Ge- 
sichtspunkte gelangen  wir  zu  folgendem  all- 
gemeinen Schema  der  Reizwirkungen. 
Primäre  Reizwirkungen 
Erregung  Lähnning 

funktionelle       cytoplastische      funktionelle. 


Irritabilität 


549 


Sekundäre  Reizwirkungen  • 

Sekundäre  Erregung      Sekundäre  Lähmung  j 

Erregungsleitung,     metamorphotisclie     Pro- 1 

zesse,  Selbststeuerung  des  Stoffwechsels,     j 

3.  Der  Mechanismus  der  Erregung. 
Die  primäre  Erregung  besteht  in  der ; 
Steigerung  der  Intensität  der  Stoffwechsel- 
vorg'änge.  Wie  wir  gesehen  haben,  unter- 
scheidet man  zwei  große  Phasen  des  Stoff- 
wechsels, die  Assimilation  und  die  Dissimi- 
lation. Beide  Phasen  können  unter  dem 
Einfluß  von  Reizen  eine  primäre  Beschleuni- 
gung erfahren.  Wir  können  also  von  dissi- 
mifatorischer  und  assimilatorischer 
Erregung  sprechen.  Eine  genauere  Unter- 
suchung zeigt  aber,  daß  fast  alle  Reize  primär 
nur  eine  Beschleunigung  des  Zerfalls  be- 
wirken. Dies  gilt  sowohl  für  die  künstlichen 
Reize,  die  wir  experimentell  anzuwenden 
pflegen,  wie  auch  für  die  natürlichen,  das 
Leben  der  Organismen  lenkenden  und  be- 
stimmenden Reize.  Der  große  Apparat,  der 
bei  höheren  Tieren  die  Reize  der  Außenwelt 
verarbeitet  und  zu  den  einzelnen  Teilen  des 
Organismus  in  Beziehung  setzt,  das  Nerven- 
system, ist  auch  nur  imstande,  dissimila- 
torische  Erregungen  zu  leiten  (Verworn). 

In  früherer  Zeit  glaubte  man  allerdings, 
daß  zu  den  Geweben  besondere  trophische 
Nerven  führen,  die  die  Assimilation  dauernd 
anregen.  Zu  dieser  iVnnahme  führten  Beob- 
achtungen, nach  welchen  die  Organe,  deren 
nervöser  Zusammenhang  mit  dem  Zentral- 
nervensystem unterbrochen  ist,  weitgehende 
Veränderungen  erfahren.  Es  hat  sich  aber 
gezeigt,  daß  diese  Veränderungen  sich  aus 
dem  Fehlen  der  gewöhnlichen  nervösen  Im- 
pulse erklären  lassen  und  daß  die  Annahme 
besonderer  trophischen  Nerven  überflüssig  ist. 

Wahrscheinlich  kommt  die  assimilato- 
rische Erregung  in  den  meisten  Fällen  nur  als 
sekundäre  Reizwirkung  zustande.  Ein 
Fall  von  primärer  assimilatorischer 
Erregung  liegt  scheinbar  in  der  Stärke- 
assimilation der  grünen  Pflanze  unter  dem 
Einfluß  des  Lichtes  vor.  Eine  nähere  Unter- 
suchung zeigt  aber  auch  für  diesen  Fall, 
daß  die  primäre  Reizwirkung  nicht  in  der 
Steigerung  der  Aufbauprozesse  zu  suchen  ist. 
Nur  ein  sicherer  Fall  von  primärer  assimi- 
latorischer Erregung  ist  bekannt,  das  ist 
das  vermehrte  Wachstum  der  Zellen  bei 
vermehrter  Nahrungszufuhr.  In  diesem  Fall 
wird  die  Reaktionsgeschwindigkeit  der  Auf- 
bauprozesse einfach  durch  die  erhöhte  Menge 
der  reagierenden  Stoffe  gesteigert.  Mit  Aus- 
nahme dieses  einen  Falles  kann  also  eine 
primäre  Steigerung  der  Stoffwechselvorgänge 
nur.  eine  dissimÜatorische  Erregung  sein. 
Unter  Erregung  schlechthin  versteht  man  ge- 
wöhnlich dissimilatorische  Erregung. 

Bei  der  dissimilatorischen  Erregung  findet 


ein  erhöhter  Zerfall  der  lebendigen  Substanz 
statt.  Wir  können  diesen  Vorgang  chemisch 
untersuchen,  indem  wir  direkt  die  Menge 
der  Zerfallsprodukte  bestimmen  und  daraus 
die  Intensität  des  Zerfalls  und  die  Art  der 
chemischen  Umsetzungen  rekonstruieren. 
Oder,  da  es  sich  in  erster  Linie  um  oxydativen 
Zerfall  handelt,  kann  uns  der  Verbrauch  von 
Sauerstoff  als  Indikator  für  die  Intensität 
des  Zerfalls  dienen.  Die  chemischen  Methoden 
haben  aber  auch  ihre  Schwierigkeiten  und 
Lücken.  Gerade  beim  Studium  der  primären 
Reizwirkungen  ist  es  hinderlich,  daß  sie 
relativ  unempfindlich  sind.  Um  Ausschläge 
zu  bekommen,  die  genügend  groß  sind  für 
die  Bestimmung,  muß  die  Reizung  in  den 
meisten  Fällen  lange  Zeit  fortgesetzt  werden. 
Ferner,  wenn  man  den  Stoffwechsel  eines 
Tieres  unter  verschiedenen  Bedingungen 
untersucht,  bekommt  man  das  Gesamtresul- 
tat aus  dem  Stoffwechsel  der  vielen  ver- 
schiedenartigen Zellen,  die  den  Organismus 
zusammensetzen.  Der  Zweck  jedoch  ist 
den  Stoffwechsel  in  jeder  einzelnen  Zelle 
selbst  zu  erkennen. 

Man  kann  die  primäre  Erregung  der 
lebendigen  Substanz  mit  Hilfe  von  physika- 
lischen Indikatoren  untersuchen.  Bei  der 
Erregung  liefert  der  oxydative  Zerfall  der 
lebendigen  Substanz  aktuelle  Energie,  indem 
potentielle  chemische  Energie  in  aktuelle 
Energie,  wie  Wärme,  mechanische  oder 
elektrische  Energie  oder  Licht  umgewandelt 
wird.  Die  aktuellen  Energieformen  w^erden 
registriert  und  gemessen  und  aus  dem  Ver- 
lauf der  Energieproduktion  lassen  sich 
Schlüsse  auf  den  Verlauf  der  chemischen 
Prozesse  ziehen,  aus  denen  die  freie  Energie 
entsteht.  Dies  ist  also  eine  indirekte  Methode. 
Sie  hat  aber  manche  Vorteile.  So  ist  sie  ge- 
eignet, und  zwar  namentlich  die  Unter- 
suchung der  mechanischen  und  der  elektri- 
schen Energieproduktion,  rasch  verlaufende 
Vorgänge,  wie  die  Einzelerregung  des  Nerven 
oder  des  Muskels  zu  untersuchen.  Auch 
mit  Hilfe  dieser  Methoden,  und  selbst  an 
isolierten  Organen  untersuchen  wir  aber 
niemals  die  Erregung  eines  einzelnen  Ele- 
mentes, einer  einzelnen  Muskelzelle  oder 
Nervenfaser,  sondern  das  Gesaratresultat  aus 
der  Erregung  einer  großen  Anzahl  solcher 
Elemente.  Wir  sind  nicht  imstande  auch 
die  sekundären  Reizwirkungen  ganz  auszu- 
schließen. 

Die  physiologische  Forschung  schreitet 
auf  beiden  Wegen,  sowohl  auf  dem  chemi- 
schen, als  auch  auf  dem  physikalischen  vor. 
Zu  allgemeinen  Ergebnissen  gelangt  man 
nur  durch  Vergleich  der  speziellen  Ergebnisse. 

Wie  oben  ausgeführt  wurde,  ist  die 
dissimilatorische  Erregung  der  lebendigen 
Substanz  eine  Steigerung  des  oxydativen 
Zerfalls    von    stickstofffreien  Verbindungen. 


550 


Irritabilität 


Eine  Ausnahme  repräsentieren  die  anaeroben 
Mikroorganismen,  bei  denen  der  oxydative 
Zerfall  durch  andere  Spaltunfjsprozesse  er- 
setzt ist.  Bei  diesen  ist  also  der  funktionelle 
Stoffwechsel  anoxydativ.  Mit  Ausnahme 
dieser  Organismen  ist  aber  für  alle  lebendige 
Substanz  gemeinsam,  daß  der  funktionelle 
Stoffwechsel  mit  gesteigertem  Sauerstoff- 
verbrauch und  vermehrter  Produktion  von 
Kohlensäure  und  Wasser  einhergeht.  Dieser 
Teil  des  Stoffwechselprozesses,  der  oxyda- 
tive Zerfall  von  stickstofffreien  Verbin- 
dungen bis  zu  den  Endprodukten  Kohlen- 
säure -und  Wasser  ist  besonders  labil.  Der 
Vorgang  kann  mit  dem  Zerfall  des  explosiven 
Jodstickstoffs  verglichen  werden.  In  beiden 
Fällen  findet  in  der  Ruhe  eine  langsame  Zer- 
setzung der  labilen  Verbindung  statt.  Sobald 
ein  Reiz,  etwa  eine  mechanische  Erschütte- 
rung einwirkt,  wird  der  Zerfall  plötzlich 
beschleunigt,  es  erfolgt  eine  Explosion. 
Bei  dem  oxydativen  Zerfall  wird  aktuelle 
Energie  frei.  Diese  aktuelle  Energie  entsteht 
aus  der  potentiellen  chemischen  Energie,  die 
in  den  labilen  Verbindungen  aufgehäuft  ist. 
Bei  einer  chemischen  Umsetzung  kann  ak- 
tuelle Energie  freigemacht  oder  gebunden 
werden.  Aktuelle  Energie  wird  gebunden, 
d.  h.  in  potentielle  Energie  umgewandelt, 
wenn  stärkere  Affinitäten  gelöst,  schwächere 
gebunden  werden.  Solche  Prozesse  sind 
Reaktionen  mit  negativer  Wärmetönung. 
Aktuelle  Energie  wird  frei,  wenn  schwächere 
Affinitäten  gelöst,  stärkere  gebunden  werden. 
Man  bezeichnet  solche  Vorgänge  als  Reak- 
tionen mit  positiver  Wärmetönung.  Zu 
diesen  gehört  auch  der  oxydative  Zerfall  der 
lebendigen  Substanz.  Dabei  werden  labile 
Verbindungen  gespalten  und  in  stabile,  wie 
Kohlensäure  und  Wasser  überführt. 

Im  Muskel  sind  nun  diese  labilen  Verbin- 
dungen, die  oxydativ  gespalten  werden, 
Kohlehydrate.  In  anderen  Fällen  werden 
aber  andere,  vielfach  auch  einfachere  orga- 
nische Verbindungen,  wie  Fette,  Fettsäuren, 
Alkohol  als  V^erbrennungsmaterial  benutzt. 
Immer  aber  findet  eine  Verbrennung  größerer 
Moleküle  zu  Kohlensäure  und  Wasser  statt. 

Die  Spaltung  des  Kohlehydratmoleküls 
kann  auf  zwei  Wegen  erfolgen.  Es  handelt 
sich  jedenfalls  um  Monosaccharidmoleküle, 
denn  das  ist  die  aktive  Form  der  Kohle- 
hydrate, während  die  Di-  und  Polysaccharide 
als  Reservekohlehydrate  abgelagert  und  nach 
Bedarf  wieder  in  Monosaccharide  umge- 
wandelt werden.  Als  Beispiel  können  wir  also 
die  Spaltung  des  Traubenzuckers  wählen. 
Die  Spaltung  des  Traubenzuckers  erfolgt  bei 
den  aeroben  Organismen  unter  normalen 
Bedingungen,  wenn  Sauerstoff  in  genügender 
Menge  vorhanden  ist,  auf  oxydativem 
Wege.  Den  ersten  Angriffspunkt  für  die 
Oxydation  im  Traubenzuckerraolekül  bildet 


die  Aldehydgruppe,  die  zur  Karboxylgruppe 
oxydiert  wird.  Das  Endresultat  ist  eine  voll- 
ständige Aufspaltung  des  Moleküls  in  Kohlen- 
säure und  Wasser. 

Der  andere  Weg  ist  die  anoxydative 
Spaltung  des  Traubenzuckers.  Als  Beispiel 
kann  die  Hefegärung  dienen,  bei  der  Trauben- 
zucker in  Alkohol  und  Kohlensäure  gespalten 
wird :  CßHi^Oß  =  2  C2H5OH  +  2  CO^.  In 
anderen  Fällen  entstehen  statt  Alkohol  Fett- 
säuren oder  Milchsäure.  Die  anoxydative 
Spaltung  führt  also  immer  zu  höhermoleku- 
laren Spaltungsprodukten,  als  die  oxydative. 
Die  Zertrümmerung  des  Moleküls  ist  weniger 
vollständig.  Es  bleiben  noch  größere  Bruch- 
stücke zusammen.  Anoxydative  Spaltung 
kommt  auch  bei  aerobenOrganismen  vor,  so  bei 
Sauerstoffmangel  oder  bei  niederer  Tempera- 
tur, wenn  die  Intensität  des  Stoffwechsels 
herabgesetzt  ist  (Pütter).  Die  Produktion 
aktueller  Energie  ist  bei  der  anoxydativen 
Spaltung  viel  geringer  als  bei  der  oxydativen. 
So  wird  bei  der  Hefegärung  nur  11%  der 
Energie  produziert  die  bei  der  oxydativen 
Spaltung  derselben  Menge  von  Zucker  ent- 
steht. 

Bei  der  Sauerstoffentziehung  gibt  der 
oxydative  Zerfall  auch  bei  den  aeroben  Orga- 
nismen mehr  und  mehr  dem  aiioxydativem 
Zerfall  Platz.  Da  nun  die  Energieproduktion 
des  letzteren  viel  kleiner  ist  als  die  des  erste- 
ren,  müssen  viel  mehr  Moleküle  zerfallen, 
um  denselben  Effekt  hervorzubringen. 

Es  ist  auch  möglich,  daß  in  vielen  Fällen 
zuerst  eine  anoxydative  Spaltung  des  Trau- 
benzuckers in  höhermolekulare  Bruchstücke 
erfolgt,  die  dann  oxydativ  weiter  gespalten 
werden  bis  zu  Kohlensäure  und  Wasser.  In 
diesem  Fall  würde  die  Energieproduktion 
hauptsächlich  im  zweiten,  oxj'dativen  Teil 
der  Spaltung  stattfinden.  Bei  den  schnell 
reagierenden  Geweben  der  höheren  Tiere 
hat  die  Annahme  mehr  Wahrscheinlichkeit, 
daß  die  Spaltung  von  vornherein  oxydativ 
verläuft,  cla  bei  diesen  der  Reiz  eine  sehr 
plötzliche  Energieproduktion  zur  Folge  hat. 
In  jedem  Fall  entsteht  bei  den  aeroben 
Organismen  aktuelle  Energie  aus  dem  oxy- 
dativem Zerfall. 

Die  Anwesenheit  von  Sauerstoff 
ist  daher  eine  Bedingung  für  den  Erregungs- 
vorgang. Wird  der  Sauerstoff  entzogen, 
so  sinkt  die  Erregbarkeit  immer  mehr  und 
mehr,  bis  sie  ganz  erlischt.  Diese  Tatsache 
ist  experimentell  für  die  verschiedensten 
Formen  der  lebendigen  Substanz  bestätigt 
worden. 

Untersucht  man  z.  B.  das  Verhalten  von 
Amoeben  unter  dem  Mikroskop  bei  Sauer- 
stoffentziehung, so  findet  man,  daß  sie  all- 
mählich aufhören  Pseudopodien  auszustrek- 
ken.  Das  Vorfließen  des  Protoplasmas  hört 
auf,    die    früher    gebildeten    Pseudopodien 


IiTitabilität 


551 


werden  eingezogen,  bis  schließlich  die  Amöbe 
kugelige  Gestalt  annimmt.  In  dieser  Form 
verharrt  dann  die  Zelle  unbeweglich.  Sobald 
man  einige  Sauerstoffblasen  durch  das 
Wasser  leitet,  fängt  das  Ausstrecken  der 
Pseudopodien  wieder  an  (Verworn). 

Die  enge  Abhängigkeit  der  Erregbarkeit 
von  der  Sauerstoffzufuhr  tritt  besonders 
deutlich  bei  den  Ganglienzellen  hervor. 
Beim  Frosch  kann  man  die  Sauerstoffzufuhr 
zum  Zentralnervensystem  mittels  der  Durch- 
spülungsmethode von  Verworn  bequem 
abstufen.  Durch  eine  in  die  Aorta  eingebun- 
dene Kanüle  kann  mit  Hilfe  eines  Durch- 
spülungsapparates, dessen  Tätigkeit  bzgl.  des 
Drucks  und  der  Schlagfrequenz  der  Herz- 
tätigkeit gleich  gemacht  worden  ist,  eine 
istonische  Lösung  vom  beliebigen  Sauerstoff- 
gehalt durch  das  Gefäßsystem  des  Tieres 
gepumpt  werden.  Die  Reflexerregbarkeit 
kann  mit  Hilfe  von  Strychninvergiftung  ad 
maximum  gesteigert  werdeii.  Auf  der  Höhe 
der  Vergiftung  wird  jeder  Reiz  mit  einer 
langdauernden  tetanischen  Kontraktion  der 
Muskulatur  beantwortet.  Wird  nun  den 
Ganglienzellen  des  Rückenmarks  der  Sauer- 
stoff entzogen,  indem  durch  das  Gefäß- 
system eine  sauerstofffreie  physiologische 
Salzlösung  durchgeleitet  wnrcl,  so  werden 
die  Tetani  immer  kürzer.  Schließlich  besteht 
der  Reizerfolg  nur  noch  aus  Einzelzuckungen 
der  Muskeln,  die  auch  immer  kleiner  werden. 
Endlich  ist  die  Erregbarkeit  erloschen,  die 
Reize  bleiben  ohne  Wirkung.  Wird  nun  eine 
sauerstoffhaltige  Salzlösung  oder  noch  besser 
defibriniertes  Ochsenblut  durch  die  Gefäße 
geleitet,  so  kehrt  die  Erregbarkeit  allmählich 
wieder.  Nach  einer  Zeit  wird  wiederum  jeder 
Reiz  mit  einer  langen  tetanischen  Kontrak- 
tion beantwortet. 

Lange  Zeit  schien  die  markhaltige  Nerven- 
faser eine  Ausnahme  zu  bilden.  Es  schien, 
als  ob  der  Nerv  auch  ohne  Sauerstoff  seine 
Erregbarkeit  und  Leitfähigkeit  behalten 
könnte.  Die  Untersuchungen  des  letzten 
Jahrzehntes  haben  zu  einer  genaueren  Kennt- 
nis des  Sauerstoffwechsels  des  Nerven  ge- 
führt. Wir  wissen  heute,  daß  der  Nerv 
auch  seine  Erregbarkeit  und  Leitfähigkeit 
verliert,  wenn  ihm  der  Sauerstoff  absolut 
entzogen  wird.  Dazu  ist  es  aber  nötig,  den 
Nerven  resp.  eine  Strecke  desselben  in  ein 
absolut  sauerstofffreies  Medium  zu  bringen. 
Das  Sauerstoffbedürfnis  des  Nerven  ist 
nämlich  sehr  gering.  Er  vermag  mit  ganz 
geringen  Mengen  von  Sauerstoff  seinen  Be- 
drrf  zu  decken.  In  absolut  sauerstofffreiem 
Medium  erstickt  aber  auch  der  Nerv,  er 
verliert  die  Fähigkeit  auf  Reize  mit  Erre- 
gungen zu  antworten,  ebenso,  wie  die  Gang- 
lienzellen. Wird  ihm  wieder  Sauerstoff  zu- 
geleitet, so  kehrt  in  kurzer  Zeit  die  Erreg- 
barkeit wieder  (v.  Baeyer).    All  diese  Bei- 


spiele zeigen  die  große  Bedeutung  des 
Sauerstoffs  für  die  Erregbarkeit  der  Ge- 
webe der  aeroben   Organismen. 

Nach  jeder  funktionellen  Steigerung  des 
oxydativen  Zerfalls  erfolgt  eine  sekundäre 
Reizwirkung,  die  Selbst  euer  ung  des  Stoff- 
wechsels. Dieser  Prozeß  führt  zu  einer 
Wiederherstellung  des  Stoffwechselgleich- 
gewichts, wie  es  vor  der  Einwirkung  des 
Reizes  bestanden  hat.  Er  besteht  in  der  Ent- 
fernung der  Stoffwechselprodukte  und  in 
der  Neuherstellung  des  zerfallenen  Materials. 

Die  einfachsten  Stoffwechselprodukte, 
Kohlensäure  und  Wasser  können  ohne 
weiteres  durch  Diffusion  aus  der  Zelle  ent- 
fernt werden.  Sind  auch  schwerer  diffun- 
dierende, höhermolekulare  Verbindungen  ent- 
standen, so  müssen  sie  erst  zu  Kohlensäure 
und  Wasser,  jedenfalls  zu  einfacheren  leichter 
diffundierenden   Körpern   abgebaut  werden. 

Der  Ersatz  des  zerfallenen  organischen 
Materials  wird  zunächst  aus  den  Reserve- 
depots der  Zelle  gedeckt.  In  mehr  oder 
weniger  großem  Umfange  enthält  jede  Zelle 
organische  Reservestoffe.  Das  geht  aus  der 
Tatsache  hervor,  daß  isolierte  Zellen  der 
vielzelligen  Organismen  noch  lange  Zeit 
außerhalb  des  Körpers  bei  genügender  Sauer- 
stoffzufuhr ihre  Erregbarkeit  behalten  und 
beträchtliche  i\rbeit  zu  leisten  vermögen. 
Die  Ganglienzellen  des  Froschrückenmarks 
können  bei  Durchspülung  mit  einer  sauer- 
stoffhaltigen Salzlösung,  die  keine  Nähr- 
stoffe enthält,  9  bis  10  Stunden  in  Strychnin- 
vergiftung  angestrengt  arbeiten.  Das  Re- 
servematerial ist  in  Form  von  stabilen  Ver- 
bindungen in  der  Zelle  aufgehäuft,  wie  z.  B. 
Stärke  in  den  Pflanzenzellen,  Glykogen  in  den 
Muskelzellen.  Je  nach  Bedarf  werden  diese 
Verbindungen  aktiviert,  d.  h.  gespalten,  und 
in  brauchbare  Form  überführt.  Wahrschein- 
lich geschieht  diese  Spaltung  in  der  Zelle 
mit  Hilfe  von  Enzymen. 

Auch  vom  Sauerstoff  enthalten  die  Zellen 
ein  Reservedepot,  das  zwar  in  den  meisten 
Fällen  weniger  ausgiebig  ist,  als  die  Depots  der 
organischen  Reservestoffe,  das  aber  —  mit 
Rücksicht  auf  die  große  Bedeutung  des 
Sauerstoffs  für  die  Erregbarkeit  —  von  der 
größten  Wichtigkeit  ist.  Die  Existenz  solcher 
Sauerstoffde])ots  muß  sow^ohl  für  die  Nerven- 
zentren, als  auch  für  die  Nervenfaser  unbedingt 
angenommen  werden.  Die  Ganglienzellen 
im  Rückenmark  eines  mit  Strychnin  vergif- 
teten Frosches  sind  noch  imstande  10  bis 
25  Minuten  starke  Erregungen  zu  liefern, 
nachdem  ihnen  die  Sauerstoffzufuhr  voll- 
ständig abgeschnitten  ist,  indem  das  Blut 
aus  dem  ganzen  Tier  durch  eine  sauerstoff- 
freie physiologische  Salzlösung  ausgespült 
worden  ist.  Nun  könnte  noch  möglich  sein, 
daß  trotzdem  etwas  sauerstoffhaltiges  Blut 
im  Rückenmark   zurückbleibt   und  da»ß  die 


oo:^ 


Jmtabilität 


Ganglienzellen  eine  Zeitlang  mit  diesem  Rest 
•von  Sauerstoff  ihren  Bedarf  decken.  Es 
müßte  dann  aber  ein  Moment  kommen, 
wo  dieser  Rest  von  Sauerstoff  aufgehraucht 
ist,  und  der  oxydative  Zerfall  plötzlich  dem 
anoxydativen  Platz  machen  mut!.  Da  die  ' 
Energieproduktion  des  letzteren  viel  kleiner 
ist  als  die  des  oxydativen  Zerfalls,  müßte 
in  diesem  Moment  die  Erregbarkeit  })lötzlich 
absinken.  Dem  ist  aber  nichtso,  viclmehrsinkt 
die  Erregbarkeit  ganz  allmählich  ab  (Ver-| 
worn).  Zu  demselben  Ergebnis  führten  Ver- 
suche über  Erstickung  des  Nerven.  Die  Größe 
der  Energieproduktion  der  Nervenfaser  auf 
■Reize  sinkt  allmählich  in  Form  einer  logarith 
mischen  Kurve  ab  (Fig.  5).  Aus  diesen 
Versuchen  geht  hervor,  claß  die  Gewebe  der 
aeroben  Organismen  Reservesauerstoff  ent- 
halten, mit  dem  sie  eine  Zeitlang  nach  der 
Sauerstoffentziehung  ihren  Bedarf  decken 
können. 

Die  Selbststeuerung  des  Stoffwechsels  führt 
nach  jeder  Erregung  zu  einer  Wiederherstel- 
lung des  Stoff  Wechselgleichgewichts.  Das- 
selbe Prinzip,  nämlich  die  Tendenz  zur  Her- 
stellung des  gestörten  Gleichgewichts,  be- 
herrscht den  Ablauf  jeder  organischen  und 
anorganischen  chemischen  Reaktion.  Nach 
dem  Massenwirkungsgesetz  ist  die  Reaktions- 
geschwindigkeit einer  chemischen  Umsetzung 
proportional  der  Menge  der  reagierenden 
-Stoffe.  In  der  Gleichgewichtslage  steht  die 
Menge  der  miteinander  reagierenden  Stoffe 
zu  der  der  Reaktionsprodukte  in  einem 
■ganz  bestimmten  Verhältnis,  das  für  eine 
bestimmte  chemische  Umsetzung  einen  ganz 
bestimmten  Wert  hat.  Stört  man  das 
Gleichgewicht  wieder,  indem  man  die  Menge 
der  reagierenden  Stoffe  oder  die  der  Reak- 
tionsprodukte vermehrt  oder  vermindert,  so 
verläuft  die  Reaktion  weiter  bis  zur  Er- 
reichung eines  neuen  Gleichgewichtszustandes. 
In  dieser  neuen  Gleichgewichtslage  ist  die 
absolute  Menge  der  reagierenden  Stoffe  und 
der  Reaktionsprodukte  eine  andere,  das 
Verhältnis  aber  dasselbe,  wie  in  der  ersten 
Gleichgewichtslage.  Im  Stoffwechselgleich- 
gewicht finden  wir  dieselben  Prinzipien  in 
Wirkung.  Das  Stoffwechselgleichgewicht 
kann  bei  größerer  Menge  der  Nahrungs- 
stoffe sich  auf  einem  höheren  Niveau 
einstellen  als  bei  Nahrungsmangel.  Das  ist 
der  Fall  bei  dem  Wachstum  und  bei  der 
Atrophie  der  Zellen.  Nach  jeder  Störung 
des  Stoffwechselgleichgewichts  durch  Reize 
wird  das  Gleichgewicht  neu  hergestellt.  Im 
Stoffwechselgleichgewicht  eines  lebendigen 
Systems  handelt  es  sich  nicht  um  das  Gleich- 
gewicht einer  einzigen  chemischen  Reaktion, 
sondern  um  ein  Gleichgewicht  höherer  Ord- 
nung, in  dem  die  vielen  Partialprozesse  des 
Stoffwechsels  in  einem  ganz  bestimmten 
Verhältnis    zueinander    stehen.       Das    Ge- 


schehen in  einem  so  komplizierten  System 
wie  die  lebendige  Zelle  wird  von  denselben 
Prinzipien  beherrscht,  die  den  Ablauf  jeder 
chemischen  Reaktion  bestimmen. 

4.  Die  Erregungsleitung.  Jede  leben- 
dige Substanz  hat  vermöge  ihrer  Erregbar- 
keit die  Fähigkeit  Erregungen  zu  leiten. 
Die  Erregung,  die  an  einer  Stelle  unter 
der  unmittelbaren  Wirkung  des  Reizes  ent- 
steht, verbreitet  sich  auf  die  benachbarten 
Stellen,  indem  die  Erregung  einer  Stelle  als 
Reiz  für  die  benachbarten  Stellen  wirkt. 
Die  Leitfähigkeit  ist  also  eine  Funktion  der 
Erregbarkeit. 

Nur  Erregungen  werden  weitergeleitet, 
die  Lähmung  bleibt  an  die  direkt  vom  Reiz 
getroffene  Stelle  lokalisiert.  Am  klarsten 
zeigt  sich  diese  Tatsache  am  peripherischen 
Nerven.  Man  kann  den  Nerven  eines  Nerv- 
muskelpräparates an  einer  Stelle  lokal 
durch  Erstickung,  Narkose  oder  auf  os- 
motischem Wege  lähmen.  Die  benach- 
barten Stellen,  die  der  Schädigung  nicht 
direkt  ausgesetzt  sind,  behalten  dabei  ihre 
normale  Erregbarkeit.  Der  motorische  Nerv 
wird  durch  die  Erregungen  der  motorischen 
Ganglienzelle  erregt,  und  leitet  diese  Erre- 
gung zum  Muskel.  Aber  er  leitet  nur  die  Er- 
regungen der  Ganglienzelle  weiter.  Wird 
die  Ganglienzelle  gelähmt,  so  ändert  sich 
dadurch  die  Erregbarkeit  des  motorischen 
Nerven  oder  des  Muskels  nicht.  Das  ist  auch 
der  Fall  bei  der  Hemmung  in  der  motorischen 
Ganglienzelle,  die  auf  einer  iVrbeitslähmung 
der  Ganglienzelle  beruht  (Verworn).  Auch 
während  der  Hemmung  der  motorischen 
Ganglienzelle  wird  keine  Veränderung  der 
Erregbarkeit  im  Nerven  geleitet. 

Unter  Leitfähigkeit  kann  also  nur  die 
Fähigkeit  der  Erregungsleitung  verstanden 
werden.  Die  verschiedenen  lebendigen 
Substanzen  besitzen  diese  Fähigkeit  in  ver- 
schiedener Ausbildung,  je  nach  dem  Grade 
j  ihrer  Erregbarkeit.  Eine  Extreme  stellt  die 
1  Erregungsleitung  im  Rhizopodenprotoplasma 
vor.  Die  Rhizopoden  bilden  insofern  ein 
günstiges  Objekt  für  das  Studium  der  Er- 
regungsleitung, als  man  die  Verbreitung 
der  Erregung  bei  ihnen  direkt  unter  dem 
Mikroskop  beobachten  kann.  Reizt  man 
z.  B.  (Fig.  4)  die  Spitze  eines  fingerförmigen 
Pseudopodiums  von  Difflugia  mit  einer 
feinen  Nadel,  so  sieht  man,  wie  die  vorhin 
glatte  Oberfläche  des  Pseudopodiums  un- 
eben, runzelig  wird.  Bei  stärkerer  Reizung 
erfolgt  eine  Trennung  des  Protoplasmas  in 
ein  axiales  hyalines  Protoplasma  und  eine 
peripherisch  gelegene  trübe,  myelinartige 
Substanz.  Bei  schwacher  Reizung  verbreitet 
sich  die  Kontraktion  des  Protoplasmas  von 
der  Spitze  aus  nur  langsam  zentralwärts. 
Je   mehr  sich  die   Erregungswelle   von   der 


Irritabilität 


553 


Spitze  aus  verbreitet,  um  so  schwächer  wird  welle  von  der  Reizstelle  aus  nach  beiden  Rich- 
sie  und  um  so  lanosamer  verläuft  sie.  In  tungen.  Die  Leitungsgeschwindigkeit  ist 
einer  gewissen  Entfernung  von  der  Reizstelle  i  aber  eine  sehr  große.  Sie  beträgt  etwa  27  m 
erlischt  schließlich  die  Erregung  (Fig.  4  A).  \  in  der  Sekunde  für  den  Froschnerven,  120  m 


Fig.  4. 


Reizt  man  stärker,  so  sind  nicht  nur  die 
Veränderungen  an  der  Reizstelle  stärker,  son- 
dern die  Erregung  wird  auch  weitergeleitet, 
ehe  sie  ganz  erlischt  (Fig.  4  B).  Bei  ganz  starker 
Reizung  verläuft  die  Erregung  von  der  Spitze 
des  Pseudopodiums  über  dasselbe  zentral- 
wärts  und  von  da  aus  über  die  anderen 
Pseudopodien.  Der  Endeffekt  ist  die  schnelle 
Einziehung  sämtlicher  Pseudopodien.  Wird 
statt  der  Spitze  ein  Punkt  in  der  Mitte  des 
Pseudopodiums  gereizt,  so  verbreitet  sich 
die  Erregung  in  gleicher  Weise  zentralwärts 
wie  peripher.  Die  Geschwindigkeit  der  Er- 
regungswelle beträgt  nur  Bruchteile  eines 
Millimeters  pro  Sekunde  (Verworn). 

Bei  Difflugia  haben  also  stärkere  Reize 
stärkere,  schwächere  Reize  schwächere  Er- 
regungen an  der  Reizstelle  zur  Folge.  Die 
Erregungswelle  nimmt  während  ihres  Vei- 
laufs  an  Intensität  und  Geschwindigkeit 
dauernd  ab,  sie  erfährt  ein  Dekrement 
der  Intensität  und  der  Fortpflanzungs- 
geschwindigkeit. 

Die  andere  Extreme  der  Ausbildung  der 
Leitfähigkeit  ist  bei  der  peripheren  mark- 
haltigen  Nervenfaser  zu  beobachten.  Auch 
der  markhaltige  Nerv  leitet  die  Erregungs- 


für den  Nerven  des  Menschen.  Der  Nerv 
leitet  die  Erregungswelle  ohne  Dekrement 
der  Intensität.  Diese  Tatsache  ist  schon 
von  Du  Bois-Reymond  erkannt  worden. 
Er  reizte  einen  herausgeschnittenen  Nerven 
am  einen  Ende  mit  einem  faradischen  Strom 
und  leitete  mittels  ein  Paar  unpolarisierbarer 
Elektroden,  die  an  zwei  Punkten  der  Nerven- 
oberfläche angelegt  w'aren,  zu  einem  Gal- 
vanometer ab.  Er  fand,  daß  das  Galvano- 
meter bei  dieser  Anordnung  keinen  Aktions- 
strom anzeigt.  Die  beiden  Ableitungspunkte 
blieben  also  während  der  Reizung  isoelek- 
trisch. Jede  erregte  Stelle  des  Nerven  ist 
negativ  gegenüber  einer  ruhenden  Nerven- 
stelle. In  diesem  Fall  wurde  die  weiter  von 
der  Reizstelle  entfernte  Elektrode  ebenso 
stark  negativ,  wie  die  nähergelegene  Ablei- 
tungsstelle. Das  kann  nur  möglich  sein, 
wenn  die  Erregungswelle  an  beiden  Stellen 
die  gleiche  Intensität  hatte. 

Auch  die  Fortpflanzungsgeschwindigkeit 
der  Erregungswelle  bleibt  während  ihres 
Verlaufs  durch  den  Nerven  konstant. 

Der  Nerv  leitet  also  die  Erregungen  ohne 
Dekrement  der  Intensität  und  der  Leitungs- 
geschwindigkeit. 


554 


IiTitabilität 


Beim  normalen  Nerven  ruft  jeder  Reiz, 
der  überhaupt  wirksam  ist,  dieselbe  maximale 
Erregungsintensität  hervor.  Die  normale 
Nervenfaser  folgt  dem  Alles-  oder  Nichts- 
Gesetz,  sie  ist  eine  isobolische  Substanz. 
Mit  derselben  maximalen  Intensität  und  Ge- 
schwindigkeit verläuft  auch  die  Erregungs- 
welle weiter  über  den  Nerven. 

Die  Gültigkeit  des  Alles-  oder  Nichts- 
Gesetzes  folgt  schon  aus  der  dekrementlosen 
Leitung  der  Erregungswelle.  Die  Tatsache 
der  dekrementlosen  Leitung  besagt,  daß  an 
jedem  Querschnitt  die  Erregungswelle  die- 
selbe Intensität  hat.  Es  wird  also  an  jedem 
Querschnitt  dieselbe  Energiemenge  frei.  Dies 
ist  nur  möglich,  wenn  an  jedem  Querschnitt 


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Fig.  5. 

dieselbe  Zahl  von  Molekülen  in  derselben 
Weise  zerfällt.  Dies  kann  aber  wieder  nur 
möglich  sein,  wenn  an  jedem  Querschnitt 
sämtliche  zerfallsfähige  Moleküle  zerfallen, 
denn  es  läßt  sich  keine  Struktur  denken, 
bei  der  trotz  der  dekrementlosen  Ausbreitung 
der  Erregungswelle  einzelne  Moleküle  vom 
Zerfall  verschont  bleiben  könnten. 

Einen  zwingenden  experimentellen  Beweis 
für  die  Gültigkeit  des  Alles-  oder  Nichts- 
Gesetzes  für  die  normale  Nervenfaser  liefert 
das  Verhalten  des  Nerven  in  lokaler  Narkose 
oder  Erstickung.  Eine  Strecke  des  Nerven 
eines  Nervmuskelpräparates  wird  durch  eine 
Glaskammer  gezogen,  durch  die  beliebig  reiner 
Stickstoff,  Sauerstoff  oder    aber    Gase    mit 


Aethcrdämpfen  durchgeleitet  werden  können. 
In  der  Kammer  liegt  der  Nerv  auf  einem  Paar 
Platinelektroden,  mit  denen  man  die  Erreg- 
barkeit der  erstickenden  oder  narkotisierten 
Strecke  mittels  einzelner  Induktionsschläge 
prüfen  kann.  Zentralwärts  liegt  die  normale 
Strecke  des  Nerven  ebenfalls  über  Platin- 
elektroden, mit  HiKe  deren  man  Erregungs- 
wellen durch  die  geschädigte  Strecke  schicken 
kann.  Prüft  man  die  Reizschwelle  an  beiden 
Elektroden  während  der  lokalen  Erstickung, 
so  geben  die  Veränderungen  der  Schwellen- 
werte folgende  Kurven  (Fig.  5).  Innerhalb 
der  Kammer  bleibt  zunächst  die  Erregbarkeit 
nach  Verdrängung  des  Sauerstoffs  durch 
reinen    Stickstoff    konstant.       Dann    nach 

einer  Zeit  sinkt 
sie  zuerst  all- 
mählich, dann 
immer  schneller 
und  schneller  in 
Form  einer 
logarithmischen 
Kurve  herunter 
(Fig.  5  bei  2).  Mit 
anderen  Wor- 
ten: es  müssen 
immer  stärkere 
Reize  angewen- 
det werden,  um 
eine  eben  sicht- 
bare Wirkung 
hervorzurufen. 
In  der  ersticken- 
den Strecke  er- 
fährt die  Erre- 
gungswelle ein 
Dekrement  der 
Intensität  und 
der  Leitungsge- 
schwindigkeit. 
Der  geschädigte 
Nerv  nähert 
sich  dem  Typus 
des  Difflugien- 
protoplasmas. 
Es  müssen 

immer  stärkere  Reize  angewendet  werden,  da- 
mit die  Erregungswelle  eben  über  die  ganze 
erstickende  Strecke  hinweglaufen  und  durch 
die  normale  Nervenstrecke  zum  Muskel  ge- 
langen kann.  Während  hier  also  schwächere 
Reize  schon  versagen,  sind  stärkere  Reize 
noch  wirksam.  Die  Kurve  der  anderen  Reiz- 
stelle (Fig.  5  bei  1),  derVerlauf  der  Leitfähigkeit 
verhält  sich  gerade  entgegengesetzt.  Die  Reiz- 
schwelle bleibt  hier  ganz  konstant,  nachdem 
in  der  Kammer  die  Erregbarkeit  bis  zu  einem 
gewissen  Grad  abgesunken  ist.  Dann  hört 
die  Leitfähigkeit  in  einem  Moment  auf  so- 
wohl für  schwache  wie  auch  für  starke  Reize. 
Die  Kurve  fällt  ganz  plötzlich  in  rechtem 
Winkel  bis  auf  0.    Von  der  normalen  Strecke 


Irritabilität 


555 


aus  hören  also  alle  Erregungswellen  gleich- 
zeitig   auf    zu   wirken,    gleichgültig    ob    sie 
durch  schwachen    Reiz   oder  den  stärksten 
hervorgerufen   werden.      Dies   beweist,   daß 
alle  Erregungswellen  in  der  normalen  Nerven- 
strecke   dieselbe    Intensität    besitzen.      Mit 
anderen  Worten:  die  normale  Nervenfaser  folgt 
dem  x\lles-  oder  Nichts-Gesetz  (Lodholz). 
Die  Leitfähigkeit  ist  eine  Funktion  der 
Erregbarkeit.     Durch  Herbsetzung  der  Er- 
re-^barkeit  in  der  Erstickung  oder  Narkose 
venvandelt  sich  die  normalerweise  isobolische, 
ohne  Dekrement  leitende  Nervenfaser  in  eine 
heterobolische  Substanz,  die  mit  Dekrement 
leitet.     Am  lokal  geschädigten  Nerven  ließ  ; 
sich  genau    die    Abhängigkeit    des    Dekre- j 
ments    von    der    Strecke  feststellen.       Die  | 
Erregungswelle    nimmt    nicht    proportional' 
der  Strecke  ab,  sondern  zuerst  schnell,  dann  j 
mit  zunehmender  Entfernung  immer  lang-, 
samer.     Der   Verlauf  des   Dekrements    auf 
der    Strecke    ergibt   eine   Exponentialkurve , 
(Lodholz).  I 

Die    Weiterleitung    der    Erregungs welle  [ 
geschieht  dadurch,  daß  die  Erregung  jedes  , 
Querschnittes  als  Reiz  für  den  benachbarten  ] 
Querschnitt  wirkt.  Es  fragt  sich  nun,  welches : 
Moment   der   Erregung   den    Reiz   für   den 
nächsten  Querschnitt  abgibt,  welche  Energie- 
form die  beim  Zerfall  der  Moleküle  des  einen 
Querschnittes     entsteht,     den     Zerfall    der 
Moleküle    des    benachbarten    auslöst.       In 
älterer  Zeit  suchte   man  diesen   Vermittler 
der  Erregungsleitung  in  der  Wärmeenergie. 
Nach  dieser  Vorstellung  gleicht  der  Vorgang 
der  Erregungsleitung  dem  iVbbrennen  einer 
Zündschnur.    An  einer  Stelle  bringt  der  Reiz 
die  lebendige   Substanz  zum  Zerfall,      Der 
oxydative    Zerfall,    die    Verbrennung    der 
lebendigen  Substanz  produziert  Warme,  die 
Erwärmung     des     nächsten     Quersclmittes 
bringt  die  Moleküle  in  demselben  zum  Zerfall, 
da  bei  der  erhöhten  Temperatur  die  labilen, ; 
leicht  oxvdablen  Verbindungen  sich  mit  dem  i 
Sauerstoff  vereinigen  usf.,  vom  Querschnitt  i 
zu    Querschnitt.      So  gewinnend  nun  diese 
Vorstellung    zunächst    ist,    so    stößt    man  j 
dennoch   auf  große    Schwierigkeiten  bei  ge- 
nauerer Prüfung  derselben.     Die  lebendige 
Substanz    des    Nerven    enthält   rund    7o% 
Wasser.      Von   den   25%   Trockensubstanz 
geht    ein   großer   Teil,   ca.   15%,  noch   auf 
Stützsubstanzen  und  Bindegewebe  ab.    Von 
den  übrig  bleibenden  10%  muß  mindestens 
die  Hälfte  auf  Reservestoffe  gerechnet  wer- 
den.   Es  bleiben  also  höchstens  5%  für  das 
eigentliche    Substrat   der   Erregungsleitung. 
Aber  auch  von  diesem  Rest  geht  noch  ein 
Teil  ab,   der  in   jedem   Moment  im   Ruhe- 
stoffwechsel   zerfällt.        Die    Verbrennung 
einer    so     geringen     Menge     zerfallsfahiger 
Substanz  müßte  also  die  ganze  übrige  Masse 
so  stark  erwärmen,  daß  durch  diese  hindurch 


die  zerfallsfähigen  Moleküle  des  nächsten 
Querschnitts  zum  Zerfall  gebracht  werden 
können.  Dieses  Verhalten  wäre  auch  ohne 
Analogie,  denn  wir  kennen  keine  explosive 
Substanz,  die  in  einer  solchen  Verdünnung  die 
Fähigkeit  hätte  den  Zerfall  weiter  zu  leiten. 


In   neuester   Zeit   hat   sich   eine   andere 
Vorstellung    auf   Grund    der    neuen    physi- 
kalisch -  chemischen      Erkenntnissen      ent- 
wickelt    ( N  e  r  n  s  t ,    V  e  r  w  o  r  n ).       Da- 
nach vermittelt  die  elektrische  Energie  die 
Ausbreitung  der  Eiregung.     Der  Nerv  und 
der   Muskel  produziert  aktuelle  Energie  in 
Form    von    Elektrizität   bei   der   Erregung. 
Jede  erregte  Nerven-  oder  Muskelstelle  ist 
negativ  gegenüber   einer  ruhenden.      Elek- 
trische   Potenrialdifferenzen    können    durch 
den    Zerfall    in    der    lebendigen    Substanz 
entstehen,    wenn    die    Diffusion    der    einen 
lonenart  schneller  erfolgt,  als  die  der  anderen. 
Die   Negativität  der  tätigen   Nerven-    oder 
Muskelstelle   wäre   nach   dieser   Vorstellung 
i  dadurch  bedingt,  daß  die  durch  den  Zerfall 
i  frei  gewordenen  Anionen  schneller  von  der 
i  erregten  Stelle  wegdiffundieren,  als  die  Kat- 
1  ionen.    Wodurch  wird  nun  die  Diffusion  der 
I  beiden  lonenarten  ungleich  gemacht?     Die 
neueren      physikalisch-chemischen      Unter- 
I  suchungen    haben    gezeigt,    daß    die    semi- 
permeablen    Membranen    elektiv    auf     die 
Diffusion  gelöster  Stoffe  wirken.    Durch  eine 
semi  permeable     Membran     kann     die    eine 
lonenart    durchdiffundieren,    während    die 
andere  zurückbehalten  mrd.  Auf  diese  Weise 
entsteht  eine   Spannungsdifferenz.      In  der 
lebendigen     Substanz     spielt    die     elektive 
Wirkung    der    semipermeablen    Membranen 
eine  große  Rolle.     Die  Zelloberfläche  wirkt 
als  solche  Membran,  indem  manche   Stoffe 
!  vom  Medium  aus  ins  Innere  der  Zelle  durch- 
gelassen, andere  wieder  zurückgehalten  wer- 
den    Die  Oberflächen  der  Kolloide,  die  die 
lebendige     Substanz    enthält,    wirken     wie 
i  semipermeable     Membranen.         Nach     den 
i  Untersuchungen    von    Bütschli    hat    das 
Protoplasma    der    allermeisten    Zellen    eine 
i  Schaumstruktur,  bestehend  aus  zwei  flussigen 
Phasen      Die  dichtere  kolloidale   Substanz 
bildet  "die  Wabenwände.      In  diese  ist  der 
Zerfall  der  komplexen  Moleküle  bei  der  Er- 
ref^ung  lokalisiert  zu  denken.     Die  frei  ge- 
wordenen Ionen  diffundieren  von  da  aus  in 
die  andere  Phase,  in  die  Wabeninnenraume. 
An  der   Grenzschicht  werden  die   Kationen 
zurückgehalten.       Die    erregte    Stelle    wird 
neo-ativ.    Durch  den  elektrischen  Strom,  der 
aus  dem  Ausgleich  dieser  Spannungsdifferenz 
entsteht,   werden   die   benachbarten    Stellen 
gereizt  und  zum  Zerfall  gebracht  usf. 

5.  Refraktärstadium  und  Ermüdung. 
Jede'  Art  lebendiger  Substanz  hat  ihren 
spezifischen       funktionellen       Stoffwechsel. 


556 


Irritabilität 


Jedes  lebendige  System  hat  seine  spezifische 
Energie.  Jedes  lebendige  System  hat  also 
die  Fähigkeit,  die  Reize  mit  spezil'ischen 
Erregungen  zu  beantworten.  Diese  Fälligkeit 
ist  die  spezifische  Erregbarkeit  der 
lebendigen  Substanzen.  Der  Reizerfolg 
hängt  von  den  Eigenschaften  des  Reizes 
und  von  der  spezifischen  Erregbarkeit  ab. 
Die  spezifische  Erregbarkeit  kann  an  der 
Reizschwelle  gemessen  werden,  an  der  klein- 
sten Reizintensität,  die  eben  noch  eine  Er- 
regung hervorzurufen  imstande  ist. 

Nach  jeder  Erregung  sucht  die  Selbst- 
steuerung des  Stoffwechsels  das  Stoff- 
wechselgleichgewicht und  damit  auch  die 
spezifische  Erregbarkeit  des  Systems  wieder 
herzustellen.  Solange  das  Stoffwechsel - 
gleichgewicht  nicht  hergestellt  ist,  ist  die 
spezifische  Erregbarkeit  des  Systems  herab- 
gesetzt. Dieses  Stadium  herabgesetzter 
Erregbarkeit  infolge  eines  vorhergegangenen 
erregenden  Reizes  wird  Refraktär  Stadium 
genannt. 

Das  Refraktärstadium  wurde  zuerst  am 
Herzen  entdeckt.  Marey  fand  zuerst,  daß 
W'ährend  der  Systole  die  Erregbarkeit  des 
Herzens  stark  herabgesetzt  ist.  Später  hat 
namentlich  Engelmann  das  Refraktär- 
stadium des  Herzens  genauer  untersucht 
und  seine  Dauer  bestimmt.  Nach  ihm  ver- 
schwindet die  Erregbarkeit  des  Herzens 
unmittelbar  vor  der  Systole,  sie  kehrt 
wieder  kurz  vor  Beginn  der  Diastole  und 
erreicht  ihr  Maximum  gegen  Ende  der 
Diastole. 

Lange  Zeit  galt  das  Refraktärstadium 
als  eine  besondere  Eigentümlichkeit  des 
Herzens,  bis  es  von  Riebet  und  Broca 
bei  den  Neuronen  der  Hirnrinde  wieder- 
erkannt wurde.  Sie  fanden,  daß  bei  den 
Ganglienzellen  in  der  motorischen  Sphäre 
des  mit  Chloral  vergifteten  Hundes  nach 
jedem  elektrischen  Reiz  eine  Periode  herab- 
gesetzter Erregbarkeit  folgt.  Zu  Anfang 
dieses  Refraktärstadiums  sind  auch  die 
stärksten  Reize  unwirksam,  später  wirken 
stärkere  Reize,  während  schwache  versagen, 
bis  endlich  die  ursprüngliche  Reizschwelle 
erreicht  wird.  Nach  den  Untersuchungen 
von  Riebet  und  Broca  wurde  das  Refraktär- 
stadium bei  anderen  nervösen  Zentren  auch 
gefunden,  so  von  Zwaardemaker  und 
Lans  bei  dem  Lidreflex,  von  Zwaarde- 
maker bei  dem  Schluckreflex,  von  Verworn 
bei  den  sensiblen  Ganglienzellen  des  mit 
Strychnin  vergifteten  Rückenmarks  usw. 
Es  ist  gefunden  und  gemessen  worden  bei 
den  verschiedensten  lebendigen  Systemen, 
bei  dem  Muskel,  beim  Nerven,  bei  ein- 
zelligen Infusorien.  Auf  Grund  dieser  Unter- 
suchungen kann  das  Refraktärstadium  als 
eine  aller  lebendigen  Substanz  gemeinsame 
Erscheinung  gelten. 


Die  spezifische  Erregbarkeit  eines  Sj'stems 
hängt  ab  von  der  Zahl  der  zerfalLsfähigen 
Moleküle  in  der  Raumeinheit.  Bringt  ein 
Reiz  einen  Teil  der  zerfallsfähigen  Moleküle 
zum  Zerfall,  so  muß  die  spezifische  Erregbar- 
keit herabgesetzt  sein,  so  lange,  bis  durch  die 
Selbststeuerung  des  Stoffwechsels  die  Resti- 
tution der  zerfallenen  Moleküle  erfolgt. 
Ist  der  Reiz  maximal,  so  bringt  er  alle 
zerfallsfähige  Substanz  zum  Zerfall.  Die 
Erregbarkeit  sinkt  also  nach  maximalen 
Reizen  bis  auf  0  ab.  Es  folgt  ein  Stadium 
der  absoluten  Unerregbarkeit.  Diese  Periode 
ist  das  absolute  Refraktärstadium.  Auf 
dieses  folgt  eine  Periode,  während  der  die 
Erregbarkeit  von  0  bis  zu  ihrer  ursprünglichen 
si)ezifischen  Höhe  ansteigt,  das  relative 
Refraktärstadium.  Während  des  letzteren 
hängt  es  von  der  Reizintensität  ab,  ob  ein 
Reiz  in  einem  bestimmten  Moment  wirkt 
oder  nicht.  Zuerst  sind  nur  die  stärksten 
Reize  wirksam,  allmählich  steigt  die  Erreg- 
barkeit so  weit,  daß  auch  die  schwachen 
Reize  eine  Erregung  hervorrufen  können. 

Bei  den  isobolischen  Substanzen  hat  jeder 
Reiz,  der  überhaupt  wirkt,  eine  maximale 
Erregung  zur  Folge.  Bei  diesen  ist  also  jeder 
Reiz,  der  wirkt,  auch  von  einem  absoluten 
Refraktärstadium  gefolgt,  da  jeder  Reiz 
das  ganze  zerfallsfähige  Material  zum  Zerfall 
bringt. 

Sobald  der  Reiz  die  lebendige  Substanz 
zum  Zerfall  gebracht  hat,  setzt  auch  die 
Restitution  ein.  Das  absolute  Refraktär- 
stadium, während  dessen  die  Erregbarkeit 
gleich  0  ist,  ist  also  nur  ein  einzelner  Augen- 
blick. Experimentell  wird  allerdings  eine 
meßbare  Periode  gefunden,  während  der 
auch  die  stärksten  Reize  unwirksam  bleiben. 
Dies  erklärt  sich  in  folgender  Weise.  Damit 
der  Reiz  eine  sichtbare  resp.  am  Indikator 
nachweisbare  Erregung  hervorrufen  kann, 
muß  der  Zerfall  eine  bestimmte  minimale 
Intensität  haben,  er  muß  mindestens  so  viel 
Energie  produzieren,  wie  der  Indikator  eben 
noch  nachweisen  kann.  Die  Restitution 
setzt  zwar  sofort  ein,  sie  braucht  aber  eine 
gewisse  Zeit,  um  wieder  so  viel  zerfalls- 
fähiges Material  aufzubauen,  wie  es  die 
Empfindlichkeitsgrenze  des  Indikators  ver- 
langt. Es  ist  daher  klar,  daß  die  Dauer  des 
absoluten  Refraktärstacliums,  wie  es  im 
Experiment  gemessen  wird,  von  der  Empfind- 
lichkeit des  Indikators  abhängt.  Tatsächlich 
ist  es  keine  meßbare  Zeitperiode,  sondern  ein 
Zeitpunkt. 

Es  fragt  sich  nun.  wie  die  Restitution 
der  Erregbarkeit  während  des  relativen 
Refraktärstadiums  stattfindet.  Bei  einer 
Reihe  von  lebendigen  Substanzen  können 
wir  die  Kurve,  nach  welcher  die  Erregbarkeit 
während  des  relativen  Refraktärstadiums 
ansteigt,    auf    Grund    von    experimentellen 


Irritabilität 


557 


TJiitersuchiingeii  konstruieren.  Die  Kurve 
erhalten  wir,  wenn  wir  die  Zeit  als  Abszisse, 
die  Erregbarkeit  als  Ordinate  in  ein  Koordi- 
natensystem eintragen.  Die  Kurve  hat  einen 
loo-aritiimischen  Verlauf.  Zuerst  erfolgt  also 
die  Restitution  rapide,  dann  immer  langsamer 
Beim  Nerven,  der  dem  Alles-  oder  Nichts- 
gesetz folgt,  dauert  das  meßbare  absolute 
Refraktärstadium  nach  Gotch  und  Burch 
bei  12"  0,002  Sekunden.  Nach  dieser  kurzen 
Zeit  ist  schon  so  viel  zerfallsfähiges  Material 
restituiert,  daß  ein  zweiter  Reiz  eine  nach- 
weisbare Wirkung  hervorrufen  kann.  Ihre 
ursprüngliche  Höhe  erreicht  die  Erregbarkeit 
dagegen  nach  relativ  langer  Zeit,  etwa  Vio~Vi2 
Sekunden  (T  h  ö r  n  e r).  In  jüngster  Zeit  hat 
Adrian  die  Restitutionskurve  beiden  Nerven- 
muskelpräparat  des  Frosches  experimentell 
festgestellt.    Eine  solclie  Kurve  zeigt  Fig.  6. 


Die  Abszisse  ist  die  Zeit.  Die  Ordinaten 
bedeuten  die  Reizschwelle.  Als  Einheit 
ist  die  ursprüngliche  Reizschwelle  genommen. 
Die  Dauer  des  Refraktärstadiums  hängt 
ab  von  der  Geschwindigkeit  der  Restitutions- 
prozesse. Die  Reaktionsgeschwindigkeit 
dieser  Prozesse,  wie  im  allgemeinen  jeder 
chemischen  Reaktion,  nimmt  mit  steigender 
Temperatur  zu.  Dementprecheiid  ist  die 
Dauer  des  Refraktärstadiums  bei  höherer 
Temperatur  kleiner  als  bei  niedrigerer. 

Weiter  ist  die  Reaktionsgeschwindigkeit 
der  Restitution  abhängig  von  der  Menge  des 
Ersatzmaterials.  Vor  allem  kommt  hier  der 
Sauerstoff  in  Betracht,  der  beim  oxydativen 
Zerfall  verbraucht  wird  und  von  dem  die 
lebendige  Substanz  nicht  so  viel  in  ihren 
Reservedepots  hat,  als  vom  organischen 
Material.  Die  Dauer  des  Refraktärstadiums 
wird    daher    bei    Sauerstoffmangel    in    die 


Länge  gezogen.  Dazu  bedarf  es  keiner 
absoluten  Sauerstoffentziehung.  Die  Sauer- 
stoffzufuhr zu  der  Zelle  kann  den  Anforde- 
rungen des  Ruhestoffwechsels  vollauf  ge- 
nügen, während  sie  den  Bedarf  in  der  Er- 
regung, wo  der  oxydative  Zerfall  gesteigert 
ist,  nicht  mehr  zu  decken  vermag.  Es  kann 
also  relativer  Sauerstoffmangel  ent- 
stehen. 

Die  Verwornsche  Durchspülungsmethode 
gestattet  es,  die  Sauerstoffzufuhr  zu  den 
nervösen  Zentren  des  Rückenmarks  beliebig 
zu  ändern  und  die  Abhängigkeit  des  Re- 
fraktärstadiums der  Ganglienzellen  vom 
Sauerstoff  zu  untersuchen.  Durch  die  Kanüle 
kann  in  das  Gefäßsystem  des  Frosches  mit 
Sauerstoff  gesättigtes  Blut  oder  sauerstoff- 
freie physiologische  Salzlösung  geleitet  werden. 
Zwecks  Steigerung  der  Erregbarkeit  der 
Ganglienzellen  wird  der  Frosch  mit  Strychnin 
vergiftet,  nachdem  das  Blut  aus  dem  Gefäß- 
system durch  eine  sauerstofffreie  Salzlösung 
verdrängt  wurde.  Nun  wird  der  künstliche 
Kreislauf  eingestellt.  Nach  kurzer  Zeit 
ist  die  Erregbarkeit  der  sensiblen  Zellen  des 
Rückenmarks  durch  das  Strychnin  ad  maxi- 
mum  gesteigert.  Reizt  man  jetzt  einen 
sensiblen  Nerven  mit  einem  Induktions- 
schlag, so  erfolgt  ein  langdauernder  reflek- 
torischer Tetanus  der  Muskeln.  Nach  einer 
Zeit  sinkt  der  Tetanus  ab.  Wird  von  neuem 
gereizt,  so  erfolgt  jetzt  ein  kürzerer  Tetanus. 
Später  werden  die  Tetani  immer  kürzer 
und  kürzer,  sie  dauern  nur  noch  einige 
Sekunden.  In  diesem  Stadium  bemerkt  man, 
daß  nach  Ablauf  einer  tetanischen  Kon- 
traktion die  Reize  kurze  Zeit  unwirksam 
sind.  Die  Tetani  werden  nun  immer  kürzer, 
die  darauf  folgenden  Refraktärstadien  immer 
länger.  Schließlich  reagiert  das  Präparat 
statt  Tetanis  mit  Einzelzuckungen  auf  die 
Induktionsscldäge.  Zu  dieser  Zeit  ist  das 
Refraktärstadium  bereits  sehr  in  die  Länge 
gezogen.  Es  dauert  bereits  mehr  als  eine 
Sekunde.  Im  weiteren  Verlauf  des  Versuches 
kann  die  Dauer  des  Refraktärstadiums  sich 
über  mehrere  Minuten  ausdehnen,  bis  schließ- 
lich die  Erregbarkeit  vollständig  schwindet. 
Wird  jetzt  statt  der  sauerstofffreien  eine 
sauerstoffhaltige  Salzlösung  oder  defibri- 
niertes  Ochsenblut  durchgespült,  so  kehrt 
die  Erregbarkeit  wieder  und  die  Dauer  des 
Refraktärstadiums  nimmt  wieder  ab.  Dieser 
Versuch  zeigt,  daß  das  Refraktärstadium 
durch  Sauerstoffmangel  verlängert  wird. 

In  diesem  Versuch  wurde  der  Sauerstoff- 
mangel durch  Aufhebung  der  Sauerstoff- 
zufuhr erzeugt.  Im  normalen  Betrieb  des 
Organismus  hört  die  Sauerstoffzufuhr  niemals 
auf.  Das  Blut  führt  immer  Sauerstoff  den 
Zellen  zu.  Bei  fortgesetzter  Reizung  ent- 
steht aber  relativer  Sauerstoffmangel,  da  die 
Sauerstoffzufuhr  den  erhöhten  Anforderungen 


558 


Irritabilität 


des  Erregungsstoffwechsels  nicht  mehr  nach- 
kommen kann.  Auch  in  diesem  Fall  kommt  es 
zur  Verlängerung  des  lielraktärstadiums. 
Das  ist  die  Grundlage  der  Ermüdung. 

Das  charakteristische  Moment  in  der 
Ermüdung  ist  die  Herabsetzung  der  Er- 
regungsintensität. Je  mehr  das  System 
ermüdet  ist,  um  so  geringer  ist  die  Wirkung 
einer  bestimmten  Reizintensität.  Um  den- 
selben Effekt  zu  erzeugen,  müssen  immer 
stärkere  Reize  angewendet  werden.  Mit 
einem  AVorte:  in  der  Elrmüdung  ist  die 
Erregbarkeit  herabgesetzt. 

Zwei  Momente  sind  es  nun,  die  in  der  Er- 
müdung zu  einer  Herabsetzung  der  Erregbar- 
keit führen.  Das  erste  ist,  die  Verlängerung 
des  Refraktärstadiums  infolge  relativen 
Sauerstoffmangels.  Je  mehr  der  Sauer- 
stoffmangel fortschreitet,  um  so  mehr  wird 
die  Erregbarkeit  herabgesetzt.  Die  Energie- 
produktion des  oxydativen  Zerfalls  ist  um 
ein  vielfaches  größer  als  die  des  anoxydativen. 
Je  mehr  der  Sauerstoffmangel  fortschreitet, 
um  so  mehr  gibt  der  oxydatlve  Zerfall 
dem  anoxydativen  Platz,  um  so  geringer 
wird  die  Energieproduktion  der  Erregung, 
um  so  geringer  die  Erregbarkeit. 

Das  andere  Moment  wirkt  in  derselben 
Richtung.  Bei  Anwesenheit  von  genügendem 
Sauerstoff  verläuft  der  Zerfall  bis  zu  den 
einfachsten  Endprodukten,  Kohlensäure  und 
Wasser.  Diese  können  leicht  durch  Diffusion 
aus  der  Zelle  entfernt  werden.  Besteht 
Sauerstoffmangel,  so  wird  die  Verbrennung 
unvollkommen,  es  entstehen  größere  Mole- 
küle, wie  Milchsäure,  die  nicht  so  leicht 
diffundieren  und  daher  in  der  Zelle  liegen 
bleiben.  Diese  Stoffwechselprodukte  wirken 
lähmend. 

Die  Wirkung  beider  Faktoren  in  der  Ermü- 
dung der  Ganglienzelle  wurde  auch  mittels  der 
Durchspülungsmethode  erkannt  (Verworn). 
Der  Versuch  hat  folgenden  Verlauf.  Nachdem 
das  Blut  durch  eine  sauerstofffreie  physiolo- 
gische Salzlösung  verdrängt  wurde,  wird  das 
Tier  mit  Strychnin  vergiftet.  Sobald  das 
Gift  ins  Rückenmark  eingedrungen  ist,  wird 
die  künstliche  Zirkulation  eingestellt.  Eine 
Zeitlang  reagiert  das  Präparat  auf  Reize 
mit  den  charakteristischen  Strychnintetanis. 
Die  Tetani  werden  aber  bald  kürzer,  das 
Refraktärstadium  immer  länger.  Nach 
einer  Zeit  ist  die  Erregbarkeit  geschwunden. 
Wird  jetzt  die  künstliche  Zirkulation  mit 
einer  sauerstofffreien  Salzlösung  in  Gang 
gesetzt,  so  kehrt  in  kurzer  Zeit  die  Erreg- 
barkeit wieder.  Jetzt  werden  die  Reize  — ■ 
wenn  auch  mit  kürzeren  — ■  tetanischen 
Krämpfen  beantwortet.  Das  dauert  jedoch 
nur  kurze  Zeit.  Bald  sinkt  die  Erregbarkeit 
wieder  und  verschwindet  vollständig.  Jetzt 
kehrt  sie  nur  wieder,  wenn  statt  der  sauer- 
stofffreien    eine    sauerstoffhaltige     Lösung, 


am  besten  defibriniertes  Ochsenblut,  durch 
die  Gefäße  geleitet  wird.  Dieser  Versuch 
zeigt,  daß  zunächst  die  Erregbarkeit  infolge 
der  Anhäufung  der  Stoffwechselpro- 
dukte absinkt.  Nachdem  diese  durch  die 
künstliche  Zirkulation  mit  sauerstofffreier 
Lösung  aus  der  Zelle  ausgespült  wurden, 
kehrt  die  Erregbarkeit  wieder.  Sie  ver- 
verschwindet dann  aber  wieder  infolge  des 
Mangels  an  Sauerstoff.  Der  Versuch 
zeigt,  daß  die  Ermüdung  nichts  anderes  ist 
als  Erstickung. 

Die  lähmende  Wirkung  der  Stoffwechsel- 
produkte erklärt  sich  aus  dem  Massenwir- 
kungsgesetz. Jede  chemische  Reaktion  wird 
verlangsamt,  wenn  eine  Zunahme  der  Re- 
aktionsprodukte in  derselben  Phase  erfolgt. 
Es  ist  möglich,  daß  außer  dieser  Art  lähmen- 
den Wirkung  die  Stoffwechselprodukte  noch 
auf  andere  Weise  die  Erregbarkeit  herab- 
setzen. So  scheint  ein  weiterer  lähmender 
Faktor  in  der  sauren  Reaktion  gegeben  zu 
sein,  die  diese  Stoffe  in  der  Zelle  hervor- 
rufen. 

Das  erste  Symptom  der  Ermüdung  des 
Muskels  ist  eine  Zunahme  der  Zuckungs- 
höhe. Diese  Erscheinung,  die  Treppe  des 
Muskels,  scheint  auf  den  ersten  Blick  im 
Widerspruch  zu  stehen  mit  der  Tatsache, 
daß  die  Erregbarkeit  und  damit  auch  die 
Energieproduktion  auf  Reize  in  der  Er- 
müdung absinkt.  Dieser  scheinbare  Wider- 
spruch verschwindet  indessen  bei  näherer 
Untersuchung.  Die  Treppe  ist  bedingt  durch 
die  Dehnung  der  Kontraktions  welle  des 
Muskels.  Die  Kontraktion  verläuft  wellen- 
förmig über  die  Muskelfaser,  so  daß  auf  einmal 
immer  nur  ein  bestimmter  Teil  desselben 
sich  in  kontrahiertem  Zustand  befindet. 
In  der  Ermüdung  ist  nun  der  Verlauf  der 
Kontraktionswelle  verlangsamt  und  dadurch 
ist  eine  größere  Partie  der  Muskelfaser 
gleichzeitig  in  Kontraktion  als  beim  frischen 
Muskel. 

Eine  lebendige  Substanz  galt  lange  Zeit 
als  unermüdbar,  die  markhaltige  Nerven- 
faser. Man  fand,  daß  Nerven  auch  nach 
stundenlanger  Reizung  noch  ihre  Leit- 
fähigkeit und  Erregbarkeit  behalten.  Die 
Untersuchungen  der  letzten  Jahre  haben  ge- 
zeigt, daß  auch  diese  lebendige  Substanz  er- 
müdbar ist(T  h  ö  r  n  e  r.  Ausgehend  von  der  Vor- 
stellung daß  die  Ermüdung  auf  der  Verlänge- 
rung des  Refraktärstadiums  beruht,  wurde  zu- 
nächst versucht  das  Refraktärstadium  des 
Nerven  zu  verlängern.  Dies  gelang  bei  der  Er- 
stickung des  Nerven.  Es  gelang  weiter  zu 
zeigen,  daß  die  Erregbarkeit  der  erstickenden 
Nerven  durch  Reize  herabgesetzt  werden  kann, 
d.  h.  daß  der  Nerv  unter  diesen  Bedingungen 
ermüdbar  ist.  Spätere  Untersuchungen 
ergaben  dann,  daß  der  Nerv  auch  bei  An- 
wesenheit von  Sauerstoff,  ja  sogar  in  Luft 


Irritabilität 


559 


ermüdbar  ist.  Die  Erregbarkeit  des  Nerven 
sinkt  —  wenn  auch  nicht  bis  0  — •  ab.  Wird 
der  Nerv  mit  einem  faradischen  Strom  in 
Luft  gereizt,  so  sinkt  die  Erregbarkeit  und 
damit  auch  die  Erregungsintensitcät  schon 
nach  den  ersten  Schhägen  bis  zu  einem  ge- 
wissen Grade  ab.  Auf  diesem  Niveau  hält 
sich  dann  die  Erregbarkeit  während  der 
Dauer  der  Reizung.  Der  Nerv  kann  sogar  mit 
relativ  geringen  Reizfrequenzen,  10  bis  12  in 
der  Sekunde,  in  Luft  ermüdet  werden. 

6.  Die  Interferenz  von  Reizwirkungen 
Trifft  ein  Reiz  ein  lebendiges  System 
während  der  Wirkung  eines  anderen  Reizes, 
so  wird  seine  Wirkung  unter  den  veränderten 
Bedingungen,  die  der 
erste  Reiz  geschaffen 
hat,  geändert.  Im 
Leben  der  Organismen 
wirken  andauernd 
Reize  auf  diese  ein, 
deren  Wirkungen  mit- 
einander interferieren, 
daher  ist  das  Ver- 
halten der  Organismen 
fast  in  jedem  Augen- 
blick das  Resultat 
interferierender  Reiz- 
wirkungen. 

In  einer  Reihe  von 
Fällen  ändert  sich  nur 
die  äußere  Wirkung 
der  Reize,   ohne  daß 

die  Wirkung  auf  den  Stoffwechsel,  die  jeder 
Reiz  allein  hervorruft,  anders  wäre,  als  bei 
alleiniger  Wirkung  des  einzelnen  Reizes. 
Wird  der  Nerv  eines  Nervmuskelpräparates 
mit  einzelnen  Induktionsschlägen  gereizt,  so 
reagiert  der  Muskel  auf  jeden  Reiz  mit  einer 
Einzelzuckung.  Läßt  man  nun  die  In- 
duktionsschläge frequenter  aufeinanderfolgen, 
so  ändert  sich  der  Reizerfolg  durch  Inter- 
ferenz. Der  Muskel  hat  jetzt  keine  Zeit, 
zwischen  den  einzelnen  Reizen  sich  voll- 
ständig zu  strecken.  Nach  jedem  Reiz 
bleibt  ein  Verkürzungsrückstand  zurück, 
auf  den  sich  die  nächste  Kontraktion  super- 
poniert  (Fig.  7).  Diese  Form  der  Kontraktion 
wird  als  unvollkommener  Tetanus  be- 
zeichnet. Wird  die  Frequenz  der  Reize  noch 
größer,  so  bleibt  der  Muskel  während  der 
ganzen  Zeit  der  Reizung  kontinuierlich  ver- 
kürzt, er  gibt  einen  vollkommenen  Te- 
tanus. Die  Höhe  der  tetanischen  Kon- 
traktion ist  größer  als  die  der  maximalen 
Einzelzuckung.  Diese  beiden  charakteristi- 
schen Merkmale  der  tetanischen  Kontraktion 
gegenüber  der  Einzelzuckung,  nämlich  die 
dauernde  Verkürzung  und  die  Zunahme  der 
Zuckungshöhe  sind  die  mechanischen  Folgen 
der  Zunahme  der  Reizfrequenz.  Nach 
jedem    Reiz    erhält    die    MuskeKaser    einen 


Impuls  vom  motorischen  Nerven  durch 
Vermittlung  des  Nervenendorgans.  Infolge 
dieses  Impulses  läuft,  von  der  Stelle  des 
Nervenendorgans  ausgehend,  eine  Kontrak- 
tionswelle über  die  Muskelfaser.  Die  Länge 
der  Muskelfaser  übertrifft  die  der  Kontrak- 
tionswelle, so  daß  bei  Einzelreizung  nur  eine 
Strecke  der  Muskelfaser  gleichzeitig  sich  in  kon- 
trahiertem Zustand  befindet  (Fröhlich).  Fol- 
gen nun  die  Reize  so  schnell  aufeinander,  daß 
eine  zweite  Kontraktionswelle  an  der  Muskel- 
faser entsteht,  ehe  noch  die  erste  vollständig 
abgelaufen  ist,  so  kann  sich  die  Muskelfaser 
einerseits  zwischen  den  beiden  Reizen  nicht 
vollständig  strecken,  andererseits  ist  jetzt 
eine  längere  Strecke  der  Muskelfaser  gleich- 


Fig.  7. 

zeitig  kontrahiert,  die  Gesamtverkürzung 
daher  eine  stärkere  als  bei  Einzelreizung. 
Der  äußere  Effekt  ist  aber  doch  ein  anderer 
infolge  der  Interferenz.  Selbstverständlich 
ändert  sich  der  Erfolg  der  einzelnen  Reize 
ebenfalls  durch  Ermüdung.  Aber  die  beiden 
charakteristischen  Momente  der  tetanischen 
Kontraktion,  die  dauernde  Verkürzung  und 
die  Zunahme  der  Zuckungshöhe,  sind  ledig- 
lich mechanische  Folgen  der  Reizfrequenz- 
erhöhung, —  Solche  Interferenzwirkungen, 
bei  denen  die  Wirkung  der  einzelnen  Reize 
auf  den  Stoffwechsel  die  gleiche  bleibt  und 
trotzdem  der  äußere  Effekt  sich  ändert, 
können  wir  als  mechanische  Interferenz- 
wirkungen bezeichnen.  Zu  diesen  gehören 
auch  die  Interferenzwirkungen,  bei  denen 
die  beiden  interferierenden  Reize  an  zwei 
verschiedenen  Teilen  desselben  Systems  an- 
greifen, z.  B.  an  zwei  verschiedenen  Organen 
desselben  Organismus.  Ein  solcher  Fall  ist 
die  Interferenz  der  Thigmotaxis  mit  der 
Galvanotaxis  bei  den  heterotrichen  In- 
fusorien. 

Wichtiger  sind  die  echten  Interferenz- 
wirkungen, bei  denen  die  Wirkung  der  mit- 
einander interferierenden  Reize  auf  den 
Stoffwechsel  durch  die  Interferenz  geändert 
wird.     Wir  können  sie  als  metabolische 


560 


Irritabilität 


Interferenz  Wirkungen  den  mechanischen 
gegenüberstellen.  Von  voniliercin  können 
wir  hier  drei  Fälle  unterscheiden:  die 
Interferenz  von  lälunenden  Reizen  mit- 
einander, die  Interferenz  von  lähmenden 
mit  erregenden  Reizen  und  die  Interferenz 
von  erregenden  Reizen  miteinander. 

Ein  Beispiel  für  die  Interferenz  von 
Lähmungen  zeigen  die  Untersuchungen  über 
Wärmelähmung  und  Erstickung  des  Nerven. 
Bei  erliöliter  Temperatur  ist  das  Sauerstoi'f- 
bedürfnis  des  Nerven  gesteigert.  Der  Nerv 
kommt  in  den  Zustand  des  Sauerstoff- 
mangels. Seine  Erregbarkeit  sinkt  ab.  Das 
ist  die  Wärmelähmung  des  Nerven.  Wird 
nun  gleichzeitig  dem  Nerven  der  Sauerstoff 
entzogen,  so  entwickelt  sich  die  Lähmung 
viel  schneller.  Die  beiden  lähmenden  Reize 
verstärken  sich  in  ihrer  Wirkung. 

Bei   Interferenz  eines  erregenden   Reizes 


mit  einer  lähmenden  wird  die  Wirkung  des 
ersteren  abgeschwächt.  Das  zeigen  z.  B. 
die  Veränderungen  der  Erregbarkeit  in 
einer  lokal  erstickten  Nervenstrecke.  Durch 
den  lähmenden  Reiz  wird  die  Intensität 
des  Stoffwechsels  herabgesetzt.  Die  Erreg- 
barkeit sinkt  ab,  infolgedessen  wird  die 
Wirkung  des  erregenden  Reizes  vermindert. 
Andererseits  wird  die  Lähmung  durch  den 
erregenden  Reiz  noch  sekundär  gesteigert, 
infolge  der  Ermüdung,  die  auf  jede  Erregung 
folgt.  So  sinkt  die  Erregbarkeit  des  er- 
stickenden Nerven  schneller,  wenn  man  den 
Nerven  faradisch  reizt. 

Die  Wirkung  von  zwei  erregenden  Reizen 
kann  sich  gegenseitig  abschwächen  oder  ver- 
stärken. Die  Hemmungserscheinungen 
sind  Interferenzwirkungen,  bei  denen  die 
Wirkung  erregender  Reize  sich  abschwächt. 
Sie  spielen  im  Geschehen  des  Nervensystems 
eine  wichtige  Rolle,  sowohl  für  die   Koordi- 


nation der  Bewegungen  im  Rückenmark, 
wie  auch  für  den  Ablauf  der  Erregungen  in 
der  Großhirnrinde,  die  die  physiologischen 
Grundlagen  der  psychischen  Prozesse  dar- 
stellen. 

Ueber  den  Mechanismus  der  Hemmung 
entwickelte  zuerst  Hering  eine  Vorstellung, 
die  außer  ihm  hauptsächlich  von  Gas  kell 
und  Meltzer  vertreten  und  früher  allgemein 
angenommen  wurde.  Nach  dieser  Vor- 
stellung kommt  die  Hemmung  durch  Er- 
regung der  beiden  antagonistischen  Stoff- 
wechselphasen, der  Assimilation  und  der 
Dissimilation  zustande.  Die  Wirkung  eines 
erregenden  Reizes  besteht  in  der  Steigerung 
der  Dissimilation,  in  einer  Störung  des 
Stoffwechselgleichgewichts  nach  der  dissi- 
milatorischen  Seite  hin.  Wirkt  ein  zweiter 
,, hemmender"  Reiz  gleichzeitig  ein,  der  die 
assimilatorische  Phase  des  Stoffwechsels 
erregt,  so  wird  dadurch  die 
Wirkung  des  ersten  Reizes 
aufgehoben. 

In  neuerer  Zeit  haben 
sich  Bedenken  gegen  diese 
Vorstellung  aus  allgemein- 
physiologischem  Standpunkt 
erhoben,  die  schließlich  zum 
Verlassen  der  alten  An- 
schauung und  Aufstellung 
einer  neuen  Theorie  geführt 
haben  (Verw^orn).  Vor 
allem  ist  kein  Fall  bekannt, 
in  dem  ein  Reiz  eine  plötzliche 
Steigerung  der  Assimilation 
hervorrufen  würde.  Der 
einzige  Fall,  in  dem  ein  Reiz 
primär  die  Assimilation 
steigert,  ist  das  gesteigerte 
Wachstum  bei  Vermehrung 
der  Nährmaterialien.  Selbst- 
verständlich kommt  dies  hier 
gar  nicht  in  Betracht.  Ferner  zeigten 
experimentelle  Untersuchungen,  daß  im 
Zentralnervensystem  nur  dissimilatorische 
Erregungen  geleitet  werden,  eine  Leitung 
von  besonderen  ,, hemmenden"  Impulsen, 
die  die  Assimilation  steigern,  kann  also  gar 
nicht  angenommen  werden. 

Die  Untersuchungen  der  letzten  Jahre 
haben  nun  gezeigt,  daß  der  Hemmung  ein 
anderer  Vorgang  zugrunde  liegt,  der  der 
dissimilatorischen  Erregung  ebenfalls  anta- 
gonistisch ist,  die  dissimilatorische  Lähmung. 
Jeder  erregende  Reiz  hat  eine  Steigerung 
des  Zerfalls  und  eine  Herabsetzung  der 
Erregbarkeit  zur  Folge.  Das  Schema  einer 
solchen  Einzelerregung  würde  Figur  8  dar- 
stellen. In  dem  doppelten  Koordinaten- 
system stellt  die  Abszisse  die  Zeit,  die 
(3rdinate  nach  oben  die  Erregungsintensität, 
nach  unten  die  Erregbarkeitsherabsetzung 
dar.     Punkt  0  ist  die   Höhe  des  Ruhestoff- 


Irritabilität 


561 


wechseis.  Wie  die  obere  Kurve  zeigt,  setzt 
der  Zerfall  mit  einer  gewissen  Geschwindig- 
keit ein,  erreicht  dann  ein  Maximum  und 
sinkt  dann  in  Form  einer  logarithmischen 
(s.  S.  571)  Kurve  ab.  Entsprechend  verhält 
sich  die  Kurve  der  Erregbarkeit«  herab- 
setzung. 

Eine  Interferenzwirkung  entsteht  nun, 
wenn  die  Wirkung  eines 
zweiten  Reizes  beginnt,  ehe 
noch  die  des  ersten  voll- 
ständig abgeklungen  ist. 
Die  Wirkung  des  zweiten 
Reizes  ist  abhängig  von 
seiner  Intensität,  vom  Zeit- 
punkt, in  dem  er  anfängt  zu 
wirken  und  von  der  spezi- 
fischen Erregbarkeit  des 
Systems. 

Wirkt  z.  B.  ein  Reiz  im 
Punkte  X  von  geringer 
Stärke  (Fig.  9).  so  wird  er 
als  unterschwelliger  Reiz 
keine  nachweisbare  Wirkung 
hervorrufen.  Wirkt  zur 
selben  Zeit  ein  stärkerer 
Reiz,  der  die  Reizschwelle 
in  diesem  Zeitpunkt  über- 
schreitet, so  ist  eine  zweite 
Erregung  die  Folge.  Ist 
der  zweite  Reiz  ebenso  stark 
als  der  erste,  so  ist  die  Er- 
regung, die  er  hervorruft, 
absolut  schwächer  als  die 
erste  Erregung,  denn  der 
zweite  Reiz  findet  in  der 
Raumeinheit  weniger  zer- 
fallsfähige Substanz  vor,  da 
ein  Teil  desselben  durch  den 
ersten  Reiz  zum  Zerfall  ge- 
bracht worden  ist;  er  fällt 
in  das  relative  Refraktär- 
stadium  der  ersten  Er- 
regung. Ist  der  erste  Reiz 
maximal,  so  kann  der  zweite 
nur  das  zum  Zerfall  bringen, 
was  schon  vom  Zerfall  des 
ersten  Reizes  her  restituiert 
worden  ist.  Die  ist  immer 
der  Fall  bei  isobolischen 
Systemen,  bei  denen  jeder 
Reiz  maximal  wirkt.  Bei 
den  heterobolischen  Systemen  ist  zwar  die 
zweite  Erregung  absolut  kleiner,  doch  kann 
die  Gesamterregung  nach  dem  zweiten  Reiz 
durch  Summation  höher  werden,  indem 
der  zweite  Reiz  noch  zerfallendes  Material 
vom  ersten  Reiz  her  vorfindet,  und  seine 
Wirkung  sich  zu  dem  Rest  der  Erregung 
addiert '(Fig.  10). 

Dieselbe  Reizintensität  wirkt  nun  ver- 
schieden je  nach  dem  Zeitpunkt,  in  dem  der 
zweite  Reiz  einwirkt.  Ein  Reiz  von  derselben 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.   Band  V 


Intensität,  der  kurze  Zeit  nach  dem  ersten 
Reiz  unterschwellig  bleibt  und  keine  nach- 
weisbare Erregung  hervorruft,  ist  wirksam, 
wenn  er  später  eintrifft,  wenn  die  Re- 
stitution schon  mehr  fortgeschritten  ist. 
Die  Wirkung  einer  bestimmten  Reiz- 
intensität ist  also  einerseits  durch  das  zeit- 
liche Intervall  zwischen  beiden  Reizen  be- 


Fig.  10. 

dingt.  Andererseits  hängt  die  Wirkung  ab 
von  der  spezifischen  Erregbarkeit  des  Systems, 
denn  von  dieser  hängt  die  Geschwindigkeit 
der  Restitutionsprozesse,  also  der  zeitliche 
Verlauf  der  Erregung  ab. 

Auf  Grund  dieser  Vorstellungen  über 
die  Interferenz  von  zwei  Reizen  kann  man 
nun  die  Wirkung  einer  Reizserie  darstellen, 
die  für  das  Zustandekommen  der  Summation 
und  der  Hemmung  von  besonderer  Bedeu- 
tung ist.    Figur  11  stellt  die  Wirkung  einer 

36 


562 


Initabilität 


Reizserie  schematisch  dar.  Die  Intensität  zuckung  mit  nachfolgender  Hemmung.  Nur 
und  die  Fre(|uenz  der  Reizung  bleibt  kon-  der  erste  Reiz  wird  mit  einer  Zuckung 
staut.  Zu  Anfang  wird  zwar  die  Wirkung  beantwortet,  während  der  folgenden  Reizung 
der    einzelnen    Reize    absolut    kleiner,    die  j  bleibt  das   Präparat  in    Ruhe.      In   diesem 


R 


Fiff.  11. 


Höhe  der  Gesamterregung  wächst  aber  durch 
Summation.  Die  Bedingungen  für  Summa- 
tion  werden  zunächst  immer  günstiger. 
Indem  nämlich  die  Gesamthöhe  der  Er- 
regung wächst,  nimmt  auch  der  Erregungs- 
rückstand zu,  den  jede  neue  Erregung  vor- 
findet, denn  eine  stärkere  Erregung  klingt 
langsamer  ab  als  eine  schwächere.  Die  fort- 
schreitende Ermüdung  wirkt  aber  bald  der 
Summation  entgegen.  Erstens  wird  die 
absolute  Höhe  der  Einzelerregungen  immer 
kleiner,  da  jeder  Reiz  weniger  zerfallsfähiges 
Material  vorfindet.  Zweitens  wird  die 
Restitution,  die  von  neuem  zerfallsfähiges 
Material  aufbaut,  immer  mehr  verlangsamt. 
Infolgedessen  sinkt  die  Höhe  der  Erregung, 
bis  sie  unter  der  Schwelle  der  nachweisbaren 
Reizwirkung(S)ein  Gleichgewicht  erreicht.  Die 
Reizung  ist  nun  unterschwellig  geworden. 
Jeder  Reiz  bringt  nur  noch  so  viel  lebendige 
Substanz  zum  Zerfall,  die  sich  zwischen  zw^ei 
Reizen  restituiert.  Das  System  ist  relativ 
auf  die  Reizintensität  refraktär,  d.  h.  ge- 
hemmt. Die  Hemmung  komiut  also  durch 
Verlängerung  des  Refraktärstadiums  zu- 
stande. 

Sehr  klar  zeigen  diesen  Mechanismus  die 
Hemmungen,  die  sich  in  den  sensiblen  Neu- 
ronen des  mit  Strychnin  vergifteten  Rücken- 
marks abspielen  (t  iedem  an  n)  (Fig.  12).  Wird 
in  dem  Stadium  der  Ermüdung,  in  dem  das 
Refraktärstadium  bereits  merklich  verlängert 
und  die  Erregbarkeit  abgesunken  ist,  ein 
sensibler  Nerv  des  mit  Strychnin  vergifteten 
Frosches  mit  rhythmischen  Induktions- 
schlägen von  geringer  Frequenz  gereizt, 
so  beantwortet  das  Präparat  jeden  Reiz 
mit  einer  Einzelzuckuiig  des  zum  Regi- 
strieren benutzten  Muskels.  Wird  nun  die 
Reizfrequenz  erhöht,  indem  z.  B.  der  Neff- 
sche  Hamiuer  des  Induktoriums  als  Unter- 
brecher benutzt  wird,  so  erfolgt  eine  Anfangs- 


Stadium  ist  die  Ermüdbarkeit  nämlich 
bereits  groß,  das  Refraktärstadium  stark 
verlängert.  Bei  langsamer  Reizung  kann 
sich  in  der   Ganolienzelle  nach   jedem   Reiz 


Fi£ 


so  viel  restituieren,  daß  der  folgende  Reiz 
genug  zerfallsfähiges  Material  vorfindet.  Bei 
frecpienter  Reizung  kann  die  Restitution 
nicht  mehr  Schritt  halten,  der  zweite  Reiz 
fällt  in  das  Refraktärstadium  der  ersten 
Erregung  usf.  Wird  die  Reizfrequenz 
wieder  vermindert,  so  hört  die  Hemmung 
wieder  auf,  jeder  Reiz  wird  wieder  mit  einer 
Zuckung  beantwortet. 

Der  Hemmung  entgegengesetzt  ist  die 
Summation  der  Erregungen,  deren  Mecha- 
nismus ebenfalls  auf  Kurve  11  dargestellt 
ist.  Durch  Summation  kann  ein  Gleichge- 
wicht auf  einem  höheren  Niveau  entstehen 
als  es  der  Höhe  der  einzelnen  Erregungen 
entspricht.  IJnterscliwellige  Reize,  deren 
Wirkung  einzeln  unter  der  Schwelle  der 
nachweisbiiren  Erregung  bleibt,  können  sich 
zu  nacliweisba^ren  Erregungen  summieren. 
Diese  Erscheinunuen  sind  unter  dem  Namen 


Irritabilität 


563 


Bahnung  oder  scheinbare  Bahnung  in 
den  Ganglienzellen  beschrieben. 

Im  allgemeinen  ist  die  H ö h e  d e s  Gleich- 
gewichts abhängig  von  der  Intensität  und 
Frequenz  der  Reize  und  von  der  spezifischen 
Erregbarkeit  des  Systems.  Dauernde  Er- 
regungen, bei  denen  ein  Gleichgewicht  ober- 
halb der  Schwelle  der  nachweisbaren  Er- 
regung besteht,  w^erden  als  Tonus  oder 
tonische  Erregungen  bezeichnet. 

Die  Interferenzwirkung  von  zwei  oder 
mehreren  Reizserien  läßt  sich  aus  der  Wir- 
kung einer  Reizserie  ableiten.  Im  ein- 
fachsten Fall,  wenn  die  Reizintensität  und 
die  Frequenz  dieselbe  ist,  ist  die  Wirkung 
von  zwei  Reizserien  gleich  der  einer  Serie, 
bei  der  die  Fre- 
quenz auf  das 
Doppelte  erhöht 
ist. 

Solche   Inter- 
ferenzwirkungen 
von      Reizseriell 
spielen  sich  in  den 

Ganglienzellen 
ab,  denen  von 
mehreren  Rich- 
tungen aus  durch 
die  Nervenfort- 
sätze anderer 
Neuronen  rhyth- 
mische Erregungsserien  zugeleitet  werden.  Im 
Rückenmark  besteht  der  e  i  n  f  a  c  h  s  t  e  Re  f  1  e  x- 
bogen  aus  drei  Neuronen  (Verworn, 
Veszi):  dem  Spinalgangliennenron,  dem  sen- 
siblen Neuron  und  aus  dem  motorischen 
Neuron.  Eine  Erregung,  die  z.  B.  von  einem 
Hautsinnesorgan  ausgeht  und  zu  einer 
reflektorischen  Kontraktion  führt,  verläuft 
durch  die  beiden  Fortsätze  des  Spinal- 
ganglienneurons,  den  sensiblen  Nerven  und 
die  sensible  Wurzel  ins  Rückenmark,  wo 
sie  durch  die  Kollateralen  des  Spinal- 
ganglienneurons  in  die  sensible  Ganglien- 
zelle des  Hinterhorns  gelangt.  Von  hier 
aus  verläuft  sie  weiter  durch  Kollateralen 
des  Neurits  in  die  motorische  Ganglien- 
zelle, die  dann  die  Impulse  durch  den  moto- 
risclien  Nerven  zum  Muskel  sendet.  In  der 
motorischen  Ganglienzelle,  in  der  letzten 
gemeinsamen  Strecke,  treffen  sich  die 
Erregungsserien,  die  von  verschiedenen  sen- 
siblen Bahnen  aus  mit  verschiedener  In- 
tensität ankommen.  Die  Erregungen  er- 
fahren im  Verlauf  durch  das  Rückenmark 
ein  verschieden  starkes  Dekrement  ihrer 
Intensität.  Beim  P>osch  kommen  z.  B.  die 
Erregungen,  die  durch  Reizung  der  9.  sen- 
siblen Wurzeln  entstehen,  mit  relativ  großer 
Intensität  zu  den  motorischen  Ganglienzellen 
des  Musculus  gastrocnemius  (Veszi).  Fara- 
dische Reizung  der  9.  sensiblen  Wurzel  hat 
eine  relativ  starke  tonische  Erregung  in  der 


motorischen  Ganglienzelle  zur  Folge.  Dem- 
entsprechend kontrahiert  sich  der  Muskel 
relativ  stark  tetanisch  (Fig.  13  unteres 
Signal).  Die  Erregungen  von  der  8.  sen- 
siblen Wurzel  erfahren  ein  größeres  Dekre- 
ment. Bei  faradischer  Reizung  der  8.  sen- 
siblen Wurzel  (oberes  Signal)  kontrahiert 
sich  der  Musculus  gastrocnemius  nur 
schwach.  Wird  nun  die  9.  sensible  Wurzel 
gereizt  und  gleichzeitig  auch  die  8.,  so 
hemmen  sich  die  beiden  Erregungsserien 
in  der  motorischen  Ganglienzelle.  Bei 
alleiniger  Reizung  der  9.  Wurzel  entsteht 
ein  Gleichgewicht  oberhalb  der  Schwelle 
der  nachweisbaren  Erregung,  eine  tonische 
Erregung.   Wird  nun  die  Frequenz  gesteigert 


Fig.  13. 

so  wird  die  Reizung  unterschwellig,  d.  h. 
bei  der  erhöhten  Frequenz  fällt  jeder  Reiz 
in  das  Refraktärstadium  des  vorhergehenden. 
Bei  der  Hemmung  der  9.  durch  die  8.  hintere 
Wurzel  genügen  die  schwachen  Erregungen 
der  8.  Wurzel,  um  das  Gleichgewichtsniveau 
herabzudrücken.  Zu  Beginn  der  Reizung 
der  8.  Wurzel  ist  eine  Steigerung  der  Er- 
regung eine  ,,Nase"  an  der  Kurve  in  vielen 
Fällen  zu  erkennen.  Zuerst  erfolgt  näm- 
lich eine  Summation  der  Erregungen,  die 
dann  aber  gleich  von  der  Hemmung  ge- 
folgt wird,  infolge  der  Verlängerung  des 
Refraktärstadiums. 

Derselbe  Mechanismus  liegt  auch  den 
antagonistischen  Hemmungen  zu- 
grunde. Besteht  in  der  Ganglienzelle  eines 
Muskels,  z.  B.  eines  Flexors  einer  Extremi- 
tät, eine  tonische  Erregung,  so  daß  der 
Flexor  tetanisch  kontrahiert  ist,  und  erfolgt 
dann  ein  Reiz,  der  den  Antagonisten  des 
Flexors,  den  Extensor  zur  Kontraktion 
veranlaßt,  so  erfolgt  gleichzeitig  eine  Er- 
schlaffung des  Flexors.  In  diesem  Fall 
kommen  die  Erregungen,  die  der  Reiz 
j  hervorruft,  mit  relativ  großer  Intensität 
zu  den  motorischen  Ganglienzellen  des  Ex- 
tensors,  und  veranlassen  eine  tonische  Er- 
[  regung  in  denselben.  Die  Folge  ist  die 
Kontraktion  des  Extensors.  Zu  den  moto- 
rischen Ganglienzellen  des  Flexors  kommen 
die  Erregungswellen  in  stark  abgeschwächtem 

36* 


564 


Ii-ritabüität 


Zustand.  Sie  bewirken  hier  eine  Hemmung 
der  bestehenden  tonischen  Erregung.  Die 
Folge    ist    die    Erschhitfung    des    Flexors. 

7.  Die  taktischen  Reizwirkungen. 
Eine  Gruppe  von  Reizwirkuiigen,  die  schon 
seit  alter  Zeit  die  Aufmerksamkeit  der 
Beobachter  gefesselt  und  vielfach  auch 
Gelegenheit  zu  mystischen  Spekulationen 
gegeben  hat,  sind  die  taktischen  Reiz- 
wirkungen oder  Tropismen.  Das  charak- 
teristische Moment  bei  allen  diesen  Reiz- 
wirkungen besteht  darin,  daß  der  Reiz 
einen  richtenden  Einfluß  auf  die  Bewegung 
von  Organismen  ausübt. 

Die  taktischen  Reizwirkungen  spielen 
bei  den  Bewegungen  der  Pflanzen  eine  croße 


I  ändert,  wenn  der  Zustand  der  Organismen 
sich  verändert,  daß  sie  also  von  der  Erreg- 
barkeit abhängig  ist.  Aber  wenn  auch  für 
die  Bewegungen  der  höheren  Tiere  der  Begriff 
der  Taxis  nicht  angewendet  wird,  finden 
wir  auch  bei  diesen  echte  taktische  Reiz- 
wirkungen bei  den  Zellen,  die  gewissermaßen 
als  Einzellige  im  Organismus  der  Metazoen 
leben,  wie  bei  den  Leukocyten,  Spermato- 
zoen  usw.  Ja,  manche  Tatsachen  lassen 
sogar  vermuten,  daß  während  der  Ent- 
\yickelung  der  Metazoen  in  vielen  Fällen 
die  Wachstumsrichtung  der  Zellen  durch 
taktische  Reize  bestimmt  wird. 

Jede  Reizqualität  kann  taktisch  wirken. 
Je  nach  der  Qualität  des  Reizes  wird  von 


> 


Fig.  14  a. 


Fig.  14b. 

Rolle.  Im  Tierreich  finden  wir  sie  von  den 
freilebenden  Protisten  bis  zu  den  höchst- 
entwickelten Tieren  hinauf  verbreitet. 
Zwischen  den  Bewegungen  der  höheren 
Organismen,  deren  Richtung  ebenfalls  durch 
Reize  bestimmt  wird,  und  den  typischen 
Tropismen  der  niederen  Tiere  läßt  sich  keine 
scharfe  Grenze  ziehen.  Die  Unterscheidung 
beruht  hauptsächlich  darauf,  daß  mit  dem 
Begriff  der  Taxis  außer  der  Bestimmung 
der  Richtung  auch  die  Vorstellung  einer  mit 
fast  maschinenmäßiger  Sicherheit  und  Un- 
abänderlichkeit verlaufenden  Reaktion  ver- 
bunden wird.  Selbstverständlich  gilt  das 
nur  bis  zu  einem  gewissen  Grade,  denn  es  ist 
bekannt,    daß   die   taktische   Reaktion  sich 


Fig.  14c. 

Chemotaxis,  Phototaxis,  Galvanotaxis, 
Thermotaxis  usw.  gesprochen.  Die  Wirkung 
der  mechanischen  Reize  wird  Thigmotaxis 
genannt,  wenn  es  sich  um  Berührung  mit 
festeren  Körpern  handelt.  Die  Wirkung 
eines  anderen  mechanischen  Reizes,  der 
Flüssigkeitsströmung,  wird  als  Rheotaxis 
bezeichnet.  Geotaxis  heißt  die  richtende 
Wirkung  der  Schwerkraft. 

Je  nachdem  ob  die  Bewegung  nach  der 
Reizquelle  hin  oder  von  dieser  weg  erfolgt, 
unterscheidet  man  positive  und  negative 
Chemotaxis,  Phototaxis  usw.  In  vielen 
Fällen  ist  das  eine  Frage  der  Reizintensität. 
Bringt  man  z.  B.  in  einen  Tropfen  aus  einer 
Kultur  eines  Wimperinfusors,  Paramaecium 


Irritabilität 


565 


aurelia,  in  dem  die  einzelnen  Infusorien 
gleichmäßig  im  Wasser  verteilt  und  nach 
allen  möglichen  Richtungen  schwimmend  sich 
befinden,  mit  Hilfe  einer  Kapillarpipette 
einen  Tropfen  Schwefelsäure  in  der  Ver- 
dünnung 1:100000  (Fig.  14a),  so  beob- 
achtet man  nach  kurzer  Zeit,  daß  die  Para- 
maecien  sich  in  dem  Schwefelsäuretropfen 
ansammeln  (Fig.  14  c),  während  das  um- 
gebende Wasser  allmählich  frei  von  Para- 
maecien  wird.  Macht  man  dagegen  den- 
selben Versuch  mit  einem  Tropfen  Schwefel- 
säure in  der  Verdünnung  1:10000,  so 
sieht  man,  daß  der  Schwefelsäuretropfen 
von  den  Paramaecien  verlassen  wird  (Fig. 
14  b).  Sie  sammeln  sich  jetzt  in  einem  dem 
Tropfen  konzentrischen  Kreis  an,  in  einer 
Entfernung  vom  Tropfen,  wo  die  Kontrak- 
tion der  diffundierenden  Schwefelsäure  ge- 
ringer ist.  Die  Paramaecien  sind  also  positiv 
chemotaktisch  gegenüber  Schwefelsäure 
1:100000,  negativ  chemotaktisch  gegenüber 
Schwefelsäure  1:10000  (Jennings). 

Eine    taktische    Wirkung    kann    sowohl 
durch  erregende  wie  auch  durch  lähmende 
Reize     hervorgebracht    werden.         Schickt 
man  durch  einen  Wassertropfen,  in  dem  sich 
eine  große  Amöbe  etwa  von  der  Art  Amoeba 
proteus     befindet,     die     gleichzeitig     nach 
mehreren     Richtungen    Pseudopodien    aus- 
streckend ihr  Protoplasma  bald  in  der  einen, 
bald  wieder  in  der  anderen   Richtung  vor- 
fließen   läßt,    einen    schwachen    konstanten 
Strom,  so  beobachtet  man  im  Moment  der 
Schließung  eine  starke  kontraktorische  Er- 
regung an  der  der  Anode  zugekehrten  Seite  i 
der  Amoebe.     An  dieser   Seite  werden  die  j 
Pseudopodien  schnell  eingezogen,  die  ganze  i 
Seite    kontrahiert    sich    stark,    indem    die  j 
Oberfläche   die   Form   einer   Halbkugel  an- 1 
nimmt.    Auf  der  kathodisehen  Seite  dagegen  I 
findet  keine  Kontraktion  statt.     Die  Folge  \ 
ist,  daß  das  Protoplasma  nach  dieser  Rich- 
tung vorströmt,  so  daß  sich  hier  gewisser- 
maßen   ein    großes    Pseudopodium    bildet, 
in  das  das  Protoplasma  dauernd  vorfließt. 
Die  Amöbe  hat  jetzt  die  Form  von  iVmoeba 
limax  angenommen  und  kriecht  dauernd  nach 
der  Richtung  der  Kathode  (Verworn).    In 
diesem  Fall  bewirkt  der  Reiz  eine  kontrak- 
torische Erregung    an    der  Anodenseite  der 
Amöbe  und  dadurch  kommt  die  Bewegung 
nach  der  Kathode  zustande. 

Ein  Beispiel  für  taktische  Wirkung  durch 
Lähmung  bietet  die  Thigmotaxis  von  Para- 
maecium.  Stößt  ein  schwimmendes  Para- 
maecium  an  einen  festeren  Körper  an,  so 
bleibt  er  unter  Umständen  in  Kontakt  mit 
demselben.  In  diesem  Fall  beobachtet  man, 
daß  die  Wimpern,  die  den  festen  Körper 
berühren,  gehemmt  sind,  sich  nicht  bewegen. 
Die  Hemmung  erstreckt  sich  mehr  oder 
weniger    auch    auf    die    anderen    Wimpern. 


Die  benachbarten  Wimpern  können  eben- 
falls stillstehen  und  auch  die  Tätigkeit  der 
anderen  Wimpern  ist  verlangsamt.  In  diesem 
Fall  wirkt  der  mechanische  Reiz  lähmend 
auf  die  Wimpertätigkeit.  Die  taktische 
Wirkung  kommt  durch  lokale  Lähmung  der 
Wimpertätigkeit  zustande. 

Die  taktischen  Wirkungen  gaben  viel- 
fach Veranlassung  zu  mystischen  Speku- 
lationen. Man  sprach  von  ,, anziehenden" 
und  ,, abstoßenden  Kräften".  Selbstverständ- 
lich sind  dies  bloß  Worte,  mit  denen  der 
Mechanismus  der  Erscheinung  keineswegs 
erklärt  ist. 

Die  Theorie  des  Mechanismus  der  tak- 
tischen Reizwirkungen  muß  zunächst  die 
Frage  beantworten,  wie  die  Achsenein- 
stellung der  freibeweglichen  Organismen 
erfolgt,  d.  h.  wie  es  kommt,  daß  ein  frei- 
schwimmender Organismus  seine  Körper- 
achse und  damit  auch  seine  Bewegungs- 
richtung unter  dem  Einfluß  des  Reizes  in 
bestimmter  Weise  einstellt.  Je  nach  der 
Art  der  Lokomotion  der  Protisten  sind  be- 
züglich des  Mechanismus  der  Achsenein- 
stellung nach  Verworn  drei  Typen  zu 
unterscheiden. 

Ein  Beispiel  für  die  Achseneinstellung 
von  amöboiden  Zellen  liefert  die  oben 
beschriebene  Galvanotaxis  der  Amöben. 
In  diesem  Fall  bewirkt  der  Reiz  eine  ein- 
seitige kontraktorische  Erregung,  wodurch 
das  Vorfließen  des  Protoplasmas  nach  der 
anderen  Seite  hin  bedingt  wird.  Der  Reiz 
wirkt  also  nicht  gleichmäßig  auf  den  ganzen 
Körper  der  Amöbe  ein,  sondern  die  der 
Anode  näherliegende  Seite  verhält  sich 
anders  als  die  Kathodenseite.  Im  allge- 
meinen kommt  eine  taktische  Wirkung  dann 
zustande,  wenn  der  Reiz  ein  Potential- 
gefälle hat.  Chemotaxis  z.  B.  kommt  nur 
zustande,  wenn  die  Konzentration  eines 
chemischen  Stoffes  im  Medium  ungleich- 
mäßig ist.  Bringt  man  z.  B.  einen  Tropfen 
Schwefelsäure  in  den  Wassertropfen,  in  dem 
sich  Paramaecien  befinden,  so  diffundiert 
die  Säure  weiter.  Dadurch  entsteht  ein  Kon- 
zentrationsgefälle der  Säure  im  Wasser. 
Ebenso  gehört  es  zur  Thermotaxis,  daß  ein 
Teil  des  Mediums  wärmer  ist  als  die  anderen, 
daß  also  ein  Temperaturgefälle  besteht. 
Wenn  sich  nun  eine  Amöbe  in  einem 
Medium  befindet,  in  dem  ein  Konzentra- 
tionsgefälle eines  chemischen  Stoffes  be- 
findet, der  kontraktorisch  erregend  auf  das 
Protoplasma  wirkt,  so  wird  diejenige  Seite 
des  Körpers  stärker  sich  kontrahieren,  die 
der  größeren  Konzentration  zugewendet  ist. 
Die  Folge  ist  das  Vorfließen  des  Proto- 
plasmas und  das  Fortkriechen  der  Amöbe 
nach  der  entgegengesetzten  Seite  hin,  ebenso 
wie  bei  der  Galvanotaxis  nach  der  Kathode 


566 


Irritabilität 


(Fig.  15).  Das  ist  der  Mechanismus  der 
negativen  Chemotaxis.  Dasselbe  gilt  auch 
für  andere  Reizqualitäten.  —  Es  ist  noch  nicht 
experimentell  entschieden,  ob  bei  der  Gal- 


Fier.  15. 


vanotaxis  der  Amöbe  der  Strom  an  der 
Kathodenseite  eine  der  kontraktorischen 
Erregung  entgegengesetzte  Wirkung,  näm- 
lich eine  expansorische  Erregung  hervorruft. 
Bei     der     kontraktorischen     Erregung     des 


Fig.  16. 


nach 

links 


Fig.  17. 

Protoplasmas  wird  die  Oberflächenspannung 
lokal  erhöht.  Die  Erhöhung  der  Oberflächen- 
spannung ist  eine  Folge  der  veränderten 
chemischen  Beschaffenheit  des  Protoplasmas, 
die  Folge  des  durch  den  Reiz  hervorge- 
rufenen oxydativen  Zerfalls.  Die  Ex|)ansion, 
die  lokale  Herabsetzung  der  ()berflächens])an- 
nung,  scheint  dagegen  durch  die  Aufnahme 


des  Sauerstoffs  in  das  Protoplasma  bedingt 
zu  sein,  denn  bei  Sauerstoffentziehung  hört 
die    expansorische    Phase,    das    Ausstrecken 
der    Pseudopodien    bei    Amöben    auf,    das 
Protoplasma  nimmt  Kugelform  an  (S.  551). 
Es  ist  nun  noch  nicht  näher  untersucht,  ob 
auch   die  Aufnahme   des    Sauerstoffs   durch 
Reize  beschleunigt  oder  ob  die  Oberflächen- 
spannung auf  anderem  Wege  lokal  erniedrigt, 
werden  kann.     Jedenfalls  ist  es  für  die  Er- 
klärung der  positiven  Chemotaxis  der  amö- 
boiden  Zellen   notwendig  anzunehmen,  daß 
durch  chemische  Sub.stanzen  die  Oberflächen- 
spannung lokal  herabgesetzt  werden   kann. 
Den    zweiten    Typus    re])räsentieren    die 
Flagellaten,    die    sich    mittels    einer    Geißel 
bewegen.     Schlägt   die  am 
Vorderende  des  Körpers  be- 
findliche Geißel  gleichmäßig 
stark    nach     beiden     Rich- 
tungen, so  bewegt  sich  das 
Geißelinfusor     in     gerader 
Richtung  vorwärts,   ebenso 
wie  ein  Ruderboot,  an  dessen 
Vorderende  das  Ruder  gleich- 
mäßig starke  Schläge  nach 
links   und   rechts  ausführt. 
Schlägt  dagegen  die  Geißel 
der    einen    Seite,    z.    B.    nach 
stärker,    so    dreht    sich    das 
Vorderende   des  Tieres  nach  rechts, 
ebenso    wie    das    Boot    sich    dreht, 
wenn  das  Ruder  stärker  nach  rechts 
schlägt.  Befindet  sich  nun  eine  solche 
Zelle  im  Potentialgefälle  eines  Reizes, 
z.  B.  im  Konzentrationsgefälle  einer 
chemischen    Substanz,    die    erregend 
auf  die  Geißeltätigkeit  wirkt,  so  wird 
die  Kontraktion  der  Geißel  nach  der 
Seite    der    größeren    Konzentration 
stärker  sein   als   nach   der  anderen, 
denn  die  kontraktile  Substanz  dieser 
Seite  wird  stärker  erregt.     Infolge- 
dessen dreht  sich  das  Vorderende  des 
Infusors  nach   der  anderen  Seite  so 
lange,  bis  es  seine  Achse  in  der  Rich- 
tung   des    Kontraktionsgefälles    ein- 
gestellt hat  (Fig.  16).    Das   Geißel- 
infusor  schwimmt   in    der  Richtung 
des     Konzentrationsgefälles     weiter. 
Sobald     diese     Richtung     verlassen 
wird,  tritt  derselbe  Mechanismus  der 
Achseneinstellung  in  Tätigkeit. 

Der  dritte  Typus  der  Achsenein- 
stellung findet  sich  bei  den  Ciliaten, 
die  sich  durch  den  Schlag  zahlreicher  Wim])ern 
bewegen.  Ein  Fall,  dessen  Mechanismus  sehr 
genau  analysiert  ist,  ist  die  Galvanotaxis  von 
Paraniaecium  (Verworn.  Ludloff, Wallen- 
gren). Schickt  man  durch  einen  Trojjfen 
mit  Paramaecien  einen  schwachen  konstanten 
Strom,  so  stellen  sich  die  Paramaecien  in 
die    Richtung     der    Stromlinien     ein,     und 


Imtabüität 


567 


schwimmen  nach  der  Kathode  hin,  wo  sie 
sich  schließlich  ansammeln  (Fi»;.  17).  Be- 
obachtet man  mit  stärkerer  Yerorößernng 
das  Verhalten  eines  einzelnen  Paramaeciums, 
so  sieht  man,  daß  nach  Schließung  des 
Stromes  die  der  Anode  näher  gelegenen 
Wimpern  stärker  schlagen  als  die  anderen. 
Die  Wirkung  des  Stromes  ist  also  eine  Er- 
regung der  Wimpertätigkeit  an  der  Anoden- 
seite. Ist  das  Tier  vor  der  Schließung  des 
Stromes  z.  B.  so  orientiert,  daß  seine 
Schwimmrichtung  einen  beliebigen  Winkel 
mit  der  Stromrichtung  bildet,  so  werden 
nach  Schließung  des  Stromes  die  Wimpern 
derjenigen  Körperseite  stärker  schlagen, 
die  nach  der  Anode  zugewendet  ist.  Die 
Folge  ist  die  Drehung  des  Vorderendes 
nach  der  anderen  Seite  hin,  ebenso  wie  ein 
Euderboot  seinen  Kiel  nach  links  dreht, 
wenn  die  Ruder  der  rechten  Seite  stärker 
arbeiten  als  die  der  linken.  Das  Para- 
maecium  dreht  sich  so  lange,  bis  seine  Längs- 
achse in  der  Richtung  des  Stromes  eingestellt 
ist.  Das  Vorderende  ist  nach  der  Kathode 
gekehrt,  das  Paramaecium  schwimmt  nach 
der  Kathode.  Die  Wimpern  der  hinteren 
Körperseite,  die  jetzt  der  Anode  näher 
liegen,  schlagen  stärker  als  die  der  Vorder- 
häli'te.  Dies  hat  aber  keine  Drehung  mehr 
zur  Folge,  da  der  Schlag  der  Wimpern  an 
der  hinteren  Hälfte  des  Ini'usors  an  beiden 
Körperseiten  gleichmäßig  verstärkt  ist.  So- 
bald das  Paramaecium  aus  der  Richtung 
des  Stromes  sich  herausdreht,  tritt  derselbe 
Mechanismus  der  Achseneinstellung  von 
neuem  in  Wirkung.  Das  Paramaecium 
schwimmt  also  dauernd  in  der  Richtung 
des  Stromes  nach  der  Kathode.  Der  Me- 
chanismus der  Achseneinstellung  besteht 
also  darin,  daß  die  Wimpern  der  einen 
Seite  stärker  erregt  werden  als  die  der 
anderen.  Befindet  sich  ein  Wimperinfusor 
in  einem  Medium,  in  dem  ein  Konzentrations- 
gefälle eines  chemischen  Stoffes,  der  er- 
regend auf  die  Wimpertätigkeit  wirkt,  herrscht, 
so  tritt  derselbe  Mechanismus  in  Wirkung. 
Die  nach  der  größeren  Konzentration  zu- 
gekehrte Seite  wird  stärker  erregt  und  das 
Vorderende  drelit  sich  nach  der  entgegen- 
gesetzten    Richtung    (Fig.    18).        Ebenso 


einfach    ist    auch    die    Drehung    nach    der 
Reizquelle   hin  zu   verstehen.     Wenn   z.  B. 


der  Reiz  lähmend  auf  die  Wimpertätigkeit 
wirkt,  werden  die  Wimpern  derjenigen 
Seite  schwächer  schlagen,  die  der  Reiz- 
quelle zugewendet  ist.  Die  Folge  ist  die 
Drehung  des  Vorderendes  nach  der  Reiz- 
quelle hin. 

Das  gemeinsame  Prinzip  in  diesen  drei 
Typen  des  Aehseneinstellungsmechanismus 
ist  folgendes.  Die  Reizintensität  ist  un- 
gleichmäßig, es  besteht  ein  Potentialgefälle. 
Infolgedessen  wird  eine  Seite  des  Tieres 
stärker  beeinflußt  als  die  andere.  Dadurch 
kommt  eine  Drehung  der  Körperachse, 
je  nachdem  ob  der  Reiz  erregend  oder 
lähmend  wirkt,  von  der  Reizquelle  weg 
oder  nach  der  Reizquelle  hin,  zustande. 

In  vielen  Fällen  haben  die  taktischen 
Reizwirkungen  einen  anderen  komplizier- 
teren Mechanismus,  der  mehr  an  die  Re- 
aktionen der  höheren  Organismen  erinnert. 
Dies  ist  namentlich  der  Fall  bei  den  höher 
organisierten  Infusorien,  deren  Zellkörper 
eine  Anzahl  besonders  differenzierter  Or- 
ganoide enthält.  Bei  diesen  kommen  Re- 
aktionen vor,  die  an  die  Reflexe  der  höheren 
Tiere  erinnern  und  als  Zellreflexe  bezeichnet 
werden.  Wenn  z.  B.  sich  Paramaecien  in 
einem  Gefäß  befinden,  dessen  eine  Hälfte 
beschattet,  die  andere  dagegen  der  Er- 
wärmung der  Sonnenstrahlen  ausgesetzt 
ist,  so  gibt  ein  Individuum,  das  im  Schwim- 
men mit  dem  Vorderende  vom  kälteren 
in  den  wärmeren  Teil  hineinkommt,  an  der 
Grenze  die  Fluchtreaktion.  Diese  Reak- 
tion besteht  darin,  daß  das  Paramaecium 
sich  plötzlich  rückwärts  bewegt,  dann 
seine  Körperachse  dreht  und  in  einer  neuen 
Rieh  tung  weiterschwimmt  ( J  e  n  n  i  n  g  s).  Beim 
Uebergang  von  der  wärmeren  Hälfte  in  die 
kältere  findet  keine  Fluchtreaktion  statt.  Auf 
diese  Weise  werden  die  Paramaecien,  die 
einmal  die  wärmere  Hälfte  des  Gefäßes 
verlassen  haben,  in  der  kälteren  zurück- 
behalten. Das  Endresultat  ist  die  Ansamm- 
lung der  Paramaecien  in  der  kälteren  Hälfte 
des   Gefäßes. 

Zweifellos  kommen  solche  Mechanismen 
bei  höher  organisierten  Protisten  vor.  Das 
vordere  Körperende  vieler  Ciliaten  scheint 
besonders  erregbar  zu  sein.  Von  dieser 
Stelle  aus  wird  die  Fluchtreaktion  ausgelöst, 
so  oft  die  Infusorien  beim  Schwimmen 
durchs  Medium  unter  veränderte  Bedingungen 
kommen,  die  als  Reiz  wirken.  Es  ist  aber 
verfehlt,  diesen  Mechanismus  als  allgemeines 
Prinzip  für  die  Erklärung  der  taktischen 
Reizwirkungen  aufzustellen.  Vor  allem 
kommt  ein  solches  Verhalten  für  die  niederen 
Organismen,  wie  die  amöboiden  Zellen, 
gar  nicht  in  Betracht.  Bei  diesen  handelt 
es  sich  bloß  um  Kontraktion  oder  Expansion 
des  Protoplasmas,  von  Fluchtreaktion  zu 
sprechen    hat    hier    keinen    Sinn.      Ferner 


568 


Irritabilität 


erfolgen  auch  bei  den  liüher  organisierten 
Infusorien  keineswegs  alle  tal^tischen  Wir- 
kungen in  dieser  Weise,  wie  es  der  experi- 
mentell sehr  genau  analysierte  Fall  der 
Galvanotaxis  der  Ciliaten  zeigt.  Von  Flucht- 
reaktion kann  nur  gesprochen  werden,  wenn 
sich  an  einer  Stelle  des  Mediums  die  Be- 
dingungen plötzlich  ändern,  nicht  aber  bei 
einem  konstanten  Potentialgefälle.  Eine 
taktische  Wirkung  im  konstanten  Potential- 
gefälle haben  wir  aber  in  zahlreichen  Fällen, 
so  in  der  Galvanotaxis  oder  Geotaxis  der 
Paramaecien,  in  der  Phototaxis  der  Eu- 
glenen  usw. 

8.  Der  Mechanismus  der  Lähmung. 
Die  Wirkung  der  lähmenden  Reize  be- 
steht in  der  Herabsetzung  der  Intensität 
der  Stoffwechselvorgänge.  Der  Gesamt- 
stoffwechsel ist  die  Resultante  aus  dem 
Zusammenwirken  einer  großen  Zahl  von 
Partialprozessen.  Die  Lähmung  jedes  solchen 
Partialgliedes  bringt  eine  Störung  des  Ge- 
samtstoffwechsels mit  sich.  Ein  Fall,  in 
dem  alle  Partialprozesse  des  Stoffwechsels 
durch  einen  Reiz  gelähmt  werden,  ist  ge- 
geben in  der  Wirkung  der  Kälte  auf  die 
Zellen  der  poikilothermen  Tiere.  Bei  Herab- 
setzung der  Temperatur  nimmt  die  Ge- 
schwindigkeit der  Lebensvorgänge  wie  die 
jeder  chemischen  Reaktion  nach  der  van  t' 
Hoffschen  Regel  ab. 

Aber  auch  in  diesem  Fall  ist  es  nicht 
wahrscheinlich,  daß  die  Intensität  all  der 
verschiedenen  Partialprozesse  in  gleichem 
Maße  herabgesetzt  wird.  Die  meisten 
lähmenden  Reize  wirken  auf  ganz  bestimmte 
Glieder  aus  der  großen  Anzahl  der  chemi- 
schen Vorgänge,  die  den  Stoffwechsel  einer 
Zelle  zusammensetzen. 

Es  scheint  nun,  daß  ein  bestimmter 
Teilvorgang,  der  sich  auch  gegenüber  der 
Wirkung  der  erregenden  Reize  als  be- 
sonders labil  gezeigt  hat,  auch  von  den  ver- 
schiedenen lähmenden  Reizen  in  erster 
Linie  eine  Herabsetzung  seiner  Intensität 
erfährt.  Es  handelt  sich  um  den  oxydativen 
Stoffwechsel.  Eine  Reihe  von  Lähmungen 
ließ  sich  auf  die  Lähmung  des  Sauerstoff- 
wechsels zurückführen. 

Den  Typus  dieser  Lähmungen  bildet  die 
Erstickung.  Bei  Entziehung  des  Sauerstoffs 
geht  der  oxydative  Zerfall  immer  mehr  in 
den  anoxydativen  über.  Da  die  Energie- 
produktion des  letzteren  eine  viel  geringere 
ist,  wird  die  Wirksamkeit  erregender  Reize 
herabgesetzt.  Die  Erregbarkeit  sinkt.  Im 
anoxydativen  Stoffwechsel  entstehen  statt 
der  einfachen  Endprodukte  COg  und  Wasser 
größere  Moleküle,  die  nicht  so  leicht  aus  der 
Zelle  durch  Diffusion  entfernt  werden  können. 
Diese  Stoffwechselprodukte  wirken  wiederum 
lähmend. 


Einen  Fall  von  Erstickung  als  sekundäre 
Reiz  Wirkung  der  erregenden  Reize  haben 
wir  in  der  p]rmüdung.  Die  Ermüdung 
beruht  auf  der  Verlängerung  des  Refraktär- 
stadiums  infolge  relativen  Sauerstoffmangels. 

Zum  selben  Typus  gehört  auch  die 
Wärmelähmung.  Bei  Erhöhung  der  Tem- 
peratur nimmt  die  Geschwindigkeit  jeder 
chemischen  Reaktion  zu,  und  zwar  nach 
der  van  t' Hoffschen  Regel  pro  10''  Tem- 
peraturzunahme um  das  Zwei-  bis  Dreifache. 
Die  Gültigkeit  der  van  t' Hoffschen  Tem- * 
peraturregel  wurde  in  zahlreichen  Fällen 
auch  für  die  Lebensvorgänge  nachge- 
wiesen. Die  primäre  Wirkung  der  Tempe- 
raturerhöhung ist  also  eine  Beschleunigung 
der  Stoffwechselvorgänge.  In  der  Tat 
wächst  z.  B.  die  Erregbarkeit  der  Nerven- 
zentren des  Frosches  bei  Erwärmung,  so 
daß  die  Frösche  zwischen  32"  bis  40°  auf  die 
schwächsten  Reize  mit  starken  tetanischen 
Krämpfen  reagieren,  wie  in  der  Strychnin- 
vergiftung  (Winterstein).  Bald  aber  sinkt 
die  Erregbarkeit  bis  auf  0  herab,  die  Nerven- 
zentren sind  gelähmt.  Diese  Wärmelähmung 
ist  reversibel.  Aber  die  einfache  Abkühlung 
beseitigt  die  Lähmung  allein  nicht.  Kühlt 
man  die  Nervenzentren  in  Abwesenheit  von 
Sauerstoff  ab,  so  kehrt  die  Erregbai  keit 
nicht  wieder.  Dies  ist  nur  der  Fall,  wenn 
ihnen  bei  der  Abkühlung  auch  Sauerstoff 
zur  Verfügung  gestellt  wird.  Daraus  geht 
hervor,  daß  es  sich  in  der  Wärmelähmung 
um  einen  Fall  von  Erstickung  handelt. 
Die  Menge  von  Sauerstoff,  die  bei  niedriger 
Temperatur  für  den  Bedarf  des  Stoffwechsels 
genügt,  reicht  für  den  erhöhten  Sauerstoff- 
bedarf des  in  der  Wärme  beschleunigten 
Stoffwechsels  nicht  mehr  aus,  es  entsteht 
relativer  Sauerstoffmangel,  clie  lebendige 
Substanz  erstickt.  Denselben  Mechanismus 
zeigt  auch  die  Wärmelähmung  des  Nerven. 
Bei  höherer  Temperatur  erstickt  der  Nerv 
schneller  als  bei  niedrigerer  (Thörner). 
Andererseits  tritt  die  Wärmelähmung  des 
Nerven  bei  höherer  Temperatur  ein,  wenn 
der  Partialdruck  des  Sauerstoffs  größer  ist, 
als  wenn  weniger  Sauerstoff  dem  Nerven  zur 
Verfügung  steht. 

Auch  der  Mechanismus  der  Narkose 
beruht  auf  der  Lähmung  des  Sauerstoff- 
wechsels. Die  Narkose  ist  eine  akute  Er- 
stickung (vgl.  den  Artikel  ,,Narkose"). 

Es  wäre  aber  unrichtig  anzunehmen, 
daß  jede  chemische  Substanz,  die  lähmend 
wirkt,  ein  Narkotikum  ist,  und  in  derselben 
Weise  auf  die  lebendige  Substanz  einwirkt. 
Ja  selbst  die  Narkotika  können  außer  der 
Lähmung  des  Sauerstoffwechsels  noch  andere 
Wirkungen  haben,  die  besonders  bei  höheren 
Konzentrationen  auftreten.  Es  sind  dies 
Veränderungen  des  Protoplasmas,  die  wahr- 
scheinlich durch  Fällung  kolloidaler   Stoffe 


Irritabilität  —  Isocyklische  Yerbindungen 


569 


entstehen  und  zu  tiefgehenden  irreversiblen 
Schädigungen  der  Zelle  führen. 

Literatur.  M,  Venvorn,  Allgemeine  Physiologie, 
ö.  Aiiß.  Jena  1909.  —  Derselbe,  Die  Biogen- 
hypothese. Eine  kritisch-experimentelle  Studie 
über  die  Vorgänge  in  der  lebendigen  Substanz. 
Jena  1905.  —  Derselbe,  Irritabilily.  London 
191S.  —  W.  Biedermann,  Elektrophysiologie. 
Jena  1895.  —  L.  L/uciani,  Physiologie  des 
ßlenschen.  Deutsche  Ausgabe.  Jena  1907. 
Bd.  3 ;  Allgemeine  Muskel-  und  Nervenphysio- 
logie. —  A.  Piltter,  Vergleichende  Physiologie. 
Jena  1911.  —  Th.  Ziehen,  Leitfaden  der  2)hy- 
sioloyischen  Psychologie.     Jena  1906. 

J.    V4szi. 


CHo 
CH 


>CHo 


/ 


CH2 — CH2 

I  I 

CHg CHq 


Cyklopropan  Cyklobutan 


CH,— CH 


CHg — CH2 


2\^ 


CHg — CH2 — CH2 
I  I 

CH2 — CH2 — CH2 


Isocyklische  Verbindungen. 

1.  Allgemeines  über  isocyklische  Verbin- 
dungen. 2.  Gesättigte  isocyklische  Verbindungen, 
Derivate  von  CnHzn.  3.  Ungesättigte  iso- 
cyklische Verbindungen,  Derivate  von  CnHan— 2 
und  CnH2n— 4.  4.  Isocyklische  Verbindungen 
CnHan— 6,  das  Benzol  und  seine  Derivate,  das 
Cykloheptatrien  und  die  Cyklooctatriene.  5.  Das 
Cyklooctatetraen  CnHan— 8.  6.  Spezielles  über 
Cykloparaffine  und  Cykloolefine.  7.  Alkohole 
der  Cykloparaffinreihe,  insbesondere  Cyklohexa- 
nole.  8.  Cykbsche  Ketone.  9.  Cyklische  Car- 
bonsäuren, Stereoisomerie  derDicarbonsäurenund 
aller  anderen  Disubstitutionsprodukte  der  Cy- 
kloparaffine. 

1.  Allgemeines  über  isocyklische  Ver- 
bindungen. Zu  den  isocyklischen^)  oder 
carbocyklischen  Verbindungen  rechnet 
man  alle  diejenigen  Kohlenstoffverbindungen, 
in  deren  Formel  die  Kohlenstoffatome  ohne 
Zwischengliederung  andersartiger  Atome  ring- 
förmig miteinander  verknüpft  sind.  Die  iso- 
cyklischen  Verbindungen  stehen  also  den 
heterocyklischen  gegenüber,  deren  Ringe  aus 
verschiedenen  Gliedern  (Kohlenstoff-,  Stick- 
stoff-, Sauerstoff-,  Schwefelfatomen  usw.) 
bestehen.  Man  kennt  drei-,  vier-,  fünf-, 
sechs-,  sieben-,  acht-  und  neungliedrige 
Ringsysteme;  tricarbocyklische,  tetracarbo- 
cyklische  usw.  Verbindungen. 

2.  Gesättigte  isocyklische  Verbin- 
dungen, Derivate  von  CH^n.  Ein  Teil  der 
isocyklischen  Verbindungen  leitet  sich  ab 
von  den  Grundkohlenwasserstoffen,  den 
Polymethylenen  CnHan.  Die  Haupttypen 
sind: 


Cyklopentan  Cyklohexan 

CH2 — CH2 — CH2\ 

I  /CH2 

CH2 — CH2 — CH2 
Cykloheptan 
CH2— CH2— CH2— CH2 

CH2 — CH2 — CH2 — CHo 
Cyklooctan 

CH2-CH2-CH2^CH2s 


CH2 — CH2 — CH2 — CHo'^ 
Cyklononan. 


)CH<,. 


^)  Die  Bezeichnung  „isocykhsch"  wird  auch 
in  weiterem  Sinne  für  alle"^  Ringsysteme  aus 
gleichartigen  Atomen  gebraucht,  z.  B.  für  den 

N=N 
Ring  der  Stickstoffwasserstoffsäure   \/  . 

NH 


Diese  Kohlenwasserstoffe  zeigen  eine 
sehr  geringe  Reaktionsfähigkeit.  Ihre  Wasser- 
stoff atome  sind  auf  direktem  Wege  schwer 
durch  andere  Atome  oder  Atomgruppen  zu 
substituieren.  Sie  sind  sehr  beständig 
gegen  Oxydationsmittel  und  zeigen  kein 
Bestreben  zu  i\dditionsreaktionen.  Ihre 
Halogen-,  Hydroxyl-,  Carboxyl-  und  Amino- 
derivate  sind  Verbindungen,  die  sich  ganz 
ähnlich  verhalten,  wie  die  Halogenalkyle, 
Alkohole,  Säuren  und  Alkylamine.  Die 
Polymethylene  und  ihre  Abkömmlinge  reihen 
sich  also  eng  an  die  gesättigten  aliphatischen 
Verbindungen  und  an  deren  Stammkörper, 
die  Paraffine  CnHan+a  an.  Sie  sind  trotz 
ihrer  Formel  CnH2n  und  trotz  ihrer  Isomerie 
mit  den  ungesättigten  aliphatischen  Kohlen- 
wasserstoffen, den  Alkylenen  oder  Olefinen, 
doch  zu  den  gesättigten  Verbindungen  zu 
zählen.  Man  hat  sie  daher  auch  Cyklo- 
paraffine, und  die  Gesamtheit  aller  Ver- 
bindungen als  alicyklische  Verbindungen 
bezeichnet.  Die  Gleichheit  des  chemischen 
Charakters  der  Paraffine  dHan+a  und 
der  Cykloparaffine  CnHan  spiegelt  sich 
auch  in  einem  Grundzuge  ihrer  Struktur- 
formeln wieder.  Ebenso  wie  in  den  Formeln 
der  Paraffine  z.  B.  des  Propans  CH3 — CH2 
— CH3  wird  auch  in  den  Formeln  der  Cyklo- 
paraffine zur  Bindung  der  einzelnen  Kohlen- 
stoffatome untereinander  immer  nur  die 
geringst  mögliche  Anzahl  von  Valenzen  ver- 
wendet, so  daß  also  derartige  Bindungs- 
verhältnisse, ganz  gleich,  ob  die  Kohlen- 
stoffatome in  kettenförmiger  oder  ring- 
förmiger Anordnung  vorhanden  sind,  stets 
der  Ausdruck  des  gesättigten  chemischen 
Charakters  sind. 

Die  verschiedengliedrigen  Ringsysteme 
sind  von  sehr  abweichender  Festigkeit.    Die 


570 


Isocyklische  Verbindimgen 


Verbindungen  der  Cyklopentan-  und  der 
Cyklolu'xaiireihe  sind'  die  beständigsten; 
sie  werden  leicht  gebildet  und  schwer  zer- 
legt. Kingbildung  und  Kingsprengung,  diese 
beiden  entgegengesetzten  Vorgänge,  stehen 
also  in  einem  sehr  nahen,  ursächlichen 
Zusammenhange. 

Diese  Tatsachen  haben  ihre  Erklärung 
gefunden  in  der  ,,v.  Baeyerschen  Span- 
nungstheorie", die  sich  ihrerseits  stützt 
auf  die  von  Le  Bei  und  van't  Hoff  be- 
gründete Stereochemie  des  Kohlenstoff- 
atomes.  Nach  dieser  Lehre  stellt  das 
Methan  CH4  ein  regelmäßiges  Tetraeder  vor, 


in  dessen  Schwerpunkt  das  Kohlenstoff- 
atom zu  denken  ist,  und  nach  dessen 
Ecken  seine  vier,  mit  Wasserstoffatomen 
abgesättigten  Valenzen  gerichtet  sind. 
Der  Wiidvcl,  den  diese  Richtungslinien 
oder  Tetraederachsen  miteinander  bilden, 
ist  109"  28'.  Sind  nun  in  den  Homo- 
logen des  Methans  solche  Tetraeder  derart 
miteinander  verknüpft,  daß  ihre  Schwer- 
))uidvte  in  einer  Ebene  liegen,  so  erhält  man 
beispielsweise  für  das  Propan  CH3 .  CR.^  •  CH3 
und  für  das  Normalpentan  CH3  .  CH2 .  CH, 
.  CHo .  CH3  folgende  Symbole: 


Man  erkennt,  daß  die  Entfernung  der 
mit  R  bezeichneten  Tetraederecken  in  dem 
Propansymbol  viel  größer  ist  als  in  dem 
Pentansymbol.  Sollen  nun  aus  diesen  beiden 
Kohlenwasserstoffsymbolen  durch  Ver- 
knüpfung der  beiden  R-Ecken  die  entspre- 
chenden Polymethylensymbole  des  Cyklo- 
propans  und  des  Cyklopentans  werden,  so 
müssen    die    Richtungsachsen    eine    Ablen- 

vom  Propan  zum  Cyklopropan 
„     Butan  zum  Cyklobutan 
„     Pentan  zum  Cyklopentan 

Wächst  die  Gliederzahl  der  Kohlenstoff- 
ketten und  der  korrespondierenden  Kohlen- 
stoffringe, so  müssen  die  Achsen  bei  der 
Schließung   des    Ringes   eine   Ablenkung  in 


kung  aus  ihrer  normalen  Lage  nach  innen 
erfahren.  Beim  Cyklopropan,  welches  als 
ein  gleichseitiges  Dreieck  zu  denken  ist, 
beträgt  der  Winkel,  den  die  iVchsen  mitein- 
ander bilden  müssen  öO**,  beim  Cyklobutan 
(als  Quadrat  gedacht)  90*^,  beim  Cyldopentan 
(als  gleichseitiges  Fünfeck)  108°  usf.  Der 
Ablenkungswinkel  einer  jeden  Achse  ist 
beim  Uebergang 

=  K  (IO9028'— 60°)    =  +  24044' 
=  1.'  (109°28'— 90°)    =  +  90  44' 
=  1 2  (109°28'— 108°)  =  +  0°  44'. 

entgegengesetztem  Sinne,  nach  außen  er- 
fahren. Der  Ablenkungswinkel  ist  beim 
Uebergang 


vom  Hexan  zum  Cyklohexan 
,,     Heptan  zum  Cykloheptan 
,,     Octan  zum  Cyklooctan 
,,     Nonan  zum  Cyklononan 


1,  (109°  28'— 120°)       = 

—5°  IG' 

1:,  (109°  28'— 128°  34')  = 

—9°  33' 

H  (109°  28'— 135°)        = 

—12°  51' 

14  (109°  28'— 140°)        = 

—15  °16' 

Die  Größe  des  Ableiüvungswinkels  ist 
also  ein  Maß  für  die  ,, Spannung"  im  Ringe 
und  demgemäß  auch  für  die  Beständigkeit 
einer  jeden  gesättigten  carbocyklischen  Ver- 
bindung. 

Mit  diesen  Vorstellungen  stehen  in  bestem 
Einklano;  die  kalorimetrischen  Konstanten 
der  Polymethylen Verbindungen.  Die  Ver- 
brennungswärme  des  Cvklohexans  CgHjo 
(2  Cgig  =  (939,1  Cal.)  "ist    um  47,7  CaL 


niedriger  als  das  doppelte  der  Verbrennungs- 
wärme des  Cyklopropans  C3H6  (2  x  499,4 
=  998,8  Cal.).  Die  Verbrennungswärme  des 
Cyklopentans  beträgt  Ve  ^'O'^  *^lGr  des  Cyklo- 
hexans.  Der  größeren  Spannung  im  Ringe 
entspricht  der  größere  Energieinhalt  der  Ver- 
bindung. 

3.  Ungesättigte  isocyklische  Verbin- 
dungen, Derivate  von  Cuü^u  -2  und  CnH2„_4. 
Neben  den  gesättii;ten   Kohlenwasserstoffen 


Isocyklisclie  Verbindungen 


571 


CnH.n  existieren  noch  große  Grnppen  an- 
derer cyklischer  Kohlenwasserstoffe  mit  einer 
Minderzahl  von  Wasserstoffatomen  z.  B. 
CnH.n-2  und  CnH2n-4.  Solche  Verbin- 
dungen addieren  mit  großer  Leichtiglceit 
eine  paare  iVnzahl  einwertiger  Atome  oder 
Atomgruppen,  z.  B.  Wasserstoff,  Halogene, 
Halogenwasserstoffsäuren,  Schwefelsäure  u. 
a.  m.  Sie  werden  durch  Kaliumpermanganat 
leicht  oxydiert,  verhalten  sich  also  wie  die 
ungesättigten  aliphatischen  Verbindungen 
oder  Olefine,  und  werden  daher  auch  ,,ali- 
cyklische  ungesättigte  Verbindungen" 
oder  „Cy kl 0 olefine"  genannt.  Das  che- 
mische Verhalten  dieser  Verbindungen  mußte 
dazu  führen,  in  ihren  Formeln  Doppel- 
bindungen anzunehmen  und  diesen  auch 
dieselben  Funktionen  zuzuschreiben  als  in 
den  Aethylenverbindungen.  Einige  solcher 
Kohlenwasserstoffe  sind : 


CH,— CH 

I  II 

CH2— CH 

Cyklobuten 

CH^CH, 
I  CHo 

CH=CH^ 
Cyklopentadien 
CH,— CH=CH 


CH  =CH 


\ 


CH, 


CH2— CH/ 
Cyklopenten 
CH,-CH  =CH 

CH2— CH2    CH, 
Cyklohexen 
CH.— CH  =CH 


)CH, 


CH2-CH=CH  CHo— CH2— CH2' 

Cyklohexadien  Cyklohepten 

CHo— CH  =CH. 
I     "  2CH 

CH2— CH2— CH^ 
Cykloheptadien 
CH,-CH2— CH  =CH 

CH2— CH2— CH2— CHo 

Cykloocten 
CH2-CH.2-CH=CH 

CH2-CH0— CH=CH 
Cyklooctadien 

Die  Symbole  haben  eine,  oder  zwei 
Doppelbindungen  in  benachbarter,  ,,kon- 
jugierter"  Folge.  In  keinem  dieser 
Symbole  besteht  der  Ring  aus  stetig, 
miteinander  abwechselnden  'einfachen  und 
doppelten  Bindungen.  Es  sind  immer  Ring- 
teile mit  mindestens  zwei  einfach  gebundenen 
Kohlenstoffatomen  vorhanden.  Die  nicht 
durchweg  konjugierten  Doppelbindungen 
dieser  ringförmigen  Symbole  sind  also  gerade 
so  wie  die  Doppelbindungen  der  ketten- 
förmigen Symbole  des  Propens  CH3 — ^CH 
=  CH2,  des  Butens  CH3 .  CHg .  CH  =  CH2 
der  formale  Ausdruck  für  den  ungesättigten 


Charakter  der  hierher  gehörigen  Kohlenstoff- 
verbindungen. 

Eine  stereochemische  Betrachtungsweise 
der  alicyklischen  ungesättigten  Ver- 
bindungen betreffs  ihrer  Beständigkeit  in 
Anlehnung  an  die  ,,  Spannungstheorie"  hat 
sich  bisher  als  nicht  unbedingt  notwendig 
gezeigt. 

4.  Isocyklische  Verbindungen  dHan— 6. 
Das  Benzol  und  seine  Derivate.  An  die 
eben  besprochenen  Verbindungen  CnHzn— 2 
und  CnH,!!— 4  reihen  sich  naturgemäß  die 
Verbindungen  an,  die  sich  vom  dem  Benzol 
CnHan— 6  alDlelteii.  Die  zunächst  liegende 
Annahme,  daß  das  Benzol  und  seine  Homo- 
logen in  verstärktem  Maße  den  Charakter 
der  Olefine  oder  Cykloolefine  aufweisen  wür- 
den, hat  sich  nicht  bestätigt.  Das  Additions- 
vermögen der  Benzolkohlenwasserstoffe  ist 
sehr  wenig  hervorstechend.  Zwar  lagern  sich 
Wasserstoff  und  die  Halogene  in  paarer 
Anzahl  an,  jedoch  nicht  mit  besonderer 
Leichtigkeit  und  immer  nur  unter  beson- 
deren Bedingungen.  Halogenwasserstoffe 
und  Schwefelsäure  werden  nicht  addiert. 
Hierzu  kommt  noch,  daß  die  Verbindungen 
CnHan— 6  Reaktionen  zeigen,  die  man  nicht 
bei  Olefinen  und  Cykloolefinen  kennt,  z.  B. 
nicht  den  leichten  Austausch  von  Wasser- 
stoff gegen  die  Nitro-  und  Sulfonsäuregruppe, 
d.  h.  also  die  leichte  Bildung  von  Nitro- 
benzol  CgHs .  NO2  und  Benzolsulfonsäure 
CßHj .  SO3H  bei  der  Einwirkung  von  Sal- 
petersäure und  Schwefelsäure.  Schließlich 
zeigen  auch  die  Derivate  des  Benzols  z.  B. 
die  Phenole  CgHg .  OH  und  das  Anilin 
CgHg .  NH2  ein  von  den  aliphatischen  Alko- 
holen C„H2n+iOH  und  von  den  Alkyl- 
aminen  CnH2n+iNH2  stark  abweichendes 
Verhalten. 

Das  Benzol  und  seine  Derivate,  das 
ganze  große  Heer  der  aromatischen  Verbin- 
dungen, haben  also  einen  besonderen  Cha- 
rakter, so  daß  die  zuerst  von  Kekule  auf- 
gestellte Cyklohexatrienformel 


CH 


CH, 
CH 


CH^ 

ch' 


CH 


mit  drei  Doppelbindungen  nicht  bedingungs- 
los angenommen  werden  konnte.  Schon 
Kek  nie  selbst  hat  Hilfshypothesen  zur  Stütze 
seiner  Formel  aufstellen  müssen.  Und  später 
haben  andere  Forscher,  wie  Claus,  Laden - 
bürg,  Armstrong,  v.  Baeyer  u.  a.  die 
Sechseckformel  in  mehr  oder  weniger  großem 
Maße  modifiziert  und  andere  Symbole  auf- 
s;estellt. 


Isocyklische  Yerbindungen 


Lad  en bürg,  Prisiiifiit'urmel. 


Claus, 
Diagonalformel 


A  r  m  s  t  r  0  n  g  -  B  a  e  y  e  r , 
Centrischc  Formel 


Es  ist  hier  niclit  der  Platz  auf  das  Für 
und  Wider  dieser  Symbole  einzugehen, 
da  dies  in  anderen  Kapiteln  dieses  Hand- 
buches (vgl.  Aronuitisclic  Verbindungen  oder 
Benzolderivate)  ausliilirlicli  geschehen  ist. 
Nur  sei  im  Hinblick  auf  das  Folgende  er- 
wähnt, daß  Thiele  die  Sonderstellung  des 
Benzols  und  seiner  Derivate  in  direkter  An- 
lehnung an  das  Kekulesche  Schema  durch 
die  restlose  Konjugation  der  Doppel- 
bindungen, d.  h.  durch  den  steten 
Wechsel  zwischen  den  doppelten  und 
einfachen  Bindungen  (ohne  Zwischen- 
gliederung mehrerer  einfacher  Bindungen)  zu 
begründen  versucht  hat.  Seine  Theorie 
stützt  sich  darauf,  daß  Verbindungen  mit 
benachbarten  Doppelbindungen  häufig  nur 
an  den  Eiulen  des  konjugierten  Systems 
addieren  z.  B.  Derivate  des  Butadiens  CH,  = 
CH— CH  =  CHo  nur  unter  Bildung  von  R'CHa 
— -CH  =  CH— CH2R'.  Sind  nun,  wie  im  Cy- 
klohexatrien  keine  Enden  des  konjugierten 
Systems  zu  erkennen,  so  kann  auch  die 
Addition  entweder  nicht  oder  nur  unter 
besonderen  Bedingungen  stattfinden.  Sind 
dagegen  wie  im  Cyklohexadien 
CH 


H2C 
H,0 


CH 
CH 


CH 


Enden  des  konjugierten  Systems  vorhanden, 
so  erfolgt  die'  Addition  ebenso  leicht  wie 
im  Butadien. 

Das  Cykloheptatrien  und  die 
Cyklooctatriene.  Der  allgemeinen 
Formel  CnHzn— 6  entsprechen  ferner  zwei 
erst  jüngst  von  Willstätter  dargestellte 
Kohlenwasserstoffe,  das  Cykloheptatrien  und 
das  Cyklooctatrien. 


CH2-CH=CH. 
I     ^  \ 


CH  -CH-CH^ 
Cykloheptatrien 


CH    und 


CH2— CH=CH— CH 

CH2-CH=CH— CH 
Cyklooctatrien. 

Diese  beiden  Verbindungen  verhalten 
sich  in  bezug  auf  Additions-  und  Oxydations- 
reaktionen genau  so,  wie  das  oben  erwähnte 
Cyklohexadien  und  wie  das  Cyklopentadien, 
also  wie  die  Olefine,  Der  ungesättigte 
Charakter  aller  dieser  Verbindungen  prägt 
sich  in  den  Formeln  mit  nicht  restloser 
Konjugation  der  Doppelbindungen  aus. 

5.  Das  Cyklooctatetraen  CnHan— 8.  Ist 
die  Thielesche  Theorie  richtig,  so  muß  ein 
;  Cyklooctatetraen 

I  CH=CH— CH=CH 

I  CH=CH  -CH=CH 

I  mitrestloser  Konjugation  der  Doppel- 
bindungen sich  wie  das  Benzol  verhalten. 
Ein  Kohlenwasserstoff,  der  nach  den  bis- 
herigen Untersuchungen  die  obige  Formel 
hat,  ist  jüngst  von  Willstätter  dar- 
gestellt worden.  Er  addiert  Brom  mit  großer 
Leichtigkeit,  ferner  auch  Wasserstoff  unter 
Bedingungen,  unter  denen  das  Benzol  nicht 
hydriert  wird.  Er  wird  durch  Kalium- 
permanganat momentan  oxydiert  und  ist 
nicht  leicht  substituierbar.  Das  Cyklo- 
octatetraen hat  also,  entgegen  der  Voraus- 
setzung, den  typischen  Charakter  eines 
Olefins. 

Diese  Tatsachen  sprechen  gegen  die 
Thielesche  Theorie  und  gegen  alle  bisherigen 
Benzoltheorien,  so  daß  also  das  alte  Problem, 
ein  befriedigendes  Symbol  für  die  Konsti- 
tution des  Benzols  und  aller  seiner  Derivate 
zu  finden,  immer  noch  nicht  als  vollauf 
gelöst  betrachtet  werden  kann.  Ein  Versuch 
die  zentrische  Formel  v.  Baeyers  zu  modi- 
fizieren, liegt  bereits  vor. 

Für  die  nun  folgende  Beschreibung  der  wich- 
tigsten isocyklischen  Verbindungen  ist  hier  nicht 
das  sonst  übliche  Einteilungsprinzip  nach  der 
Gliederzahl  der  Ringsysteme  gewählt  worden, 
sondern  vielmehr  ein  System  nach  dem  che- 
mischen Charakter  der'  Verbindungen.  Es 
werden  also  nicht  zuerst  die  tricarbocj'klischen, 
dann  die  tetracarbocyklischen  Verbindungen 
usw.  aufgezählt,  sondern  der  Reihe  nach  die 
Kohlenwasserstoffe,  dann  die  Alkohole,  die 
Ketone  und  die  Carbonsäuren,  soweit  sie  ein 
theoretisches  oder  allgemeineres  Interesse  be- 
anspruchen dürfen. 

6.  Spezielles  über  Cykloparaffine  und  Cy- 
kloolefine.  Darstellung  von  Cykloparaffi- 
nen.  1.  Aus  ahphatischen  Dihalogenverbin- 
dungen  und  Natrium,  z.  B. 


/CH^Br 
CH/  +  Na„ 

^CHjBr 
a,  y-Dibrompropan 
(Trimethylenbromidj. 


/CH, 
CH2<   I     '    +    2NaBr 
\CH, 


Isocyklisclie  Verbindungen 


573 


2.  Durch  Reduktion  synthetisch  gewonnener 
Cykloolefine  mit  Wasserstoff  und  Nickel  bei 
erhöhter  Temperatur  z.  B.  Cvklobut  an  aus 
Cvklobuten  bei  100». 

CH^— CH  CHa— CH, 

I  II      +  H,  =    I  I 

CHa— CH  CHä— CHa 

Cyklohexan  entsteht  beim  Ueberleiten  von 
Benzoldämpfen  und  Wasserstoff  über  fein  ver- 
teiltes Nickel  bei  180  bis  250». 

3.  Durch  Einwirkung  von  Jodwasserstoff- 
säure und  Phosphor  auf  Halogencykloparaffine, 
eine  besonders  bei  gliederreicheren  Kohlen- 
wasserstoffen angewandte  Methode 

C«HiiJ  +  H,     =     CeHia  +  HJ 
Cyklohexyljodid  Cyklohexan. 

Darstellung  vonCykloolefinen.  1.  Durch 
Halogenwasserstoffentziehung  aus  Halogen- 
cykloparaffinen 

CgHsJ  +  KOH    =    CsHg  +  KBr  +  H,0 
Cyklopentyljodid     Cyklopenten. 

2.  Durch  Wasserentziehung  aus  cyklischen 
Alkoholen 


C„H,iOH      —  H„0 


CfiH, 


Cyklohexylalkohol  Cyklohexen. 

3.    Durch    Halogenwasserstoffabspaltung   aus 
Dihalogencykloparaffinen.    Bildung  von  Dienen. 

/CH2- — CHj 
CH3/  >CHBr  +  2K0H  = 

CH2— CHBr 

,cH„— ca 


CH, 


r 


\ 


-CH  =  CH- 


CH 


Cykloparaffine.  Cyklopropan  (Tri- 
methylen)  CgHg  ist  ein  leicht  zu  verdichtendes, 
mit  leuchtender  Flamme  brennbares  Gas.  Es 
ist  der  unbeständigste  aller  cyklischen  Kohlen- 
wasserstoffe, isomer  mit  PropylenCHj — CH=CH2. 
Cyklopropan  wird  im  Gegensatz  zu  Propylen 
nicht  durch  Permanganat  oxydiert.  Beide 
Kohlenwasserstoffe  liefern  aber  mit  Wasserstoff 
in  Gegenwart  fein  verteilten  Nickels  bei  höherer 
Temperatur  Propan  mit  Jodwasserstoff  Pro- 
pyljodid,  das  Cyklopropan  langsamer  als  das 
Propylen.  Cyklopropan  addiert  im  Sonnenlichte 
Brom  zu  K,7-Dibrompropan  CHaBr.CHa.CHoBr, 
Propylen  bildet  mit  Brom  schon  in  der  Dunkel- 
heit das  a,/i-Dibrompropan  CHg.CHBr.CHaBr 
(wesentlicher  Unterschied  der  beiden  isomeren 
Kohlenwasserstoffe,  Konstitutionsbeweis).  Der 
Ring  des  Cyklopropans  wird  also  sehr  leicht  ge- 
öffnet, leichte  Bildung  von  Propanderivaten. 

Cyklobutan  C4HS.  Sdp.  11—12».  Be- 
ständig gegen  Wasserstoff,  Brom,  Jodwasser- 
stoffsäure und  Permanganat.  Großer  Unterschied 
vom  Cyklopropan.  Der  Vierring  ist  viel  be- 
ständiger als  der  Dreiring. 

Cyklopentan  C5HJ0.  Sdp.  50»,  verhält 
sich  ganz  wie  ein  gesättigter  Kohlenwasserstoff. 

Cyklohexan  CeHjo.  Sdp.  81»,  Schmp.  +6», 
bildet  mit  seinen  Homologen  den  Hauptbestand- 
teil des  kaukasischen  und  galizischen  Petroleums, 
derNaphta.  Sie  führen  daher  den  Sammel- 
namen Naphtene  und  werden  unter  dieser 
Bezeichnung  in  einem  besonderen  Kapitel  dieses 
Handbuches  beschrieben. 

Cyklohexan     zerfällt     oberhalb     300»     über 


Nickel  partiell  in  Benzol  und  Wasserstoff,  aus 
denen  es  bei  niedrigerer  Temperatur  entsteht. 
Cykloheptan  (Suberan)  C,Hi4.  Sdp.  117». 
Cyklooctan.  Schmp.  11,5». 
Cyklononan.  Sdp.  170—172». 
Cykloolefine.  Cyklobuten  C4H6.  Sdp.  2». 
Addiert  Brom  unter "  Bildung  von  C4HeBr.,. 

Cyklopenten  C5H3.  Sdp.  45».  Wird  d'urch 
Ozon  in  ein  Ozonid  CsHgOg  verwandelt,  das 
bei  der  Zersetzung  mit  Wasser  Glutardialdehyd 
CHO.CHa.CHo.CHo.CHO  liefert. 

Cyklopentadien  (Pentol)  CgHs.    Sdp.  41», 
findet  sich  im  Vorlauf  des  Rohbenzols  aus  dem 
Steinkohlenteer.        Polymerisiert    sich    spontan 
bei   niederer   Temperatur   zu   Dicyklopentadien 
CioHjo,  und  bei  höherer  Temperatur  zu  Poly- 
cyklopentadienen  (CsH^)!!.     Die  Polymeren  zer- 
fallen bei  der  Destillation  restlos  in  das  Monomere. 
Die  Methylengruppe  des  Cyklopentadiens  ist 
infolge    der    lockernden    Wirkung    der    benach- 
barten Aethylenradikale  sehr  reaktiv,  ebenso  wie 
I  in  den  Diketonen,    Ketonsäureestern,  Dicarbon- 
säureestern  mit  dem  Radikal  0=C.CH2.C  =  0. 
\  Kalium    bildet    Cj'klopentadienkalium    C5H5K, 
I  Oxalsäureester    bei    Gegenwart    von    Natrium- 
äthylat    den  Cyklopentadienoxalester  CgHs.CO. 
COOCoHj,  salpetrige  Säure  ein  Isonitrosoderivat. 
Aldehyde    und    Ketone    kondensieren    sich    mit 
Cyklopentadien  zu  den  farbigen  Fulvenen;  so 
entsteht  z.  B.  Dimethylfulven  aus  Aceton 
CH=CH. 

I  )C  =  C(CH3)2 

CH=CH/ 
gelb 
Diphenylfulven  aus  Benzophenon 
CH=CH. 

I  >C=C(C,H,)2 

CH=CH/ 

rot. 
Die  Farbe  der  Fulvene  wird  hervorgerufen 
durch  ihre  chinoidartige  Konstitution.  Das 
Chinon  hat  zwei  cyklische  und  zwei  semi- 
cyklische  Doppelbindungen,  die  Fulvene  haben 
außer  den  beiden  cyklischen  nur  eine  semi- 
cyklische  Doppelbindung. 

CH  =  CH.  CH  =  CH\ 

0  =  C<  >C  =  0         1  >C=CR2 

^ch=ch/  ch=ch/ 

Chinon  Fulven. 

Man  kann  daher  die  Fulvene  als  halb- 
chinoide  Verbindungen  bezeichnen. 

Hexacarbocyklische  Olefine  haben  nahe 
Beziehungen  zu  den  Terpenen  und  Hydroterpenen 
(s.  d.). 

Cyklohexen  (Tetrahydrobenzol)  CgHio-  Pe- 
troleiimähnlich,  schwach  lauchartig  riechende 
Flüssigkeit     Sdp.  83—84». 

Homologe  des  Cyklohexens  sind  in  großer 
Zahl  bekannt.  I.Methyl  -  4. isopropylhexene 
sind  das  Carvomenthen  und  das  ^lenthen  (siehe 
bei  Terpenen). 

Cyklohexadiene  (Dihydrobenzole)  exi- 
stieren in  zwei  Isomeren,  dem  z/i.'^-Cyklohexa- 
dien  und  dem  z/  i-^-Cvklohexadien 

(2)       (3) 
CH— CH 


(1)CH 


// 
^CHä 

(6) 


\ 


-CH/ 
(5)^ 


^CH(4) 


574 


Isocyklische  Verbindungen 


(2)      (3) 

•.LH  — LHov 

(l)CH^  )CH(4). 


(6)      (5) 

Die  Bezeichnung  der  einzelnen  Ringo:lie(ler  ist 
aus  den  P'ormeln  zu  ersehen.  Das  Zeichen  J 
bezeichnet  die  Doppelbindung:  die  Indices  hinter 
J  beziehen  sich  auf  <liejeiiigen  Kohienstoffatome, 
von  denen  die  Doppelbindungen  ausgehen. 

Heide  Isomeren  sind  lauchartig  riechende, 
bei  81,5"  siedende  Flüssigkeiten,  darstellbar  aus 
Dibroincyklohe.xanen  durch  l^ronnvasserstoffent- 
ziehung.  Die  J' -'-Verbindung  liefert  haupt- 
sächlich ein  Dibromid  (Addition  der  beiden 
llalogenatonie  in  1,4  Stellung);  die  -J'-'- 
Verbindung  liefert  ein  Tetrabromid  (Addition 
der  4  Ilalogenatome  in   1,  2,  4,  5-.Stellung. 

Zu  den  Homologen  der  Cyklohexadiene  ge- 
hören die  Ter])ene  (s.  diese). 

C  vklohexa  triene.  Das  Benzol  und  .seine 
Homologen  sind  in  den  Kapiteln  ,, Aromatische 
Verbindungen"  oder  ..Benzolderivate''  abge- 
handelt. 

Heptacarbocy klische  Olefine  haben  in 
neuerer  Zeit  erhöhte  Bedeutung  gewonnen 
wegen  ihrer  Beziehungen  zu  den  Terpenen  und 
zu  einigen  Alkaloiden,  ferner  aber  auch  wegen 
ihres  leichten  Lieberganges  in  Benzolderivate. 

Cyklohepten  (Suberen)  C^Hi,.  Sdp.  114«, 
aus  Suberyljodid  und  Kalihydrat.  Bildet  ein 
Dibromid. 

("ykloheptadien  (Hydrotropiliden)  C,Hj„. 
Sdp.  121»,  wird  durch  eine  Reihe  verschiedenster 
Reaktionen  aus  Tropin  gewonnen.  Liefert  ein 
1,4-Dibromid 

CH  =  CH— CHj. 

I  )CH,+Br,    = 

CH=CH— CK/ 

CK— CHBr— CH^. 

li  ;CH2. 

CK— CHEr— CK/ 

Cykloheptatrien  (Tropiliden)  C^Hg.  Sdp. 
116".  Aus  obigem  Dibromid  durch  Abspaltung 
von  2  .Molekülen  Bromwasserstoff.  Das  Di- 
bromid des  Tropilidens  gibt  beim  Erhitzen  mit 
Bromwasserstoffsäure  auf  100"  das  Benzvl- 
bromid   Cells.CH.Br. 

Octocarbocyklische  Olefine  haben  großes 
Interesse  wegen  ihrer  Beziehungen  zum  Kaut- 
schuk. Das  Au.sgangsmaterial  für  diese  Kohlen- 
wasserstoffe ist  das  in  der  (Jranatrinde  vor- 
kommende, dem  Tropin  verwandte  Alkaloid 
Pseudopelletieriu. 

-i/'-^'-Cyklooctadien  C,H,., 

CK— CH..-CH.,— CK 
'I  II 

CH-CHo-CH^-CH. 

Sdp.  16  39".  Giftig.  Polymerisiert  sich  sehr  leicht. 
Liefert  mit  Bromwasserstoff  ein  Dibromcyklo- 
hexan  ('sH,,,Br,,  das  bei  der  Abspaltung"  von 
Bromwasserstoff  durch  Kali  ein  isomeres  p'-ryklo- 
octudien  von  angenehmem  Geruch  gibt.  "  Das 
^-Isomere  zeigt  keine  Neigung  zur  Polvmerisation. 
Em  Polymeres  des  l,5-Dimethvi-_/i.5-('yklo- 
octadiens 

CH3.C    — CH„-CH2-CH 

II  II 

CH-CH,-CH„-C.CH, 


ist  der  Parakautschuk.  Er  bildet  sich  wahr- 
scheinlich als  Zwischenprodukt  bei  der  Poly- 
merisation des  Lsoprens. 

Halogenderivate  der  Cykloparaffine 
und  der  Cykloolefine  werden  nach  genau 
denselben  ^lethoden  bereitet  wie  die  Halogen- 
alkyle,  z.  B.  durch  direkte  Substitution  der 
(.'yklo|)araffine  bei  Einwirkung  von  Halogenen, 
durch  Addition  von  Halogenen  oder  Halogen- 
wasserstoffen an  die  Cykloolefine,  durch  Ersatz 
des  Hydroxyls  in  Cyklohexanolen  durch  Halogen. 
Bemerken.swert  ist  die  leichte  Bildung  von  je 
zwei  stereoisomeren  Benzolhexachloriden  CeHgClg 
und  Benzolhexabromiden,  CgHgBrg  aus  Benzol 
und  Halogenen  im  Sonnenlicht,  ein  Vorgang,  der 
bedeutend  beschleunigt  wird  durch  die  Gegen- 
wart von  Tonerde  oder  Aci-dünnter  Natronlauge. 

7.  Alkohole  der  Cykloparaffinreihe,  ins- 
besondere Cyklohexanole.  ^lan  kennt  Mono- 
bis  Hexaoxyderivate  der  Cykloparaffine.  Sie 
sind  teils  durch  Reduktion  der  cyklischen  Ketone, 
teils  aus  einer  großen  Zahl  von  Naturprodukten 
gewonnen  worclen.  In  ihrem  chemischen  Ver- 
halten gleichen  sie  vollkommen  den  aliphatischen 
Alkoholen.  Ihre  Namen  werden  gebildet  durch 
Anhängung  der  Silbe  ,,ol"  an  den  Namen  des 
Kohlenwasserstoffes,  von  dem  sie  sich  ableiten. 
Vom  Cyklohexan  deriviert  das  Monooxycyklo- 
hexan  oder  Cyklohexanol.  Handelt  es  sicli  um 
mehrwertige  Alkohole  des  Cyklohexans,  so  unter- 
scheidet man,  je  nach  der  Zahl  der  Hvdrox^'l- 
gruppen  Cyklohexan-diole  bis  Cyklohexan-hexole. 

Cyklohexanol 

/CH„— CH.,. 
CHo<  "^CH(OH). 

\CH.,— CH,/ 
Bildung    durch    Reduktion    des   Cyklohexanons. 
Schmp.  15",  Sdp.  160";  riecht  wie  Fuselöl. 
Cvklohexan-1.4-dioI,  Chinit 
/CH.,— CH.,. 
HO.HC(        ■  )CH.ÜH. 

^CHo— CH/ 
Existiert  in  zwei  stereoisomeren  Formen.  (Vgl. 
untm  Stereochemie  der  tri-  und  hexacarbocy- 
klischen  Dicarbonsäuren.)  Cis-Form  Schmp.  102". 
Trans-Form  Schmp.  139".  Sie  schmecken  zuerst 
bitter,  dann  süß. 

C  y  k  1 0  h  e  X  a  n  -  p  e  n  1 0 1 ,   Q  u  e  r  c  i  t 
.CH(OH)— CH(OH) 
CH2  ^CH(OH). 

^CH(OH)— CH(OH) 
Vorkommen  in  den  Eicheln  und  in  den  Blättern 
der  Palme  Chamaerops  humilis.  Schmp.  235". 
Optisch  rechtsdrehend.  Schmeckt  angenehm  süß, 
wurde  früher  zu  den  Zuckern  gezählt,  gärt  nicht 
mit  Hefe. 

Cyklohexan-hexole,  I  n  0  s  i  t  e 
.CH(OH)— CH(OH) 
CH(OH)  ^CH(OH). 

^CH(OH)— CH(OH) 
Die   Zahl    von    6   asymmetrischen   Kohlenstoff- 
atomen  läßt  viele  optisch  aktive  und  inaktive 
Inosite   voraussehen,   von   denen   nur  einige  be- 
kannt geworden  sind. 

Optisch  inaktiver  Inosit,  i-Inosit. 
Phaseomannit,  Dam  böse.  Sehr  verbreitet 
im  Pflanzen-  und  Tierreich,  im  ;\Iuskelfleische. 


Isocyklische  Verbindungen 


575 


im  Herzmuskel,  Lunge,  Leber,  Niere  und  Milz 
der  Ochsen,  im  menschlichen  Gehirn,  im  Pan- 
kreas und  in  der  Schilddi-üse,  in  den  unreifen 
grünen  Schnittbohnen  und  in  vielen  anderen 
Pflanzenteilen.     Schmeckt  süß. 

Rechts-Inosit,  d-Inosit  wird  gewonnen 
aus  seinem  sehr  süß  schmeckenden  Methyläther 
C6H6(0H),(()CHo)  dem  Pinit  (Matezit  oder 
Sennit),  der  in  dem  Harze  von  Pinus  Lamber- 
tiana  (Kalifornien),  in  den  Sennesblättern  der 
Cassiasträucher,  in  dem  Kautschuk  der  Liane 
Mateza  vovitina  (Madagaskar)  und  im  Cambial- 
safte  der  Nadelhölzer  vorkommt.  Schmp.  246 
bis  247». 

Links-Inosit,  1-Inosit  wird  dargestellt 
aus  seinem  sehr  süß  schmeckenden  Methyläther, 
dem  Quebrachit,  der  in  der  Quebrachorinde 
vorkommt.     Schmp.  238". 

Andere  Inosite  sind  der  Cocosit,  aus  den 
Blättern  von  Cocos  nucifera  und  Cocos  plumosa; 
der  Scyllit  aus  Scyllium  canicula  und  aus  den 
Nieren  der  Rochen  und  Haifische. 

Zu  den  Homologen  der  Cyklohexanole 
gehören  die  Terpenalkohole,  Menthol,  Carvo- 
menthol  (vgl.  den  Artikel  ,,Terpene"). 

8.  Cyklische  Ketone.  Die  cyklischen  Ketone 
leiten  sich  von  den  Cykloparaffinen  und  Cy- 
kloolefinen  ab  durch  Ersatz  einer  paaren  Anzahl 
von  Wasserstoffatomen  durch  Sauerstoffatonie. 
Man  unterscheidet  also  gesättigte  und  unge- 
sättigte, ^lono-,  Di-Ketone  usw.  Die  Namen 
aller  Ketone  werden  gebildet  durch  Anhängung 
der  Silbe  .,on"  an  den  Namen  des  Kohlenwasser- 
stoffes, von  dem  sie  sich  ableiten.  Bei  Diketonen 
werden  die  beiden  Silben  ,,dion"  angehängt  usw. 
z.  B.  Cyklohexan,  Cyklohexanon  und  Cyklo- 
hexandion.  Eine  sehr  allgemeine  Methode  zur 
Darstellung  der  IMonoketone  der  Cykloparaffine 
besteht  in  der  Destillation  der  Kalk-  oder  Ba- 
r3uimsalze  aliphatischer  Dicarbonsäuren.  So 
entsteht  aus  adipinsaurem  Kalk  das  Cyklopen- 
tanon  oder  Adipinketon 


CH„— CH,— COO 


\ 


Ca 


CH.— CH.— COO/ 

CHg CHjy 

CaCOj  +  I  )C0, 

ch^-ch/ 

aus  den  Salzen  der  Pimelinsäure  das  Cyklohexanon 
oder  Pimelinketon,  aus  der  Korksäure  das  Cyklo- 
heptanon  oder  Suberon,  aus  der  Azelainsäure  das 
Cyklooctanon  oder  Azelaon,  aus  der  Sebacin- 
säure  das  Cyklononanon. 

Für  die  Bereitung  penta-  und  hexacarbo- 
cyklischer  Ketone  kann  man  ein  Verfahren  an- 
wenden, das  als  intramolekulare  Acetessig- 
estersynthese  (/i-Ketonsäureestersynthese)  be- 
zeichnet worden  ist.  Adipinsäureester  liefert 
mitNatriumaethylat  zuerst  einen  Cyklopentanon- 
carbonsäureester,  der  nach  der  Verseifung  und 
Kohlensäureabspaltung  das  Cyklopentanon  gibt. 

/CH2— CH,— COOCHj 

ch„^  "  "     = 

'"^CHa— COOC2H5 

/CHo— CH— COOCoHj 
CHsOH  +  CH  /       "     I 

"\CH,— CO. 


Aus  Pimelinsäureester  entsteht  auf  solche 
Weise  das  Cyklohexanon. 

Andere  Methoden,  speziell  für  Diketone, 
sollen  unten  bei  den  einzelnen  Verbindungen 
angeführt  werden.  Hier  sei  nur  noch  diejenige 
erwähnt,  die  durch  Einwirkung  von  Chlor  auf 
Chinone  zu  Derivaten  pentacarbocyklischer 
Diketone  führt;  sie  ist  eine  der  mehrfach  be- 
obachteten vorübergehenden  Ringöffnungen 
hexacarbocyklischer  Verbindungen. 


CO 

/  \ 
HO.C        CCl 

II  II 

CIC        C.OH 

\  / 
CO 

COOH 

/ 
CO      CHCl, 

I  I 

CCl,    CO 

\V 

CO 


CO 

/\ 

CO      CCl., 


C1,C 


CO 

■\-^ 

CO 

COOH 

1    -OH 

^- — CC13 

CCI2  CO 

\  / 

CO 


Die  cyklischen  Ketone  zeigen  dasselbe  Ver- 
halten wie  die  aliphatischen  Ketone.  Sie  werden 
zu  sekundären  Alkoholen  reduziert,  die  mit 
Jodwasserstoff  leicht  Jodüre  liefern,  z.  B. 

/CH2 — CHjv 

ch/  ^CO      >► 

^CH.,— CH/ 

Cyklohexanon 

CHo— CH,. 

CH  /       "  ')CH(OH)    > 

^CH^-CH/ 

Cyklohexanol 

/CH,— CH... 

CH/       "  >CHJ 

^CH.,— CH./ 

Cyhexanonyljodur. 

Aus  den  Jodüren  spalten  Basen  (Kalilauge, 
Chinolin  u.  a.)  Jodwasserstoff  ab  unter  Bildung 
einfach  ungesättigter  Cykloolefine,  die  ihrerseits 
Halogene  zu  Dih'ilogencykloparaffinen  addieren. 
Die  letzteren  können  scliließlich  unter  zwei- 
maliger Halogenwasserstoffabspaltung  in  zwei- 
fach ungesättigte  Cykloolefine  umgewandelt 
werden,  z.  B. 

/CH.,— CHov 


CH, 


CH 


CH, 


)CHC1 


^CH.,— CH  ^' 

Cyklohexen 
/CH.,— CH., 

'N'H,,— CHCK 

Dichlorcyklohexan 

/CHo — CH^ 
CH<        "  ^CH 

"^CH  =CH/ 
Cyklohexa-dien. 

Diese    Reihe    von    Reaktionen    machen    die 
Ketone   zu  einem   sehr   geschätzten  Ausgangs- 


576 


Isocyklisclie  Verbindungen 


material   für   die   Darstellung   vieler  penta-  bis 
nonocyklischer  Verbindungen. 

Bei  der  Oxydation  (meist  mit  Salpetersäure) 
werden  die  cyklischen  Monoketone  zu  alipha- 
tischen Dicarbonsäuren  oxydiert,  z.  B. 


CH, — CHj 

I  ^CO 

CHo-CH/ 

Cyklopentanon 


CH,— CH,— COOK 

CH.,— COOH 
Glutarsäure. 


Die  Spaltung  des  Ketons  erfolgt  also,  gerade 
wie  bei  aliphatischen  Ketonen  an  der  Carbonyl- 
gruppe,  führt  aber  hier  zu  einer  Säure  mit 
gleicher  Kohlenstoffatomzahl,  bei  den  letzteren 
zu  zwei  Säuren,  die  beide  zusammen  die  gleiche 
Kohlenstoffatomzahl  wie  das  gespaltene  Keton 
haben,  z.  B. 

CH3 — CH2\ 

>C0    — > 
CH3— CH/ 

Diaethylketon 
CH3.CH2.COOH  +  CH3.COOH 
Propionsäure  Essigsäure. 

Die  wichtigsten  cyklischen  Ketone  sind: 


.CH. 


\r 


Gyklobutanon  CH/  >C0,  Sdp.    99», 

\ch/ 

entsteht  durch  Kochen  des  1.  1.  Dibrombutans 
CH,<  >CBr,    mit    Bleioxvd    und   Wasser. 

■  \ch/ 

Cyklobutan-dione  bilden  sich  beispiels- 
weise durch  Polymerisation  der  Ketene.  1,  1,  3, 
3-Tetramethylcyklobutan-dion  aus  2  Molekülen 
Dimethvlketen 


(CH3)2.C=C  =  0 


(CH3).,C   -CO 


0  =  C  =  C(CH3)  CO— C(CH3)2. 

Dieses  Diketon  riecht  nach  Menthol  und 
Kampher  und  wird,  wie  alle  anderen  Polyketene 
durch  Destillation  zu  den  ursprünglichen  Mono- 
ketenen  depolymerisiert, 

Cyklopentanon  (Adipinketon) 
CH2— CH, 

I  ">co. 

CH2— CH/ 

Sdp.  130».  Findet  sich  in  erheblicher  Menge 
in  dem  Nachlauf  der  Holzteerfraktionen  und 
wird  daraus  in  Form  seiner  Bisulfitverbindung 
isoliert.     Es  riecht  pfefferminzartig. 

Liefert  bei  der  Oxydation  Glutarsäure.  Kon- 
densiert sich  in  Gegenwart  von  Alkali  mit  Benz- 
aldehyd   zu    dem  gelben  Dibenzalcyklopentanon 

CoH5.CH=C— CO— C^CH.CA, 

I  I 

CH, CH2 

mit  Furfurol  zu  dem  entsprechenden,  dunkel- 
gelben Difuralcvklopentanon,  dem  Pyroxan- 
thin  C5H,0(C4H30),,  das  schon  vor  der  Iso- 
lierung des  Cyklopentanons  durch  Schütteln  des 
rohen  Holzgeistes  mit  Kalilauge  gewonnen 
worden  ist. 

Als  Po ly ketone  des  Cyklopentans  bezw.  Cv- 
klopentens  gelten  die  Krokonsäure  C503(OH)2 


+3H2O   und   die   Leukonsäure    C5O5+4H2O. 
Die  Krokonsäure 

(HO)— C— CO. 

II  >C0  (?) 

(HO)— C— CO/ 
entsteht  durch  Oxydation  des  Hexaoxybenzols 
in  alkalischer  Lösung;  sie  ist  gelb  und  zeigt  das 
Verhalten  eines  Chinons.  Aus  ihr  entsteht  bei 
weiterer  Oxydation  mit  Chlor  oder  Salpeter- 
säure die  weiße  Leukonsäure 
CO— CO. 

I         >co. 

CO— CO/ 
Cyklohexanon(Pimelinketon), 

/CH2 — CH2\ 
CH2<  >C0 

^CH2— CH2/ 
pfefferminzartig   riechendes    Oel.       Sdp.    155,4», 
zeigt    ein    ähnliches  Verhalten  wie   das   Cyklo- 
pentanon. 

3-MethyIcyklohexanon.  Optisch  aktiv, 
Sdp.  168",  wird  leicht  erhalten  durch  Spaltung 
des  Pulegons  und  ist  daher  eins  der  am  leichtesten 
zugänglichen  cyklischen  Ketone. 

1,3-Cyklohexan-dion  oder  Dihydrore- 
sorcin 

/CH2 — CH2\ 
CH,<  )C0    oder 

"  ^CO  — CH^/ 
/CH,    — CH2. 
CH2<        "  >C0 

^C(OH)=CH  / 
wird  erhalten  durch  Einleiten  von  Kohlensäure 
in  eine  mit  Natriumamalgam  versetzte 
Resorcinlösung  oder  durch  intramolekulare 
/J-Ketonsäureestersynthese  aus  y-Acetylbutter- 
säureester 

CH,— CH,— COOCHs 

I  ■       =  CHjOH  + 

CH2— CO  — CH3 

/CH2 — CH2\ 

CH,/  )C0. 

■  \C0  — CH,/ 

Schmp.  104 — 106»  u.  Z.   Verhält  sich  einerseits 

wie  ein  Diketon,  andererseits  wie  ein  Ketonal- 

kohol   (Ketophenol,    Ketoenol).       Ist   also    eine 

tautomere     Substanz.         Ihr     Phenolcharakter 

(Säurenatur)  ist  sehr  stark  ausgeprägt. 

1,4-Cyklohexan-dion 

/CH, — CH2\ 
CO/       "  ;C0 

\CH2— CH2/ 
wird  gewonnen  aus  Succinylobernsteinsäure- 
ester  (s.  d.)  durch  Verseifung  und  Kohlen- 
säureabspaltung. Schmp.  78».  Ist  das  Ausgangs- 
material für  sehr  viele  hexacarbocyklische  Ver- 
bindungen. 

1,3,5-Cyklohexatrion  oder  Phloroglucin 
■CH,— CO. 
CO/  )CH,   oder 

\CH2— CO/ 

.CH-C(OH)^ 
fHO).Cf  ^CH 

\CH=C(OH)/ 

verhält  sich  wie  ein  gesättigtes  Triketon  oder 
wie  ein  Trioxybenzol.     Ist  eine  derjenigen  Sub- 


Isocyldisclie  Verbindungen 


0^ 


stanzen, bei  denenzuerstTautomerieersclieinungen 
beobachtet  worden  sind  (vgl.  den  Artikel  „Phe- 
nole"). ^  ■  ,  ■       1 
Cyklohexan-hexon  oder  Tnchmoyl 

co-co. 

^CO— CO/ 

(a.  bei  Chinonen).  . 

An  die  Ketone  des  Cyklohexans  reihen  sich 
die  Ketone  des  Cyklohexens  nnd  der  anderen 
hexacarbocyklischen  Ulefine  an. 

Cyklohexenone  sind  in  großer  Zahl  syn- 
thetis^ch  dargestellt  worden,  z.  B.  3-Methyl- 
^2-cyklohexenon 

(2) 
X(CH3)  =  CH. 
CH  /  >C0(1). 

\CH, CH,/ 

Man  kondensiert  zuncächst  Methylenjodid 
bezw.  Formaldehvd  nnd  Acetessigester  zu  :\Iethy- 
lenbisacetessigester,  der  sich  zu  einem  cyklischen 
Ketonalkohol  isomeriert  und  der  dann  durch 
Verseifung,  Kohlensäure-  und  Wasserabspaltung 
des  Methylcyklohexenon  liefert. 
CH,.CO.CHo.COOR 


CH.,0 


H,0  + 


CH, 


.CO.CH..COUR 
CH3.CO.CH.COOR 

CH„  -■ 

CH3.CO.CH.COOR 
CH3.C(0H)— CH.COUR  CH3.C 


CH,        GH., 


CH., 

I 
CH     CH.. 


CO— CH, 


CO CH.COOR 

Holzartig  ätherisch  riechende  Flüssigkeit. 
Sdp.  200".  Einige  Homologen  dieses  Ketons 
haben  nahe  Beziehungen  zu  Terpenketonen,  z.  B. 
das  3,5,0 -Trimethyl-z/2-cyklohexenon, 
(Isacetophoron,  Isophoron) 

/C(CH3)  =CH  \ 

CH  /  >C0, 

"\C(CH3).,-CH/ 

das  durch  Einwirkung  von  Kalk  auf  Aceton 
entsteht  imd  das  auch  auf  analoge  Weise,  wie 
oben,  aus  Mesityloxyd  und  Acetessigester  und 
die  nachfolgenden  Reaktionen  erhalten  worden 
ist.  Sdp.  10  89».  Ist  isomer  mit  Phoron,  Campher- 
phoron,  Nopinon,  Camphenilon  und  Fencho- 
camphoron. 

Ketone  der  Cyklohexenreihe,  deren  Carbonyl- 
gruppe  in  der  Seitenkette  ist,  sind  die  Veilchen- 
riechstoffe, das  Iron  und  die  lonone,  die  bei 
den  Terpenketonen,  im  Anschluß  an  das 
Citral,  Geranial  beschrieben  worden  sind. 

Cyklohexendione  sind  das  Ortho-  und  das 
Parachinon 

/.CH-CO.  ,CH=CH.  ; 

CHf  >C0     und     C0<  )C0. 

\CH=CH/^  \CH  =  CH/        [ 

vgl.   den  Artikel  ,,Chinone". 
Cykloheptanon   (Suberon) 

Handwörterbuch  der  Natiu'wissenschafteu.    Band  Y. 


CHo— CH.J — CH2V 

CH2— CH.,— CH/ 
Sdp.  180".  Riecht  pfefferminzartig.  Konden- 
siert sich  ähnlich  wie  Cyklopentanon  und  Cy- 
klohexanon  mit  Benzaldehyd  zu  einer  gelben 
Dibenzalverbindung.  Liefert  bei  der  Reduktion 
den  Suberylalkohol,  der  durch  Jodwasserstoff 
bei  höherer  Temperatur  in  Hexahydrotoluol 
überzuführen  ist.  Das  Suberon  ist  ein  vielfach 
verwertetes  Ausgangsmaterial  heptacarbocykli- 
scher  Verbindungen. 

Cyklooctanon  (Azelaon) 

CH,— CH,— CH,— CH2 

I     "  "  I 

CH2-CH.-CH2-CO. 

Sdp.  195—197«,  Schmp.  25—26».     Sehr  ähnlich 
dem  Suberon. 

Cyklononanon 

CH,— CH,— CH,— CH,,, 
I     "  "  ■  >C0. 

CH,— CH,— CH,— CH/ 
Sdp. 17  95—97».  Liefert  bei  der  Reduktion  den 
korrespondierenden  Alkohol,  das  Cyklononanol, 
aus  dem  nach  Ueberführung  in  das  Jodid  in 
allerneuester  Zeit  einige  andere  nonocarbo- 
cyklische  Verbindungen  hergestellt  worden  sind. 

9.  Cyklische  Carbonsäuren.  Durch  Sub- 
stitution eines  oder  nieluerer  Wasserstoffatome 
der  Cvkloparaffine  und  Cykloolefine  durch  Car- 
boxvle  erhält  man  die  cyklischen  Mono-  und 
Polvcarbonsäuren.  Sie  werden  nach  einigen 
prinzipiell  verschiedenen  Methoden  gewonnen, 
die  der  Einzelbeschreibung  der  Säuren  voran- 
gestellt seien. 

Eine  sehr  allgemeine  Methode  beruht  auf 
der  Kondensation  von  Dihalogenderivaten  der 
aliphatischen  Kohlenwasserstoffe  mit  Natrium- 
malonsäureester,  z.  B.  Cyklobutan-l,l-dicarbon. 
Säureester  aus  Trimethylenbromid. 
CH,Br 


CH,       +  2Na.CH(C00R),  = 

CH,Br 
/CH,.       /COOR 
CH,<^      "V^  +  2NaBr  +  CH,(CÜOR)., 

CH,/    ^COOR 
Cyklobutan-1-l-dicarbonsäureester. 

Aus  Aethvlenbromid  und  Natriummalon- 
säureester  entsteht  auf  gleiche  Weise  der  Cy- 
klopropan-l,l-dicarbonsäureester  usw.  Durch 
Verseifung  der  Ester  entstehen  die  Dicarbon- 
säuren,  die  dann  durch  Erhitzen  leicht  unter 
Kohlensäureverlust  in  Monocarbonsäuren  zu 
verwandeln  sind. 

Speziell  Cvkiopropancarbonsäuren  werden  er- 
halten diu-ch  Anlagerung  aliphatischer  Diazo- 
verbindungen  an  die  Ester  ungesättigter  Säuren 

z.  B. 

CH  .  COOCH. 


N=N 
\/      + 


ROOC.CH 
Diazoessi  gester 


N: 


CH, 

Akrylsäm'eester 

=N— CH.COOR 


ROOC.CH CH, 

Pyrazolindicarbonsäureestcr. 
37 


578 


Isocyklischc  N'erbindimgen 


der   dann   unter  Stickstoffverlust  Cyklopropan- 

1,2-dic'arbonsäureester 

/CH.COOR 
ROOC.CH<  I 

liefert. 

Cvklohoxan-,  Cyklohcxen-  und  Cyklohexa- 
diencaibonsämen  werden  gewonnen  durch 
Reduktion  von  Benzolcarbonsäuren  (Benzoe- 
säure,  Phtalsänren  usw.). 

SchbeUlich  sind  noch  einige  Monocarbon- 
säuren  dargestellt  durch  Einwirkung  von  Ma- 
gnesium und  Kohlensäure  auf  llalogencyklo- 
paraffine,  und  durch  nachfolgende  Zersetzung 
der  zunächst  gebildeten  Organomagnesiumver- 
bindungen  mit  Salzsäure,  z.  B.  aus  Jodcyklohexan 
die  Cyklohexancarbonsäure  (Hexahydrobenzoe- 
säure) 

CeHjiJ  +  Mg  +  CO,    -^    C«Hii.C()O.Mg.J    -> 
CsHiiCOOH. 

Aus   Suberylbroraid  entsteht  auf  gleiche  Weise 
die  Cykloheptancarbonsäure  (Suberansäure). 

Die  Cyklohexancarbonsäuren  lassen  sich  nach 
der  Hell-Volhard-Zelinskyschen  Methode 
(ganz  analog  den  aliphatischen  Säuren)  durch 
Brom  und  Phosphor  in  die  ß-Bromcyklohexan- 
carbonsäuren  überführen,  z.  B.  Cyklohexan- 
carbonsäure  in  die  Bromcyklohexancarbonsäure 
/CH..— CH,. 
CH.,<        "  >CBr.COOH. 

AusletztererSäure  wirdBromwasserstoff  durch 
basische  Büttel  abgespalten  unter  Bildung  der 
Cyklohexencarbonsäure 

CH2<  ^C— COOH. 

\CH,— CH  ^ 

Die  ungesättigte  Säure  addiert  Brom  unter 
Bildung  eines  Dibromürs,  das  durch  Austritt 
von  2  Molekülen  Bromwasserstoff  eine  Cyklo- 
hexadiencarbonsäure  liefert 


CH 


\, 


XU. 
CH-^COOH 


CHo— CHa. 
■>       I  >0 

CH,— CO  / 


erhalten. 

Cyklopropan-  1,2-di  carbonsäuren 

CH-COOH 
I    >CH, 
CH— COOK. 

]\Ian  kennt  zwei  strukturidentische  Säuren, 
die  eine  Schmp.  139",  die  andere  Schmp. 
175".  Ihre  Verschiedenheit  wird  unter  Zuhilfe- 
nahme räumlicher  Vorstellungen  gedeutet.  Man 
vergegenwärtige  sich  ein  aus  drei  Tetraedern 
bestehendes  Cyklopropanmodell.  Die  Schwer- 
punkte der  Tetraeder  liegen  in  einer  Ebene,  der 
Ringebene.  Das  eine  Wasserstoffatom  jeder 
Methylengruppe  liegt  oberhalb,  das  andere  unter- 
halb der  Ringebene.  Für  das  Cyklopropan 
und  für  eine  Cyklopropan -1,1 -dicarbonsäure 
gibt  es  natürlich  wegen  der  Gleichheit  der  an 
jedem  Kohlenstoffatome  haftenden  Atome  oder 
Atomgruppen  nur  ein  einziges  Modell.  Für 
eine  1,2-Dicarbonsäure  und  für  jedes  andere 
1,2-Disubstitutionsprodukt  hingegen  zwei  ver- 
schiedene Modelle,  die  sich  etwa  in  folgender 
Weise  veranschaulichen  lassen. 


COOK 


COOK 


I 


COOK 


CH 


/ 


CH.,— CH, 


)CBr— COOH 


^CH,— CHBr/ 
/CH,-CH^ 

CH,<  V- 

^CH  =CH/ 


-COOH. 


Auf  solche  Weise  sind  mehrere  Cykloparaffin- 
carbonsäuren  in  Cykloolefincarbonsäuren  ver- 
wandelt worden. 

Tricarbocyklische  Säuren. 

Cyklopropan-1, 1-dicarbon säure,  Vina - 
consäure 


Das  Dreieck  ist  die  Ringebene.  In  Formel  I 
stehen  die  beiden  Carboxyle  auf  der  unteren 
Seite  der  Ringebene  ,,eis-Dicarbonsäure",  in 
Formel  II  auf  verschiedener  Seite  der  Ringebene 
,,trans-Dicarbonsäure"  oder  ,,cis-trans-Dicar- 
bonsäure".  Die  Verhältnisse,  die  übrigens  für 
alle  polycarbocyklischen  Verbindungen  mit  zwei 
an  verschiedenen  Ringgliedern  haftenden  Sub- 
stituenten  zutreffen  (vgl.  z.  B.  die  beiden  Cy- 
klohexan-l,4-diole,  die  Chinite),  liegen  ganz 
ähnlich,  wie  bei  den  beiden  Stereoisomeren 
Aethylen-l,2-dicarbonsäuren,  der  Malein-  und 
der  Fumarsäure. 


eil, 

i 
CH, 


)CH(COOH).,. 


H 


H 


COOH    H 


COOH   COOH 
III 


und      C^ 

I 
H 


COOH 


IV 


Schmp.  140",  entsteht  durch  Verseifung  ihres 
synthetisch  dargestellten  Esters  (s.  oben). 
Die  Säure  wird  leicht  gespalten  unter 
Bildung  acyklischer  Propanderivate.  Schon 
Bromwasserstoff  erzeugt  Bromäthylmalonsäure 
CH,Br.CH,.CH(COOH),,.  Aehnlich  wirkt  Brom. 
Beim  Erhitzen  über  den  Schmelzpunkt  wird 
zunächst  Cyklopropanmonocarbonsäure  und  da- 
neben unter  vorübergehender  Ringüffnung  Buty- 
rolacton 


Die  Ringebene  in  den  Symbolen  I  und  II 
wird  bei  III  und  IV  durch  eine,  die  beiden  doppelt 
gebundenen  Kohlenstoffatome  verbindendenEbene 
ersetzt.  Die  Maleinsäure  hat  die  Formel  III 
erhalten,  weil  sie,  im  Gegensatz  zur  Fumar- 
säure, ein  Anhydrid  bildet  und  weil  dieser  Vor- 
gang am  einfachsten  durch  die  cis-Stellung  der 
beiden  ('arboxyle  veranschaulicht  werden  kann. 
Von  den  beiden  Cyklopropandicarbonsäuren 
bildet  nun  ebenfalls  nur  die  bei  139"  schmelzende 
Säure  ein  Anhydrid.  Man  hat  ihr  daher  das 
Symbol  I  gegeben  und  sie  demgemäß  als  malenoide 


Isöcyklische  Verbindungen 


579 


oder  cis-Cyklopropandicarbonsäure  bezeichnet. 
Die  bei  175"  schmelzende  Säure  ist  die  fumaroide 
oder  trans-Cyklopropandicarbonsäure. 

Beide  Säuren  reagieren  nicht  mit  Wasser- 
stoff und  nicht  mit  Kaliumpermanganat.  Eine 
Isomerisation,  die  bei  der  Maleinsäure  und 
Fumarsäure  unter  verschiedenen  Bedingungen 
verwirklicht  worden  ist,  hat  man  bei  den  beiden 
Cyklopropandicarbonsäuren     nicht     beobachtet. 

Die  beiden  stereoisomerenl.l-üiuiethyl- 
cyklopropan-2,3 -die  ar  bonsäuren    (Caron- 

.CH.COOH 
säuren)  (CH,)2-C<  1  entstehen   außer 

^CH.COOH 
auf  synthetischem  Wege  bei  der  Oxydation  des 
Caroiis  (vgl.  den  Artikel  „Terpene")  mit  Per- 
manganat.  Die  trans-Caronsäure  (Schmp.  213") 
wird  durch  kochendes  Essigsäureanhydrid  in 
die,  ein  Anhydrid  bildende  cis-Caronsäure 
(Schmp.  176")  umgewandelt.  Die  eingehende 
Untersuchung  der  beiden  Säuren  hat  wesentlich 
zur  Aufklärung  der  Konstitution  des  Carons 
beigetragen. 

Tetracarbocyklische  Säuren.  Außer  den 
nach  obigen  Methoden  synthetisch  hergestellten 
Säuren  rechnet  man  hierzu  auch  die  aus  den 
Nebenalkaloiden  des  Cocains  isolierten  Truxill- 
säuren,  Diphenylcyklobutandicarbonsäuren 

C«H,.CH— CH.COOH     aH..CH— CH.COOH 


HOOC.CH— CH.CeHs 
K-Truxillsäure 
Schmp.  274» 


CeHg.CH— CH.COOH 
^-Truxillsäure 
Schmp.  206». 


Beide  Säuren  bilden  sich  bei  den  Photopoly- 
merisationen der  stereoisomeren  Zimtsäuren, 
die  erste  aus  der  gewöhnlichen  Zimtsäure  (Schmp. 
133»),  die  andere  aus  der  Allo-  und  den  Isozimt- 
säuren (Schmp.  68»,  58»  und  42»).  Die  «-Truxill- 
säure  wird  beim  Erhitzen  wieder  zur  Zimtsäure 
depolymerisiert.  Wenn  die  beiden  Säuren  auch 
durch  Wasserstoff,  Brom  und  Kaliumperman- 
ganat nicht  verändert  werden  und  wenn  sie  daher 
als  gesättigte  Verbindungen  angesprochen  werden 
müssen,  so  sind  doch  die  obigen  Konstitutions- 
formeln wegen  der  leichten  Depolymerisation 
nicht  ganz  sicher.  Andere  Cyklobutanderivate 
erleiden  keinen  so  leichten  Zerfall. 

Die  ci-Säure  wird  durch  Essigsäureanhydrid 
in  eine  dritte  Isomere,  die  y-Truxillsäure  (Schmp. 
228»),  die  /5-Säure  schließlich  in  eine  vierte 
Isomere,  die  (J-Truxillsäure  (Schmp.  174»)  ver- 
wandelt. 

Pentacarbocyklische  Säuren.  Säuren 
dieser  Kategorie  sind  in  größter  Zahl  auf  syn- 
thetischen Wegen  gewonnen  worden.  Die  Cy- 
klopentandicarbonsäuren,  deren  Carboxyle  an 
verschiedenen  Kohlenstoffatomen  sitzen,  exir 
stieren  ebenso  wie  die  analog  konstituierten 
Cyklopropan-  und  Cyklobutan-Dicarbonsäuren, 
häufig  in  zwei  stereoisomeren  Formen. 

Die  1,2,2  -  Trimethylcyklopentan- 
1,3-dicarbon säure ,  Camphersäure 

CH,— CH.COOH 

I        "         >C(CH3)3     , 

CH,— C(CH3).C00H 

ist   ein  Oxydationsprodukt    des  Camphers   (vgl. 
den  Artikel  ,,Terpene"). 

Hexacarbocyklische    Säuren.      Cyklo- 


hexanmonocarbonsäure  oder  Hexahydro- 
benzoesäure  (Naphtensäure) 

/CH,— CH, 
CH2<;       "  "^CH.COOH, 

^CH.,- CH/ 

schmilzt  bei  31»,  also  weit  niedriger  als  Benzoe- 
säure. 

Eine  Tetraoxycyklohexancar bonsäure 
ist  die  Chinasäure 

CH(OH)  CH(OH) 

/ \    /^H 

(HO)HC<  >C<  oder 

\ /      \COOH 


CH2         CH2 
CH(OH)  CHo 


(HO)HC< 


V 


OH 


CH2        CH(OH) 


^COOH, 


eine  der  ältestbekannten  organischen  Säuren. 
Sie  findet  sich  in  erster  Linie  in  den  echten 
Chinarinden,  dann  auch  in  den  Kaffeebohnen,  im 
Heidelbeerkraut,  in  den  Blättern  der  Zucker- 
rübe und  im  Wiesenheu.  Sie  wird  als  Neben- 
produkt bei  der  Chininfabrikation  gewonnen. 
Schmp.  162»,  optisch  aktiv,  linksdrehend.  Findet 
beschränkte  Anwendung  in  der  Pharmazie. 
Liefert  bei  der  Destillation  Phenole  (Hydro- 
chinon)  Benzoesäure  imd  Salicylaldehyd,  bei 
der  Oxydation  mit  Braunstein  und  Schwefelsäure 
das  Chinon,  das  von  dieser  Herkunft  seinen 
Namen  erhalten  hat. 

Eine  Trioxycyklohexencarbonsäure  ist 
die  Shikimisäure 


(HO)HC 


CH(OH)CH 


C.COOH. 


CH,     CH(OH) 

Sie  kommt  in  den  Früchten  von  Illicium  religio- 
sum  und  in  den  echten  chinesischen  Sternanis- 
früchten   vor.      Schmp.    184».      Optisch    aktiv, 

j  linksdrehend.     Nicht  giftig.     Wird  leicht  unter 

!  Aufnahme  von  zwei  Atomen  Wasserstoff  zu  der 

'  Hydroshikimisäure  reduziert. 

!        Zu  den  Cyklohexencarbonsäuren  gehört  ferner 

I  die  Sedanolsäure 

CH=C.CH(0H)C4H9 

H,C<^  V^H.COOH, 

CH2— CH2 

die  aus  den  hochsiedenden  Fraktionen  des 
Sellerieöles  isoliert  worden  ist.  Schmp.  88». 
Gibt  als  7-Oxysäure  leicht  ein  Lacton,  das  ölige 
Sedanolid,  das  der  riechende  Bestandteil  des 
Sellerieöles  ist.  Durch  Oxydation  der  Sedanol- 
säure entsteht  eine  ungesättigte  Ketonsäure 
HOOC.C6Hs.CO.C4H9,  die  ebenfalls  in  dem 
Sellerieöl  enthalten  ist. 

Hexacarbocyklische  Dicarbonsäuren. 
Bei  der  Reduktion  der  drei  Benzoldicarbon- 
säuren,  o-Phtalsäure,  Isophtalsäure  und  Te- 
rephtalsäure  mit  Natriumamalgam  entstehen 
vornehmlich  die  tetrahydrierten  Säuren,  die 
Cyklohexendicarbonsäuren  '<lj^^(f^QQVi)^.  Diese 
bilden  mit  Bromwasserstoff  die  Säuren  CiH^Br 

37* 


580 


Lsocyldischc  A'orl piiidnnt;en 


(COOH)|,,  die  dann  bei  nochmaliger  Reduktion 
die  liexahydiieiten  Uicaiboiisäiuon,  die  Cyklo- 
hexandicarbonsäuien  CclI,„(('()()II)o  bilden. 

C  V  k  1 0  h  e  X  a  n  -1 , 2  -  d  i  e  a  r  b  0  n  s  ä  u  r  e  n ,  H  e  X  a  - 
hydro-o-phtalsäuren  existieren  in  zwei  ste- 
reoisomeren Formen  (vgl.  die  Dicarbonsäuren 
der  Cyklopropan-,  Cyklobutan-  und  ("yklo- 
pentanreihen),  deren  Konstitution  durch  die 
Symbole 


COOH      COOH 

I 


veranscluuilicht  wird.  Heide  Säuren  bilden  ein 
Anhydrid.  Cis-Säure  Schmp.  192»,  Anhydrid  32°, 
trans-Öäm-e  Schmp.  215",  Anhydrid  140". 

In  dem  Symbol  1  der  cis-Säure  liegen  beide 
Carboxyle  auf  derselben  Seite  der  Hexamethylen- 
ringebene,  in  dem  Symbol  II  der  trans-Säure 
auf  verschiedenen  Seiten.  Sie  sind  in  bezug  auf 
die  räumliche  Konfiguration  vergleichbar  mit 
den  Dialkylbernsteinsäuren  bezw.  Weinsäuren, 
haben  zwei  asymmetrische  Kohlenstoffatome. 
Die  trans-Säure  ist  eine  racemische  Verbindung, 
die  mit  Hilfe  der  Chininsalze  in  zwei  optisch 
aktive  Säuren  gespalten  worden  ist.  Die 
cis-Säure  ist  eine  nichtspaltbare  inaktive  Säure. 
Das  trans-Anhydrid  liefert  beim  Erhitzen  das 
cis-Anhydrid. 

CykIohexan-l,3-dicar bonsäuren  (Hexa- 
hydroisophtalsäuren 

COOH 
/CH  — CH,^ 


durch  Einwirkung  von  Natrium  oder  Natrium- 
äthylat  auf  Rernsteinsäureester.  Die  Dicarbon- 
säui'e  wird  bei  200"  unter  Abspaltung  von  Kohlen- 
säure in  das  Cyklohexandion  übergeführt,  das 
ebenso  wie  die  Dicarbonsäure  zu  den  wichtigsten 
Ausgangsmaterialien  für  die  Darstellung  hexa- 
carbocyklischer  Verbindungen  zu  rechnen  ist. 
Der  liiäthylester  zeigt  das  typische  Verhalten 
eines  /i-Ketonsäureesters,  reagiert  einerseits  als 
Diketon,  andererseits  als  Diphenol 

CiqH)_CH, 
ROOC.C^  \c.COOR; 

Cir-"~C(OH) 

er  gehört  zu  den  tautomeren  Substanzen. 

Cyklohexantriondicarbo  n  s  ä  ur  e  e  s  t  e  r 
oder  Phloroglucindicarbonsäureester 

/CO— CH.COOC2H5 
CH,<  >C0 

\C0— CH.COOC.H, 

^C(OH)— C.COOC2H5 
_rz_  ^       


oder 


CH 


^ 


C(OH) 


CH, 


\ 


CHo— CH 


/ 


CH.COOH 


Zwei  stereoisomere  Säuren;  cis-Säure  Schmp. 
161—163°,  trans-Säure  118—120».  Nur  die 
cis-Säure  liefert  ein  Anhydrid,  ebenso  wie  die 
mit  ihr  vergleichbare  Glutarsäure.  Die  cis- 
Säure  wird  durch  Erhitzen  mit  Salzsäure  in  die 
trans-Säure  umgewandelt  und  diese  wieder 
unter  den.selben  Bedingungen  in  das  cis-Anhydrid. 
C  y k  1 0 h e xa n-1 ,4-d i c a r b 0 n  s ä u r e n  (H e xa - 
hydrotereph  talsäuren) 

/CHo— CH, 


HOOC.CH 


)CH.COOH. 


^CH„— CH, 


Die  malenoide  cis-Säure  (Schmp.  KiO^j  wird 
durch  Salzsäure  in  die  fumaroide  trans-Säure 
(Schmp.  gegen  200»)  umgelagert.  Beide  Säuren 
bilden  kein  Anhydrid. 

(-"yklohexandion-l,4-dicarbonsäure    ist 
die  Succinylo bernsteinsäure 


CO        CH, 


HOOC.HC 


>CH.COOH. 


CO 


Sie  entsteht  durch  vorsichtige  Verseifnng  ihres 
Diäthylesters,    der    seinerseits    gewonnen    wird 


\C(0H)  =  C.C00C,H5 

entsteht  beim  Erhitzen  von  Natriummalonsäure- 
ester.  Verhält  sich  wie  ein  Triketon  (Bildung 
eines  Trioxims)  oder  wie  ein  Triphenol  (Bildung 
eines  Triacetats),  gehört  also  zu  den  tautomeren 
Substanzen. 

Vom  Cyklohexen  und  vom  Cyklohexa- 
diiin  leiten  sich  Dicarbonsäuren  ab,  die  tetra- 
hydrierte und  dihydrierte  Benzoldicarbonsäuren 
sind.  Je  nach  der  Stellung  der  Doppelbindungen 
zu  den  Carboxjden  sind  theoretisch  eine  große 
Zahl  von  Isomeren  vorauszusehen,  von  denen 
einige  bekannt  geworden  sind;  z.  B.  die  z/^-Te- 
trahydrophtalsäure,  die  -i"-Tetrahydrophtalsäure 
und  die  ^*-Tetrahydrophtalsäure " 

CHa- CH,— C— COOH  CH„— CH  =C— COOH 
CH,— CH,— C— COOH    CH,—CH2— CH.COOH 

CH— CH,— CH— COOH 

CH— CHo— CH— COOH. 

z/«— 

Vom  stereochemischen  Standpunkte  ist  be- 
merkenswert, daß  nur  die  letztere,  bei  der  die 
Carboxyle  an  einfach  gebundenen  Kohlenstoff- 
atomen haften,  in  (der  Theorie  entsprechenden) 
zwei  Formen,  einer  eis-  und  einer  trans-Säure 
auftreten,  l^s  walten  hier  dieselben  Verhältnisse 
ob,  wie  bei  den  vollkommen  gesättigten  Cyklo- 
hexanderivateii.  Wenn  Carboxyle  an  doppelt 
gebundenen  Kohleiistoffatomen  stehen,  ist,  eben- 
so wie  bei  den  Plitalsäuren  und  allen  anderen 
Disubstitutionsprodukten  des  Benzols,  keine 
Stereoisomerie  möglich. 

Heptacarbocyklische  Säuren. 

C  y  k  1 0  h  e  p  ta  n  c  a  r  b  0  n  s  äur  e ,  Suberansäure 
Sdp.i5  139«. 

Cykloheptatriencarbonsäuren  (Tropili- 
dencarbonsäuren  C7H,.C001I.  Zwei  Isomere, 
ß-Säure  Schmp.  71»,  /^-Säure  Schmp.  56«. 
Ihre  Verschiedenheit  beruht  auf  der  verschiedenen 


Isocyklische  Verbindungen  —  Isomerie 


581 


Lage  der  Doppelbindungen  im  Ringe.  Sie 
werden  erhalten  durch  Abbau  des  Alkaloids 
Ecgonin,  das  wie  das  verwandte  Tropin  einen 
Siebenring  enthält;  ferner  auch  durch  Umlagerung 
der  Norcaradiencarbonsäure  (aus  Benzol  und 
Diazoessigester) 


CH  =  CH— CH 

I  I 

CH  =  CH— CH^ 


\ 


CH.COOH. 


Literatur.       V.    Meyer     und     P.     Jacobson, 

Lehrbuch  der  organischen  Chemie,  2.  Bd.,  1.  Teil. 
Leipzig  190S.  —  V,  v.  Richters,  Chemie  der 
Kohlenstoffverhindun  gen,  11.  Auflage,  2.  Bd. 
Bonn  1913. 

H.  Stobbe. 


Isomerie. 


1.  Begriff  der  Isomerie.  Arten  der  Isomerie. 

2.  Polymorphie  oder  physikalische  Isomerie. 
Enantiotropie,  Monotropie;  Unterscheidung  zwi- 
schen   Polymorphie    und    chemischer    Isomerie. 

3.  Chemische  Isomerie.  Statik:  a)  Strukturiso- 
merie:  Kettenisomerie,  Ortsisomerie,  Metamerie, 
Kernisomerie,  Seitenkettenisomerie.  b)  Stereo- 
isomerie.  a)  Spiegelbildisomerie  oder  optische 
Isomerie:  Bedingungen  des  Auftretens  derselben; 
asymmetrisches  Kohlenstoffatom,  Charakteri- 
sierung der  Spiegelbildisomerie,  Racemverbin- 
dungen  und  Spaltung  derselben;  Verbindungen 
mit  2  und  mehr  asymmetrischen  Kohlenstoff- 
atomen; andere  asymmetrische  Zentralatome; 
optische  Isomerie  ohne  asymmetrisches  Zentral- 
atom, ß)  Geometrische  Isomerie  oder  Cis-Trans- 
Isomerie:  bei  C=C-Doppelbindung,  bei  ring- 
förmigen Verbindungen,  bei  C  =N-Doppelbindung, 
bei  N=i\ -Doppelbindung,  c)  Chemische  Isomerie 
bei  anorganischen  Verbindungen.  4.  Dynamik 
der  isomeren  Stoffe:  a)  Dynamik  der  Spiegelbild- 
isomerie: Bildung  aus  inaktiven,  aus  aktiven 
Stoffen,  asymmetrische  Synthese,  Umlagerung 
optischer  Antipoden,  Waldensche  Umkehrung. 

b)  Dynamik  der  Cis-Trans-Isomerie:  Additions- 
reaktionen, Beziehung  zu  ringförmigen  Ver- 
bindungen, Umlagerung  von  Cis-Trans-Isomeren. 

c)  Dynamik  der  Strukturisomerie.  Nicht  umkehr- 
bare Umlagerungen,  umkehrbare  Umlagerungen, 
dynamische  Isomerie,  Gleichgewichtsisomerie. 
Tautomerie  und  Desmotropie,   Chromoisomerie. 

I.  Begriff  der  Isomerie.  Arten  der  Iso- 
merie. Unter  Isomerie  versteht  man  die  Er- 
scheinung, daß  Substanzen  von  gleicher 
qualitati^jer  und  quantitativer  Zusammen- 
setzung sich  durch  ihre  stofflichen  Eigen- 
schaften voneinander  unterscheiden.  Im 
Anfang  des  19.  Jahrhunderts  war  man  der 
Ansicht  gewesen,  daß  Stoffe,  die  bei  Gleich- 
heit der  äußeren  Bedingungen  verschiedene 
Eigenschaften  aufweisen,  auch  notwendig 
in  ihrer  Zusammensetzung  abweichen  müßten. 
Die  Unrichtigkeit  dieser  Auffassung  zeigte 
sich  zuerst  in  auffälliger  Weise,  als  Lieb  ig 
im  Jahre  1823  durch  Analyse  feststellte,  daß 


knallsaures  Silber  und  cyansaures  Silber, 
zwei  Substanzen  von  grundverschiedenem 
pliysikalischem  und  chemischem  Verhalten, 
aus  denselben  Elementen  C,  N,  0  und  Ag 
in  genau  den  gleichen  Mengenverhältnissen 
zusammengesetzt  sind.  Dieser  Befund 
widersprach  der  herrschenden  Meinung  so 
sehr,  daß  man  zuerst  an  einen  experimentellen 
Fehler  glaubte.  Doch  wairden  bald  andere 
ähnliche  Fälle  aufgefunden  und  I.  Berze- 
lius,  der  die  Tragweite  dieser  Feststellung 
erkannte,  formulierte  sodann  im  Jahre 
1830  den  Begriff  Isomerie;  er  deutete  die 
Erscheinung  auf  der  Basis  der  Atomtheorie 
im  wesentlichen  so,  wie  dies  noch  heute  ge- 
schieht, dahin,  daß  isomere  Stoffe  die 
gleichen  Elementaratome,  aber  ,,in  un- 
gleicherWeise  zusammengelegt",  ent- 
halten. Der  Begriff  der  chemischen  Konsti- 
tution hat  sich  aus  der  Problemstellung,  die 
in  dieser  Deutung  liegt,  allmählich  heraus 
entwickelt.  Die  experimentelle  Forschung 
der  folgenden  Jahrzehnte  zeigte  dann,  daß 
besonders  im  Bereiche  der  organischen 
Chemie  die  Erscheinung  der  Isomerie  unge- 
heuer verbreitet  ist;  in  der  Tat  beruht  der 
außerordentliche  Umfang  der  organischen 
Chemie  nicht  zum  kleinsten  Teil  auf  der 
großen  Zahl  von  isomeren  Verbindungen. 
Die  Bestrebungen  zur  Erklärung  der  ein- 
zelnen Isomeriefälle  sind  in  hervorragendem 
Maße  die  treibende  Kraft  gewesen,  der  die 
glänzende  Entwickelung  unserer  heutigen 
Lehre  von  der  Konstitution  chemischer  Ver- 
bindungen zu  danken  ist.  Bevorjedoeh  hierauf 
näher  eingegangen  werden  kann,  ist  es  not- 
wendig, den  Begriff  der  Isomerie  schärfer  zu 
begrenzen. 

Schon  Berzelius  hatte  bald  die  Not- 
wendigkeit erkannt,  zw^eierlei  Erscheinungen 
auseinander  zu  halten:  es  können  Stoffe  von 
gleicher  Zusammensetzung  verschiedene 
Eigenschaften  haben,  weil  sie  sich  durch 
die  Größe  des  Moleküles  unterscheiden, 
so  z.  B.  Aethylen  C2H4  und  Butylen  C4H8. 
Solche  Verbindungen  bezeichnete  er  als 
polymer  und  die  Erscheinung  als  Poly- 
merie. Unter  Isomerie  im  eigentlichen 
Sinne,  chemischer  Isomerie,  ist  dann 
Verschiedenheit  der  chemischen  Eigen- 
schaften bei  gleicher  Zusammensetzung  und 
gleicher  Molekulargröße  zu  verstehen,  die 
nach  allgemein  geltender  Auffassungsweise 
hervorgerufen  wird  durch  den  verschiedenen 
Aufbau  der  Atome  im  ^lolekül. 

Davon  abzusondern  ist  ferner  noch  der 
Begriff  der  Polymorphie  (Dimorphie,  Tri- 
morphie  usw.)  — -oder  auch  physikalischen 
Isomerie.  Mit  dieser  Bezeichnung  faßt 
man  solche  Stoffe  zusammen,  die  nur  in 
kristallisiertem  Zustand,  nicht  aber  in  Lösung 
oder  als  Gas  in  verschiedenen  Formen  exi- 


582 


Isomerie 


stieren  können,  und  die  keine  Verschiedenheit 
des  clieinischen  Vorhaltens  aufweisen. 

Eine  große  Anzahl  von  Elementen 
Schwefel,  Phosphor,  Kohlenstoff  und  viele 
andere,  treten  in  verschiodeiion  Formen  auf, 
die  Unterschiede  in  den  |)liYsika.lischen  Eigen- 
schaften und  auch  im  chemischen  Verhalten 
aufweisen.  Hierfür  ist  der  Name  Allotropie 
gebräuehlich. 

2.  Pol5nnorphie  oder  physikalische  Iso- 
merie. Sowohl  bei  anorganischen  wie  bei 
organischen  Stoffen  ist  es  eine  sehr  häufige 
Erscheinung,  daß  aus  dem  Schmelzfluß  oder 
Lösung  oder  Dampf  eine  Substanz  in  zwei 
oder  mehreren  verschiedenen  Formen  aus- 
kristallisieren kann,  die  Unterschiede  der 
Kristallform,  sowie  anderer  physikalischer 
Eigenschaften  aufweisen,  verschiedene  Dichte, 
verschiedenen  Schmelzpunkt,  Dampfdruck, 
verschiedene  I^öslichkeit,  zuweilen  auch  ver- 
schiedene Farbe  besitzen,  aber  keine  Unter- 
schiede im  chemischen  Verhalten  zeigen. 
Solche  Verbindungen  bezeichnet  man  als 
dimorph,  bezw.  polymorph.  Das  charak- 
teristische Kriterium  für  Polymorphie  be- 
steht darin,  daß  alle  Unterschiede  ver- 
schwinden, wenn  man  die  verschiedenen 
Formen  schmilzt,  verdampft  oder  in  Lösung 
bringt.  Polymorphie  ist  also  auf  den  kri- 
stallisierten Zustand  beschränkt,  während 
chemische  Isomerie  in  Lösung  oder  Dam}3f- 
zustand  fortbesteht.  Polymorphe  Formen 
sind  den  verschiedenen  Äggregatzuständen 
eines  Stoffes  vergleichbar  und  werden  des- 
halb auch  physikalische  Isomere  genannt. 
Vom  Standpunkt  der  Phasenlehre  sind  poly- 
morphe Formen  als  verschiedene  Phasen  eines 
Komponenten  aufzufassen.  Man  deutet  die 
Erscheinung  meist  dahin,  daß  Polymorphie 
nicht  wie  chemische  Isomerie  durch  ver- 
schiedene iVnordnung  der  Atome  im  Molekül 
verursacht  sei,  sondern  darauf  beruhe,  daß 
identische  Moleküle  sich  in  verschiedener 
Weise  aneinander  lagern,  in  verschiedenen 
Raumgittern  sich  grupi)ieren  (vgl.  den  Ar- 
tikel ,, Kristallographie").  Doch  hat 
Tammann  gezeigt,  daß  diese  Erklärung  nicht 
alle  Fälle  von  Polymorphie  umfaßt,  sondern 
daß  neben  ])olymorplien  Formen,  die  aus 
identischen  Molekülen  zusammengesetzt  sind, 
auch  andere  anzunelnnen  sind,  deren  Bau- 
steine Polymere  sind,  die  durch  Assoziation 
der  einfachen  Moleküle  entstanden  sind. 
Besonders  eingehend  sind  in  dieser  Richtung 
die  polymorphen  Formen  des  Eises  unter- 
sucht worden.  Es  sei  darauf  hingewiesen, 
daß  verschiedene  Forscher  annehmen,  auch 
die  Polymorphie  beruhe  auf  verschiedener 
Beschaffenheit  der  Einzelmoleküle  und  zwar 
auf  feineren  Unterschieden  im  Molekularbau, 
die  sich  zurzeit  nicht  durch  Struktur-  oder 
Raumformeln  wiedergeben  lassen. 

Umwandlung      von      polymorphen 


Formen.  Im  allgemeinen  wandeln  sich 
polymorphe  Formen  sehr  leicht  und  schnell, 
oft  "spontan,  sehr  häufig  durch  Impfen  in  ein- 
ander um,  doch  gilt  dies  nicht  allgemein  und 
es  gibt  Fälle,  welche  man  zur  Dimorphie 
zählt,  bei  denen  Umwandlung  auch  in  be- 
liebig langen  Zeiten  nicht  eintritt,  z.  B. 
Kalkspat  und  Aragonit.  Man  pflegt  zwei 
verschiedene  Arten  der  Polymorphie  zu 
unterscheiden : 

Als  Enantiotropie  bezeichnet  man 
nach  Lehmann  (Molekularphysik,  Leipzig 
1888)  diejenige  Art  der  Polymorphie,  bei 
welcher  eine  bestimmte  Temperatur  (Um- 
wand 1  u  n  g  s  t  e  m  p  e  r  a  t  u  r)  beobachtet  wurde, 
oberhalb  deren  die  eine  und  unterhalb  deren 
die  andere  Form  stabil  ist.  Man  kann  durch 
Aenderung  der  Temperatur  die  beiden  For- 
men wechselseitig  ineinander  verwandeln. 
Die  Umwandlungstemperatur  ist  derjenige 
Punkt,  bei  welcher  die  Dampfdruck-  und 
Löslichkeitskurven  der  beiden  Formen  sich 
schneiden,  bei  der  also  beide  Formen  gleichen 
Dampfdruck  und  gleiche  Löslichkeit  be- 
sitzen. Der  jeweils  stabilen  Form  kommt 
stets  der  kleinere  Dampfdruck  und  die 
kleinere  Löslichkeit  zu.  Besonders  bekannte 
Beispiele  von  Enantiotropie  sind  der  mono- 
kline  und  der  rhombische  Schwefel,  dessen 
Umwandlungstemperatur  bei  95,6''  und  das 
weiße  und  graue  Zinn,  dessen  Umwandlungs- 
temperatur bei  20**  liegt. 

Als  Monotropie  bezeichnet  man  die- 
jenige Art  der  Polymorphie,  bei  welcher  die 
Umwandlung  nur  in  einem  Sinne  erfolgt. 
Man  unterscheidet  dann  eine  labile  und  eine 
stabile  Form  und  kann  die  erstere  durch 
Kristallkeime  in  die  stabile  Form  verwandeln, 
aus  dieser  aber  die  labile  Form  nur  in  der 
Weise  erhalten,  daß  man  die  Kristalle 
schmilzt  oder  löst.  Aus  der  überkalteten 
Schmelze  oder  der  übersättigten  Lösung 
scheidet  sich  dann  — ■  bei  Abwesenheit  von 
Kristallkeimen  der  stabilen  Form  — ■  zuerst 
die  labile  Kristallart  aus.  Eine  Umwandlungs- 
temperatur ist  in  diesem  Falle  nicht  zu 
beobachten  und  zwar  deshalb,  weil  dieselbe 
oberhalb  des  Schmelzpunktes  zu  liegen 
kommt  (vgl.  den  xArtikel  ,,C  he  misch  es 
Gleichgewicht"). 

Unterscheidung  zwischen  Poly- 
morphie und  chemischer  Isomerie. 
Im  allgemeinen  bietet  es  durchaus  keine 
Schwierigkeit,  zu  entscheiden,  ob  eine  Iso- 
merieerscheinung  zur  Polymorphie  oder 
chemischen  Isomerie  zu  rechnen  ist.  Meist 
genügt  das  Kriterium,  daß  chemisch  Isomere 
durch  Verschiedenheit  des  chemischen  Ver- 
haltens gekennzeichnet  sind,  also  z.  B.  ver- 
schiedene Derivate  bilden  und  daß  chemische 
Isomerie  im  Schmelzfluß,  Dampfzustand  und 
in  der  Lösung  fortbesteht. 

In  neuerer  Zeit  hat  man  aber  im  Gebiete 


Isomerie 


583 


der  organischen  Chemie  recht  zahlreiche 
Isomere  kennen  gelernt,  die  sich  mit  großer 
Leichtigkeit  ineinander  überführen  lassen, 
die  z.  B.  beim  Schmelzen  oder  Lösen  sich 
wechselseitig  ineinander  verwandeln  und 
eine  Gleichgewichtsmischung  bilden.  In 
den  extremen  Fällen,  wo  diese  Umwandlung 
mit  sehr  großer  Geschwindigkeit,  scheinbar 
momentan  verläuft,  ist  es  schwer,  mit  un- 
seren Hilfsmitteln  zuweilen  unmöglich,  zu 
sagen,  ob  man  es  mit  chemischer  Isomerie 
oder  mit  Polymorphie  zu  tun  hat.  Infolge- 
dessen gibt  es  eine  Reihe  von  strittigen  Er- 
scheinungen, die  von  manchen  Forschern 
als  Polymorphie,  von  anderen  als  Isomerie 
gedeutet  werden.  Denn  solch  labile  Isomere 
verhalten  sich  auch  bei  chemischen  Um- 
wandlungen wie  ein  einheitlicher  Stoff  und 
bilden  keine  verschiedenen  Derivate.  Zur 
Entsclieidung  kann  dann  zuweilen  die  Tat- 
sache herangezogen  werden,  daß  bei  Poly- 
morphie, nicht  aber  bei  Isomerie,  die  je- 
weils stabile  Form  notwendig  den  höheren 
Schmelzpunkt,  die  niedrigere  Dampfspan- 
nung die  kleinere  Löslichkeit  besil^zt;  man 
kann  also,  wenn  diese  Bedingung  nicht  er- 
füllt ist,  den  Schluß  ziehen,  daß  Isomerie 
vorliegt.  Ferner  erniedrigen  Isomere,  wenn 
man  sie  zusammen  mischt,  gegenseitig  ihren 
Schmelzpunkt;  man  findet  wie  bei  beliebigen 
anderen  Stoffen  eine  Schmelzpunktskurve, 
die  durch  die  Existenz  eines  eutektischen 
Punktes  charakterisiert  ist,  während  bei 
polymorphen  Formen  intermediäre  Schmelz- 
punkte oder  ein  Schmelzpunkt,  der  jiiedriger 
liegt  als  derjenige  der  beiden  Körper,  abso- 
lut unmöglich  ist. 

3.  Chemische  Isomerie.  Statik.  Als 
chemisch  isomer  bezeichnet  man  solche 
Stoffe,  welche  bei  gleicher  Zusammen- 
setzung und  gleichem  Molekulargewicht 
Unterschiede  in  physikalischen  und  che- 
mischen Eigenschaften  aufweisen.  Im  Gegen- 
satze zu  Polymorphie  ist  chemische  Isomerie 
nicht  auf  einen  bestimmten  Aggregatzu- 
stand beschränkt.  Die  Deutung,  daß  che- 
mische Isomerie  auf  verschiedener  Anordnung 
der  Atome  im  Molekül  beruhe,  setzt  not- 
wendig voraus,  daß  die  iVtome  im  Mole- 
külverband sich  nicht  in  regelloser  Weise 
durcheinander  bewegen,  sondern  daß  ge- 
wisse Kräfte  existieren,  welche  sie  in  be- 
stimmter gegenseitiger  Lage  festhalten.  Die 
Gesetze  kennen  zu  lernen,  welche  diesen  Auf- 
bau bedingen,  ist  die  Aufgabe  der  Lehre  von 
der  Konstitution  der  Verbindungen  (vgl. 
den  Artikel  „Konstitution").  Zur  Ent- 
wickelung  der  Konstitutionslehre,  die  auf 
dem  Boden  der  organischen  Chemie  er- 
wachsen ist,  hat  das  systematische  Studium 
der  Isomerieerscheinungen  und  das  Be- 
streben, alle  Verbindungen  einer  bestimmten 
Zusammensetzung     vollzählig     darzustellen, 


außerordentlich  viel  beigetragen.  Der  Erfolg 
dieser  Anstrengungen  ist  denn  auch  der  ge- 
wesen, daß  die  ungeheure  Anzahl  von  exi- 
stierenden Verbindungen  systematisch  zu- 
sammengefaßt werden  kann  und  daß  sich  auf 
Grund  der  Theorie  voraussagen  läßt,  wieviel 
Isomere  einer  bestimmten  empirischen  For- 
mel existieren  können. 

Isomerie  kann  bedingt  sein  erstens  durch 
die  verschiedene  Verkettung,  welche  die 
Atome  im  Molekül  zusammenhält  —  Struk- 
tur isomerie  — ■  und  zweitens  bei  gleicher 
Struktur  durch  die  verschiedene  räumliche 
I  Lage,  welche  den  ^Atomen  innerhalb  des 
'Moleküls  zukommt  —  Stereoiso merie. 

3a)    Strukturisomerie.        Ueber    die 
I  Prinzipien   der    Strukturlehre   vgl,    die   Ar- 
tikel ,, Organische    Chemie"  und  ,, Kon- 
stitution".  Hier  sei  nur  kurz  erwähnt,  daß 
dieser  Lehre  die  Annahme  zugrunde  liegt, 
!  daß  jedes  Atom  in  direkte  Beziehung  treten 
kann  nur  mit  einer  ganz  bestimmten  Zahl 
I  anderer   Atome,   die   durch   die   Valenzzahl 
i  charakterisiert  ist.   Auf  dieser  Basis  läßt  sich 
eine  Einteilung  der  Strukturisomeren  in  ver- 
schiedene Arten  aufstellen. 

I  Kettenisomerie.  Auf  Grund  der  Vor- 
aussetzung  der    Einwertigkeit   des    Wasser- 

1  Stoff  atoms  und  der  Vierwertigkeit  des  Kohlen- 
stoffs —  mit  vier  unter  sich  gleichen  Va- 
lenzen — ■  ergibt  sich,  daß  in  Kohlenwasser- 
stoffen, die  mehr  als  ein  C-Atoni  im  Molekül 
enthalten,  der  Zusammenhang  der  Atome  nur 
durch  den  Kohlenstoff  vermittelt  werden 
kann  und  daß  von  den  drei  einfachsten 
Kohlenwasserstoffen  Methan,  Aethan  und 
Propan 


H 


H 


I  H\  /H    H.         I         M 

H-C-H      H-)C-CfH    H^C-C-CfH 
•H    W         I 


H' 


H 


H 


H 


keine  Isomere  existieren,  daß  es  aber  zwei 
Butane 

CfH 
^H 


Hs 


H    H 


H 


H  :c-c-c-c:  h 


H 


/ 


H    H 


^H 


H\  H 
H^C-C 
H 


H 

CfH 

^H 


und  drei  Pentane 


Hv      H    H   H       /H  Hv        H    H/^\h 

H^C-C-C-C-C(^H  H^C-C-C 

H^     H    H    H       \H  H/       H      \    /g 

Cr— H 


\ 


H 


584 


Isomerie 


H)C,        CfH 
B^  \^/  \h 

H^    /   \    /H 

^oben  muß.  Mit  wachsender  Anzalil  der 
Kolilenstoffatome  wächst  die  Anzalil  der 
Isomeren  außerordentlich.  Es  läßt  sich  leicht 
ableiten,  daß  für  CgHij  fünf,  für  C7H16  neun, 
für  C13H18  18,  für  C14H30  bereits  1855  Mög- 
lichkeiten sich  ergeben. 

Diese  Art  der  Isomerie,  die  auf  Verschie- 
denheit der  Kohlenstoffkette  beruht,  nennt 
man  Kettenisomerie.  Zur  Bezeichnung 
der  Isomeren  bedient  man  sich  der  auf  dem 
Kongreß  in  Genf  1892  beschlossenen  inter- 
nationalen Nomenklatur.  Man  nennt  die 
Kohlenwasserstoffe  mit  in  unverzweigter 
Reihe  fortlaufender  Kohlenstoffatomkette 
normale  Kohlenwasserstoffe.  Kohlen- 
wasserstoffe mit  verzweigter  Kette  werden 
als  Substitutionsprodukte  der  normalen  be- 
trachtet, wobei  man  den  Namen  auf  die  längste 
normale  Kette  bezieht,  die  man  in  der  Struk- 
turformel auffinden  kann,  und  zeigt  den  Ort 
der  Substitution  durch  fortlaufende  Nume- 
rierung an,  z.  B. 

1     2 
H3C-CH0.  3        4 

"^CH— CH  ^ 
H3C  CH2 — CHs 

3-Methyl-4-aethyl-heptan. 

Häufig  wird  der  Ort  der  Substitution  statt 
durch  Ziffern,  durch  griechische  Buchstaben 
angegeben  (z.  B.  in  M.  M.  Richters  Lexikon 
der  organischen  Verbindungen). 


y       ß        a 
H3C-CH-CH-CH, 

I  I 

CH,  CH, 


/?-;'-Dimethjibutan. 


Außerdem  sind  für  manche  Glieder  be- 
sondere Namen  gebräuchlich,  die  im  Artikel 
,,Aliphatischc  Kohlenwasserstoffe" 
angeführt  sind. 

Ortsisomerie.  Bei  Substitutionspro- 
dukten von  Kohlenwasserstoffen  können 
Isomerien  veranlaßt  sein  entweder  durch  die 
Verschiedenheit  des  Kohlenstoffskelettes 
(Kettenisomerie)  oder  bei  Gleichheit  des 
zugrundeliegenden  Kohlenwasserstoffes  da- 
durch, daß  verschiedene  unter  sich  ungleiche 
Wasserstoffatome  substituiert  sind.  Diese 
Art  der  Isomerie  bezeichnet  man  als  Orts- 
isomerie oder  Stellungsisomerie.  Vom 
Methan  und  Aethan  leiten  sich  keine  orts- 
isomeren Monosubstitutionsprodukte  ab,  da 
alle  Wasserstoffatome  gleichwertig  sind.  Da- 
gegen gibt  es  zwei  isomere  Derivate  des 
Propans. 


H  H       yR 


H^C— C— C^H 
W       H      ^Cl 


5 

6 

7 

H\       H       /H 
H^C-C-C^H 
W       Gl       ^H 

CHo- 

-CHo- 

-CH3 

.  jLx        Propylchlorid 


Isopropylchlorid 


Zur  Erläuterung  sei  angeführt,  daß  es  vier 
isomere  Butylalkohole  (oder  Butylchloride) 
gibt,  von  denen  je  zwei  (die  untereinander 
stehenden)  kettenisomer  und  je  zwei  (die  in 
der  Horizontalreihe  stehenden)  ortsi-^omer 
sind. 


H3C — CHg — CH2 — CHgOH 
H3CV 


H,C 


pCH— CH2OH 


/H 
H3C — CHo — Cv        — CH3 

^OH 
HX. 


HX' 


)COH— CH, 


Als  allgemeine  Bezeichnungsweise  gilt  auch 
hier  die  Bezifferung  mit  der  Angabe  des  Sub- 
stituenten.  Es  ist  leicht  ersichtlich,  wie  sehr 
sich  die  Isomerien  häufen  müssen,  wenn 
zwei  und  mehr  Substituenten  in  das  Molekül 
eintreten. 

Unter  dem  Namen  Metamerie')  werden 


^)  Der  Begriff,  der  mit  dem  Wort  ^letamerie 
verbunden  wird,  hat  mehrfach  gewechselt. 
Berzelius  hat  den  Ausdruck  geprägt,  um 
solche  Sonderfälle  von  Isomeren  zu  kennzeichnen, 
die  sich  ineinander  umwandeln  lassen.  In 
diesem  Sinne  wird  dis  Wort  heute  nicht  mehr 
gebraucht.    Zurzeit  wird  Metamerie  von  manchen 


häufig  (vielleicht  überflüssigerweise)  solche 
Isomeriefälle  zusammengefaßt,  die  dadurch 
entstehen,  daß  unter  sich  verschiedene  Radi- 
kale durch  mehrwertige  Atome  verknüpft 
sind,  z.  B.  die  Isomerie  von  Meth3iamvläther 
H3C.O.C5H11,  Aethvlbutvläther  CoHs.Ö.C^Hg 
und  Dipropyläther^CgH-'.O.CgH;" 

Kern  isomerie.  In  der  Geschichte  der 
Strukturlehre  hat  die  Erforschung  der  zahl- 
reichen Isomerien,  die  bei  Substitutions])ro- 
dukten   des  Benzols   auftreten,   eine    beson- 


als  gleichbedeutend  mit  Strukturisomerie  ver- 
wendet, von  anderen  für  den  hier  gekenn- 
zeichneten SpcziaJfall  der  Strukturisomerie. 


Isomerie 


585 


ders  große  Rolle  gespielt.  Die  Aufklärung 
der  Konstitution  des  Benzols,  seine  Auf- 
fassung als  Ringsystein  basiert  auf  diesen 
Untersuchungen.  Heute  liest  man  umge- 
kehrt aus  der  festgestellten  Konstitutions- 
formel des  Benzols — ^ebenso  beim  Naphthalin, 
Anthracen  usw.  — ■  die  Isomeriemöglichkeiten 
ab.  Für  die  Technik  ist  das  systematische 
Aufsuchen  dieser  Isomeren  von  außerordent- 
licher Wichtigkeit.  Das  Benzol  (vgl.  die 
Artikel ,, Benzol"  und  ,, Aromatische  Ver- 
bindungen") hat  6  unter  sich  gleichwertige 
Wasserstoffatome,  deshalb  existiert  auch  bei 
Monosubstitutionsprodukten  des  Benzols 
keine  Isomerie.  Dagegen  existieren  3  isomere 
Disubstitutionsprodukte : 


Als  gemischte  Isomerie  pflegt  man  zu 
bezeichnen,  wenn  in  einem  Falle  der  Sub- 
stituent  im  Benzolkern,  im  anderen  Fall  in 
der  Seitenkette  sitzt,  z.  B. 


CH2CI 


und   Cl-< 


>-CHo 


R 


R 


R 


Ganz  ähnlicher  Art,  nur  noch  zahlreicher, 
sind  die  Isomerien  bei  kondensierten  aroma- 
tischen Verbindungen. 

So  leiten  sich  vom  Naphtalin 

H       H 


H 


H 


R 


zwei  kernisomere  Monosubstitutionsprodukte 
R 


und 


die  man  als  ortho-  (0),   meta-  (m)  und  para- 
(p)-Verbindungen  bezeichnet.    Diese  Art  der 

Isomerie  wird  Kernisomerie  genannt.  und   (bei   Gleichheit   der   Substituenten)   10 

Treten  drei  Substituenten  in  den  Benzol-  Disubstitutionsprodukte    ab.      Zur    Unter- 
kern ein,  so  hängt  die  Anzahl  der  möglichen   Scheidung  derselben  bedient  man  sich  einer 
Isomerien  davon  ab,  ob  die   Substituenten   fortlaufenden  Bezifferung: 
unter  sich  gleich  oder  ungleich  sind.      Im 
ersten  Fall  gibt  es  drei  Isomere: 


R 


R 


W       ^,R 
H 


R\      Jr 
H 


die  als  vicinal  (v),  syiumetrisch  (s)  und 
asymmetrisch  (a)  unterschieden  werden.  All- 
gemein gebräuchlich  ist  außer  dieser  Nomen- 
klatur die  Bezeichnung  durch  Bezifferung: 

H 

/^\ 

m     2H 


H 


H 


H 


Von  Seitenkettenisomerie  spricht 
man  bei  aromatischen  Verbindungen,  wenn 
die  Isomerie  durch  verschiedene  Struktur 
einer  Seitenkette  veranlaßt  ist,  z.  B. 

\  / CH2 CIl2 CH3 

normal-Propylbenzol 

/CH3 
-CH( 
^CH3 
Isopropylbenzol. 


Die  unter  sich  gleichartigen  Stellen  1,  4,  5 
und  8  werden  als  a-,  die  Stellen  2,  3,  6,  7  als 
/^-Stellung  bezeichnet.  Für  Disubstitu- 
tionsprodukte von  der  Stellung  1,5  ist  die 
Vorsilbe  ana,  für  die  1,8-Verbindung  peri 
viel  gebraucht.  Ueber  die  Isomerieverhält- 
nisse  bei  anderen  kondensierten  Ringsystemen 
und  bei  heterozyklischen  Verbindungen  vgl. 
die  betreffenden  Artikel. 

3b)  Stereoisomerie.  In  den  ersten 
Zeiten  der  sich  entwickelnden  Konstitutions- 
lehre galt  es  wohl  als  Vermessenheit,  wenn 
gelegentlich  eine  Aeußerung  fiel,  das  Problem 
habe  sich  darauf  zu  erstrecken,  die  relative 
räumliche  Lage  der  Atome  im  Molekül  zu 
ergründen.  Aber  diese  allzu  große  Behutsam- 
keit hat  sich  nicht  gerechtfertigt.  Der  kon- 
sequente Ausbau  der  Atomtheorie  verlangte 
die  Lösung  dieser  Frage,  deren  Inangriff- 
nahme dann  auch  von  hervorragendem  Er- 
folg begleitet  war.  Die  Raumchemie  oder 
Stereo  Chemie  hat  als  Fundament  das 
Studium  der  Isomerie,  ihre  Begründung 
ging  von  Isomeriefällen  aus,  w^elche  die 
Strukturlehre  nicht  zu  deuten  vermochte. 
Man  hat  zwei  Arten  der  Stereoisomerie  zu 
unterscheiden,  die  Spiegelbildisomerie 
und  die  geometrische  Isomerie  oder  Cis- 
Transisomerie. 


586 


Isomerie 


a)  Spiegelbildisomerie  oder  op- 
tische Isomerie.  Die  Geschiclitc  der  Ste- 
reoisomerie  knüpft  an  die  js^rundlesenden  Ar- 
beiten von  Pasteur  über  die  Weinsäuren  an 
(1848  bis  1853).  Dieser  fand,  daß  sich  die 
optisch  inaktive  Traubensäure  mit  Hilfe  von 
Methoden,  welche  weiter  unten  besprochen 
werden,  in  zwei  Säuren,  die  d-  und  1-Wein- 
säuren  zerlegen  läßt,  die,  in  allen  sonstigen 
Eigenschaften  sich  gleichend,  nur  dadurch 
unterschieden  waren,  daß  die  eine  die  Ebene 
des  polarisierten  Lichtstrahles  ebensoviel 
nach  rechts  drehte,  wie  die  andere  nach  links. 
Pasteur  verglich  diese  optischen  Antipoden 
mit  dem  Quarz,  von  dem  man  Kristalle 
kennt,  die  linksdrehend  und  andere,  die 
rechtsdrehend  sind  (enantiomorphe  Formen), 
wobei  aber  die  optische  Aktivität  an  den 
Kristallzustand  gebunden  ist  und  mit  diesem 
verschwindet.  Pasteur  sprach  sich  mit 
vollster  Klarheit  darüber  aus,  daß  in  der- 
selben Weise,  wie  das  Polarisationsvermögen 
des  Quarzes  durch  die  Asymmetrie  der  Kri- 
stallstruktur verursacht  ist,  so  die  optische 
Aktivität  der  beiden  Weinsäuren,  die  ja  in 
Lösung  bestehen  bleibt,  dadurch  hervor- 
gerufen sein  müsse,  daß  die  Anordnung  der 
Atome  im  Molekül  asymmetrisch  sei,  gleich 
einer  gewundenen  Treppe  oder  einem  asj^m- 
metrischen  Tetraeder,  und  zwar  in  der  Weise, 
daß  ein  Molekül  1-Weinsäure  das  Spiegel- 
bild eines  d-Weinsäuremoleküls  wäre.  Er 
verallgemeinerte  seinen  Befund  dahin,  daß 
es  zu  jedem  optisch  aktiven  Stoff  das  Spiegel- 
bild geben  müsse,  das  sich  von  dem  ersteren 
nur  clurch  das  optische  Drehungsvermögen 
unterscheidet.  Darüber,  wie  die  Anordnung 
der  Atome  im  Molekül  der  Weinsäure  im 
einzelnen  sei,  konnte  damals  nichts  gesagt 
werden,  da  zu  jener  Zeit  die  Strukturlehre 
noch  nicht  existierte.  Eine  x\rbeit  von 
L  Wislicenus  (1873)  über  die  Milchsäure 
ließ  die  Notwendigkeit  von  Raumformeln  er- 
neut hervortreten.  Im  Jahre  1874,  also  zu 
einer  Zeit,  wo  die  Strukturlehre  voll  ent- 
wickelt war,  erschienen  fast  gleichzeitig  zwei 
Arbeiten,  von  van't  Hoff  und  Le  Bei, 
welche  die  Ideen  Pasteurs  vom  Standpunkte 
der  Strukturlehre  aus  spezialisierten  und 
damit  die  theoretischen  Grundlagen  der 
Stereochemie  schufen.  Ohne  auf  die  histo- 
rische Entwickelung  weiter  einzugehen,  sollen 
die  Hauptlehren  dieser  Theorie  in  ihrer  heu- 
tigen Gestalt  kurz  auseinandergesetzt  wer- 
den. 

Bedingung  des  Auftretens  von  op- 
tischer Isomerie.  Ganz  allgemein  läßt 
sich  der  Satz  formulieren,  daß  optische 
Aktivität  gebunden  ist  an  einen  asymme- 
trischen Aufbau  der  Atome  im  Molekül  — 
Enantiomorphismus  der  Molekularstruktur 
—  der  so  beschaffen  sein  muß,  daß  das 
Molekül  weder  eine   Symmetrieebene,  noch 


ein  Symmetriezentrum  aufweist.  Das  Spiegel- 
bild eines  derartigen  Moleküls  läßt  sich  mit 
dem  Bild  nicht  zur  Deckung  bringen.  Es 
existieren  dann  stets  zwei  Isomere,  die  sich 
dadurch  unterscheiden,  daß  das  eine  die 
Ebene  des  polarisierten  Lichtes  nach  links, 
das  andere  nach  rechts  dreht.  Diesen  all- 
gemeinen Bedingungen  entsprechen  eine 
Reihe  von  Spezialfällen: 

Asymmetrisches  Kohlenstoffatom. 
Der  bei  weitem  häufigste  und  wichtigste  Fall 
von  molekularer  Asymmetrie  ist  das  Auf- 
treten eines  asymmetrischen  Kohlenstoff- 
atoms, d.  h.  eines  Kohlenstoffatoms,  das  mit 
vier  verschiedenen  Radikalen  verbunden  ist. 

Die  Theorie  von  van't  Hoff  und  Le  Bei 
geht  davon  aus,  daß  die  vier  Radikale  nicht 
in  einer  Ebene  liegen,  sondern  im  Raum 
verteilt  sind.  Im  Falle  der  symmetrischen 
Verteilung  kommen  dann  die  vier  Gruppen 
an  die  Ecken  eines  regulären  Tetraeders  zu 
liegen.  Das  Modell  läßt  klar  erkennen,  daß 
zwei  Anordnungen  existieren  müssen,  die 
sich  wie  Bild  und  Spiegelbild  verhalten. 


^fr  Van'  t  Hoff,  der  auf  Kekules  Arbeiten 
weiter  baute,  nimmt  an,  daß  eine  derartige 
räumliche  Anordnung  dadurch  zustande 
kommt,  daß  das  Kohlenstoffatom  vier 
Valenzen  besitzt,  die  nach  den  Ecken  eines 
Tetraeders  gerichtet  sind,  deren  Zentrum  das 
C-Atom  einnimmt,  Le  Bei,  der  sich  näher 
an  Pasteur  anlehnte,  sieht  von  der  An- 
nahme von  gerichteten  Einzelkräften  ab, 
sondern  setzt  voraus,  daß  die  räumliche 
Gruppierung  das  Resultat  eines  Gleichge- 
wichtszustandes sei,  der  sich  zwischen  den 
anziehenden  und  abstoßenden  Ivräften  der 
Atome  und  Radikale  einstellt  (über  andere 
Auffassungen  vgl.  den  Artikel  ,, Valenz"). 
Die  Prognose,  daß  bei  allen  Verbindungen, 
welche  ein  asymmetrisches  Kohlenstoff atom 
enthalten,  optische  Isomerie  auftreten  müsse, 
ist  durch  systematische  Studien  durchaus 
bestätigt  worden.  Einige  Beispiele  von 
optisch-aktiven  Verbindungen,  die  ein  asym- 
metrisches C-Atom  enthalten,  seien  ange- 
führt : 

Methyl-aethyl-propyl-methan  oder  3.  Methyl- 
hexan 

H        /CH3 
■     >C< 
R,C/    \C2H5 

H^        CH3 


(2.)  Methyl-butanol  (.1.): 


H,C/     ^CHgOH 


Isomerie 


587 


H         CH3 
Methyl-aethyl-essigsäure:  /^X 

H5C2  CO2H 

H  CH3 

Milchsäure :         /C\ 

HO/     ^COaH 

H        /CgHs 
Mandelsäure:  C^ 

HO  COoH 

H,      ^CHa.COaH 
Aepfelsäure:  /Cc 

HO/     ^COaH 

H  CHo.CH(CH3)2 

Leucin:  /C/       "  "      usw. 

H2N/     \CO2H 

Charakterisierung  der  Spiegel- 
bildisomerie.  Spiegelbildisomere  sind, 
gleichgültig,  ob  die  Isomerie  durch  ein  asym- 
metrisches Kohlenstoffatom  oder  durch  an- 
dere molekulare  Asymmetrie  bedingt  ist,  da- 
durch ausgezeichnet,  daß  sie  in  ihrem  physi- 
kalischen und  chemischen  Verhalten  an- 
einander völlig  gleichen;  sie  besitzen  den- 
selben Schmelz-  und  Siedepunkt,  gleiche 
Dichte,  Lichtbrechung,  Löslichkeit,  gleiche 
Lösungs-,  Neutralisätions-und  Verbrennungs- 
wärnie  und  gleiche  x\ffinitätskonstanten  usw. 
und  unterscheiden  sich  außer  in  der  Kristall- 
form wesentlich  nur  durch  ihr  Verhalten  gegen 
das  polarisierte  Licht. 

Racemverbindungen  und  Spaltung 
derselben.  Sehr  häufig  vereinigen  sich  op- 
tische Antipoden  in  äquimolekularen  Mengen 
zu  Racemverbindungen.  Das  sind  lockere 
Verbindungen,  die  in  kristallisiertem  Zustand 
beständig,  beim  Lösen  oder  Schmelzen  ganz 
oder  weitgehend  in  ihre  Komponenten  zer- 
fallen (Beispiel:  Traubensäure,  eine  Ver- 
bindung gleicher  Moleküle  d-  und  1-Wein- 
säure). 

Wegen  der  völligen  Gleichheit  der  phy- 
sikalischen Eigenschaften  gelingt  es  nicht, 
wie  bei  anderen  Isomeren,  durch  Kristalli- 
sation, Destillation  oder  dergleichen,  ein 
solches  inaktives  Gemisch  in  die  Kompo- 
nenten zu  zerlegen,  dafür  existieren  jedoch 
besondere  Methoden,  die  hauptsächlich  von 
Pasteur  geschaffen  wurden.  Die  Aufgabe 
ist  von  großer  Wichtigkeit,  da  bei  Synthesen 
stets  die  d-  und  1-Verbindung  nebenein- 
ander in  gleichen  Mengen  entstehen.  Die 
Methoden  zur  Spaltung  inaktiver  Gemenge 
sind  folgende: 

Spontane  Spaltung.  Zuweilen  kri- 
stallisiert aus  der  Lösung  des  inaktiven  Ge- 
menges nicht  eine  Racemverbindung,  sondern 
die  optischen  Antipoden  getrennt  aus. 
Manchmal  ist  diese  Erscheinung  an  ein  be- 
stimmtes Temperaturbereich  gebunden.  Die 
Antipoden    unterscheiden    sich    durch    die 


Kristallform  (enantiomorphe  Formen)  und 
können  durch  Auslese  getrennt  werden;  zu- 
weilen gelingt  die  Trennung  auch  durch 
Uebersättigung.  Die  Methode  ist  historisch 
wichtig,  wird  jedoch  praktiscli  nur  selten 
verwendet. 

Spaltung  durch  Salzbildung  mit 
optisch-aktiven  Basen  und  Säuren. 
Besitzt  die  zu  spaltende  Verbindung  den 
Charakter  einer  Säure,  so  erhält  man  durch 
Vereinigung  mit  einer  optisch-aktiven  Base 
zwei  Salze:  d-Säure  +  Base  und  1-Säure  + 
Base.  Diese  beiden  Salze  stehen  zueinander 
nicht  mehr  im  Verhältnis  von  Bild  zu 
Spiegelbild,  unterscheiden  sich  infolgedessen 
voneinander  in  ihren  physikalischen  Eigen- 
schaften, insbesondere  auch  in  der  Löslich- 
keit und  können  durch  fraktionierte 
Kristallisation  getrennt  werden.  Aus  den 
auf  diese  Weise  dargestellten  Salzen  lassen 
sich  dann  die  optisch-aktiven  Säuren  in 
Freiheit  setzen.  Desgleichen  kann  man  ein  in- 
aktives Basengemenge  durch  eine  optisch- 
aktive Säure  spalten.  Statt  der  Salzbildung 
kann  man  auch  irgendeine  andere  Art  von 
Verbindung  mit  einer  optisch-aktiven  Sub- 
stanz herstellen,  die  leicht  wieder  zersetzt 
werden  kann.  So  lassen  sich  inaktive  Al- 
dehyde in  ihre  Komponenten  zerlegen,  in- 
dem man  sie  mit  einem  optisch-aktiven 
Hydrazin,  z.  B.  Menthylhydrazin,  zu  Hydra- 
zonen vereinigt,  diese  durch  fraktionierte 
Kristallisation  trennt  und  alsdann  den  x\l- 
dehyd  wieder  in  Freiheit  setzt.  Die  Spal- 
tung mit  Säuren  und  Basen  ist  die  am  häu- 
figsten angewandte  Methode;  als  Säuren 
benützt  man  dabei  Weinsäure,  Kampfer- 
sulf osäure,  Bromkampf ersulfosäure  usw.,  als 
Base  die  Alkaloide  Chinin,  Cinchonin,  Brucin, 
Strychnin,  Morphin  u.  a.  Der  erzielte 
Erfolg  hängt  von  der  guten  Kristallisations- 
fähigkeit der  Salze  und  dem  Unterschied  in 
der  Löslichkeit  derselben  ab;  zuweilen  wird 
die  Trennung  erschwert  durch  Bildung 
partiell-racemischer  Verbindungen.  Dar- 
unter versteht  man  Verbindungen  aus  dem 
ungespaltenen  Racemkörper  mit  der  zu- 
gesetzten aktiven  Komponente. 

Biochemische  Methode.  Sehr  häufig 
zerstören  niedere  Organismen  (Hefen,  Schim- 
melpilze usw.)  optische  Antipoden  mit  ver- 
schieden großer  Geschwindigkeit,  so  daß 
nach  genügend  langer  Einwirkung  nur  die 
eine  der  beiden  Komponenten  zurückbleibt. 
So  oxydiert  z.  B.  Penicillium  glaucum  d- 
Leucin  rascher  als  das  isomere.  Durch  Aus- 
wahl geeigneter  Organismen  kann  es  gelingen, 
aus  dem  inaktiven  Gemenge  im  einen  Fall  die 
d-  und  im  anderen  Fall  die  1-Form  zu  zer- 
stören. Die  Methode  hat  den  Uebelstand 
daß  die  Hälfte  des  angewandten  Materials 
verloren  geht,  andererseits  den  Vorteil, 
daß  sie  auch  für  Substanzen,  die  weder  saure 


588 


Isomerie 


noch  basische  Eij^cnschaften  besitzen,  z.  B. 
für  Alkohole,  anwendbar  ist.  Wesensgleich 
mit  der  Spaltnng  durch  niedere  Organismen 
ist  die  Anwendung  von  Enzymen,  welche 
häufig  auf  optische  Antipoden  mit  ver- 
schiedener Geschwindigkeit  einwirken. 

Optische  Anti|)oden  reagieren  mit  einer 
zweiten  optisch-aktiven  Substanz  mit  ver- 
schiedener Reaktionsgeschwindigkeit;  so  er- 
folgt die  Esterbildung  aus  den  optisch  ent- 
gegengesetzten Säuren  einerseits  und  einem 
optisch-aktiven  Alkohol  andererseits  nicht 
mit  derselben  Schnelligkeit.  Das  Resultat 
wird  sein,  daß  ein  Bruchteil  einer  optisch- 
aktiven Säure  unverestert  bleibt  und  von 
dem  Rest  abgetrennt  werden  kann. 

Verbindungen,  die  zwei  und  mehr 
asymmetrische  C-Atome  enthalten. 
Die  Isomeriefälle  werden  zahlreicher,  wenn 
in  einer  Verbindung  zwei  oder  mehr  asym- 
metrische C-Atome  vorhanden  sind.  Der 
einfachste  Fall  ist  der,  daß  eine  Substanz 
zwei  gleiche  asymmetrische  Kohlenstoff- 
atome besitzt,  also  dem  Schema 

b^C-C^b 
c^         ^c 

entspricht,  wie  z.  B.  die  Weinsäure. 

HO^C— C^OH 
HO^C^  CO2H 

Jedes  Halbmolekül,  das  mit  A  bezeichnet 
sei,  kann  dann  in  zwei  Spiegelbildformen 
+  A  und  — A  auftreten,  die  in  dreierlei  Weise 
kombiniert  werden  können: 


T   +A 

^  +A 


II 


— A 
— A 


III 


+A 


Im    Modell    entspricht    dies    folgenden 
Figuren : 


Der   Bequemlichkeit   halber   pflegt   man 
dieselben  auf  die  Ebene  zu  projizieren: 


a— C— b 
b-C-a 


II 


b-C-a 
a — C — b 


III 


a— C— b 
a-C-b 


Es  ist  leicht  ersichtlich,  daß  im  Falle  I 
und  11  die  Links-  bezw.  Rechtsdrehungen 
der  beiden  fläli'ten  sich  addieren,  im  Fall  III 
aber  sich  gegenseitig  aufheben.  Es  w^erden 
also  die  Bilder  I  und  II  zwei  optisch  aktive 
Antipoden  darstellen,  während  der  Formel  III 
eine  durch  ,, intramolekulare  Kompen- 
sation inaktive"  Verbindung  entspricht. 
So  kennt  man  bei  der  Weinsäure  eine  1-  und 
d-Weinsäure,  die  sich  zu  der  Racemverbin- 
dung,  der  Traubensäure,  vereinigen  können, 
und  eine  inaktive  „Mesoweinsäure",  die  — 
im  Gegensatze  zur  Traubensäure  — •  nicht 
in  optisch-aktive  Komponenten  zerlegbar  ist. 

Ein  Molekül  mit  zwei  unter  sich  un- 
gleichen  asymmetrischen  C-Atomen 

b^C— Cfe 

c/  \f 

kann  in  4  isomeren  Formen  existieren. 


T   ~^-^       TT   ~"^ 
^  +B       ^^   +B 


m+A 


I\' 


.  -A 


Es  ist  deutlich,  daß  die  Formeln  I  und  IV 
einerseits,  II  und  III  andererseits  im  Ver- 
hältnis von  Bild  und  Spiegelbild  stehen,  also 
zwei  Paare  von  optischen  Antipoden  reprä- 
sentieren. IV  wird  gleich  großes,  aber  ent- 
gegengesetztes Drehungsvermögen  aufweisen 
wie  I  und  in  demselben  Verhältnis  zueinander 
stehen  II  und  III.  I  und  IV  sowie  II  und  III 
können  je  zu  einem  Racemkörper  zusammen- 
treten. Viel  einschneidender  aber  sind  die 
Unterschiede  zwischen  I  und  II  und  zwischen 
III  und  IV.  Bei  diesen  Isomeren  sind  die 
Entfernungen  zwischen  den  Radikalen  der 
beiden  Molekülhälften  verschieden  groß, 
während  bei  spiegelbildisomeren  Formen 
solche  Unterschiede  nicht  existieren.  Damit 
hängt  dann  zusammen,  daß  die  Eigenschafts- 
unterschiede  derartiger  isomerer  Formen 
viel  größer  sind.     Man  bezeichnet  sie  auch 


Isomerie 


589 


als  diastereomer,  im  Gegensatz  zu  den' 
e  n  a  n  t  i  0  s  t  e  r  e  0  m  e  r  e  n  Verbindungen.  Auch 
bei  Stoffen,  welche  mehr  als  2  asymmetrische 
C-Atome  im  Molekül  besitzen,  ist  die  Anzahl 
der  möglichen  Isomeren  leicht  aus  dem 
Modell  ableitbar.  Hier  sei  nur  erwähnt, 
daß  einem  ^lolekül  mit  n  unter  sich  ungleichen 
asymmetrischen  C-Atomen  2"  Isomere  ent- 
sprechen. Unter  den  Verbindungen  mit 
mehreren  asymmetrischen  Kohlenstoff atomen 
sind  von  besonderer  Wichtigkeit  die  Zucker- 
arten, deren  Isomerieverhältnisse  insbe- 
sondere von  E.  Fischer  eingehend  unter- 
sucht wurden,  mit  dem  Resultat,  daß  die 
Lehren  der  Stereochemie  sich  durchaus  als 
richtig  erwiesen  und  als  Leitstern  der  For- 
schung bewährt  haben.  Ueber  die  Bestim- 
mung der  den  einzelnen  Isomeren  zukommen- 
den Konfiguration  vgl.  die  am  Schlüsse  des 
Artikels  zitierten  Lehrbücher. 

Andere  asymmetrische  Zentral- 
atonie.  Die  Idee  des  asymmetrischen  Koh- 
lenstoffes gab  die  Anregung  zu  systema- 
tischen Versuchen,  ob  nicht  auch  andere , 
Elementaratome  als  Zentrum  eines  asym- 
metrischen Moleküls  fungieren  könnten.  Zu 
sicheren  Resultaten  ist  man  zuerst  beim 
Stickstoff  gekommen.  Pope  und  P e a c h y 
zeigten,  daß  das  Benzyl-phenyl-allyl-methyl- 
CHaCgHs 

/    p    TT 

ammoniumjodid      N<p^tt°  ^^^^^   durch 

Spaltung  mit  einer  optisch  aktiven  Säure 
in  2  entgegensetzt  drehende  optische  Isomere 
zerlegen  ließ,  und  man  fand  dann,  daß  diese 
Isomerie  allgemein  existiert  bei  Ammonium- 
salzen, welche  außer  dem  Säurerest  4  ver- 

/^ 

Nfc 

\^ 
^x 

.a 
Aber  auch  Aminoxvde  vom  Typus  0  =  N  -  b 

^c 
konnten  in  aktiver  Form  erhalten  werden 
(Meisenheimer). 

Analoga    der    Aminoxyde    sind    Verbin- 

düngen  des  Phosphors  0  =  P^  b,  die  eben- 

c 
falls  aktiviert  werden  konnten.     Ein  asym- 
metrisches  Schwefelatom  ist  in  den   Sul- 


/h 

bindungen    und    Zinn  Verbindungen    Sn< 

\^ 

in  die  optischen  Antipoden  zu  spalten.  x\uch 
optisch-aktive  Silicium Verbindungen  sind 
bekannt.  In  jüngster  Zeit  hat  A.  Werner  op- 
tiscli-aktive  Kobalt-,  R  h  o  d  i  u  m  -,  C  h  r o  m  -, 
und  Eisen  Verbindungen  herzustellen  ver- 
mocht. Dies  sind  Verbindungen,  die  im 
strukturellen  Bau  von  den  bis  jetzt  be- 
sprochenen durchaus  abweichen.  Sie  gehören 
zu  der  großen  Klasse  anorganischer  Komplex- 
verbindungen, welche  Werner  in  syste- 
matischen Arbeiten  durchforscht  und  für 
welche  er  eine  Strukturtheorie  aufgestellt 
hat,  welche  das  bis  dahin  unentwirrbare 
Gebiet  in  wunderbarer  Weise  durchleuchtet 
hat  (vgl.  die  Artikel ,, Valenz"  und  ,, Kon- 
stitution"). Es  ist  eine  glänzende  Bestäti- 
gung seiner  Theorie,  daß  solche  Stoffe,  denen 
nach  seiner  Lehre  die  molekulare  Sym- 
metrie fehlt,  tatsächlich  gespalten  und  in 
optisch -aktiven  Formen  erhalten  werden 
konnten.  Ohne  an  dieser  Stelle  auf  die  Prin- 
zipien dieser  Systematik  eingehen  zu  können, 
seien  hier  nur  einige  der  Verbindungstypen 
erwähnt,  bei  welchen  optische  Isomerie  reali- 
siert werden  konnte.  Nach  Werner  befindet 
sich  das  Metallatom  in  der  Mitte  eines 
Oktaeders,  dessen  Ecken  von  den  6  Gruppen 
des  Metallkomplexes  MeAg  besetzt  sind. 


schiedene  Kohlenstoffradikale  tragen: 


fonium  Verbindungen 


S^b 
\  c 


Optische  Isomerie  ist  dann  zu  erwarten, 
wenn  von  den  6  Gruppen  4  untereinander  ver- 
schieden sind  in  folgender  Anordnung: 

c                                 d 
er — I — \b              a/ — j — yc 
d\-, \  W- U 


Aber  auch  bei  3  verschiedenen  Gruppen 
ist  eine  Anordnung  möglich,  bei  der  Bild 
und  Spiegelbild  nicht  deckbar  ist: 


en 


vorhanden. 


Solche  Verbindungen  sind  zuerst  von  Pope 
und  seinen  Schülern  in  optisch-aktiven  For- 
men erhalten  worden,  dem  es  auch  gelang, 
analog     zusammengesetzte     Selen  iumver- 


\  '   \ 


a 


./ 


J 


en  '   en 

Dabei  bedeutet  en  ein  Molekül  Aethylen- 

diamin  (CgH^)  (NH2)2,  das  zwei  Koordina- 


591) 


Isomerie 


tionsstelleii  zu  besetzen  vermag.  Schließlich 
kann  sogar  ohne  jede  Verschiedenheit  der 
Radikale  optische   Isomerie  eintreten: 


en 


en 


\    l\}e„         en{/      '    / 


s^ 


en 


Beispiele  von  Verbindungen,  welche  in  op- 
tisch-aktive Komponenten  zerlegt  werden 
konnten,  sind: 


Cl 
CoNH, 
en.. 


Cl 
Co  NO 
eng 

Cr  ^^2 


X; 


[Coen3]Br3;        [Cr^^^JCl; 

[Fe  aDipyridyljJX«;        [Rh  en^jCP. 

Optische  Isomerie  bei  Verbin- 
dungen, welche  ohne  ein  asymme- 
trisches Zentralatom  zu  besitzen, 
Molekularasymmetrie  aufweisen.  Van 
't  Hoff  hatte  ciarauf  hingewiesen,  daß  mit 
Hilfe  des  Kohlenstofftetraeders  konstruierte 
Modelle  von  Verbindungen 

\c=c=c/ 

b^  M 

molekulare  Asymmetrie  und  also  die  Mög- 
lichkeit optischer  Aktivität  erwarten  lassen, 
wenn  a  und  b  und  c  und  d  unterein- 
ander verschieden  sind.  Diese  Gruppen 
kommen,  wie  die  Figur  ersehen  läßt,  in  die 
Ecken  eines  rhombischen  Sphenoides  zu 
liegen. 


Solche  Stoffe,  die  sich  vom  Kohlenwasser- 
stoff Allen  ableiten,  konnten  bisher  nicht 
dargestellt  werden;  dagegen  ist  es  in  einem 
anderen  Falle,  der  ganz  ähnliche  räumliche 
Verhältnisse  aufweist,  möglich  gewesen,  mole- 
kulare Asymmetrie  durch  S}Xiltung  in  op- 
tisch-aktive Verbindungen  nachzuweisen. 
Dies  gelang  Perkin,  Tope  und  Wallach 
bei  der  Methylzyklohexylidenessigsäure 

Hg  Hg 
H.       /C— C.  /H 


H,C^ 


NC—C^  \CO2H 

Ho  Ho 


Die  4  paarweise  verschiedenen  Reste  sind 
H,  COoIl  und  H,  CH3.  An  Stelle  einer  zweiten 
C  =  C-DoppelhiiiduMg  steht  hier  der  analoge 
räumliche  Verhältnisse  aufweisende  Zyklo- 
hexanring.  Man  hat  diese  iXjt  von  Asym- 
metrie auch  Centroasymmetrie  genannt. 

ß)  Geometrische  Isomerie  oder 
eis -Trans -Isomerie.  BeiC  =  C-Doppel- 
b  i  n  d  u  n  g.  Wenn  man  mit  Hilfe  des  Tetraeder- 
modells die  Formel  des  Aethans  konstruiert, 
so  erscheint  es  möglich,  daß  Substitutions- 
produkte desselben  von  der  Formel 

H.  M 

H^C— CfH 
R^         ^R 

in  isomerenFormen  auftreten,  die  etwa  folgen- 
den Figuren  entsprächen: 


Solche  Isomerien  könnten  in  großer  Zahl 
auftreten,  wenn  die  beiden  Tetraeder  in 
jeder  beliebigen  Lage  dauernd  beharren 
könnten,  in  welche  sie  durch  Rotation  um 
die  Mittelachse  gelangen.  Die  Erfahrung  hat 
jedoch  gezeigt,  daß  derartige  Isomere  nicht 
existieren  und  diese  Tatsache  ist  dahin  zu 
deuten,  daß  diese  verschiedenen  Lagen  keinen 
irgendwie  dauernden  Zuständen  entsprechen ; 
man  sagt  also,  zwei  durch  einfache  Bindung 
verknüpfte  Kohlenstoffatome  können  frei 
um  die  sie  verbindende  Achse  rotieren. 

Ganz  anders  ist  die  Sachlage  dann,  wenn 
die  beiden  Kohlenstoffatome  durch  Doppel- 
bindung miteinander  verknüpft  sind.  Das 
körperliche  Modell  läßt  vermuten,  daß  in 
diesem  Falle  die  freie  Rotation  aufgehoben 
ist  und  dem  entsprechen  die  tatsächlich 
beobachteten  Isomerienfälle. 

Aethylenderivate,  die  nach  dem  allge- 
meinen Schema 


>C=C 


/' 


oder 


a.  .a 

>C=C< 

b^  H 


gebaut  sind,  existieren  allgemein  in  2  iso- 
meren Formen. 


Isomerie 


591 


Man  gebraucht  meist  die   vereinfachten 
Symbole 

a— C— b  a— C— b 


a— C— b 


b— C— a 


und  nennt  die  Isomeren  der  ersten  xVrt,  bei 
welcher  die  gleichartigen  Gruppen  benach- 
bart sind,  cis-Form,  die  der  zweiten  Art 
trans-Form.  Die  von  J.  Wislicenus  ein- 
geführte Bezeichnung  plansymmetrisch  und 
axialsymmetrisch  sind  nicht  mehr  üblich. 
Aus  dem  Modell  dieser  Isomeren  ist  ersicht- 
lich, daß  die  4  Gruppen  in  einer  Ebene  stehen, 
und  daß  sie  sieh  nicht  wie  Bild  und  Spiegel- 
bild verhalten.  Dementsprechend  ist  auch 
der  Charakter  dieser  Isomerie  ganz  anders 
als  bei  spiegelbildisomeren  Verbindungen. 
Solche  Isomere  zeigen  niemals  optische  Ak- 
tivität, sie  unterscheiden  sich  dagegen  in 
ihrem  ganzen  physikalischen  und  che- 
mischen Verhalten  voneinander  so,  daß 
charakteristische  allgemeine  Merkmale, 
welche  Cis-Trans-Isomere  von  Struktur- 
isomeren zu  unterscheiden  gestatten,  nicht 
existieren  — •  eine  relativ  leichte  gegenseitige 
Verwandelbarkeit  ist  den  Cis-Trans-Isomeren 
meist  zu  eigen.  Die  Feststellung  geo- 
metrischer Isomerie  muß  deshalb  in  jedem 
einzelnen  Fall  in  der  Weise  erfolgen,  daß 
man  die  Strukturidentität  der  Isomeren 
aufweist.  Es  gibt  also  zum  Nachweis  der 
geometrischen  Isomerie  nur  das  negative 
Kriterium  fehlender  Strukturisomerie.  Bei- 
spiele von  geometrisch  isomeren  Verbin- 
dungen sind:  Dimethyläthvlen  H3C.CH 
=  CH.CH3,  Stilben  CeHg.CH  =  CHC6H5, 
Crotonsäure  und  Isocrotonsäure  H3C.CH 
=  CH.CO2H,  Zimtsäure  und  Allozimtsäure 
C6H5.CH  =  CHC02H,  Malein-  und  Fumar- 
säure HOoC.  GH  =  CH.CO.,H. 

Geometrische  Isomerie  bei  ring- 
förmigen Verbindungen.  Eine  der  geo- 
metrischen Isomerie  bei  Aethylenderivaten 
ganz  ähnliche  Isomerie  existiert  bei  ring- 
förmigen Verbindungen.  Denkt  man  sich 
an  Stelle  der  doppelten  Bindung,  welche 
die  2  C-Atome  verknüpft,  indirekte  Bin- 
dung, d.  h.  solche,  welche  durch  Zwischen- 
schiebung einer  beliebigen  Zahl  irgendwelcher 
Elementengruppe  U,  V,  X,  Y,  Z  zustande 
kommt,  so  kommt  man  zu  ringförmigen 
Verbindungen  von  dem  allgemeinen  Schema: 


ebenso  aufhebt  wie  die  eigentliche  Doppel- 
bindung, ist  der  Schluß  zu  ziehen,  daß  bei 
ringförmigen  Verbinduugen  Isomerien  von 
derselben  Zahl  und  demselben  Charakter 
existieren  müssen,  wie  bei  Aethylenderivaten. 
Dem  entsprechen  auch  die  Tatsachen.  Bei- 
spiele von  solchen  Isomerief allen  sind: 

Trimethylendikarbonsäure : 


H^C/ 


CH.CO2H 
CH.CO^H 


Hexahydroterephthalsäure : 

/GH.2 — CH2X 

H02C.CH<^  ^CH.C02H 

CH2 — ^CH2 

und  viele  andere. 

Cis-Trans-Isomerie  und  Spiegelbildiso- 
■merie  kommen  bei  zyklischen  Verbindungen 
zuweilen  kombiniert  vor,  z.  B.  bei  der 
Hexahydrophtalsäure.  Bei  der  Trans-Säure 
ist  Bild  und  Spiegelbild  nicht  deckbar,  es 
ist  auch  gelungen,  sie  in  die  beiden  optisch- 
aktiven Säuren  zu  spalten,  während  die  Cis- 
Säure  durch  intramolekulare  Kompensation 
inaktiv  ist  wie  die  Mesoweinsäure.  Diese  Art 
von  Isomerie,  bei  welcher  die  .Asymmetrie 
der  beiden  Kohlenstoffatome  durcheinander 
bedingt  ist,  hat  A.  Baeyer  relative  Asym- 
metrie genannt. 


H. 


H. 


CO2H 
-COoH 


H/    H^— CO2H 


Ho 
eis- Säure 


H2 
d.  u.  1..  trans- Säure 

H, 


HO2C— ,/h    ^H 
H— '-co,HiH 


X— Y— Z 


,>C- 


C<b    ot^ß'' 


.X— Yx 


b>C^"      '><b 

U  — V^ 

Unter  der  Voraussetzung,  daß  diese  in- 
direkte  Doppelbindung   die   freie    Rotation 


H2 

Besondere  Erwähnung  verdient  die  op- 
tische Aktivität  des  Inosits,  eines  Hexa- 
hydrohexaoxybenzols,  bei  welcher  die  Struk- 
turformel nicht  ohne  weiteres  die  Anwesen- 
heit eines  asymmetrischen  C-Atomes  verrät. 
Das  Modell  läßt  jedoch  leicht  die  Möglichkeit 
der  Molekularasymmetrie  erkennen: 


d.  u.  1-Inosit. 


592 


Isouierie 


Geometrischelsomerie  beiC=N-Dop- 
pel  bin  düng.  Man  hat  sich  vergeblich  be- 
müht, Ainnioniakderivate,  bei  welchen  die 
3    Wasserstoft'atonie    durch    3    verschiedene 

a 
Reste  ersetzt   sind,    N;  b  in  ontiscli  aktive 

\c 
Komponenten  zu  spalten  und  deutet  dies 
dahin,  daß  diese  3  Gruppen  für  gewöhnlich  in 
einer  Ebene  liegen,  was  die  Möglichkeit  von 
Spiegelbildisomerie  aussehließt.  iVnderer- 
seits  sind  bei  Verbindungen  von  der  Kon- 
stitution 

a 

•>C  =  NR 
b 

sehr  zahlreiche  Isomeriefälle  aufgefunden 
worden,  welche  der  Cis-Trans-Isomerie  bei 
C  =  C-Doppelbindung  ähnlich  sind  und  man 
zieht  daraus  den  Schluß,  daß  bei  solchen 
Verbindungen  die  Gruppe  R  aus  der  Ebene 
abgelenkt  werden  kann  und  zwar  entweder 
in  der  Richtung  nach  a  oder  b,  wie  dies 
in  folsrender  Formel  zum  Ausdruck  kommt. 


R-N 


N— R 


a— C-b  a— C— b 

Solche   Isomerien  sind   insbesondere  bei 
Oximen  und  Hydrazonen 

'  >C=NOH        und  C=N— NHCeH, 


.r 


b 


beobachtet  worden.  Die  Isomerie  ver- 
schwindet bei  Gleichheit  der  Radikale  a 
und  b. 

Geometrische  Isomerie    bei  N  =  N- 
Doppelbindung.  Sehr     eigentümliche 

Isomerieerscheinungen  sind  beim  Studien 
der  Diazoverbindungen  aufgefunden  worden 
und  haben  das  Interesse  in  hohem  Maße  in 
Anspruch  genommen.  Das  Resultat  viel- 
facher Diskussionen  kann  dahin  zusammen- 
gefaßt werden,  daß  gewisse  Isomerien  am 
besten  durch  die  Annahme  gedeutet  werden, 
daß  Verbindungen  a  ^-  N  =  N  —  b  in  2 
räumlich  verschiedenen  Formen  existieren 
können,  die  als  syn-  und  anti-Verbindungen 
unterschieden  werden : 


a— N 
b— N 


N— b 


a-N 


Beispiele  sind  die  Diazotate  CgHgN  = 
NONa,   die    Azocyanide  CcHgN  =  CN   u.  a. 

3c)  Chemische  Isomerie  bei  anor- 
ganischen Verbindungen:  Das  ein- 
gehende Studium  insbesondere  der  anor- 
ganischen Komplexverbindungen  hat  zur 
Auffindung  einer  großen  Anzahl  von  Iso- 
meren geführt.  A.  Werner  teilt  dieselben  in 
folgende    Klassen: 


Koordinations  isomerie.  Die  Iso- 
meren unterscheiden  sich  nur  durch  die  ver- 
schiedene Verteilung  der  mit  dem  Zentral- 
atoni  vereinigten  Komponenten.    Beispiel: 

[Co(NH3)s][Cr(CN)s] 
Hcxamminkobaltihexacyanochromiat 

und    [Cr(NH3)e][Co(CN)e] 
Hexamminchromihexacyanokobaltiat 

Hydratisomerie  ist  auf  die  verschie- 
dene ßindungsart  von  Wassermolekülen  in 
komplexen  Radikalen  zurückzuführen.  Bei- 
spiel: blaues  Chronichloridhydrat  mit  3 
ionisierbaren  Chloratomen  [Cr(0H2)6]Cl3  und 
grünes  Chromchloridhydrat  mit  einem  ioni- 
sierbaren Chloratom 

Cl— H.,Oi 

CrCl— HoO  Cl 

(OH2);   J 

lonisationsmetamerie  beruht  darauf, 
daß  gleich  zusammengesetzte  Verbindungen 
in  verschiedene  Ionen  dissoziieren;  z.  B. 


Z.  B. 


Co 


Br 

(NH3), 


SO,    und 


Co 


SO4 
(NH3 


Br 


Salzisomere  entsprechen  in  ihren 
Unterschieden  den  Estern  tautomerer  Säuren. 
Ein  Beispiel  bieten  die  normalen  und  Iso- 
rhodanatodiäthylendiaminkobalt-salze: 


N=C-S 
N^C-S' 


\ 


Co  en. 


X    und 


S=C=N, 
S=C=N'' 


)Co  en.j 


Strukturisomerie  ist  bei  anorganischen 
Verbindungen  selten.  Beispiele  sind:  Nitr- 
amid  und  untersalpetrige  Säure  OgN — ■NH2 
und  HON  =  NOH  (von  Hantzsch  als 
Stereoisomere  betrachtet);  ferner  die  fol- 
genden Verbindungen: 

/OSO3R  /SO3R 

H— N/  und         HO— N< 

^S03R  ^SOsR 

Raumisomerie:  die  bei  anorganischen 
Komplexsalzen  auftretende  Spiegelbild- 
isomerie ist  schon  auf  S.  589  besprochen 
worden.  Die  räumliche  Anordnung  der 
6  Gruppen  der  Komplexradikale  MeAg  an 
den  Ecken  eines  regulären  Oktaeders  ermög- 
lichten aber  auch  eine  Isomerie,  welcher  der 
Cis-Trans-Isomerie  bei  Aethylenderivaten 
entspricht.     Verbindungen  von  der  Formel 

Me    ^  existieren  in  2  isomeren  Formen.  Man 
X2 

hat  bei  Kobalt-,  Chrom-  und  Platinverbm- 

dungen    diese   Art   der    Isomerie   realisieren 

können. 


Isomerie 


593 


eis 


\ 


trans 


I,  \ >■ 


4.  Dynamik  der  isomeren  Stoffe.     Die 

Existenz  isomerer  Verbindungen  lehrt,  daß 
die  Anordnung  der  Atome  im  Molekül  eine 
relativ  stabile  ist;  die  durch  ein  asymme- 
trisches Kohlenstoffatom  veranlaßte  Spiegel- 
bildisomerie  zeigt  im  besonderen,  daß  die  4 
mit  einem  Kohlenstoffatom  verbundenen 
Gruppen  nicht  beliebig  ihre  Plätze  ver- 
tauschen können.  Man  darf  jedoch  daraus 
nicht  den  Schluß  ziehen,  daß  ein  Molekül 
ein  so  starres  Gebilde  ist,  wie  es  etwa  die 
üblichen  mit  Hilfe  von  Drähten  hergestellten 
Modelle  zeigen,  sondern  es  ist  anzunehmen,  daß 
die  Atome  und  xVtomgruppen  im  Molekül- 
verband in  einem  ständigen  Schwingungs- 
zustande sich  befinden  und  daß  die  Häufig- 
keit und  die  x\mplitude  dieser  Schwingungen 
von  den  äußeren  Bedingungen  in  hohem 
Maße  beeinflußt,  insbesondere  durch  Steige- 
rung der  Temperatur  allgemein  vergrößert 
wird.  Zu  dieser  Annahme  zwingt  die  Er- 
scheinung der  Isomerisation,  d.  h,  die 
Tatsache,  daß  es  eine  große  Anzahl  von 
isomeren  Stoffen  gibt,  die  sich  ineinander 
verwandeln,  sich  umlagern  können.  Diese 
TJmlagerung  kann  eine  wechselseitige  sein 
A  ^  B  und  führt  dann  bei  homogenen  Ge- 
bilden zu  einem  Gleichgewichtszustand ; 
die  Umlagerung  kann  aber  auch  einseitig  in 
dem  Sinne  verlaufen,  daß  zwar  unter  be- 
stimmten Bedingungen  sich  A  in  B  um- 
wandelt, während  eine  Umkehrung  dieser 
Reaktion  nicht  erfolgt.  Man  wird  dann 
zwischen  einem  labilen  und  einem  stabilen 
Isomeren  zu  unterscheiden  haben. 

Die  Dynamik  der  isomeren  Stoffe  hat 
außer  der  Erscheinung  der  Umlagerung  auch 
die  Bildung  und  chemische  Veränderung 
der  Isomeren  zu  behandeln.  Besonderes 
Interesse  beanspruchen  insbesondere  folgende 
Fragen : 

Welche  Reaktion  spielt  sich  ab,  wenn 
aus  irgendeinem  Stoffe  A  durch  eine  be- 
stimmte chemische  Operation,  z.  B.  durch 
Substitution,  mehrere  isomere  Stoffe  B„, 
B:^,  B-.  entstehen  können?  Gibt  es  irgend- 
welche Gesetze  oder  Regelmäßigkeiten, 
welche  vorauszusehen  gestatten,  ob  in  solchen 
Fällen  alle  möglichen  Isomeren  nebenein- 
ander entstehen  und  in  welchen  relativen 
Mengen?  Welche  Unterschiede  im  che- 
mischen Verhalten  weisen  chemische  Isomere 
auf,  wenn  sie  unter  gleichen  Bedingungen  der 
Einwirkung  eines  bestimmten  Reagens  unter- 
liegen ?  Ganz  allgemein  mag  hier  betont 
werden,  worauf  schon  im  x\rtikel  „Or-; 
ganische     Chemie"    hingewiesen    wnrde,  I 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.     Band  V. 


daß  die  chemische  Dynamik  sehr  viel  weniger 
systematisch  bearbeitet  und  nicht  so  weit 
entwickelt  ist  als  die  Statik  der  isomeren 
Stoffe,  so  daß  im  folgenden  nur  in  skizzen- 
hafter Form  auf  einige  Regeln  hingewiesen 
werden  kann,  welche  besondere  Wichtigkeit 
erlangt  haben. 

4a)Dynamik  bei  Spiegelbildisome- 
ne.  Bildung  aus  inaktiven  Stoffen. 
Die  Frage,  ob  aus  einem  gemeinsamen  Aus- 
gangsmaterial durch  chemische  Veränderung 
alle  möglichen  Isomeren  in  gleichen  oder  ver- 
schiedenen Mengenverhältnissen  entstehen, 
ist  exakter  dahin  zu  formulieren,  ob  die 
Geschwindigkeiten  der  möglichen  Reak- 
tionen : 

A  _^  Bß 

— ^By 

gleich  oder  verschieden  groß  sind.  Denn  es 
ist  klar,  daß  dasjenige  Isomere,  dem  die 
größere  Bildungsgeschwindigkeit  zukommt, 
nach  Ablauf  des  Prozesses  in  entsprechend 
größerer  Quantität  vorliegen  muß.  Am 
einfachsten  liegt  die  Sache  dann,  M^enn  2 
Isomere,  die  im  Verhältnis  von  Bild  und 
Spiegelbild  stehen,  aus  einem  nicht  aktiven 
Stoff  gebildet  werden,  wenn  also  aus  einem 


Molekül 


C 


durch  Substitution  die  Ver- 


bindung (j<g    hergestellt  wird,  wobei  die 

^d 
d-  und  1-Form  gebildet  werden  kann.  Da 
im  ursprünglichen  Molekül  die  beiden  Grup- 
pen c  vollkommen  symmetrisch  gelagert 
sind,  liegt  kein  Grund  vor,  warum  das  eine 
c  öfter  substituiert  werden  sollte  als  das 
andere.  Die  Wahrscheinlichkeit  für  die 
Bildung  der  d-Form  ist  demnach  ebenso 
groß  wie  für  die  1-Form  und  die  beiden  Iso- 
meren entstehen  mit  genau  derselben  Ge- 
schwindigkeit, also  in  gleichen  Quantitäten. 
Daher  erhält  man  bei  solchen  synthetischen 
Vorgängen  —  hier  liegt  ein  streng  gültiges 
Gesetz  vor  — •  stets  ein  inaktives  Gemenge 
der  beiden  Isomeren. 

Als  Beispiel  sei  angeführt,  daß  bei  Ad- 
dition von  Blausäure  an  Benzaldehyd  und 
Verseifung  der  entstandenen  Cyanhydrine 
inaktive  Mandelsäure  gebildet  wird. 


H 


\ 


C=0  +  HNC 


CeH, 
H 


\r 


CßHs.       „OH 

>C. 
.     H-^    ^C==N 

.OH 


CO,H 


38 


594 


Isomorie 


Wie  optische  Antipoden  mit  der  gleichen 
Reaktionsgeschwindigkeit  gebildet  werden, 
so  zeigen  sie  auch  bei  allen  chemischen  Ver- 
änderungen, die  sie  unter  dem  Einl'lusse 
irgendeiiics  Reagens  erleiden,  vollkommen 
identisches  Verhalten  und  gleiche  Reak- 
tionsgeschwindigkeit. Die  d-  und  1-Form 
irgendeiner  optisch-aktiven  Säure  wird  z.  B. 
durch  Alkohol  mit  derselben  Geschwindigkeit 
esterit'iziert. 

Bildung  aus  aktiven  Stoffen.  Die 
Sachlage  ändert  sich  jedoch,  wenn  eine  solche 
Reaktion  sich  mit  einer  optisch-aktiven 
Verbindung  abspielt,  z.  B.  verestert  sich 
1-Mandelsäure  mit  1-Menthol  langsamer  wie 
d-Mandelsäure.  Dies  Resultat  ist  dadurch 
veranlaßt,  daß  d-Mandelsäure  1-Menthyl- 
ester  und  1-Mandelsäure  1-Menthylester  nicht 
mehr  im  Verhältnis  von  Bild  und  Spiegelbild 
stehen,  also  energetisch  ungleichwertig  sind. 
Aus  demselben  Grunde  ist  auch  die  Ver- 
seifungsgeschwindigkeit  dieser  beiden  Ester 
nicht  mehr  gleich  groß.  Es  ist  oben  schon 
erwähnt  worden,  daß  sich  auf  diese  Tat- 
sachen eine  Spaltungsmethode  der  race- 
mischen  Verbindungen  begründen  läßt. 
B red  ig  und  Fajans  haben  gezeigt,  daß  d- 
und  1-Kamphokarbonsäure  unter  dem  kata- 
lytischen  Einfluß  optisch-aktiver  Basen 
mit  verschieden  großer  Geschwindigkeit 
Kohlendioxyd  abspalten  und  Kampher  bilden. 

CH.COoH  CH2 

■CO  CO 

Man  erhält  also,  wenn  man  den  Prozeß 
vor  der  Vollendung  unterbricht,  aus  der 
inaktiven  Kamphokarbonsäure  aktiven 
Kampher.  Diese  Erscheinung  ist  von  dem- 
selben Gesichtspunkt  aus  zu  erklären:  die 
optisch-aktive  Base  vereinigt  sich  mit  den 
spiegelbildisomeren  Säuren  zu  Salzen,  die 
selbst  nicht  mehr  spiegelbildisomer  sind, 
also  verschiedenen  Energieinhalt  haben  und 
daher  verschiedene  Zerfallsgeschwindigkeiten 
aufweisen.  Die  Base  wird  stets  wieder  re- 
generiert und  so  vermag  eine  kleine  Menge 
einer  optisch-aktiven  Base  eine  große  Menge 
der  Säure  asymmetrisch  zu  spalten,  wirkt 
also  als  Katalysator.  Diese  Reaktion  ist  von 
besonderem  Interesse,  weil  sie  den  Schlüssel 
zum  Verständnis  der  ,, stereochemischen 
Spezifizität  der  Fermente"  gibt.  Unter 
diesem  Namen  wird  eine  große  Gruppe  von 
Erscheinungen  zusammengefaßt,  welche 
durch  einige  Beispiele  erläutert  werden  soll. 

Bei  der  Hydrolyse  des  Methyl-  und 
Aethyfesters  der  inaktiven  Mandelsäure 
durch  ein  fettspaltendes  Enzym  —  Lipase  — 
werden  die  Ester  der  d-Säure  rascher  ver- 
seift als  die  der  1-Säure.  Stereoisomere  Gluko- 
side werden  durch  Fermente  mit  sehr  ver- 
schieden großer  Geschwindigkeit  gespalten; 


Hefeferment  hydrolysiert  z.B.  a  d-Glukoside 
rasch,  die  Isomeren  a-1-Glukoside  dagegen 
sehr  träge.  Die  /5- Glukoside  zeigen  ähnliche 
Unterschiede  im  Verhalten  gegen  Emulsin. 
Racemische  Polypeptide  werden  durch 
proteolytische  Fermente  in  Aminosäuren 
zerlegt  und  zwar  die  optischen  Antipoden 
mit  verschiedener  Leichtigkeit.  Bei  der 
alkoholischen  Gärung  der  Zuckerarten  treten 
scharfe  Unterschiede  im  Verhalten  von  stereo- 
isomeren Formen  auf,  so  zwar,  daß  häufig 
das  eine  Isomere  kaum  angegriffen,  ein 
zweites  dagegen  rasch  vergoren  wird.  Oxy- 
dative  Prozesse,  die  z.  B.  durch  Schimmel- 
pilze hervorgerufen  werden  können,  zer- 
stören von  racemischen  Gemischen  vor- 
zugsweise den  einen  Antipoden. 

Die  Auffassung,  daß  die  Wirkungen  or- 
ganischer Fermente  den  katalytischen  Vor- 
gängen an  die  Seite  zu  stellen  seien,  er- 
möglicht eine  Deutung  dieser  so  außer- 
ordentlich wichtigen  Prozesse.  Man  wird 
anzunehmen  haben,  daß  die  Fermente, 
welche  ja  stets  optisch-aktive  Stoffe  sind, 
sich  mit  den  Komponenten  der  Racemver- 
bindung  zu  lockeren  Verbindungen  ver- 
einigen, welche  sich  nicht  mehr  wie  Bild  und 
Spiegelbild  verhalten  und  daher  mit  ver- 
schieden großer  Geschwindigkeit  zerfallen, 
wobei  dann  die  Unterschiede  der  Zerset- 
zungsgeschwindigkeit in  weitesten  Grenzen 
variieren  können. 

Asymmetrische  Synthese.  Bei  allen 
bisher  besprochenen  Beispielen  handelt  es 
sich  um  Unterschiede  der  Reaktionsge- 
schwindigkeit, welche  die  Antipoden  eines 
optisch-aktiven  Stoiles  betreffen.  Von 
großer  Bedeutung  sind  solche  synthetische 
Reaktionen,  bei  denen  ein  asymmetrisches 
Kohlenstoffatom  neu  erzeugt  wird.  Geht 
man  dabei  von  einer  inaktiven  Verbindung 
aus  und  stellt  durch  Substitution  eines 
Radikales  eine  Verbindung  mit  asymme- 
trischem Kohlenstoff  her,  so  erhält  man,  wie 
oben  gezeigt  wurde,  die  optischen  Antipoden 
in  genau  gleichen  Mengen.  Das  ist  aber 
nicht  der  Fall,  wenn  das  Ausgangsmaterial 
selbst  schon  optisch-aktiv  ist  und  nun  durch 
Synthese  ein  weiteres  asymmetrisches  Koh- 
lenstoffatom eingefügt  ist.  Ersetzt  man  bei- 
spielsweise im  Molekül  I  einen  Rest  e  durch 
die  Gruppe  f,  so  können  zwei  Stereoisomere  II 
und  III  gebildet  werden,  die  nicht  im  Ver- 
hältnis der  Enantiomerie,  sondern  der  Dia- 
stereomerie  stehen. 


d 
e — C — e 

a — C — c 

I 
b 

I 


d  d 

e—C— f  f— C— e 

I  und         I 

a — C — ^c  a — C — c 


b 
II 


b 
III 


Isomerie 


595 


Die  beiden  Radikale  e  sind  in  diesem 
Fall  nicht  unter  sich  gleichwertig  und  die 
geringen  Unterschiede  der  räumlichen  Lage 
genügen,  um  zu  bewirken,  daß  durch  Sub- 
stitution die  beiden  Isomeren  II  und  III 
nicht  mit  gleicher  Geschwindigkeit  gebildet 
werden,  also  in  ungleicher  Menge  entstehen. 
Zuweilen  bildet  sich  sogar  das  eine  von  ihnen 
last  ausschließlich,  „ein  asymmetrisches 
C-Atom  hat  dann  ein  zweites  ge- 
boren'' (E.  Fischer).  So  entsteht  z.  B. 
aus  d-Mannose  I  durch  Addition  von  Blau- 
säure und  Verseifung  fast  nur  die  eine  der 
beiden  möglichen  Mannoheptonsäuren  II 
und  III. 


COoH 


CO,H 


H_C  -  0     H— C^OH  HO-C-H 

HO-C-H  HO-C-H  HO    C-H 

HO-C-H  HO-C-H  HO~C^H 

H-C-OH  H-C-OH  H-C-OH 

H-C-OH  H-C-OH  H-C-OH 


CH2OH 
I 


CH.OH 
II 


CH2OH 
III 


Verwendet  man  bei  solchen  Synthesen  eine 
Substanz,  deren  aktive  Gruppe  leicht  ab- 
gelöst werden  kann,  so  gelingt  es,  einen 
optisch-aktiven  Stoff  aufzubauen, 
ohne  den  Weg  über  das  racemische 
Gemisch  beschreiten  zu  müssen.  So  ent- 
steht beispielsweise  durch  Reduktion  der 
Brenztraubensäure  oder  eines  Methyl-  oder 
Aethylesters  derselben  d-  und  l-Milchsäure 
in  gleichen  Mengen. 

H 

H3C.CO.CO0H  ->►  H3C.C.CO2H 


OH 

Wird  dagegen  der  Ester  aus  Brenztrauben- 
säure mit  1-Menthol H3C.CO.CO2.C10H19  der 
Reduktion  unterworfen,  so  entsteht  vor- 
wiegend der  Ester  der  l-Milchsäure;  durch 
Verseifung  erhält  man  alsdann  optisch- 
aktive Milchsäure. 

Von  einschneidendem  Interesse  sind  ins- 
besondere solche  asymmetrische  Synthesen, 
welche  mit  Hilfe  von  Katalysatoren  erzielt 
worden  sind.  Aus  Benzaldehyd  und  Blau- 
säure hat  L.  Rosenthaler  unter  der  kata- 
lytischen  Wirkung  von  Emulsin  optisch-ak- 
tives Mandelsäurenitril  und  daraus  aktive 
(linksdrehende)  Mandelsäure  erhalten. 
C6H5.CH:0-^C6H5.CH(0H).C02H 

Bredig  und  Fiske  haben  kürzlich  ge- 
zeigt, daß  auch  durch  die  katalytische  Wir- 


kung optisch-aktiver  Basen  in  derselben  Weise 
aktive  Mandelsäure  synthetisiert  werden 
kann.  Die  Katalysatorwirkung  ist  auch  in 
diesen  Fällen  als  Uebertragungskatalyse 
aufzufassen,  also  auf  die  intermediäre  Bil- 
dung einer  Verbindung  von  Katalysator  mit 
dem  reagierenden  Stoff  zurückzuführen.  Die 
asymmetrische  Synthese  ist  eine  Erscheinung, 
die  für  physiologische  Vorgänge  in  pflanz- 
lichem und  tierischem  Organismus  von  ein- 
schneidendster Bedeutung  ist.  Die  Tatsache, 
daß  beim  Assimilisationsprozeß  aus  der  in- 
aktiven Kohlensäure  bezw.  dem  Form- 
aldehyd optisch  aktiver  Traubenzucker  ge- 
bildet wird,  wird  verständlich,  wenn  man 
in  Betracht  zieht,  daß  sich  diese  Synthese 
imChlorophyllkorn  vollzieht,  das  aus  optisch- 
aktiven Stoffen  zusammengesetzt  ist.  Macht 
man  die  Annahme,  daß  primär  eine  Ver- 
bindung von  Kohlensäure  oder  Formaldehyd 
mit  den  optisch-aktiven  Substanzen  dieses 
Substrates  vorausgeht,  so  wird  sich  bei  der 
vorhandenen  Asymmetrie  dieser  Verbindung 
die  Synthese  zum  Zucker  in  asymmetrischer 
Weise  abspielen  müssen,  und  aus  dem  so 
entstandenen  Gesamtmolekül  wird  sich 
alsdann  der  fertige  optisch-aktive  Zucker 
abspalten. 

Totale  asymmetrische  Synthese. 
Während  die  soeben  beschriebene  Art  der 
asymmetrischen  Synthese  verstehen  läßt,  wie 
unter  Zuhilfenahme  einer  kleinen  Menge 
einer  optisch-aktiven  Substanz  beliebig  große 
Mengen  anderer  aktiver  Stoffe  aufgebaut 
werden  können,  wie  sich  optische  Aktivität 
,,von  Molekül  zu  Molekül  fortpflanzt",  han- 
delt es  sich  bei  dem  Problem  der  totalen  asym- 
metrischen Synthese  um  das  Problem,  wie  aus 
inaktivem  Material  aktive  Stoffe  entstehen 
können,  ohne  daß  in  irgendwelcher  Weise 
von  anderen  aktiven  Stoffen  Gebrauch  ge- 
macht wird.  Es  ist  klar,  von  wie  großer 
Bedeutung  die  Lösung  dieser  Aufgabe  für 
die  Frage  ist,  auf  welche  Weise  überhaupt 
aktive   Stoffe  in  die  Welt  gekommen  sind. 

Man  konnte  venmiten,  daß  bei  Syn- 
thesen, die  zur  Bildung  asymmetrischer 
Kohlenstoff  atome  führen,  unter  asym- 
metrischen Bedingungen  die  Antipoden 
in  ungleicher  Menge  entstünden.  Von  diesem 
Gedankengang  aus  hat  man  Vorgänge,  die 
durch  Licht  beschleunigt  werden,  in  zirkular- 
polarisiertem Licht  sich  vollziehen  lassen, 
beispielsweise  die  Reaktion: 


CH3 

NC— C— CO2H 

C2H5 


CH3 
NC— C— H  +  CO2 
CoHc 


und  hat  andere  Reaktionen  im  magnetischen 
und    elektrostatischen    Feld     durchgeführt, 

38* 


nnn 


Isomerie 


doch  bisher    oline  positive  Resultate  zu  er- 
zielen. 

Umlageruiig  optischer  iVntipoden, 
Autoracemisation.  Da  optische  Antipoden 
bei  beliebigen  Reaktionen  mit  gleicher  Ge- 
schwindigkeit entstehen  und  bei  Umsetzungen 
mit  gleicher  Geschwindigkeit  reagieren,  folgt 
ohne  weiteres,  daß  dann,  wenn  eine  optisch- ' 
aktive  Substanz  sich  in  ihr  Spiegelbild  um- 
zuwandeln vermag,  die  entgegengesetzte 
Reaktion  sich  mit  derselben  Geschwindig- 
keit abspielen  muß:  d  ^  1. 

Es  muß  also  schließlich  ein  Gleichgewichts-  i 
zustand   eintreten,  wenn  die  Mischung  in- 
aktiv geworden  ist.    Die  Umstände,  unter 
welchen   eine   solche   ,, Autoracemisation  < 
eintritt,  sind  in  außerordentlichem  Maße  ab- 
hängig von  der  Natur  der  Gruppen,  welche  j 
mit   dem   asymmetrischen    Kohlenstoffatom : 
verknüpft  sind.     Man  kennt  Verbindungen,  [ 
welche  langsam  bei  gew^öhnlicher  Temperatur 
inaktiv  werden;  dazu  gehören  insbesondere 
einige  a-Halogenkarbonsäuren  und  ihre  Ester. 
d-a-Phenylbromessigsäure CgHj .  CHBr .  COgH  { 
und   ihre  Ester,  d-a-Brompropionsäureester 
CHg .  CH .  Br .  COoR,     d-Brombernsteinsäure- 
ester  COoR— CH;— CHBr.COoR  werden,  wie 
Waiden  beobachtet  hat,  innerhalb  einiger 
Jahre  bei  Zimmertemperatur  inaktiv.    Tem- 
peraturerhöhung  beschleunigt  wie   alle   an- 
deren Reaktionen  so  auch  die  Autoracemi-  ■ 
sation  und  so  läßt  sich  sehr  häufig  durch 
Erhitzen  Racemisierung  bei  Substanzen  be- 
wirken,   die    bei    gewöhnlicher    Temperatur 
scheinbar  beliebig  lange  haltbar  sind.      So 
wird    aktive    Milchsäure,    Mandelsäure,    ak- 
tives Pinen  und  Limonen  bei  höherer  Tem- 
peratur inaktiv.   Alkalische  und  saure  Agen- 
zien   beschleunigen    oft   diese   Umlagerung; 
optisch -aktiver    Amylalkohol    wird     durch 
Erhitzen    mit    Natron,    Leucin    mit    Baryt- 
wasser, Asparaginsäure  mit  Salzsäure  inak- 
tiviert.      Allgemeine    Gesetze,    in    welcher 
Weise   die    Reaktionsgeschwindigkeit   durch 
die  Natur  der  Radikale  beeinflußt  wird,  sind 
zurzeit  nicht  bekannt. 

Raceraisierungserscheinungen  sind  auch 
sehr  häufig  beobachtet  worden,  wenn  mit 
einem  optisch -aktiven  Stoff  Substitutions- 
reaktionen vorgenommen  werden.  So  gibt 
1-Aepfelsäure  mit  HBr  unter  Umständen 
inaktive  Brombernsteinsäure:  CO„H.CHo 
.  CH(OH) .  CO2H  ->  CO2H .  CH2 .  CHBr".  CGoH^ 
aktive  Mandclsäure  inaktive  Phenylbrom- 
essigsäure  u.  a.  m. 

VValdensche  Umkehrung.    Von  vorn- 
herein ließ  sich  erwarten,    daß    bei  solchen  i 
Substitutionsreaktionen   an   der   Konfigura- ! 
tion  des  Moleküls  keine  iVenderung  eintritt,  ]  ^ 

daß  also  aus  einer  Verbindung  I  durch  die  Salzsäure  entweder  auf  der  Seite  der 
Ersatz  des  Radikales  d  durch  ein  anderes  e  [  Fläche  abc  oder  der  Flächen  abOH,  acOH, 
die  Verbindung  II  entsteht.  bcOH  angelagert  werden  können.    Die  nach- 


Eine  solche  Vermutung  wäre  gerecht- 
fertigt aus  der  Beobachtung,  daß  im  allge- 
meinen bei  chemischen  Umsetzungen  or- 
ganischer Verbindungen  so  wenig  Valenzen 
wie  möglich  gelöst  und  neu  gebunden  werden. 
Ein  wichtiges  Prinzip  der  Konstitutionsbe- 
stimmung  gründet  sich  auf  diesen  Erfah- 
rungssatz (vgl.  den  Artikel  „  K 0  n  s  t  i  t  u  t  i  0  n"}. 
Wenn  nun  bei  derartigen  Substitutionen  zu- 
weilen teilweise  oder  vollständige  Racemi- 
sation  erfolgt,  so  ließe  sich  das  damit  be- 
gründen, daß  das  inaktive  Gemenge  den  end- 
gültigen Gleichgewichtszustand  repräsentiert, 
dem  schließlich  jedes  System  zustrebt. 

Viel  auffallender  ist  die  zuerst  von  Wai- 
den und  später  von  anderen  Forschern  ge- 
machte Beobachtung,  daß  in  sehr  vielen 
Fällen  die  entgegengesetzte  Konfiguration 
III  in  überwiegender  Menge  gebildet  wird. 
Dabei  hängt  es  meist  von  der  Natur  des  an- 
gewandten Reagens  ab,  w^elche  Konfigura- 
tion vorwiegend  entsteht.  So  erhält  man 
beispielsweise  aus  d-Chlorbernsteinsäure  mit 
Silberoxyd  d-Aepfelsäure,  mit  Kalilauge  da- 
gegen 1-Aepfelsäure.  Durch  geeignete  Kom- 
bination der  Methode  läßt  sich  dann  eine 
Substanz  in  den  optischen  Antipoden  um- 
wandeln, wie  es  folgendes  Schema  veran- 
schaulicht: 


<^-^d.   Brompropionsäure  _"^"Q^ 


d.  Alanin 


1.  Alani: 


%^     1.    Brompropionsäure  '<'^> 


Versuche  zur  Erklärung  der  Walden- 
schen  Umkehrung  sind  von  E.  Fischer  und 
von  A.  Werner  gemacht  worden.  Nimmt 
man  an,  daß  eine  Substitutionsreaktion  sich 
in  der  Weise  abspielt,  daß  das  Reagens  mit 
dem  reagierenden  Molekül  zuerst  zu  einer 
xVdditionsverbindung  zusammentritt,  so  wird 
z.B.  bei  Substitution  von  OH  durch  Gl  an  ein 
Molekül 

b 


Isomerie 


597 


folgende    Verdrängung    von    OH    durch    Cl ;  aus  einer  Trans-Verbindung  die  Eacemform 
wird  in  erstem  Fall  und  nur  in  diesem  eine   entstehen: 
Aenderung    der    Konfiguration    zur    Folge  I 
haben.     Es  ist  ersichtlich,  von  wie  großer 


Bedeutung  die  Waldensche  Umkehrung 
zur  Erkenntnis  des  Mechanismus  des  Sub- 
stitutionsprozesses ist. 

4b)  Dynamik  der  Cis-Trans-Isome- 
rie.  Additionsreaktionen.  Wie  J.  Wis- 
licenus  zuerst  ausgeführt  hat,  läßt  das 
Modell  geometrisch  isomerer  Verbindungen 
erwarten,  daß  bei  Additionsreaktionen  an 
dreifache  und  Doppelbindungen  ganz  be- 
stimmte Konfigurationen  entstehen.  Dabei 
muß  die  Voraussetzung  gemacht  werden, 
daß  solche  Additionen  in  derWeise  verlaufen, 
daß  eine  der  C  =  C-Bindungen  aufgehoben 
wird  und  die  Addenden  den  gleichen  Ort  ein- 
nehmen, welchen  die  Valenzen  der  gelösten 
Bindung  inne  hatten.  Bei  Addition  an  die 
dreifache  Bindung  sollte  stets  eine  Cis-Ver- 
bindung  erhalten  werden: 


a-C-b 

II 
a— C— b 


a— C— b 


a — C — b 


a— C— b 

II 
a— C— b 


Beim  Uebergang  der  doppelten  in  die 
einfache  Bindung  sollte  aus  einer  Cis-Ver- 
bindung    die    intramolekular    kompensierte, 


a— C"b         a— C— b  b— C— a 

II         ->         I  und  I 

b— C— a         b— C— a  a— C— b 


Diese  Schlüsse  haben  sich,  so  wenig  man 
ihre  anregende  Wirkung  auf  die  Forschung 
unterschätzen  darf,  im  allgemeinen  nicht 
bestätigt  und  Konfigurationsbestimmungen, 
welche  man  auf  solche  Additionsreaktionen 
gründet,  sind  durchaus  unsicher.  Sehr  häufig 
treten  die  beiden  Isomeren  nebeneinander 
auf,  oft  auch  erhält  man  gerade  vorwiegend 
diejenige  isomere  Form,  die  man  nicht  er- 
warten sollte,  und  zuweilen  hängt  das  Re- 
sultat in  hohem  Maße  von  den  Versuchsbe- 
dingungen  ab.  So  entsteht  aus  Acetylen- 
karbonsäure  durch  Addition  von  Brom- 
wasserstoffsäure nicht  Brommaleinsäure, 
sondern  Bromfumarsäure. 


HOoC— C=C— CO^H  -> 


Bi\  /CO2H 


HO.,C^ 


H 


Aus  Acetylendikarbonsäure  und  Brom 
erhält  man  70%  Dibromfumarsäure  und 
30%  Dibrommaleinsäure,  aus  Phenylpro- 
piolsäure  CqR^.C^^C  —  COgH  durch  Re- 
duktion mit  Palladium  und  Wasserstoff 
AUozimtsäure  (Cis-Form),  mit  Zink- 
und  Essigsäure  dagegen  Trans -Zimtsäure. 
Maleinsäure  wid  der  Theorie  gemäß  mit 
Kaliumpermanganat  zu  Mesoweinsäure, 
Fumarsäure  zu  Traubensäure  oxydiert. 
Durch  Addition  von  Brom  entsteht  dagegen 
aus  Maleinsäure  vorwiegend  die  Meso-Di- 
brombernsteinsäure,  aus  Fumarsäure  die 
racemische  Isodibrombernsteinsäure.  Es 
kann  also  die  Voraussetzung  der  von  Wis- 
licenus  aufgestellten  Theorie  nicht  richtig 
sein.  Man  muß  unterscheiden  zwischen  einer 
Anlagerung  in  Cis-Stellung 


H 


H  C2OH 

,c=c 


CrH. 


H 


t     t 
H   H 


\c=c/ 

W  ^H 


und  einer  Anlagerung  in  Trans- Stellung 


H 

E.  Fischer  hat  auf  die  Analogie  hinge- 
wiesen, welche  zwischen  solchen  Additions- 
reaktionen und  dem  Substitutionsprozeß  am 
asymmetrischen  Kohlenstoffatom  besteht. 
Bei  beiden  Vorgängen  zeigt  sich  eine  weit- 
gehende Unabhängigkeit  der  gebildeten  Kon- 
figuration vom  Ausgangsmaterial. 

Beziehung  zu  ringförmigen  Ver- 
bindungen. Die  beiden  Isomeren  Malein- 
und  Fumarsäure  unterscheiden  sich  in 
charakteristischer  Weise  dadurch,  daß  nur  die 
erstere  imstande  ist,  unmittelbar,  d.  h. 
ohne  vorhergehende  Umlagerung  ein  — 
ringförmig  konstituiertes  — ■  Anhydrid  zu 
bilden.  Bei  der  Hydrolyse  liefert  dies  An- 
hydrid wieder  Maleinsäure  zurück.  Von  der 
Annahme  ausgehend,  daß  Ringschluß  durch 
räumliche  Nähe  der  reagierenden  Gruppen 
bedingt  wird,   betrachtet  mau   deshalb  die 


598 


Isomerie 


Maleinsäure    als    Cis-,    die    Fumarsäure    als 
Trans-Verbindung. 

H-C— COoH         H-C— CO 

II  ^  II       >0  +  H20; 

H— C— COgH         H-C— C 
Maleinsäure 

H— C-COoH 

II 
HO2C— C— H 

Fumarsäure 

Man  kennt  keine  Tatsaclien,  welche  mit 
dieser  Voraussetzung  in  Widerspruch  stehen 
und  so  eignen  sich  die  Beziehungen,  welche 
zwischen  ringförmig  konstituierten  Verbin- 
dungen und  Cis-Trans-Isomeren  bestehen, 
in  trefflicher  Weise  zur  Bestimmung  der 
Konfiguration.  Als  weiteres  Beispiel  sei  die 
Cumarinsäure  und  Cumarsäure  erw^ähnt, 
von  denen  die  erstere  leicht  unter  Wasser- 
abspaltung ein  Lacton  (das  Cumarin)  gibt 
und  aus  diesem  durch  Alkali  wieder  entsteht 
und  deshalb  als  Cis-Verbindung  zu  be- 
trachten ist. 


H— C-C6H4OH       H-C-CsH^. 

^O  +  H^O; 


H— C-CO2H 
Cumarinsäure 


H— C-CO 

Cumarin 

H— C— CfiROH 


HO2C— C-H 
Cumarsäure 

Umlagerung  von  cis-trans-isomeren 
Verbindungen.  Geometrisch-isomere  Ver- 
bindungen können  ziemlich  leicht  w^echsel- 
seitig  ineinander  verwandelt  werden.  Da 
solche  Isomere  verschiedenen  Energieinhalt 
besitzen,  läßt  sich  über  die  Lage  des  Gleich- 
gewichts nichts  voraussagen;  die  spezifische 
Natur  der  an  die  Doppelbindung  geknüpften 
Gruppen  ist  entscheidend  für  die  relative 
Stabilität  der  Isomeren. 

Solche  Umlagerungen  erfolgen  in  sel- 
tenen Fällen  bei  längerem  Aufbewahren 
spontan,  werden  durch  Wärme  stark  be- 
schleunigt und  sehr  häufig  durch  Licht- 
energie, insbesondere  auch  durch  ultraviolettes 
Licht  veranlaßt.  Auf  diese  Weise  verwandeln 
sich  insbesondere  ungesättigte  Säuren  in  ihre 
labilen  Isomeren,  z.  B.  Zimtsäure  in  Allo- 
zimtsäure.  Sehr  wirksam  zur  Auslösung 
von  Umlagerungen  geometrischer  Isomeren 
sind  Mineralsäuren  und  Halogene,  letztere 
besonders  bei  Mitwirkung  von  Licht.  Spuren 
von  Halogen  verwandeln  z.  B.  Maleinsäure- 
ester in  Fumarsäureester.  Für  die  hoch- 
molekularen Glieder  der  Fettsäuren  ist  in 
der  salpetrigen  Säure  ein  spezifischer  Kataly- 
sator gefunden  worden;  Oelsäure  wird  durch 
dies  Agens  in  die  isomere  l^laidinsäure  um- 
gewandelt. 


lieber  die  Vorstellungen,  welche  man  sich 
von  dem  Mechanismus  der  Umlagerung  geo- 
metrisch isomerer  Verbindungen  gemacht 
hat,  vergleiche  man  das  am  Schlüsse  des 
Artikels  zitierte  Lehrbuch  von  A.  Werner. 
4c)  Dynamik  der  Strukturisomerie. 
Die  eminente  Mannigfaltigkeit  struktureller 
Anordnung  von  Kohlenstoff  Verbindungen  er- 
schwert in  besonderem  Maße  das  Heraus- 
arbeiten allgemeiner  Gesetzmäßigkeiten,  so- 
weit überhaupt  solche  aufgefunden  worden 
sind. 

Bildung  von  Isomeren  aus  einer 
Stammsubstanz.  Wie  im  Abschnitt  über 
die  Dynamik  der  Spiegelbildisomerie  aus- 
geführt wurde,  werden  2  gleiche  Atome  im 
Molekül  mit  verschiedener  Geschwindigkeit 
substituiert,  wenn  sie  sich  auch  nur  in  ge- 
ringfügiger Weise  durch  ihre  räumliche  Lage 
unterscheiden;  umso  einschneidendere  Unter- 
schiede sind  dann  zu  erwarten,  wenn  die  zu 
substituierenden  Atome  strukturell  ver- 
schieden angeordnet  sind,  wie  etwa  die  end- 
ständigen und  mittelständigen  H-Atome 
des  Propans 

Hv         H       /H 

H^C-C-CfH. 

W       H       ^H 

Es  existiert  bisher  keine  Theorie,  welche  das 
Verhalten  solcher  Verbindungen  bei  Sub- 
stitutionsreaktionen abzuleiten  gestattete. 
Auf  empirischem  Wege  sind  einige  Regel- 
mäßigkeiten gefunden  worden.  Bei  Ein- 
wirkung von  Brom  auf  n-Hexan  entsteht 
vorwiegend  2-Brom,  daneben  3-Broni  und 
in  untergeordneter  1-Brom  Hexan.  Die 
Substitutionsgeschwindigkeit  tertiärer  Was- 
serstoffatome scheint  meist  am  größten,  die 
der  primären  am  kleinsten  zu  sein.  Die 
Schwierigkeit,  rein  empirisch  zu  Gesetz- 
mäßigkeiten zu  kommen,  wird  dadurch  be- 
sonders groß,  daß  die  Reaktionsbedin- 
gungen von  außerordentlichem  Einfluß  auf 
den  Verlauf  konkurrierender  Reaktionen  sind. 
Um  dies  zu  illustrieren,  mag  das  Verhalten 
des  Toluols  bei  der  Bromierung  herangezogen 
werden.  4  isomere  Substitutionsprodukte 
sind  dabei  möglich:  3  Kernsubstitutions- 
produkte und  eine  in  der  Seitenkette  substi- 
tuierte Verbindung. 


:Br 


-CH.,      Br< 


-CH, 


-CH, 


II 


>— CH.,Br. 


Br 
III  IV 

Bei  Anwesenheit  gewisser  Katalysatoren 
(AICI3,  FeClg,  M0CI5,   J)  entsteht  fast  aus 


Isomerie 


599 


schließlich  I  und  II,  mit  PBrg  als  Katalysator 
vorwiegend  4.  Broniiert  man  ohne  Katalysa- 
tor, so  übt  das  Licht,  die  Temperatur  und  das 
Lösungsmittel  einen  außerordentlichen  Ein- 
fluß auf  den  Reaktions verlauf  aus.  Im 
Sonnenlicht  entsteht  vorwiegend  IV,  ebenso 
in  der  Siedehitze,  im  Dunkeln  und  in  der 
Kälte  herrscht  Kernsubstitution  vor.  In 
Schwefelkohlenstoff  als  Lösungsmittel  ver- 
läuft die  Seitenkettensubstitution  schneller 
als  die  Kernsubstitution,  in  Nitrobenzol- 
lösung  umgekehrt  die  Kernbromierung.  Es 
ist  ersichtlich,  daß  ohne  grundlegende  Kennt- 
nisse über  den  Mechanismus  des  Substitu- 
tionsprozesses, über  den  Einfluß  der  Tem- 
peratur und  über  die  Rolle  der  Lösungsmittel 
bei  chemischen  Reaktionen  kaum  jemals 
ein  klarer  Einblick  in  solch  verwickelte  Ver- 
hältnisse wird  gewonnen  werden  können. 

Nicht  immer  ist  freilich  der  Einfluß 
der  Reaktionsbedingungen  so  bedeutend  und 
so  ist  es  doch  in  vielen  Fällen  möglich,  zu- 
sammenfassende Regelmäßigkeiten  zu  finden. 
Insbesondere  ist  das  bei  Substitutionsreak- 
tionen der  Benzolderivate  geglückt.  Vgl. 
darüber  die  Artikel  ,, Aromatische  A^er- 
bindungen"  und  ,, Benzolderivate".  Die 
Tendenz  geht  dahin,  daß  Vorwiegen  der 
einen  oder  anderen  Substitutionsreaktion  auf 
verschiedenen  Reaktionsmechanismus  zu- 
rückzuführen. 


Dies  mag  durch  ein  Beispiel  aus  einem 
anderen  Gebiete  erläutert  werden.  Bei  Ein- 
wirkung von  Brom  auf  Ketone  R.CH2 — 
CH2 — CO.Ri  oder  auf  Säurebromide  R.CH2 
— CH2 — CO.Br  werden  vorwiegend  oder 
ausschließlich  die  in  a-Stellung  befindlichen 
Wasserstoffatome  substituiert.  Man  führt 
dies  darauf  zurück,  daß  die  Substitution  in 
a-Stellung  durch  folgenden  Reaktionsmecha- 
nismus zustande  kommt: 

R .  CH2-CH2-CO.  Ri  ->  R.CH2-CH  -  COH.  Ri 
_B^  R^.CHa— CHBr— COHBr.Ri 
->  R.CH2— CHBr CC.Ri  +  HBr 

Sehr  wichtigeUntersuchungen  betreffen  die 
Additionsreaktionen  an  konjugierte  Kohlen- 
stoffdoppelbindung. Darunter  versteht  man 
das  System  C  =  C  —  C  =  C.  Man  sollte 
erwarten,  daß  die  Addition  von  2  einwertigen 
Elementaratomen  oder  2  einwertigen  Grup- 
pen X  zum  System   C— C  —  C  =  C  führen 

X  X 

sollte,  doch  hat  sich  gezeigt,  daß  sehr  häufig 
die  Addition  an  den  Enden  des  Systems 
stattfindet,  indem  zwischen  dem  zweiten 
und  dritten  C-Atom  eine  neue  Doppelbin- 
dung auftritt.  So  entsteht  durch  Addition 
von  Brom  an  Butadien  vorwiegend  1,4-Di- 
brombutan  und  daneben  in  untergeordneter 
Menge  1,2-Dibrombutan 


H,C=CH-CH=CH, 


,^Br .  CH2— CH=CH— CH^Br    (Hauptreaktion) 
->^Br .  CH2— CHBr— CH=CH2    (Nebenreaktion) 


Dies  eigenartige  Verhalten  konjugierter 
Doppelbindungen  hat  zu  der  geistreichen  und 
anregenden  Theorie  der  Partialvalenzen 
(Thiele)  geführt.  Vgl.  darüber  die  Artikel 
„Valenz"  und  ,, Aromatische  Verbin- 
dungen". 

Verschiedene  Reaktionsgeschwin- 
digkeit von  Strukturisomeren  bei 
Umsetzungen.  Von  Interesse  sind  hier  ins- 
besondere einige  Zusammenfassungen,  welche 
auf  Grund  räumlicher  Vorstellungen  über 
den  Molekularbau  gewonnen  wurden. 

Sterische  Hinderung.  Aromatische 
Karbonsäuren,  welche  in  o-Stellung  substitu- 
iert sind  (I),  werden  mit  Alkohol  und  Salz- 
säure sehr  viel  langsamer  in  Ester  überge- 
führt als  die  Isomeren,  bei  welchen  sich  die 
Substituenten  in  m-  oder  p-Stellung  (II  und 
III)  befinden. 

CO2H  CO2H  CO2H 


V.  Meyer  führte  diese  Erscheinung  darauf 
zurück,  daß  die  Radikale  R  mehr  Platz  be- 
anspruchen als  Wasserstoff  und  durch  die 
Raumerfüllung  den  Eintritt  der  Alkyl- 
gruppen  erschweren.  Eingehende  Studien 
haben  gezeigt,  daß  ganz  allgemein  auch  iii 
der  Fettreihe  die  Esterifizierung  fortschrei- 
tend verlangsamt  wird  in  folgender  Reihen- 
folge : 


CH, 


CHoR 


CO,H     CO,H 


H 
R.C  R 

CO,H 


R 

R  CR 

CO,H 


R- 


-R 


R— 


R 


II 


Um  vergleichbare  Bedingungen  zu  er- 
zielen, ist  es  nötig,  die  Esterifizierung  bei 
•Gegenwart  einer  starken  Säure  (Salzsäure 
oder  Schwefelsäure)  als  Katalysator  vorzu- 
nehmen, da  sonst  die  von  der  Affinitäts- 
konstante der  zu  esterifizierenden  Säure  ab- 
hängige Autokatalyse  die  Resultate  ver- 
schleiert. 

Weitere  Untersuchungen  haben  dann  ge- 
lehrt, daß  sterische  Hinderung  oder  richtiger: 
sterische  Verlangsamung  eine  recht 
allgemeine  Erscheinung  ist  und  sich  z.  B.  bei 
der  Verseifung  von  Estern,  Säurechloriden, 


600 


Isomerie 


Amiden,  Nitrilen,  bei  der  Bildunc;  von  Oximen, 
Hydrazonen  usw.  bemerkbar  macht.  Unter 
im  übri<i;en  gleichen  Verhältnissen 
wird  demnach  von  verschiedenen  Isomeren 
dasjenige  am  langsamsten  sich  umsetzen, 
dessen  reagierende  (iruppe  am  meisten  von 
raumerfüllenden  Radikalen  umgeben  ist. 

Ringschließungen.  A.  Baeycr  hat 
die  van't  Hoff-Le  Belsche  Hypothese 
von  der  tetraedrischen  Anordnung  der  Me- 
thanderivate dahin  erweitert  (1885),  daß  die 
4  Valenzen  des  Kohlenstoffes  nach  den  Ecken 
des  Tetraeders,  also  in  einem  Winkel  von 
109"  28'  zur  Wirkung  kommen,  daß  diese 
Richtung  aber  eine  Ablenkung  erfahren  kann, 
welche  eine  mit  der  Größe  der  letzteren  zu- 
nehmende Spannung  zur  Folge  hat.  Diese 
Spannung  muß  dann  in  dem  aus  5  Methylen- 
gruppen bestehenden  Ringsystem  am  klein- 
sten sein,  da  der  Winkel  des  regulären  Fünf- 
eckes 108"  beträgt,  und  anwachsen  im 
Vierring  (Winkel  90")  und  Dreiring  (Winkel 
60"),  sie  muß  im  Sechsring  (Winkel  120")  ein 
wenig  größer  sein  als  im  Fünfring  und  bei 
höhergliederigen  Ringsystemen  wiederum  zu- 
nehmen. Damit  stimmt  auch  die  Tatsache 
überein,  daß  bei  synthetischen  Vorgängen 
5-  und  6-Ringe  leichter  gebildet  werden  und 
schwerer  zerfallen  als  Ringe  mit  einer  kleineren 
oder  größeren  Anzahl  von  Gliedern. 

Die    Spannungstheorie    hat    mit    Erfolg  j 
auch  auf  heterozyklische  Ringsysteme  aus- ' 
gedehnt  werden  können.  Aus  Dikarbonsäuren  i 
und    Oxysäuren   entstehen   innere    —  ring-  \ 
förmige  —  Anhydride  oder  Laktone  am  leich- 
testen, wenn  damit  die  Bildung  eines  5-  oder 
6-gliederigen  Ringsystems  verknüpft  ist  und 
diese    setzen    der    hydrolytischen    Spaltung 
am  meisten  Widerstand  entgegen. 

Umlagerung  von  Strukturisome- 
ren. Die  überwiegende  Anzahl  der  struk- 
turisomeren organischen  Verbindungen  kann 
unbeschränkte  Zeit  nebeneinander  existieren, 
ohne  sich  zu  verändern  und  ohne  daß  auch 
bei  Anwendung  der  verschiedenartigsten 
Reaktionsbedingungen  eine  Umlagerung  er- 
folgt. Doch  ist  ein  solch  reaktionsträges  Ver- 
halten keineswegs  allgemein;  in  dem  großen 
Gebiet  der  organischen  Chemie  sind  Um- 
lagerungen  von  Isomeren  häufig  beobachtet 
und  eingehend  studiert  worden. 

Prinzipiell  ist  zu  erwarten,  daß  das  End- 
resultat der  intramolekularen  Umlagerung, 
soweit  es  sich  um  Lösung  oder  Dampf  han- 
delt, ein  Gleichgewichtszustand  ist,  in  wel- 
chem die  möglichen  Isomeren  in  bestimmten 
Mengenverhältnissen  vorliegen  (vgl.  den 
Artikel  ,, Chemisches  Gleichgewicht"). 
Im  Gleichgewicht  kann  aber  das  eine  der 
Isomeren  in  so  minimaler  Menge  vorhanden 
sein,  daß  es  sich  dem  Nachweis  entzieht. 
Deshalb  kann  man  praktisch  unterscheiden 


zwischen  vollständigen,  nicht  umkehrbaren 
und  reversiblen  Umlagern ngen. 

Diese  Verhältnisse  lassen  sich  recht  gut 
an  der  historisch  wichtigen  und  ältesten 
Umlagerung  klar  machen,  der  von  Wo  hl  er 
(1828)  entdeckten  Umlagerung  des  cyan- 
sauren  Ammonium  in  Harnstoff. 


CONNH^^O:C< 


.NH., 


NH. 


Cyansaures  x\mmonium  verwandelt  sich 
in  wässeriger  Lösung,  bei  Zimmertemperatur 
mäßig  schnell,  bei  höherer  Temperatur  viel 
rascher  in  den  isomeren  Harnstoff  und  zwar 
nahezu  quantitativ,  so  daß  bis  vor  kurzem 
diese  Umlagerung  als  nicht  umkehrbar  be- 
trachtet wurde,  bis  sich  herausstellte,  daß 
auch  umgekehrt  Harnstoff  zu  einem  kleinen 
Betrag  in  cyansaures  Ammon  umgelagert 
werden  kann.  Der  ganz  analoge  Vorgang 
der  Bilduns:  des  Thioharnstoffes  aus  Rhodan- 


ammonuim 


CSNNH^  -^  S  =  C^ 


NH., 
^NH., 


dagegen  ist,  da  das  Gleichgewicht  hier  viel 
mehr  auf  der  Seite  des  Rhodanammon  liegt, 
ohne  weiteres  als  umkehrbar  erkannt  worden. 
Nicht  umkehrbare  Umlagerungen. 
Einige  Beispiele  seien  angeführt:  Isonitrile 
lagern  sich  beim  Erhitzen  in  die  stabilen  Ni- 
trile,  Ester  der  Rhodanwasserstoffsäure  in 
Senföle  um:  C  =  N  — R  ^  R -- C  N; 
N  C  — SR ->R—N  =  C=S.  Wanderungen 
von  Alkylgruppen  vom  Sauerstoff  an  Kohlen- 
stoff sind  mehrfach  beobachtet  worden: 
Aethoxystyrol  isomerisiert  sich  bei  hoher 
Temperatur  zu  Phenylpropylketon:  CgH^ 
.C(0C.,H5)  =  CH2  ->  C6H5.CO.CH2.C.2H5 
O-Allylacetessigester  wird  bei  Destillation 
über  Chlorammonium  in  C-iVllylacetessig- 
ester,  Naphtholallyläther  beim  Erhitzen  in 
1-Allyl  2-NaphthoI  verwandelt: 

H3C— C(OC3H5):CH.CO,CoH5  -> 

H3C— CO— CH(C3H5) .  CO0C2H5 

C.oH-OCgHs  ^  CjoHe.(C3H5).OH. 

Auch  Säurereste  werden  häufig  an  andere 
Stellen  des  Moleküls  verschoben:  0-Acetyl- 
j  acetessigester  lagert  sich  bei  Berührung  mit 
{ alkalischen  Agenzien  in  C-Acetylacetessig- 
j  ester  um;  Chinonbenzoylphenylhydrazon  m 
!  Benzoyl-Oxy-azobenzol: 

1  CH3 .  C(0C0CH3) :  CH .  CO2C0H5  -^  H3C  —  CO 

CH(COCH3).CO"2C2H5 
l  CeH5N(COC6H5).N  =  C^H^  =  0  -  C^Hs.N 
I  =  N  -  CßH^  -  OCOCßHs 

Benzol  O-Azotribenzoylmethan  erleidet  bei 
höherer   Temperatur   eine    Isomerisation   zu 


Isomerie 


601 


Benzol    C-Azotribenzoylmethan,     das     sich  1  gnippe  zum  N-Benzoylphenylhydrazon  des 
dann  weiter  unter  Wanderung  der  Benzoyl- ;  Dibenzoylmethans  umlagert. 


O.N=N.C6H5  CeH5N=N  ^0 

CeHs  (CeH^.CO)/  CHs 

/COCßHs 

->  (CeH5CO)2=C=N-N( 

CeHg 


Von   großer   Wichtigkeit  ist  die   Beck- 
mann sehe  tJmlagerung  der  Oxime: 


)C=NOH  ->  R— CO.NHRi. 


ferner  die  Umlagerung;  Phenylhydroxylamin 
->  p-Aminophenol 


-NHOH->HO- 


-NH, 


Ueberaus  häufig  kommen  Umlagerungen 
vor,  bei  welchen  ein  Rest  von  einer  Seiten- 
kette in  den  Benzolkern  wandert.  Hierher 
gehört  die  Hofmannsche  Umlagerung  der 
Alkylaniline     in    kernsubstituierte    Amine, 


-NHR 


NH, 


R— 


-NH-NH 


u.  a.  m.  All  diese  letztgenannten 
Umlagerungen  gehen  unter  dem  Einfluß  von 
Säuren  vonstatten. 

Recht  zahlreich  sind  auch  Umlagerungen 
die  mit  Addition  oder  Abspaltung  von  Wasser 
verbunden  sind.  Hierher  gehört  z.  B.  die 
Umlagerung  der  Pinakone  in  Pinakoline: 

(H3C),C0H  -  C0H(CH3),  -.  (R^C),  -  CO 
•CH3  +  H2O 

und  die  durch  schmelzendes  Kali  verursachte 
Benzilsäureumlagerung :  CgHs .  CO .  CO .  CgH- 
+  H2O  ->  (C6H5)2C0H.C0.0H. 

Auch  die  Hofmannsche  Umlagerung  der 
Säureamide  mit  Natriumhypobromit  sei  in 
diesem  Zusammenhange  genannt. 

R.CO.NHo  ^  R.CO.N=  ->  RN  =  CO^ 
RNH2  +  CO2. 

Umkehrbare  Umlagerungen  von 
Strukturisomeren,  dynamische  Iso- 
merie, Gleichgewichtsisomerie.  Hier- 
her gehören  die  interessanten  und  viel 
studierten  Erscheinungen  der  Tau  tomer  ie 
und  Desmotropie.  Den  Anstoß  zur  Ent- 
wickelung  dieses  Gebietes  gab  die  Beobach- 
tung, daß  zuweilen  Isomerien,  deren  Exi- 
stenz von  der  Strukturtheorie  gefordert  wird, 
sich  nicht  realisieren  ließen  und  zwar  trat 
diese  Erscheinung  bei  solchen  Verbindungen 
auf,  die  leicht  substituierbaren  Wasserstoff  1 
enthielten,  während  bei  den  Alkyl-  oder ' 
Acylderivaten  die  erwarteten  Isomeren  her- 


Phenylsulfaminsäure  ->  0-  und  p-Anilinsulfo- 
säiire":  CeH^.NH.  SO3H  ->  HO3S.C6H4NH2; 
Nitrosamine  ~>  p-Nitrosoverbindung: 
CßH^NR.NO  ->  ON  — CßHi.NHR,  N-ChloV 
acetanilid  ^  C-Cbloracetanilid  CgHgNCl. 
.COCH3  ->  CIC6H4NHCOCH3,  Diazoamino- 
benzol  ->  Aminoazobenzol  CeH5.N=N  — 
NHCßHs  ->  H2N.C6H4.N  =  N.CgHg.  Etwas 
komplizierter  ist  die  Benzidinumlagerung, 
die  vom  Hydrazobenzol  zum  Benzidin  führt: 


HoN- 


NH, 


gestellt  werden  konnten.  So  kennt  man 
2  isomere  Verbindungen  C  —  NCH3  und 
HgCC—N,  Isonitrile  und  Nitrile,  nicht  aber 
die  2  zugrundeliegenden  Wasserstoffverbin- 
dungen C  =  NH  und  HC-  N,  sondern 
statt  dessen  nur  eine  Substanz,  die  Blausäure. 
Ebenso  kennt  man  nur  eine  salpetrige  Säure, 
wohl  aber  die  beiden  Verbindungen  0  =  NOR 

0 
und     R  —  N^        Salpetrigsäureester     und 

^0 
Nitroverbindungen,  ferner  nur  eine  Rhodan- 
wasserstoifsäure,  aber  2  x\lkylderivate,  die 
Rhodanäther    N=C — SR    und    das    Senföl 
R— N=C=S. 

Von  den  Säureamiden,  die  nur  in  einer 
Form  bekannt  sind,  existieren  zweierlei 
Derivate,  die  alkylierten  Säureamide  R.CO 

OH 
und    die    Imidoäther    R.C^ 

^NRi 

Dazu  gehört  auch  das  Isatin  mit  seinen  2 
Substitutionsreihen : 

xCO.  ,C0 

CßH^;         >C0  und  C6H4(       ^C-OR 
^NR'^  ^N-^ 

Besonders  hervorzuheben  sind  Substanzen 
vom  Tvpus 

— C— C<  und  — C=C< 


.NHR, 


H 


0 


0 
H 


ao2 


Isomerie 


die  man  als  Ketone  und  Enolformen  unter- 
scheidet. Die  Wasserstorfverbiiiduiigen 
i^xistieren  sehr  oft  nur  in  einer  Form,  während 
bei  den  Derivaten  die  Isomerie  realisierbar 

ist.  Beispiel  ist  der  Aeotaldehyd  H3C  —  C^ 

mit  seinen  2  Aelhvlderivateii 


H 


OCH. 


uiul    C.,H=— CHo--C/    .     Bis   vor  kurzem 

^      ^0 
kannte  man  auch  nur  einen  Acetessigester, 
aber  2  Reihen  von  Derivaten: 


HC— CO— CHR— CO,C,H.   und 


H3C— C  -  C— CO,R. 


OR  H 

Vom  Nitrosophenol  leiten  sich  2  isomere 
Substitutionsprodukte  ab,  von  der  Kon- 
stitution : 


0=N- 


OR   und    RON=< 


>=0. 


Zusammenfassend  läßt  sich  sagen,  daß  die 
^besprochene  Erscheinung  insbesondere  bei 
Wasserstoffverbindung  auftritt,  welche  dem 
Typus  X  =  YH  bezw.  HX  =  Y  und  dem 
Typus  X  =  Y  —  ZH  bezw.  H  —  X  —  Y  =  Z 
^entsprechen.  Es  w^ar  also  die  Frage  zu  lösen 
nach  der  Konstitution  der  den  beiden  Deri- 
vaten zugrunde  liegenden  Wasserstoffver- 
bindungen. Diese  zeigten  eine  chemische 
Doppelnatur  und  gaben  bei  Substitutions- 
reaktionen entweder  die  beiden  Derivate 
nebeneinander  in  Mengenverhältnissen,  welche 
je  nach  den  Reaktionsbedingungen  variierten, 
oder  sie  gaben  mit  einem  bestimmten  Reagens 
Derivate  der  einen,  mit  einem  anderen  Rea- 
gens Derivate  der  zweiten  Form. 

Es  wurde  die  Hypothese  aufgestellt, 
daß  solchen  Wasserstoffverbindungen  eine 
bestimmte  Konstitution  überhaupt  nicht 
zukäme,  sondern  daß  dieselben  sicli  in  einem 
dauernden  Schwingungszustand  befinden, 
und  also  in  dem  einen  Augenblick  der  einen, 
im  nächsten  der  zweiten  Strukturformel  ent- 
sjjrächen,  und  Laar  prägte  dafür  den  Aus- 
druck Tautomerie  (1895).  Der  Begriff, 
den  ]nan  mit  diesem  Wort  verband,  hat  sich 
<laiin  später  geändert;  man  versteht  heute 
unter  Taut0  2nerie,  ohne  der  theoretischen 
Deutung  Laars  beizupflichten,  ganz  all- 
gemein die  Erscheinung,  daß  eine  zu  er- 
wartende Isomerie  bei  den  Wasserstoffver- 
bindungen fehlt,  bei  den  Derivaten  aber 
realisierbar  ist. 

Tieferen  Einblick  in  diese  Verhältnisse 
erhielt  man,  als  es  infolge  der  Verfeinerung 
der  Experimentierkunst  gelang   (1896),   zu- 


erst in  einigen  Fällen  (Claisen,  W.  Wis- 
licenus,  Hollemann,  Hantzsch  und 
Schnitze),  dann  immer  zahlreicher  die 
vermißten  isomeren  Wasserstoffverbindun- 
gen zu  isolieren.  Es  zeigte  sich,  daß  Struk- 
tur isomere  vorlagen,  welche  die  besondere 
Eigentümlichkeit  zeigten,  sich  mit  unge- 
wohnter Leichtigkeit  ineinander  zu  ver- 
wandeln. Man  bezeichnet  Isomere  dieser  Art 
als  desmotrope  Verbindungen,  die  Er- 
scheinung als  Desmotropie.  Es  dürfte  zweck- 
mäßig sein,  der  Anschaulichkeit  halber 
einige  Desmotrope  kurz  zu  beschreiben: 

i\cetyldibenzoylmethan :    die    Enol- 
form, 

CeHsCO 

/C=C — CH3 

CsHsCO^        I 

OH 

Schmelzpuidvt  101  bis  102",  besitzt  saure 
Eigenschaften,  löst  sich  unter  Salzbildung 
momentan  in  Alkali  oder  Alkalikarbonat, 
gibt  mit  Eisenchlorid  eine  charakteristische 
Färbung,  und  kuppelt  mit  Diazo Verbin- 
dungen. Durch  Kristallisation  aus  heißem 
Alkohol  lagert  sie  sich  in  die  Ketoform 

CH^CO 

\C-C-CH3 
CHäCO-   H    II 
0 

(Schmelzpunkt  107  bis  110**)  um,  welche  neu- 
tral ist,  sich  mit  Eisenchlorid  nicht  färbt 
und  mit  Diazoverbindungen  nicht  kuppelt. 
In  Soda  ist  die  Ketoform  unlöslich,  geht 
aber  bei  längerer  Berührung  vollständig  in 
Lösung  unter  Bildung  des  Natriumsalzes  der 
Enolform.  Im  Schmelzfluß  stellt  sich  ein 
Gleichgewicht  ein,  das  87%  Enol  und  l'd% 
Keton  enthält. 

xVcetessigester :  Die  Ketoform 


H,C- 


-C-C-CO2C2H5 

II      A 
0  HH 


kristallisiert  aus  Alkohol,  Aether  oder  Li- 
groinlösung,  beim  Abkühlen  auf  — 78"  aus, 
ist  bei  tiefer  Temperatur  lange  Zeit  haltbar 
und  gibt  in  der  Kälte  mit  Eisenchlorid  keine 
Färbung.  Mit  Natrium  oder  Natriumäthylat 
lagert  sie  sich  cpiantitativ  um  zum  Natrium- 
salz der  Enolform 

H3C — C=C — CO2C2H5, 

I      1 
OHH 

aus  dem  diese  bei  —78"  mit  Salzsäure  in 
Freiheit  gesetzt  wird.  Sie  ist  ölig,  reagiert 
momentan  mit  Eisenchlorid  und  lagert  sich 
bald  in  die  Ketoform  um.  Aus  beiden 
Formen  resultiert  bei  Zimmertemperatur  eine 
(ileichgewichtsmischung,  welche  7,4%  Enol 
und  93,6%  Ketoform  enthält. 


Isomerie 


603 


Phenylnitromethan  :DieneutraleFonn 

CeH5.CH,.Nr 

ist  ein  Oel,  das  sich  langsam  in  Alkali 
unter  Uinlagerung  auflöst.  Aus  dieser 
Lösung    fällt    mit    Säuren    das    Jsophenyl- 

0 


nitromethan   CßHrCH  =   N 


"^OH 


eine    kri- 


stallisierte Substanz  vom  Schmelzpunkt  84" 
aus,  die  sauer  reagiert,  in  wässeriger  Lösung 
den  elektrischen  Strom  leitet  und  sich  mit 
Eisenchlorid  rot  färbt.  Beim  Aufbewahren 
wird  sie  rasch  ölig  und  verwandelt  sich 
völlig  in  das  neutrale  Isomere. 

Neben  der  Aufgabe,  bei  tautomer  rea- 
gierenden Verbindungen  durch  geeignete 
Versuchsbedingungen  die  zuweilen  sehr  la- 
bilen Isomeren  gesondert  herzustellen, 
gipfelt  das  Problem  nunmehr  darin,  diese 
Isomeren  durch  chemische  Reaktionen  und 
physikalische  Eigenschaften  so  scharf  zu 
charakterisieren,  daß  es  möglich  ist,  in  Ge- 
mischen derselben  das  Vorhandensein  der 
beiden  Desmotropen  zu  erkennen  und  ihre 
Menge  quantitativ  zu  bestimmen;  und  sodann 
allgemeine  Gesetzmäßigkeiten  aufzufinden, 
welche  den  Verlauf  der  Umlagerung  und 
die  Lage  des  Gleichgewichtes  in  ihrer  Ab- 
hängigkeit von  der  Konstitution  und  von  den 
äußeren  Bedingungen  der  Temperatur,  des 
Lösungsmittels  usw.  festzulegen  gestatten. 

Zur  chemischen  Charakterisierung 
ist  vor  allem  das  Verhalten  bei  der  Salz- 
bildung  von  Wichtigkeit.  Die  Neutralver- 
bindungen (Ketone,  Nitroverbindungen) 
zeigen  dabei  die  Erscheinung  der  ,,lang- 
samen  Neutralisation",  deren  Verlauf 
insbesondere  durch  Leitfähigkeitsmessungen 
gut  verfolgt  werden  kann  und  die  charak- 
teristisch ist  für  alle  Stoffe,  bei  welchen  die 
Salzbildung  mit  Veränderung  der  Konsti- 
tution verknüpft  ist.  Man  bezeichnet  solche 
Substanzen  als  Pseudosäuren. 

P  s  e  u  d  0  b  a  s  e  n ,  z.  B.  Methylphenylakridol 
und  die  Karbinole  der  Triphenylmethan- 
farbstoffe  sind  Substanzen,  welche  an  sich 
neutral  oder  schwach  basisch,  sich  unter  dem 
Einfluß  von  Säuren  unter  Umlagerung  in 
Salze  stärker  basischer  Stoffe  verwandeln 
und  umgekehrt  aus  diesen  Salzen  mit  Alkali 
unter  der  Erscheinung  der  langsamen  Neu- 
tralisation zurückgebildet  werden. 

CrHr  CfiHs 


C«H 


CfiH4 


N 


C«H,    OH 


H3C     Cl 
Methylphenylakri- 
diniumchlorid 


H3C     OH 
Methylphenylakri- 
diniumhydroxyd 


C«H 


/ 


C. 


CH3 

Methylphenylakridol 

Man  bezeichnet  die  Erscheinung,  daß 
von  2  umwandelbaren  Isomeren  das  eine 
ionisierbar,  das  andere  nicht  ionisierbar  ist, 
auch  als  lonisationsisomerie. 

Eisenchlorid  ist  ein  wichtiges  Reagens 
zur  Unterscheidung  von  Enol-  und  Keto- 
formen  und  zur  Schätzung,  unter  Um- 
ständen auch  zur  quantitativen  Bestimmung 
der  Enole  geeignet.  Eine  sehr  bequeme 
und  recht  allgemein  verwendbare  Methode, 
um  Enole  neben  Ketonen  quantitativ  zu 
bestimmen,  beruht  darauf,  daß  Enole  als 
ungesättigte  Verbindungen  in  alkoholischer 
Lösung  praktisch  momentan  ein  Molekül 
Brom  addieren,  während  die  isomeren  Ketone 
unter  diesen  Umständen  intakt  bleiben 
(K.  H.  Meyer).  Allgemein  sind  zur  Charak- 
terisierung Reagenzien  zu  verwenden,  welche 
mit  dem  einen  Isomeren  möglichst  momentan 
reagieren,  ohne  zugleich  eine  Umlagerung 
des  zweiten  Isomeren  zu  veranlassen. 

Physikalische  Methoden  zur  Er- 
kennung und  quantitativen  Bestimmung  von 
Desmotropen  stehen  in  großer  Anzahl  zur 
Verfügung.  Auf  die  Wichtigkeit  der  Leit- 
fähigkeitsbestimmung zur  Erkennung 
von  Säuren  neben  Pseudosäuren  ist  schon 
hingewiesen  worden.  Die  Molekularre- 
fraktion und  die  Molekulardispersion 
sind  in  hohem  Maße  konstitutive  Eigenschaf- 
ten, und  zur  Unterscheidung  und  Bestimmung 
labiler  Isomere  wohl  geeignet.  Die  Bestim- 
mung der  Absorptionsspektren  leistet  her- 
vorragende Dienste  für  die  Untersuchung 
von  Desmotropen.  Die  Erscheinung,  daß  aus 
farblosen  Säuren  oder  Basen  farbige  Salze 
entstehen  oder  daß  bei  der  Salzbildung  eine 
Veränderung  der  Farbe,  d.  h.  des  iVbsorp- 
tionsspektrums  auftritt,  ist  ungemein  häufig 
und  hat,  insbesondere  seit  man  die  Unter- 
suchungen auf  den  ultravioletten  Teil  des 
Spektrums  ausgedehnt  hat,  große  Erfolge 
und  wichtige  Hinweise  für  die  Auffindung 
und  Charakterisierung  von  labilen  Isomeren 
gebracht.  Die  Annahme  allerdings,  daß  jede 
durch  Salzbildung  hervorgerufene  Aenderung 
des  Sj)ektrums  auf  strukturelle  Umlagerung 
schließen  lasse,  ist  zu  weitgehend.  Auch  zur 
quantitativen  Bestimmung  der  Isomeren 
nebeneinander  sind  spektralanalytischeUnter- 
suchungen  mit  Erfolg  verwendet  worden. 
Bei  isomeren  optisch-aktiven  Stoffen  kann 
das  optische  Drehungsvermögen  der- 
selben zur  Untersuchung  verwendet  werden. 


604 


Isomerie 


bei  inaktiven  Stoffen  der  verschieden  große 
Einfluß,  den  die  Isomeren  auf  das  Drehungs- 
vprniögen  eines  optisch-aktiven  Lösungs- 
mittels ausüben.  Auch  die  Bestimmung  der 
Löslichkeit,  der  Dichte,  der  molekularen 
Oberflächenenergie,  der  Absorption  elek- 
trischer Schwingungen  ist  zur  Bearbeitung 
des  Desmotropieproblems  herangezogen 
werden. 

Die  Kesultate,  die  durch  Anwendung 
dieser  Methoden  erhalten  wurden,  sind  kurz 
zusammengefaßt  folgende : 

Substanzen,  die  in  kristallisiertem  Zu- 
stand vorliegen,  sind  einheitlich  und  besitzen 
eine  ganz  bestimmte  Konstitution.  Man  hat 
bei  kristallisierten  Isomeren  zwischen  einer 
labilen  und  einer  stabilen  Form  zu  unter- 
scheiden. Die  labile  Form  lagert  sich,  zu- 
weilen spontan,  langsam,  aber  schließlich 
vollständig  in  die  stabile  um.  Spuren  von 
Lösungsmitteln  beschleunigen  diesen  Vor- 
gang. Gleichgewichte  der  kristallisierten 
Stoffe  sind  höchstens  bei  Isomeren  zu  er- 
warten, welche  miteinander  eine  feste  Lö- 
sung geben,  konnten  bisher  aber  noch  nicht 
mit  Sicherheit  nachgewiesen  werden. 

Dagegen  bildet  sich  im  homogenen 
Schmelzfluß,  in  Lösung  oder  im  Dampf, 
stetsein  Gleichgewichtszustandzwischen 
den  beiden  Isomeren  aus.  Dieser  Gleich- 1 
gewichtszustand  wird  von  beiden  Isomeren  i 
aus  erreicht,  indem  dieselben  sich  nach  der 
Gleichung  der  umkehrbaren  monomoleku- 
laren Reaktion  —  vgl.  den  /Vrtikel  ,,Che- 
mische  Kinetik"  —  umlagern.  Die  Ge- 
schwindigkeit, mit  welcher  die  Gleichgewichts- 
lage erreicht  ward,  ist  bei  verschiedenen 
Stoffen  von  sehr  verschiedener  Größe,  der 
Einfluß  von  substituierenden  Gruppen  auf 
die  Umlagerungsgeschwnndigkeit  ist  außer- 
ordentlich bedeutend.  Der  Einfluß  der 
Temperatur  auf  die  Reaktionsgeschwin- 
digkeit ist  in  einzelnen  Fällen  abnorm  groß. 
Katalytische  Einflüsse  machen  sich  ins- 
besondere bei  Keto-Enol-Desmotropen  in 
hohem  Maße  bemerkbar;  Spuren  von  alka- 
lischen oder  sauer  reagierenden  Substanzen 
erhöhen  die  Geschwindigkeit  oft  ganz  un- 
geheuer, ohne  natürlich  das  Gleichgewicht 
zu  verschieben.  Sehr  bedeutend  und  vor- 
läufig noch  nicht  ganz  leicht  zu  übersehen 
ist  der  Einfluß  des  Lösungsmittels  auf  die 
Umlagerungsgeschwindigkeit.  In  einzelnen 
Fällen  wurde  festgestellt,  daß  die  Um- 
lagerungsgeschwindigkeit hauptsächlich  von 
der  Löslichkeit  des  sich  umlagernden 
Stoffes  in  den  betreffenden  Solvens  abhängig 
ist,  so  zwar,  daß  die  Geschwindigkeitskon- 
stante der  Löslichkeit  umgekehrt  propor- 
tional ist. 

Der  Gleichgewichtszustand  ist  ein  dy- 
namischer, er  ist  erreicht,  wenn  sich  in  der 


Zeiteinheit  gleiche  Mengen  der  Isomeren  A 
in  B  umwandeln,  wie  von  B  in  A. 

Die  Konzentration  (C)  der  beiden  Iso- 
meren in  Gleichgewicht  ist  festgelegt  durch 
das  Verhältnis  der  Umlagerungsgeschwindig- 
keitskonstanten  (k). 


K  = 


Ci 


kB 
kA- 


Von  äußeren  Bedingungen,  welche  die 
Lage  des  Gleichgewichts  ändern,  ist  die 
Wirkung  der  Temperatur  zu  erwähnen; 
sie  ist.  soweit  bisher  untersucht,  meist  nicht 
sehr  bedeutend,  was  damit  zusammenhängt, 
daß  die  Umlagerung  der  Isomeren  wohl 
selten  von  starker  Wärmetönung  begleitet 
ist.  Viel  bedeutender  ist  die  Wirkung  des 
Lösungsmittels.  Frühere  Versuche,  die 
darauf  abzielten,  den  Einfluß  des  Solvens 
auf  irgendeine  physikalische  Konstante, 
z.  B.  die  Dielektrizitätskonstante  des  Lö- 
sungsmittels zurückzuführen,  haben  sich 
nicht  bewährt.  Dimroth  hat  nachge- 
wiesen, daß  sich  die  Wirkung  des  Lösungs 
mittels  zahlenmäßig  aus  der  Löslichkeit  der 
betreffenden  Isomeren  ableiten  läßt.  Es 
gilt  folgende  Beziehung: 


.   G 


KonzentratiouA    _  LöslichkeitA 
Konzentrationß         Löslichkeitß 

wobei  G  eine  Konstante  bedeutet,  die  vom 
Lösungsmittel  unabhängig  und  nur  von  der 
Natur  der  Isomeren  abhängig  ist. 

Zur  exakten  Beschreibung  einer  des- 
motropen  Substanz  gehört  die  Kenntnis, 
in  welcher  Zeit  das  Gleichgewicht  erreicht 
wird  und  in  welchen  Mengenverhältnissen 
sich  dann  die  Isojneren  befinden.  Die  große 
Mannigfaltigkeit  der  Erscheinungen,  welche 
im  Gebiete  der  Tautomerie  und  Desmotropie 
zutage  tritt,  beruht  im  wesentlichen  darauf, 
daß  die  Umwandlungsgeschwindigkeiten  alle 
möglichen  Werte  annehmen  können. 

Lagert  sich  A  sehr  viel  schneller  in  B  um, 
als  B  in  A,  so  wird  im  Gleichgewicht  der 
Stoff  A  fast  völlig  zurücktreten,  eventuell 
bis  zu  dem  Grad,  daß  er  mit  unseren  ana- 
lytischen Hilfsmitteln  nicht  mehr  nachzu- 
weisen ist.  Für  diesen  Fall  der  vollstän- 
digen Umlagerung  gebraucht  man  den  Aus- 
druck Pseudomerie.  Sind  die  Unter- 
schiede der  Geschwindigkeiten  weniger  groß, 
so  sind  beide  Isomere  in  nicht  so  verschie- 
denen Mengen  im  Gleichgewicht  zugegen; 
man  spricht  dann  von  Allelotropie. 

Die  absolute  Größe  der  Umlagerungsge- 
schwindigkeit ist  maßgebend  für  die  Tur- 
bulenz, welche  im  Gleichgewicht  herrscht. 
Es  wäre  irrig,  sich  den  Umsatz  in  Gleich- 
gewicht stets  absonderlich  stürmisch  vorzu- 
stellen. Dimroth  hat  zuerst  eine  solche 
Turbulenz  gemessen  und  zwar  beim  Gleich- 


Isomerie 


605 


gewicht :     Phenyloxytriazolkarbonsäureester 
Diazomalonesteranilid. 


CbHs 

A 

^        c— OH 

II        II 

N C-CO2CH3 


CeHg 

HNk 

N  C=CO 

II  I 

N C-CO2CH3 


Die  Wanderung  des  Wasserstoffatoms  ist  in 
diesem  Falle  von  Ringöffnung  und  Ring- 
schließung begleitet.  Hier  erleidet  in  alko- 
holischer Lösung  bei  25"  pro  Min.  stets  der 
190.  Teil  aller  Moleküle  des  Phenyloxytriazol- 
esters  und  der  28500.  Teil  der  Diazoester- 
moleküle  Umlagerung  in  die  entgegenge- 
setzte Form.  Die  Oszillationsperiode,  d.  h. 
die  Zeit,  welche  im  Durchschnitt  vergeht, 
bis  1  Molekül  die  Umformung  Oxytriazol 
-^  Diazoester  -^  Oxytriazol  erlitten  hat,  be- 
rechnet sich  daraus  zu  20  Tagen.  Den 
Vorgang  selbst  muß  man  sich  so  vorstellen, 
daß  das  labile  Wasserstoffatom  ständig 
periodische  Schwingungen  von  wech- 
selnder Amplitude  an  dem  Atom  vollzieht, 
an  welches  es  gebunden  ist.  Zuweilen  über- 
schreitet es  die  mittlere  Amplitude  so  weit, 
daß  es  in  die  Anziehungssphäre  des  zweiten 
Atomes  gerät  und  dieser  Vorgang  bedeutet 
dann  jedesmal  eine  Isomerisation  des  Mole- 
küls. Beim  flüssigen  Acetessigester  hat  K.  H. 
Meyer  bei  möglichstem  Ausschluß  von  Ka- 
talysatoren eine  Oszillationsperiode  von  17 
Tagen,  Knorr  sogar  eine  solche  von  K  Jahr 
gefunden.  Besitzen  beide  Isomeren  annähernd 
gleiche  und  sehr  große  Umlagerungsgeschwin- 
digkeit,  so  oszilliert  das  Wasserstoffatom 
schnell  zwischen  zwei  Stellen  des  Moleküls 
hin  und  her.  Vielleicht  liegen  in  der  Blau- 
säure oder  schwefligen  Säure  Stoffe  vor, 
■die  sich  in  dieser  Weise  verhalten. 

Bei  abnorm  langsamen  Umlagerungs- 
.geschwindigkeiten  kommt  man  dann  in  das 
Gebiet  der  gewöhnlichen  Isomerie,  wie  sie 
•beispielsweise  bei  a-ß-  und  ß-y-unge- 
sättigten  Säuren  vorliegt, 


RCHo— CH=CH— CO2H  ^ 
— CH2CO2H 


RCH=CH 


■die  man  nur  mit  Hilfe  kräftig  wirkender 
Agenzien,  z.  B.  längeres  Kochen  mit  Natron- 
lauge wechselseitig  umzulagern  vermocht  hat. 

Es  erübrigt  noch,  den  Reaktions- 
mechanismus zu  besprechen,  der  obwaltet, 
wenn  aus  tautomeren  Verbindungen  Deri- 
vate verschiedener  Konstitution  entstehen. 
Die  vorliegenden  Verhältnisse  mögen  an 
einem  Beispiele  klargelegt  werden:  Natrium- 
-acetessigester  gibt  mit  Jodalkylen  aus- 
cschließlich  C-Alkylacetessigester 


CH3 — C — CH — C0<)C2H5, 

11      i 
0    Alk. 

mit  Acetylchlorid  vorwiegend  C-Acetylderi- 
vat 

CH3 — C — CH — CO0C0H5 

II      i 

0    COCH3 

neben  wenig  O-Acetylderivat 

CHs-C^CH-COaC^Hs; 

OCOCH3 

mit  Chlorkohlensäureester  dagegen  vor- 
wiegend den  Abkömmlung  des   Oxycroton- 

säureesters 

CH  — C-CH-CO2C2H5. 

OCO2C2H5 

Solange  man  nur  die  Reaktion  mit  Halogen- 
alkylen  kannte,  faßte  man  diese  Umsetzung 
als  einfachen  Substitutionsvorgang  auf  und 
nahm  an,  daß  in  Natriumacetessigester 
Natrium  an  Kohlenstoff  gebunden  sei. 

H3C-C-C-CO2C2H5+ JCH5  ^ 


— C— CO,C,H.= 


0  Na  H 
NaJ  +  H3C— C- 


0   H3C     H 

Diese  Auffassung  wurde  erschüttert,  als  die 
anders  geartete  Reaktion  mit  Säure- 
chloriden entdeckt  wurde.  Nachdem  man 
dann  bei  anderen  Keto-Enolen  und  schließ- 
lich beim  Acetessigester  selbst  die  beiden 
Desmotropen  isolieren  konnte,  war  es 
zweifellos,  daß  der  Natriumacetessigester 
ein  Salz  der  Enolform  ist,  also  die  Konsti- 
tution 

H3C-C==C-C02C2H5 

ONa  H 

besitzt.  Nach  dem  Vorgang  von  Michael 
nimmt  man  heute  an,  daß  eine  solche  Ver- 
bindung mit  Halogenalkylen  oder  Säure- 
chloriden —  allgemein  mit  Verbindungen 
HlgR  —  in  zweierlei  Weise  reagieren  kann. 
Der  Vorgang  kann  entweder  eine  einfache 
Substitution  sein  und  führt  dann  zu  Ab- 
kömmlingen der  Enolform 

H3C-C==C-C02C2H3 

OR    H 

oder  er  kann  sich  komplizierter  gestalten  in 
der  Weise,  daß  das  Reagens  sich  zunächst 
an  die  Doppelbindung  anlagert,  worauf  dann 
in  zweiter  Phase  eine  Abspaltung  von  Na- 
triumhalogenid    erfolgt.        Das    Reaktions- 


606 


Isomerie  —  Isotropie 


Produkt  ist  in  diesem  Falle  ein  Derivat  der  \  Man  bezeichnet  diese  Art  von  Isomerie,  die 

auf    verschiedener    Betätigung    der    Neben- 
valenzen beruht,  auch  als  Valenzisomerie. 


Ketoform 

H3C-C=CH— C0oC,H5+  JR 

I 
ÖNa 


H3C-C CH-COoCoHs 


ONaJ    R 

H3C— C-CH— CO0C2H5  +  Na  J. 

II      I 
0    R 

Ganz  ähnlich  ist  die  Sachlage  bei  der 
Alkylierung  der  Salze  der  salpetrigen  Säure, 
der  Blausäure  usw.  Es  geht  daraus  klar  her- 
vor, daß  es  unzulässig  ist,  aus  der  Konsti- 
tution der  erhaltenen  Derivate  einen  Schluß 
auf  die  Konstitution  des  Salzes  zu  ziehen, 
außer  wenn  etwa  der  zugrunde  liegende  Re- 
aktionsmechanismus bekannt  ist. 

Chrom osisomerie.  Farblose  Säuren, 
wie  die  Violursäure,  und  andere  Oximido- 
ketone 

R — C — C — R, 

II     II 
0    NOH 

geben  häufig  mit  farblosen  Metallen  —  Li,  Na, 
K,  Rb,  Cs,  Cu,  Ba,  Sr,  Zn,  Pb,  Ag  usw.  — 
Salze,  welche  sich  durch  große  Mannigfaltig- 
keit der  Farbe  auszeichnen;  zuweilen  auch 
erhält  man  auch  mit  einem  und  demselben 
Metall  Salze  von  verschiedener  Farbe. 
Ebenso  erhält  man  aus  Basen,  insbesondere 
aus  quartären  Ammoniumbasen  und  farb- 
losen Säuren  oft  Salze  der  verschiedensten 
Farben.  All  diese  Salze  lassen  sich  mit 
größter  Leichtigkeit  ineinander  umwandeln 
—  man  nennt  dies  Chromotropie  — ■  und 
geben  bei  der  Einwirkung  von  Reagenzien 
identische  Umsetzungsprodukte.  Das  Pro- 
blem, diese  Erscheinung,  die  man  als  Poly- 
chromie  bezeichnet,  zu  deuten,  ist  schwierig 
und  noch  unvollständig  gelöst. 

Hantzsch  hat  diese  Verhältnisse  sehr 
eingehend  untersucht  und  kommt  zu  dem 
Schluß,  daß  die  Verschiedenheit  der  J^arbe 
auf  Verschiedenheit  der  Konstitution  zurück- 
zuführen sei,  die  sich  aber  nicht  vollständig 
durch  die  gewöhnlichen  Strukturformeln, 
sondern  nur  durch  Nebenvalenzformeln  aus- 
drücken lasse — ^vgl.  den  Artikel,,  Valenz" — . 
Einige  Beispiele  mögen  dies  erläutern;  für 
Salze  der  üxymidoketone  kämen  folgende 
Formulierungen  in  Betracht: 

R-C-C-Ri         R_C===C— Ri 

II     II  ^  I  I 

MeON    0  N=0     OMe 

gelbe  Salze  blaue  Salze. 

Durch  Mischung  dieser  beiden  könnten 
dann   die  anders  farbigen    Salze  entstehen. 


Für     die     Phenylakridoniumsalze     kommt 
Hantzsch  zu  folgenden  Formulierungen: 


CfiH, 


-Ce ^N    RX     und 


XlCgH^.C^ )NR} 

^CßH/ 

Literatur.  V,  Meyer  und  P.  Jacobson,  Lehr- 
buch der  organischen  Chemie,  2.  Aufl.  Leipzig 
1907  bis  1913.  —  F.  v.  Richter,  Chemie 
der  Kohlenstoffverbindungen ,  bearbeitet  von 
A  lisch  ätz,  /Schroeter  und  Meerw  ein. 
Bonn  1909  bis  1913.  —  F.  Henrich,  Theorie 
der  organischen  Chemie.  Braunschweig  1912.  — 
Spezielle  Kapitel:  J.  Meyer,  Die  Allo- 
trojyie  der  chemischen  Elemente.  Stuttgart  1910. 
—  J.  van  't  Hoff,  Die  Lagerung  der  Atome 
im  Raum.  Braunschweig  1908.  —  A.  Werner, 
Lehrbuch  der  Stereochemie.  Jena  1904-  —  A. 
W,  Stewart,  Lehrbuch  der  Stereochemie,  deutsch 
von  Lö/fler.  Berlin  1908.  —  A.  Hantzsch, 
Grundriß  der  Stereochemie.  Breslau  1893.  — 
A,  Werner,  Neuere  Anschauungen  auf  dem 
Gebiete  der  anorganischen  Chemie.  Braunschweig 
1909.  —  A.  F.  Hollemann,  lieber  die  direkte 
Einführung  von  Substituenten  in  den  Benzol- 
hern. Leipzig  1910.  —  W.  Wisliceniis,  Ueber 
Taulomerie.  Stuttgart  1897.  —  A.  Opp4, 
Tautomeirie  und  Desmotropie.  Im  Jahrbuch  für 
Radioaktivität  und  Elektronik.     Leipzig  1918. 

O.    Dimrolh. 


Isostasie. 


Der  Gleichgewichtszustand  der  steinigen 
Rinde  (Lithosphäre)  der  Erde.  In  der 
Störung  der  Isostasie  suchen  Dutton,  de 
Geer  u.  a.  die  Ursache  für  Hebungen  des 
Landes  und  Senkungen  des  Meeresbodens. 
Die  Störung  wird  hervorgerufen  durch  Ab- 
tragung (Entlastung)  des  Festlandes  und 
Auflagerung  (Belastung)  des  Meeresbodens,, 
oder  auch  durch  Belastung  des  Landes  mit 
Eis.  Vgl.  den  Artikel  ,, Niveauverschie- 
bungen". Ferner  ist  zu  vergleichsn  Kayser, 
Lehrbuch  der  allgemeinen  Geologie.  4.  Auflage. 


Isotropie. 

In  der  Mineralogie  bezeichnet  man  als 
physikalisch-isotrop  die  amorphen  Sub- 
stanzen, die  in  allen  Richtungen  gleiche 
Eigenschaften    haben,    als    physikalisch- 


Isotropie  —  Juraformation 


607 


anisotrop  die  Kristalle,  welche  in  ver- 
schiedenen Richtungen  im  allgemeinen  ver- 
schiedene Eigenschaften  besitzen. 

In  der  Optik  werden  die  regulären  Kri- 
stalle und  die  amorphen  Körper  als  optisch - 
isotrop  bezeichnet,  weil  sich  das  Licht  in 
ihnen  in  allen  Richtungen  gleich  schnell 
fortpflanzt.  Die  übrigen  KjistaUe  sind 
optisch-anisotrop  oder  doppelbrechend. 
Vgl.  die  Artikel  „Aggregatzustände"  und 
,, Kristalloptik", 


Jiiiighuhn 

Franz  Wilhelm. 

Geboren  am  29.  Oktober  1809  zu  Mansfeld. 
Ursprünglich  zum  Barbier  bestimmt,  bezog  er 
1826  aus  Liebe  zur  Botanik  die  Universität  Halle, 
welche  er  aber  aus  Mangel  an  Mitteln  sehr  bald 
wieder  verlassen  mußte.  Aehnlich  erging  es 
ihm,  als  er  nach  wechselvollen  Schicksalen 
1829  die  Universität  Berlin  aufsuchte.  Wegen 
eines  Duells  verhaftet  gelang  es  ihm,  nach  Paris 
zu  entfliehen,  von  wo  aus  er  als  Chirurg  mit  der 
Fremdenlegion  nach  Algier  zog.  1835  begleitete 
er  als  Militärarzt  eine  wissenschaftliche  hollän- 
dische Expedition  nach  Java.  Er  durchzog 
das  Land  in  mehreren  großen  Reisen  und  durch- 
forschte auch  Sumatra  (1840  bis  1842);  1848 
kehrte  er  von  Java  nach  Europa  zu  seiner  Er- 
holung zurück,  um  jedoch  schon  1852  wieder 
nach  Java  zu  reisen,  wo  ihm  1858  die  Verwaltung 
der  von  Haßkerl  angelegten  Cinchonapflan- 
zungen  übertragen  wurde.  Er  starb  auf  seinem 
Landsitze  zu  Lembang  auf  Java  am  Fieber  den 
21.  April  1864.  Er  hat  sich  durch  seine  geographi- 
schen, ethnographischen,  floristischen  und  pflan- 
zengeographischen Forschungen  in  Holländisch- 
Indien  in  die  Reihe  der  bedeutendsten  Reisen- 
den des  19.  Jahrhunderts  gestellt.  Von  seinen 
Werken  sind  zu  erwähnen  ,,Die  Battaländer 
auf  Sumatra"  1.  Teil  ,,Chorographie";  2.  Teil 
„Völkerkunde"  (Berlin  1847.  Uebersetzung  des 
im  Auftrage  des  Generalstatthalters  von  Hollän- 
disch-Indien  1847  zu  Leyden  holländisch  er- 
schienenen Werkes);  ferner  sein  Hauptwerk 
„Java,  seine  Gestalt,  Pflanzendecke  und  innere 
Bauart"  (Leipzig  1852  bis  1854.  3  Bde.  1.  Aufl. ; 
holländisch  1849)  mit  vielen  Karten,  Profilen, 
einem  Atlas  usw.  ausgestattet. 

W.   Ruhland. 


J«ii2:ins 

Joachim. 


Professor  der  Mathematik.  Dieses  Amt  legte  er 
1614  nieder,  um  sich  in  Augsburg  pädagogischen 
Fragen  zu  widmen  und  kehrte  ein  Jahr  darauf 
nach  Lübeck  zurück.  Von  1616  bis  1618  studierte 
er  in  Rostock  Medizin,  promovierte  in  Padua, 
und  kehrte  1619  nach  Rostock  zurück.  1622' 
stiftete  er  mit  Freunden  die  erste  wissenschaft- 
liche Gesellschaft  in  Deutschland,  in  der  er  eine 
vielseitig  anregende  Tätigkeit  entfaltete,  u.  a. 
einen  der  ersten  botanischen  Gärten  in  Deutsch- 
land anlegte.  1624  trat  er  die  mathematische 
Professur  an  der  Universität  Rostock  und  1625 
eine  medizinische  in  Helmstädt  an.  Nach  wechsel- 
vollen Schicksalen  kam  er  1628  nach  Hamburg, 
wo  er  Rektor  des  Johanneums  und  des  mit 
diesem  verbundenen  „akademischenGymnasiums" 
wurde.  Erstere  Stellung  gab  er  1640  infolge 
kirchlicherStreitigkeiten  auf,  blieb  aber  anregungs- 
voll wirkend  in  der  zweiten  und  starb  daselbst 
am  17.  September  1657.  —  Von  der  Philosophie, 
Mathematik,  Physik,  Zoologie  und  Botanik 
umfassenden  wissenschaftlichen  Tätigkeit 
Jungius  ist  die  botanische  wohl  die  be- 
deutendste und  fruchtbarste  gewesen.  Von  den 
Lehren  Caesalpins,  die  er  wolü  in  Padua 
kennen  gelernt  hatte,  beeinflußt,  verband  er,, 
wie  dieser,  philosophisches  Denken  mit  ein- 
dringender Beobachtung.  Er  bemängelte  als. 
erster  die  bisher  übliche  Einteilung  der  Pflanzen 
in  Bäume  und  Kräuter  als  unwesentlich,  be- 
zweifelte, auch  hierin  seinen  Zeitgenossen  über- 
legen, die  generatio  spontanea  und  gab  ein 
vortreffliches  System  der  theoretischen  Botanik, 
das  später  Linne  namentlich  in  der  Nomen- 
klatur der  Pflanzenteile  wesentliche  Stützen  gab. 
Durch  seine  Unkenntnis  der  Sexualität  der 
Pflanzen  war  ihm  indessen  eine  befriedigende 
Definition  der  Blüte  und  ihres  Zusammenhanges 
mit  der  Frucht  noch  nicht  möglich.  Er  selbst 
hat  übrigens  nichts  publiziert,  sondern  ein  un- 
geheures handschriftliches  Material  und  für 
dessen  Herausgabe  Stipendien  hinterlassen.  Doch 
wurden  nur  zwei  Werke,  die  ,,Doxoscopiae 
physicae  minores"  (Hamburg  1662)  und  die 
„Isogoge  phytoscopica"  (Hamburg  1678),  jene 
von  Martin  Vogel,  diese  von  Johann 
Vagetius,  beides  Schüler  von  Jungius,  heraus- 
gegeben. 

Literatur.  Atu/egeben  in  „Allgemeine  Deutsche 
Biographie",  Bd.  14,  S.  726.  —  Sachs,  Ge- 
schichte der  Botanik,   S.  63 — 71. 

W.   Ruhland. 


Geboren  am  22.  Oktober  1587  zu  Lübeck. 
Er  erhielt  den  ersten  Unterricht  auf  dem  Katha- 
rineum  daselbst  und  begab  sich  1606  nach  Rostock, 
wo  er  sich  mit  Philosophie  und  Mathematik 
beschäftigte.  1608  ging  er  nach  Gießen,  wurde 
dort  Magister  der  Philosophie  und  gleich  darauf 


Juraformation. 

'1.  Name  und  Einteilung.  2.  Abgrenzung- 
nach  unten  und  oben.  3.  Sedimentäre  Gesteins- 
facies.  4.  Verbreitung  der  Kontinente  und 
Meere.  5.  Gebirgsbildung  und  Vulkanismus. 
6.  Tier-  und  Pflanzenwelt.  7.  Tiergeographie 
und  Meeresprovinzen.     8.  Klima. 

I.  Name  und  Einteilung.  Unter  ,, Jura- 
formation" versteht  man  jenes  teils  marine,, 
teils  terrestre  Schichtsystem,  das  zwischen  Trias- 
ais   Liegendem,    Ivi'eide    als    Hangendem    ent- 


608 


.luraformation 


Avickelt  ist.  Der  Xarae  rührt  davon  her,  daß 
die  marine  Facies  dieses  Zeitalters  zuerst  haupt- 
sächlich im  süddeutsch-schweizerischen  Jura- 
gebirge studiert  und  so  zum  Typus  der  Formation 
wurde.  Den  Ausdruck  „Jurakalk"  gebrauchte 
für  den  oberen  Teil  zuerst  A.  von  Humboldt 
1795,  A.  Brongniart  führte  1829  den  Namen 
,,Jura"  als  Altersbezeichnung  ein.  A.  Boue 
erkannte  1829  die  richtige  Stellung  des  Jura 
zwischen  Trias  und  Kreide.  Die  genauere  Ein- 
teilung der  Juraformation  auf  (Irund  von  Leitver- 
ijteinerungen  wurde  in  England  durch  den 
Ingenieur  W.  Smith  am  Ende  des  18.  Jahr- 
hunderts geschaffen,  der  damit  überhaupt  zum 
Begründer    der   modernen     auf    Fossilreste   ge- 


die  Jurastratigraphie  zum  Vorbild  für  alle 
anderen  Formationseinteilungen,  von  denen  je- 
doch noch  keine  mit  einer  solchen  universell 
gültigen  Feinheit  gegliedert  werden  konnte. 
Dieser  Vorzug  ist  vor  allem  durch  den  raschen 
Wechsel  charakteristischer  und  zahlreicher  Am- 
monitenformen  und  deren  vielfach  weltweite 
Verbreitung  bedingt. 

Während  man  in  Deutschland  und  auch  im 
Ausland  zurzeit  noch  die  alte  auf  v.  Buch, 
Oppel  und  Quenstedt  fußende  einfache  Drei- 
teilung bevorzugt,  ist  neuerdings  von  E.  Haug 
eine  Einteilung  durchgeführt  worden,  deren 
Hauptrubriken  mit  den  natürlichen  Ablagerungs- 
perioden   bezw.     mit    umfassenderen     marinen 


Zi'^^-^^ 


Fig.  1.     Nach  Engel. 


gründeten  Stratigraphie  wurde.  Conybeare 
und^Phillips  teilten  1822  in  zwei  Hauptsysteme, 
üas  und  Oolithic  series,  ein  und  de  la  Beche 
versuchte  um  die  gleiche  Zeit  mit  Erfolg  die 
■englischen  Jurastufen  in  Frankreich  wiederzu- 
erkennen. In  Deutsehland  charakterisierte  L.  v. 
Buch  1839  die  Juraformation  und  teilte  sie 
von  unten  nach  oben  in  schwarzen,  braunen 
und  weißen  Jura  ein,  Bezeichnungen,  fnr  die 
Oppel  unter  Anlehnung  an  das  englische  Vor- 
bild späterhin  die  Namen  T  ias,  Dogger  und 
Malm  einführte.  Während  in  Frankreich  d'Or- 
bigny  um  1850  eine  genauere  Spezialgliederung 
mit  Stufenbezeichnungen  wie  Bathonien, 
<.'allovien  usw.  schuf,  gliederte  in  Deutschland 
«m  dieselbe  Zeit  Quenstedt  mit  minutiöser 
{Genauigkeit  den  schwäbischen  Jura  in  dreimal 
Je  sechs  von  unten  nach  oben  mit  den  grichischen 
Buchstaben  a  bis  ^  bezeichneten  Stufen  (vgl. 
Fig.  1),  jede  wieder  in  feinere  Unterabteilungen 
und  Bänke  unter  Angabe  ihrer  charakteristischen 
Leitformen.  P'ür  derartige  kleinste  stratigraphi- 
sche  Einheiten  schuf  Oppel  den  Begriff  ,,Zone", 
welche  nach  Waagen  in  ihrer  Vertikalausdehnung 
gleich  der  Lebensdauer  einer  für  sie  charakteri- 
stischen Fo.ssilart  sein  sollte,  und  in  solche 
Zonen  teilte  Oppel,  von  l'^ranken  ausgehend, 
den  ganzen  Jura  ein.  Die  Reihenfolge  der  von 
den  genannten  alten  Autoren  festgelegten  Stufen 
und  Zonen  hat  sich  bis  jetzt  in  der  ganzen  Welt 
bewährt,  lediglich  kleine  Ergänzungen  wurden 
hier   und    da    notwendig,    und  hierdurch  wurde 


Trans-  und  Regressionen  besser  koinzidieren 
(vgl.  Tabelle);  außerdem  ziehen  die  Franzosen 
durchgängig  das  Rät  —  für  uns  der  oberste 
Keuper  —  als  ,,Infralias"  noch  zum  Jura  (vgl. 
unter  Abgrenzung). 

2,  Abgrenzung  nach  unten  und  oben. 
Will  man  einem  Streit,  wie  dem  um  die 
untere  und  obere  Grenze  des  Jura,  aus 
formalen  Gründen  Wert  beimessen,  so 
kann  man  etwa  Folgendes  für  und  wider 
geltend  machen:  In  Europa  beginnt  mit 
dem  Rhät  eine  neue,  jedoch  erst  im  Lias 
weiter  um  sich  greifende  marine  Invasion, 
die  sich  dokumentiert  durch  eine  noch 
teilweise  brackischen  Einschlag  (Mytilus, 
Corbula)  verratende  marine  Muschelfauna, 
während  ja  der  übrige  Keuper  eine  rein 
terrestre  Formation  war.  Die  meist  kon- 
forme Übergangsfazies  zwischen  Rät  und 
Lias  in  den  Alpen  kann  weniger  als  Argument 
für  eine  Vereinigung  beider  Stufen  gelten, 
weil  einerseits  dieselbe  Konformität  in  dem 
übrigen  alpinen  Keuper  besteht,  anderer- 
seits zwischen  dem  aus  Brachiopoden  und 
Crinoiden  zusammengesetzten  unterliassi- 
scheh  Ilierlatzkalk  und  dem  obertriassischen 
Dachsteinkalk  der  Ostalpen  Diskordanzen 
zu  bestehen  scheinen.  Was  die  Fossilien 
betrifft,  so  haben  die  Rätpflanzen  entschie- 


Juraformation 


Ü09 


AUgemei 

ne  Einteilung 

Einteilung 

und   Stufenbezeichnung  nach  Haug. 

Quenstedts 
Schema 

Hangendes:  Berriasstufe 

(Unterkreide),  Berriasien 

oberer 

02 

0 
ff 

0 

superieur 

Portlandien  = 
Tithon 

s 

a 

mittlerer 
unterer 

Kimeridgien 

6 

Weißer 

Malm 

r 
ß 

Jura 

moyen 

Lusitanien 

Interieur 

Oxfordien 

-    ! 

oberer 
mittlerer 

Callovien 

£ 

Dogger 

Bathonien 

Brauner 
Jura 

Bajocien 

ö 

7 

unterer 

0 

B 

CO 

s 

superieur 

Aalenien 

ß 

a 

oberer 

Toarcien 

s 

E 

mittlerer 

moyen 

Domerien 

6 

Pliensbachien 

7 

Schwarzer 

unterer 

inferieur 

Lotharingien 

ß 

Jura 

Sinemurien 

a 

Hettangien 

Liegendes:  Rhi 

t-Infra 

ias 

Rhetien 

den  den  liassisch-jurassischen,  nicht  den 
triassischen  Habitus.  Dagegen  sind  einzelne  | 
wesentliche  Elemente  der  rätischen  Marin- 
fauna triassisch,  so  die  Muschelgattungen 
Cardita  und  Myophoria  (speziell  die  ersteren 
haben  nichts  mit  den  oberkretazisch-tertiären 
zu  tun),  während  andere  indifferent  oder, 
wie  die  Brachiopoden,  gleichartig  aus  älteren 
und  jüngeren  Typen  gemischt  sind.  Die 
Fische  sind  vorwiegend  triassisch,  die  Eep- 1 
tilien  zum  Teil  triassisch,  zum  Teil  liassisch. 
Die  Ammoniten  aber,  nach  denen  wir  ja 
gerade  das  mittlere  Mesozoikum  ganz  be- 
sonders einteilen,  sind  entschieden  triassisch.  i 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V, 


Während  nämlich  die  morphologisch  in- 
differenten Phylloceraten  als  einziger  Typus 
aus  der  oberen  Trias  in  den  Lias  hinüber- 
gehen, also  nichts  beweisen  können  und  zu- 
dem im  Rät  selbst  noch  nicht  gefunden 
wurden,  sind  die  übrigen  Ammonitengenera 
typische  triassische  leiostrake  (Carnites,  Cla- 
discites)  und  trachyostrake(Hesperites,Chori- 
stoceras)  Formen  und  das  allein  könnte  die 
Trennung  von  Rät  und  Lias  rechtfertigen. 
Es  besteht  daher  angesichts  der  fast  aus- 
schließlich auf  Ammoniten  gegründeten 
Zoneneinteilung  im  Jura  für  uns  kein 
Grund,    diese    Formation    anders    als    mit 

39 


610 


Jui'aformatioii 


dem  Quenstedtschen  Unterlias  a  zu  be- 
<,qnnen. 

Weährend  mit  Ende  der  Oberjiirazeit 
im  süddeutschen  Gebiet  eine  Tro('keiile,t,Ming 
des  Meeres  eintrat  und  so  die  obere  Jura- 
grenze einfacher  zu  ziehen  ist  als  die  untere, 
zeigt  sich  im  mediterran-alpinen  Gebiet 
ein  ganz  allmählicher,  petrographisch-  fauni- 
stischer  Uebergang  ins  Neokom  und  erst 
im  späteren  Teil  dieser  Formation  tritt  hier 
eine  mit  präcenomanen  Bewegungen  im 
Zusammenhang  stehende  Unterbrechung  der 
marinen  SedinuMitation  ein.  Hätte  man 
die  Jurakreidestratigrapliie  seinerzeit  zu- 
erst in  den  Alpen  studiert,  so  würde 
man  die  .Jurakreidegrenze  gewiß  nicht  dort 
gezogen  haben,  wo  sie  Quenstedt  mit 
seinem  Malm  C  hinverlegte,  sondern  noch 
den  untersten  Teil  der  Kreide  mit  herein- 
genommen haben,  zumal  auch  im  nord- 
westlichen Mitteleuropa  durch  langsame 
Aussüßung  der  marinen  Oberjuraregion 
brackische  und  darauffolgende  lakustre  iVb- 
lagerungen  der  Unterkreide  von  engster 
lithologischer  und  faunistischer  Zusammen- 
gehörigkeit geschaffen  wurden.  Umgekehrt 
könnte  man  im  westlichen  Norddeutschland 
oder  im  westlichen  Nordamerika  die  Jura- 
zeit mit  dem  Kimeridge  beschließen,  weil 
mit  dessen  Ende  eine  gebirgsbildende  Be- 
wegung einsetzte  und  die  alleroberste  Jura- 
stufe, zum  Teil  mit  Komglomeraten  beginnend, 
diskordant  auf  dem  Früheren  ruht.  Wir 
finden  zudem  im  Tithon  der  ganzen  Welt 
eine  vornehmlich  durch  hoplitoide  Peri- 
sphinkten  repräsentierte  Ammonitenfauna, 
welche  einen  ebenso  allmählichen  Uebergang 
der  Faunenelemente,  wie  der  lithologischen 
Serie  in  die  Unterkreide  zeigt,  wobei  sogar 
einzelne  Formen  (Berriasella,  Phylloceras, 
Lytoceras)  ungeändert  in  beiden  Stufen 
auftreten.  Die  Ammoniten  geben  also 
nicht  mit  derselben  Schärfe  eine  obere, 
wie  vorher  eine  untere  Grenze  der  Formation 
an;  auch  viele  andere  Bewohner  des  Jura- 
meeres, Mollusken  und  Wirbeltiere,  gehen 
mit  derselben  Gattung  und  in  wenig  ver- 
schiedenen Arten  in  die  Kreide  hinüber 
und  auch  die  Brachiopoden  beider  Grenz- 
zonen sind  wesentlich  identisch,  wie  vor 
allem  die  charakteristische  Terebratula  di- 
phyajanitor.  Auch  das  als  Wendepunkt  in 
der  Entwickelung  der  Landfloren  wichtige 
Auftreten  der  Laubhölzer  fällt  erst  in  den 
oberen  Teil  der  Unterkreide.  Die  obere 
Grenze  des  Jura  ist  somit  durchaus  kon- 
ventionell und  wird  jetzt  allgemein  an  die 
Basis  der  schon  zur  Kreide  gezogenen 
Zone  des  Hoplites  Boissieri  (Berriasien, 
Infravalangien)  gelegt. 

3.  Sedimentäre  Gesteinsfazies.  Als 
solche  können  wir  unterscheiden:  1.  Land- 
ablagerungen   (äolisch,    lakusler,    fluviatil); 


2.  lagunäre  und   Brackwasserablagerungen: 

3.  Küstenbildungen  des  bewegteren  reinen 
Meerwassers;  4.  Flachseeablagerungen;  5. 
Ablagerungen  größerer  Tiefen. 

Als  Typus  reiner  Landablagerungen  mögen 
die  obersten  Teile  des  im  übrigen  paläo- 
zoischen indischen  Gondwana-  und  des 
afrikanischen  Karroosystems  gelten,  einer 
Folge  von  Sandsteinen  und  Schiefern  mit 
Land  pflanzen  und  -tieren,  zuweilen  mit 
kohligen  Anreicherungen  und  vulkanischen 
Zwischenlagen.  In  Südafrika  sind  es  die 
Stormbergschichten,  in  Indien  die  Raj- 
niähal-,  Kotamaleri-,  Jabalpur-  und  Umia- 
group,  welche  Lias-  und  Doggerpflanzen 
führen.  CUeichen  bezw.  ähnlichen  Ablage- 
rungen begegnet  man  im  übrigen  Asien 
vielfach,  auch  in  Brasilien.  In  China  sind 
es  ebenfalls  kohlenführende  Sandsteine  und 
bekannt  sind  die  meist  ins  Rhät  gehörenden, 
aus  detritischem  Material  mit  zwischen- 
gelagerten Schiefern  aufgebauten  Pflanzen- 
und  Kohlenschichten  von  Tonkin,  über  denen 
oberliassische  Sandsteine  mit  Posidonomya 
folgen.  Zuweilen  sieht  man  diese  Landfazies 
in  die  marine  übergreifen  und  mit  ihr  wechsel- 
lagern, so  in  Neuseeland,  an  der  Indus- 
mündung, in  Osgtrönland,  in  Südschweden, 
in  den  südlichen  chilenischen  Anden.  Auf 
Neuseeland  z.  B.  liegt  über  jungpaläo- 
zoischen Festlandschichten  eine  landpflanzen- 
führende  sandig-schieferige  Serie  mit  ein- 
geschalteten marinen  Liasschichten  und  man 
erhält  den  Eindruck,  als  hätte  das  vom  Lande 
durch  große  Ströme  zugeführte  Material 
zeitweise  an  der  flachen  Küste  die  Marin- 
ablagerungen  überwältigt. 

Für  lagunär-brackische  Ablagerungen  ist 
die  nach  ihrem  Fossilinhalt  stellenweise 
als  halbterrestrisch  anzusprechende  ober- 
jurassische Purbeckstufe  in  Nordwestdeutsch- 
land-Südengland ein  Typus:  farbige,  zum 
Teil  gi|)sführende  Tonmergel  und  -kalke, 
die  neben  Marinfossilien  auch  Süßwasser- 
konchylien,  -Schildkröten  und  -reptilien  ent- 
halten, ja  nach  oben  in  England  sogar 
noch  ursprünglichen  Vegetationsbestand  und 
I  Schichten  mit  primitiven  Landsäugetier- 
resten zeigen.  Lagunär  sind  au«h  die  unter 
ähnlichen  Umständen  an  einer  buchtigen 
Flachküste  gebildeten  Doggerablagerungen 
bei  Analava  in  Westmadagaskar,  worin 
neben  der  brackisch  marinen  .,Corbula" 
zahlreiche  Reste  von  Landdinosauriern 
stecken.  Etwas  Derartiges  bietet  u.  a.  auch 
der  Jura  von  Wyoming,  der  als  Südrand 
einer  von  Kanada  hereingedrungenen  epi- 
kontinentalen  Meeresbucht  sich  stark  terre- 
strisch beeinflußt  zeigt.  Ein  rein  brackisches 
Doggervorkommen  ist  von  dem  Plateau 
Larzac  bei  M()nt|)ellier  beschrieben,  worin 
ein  aus  Equiscten  und  Cycadeen  gebildetes 
Lignitlager    von     Schichten    mit    Corbula, 


•lural'oi'mation 


611 


Cyrena  und  Paludina  begleitet  ist.  Andere 
gleichartige  Vorkommen  in  England,  Japan. 

Rein  marine  Küstenablagerungen  aus 
bewegterem  Wasser,  wohin  auch  Trans- 
gressionsbildungen  zu  rechnen  sind,  werden 
durch  das  Auftreten  von  Konglomeraten 
und  grobkörnigen  Sandsteinen  bezeichnet, 
wie  solche  vielfach  den  in  der  Nähe  des 
Urgebirges  gebildeten  unteren  Lias  Frankens, 
den  über  Urgebirge  transgredierenden  ünter- 
lias  Kalabriens,  den  unteren  Dogger  Sar- 
diniens, Westaustraliens  zusammensetzen. 
Für  paläogeographische  Bestimmungen  von 
besonderem  Wert  ist  es,  wenn  man  aus 
dem  Gesteinscharakter  der  einzelnen  größeren 
Konglomeratindividuen  die  Zusammen- 
setzung des  Gebietes,  aus  dem  sie  stammen, 
oder  die  der  Unterlage  festzustellen  vermag, 
wie  an  der  algerischen  Westgrenze  bei 
Oujda,  wo  das  Liaskonglomerat  aus  auf- 
gearbeitetem Paläozoikum  besteht,  oder  in 
den  südamerikanischen  Anden,  wo  sich 
mächtige  oberjurassische  Porphyritkonglo- 
merate  nach  Westen  anreichern,  nach  Osten 
aber  mehr  und  mehr  durch  Sandsteine  ersetzt 
werden  und  so  einen  deutlichen  Uebergang 
aus  der  stark  bewegten  in  die  ruhigere 
Küstenzone  verraten.  Als  spezieller  Fall 
mag  das  Auftreten  von  konglomeratbildenden 
Fossilien  auf  sekundärer  Lagerstätte,  auf- 
gearbeitet aus  älteren  Juraschichten,  im 
Bajocien   der   Normandie   erwähnt   werden. 

Küstenbildungen,  wie  die  vorgenannten, 
sind  im  Jura  selten  gegenüber  den  fein 
sandigen  und  tonigen  Flachseesedimenten, 
besonders  entwickelt  in  Regionen,  die  nicht 
durchweg  unter  Wasser  lagen,  sondern  einen 
häufigeren  Wechsel  von  Trans-  und  Regressi- 
onen zeigen,  ohne  daß  bei  ersteren  Gelegen- 
heit zu  Konglomeratbildungen  gegeben  ge- 
wesen wäre.  Sandsteine  und  Schiefertone 
begleiten  einander  in  solchen  Ablagerungen 
gewöhnlich,  sandige  Kalke  und  Mergel 
schalten  sich  ein.  Muscheln,  auch  Pflanzen- 
reste finden  sich  darin  in  erster  Linie,  Ammo- 
niten  fehlen  in  typischen  Fällen  ganz.  Ein 
bezeichnendes  Vorkommen  dieser  Art  sind 
die  liassischen  Grestner  Schichten  vom 
Nordrand  des  österreichischen  Alpengebietes, 
die  sich  in  die  Krim  und  den  Kaukasus 
fortsetzen  und  aus  grob-  und  feinkörnigen 
Sandsteinen  und  Tonschiefern  mit  Brachio- 
poden,  Muscheln  und  reichlichen  Pflanzen- 
resten bestehen.  Das  Hettangien  Lothringens, 
das  Bathonien  von  König-Karlsland  mit 
ihren  Muschelfaunen  gehören  in  diese  Kate- 
gorie. Zeigt  sich  in  derartigen  sandigen 
Ablagerungen,  die  in  großer  Mächtigkeit  auch 
den  Dogger  der  südamerikanischen  Anden 
(zwischen  34  und  40"  südlicher  Breite) 
bilden,  zudem  noch  Kreuzschichtung,  wie 
im  unterdoggerischen  Eisensandstein  Bayerns, 
so    wird    der    Zusammenhang    mit    Küsten- 


bildungen besonders  einleuchtend.  Einer 
etwas  tieferen,  wenigstens  von  festländischem 
Einfluß  mehr  verschonten  Zone  gehören 
Sandsteinbildungen  mit  Ammoniten  wie 
die  der  schwäbischen  unterliassischen  An- 
gulatenzone  an;  derartige  Bildungen  sind  auch 
in  der  Borealregion  des  Jura  sehr  verbreitet 
(Rußland,  arktisches  Gebiet)  und  sind  nicht 
mit  reinen  Küstensanden  zu  verwechseln. 
Es  hängt  schließlich  nur  von  der  Art  der 
feineren  Materialzufuhr  eines  Meeresbeckens 
ab,  zum  Teil  gewiß  auch  vom  Auftreten 
kalkschaliger  Organismen,  ob  die  Sande 
rein  sind  oder  in  Kalksandsteine  übergehen 
und  schließlich  zu  unreinen  Kalken  werden. 
Als  Beispiel  wären  etwa  zu  nennen  die 
,, grauen  Kalke"  des  südalpinen  Lias  mit 
ihren  oft  wie  Geröll  zusammengeschwemmten 
Gastropoden  und  Brachiopoden,  eine  Facies, 
die  auch  im  malaiischen  Archipel  wieder- 
kehrt. Eine  ähnliche  Facies  zeigt  der  untere 
Dogger  von  Kutch  in  Indien,  wo  sandige 
Kalkmergel  mit  reinen  Mergeln  wechsel- 
lagern, von  denen  die  ersteren  Brachiopoden 
1  und  Muscheln,  die  letzteren  Ammoniten 
1  führen  und  so  die  Zeiten  stärkerer  und 
I  schwächerer  terrigener  Zufuhr  widerspiegeln. 
;  Derartige  Gesteine  treffen  wir  im  allgemeinen 
in  den  seichteren  epikontinentalen  Binnen- 
meeren, wie  in  dem  schon  genannten  west- 
amerikanischen Jurameereskomplex,  wo 
sandige  Schiefer,  Schiefertone,  Mergel  und 
j  Sandsteine  des  Unterdogger  wechsellagern, 
'  bald  mehr  eine  Bivalveniauna  beherbergen, 
bald  auch  das  ruhigere  Wasser  bevorzugende 
:  Belemniten  führen  oder  auch  Reste  von 
Marinreptilien. 

Gebankte   reine,    meist   reiche    Cephalo- 
podenfaunen    führende    Kalke    und    Kalk- 
mergel, wie  sie  der  Malm  Süddeutschlands 
in     charakteristischer     Entwickelung     zeigt 
i  oder  wie  sie  die  liassischen   Fleckenmergel 
'  der     Ostalpen     bieten,    ferner    Tonschiefer 
in  Verbindung  mit  Kalkbänken,  mit  Phos- 
phatkonkretionen und  Pyritanreicherungen, 
I  dann  Eisenoolithe,  Kalkoolithe,  eisenhaltige 
I  Tone,  wie  sie  der  europäische  Lias  und  Dogger 
i  in   der   größten    Mannigfaltigkeit  liefert   — 
I  das   sind   die   charakteristischsten    Gesteine 
'  des   Jura  auf  der  ganzen  Welt  und  sie  ge- 
;  hörenden  tieferen  bzw.tiefsten  und  terrestrisch 
I  wenig    beeinflußten     Regionen    an,    jedoch 
I  nicht  der  Tiefsee  im  modernen  Sinn.     Die 
'  meisten    Ammonitenfaunen    des    Jura    sind 
aus    derartigen    Ablagerungen    beschrieben. 
Spezielle    Vorkommen   dieser   Art   sind   die 
alpinen   roten   Cephalopodenkalke   des   Lias 
in    den    Alpen;    unter   den    Mergelschiefern 
mit     Geoden     seien     die     oberjurassischen 
Spitishales  des  Himalaja  genannt,  als  reine 
Tonschiefer  die  oberliassischenPosidonomyen- 
schiehten  von  Württemberg  und  Südengland 
mit    den    weltberühmten    Fundstätten    der 

39* 


612 


Juratorniation 


Fischsaurier;  unter  den  Eisen-  und  Kalk- 
oolithgesteinen  die  des  unteren  und  mittleren 
Doggers  von  AVest-  und  Mitteleuropa  usf. 
Hier  sind  anzuschließen  die  Kieselkalke, 
dereuKieselsäure  nicht  von  eingeschwenimtem 
Quarzsand,  sondern  von  Spongiennadeln 
und  Radiolarien  herrühren,  wie  die  liassischen 
Kieselkalke  der  Ostalpen.  Reichern  sich 
diese  kieseligen  Massen  stellenweise  rein 
an,  so  entstehen  Hornsteinkonkretionen, 
wie  im  Schweizer  Malm  oder  im  oberen 
Jurakalk  Frankens,  wo  sie  die  Gestalt  von 
Straußeneiern  haben;  oder  Hornstein- 
schlieren  und  -bänder,  wie  etwa  im  Lias 
der  lombardischen  Alpen  und  schließlich 
können  die  Hornsteine  als  selbständiges 
schichtenbildendes  Element  auftreten,  die 
Kalke  ganz  ersetzen  oder  mit  ihnen  als  selb- 
ständige Komplexe  wechsellagern.  Wir 
haben  es  dann  mit  richtiger  Tiefseefazies 
zu  tun,  wenn  auch  nicht  mit  abyssischen 
Sedimenten.  Hierher  rechnet  man  die  roten 
und  grauen  mit  Hornsteinen  vergesellschafte- 
ten oberjurassischen  Aptychenkalke  alpiner 
Regionen,  so  genannt,  weil  darin  fast  aus- 
schließlich nur  die  Deckel  von  Ammoniten 
vorkommen,  während  die  dünnen  Schalen 
aufgelöst  wurden,  was  man  auf  die  Kohlen- 
säureanreicherung des  unter  starkem  hydro- 
statischen Druck  stehenden  Tiefenwassers 
zurückzuführen  geneigt  ist;  die  Hornsteine 
sind  vielfach  aus  Radiolarienpanzern  (Radio- 
larite)  aufgebaut.  Diese  äußerst  charakteri- 
stische Gesteinsfacies  des  Oberjura  ist  ähn- 
lich u.  a.  auch  in  Nicderländisch-Indien  und 
Kalifornien  entwickelt. 

Neben  bezw.  innerhalb  der  vorstehend 
skizzierten  gibt  es  noch  eine  größere  Zahl 
spezieller,  zwar  seltener  auftretender,  je- 
doch darum  nicht  minder  charakteristischer 
Gesteinstypen,  wobei  vor  allem  der  organo- 
genen  Gesteine  zu  gedenken  ist.  Zu  den 
aktiv-organogenen  gehören  Korallen-,  Hydro- 
zoen-  und  Schwammriffkalke,  zu  den  passiv- 
organogenen  die  Ansammlungen  von  Fos- 
silien. Korallenkalke,  oder  wenigstens  An- 
sätze zu  solchen,  treten  im  Lias  nur  ganz 
untergeordnet  (Languedoc),  im  Dogger  etwas 
häufiger  (Lothringen,  Nordchile)  auf,  im 
Malm  dagegen  sind  sie  in  Europa,  Klein- 
asien, westliches  Nordafrika  weitverbreitet 
und  mächtig  entwickelt.  Hydrozoenkalkc 
(Ellipsactinien)  treten  im  Oberjura  des 
Mediterrangebietes  auf.  Beide  gehören  den 
Ablagerungen  flacher,  zum  Teil  bewegter 
Meereszonen  an,  dagegen  die  ebenfalls  im 
Malm  Europas  häufig  auftretenden  Schwamm- 
kalke mehr  dem  tieferen  Stillwasser.  Viel- 
fach beobachtet  man  Uebergangsbildungen 
in  gewöhnliche  geschichtete  Kalke  und 
Kalkmergcl,  so  z.  B.  im  Weißjura  am  Lochen 
in  Württemberg,  den  Wechsel  solcher  mit 
Korallenkalken      im      schweizerisch-franzö- 


sischen Jura  oder  in  der  Krim,  wo  die  mit 
Echiniden,  Crinoiden.  Brachiopoden  und 
Muscheln  durchsetzten  Korallenriffkalke  seit- 
lich in  schieferig-mergelige  und  aus  Korallen- 
sand zusammengesetzte  Sedimente  übergehen. 
Ueberhaupt  finden  sich,  genau  wie  heute, 
bei  den  Korallenriffen  derartige  Kalksand- 
und  -Schlammabsätze,  teils  grob  (Neuburg 
a.  Donau)  teils  fein  und  als  derartiges,  zum 
Teil  auch  vom  Wind  hereingewehtes  Pro- 
dukt hat  man  die  äußerst  feinkörnigen 
lithographischen  Plattenkalke  (Malm  C)  Süd- 
deutschlands gedeutet,  in  denen  die  welt- 
bekannten, prächtig  erhaltenen  Ueberreste 
von  Landtieren  (Libellen,  Flugsaurier,  Ur- 
vogel) und  Marinformen  (Krebsen,  Fischen, 
Quallen)  gefunden  worden  sind  und  die  ihr 
weniger  reiches  Analogon  in  den  schwäbi- 
schen Plattenkalken  von  Nusplingen  haben. 
Ein  für  den  Jura  sehr  charakteristischer 
Typus  eines  passiv-organogenen  Gesteins 
sind  die  Hierlatzkalke  des  alpinen  Lias 
und  Doggers,  zum  Teil  ausschlißlich  aufgebaut 
aus  Ansammlungen  von  Crinoidengliedern  und 
Brachiopoden. 

Dolomite  erscheinen,  im  Gegensatz  zur 
Trias,  im  Jura  nur  ganz  untergeordnet  und 
sind  nicht  immer  an  Korallenbildungen,  son- 
dern vielfach  auch  an  Regionen  mit  Brack- 
wassereinfluß  gebunden,  was  gelegentlich 
auch  zusammenfallen  kann.  Ersteres  gilt 
von  dem  Frankendolomit  des  Weißjura 
oder  von  Bathoniendolomiten'im  Süden  des 
französischen  Zentralplateaus  oder  Süd- 
tunesiens, die  mit  Korallenvorkommen  ver- 
knüpft sind,  während  bei  den  portugiesischen 
Liasdolomitvorkommen  Korallenbildungen 
nicht  beobachtet  wurden.  Gipsvorkommen 
sind  sehr  selten ;  solche  treten  u.  a.  im  ober- 
jurasisschen  Purbeck  Norddeutschlands  und 
im  Malm  Südchiles  auf. 

Ein  Beispiel  der  seltenen  bituminösen 
Gesteine  bieten  die  oberliassischen  Posido- 
nomyenschiefer,  deren  Bitumengehalt  sich 
auf  Ansammlungen  von  organischem  Sapropel 
(Algen,  Foraminiferen)  zurückführen  läßt,  wo- 
durch auch  das  Gagat,  jene  schwarze  matte 
auch  in  England  häufige  ,, Kohle"  geschaffen 
wurde,  die  nicht  zu  verwechseln  ist  mit  dem 
aus  Holzanhäufung  entstandenen  gelegent- 
lichen Kohlen-  bezw.  Lignitvorkommen  in 
marinen  und  terrestren  Sandsteinen.  Erz- 
führende Gesteine  sind  die  in  aller  Welt  ver- 
breiteten Eisensandsteine,  -tone  und  -oolithe, 
die  pyritführenden  Schiefer  und  Mergel  des 
Lias  und  Doggers,  besonders  in  Mittel- 
und  Westeuropa.  Kristallin-metamorphe 
Gesteine  sind  u.  a.  in  den  Tauern,  den  AVest- 
alpen,  in  Kalifornien  (goldführende  Alari- 
posaformation)  Ijcobachtet. 

4.  A/'erteilung  der  Kontinente  und 
Meere.  Mit  Sicherheit  heben  sich  vier 
große  Kontinentalmassen  mit  bestimmteren 


Juraformation 


613 


Umrissen  vom  Jurameer  ab:  die  nord- 
atlantische und  sinosibirische  auf  der  Nord- 
halbkugel, die  afrikobrasilische  und  die 
lemurische  auf  der  Südhalbkugel.  Der 
nordatlantische  Kontinent  umfaßte  Nord- 
amerika mit  Ausnahme  des  Westens,  den 
nordatlantischen  Ozean,  Grünland  und 
Skandinavien;    der    sinosibirische     Sibirien 


jenes  zentrale  Mittelmeer,  das  mit  großer 
Konstanz  sich  im  Mesozoikum  aus  der 
Antillengegend  über  den  Atlantik  herüber 
durch  die  mediterrane  und  die  alpinen 
europäischen  Regionen  über  Kleinasien  und 
Persien  durch  das  Himalajagebiet  und  den 
malayischen  Archipel  erstreckte  und  über 
Neuseeland    nach    Süden    abbog.       Diesem 


Fig.  2.     Abgeändert  aus  Hang. 


mit  Ausnahme  des  äußersten  Ostzipfels 
und  Nordostrandes,  ferner  China  und  Teile 
Zentralasiens.  Der  afrikobrasilische  enthielt 
das  heutige  Südamerika  ohne  den  Westen, 
den  südatlantischen  Ozean  und  Afrika  mit 
Ausnahme  des  äußersten  Nordnordostens; 
der  lemurische  Ostmadagaskar,  das  indische 
Dreieck,  den  indischen  Ozean.  Die  beiden 
ersteren  mögen  ebenso  wie  die  südlichen 
zeitweise  oder  durchweg  in  untergeordnetem 
Zusammenhang  miteinander  gestanden  haben ; 
so  der  nordatlantische  und  sinosibirische  in 
der  Liaszeit  durch  Rußland  und  den  Ural, 
der  afrikobrasilische  und  lemurische  durch 
Südafrika  und  den  mittleren  Teil  des  indi- 
schen Ozeans,  wobei  im  Lias  der  lemurische 
sich  noch  über  Australien  ausgedehnt  haben 
dürfte.  Alte  Horste,  wie  Ardennen,  böhmische 
Masse,  die  iberische  Meseta  bildeten  mit 
anderen,  untergeordneteren  Elementen  den 
europäischen  Archi])el.  Es  ist  anzunehmen, 
daß  die  beiden  Südkontinente  einerseits, 
die  beiden  Nordkontinente  andererseits 
dauernd  getrennt  waren  durch  die  Tethys, 


.  letzteren  Ast  entspricht  jenseits  des  großen 
Ozeans  ein  aus  der  Antillenregion  ebenfalls 
^  nach  Süden  abzweigender,  die  Anden  um- 
I  fassender,  der  sich  mit  dem  neuseeländischen 
j  im  Südpolargebiet  vereinigt  haben  dürfte. 
I  Ebenso  blieb  eine  dauernde  Trennung  des 
j  nordatlantischen  und  sinosibirischen  Konti- 
( nentes  aufrecht  erhalten  durch  zwei  Nord- 
I  ausläufer  der  Tethys,  den  japanischen  und 
i  den  kalifornisch-alaskischen.  Ein  aus 
I  Balutschistan  kommender  Südausläufer 
'  bildete  gewissermaßen  die  Uranlage  des 
'  Kanals  von  Mozambique,  im  Lias  schon 
1  Westmadagaskar  erreichend,  im  Süden  aber 
I  wahrscheinlich  als  Sackgasse  endend.  Diese 
'  soeben  beschriebenen  Meereszüge  begrenzen 
I  die  oben  genannten  K^ontinentalklötze,  von 
1  denen  jedoch  bald  größere,  bald  kleinere 
Flächen  meerbedeckt  waren. 

Nach  der  von  Dana  und  Hall  all- 
I  gemein  begründeten,  von  Hang  spezieller 
!  ausgebauten  Geosynklinallehre  bildeten  die 
ä  genannten  Meeresarme  labile  Zonen  mit 
I  besonders    regelmäßiger    so    gut    wie    ganz 


614 


lui'afürmatiuii 


uminterbrocluMier  Sediinoiitaiihäufung  von 
meist  ojroßer  ^lächtiij;keit,  so^^'namite  Geo- 
synklinalen,  und  zeichneten  sich  scRen- 
über  den  in  ihrem  Umkreis  verbreiteten 
öfter  wechselnden  epikontinentalen  Meeren 
durch  einen  fi;e\vissen  geody  Hämischen 
Geij;ensatz  aus,  der  darin  besteht,  daß  den 
Vert'lachungen  in  jenen  Trans<2jressioncn  auf 
diesen  entsprechen  und  iimpjekehrt.  Ist 
auch  keines\ve<,^s  eine  absolute  Genauigkeit 
in  dem  AVechselspiel  vorhanden  — ■  was 
gewiß  keine  Widerlegung  jener  Lehre  sein 
kann,  weil  die  geologischen  Vorgänge  von 
zu  vielen  voneinander  nicht  unmittelbar 
abhängigen  ^lonienten  bestimmt  werden  — 
klingt  ferner  der  Rhythmus  dieser  gegen- 
sätzlichen Bewegungen  nicht  an  allen  Stellen 
gleichzeitig  zusammen  und  können  schließ- 
lich auch  innerhalb  der  Geosynklinalen 
selbst  Geantiklinalen  auftreten,  die  sich 
in  bezug  auf  Trans-  und  Regressionen  wie 
die  epikontinentalen  Meeresgebiete  verhalten, 
so  bietet  dieses  Schema  doch  ein  vortreff- 
liches die  natürlichen  Verhältnisse  übersicht- 
lich gruppierendes  Bild  und  bahnt  die 
Erkenntnis  von  Gesetzmäßigkeiten  in  der 
Verteilung  von  Wasser  und  Land  und  das 
Verständnis  für  den  Mechanismus  der  Trans- 
und Regressionen  an. 

Auf  Grund  dieses  in  beistehender  Karte 
erläuterten  Gesichtspunktes  läßt  sich  zeigen, 
daß  die  in  Europa,  an  den  klassischen  Lokali- 
täten der  Jurastratigraphie  sich  bemerkbar 
machende  Rät-Liastransgression  keine  uni- 
verselle Erscheinung,  sondern  lediglich  der 
Auftakt  zu  jener  großen  Verflachung  der 
Tethys  und  ihrer  A])i)endices  ist,  welche  mit 
Ende  des  Lias,  besonders  im  unteren  und 
mittleren  Dogger,  vereinzelt  auch  noch 
etwas  später  eine  ziemlich  allgemeine  Trans- 
gression  auf  den  genannten  jurassischen 
Festlandgebieten  zur  Folge  hat  und  die 
dann  vom  Ende  des  unteren,  sjiätestens  vom 
mittleren  Malm  ab  wieder  zurückgeht, 
wobei  sich  gleichzeitig  die  Geosynklinal- 
zonen  wieder  vertiefen  und  etwa  freigelegte 
Teile  ihres  iVreales  wieder  in  die  Tiefe  ziehen, 
jedoch  nicht,  ohne  daß  andere  dauernde 
Veränderungen  in  der  Verteilung  von  Wasser 
und  Land  hinterlassen  worden  wären.  Die 
transgressiven  Doggervorkommen  im  nörd- 
lichen Ostasien,  im  westlichen  und  mittleren 
Nordamerika,  an  der  Ostküste  von  (irön- 
land,  auf  Spitzbergen,  in  ganz  Rußland, 
Ostafrika,  Kutch.  Australien,  Südtunesien 
sind  dementsprechend  zu  bewerten,  während 
einerseits  die  Vollentwickelung  des  Lias 
und  Obermalm  in  den  genannten  (ieosyn- 
klinalgebieten,  andererseits  die  mit  ihrer 
Verflachung  unmittelbar  zusammenhängende 
Lückenhaftigkeit  bezw.  schlechte  Entwicke- 
lung  des  Doggers  und  Untermalms  die  Korre- 
late sind.     Die  Tendenz  zur  erneuten   Aus- 


prägung der  (Jeosynklinalen  gegen  Ende  der 
Jurazeit  führt  zugleich  zur  Wiedereröff- 
nung der  im  Lias  und  Dogger  nicht  vor- 
handenen alten  uralischen  Geosynklinale  bis 
hinauf  nach  Nowaja  Semlja  von  der  Hima- 
lajaregion aus. 

Dieser  Jihythmus  nun,  bezw.  die  Beob- 
achtung, daß  Meere  von  Geosynklinal- 
charakter  —  zu  dem  meistens  die  spätere 
Entstehung  von  Faltengebirgen  aus  ihrem 
Schoß  noch  gehört  — ■  labile  Zonen  zwischen 
Kontinentalmassen  sind,  drängte  Hang  zu 
der  Annahme  eines  pazifischen  Fest- 
landes, das  er  postuliert  als  Zwischenstück 
zwischen  der  neuseeländisch-ostasiatischen 
im  Westen  und  der  Kordillerengeosyn- 
klinale  beider  Amerika  im  Osten,  ohne 
daß  sich  für  einen  solchen  Kontinent 
von  ])Ositiven  Befunden  zurzeit  mehr  an- 
führen ließe  als  der  altkristalline  Aufbau 
mancher  der  polynesischen  Inseln  und  die 
schon  einmal  erwähnte  Zunahme  mächtiger 
oberjiirassischer  Konglomerate  gegen  Westen 
in  den  südamerikanischen  Anden.  Daß  aber 
auch  eine  marine  Verbindung  irgendwo  über 
den  pazifischen  Ozean  herüber  bestanden 
haben  muß,  daß  es  sich  also  eventuell  mehr 
um  getrennte  pazifische  Landmassen,  als 
um  einen  zusammenhängenden  großen  Konti- 
nent handelte  und  daß  ferner  diese  Meer- 
verbindung auch  wieder  geosynklinalen 
Charakter  gehabt  haben  dürfte,  geht  aus 
gewissen  tiergeographischen  Beziehungen 
zwischen  den  Oberjurafaunen  der  indischen 
Spitishales  mit  denen  der  südamerikanischen 
Anden  mit  einiger  Wahrscheinlichkeit  hervor. 

5.  Gebirgsbildung  und  Vulkanismus.  Ab- 
gesehen von  Schwankungen  in  der  Tiefe  der 
Meeresbedeckung,  von  größeren  mehr  univer- 
sellen Bewegungen  der  Geosynklinalbüden,  wovon 
vorher  die  Rede  war,  zeigen  sich  innerhalb 
kleinerer  (iebiete  mehrere  sich  zuweilen  bis  zu 
richtigen  Faltungen  steigernde  Trockenlegungen 
jurassischen  Meeresbodens,  so  daß  etwas  spätere 
Sedimente  desselben  Zeitalters  sich  diskordant 
auf  die  früheren  lagern.  Am  einfachsten  liegt 
der  Fall,  wenn  z.  B.  in  Zentralrußland  auf  die 
Kimeridgezeit  ein  Auftauchen  des  Meeresbodens 
mit  den  eben  erst  entstandenen  Sedimenten 
folgt,  eine  dis  untere  Tithon  ausfüllende  Denu- 
dationsperiode einsetzt,  dann  wieder  eine  Senkung 
erfolgt,  so  daß  erst  wieder  höhere  Tithnnschichten 
marin  zum  Absatz  gelangten.  Wahrscheinlich 
dokumentieren  Liaskonglomerate  auch  in  den 
Ostalpen  einen  solchen  Vorgang  und  gleichzeitig 
haben  u.  a.  in  England  derartige  Bewegungen  ge- 
legentliche Sedimentationsunterbrechungen  und 
Denudutionserscheinungen  hervorgerufen.  Von 
immer  größerer  Bedeutung  aber  werden  die 
vorkretazischen  (kimmerischen)  Faltungen,  von 
denen  nach  Stille  in  Norddeutschland  ein  Teil 
in  die  .Turazeit  fällt,  und  zwar  in  die  obere  Hälfte 
des  :\ialm.  Sie  sind  schon  längere  Zeit  aus  der 
Krim  l)ekannt,  wo  jjleiclilalls  Tithonkalke  über 
gefaltetem  älterem  .Iura  liegen.  In  dieselbe  Zeit 
zu  stellen   sind   auch   die   in    der  kalifornischen 


luraformation 


615 


Küstenkette  und  der  Sierra  Nevada  vor  sich 
gegangenen  Faltungen,  durch  welche  eine  Dis- 
kord:uiz  zwischen  der  ungestörten  tithonisch- 
unterkretazischen  Knoxvilleserie  und  dem  von 
der  Faltung  noch  mitbetroft'enen  Kimeridge  be- 
dingt wird.  Vielleicht  steht  im  Zusammenhang 
mit  solchen  Bewegungen  auch  die  dynamometa- 
morphe  Umwandlung  gefalteter  mesozoischer 
Sedimente  Westamerikas,  von  der  das  Tithon 
nicht  mehr  berührt  ist. 

Wie  die  Gebirgsbildungserscheinungen  der 
Jurazeit  weder  vertikal  noch  horizontal  das 
Ausmaß  der  jungpaläozoischen  und  der  tertitären 
erreichten,  weshalb  der  Jura  nach  wie  vor  zu 
den  , .ruhigen'"  Zeiten  zu  rechnen  ist,  so  spielen 
auch  vulkanische  Vorgänge  nur  eine  unter- 
geordnete Rolle.  Besonders  bemerkbar  machen 
sie  sich  nur  im  Westen  beider  Amerika.  In  der 
Oregon-kalifornischen  Meeresbucht  besteht  die 
liassische  Miltonformation  aus  aufgearbeitetem 
gleichalterigem  vulkanischem  Material,  ebenso 
führt  der  Hardgravesandsteiu  und  die  gleich- 
alterige  linmisch-brackische  Trailformation  vul- 
kanische Lager-  und  Ganggesteine.  In  den 
südamerikanischen  Anden  aber  nehmen  Phorphy- 
rite,  Diorite,  Rhyolithe  und  deren  Tuffe  —  teil- 
weise zu  mächtigen  marinen  Konglomeratlagen 
aufgearbeitet  —  so  überhand,  daß  man  mehr 
von  Einschaltungen  der  Sedimente  in  die  vulka- 
nischen Gesteine  als  umgekehrt  von  vulkanischen 
Zwischenlagen  sprechen  kann.  Im  oberen  Teil 
der  süd  ifrikanischen  Karooformation  führen  die 
Drakenberg  beds  vulkanische  Lager.  Auch  in  der 
alten  Welt  fehlen  Juraeruptiva  nicht  ganz.  So 
erscheinen  in  der  Dauphine  im  unteren  Lias 
melaphyrische  Gesteine  und  in  den  Piemonteser 
Alpen  läßt  sich  aus  marinen  Finschaltungen 
entsprechender  Zersetzungsprodukte  auf  Ciabbro- 
und  Diabasausbrüche  zur  Liaszeit  schließen. 
Diabase  und  Diabastuffe  sind  ferner  dem  Jura 
im  ungarischen  Banat  zwischengeschaltet  und 
vortithonische  Melaphyre,  Andesite  usw.  durch- 
brechen den  Jura  der  Krim  und  des  Karadagh. 
Wahrscheinlich  ist  auch  die  Entstehung  cles 
ausschließlich  an  die  oberjurassischen  Aptychen- 
schichten  des  Wettersteingebirges  gebundenen  \ 
Ehrwaldits  in  die  Jurazeit  zu  versetzen  und 
möglicherweise  auch  Porphyritausbrüche  in  den 
festländischen  mesozoischen  Angaraschichten  ^ 
Zentralasiens.  ■ 

6,  Die   Tier-    und   Pflanzenwelt.      Wir 

sehen  hier  von  der  Verteiluns;  der  Tierwelt 
nach  Facies  völlig  ab  und  zählen  nur  die 
Gruppen  und  Formen  der  Land-  und  Meeres- 
organisnien  als  solche  auf.  Unter  den  Marin- 
tieren sind  die  Amnioniten  und  Belemniten, 
erstere  sowohl  nach  ihrer  Zahl  wie  ihrer 
Formenmannigfaltigkeit,  zweifellos  die  cha-  j 
rakteristischsten  Typen  des  Jura,  wobei 
besonders  auf  die  zahlreichen,  allerdings  nur 
innerhalb  gewisser  Grenzen  verfolgbaren 
genetischen  Reihen  aufmerksam  gemacht 
sei.  Glattschalige  oder  nahezu  glattschalige 
(Haploceras,  Oppelien  p.  p.  Psiloceras  p.p. 
Oxynoticeras,  Aspidoceras  p.  p.  Phyllo- 
cerasusw.)  gibt  es  unter  ihnen  nur  verhältnis- 
mäßig wenige;  die  meisten  sind  mit  Rippen, 
Knoten.  Kielen  reich  verziert.    Bezeichnende 


'.  Gattungen  sind  u.  a.  für  den  Unterlias: 
Arietites,  Schlotheimia,  für  den  mittleren 
Lias:  Aegoceras,  Amaltheus;  für  den  oberen 
|Lias:  viele  Harpoceraten,  die  mit  manchen 
Untergattungen  auch  noch  in  den  unteren 
und  mittleren  Dogger  reichen ;  für  den  unteren 
und  mittleren  Dogger:  Stephanoceras,  Sonni- 
nia,  Parkinsonia;  für  das  Callovien  Macro- 
[  cephalites,  Kepplerites,  Cadoceras,  Sphaero- 
ceras,  Cosmoceras;  für  das  Oxford:  Cardio- 
ceras,  Quenstedticeras,  Perisphincten  der 
plicatilis- Gruppe;  für  das  Kimeridge:  poly- 
ploke  Perisphincten,  Idoceras;  für  das  Tithon: 
Perisphincten  mit  hoplitenartiger  Rücken- 
furche, Virgatites  und  virgatitenähnliche 
Perisphincten.  Daneben  für  den  ganzen 
Malm  Aspidoceras,  Simoceras;  für  höheren 
Dogger  und  Malm:  Oppelia;  in  allen  Stufen 
Phylloceras,  Lytoceras,  wenige  Nautilen; 
in  Lias  und  Malm  Schulpe  von  Tintenfischen. 
Die  Belemniten  sind  in  den  einzelnen  Ab- 
teilungen durch  Gruppen  vertreten,  die  nach 
der  Zahl  der  Furchen  und  der  Gestalt  des 
Rostrums  unterschieden  werden. 

Im  Gegensatz  zu  den  von  Stufe  zu  Stufe, 
von  Horizont  zu  Horizont  rasch  wechseln- 
den Ammonitenarten  verhalten  sich  die 
übrigen  Mollusken  weit  indifferenter,  wes- 
halb es  geschehen  kann,  daß  man  bei  einer 
nur  auf  sie  gegründeten  Altersbestimmung 
eines  Vorkommens  etwa  zwischen  Bathonien 
oder     Kimeridge     schwankt.  Besonders 

entwickelt  sind  die  desmodonten  Phola- 
domyen  und  Homomyen,  unter  den  inte- 
gripalliaten  Heterodonten  die  iVstarten  und 
Trigonien  besonders  im  Dogger,  Cardinien 
im  Lias,  Diceras  im  Malm,  während  sinu- 
palliate  noch  sehr  zurücktreten  (Tancredia). 
Häufig  sind  auch  Monomyarier:  Pectiniden, 
Mytiliden,  Ostreiden  usw.,  unter  denen 
Gryphaea  besonders  für  den  Lias,  Posido- 
nomya  für  den  Oberlias  und  gewisse  Vor- 
kommen des  alpinen  Doggers,  fein  radial- 
gerippte Mytilus  und  Modiola  für  den  außer- 
alpinen Dogger,  Aucellen  für  den  oberen 
Jura  charakteristisch  sind;  auch  Taxo- 
donta  sind  ein  gleichwertiges  Element  der 
Muschelfaunen.  Die  Gastropoden  stellen 
sich  vielfach  als  die  Wurzelformen  tertiärer 
Nachkommen  dar.  Meist  morphologisch 
indifferente  Formen,  wie  Pseudomelanien 
ohne  xVusguß,  erscheinen  unter  ihnen  die 
ersten  Siphoniaten  (Aporrhaidae),  während 
zum  Teil  reich  verzierte  trochide  und  tur- 
binide  Formen  im  Malm,  Amberleyen  (mit 
dem  linksgewundenen  Cirrus)  in  Lias  und 
Dogger  und  eine  Fülle  von  Pleurotomarien 
in  allen  Stufen  vertreten  sind.  Dazu  kommen 
die  riffliebenden  Nerinen  mit  Spindel-  und 
Wandfalten  vor  allem  im  Malm.  Die  Süß- 
und  Brackwasserschnecken  unterscheiden 
sich  mit  Valvata,  Vivipara,  Melania  — 
ebenso    wie    die    Muschelformen    Unio    und 


616 


Jm-aformation 


Corbula  —  nicht  von   den   Typen  späterer 
Zeiten. 

Die  Brachiopoden  beschränken  sich  so 
gut  wie  ganz  auf  Rhynchonellen  und  Tere- 
bratehi;  im  Lias  findet  sich  als  Auskhmg 
älterer  Zeiten  noch  die  mit  Kalkspiralarmen 
begabte  Spiriferina,  während  im  Malm 
gerippte  (Megerlea,  Terebratulina)  und  durch- 
lochte (T.  diphya)  Terebratuliden  gelegent- 
lich die  Eintönigkeit  der  oft  individuen- 
reichen Brachiopodenfaunen  unterbrechen. 
Unter  den  Echinodermen  sind  im  Lias 
Europas  die  Pentacriniden  häufig,  im  Malm 
treten  der  einfache  Apiocrinus  und  Eugenia- 
erinus  und  das  stiellose  Antedon  auf.  Unter 
den  Seeigeln  fehlen  im  Lias  die  irregulären, 
im  Dogger  herrschen  diese  (Holectypus, 
CoUyrites)  vor,  im  ^lalm  halten  sich  reguläre 
und  irreguläre  ziemlich  die  Wage.  Bryo- 
zoen  hat  vor  allem  der  Dogger  geliefert. ; 
Korallen,  unter  denen  die  Riffbildner  domi- 
nieren, sind  sehr  wenige  im  Lias,  etwas  mehr 
im  Dogger,  vor  allem  aber  im  Malm  gefunden :  i 
Thecosmilia,  Isastraea,  Montlivaultia  usw. 
sind  die  hauptsächlichsten  Gattungen.  Kiesel- 
schwämme als  Riffbildner  kennen  wir  vor- 
zugsweise aus  dem  Malm  (Cnemidiastrum, 
Tremadictyon,  Craticularia,  Hyalotragos), 
wo  die  becherförmigen  Gattungen  die  knolli- 
gen übertreffen,  während  sie  im  Lias 
der  Alpen  durch  Anhäufungen  ihrer  unzu- 
sammenhängenden Nadeln  sich  bemerk- 
bar machen;  Hydrozoen  treten  gelegent- 
lich im  oberen  Malm  als  Riffbildner  auf. 
Von  den  niedersten  Tieren,  den  Protozoen, 
sind  mehrere  Foraminiferengattungen  nach- 
gewiesen und  Radiolarien  besonders  im 
alpinen  Malm. 

Krebse  sind  nur  in  den  oberjurassischen 
Lithographenkalken  einigermaßen  häufig 
(Penaeus,  Eryon,  Limulus),  ebenso  Land- 
insekten, die  auch  in  anderen  Jurastufen 
vereinzeltgefunden  wurden.  Fische,  besonders 
Ganoiden,  treten  stellenweise  im  Lias  und 
obersten  Malm  häufiger  auf,  wo  auch  große 
Haie  und  Rochen,  sowie  Knochenfische 
nicht  gerade  selten  sind.  Von  Ganoiden 
sind  zu  nennen  Lepidotus,  Gyrodus,  Aspido- 
rhynchus,  von  Haien  Acrodus  und  Hybodus, 
von  Knochenfischen  vor  allem  Clupeidae. 
Meerschildkröten  mit  durchbrochenem  Panzer, 
auch  Land-  bezw.  Süßwasserschildkröten 
treten  sehr  zurück  und  machen  sich  nur 
im  obersten  Jura  (Lithographenkalke,  Pur- 
beck) bemerkbar  (Eurystcrnum,  Platy- 
chelys  usw.).  Ebenso  charakteristisch  für 
die  Jurameere  wie  unter  den  Wirbellosen 
die  Ammoniten,  sind  unter  den  W^irbel- 
tieren  die  Plesiosaurier  und  Fischeidechsen, 
Ichthyosaurier,  mit  ihren  der  Fischgestalt 
so  vollkommen  wie  möglich  angepaßten 
Körpern  (Ruderpatteln,  Schwanzflosse, 
Rückenflossensaum),  für  die   besonders  die 


f-Schiefer  des  oberen  Lias  in  Württemberg 
(Holzmaden)  und  England  (Lyme  Regis) 
weltberühmte  Fundorte  sind.  Ein  gleich- 
guter Schwimmer  war  Metriorhynchus,  mehr 
am  Ufer  lebten  die  stark  gepanzerten  Teleo- 
sauriden.  Eine  große  Zahl  Krokodilier 
lebten  auch  auf  dem  Land,  ebenso  Rhyncho- 
cephalen,  wie  der  unserer  Brückenechse 
verwandte  Homoeosaurus  des  oberen  Jura, 
aber  sie  treten  zurück  an  Zahl  und  Interesse 
gegenüber  den  landbewohnenden  Riesen- 
reptilien, Dinosauriern.  Zwar  gehören  die 
gewöhnlich  noch  für  jurassisch  gehaltenen 
größten  Formen  (Atlantosaurus,  Diplodocus) 
nach  neueren  Auffassungen  nicht  in  den 
Jura,  sondern  in  die  Unterkreide,  jedoch 
fehlen  Riesenformen  auch  im  Jura  nicht, 
wie  der  12  m  lange,  aus  dem  Dogger  Eng- 
lands stammende,  wohl  pflanzenfressende 
Cetiosaurus  beweist,  ferner  die  mit  Rücken- 
platten und  -stacheln  bewehrten  Stego- 
sauriden,  die  noch  etwas  Undefinierten 
Megalosauriden  und  die  mit  kurzen  Vorder- 
beinen und  langen  Hinterbeinen  —  auf  denen 
sie  vogelartig  gingen  —  ausgestatteten 
Ornithopodiden.  Als  Rarität  ist  der  ebenso 
gebaute,  kleinste  Dinosaurier,  Compso- 
gnathus,  mit  hohlen,  vogelartigen  Knochen 
aus  den  Lithographenschiefern  des  Malm 
bemerkenswert.  Als  Beherrscher  der  Luft 
sind  die  kleinen  bis  mittelgroßen  im  Lias 
und  obersten  Malm  (Lithographenkalke) 
nicht  eben  seltenen  Flugreptilien  (Pterodac- 
tylus)  ohne,  Rhamphorhynchus  mit  Schwanz- 
segel) zu  nennen  und  der  sensationellste 
Fund  des  taubengroßen  Urvogels  Archae- 
opteryx.  Von  Amphibien  ist  merkwürdiger- 
weise nur  eine  einzige  Form,  und  zwar  der 
älteste  Anure  im  Kimeridge  Spaniens,  ent- 
deckt worden.  Unter  die  Reptilien  des 
Juralandes  mischen  sich  schließlich  auch  noch 
älteste  Säugetiere,  kleine  beuteltierartige, 
multituberkulate  (Plagiaulax  usw.)  ocler 
insektivorenartige  Typen  (Triconodon  usw.) 
aus  Dogger  und  Malm. 

Abgesehen  von  zweifelhaften  Meeres- 
algen und  dem  gänzlichen  Fehlen  der  Laub- 
bäume besteht  die  jurassische  Pflanzenwelt 
aus  Farnen,  Equiseten,  Cycadeen  und  Coni- 
feren  (Araucaria,  Zamites,  Thinnfeldia,  Baiera 
usw.);  sie  zeigen  über  die  ganze  Juraerde 
hin  ein  ziemlich  gleichartiges  Gepräge. 

7.  Tiergeographie  und  Meerespro- 
vinzen. Will  man  in  einer  Formation, 
wie  dem  Jura  oder  auch  der  Trias,  in  denen 
eine  auf  den  ersten  Blick  außerordentliche 
Einheitlichkeit  der  Meeresfaunen  herrscht, 
nach  tiergeographischen  Unterschieden  for- 
schen und  die  Meeresräume  danach  einteilen, 
so  wird  man  auf  ganz  andere  Differenzen 
im  Habitus  der  Faunen  und  EinzeKormen 
achten  müssen  als  bei  tiergeographischen 
Bestimmungen  in  einer  Zeit  wie  der  heutigen, 


Jurafoniiaticjn 


617 


wo   entsprechend   den   scharf   ausgeprägten  nur  auf  sie  jeweils  beschränkten  Gattungen 

Klimazonen  auch  eine  so  große  Verschieden-  und   Gruppen    umgrenzen  können,    sondern 

heit  der  Faunen  und  Floren  herrscht.    Man  wird    sich    meistens    damit    zufriedengeben 

wird   daher   in    Zeiten   wie    dem    Jura    die  müssen,    gewisse    Verbreitungsmittelpunkte 

Provinzen   weniger    nach   ganz   bestimmten  und  -Schwerpunkte  aufzusuchen,  so  daß  sich 


618 


lurafoi-ination 


das  vereinzelte  Auftreten  von  Gattungen 
auch  außerhalb  der  für  sie  als  typisch  ange- 
gebenen Provinz  nicht  ohne  weiteres  als 
(lesjen beweis  verwerten  laut.  Beachtet  man 
diese  (irundsätze,  so  wird  man  auch  im  Jura 
deutlicher  Verschieden  iieiten  gewahr,  die 
einem  nur  au  rezente  Unterschiede  ii;ewöhnten 
Ans;Q  vielleicht  nicht  inuner  e;eniie;end  er- 
scheinen zur  Abtrennunsi;  größerer  Provinzen 
voneinander. 

Wir  unterscheiden  hier,  hauptsächlich 
auf  Uhlig  (s.  Literaturzitate)  gestützt, 
folgende  füiü'  Reiche:  das  boreal-russische, 
das  luitteleuropäisch-nu'diterran-kaukasische, 
das  indisch-malayisch-äthiopische  und  das 
mexikanisch-südandine,  die  teilweise  wieder 
in  Provinzen  zerlegt  werden  können.  In 
der  Hauptsache  bezieht  sich  diese  Eintei- 
lung auf  den  Oberjura,  teils  weil  der  Lias 
im  boreal-russischen  fast  nicht  entwickelt 
oder  schlecht  bekannt  ist,  teils  weil  die 
Lias-  und  Doggerfaunen  sich  w^esentlich 
indifferenter   verhalten    als    die   des    Malm. 

Wie  Pompeckj.  Uhlig  und  Hang 
zeigten,  stoßen  in  Europa  zwei  Faunenreiche 
direkt  aneinander:  das  mitteleuropäisch- 
mediterrane und  das  russisch-boreale.  Ihre 
Ausdehnung  geht  aus  der  beigegebenen, 
Uhligschen  Karte  hervor.  Für  Neumayr, 
von  welchem  der  w-egen  seiner  Forschungs- 
methode immer  noch  lesensw^erte  erste 
Versuch  einer  tiergeographischklimatolo- 
gischen  Einteilung  der  Juraerde  herrührt, 
sollte  die  mitteleuropäische  und  alpine  Ent- 
wicklung zwei  verschiedenen  Tierprovinzen 
und  Klimazonen  angehören,  während  wir 
jetzt  in  den  meist  lithologischen  und 
den  geringen  faunistischen  Unterschieden 
beider  Gebiete  lediglich  den  Ausdruck  von 
Tiefenverhältnissen  bezw.  von  größerer  oder 
geringerer  Landnähe  erblicken,  was  eine 
gewisse  Verschiedenheit  der  Faunen  in 
fazieller,  nicht  aber  in  tiergeographischer 
oder  klimatischer  Beziehung  bedingt.  Wir 
fassen  daher  den  mitteleuropäischen  Jura 
auf  als  neritische  Randzone  der  alpin-medi- 
terranen Geosynklinale  (Tethys).  Daß  in 
jener  Riffkorallen  weiter  verbreitet  sind  und 
viel  häufiger  auftreten  als  in  der  letzteren, 
entspricht  dieser  Vorstellung  sehr  gut,  weil 
das  Korallenwachstum  an  Flachwasser  ge- 
bunden ist;  für  Neumayr  dagegen  bildete 
die  Korallenverteilung  ein  Verlegenheits- 
moment, weil  er  den  alpin-mediterranen 
Jura  als  äquatoriale  Zone  dem  mitteleuropäi- 
schen als  gemäßigter  Zone  gegenübergestellt 
hatte  uiul  Riffkorallen  doch  in  erster  Linie  in 
jener,  nicht  in  dieser  liätten  erscheinen  müssen. 

An  und  für  sich  ließe  sich  der  außer- 
russische Jura  Europas,  wo  der  Lias  allent- 
halben faunistisch  reich  entwickelt  ist, 
durch  eine  Fülle  von  Formen  tiergeogra- 
phisch  beschreiben,     was  jedoch    für    einen 


Vergleich  mit  dem  russisch-borealen,  wo 
diese  untere  Stufe  nur  wenig  und  schlecht 
cluirakterisiert  in  Erscheinung  tritt,  keinen 
Wert  hätte;  den  Unterschied  mit  dem  süd- 
andinen  können  wir  leichter  durch  Angabe 
der  diesem  eigentümlichen  Formen  mar- 
kieren. Erst  der  Weißjura  mit  seinen  in 
zahllosen  Arbeiten  behandelten  schönen 
AmnH)iHtenfaunen,  die  von  alpin-mediter- 
raiuMi  auch  in  ihren  Species  keineswegs  so 
verschieden  sind,  wie  man,  beeinflußt  von 
alter  Tradition,  vielfach  glaubt,  läßt  sich 
klar  der  russisch-borealen  Entwickelung  vom 
Callovien  ab  gegenüberstellen.  Diese  letztere 
zeichnet  sich  vor  allem  durch  das  so  gut  wie 
völlige  Fehlen  der  Korallen  aus;  ihr  eigentüm- 
lich ist  das  Vorkommen  der  Belemniten- 
gruppe  Cylindroteuthis,  die  hier  ihre  eigent- 
liche Heimat  hat,  ,,wenn  sie  auch  zeitweilig, 
besonders  im  obersten  Jura  und  der  Unter- 
kreide, begleitet  von  anderen  borealen  Typen, 
in  benachbarte  Randteile  des  mediterranen 
Beckens  eindringt"  (Uhlig).  Wichtige 
Ammoniten  sind  im  Callovien  Cadoceras, 
auf  der  Grenze  zum  Oxford  Quenstedto- 
ceras,  im  Oxford  selbst  Cardioceras,  im 
mittleren  bezw.  oberen  Malm  aber  vor  allem 
Virgatites,  öraspedites,  Simbirskites.  Unter 
den  Muscheln  sind  es  die  Aucellen,  die  sich 
allerdings  auch  im  Himalaya,  in  Mexiko, 
seltener  auch  im  neuseeländischen  und  im 
europäischen  Jura  zeigen,  so  daß  man  sie 
als  charakteristisch  für  den  russisch-borealen 
Jura  nicht  mehr  gelten  lassen  wollte.  Will 
man  sich  jedoch  an  das  vorhin  vom  Ver- 
breitungsschwerpunkt Gesagte  erinnern, 
dann  ist  es  nicht  mehr  zweifelhaft,  daß  ihre 
Heimat  in  den  borealen  Jura  fällt  und  daß 
z.  B.  ihr  Eindringen  in  Mexiko  durch  das 
westliehe  Nordamerika  herunter  auf  einem 
Wege  stattfand,  der  überhaupt  außergewöhn- 
liche Erscheinungen  zeigt,  insofern  dort 
mitten  im  borealen  Faunenelement  die  nur 
in  den  südlichen  Regionen  sonst  heimischen 
AmmonitengeschlechterPhyllocerasundLyto- 
ceras  auftreten,  was  ja  umgekehrt  auch 
keineswegs  zu  einer  Verneinung  der  Selb- 
ständigkeitsüdlicherer Provinzen  führen  kann. 
Die  russisch-boreale  Faunenfacies  kann  daher 
gegenüber  der  mitteleuropäisch-mediterranen 
als  gesichert  gelten.  Boreal  heißt  sie,  weil 
der  russische  Faunentypus  sich  durch  die 
ganze  Nordpolarzone  verfolgen  läßt. 

Was  an  russischen  Elementen  in  der 
mitteleuropäischen  Region  vorhanden  ist, 
erklärt  sich  durch  eine  Vermischung,  die 
eintrat,  als  die  große  Doggertransgression 
die  Verbiiulung  nnt  dem  russischen  Becken 
hergestellt  hatte.  So  dringen  mit  dem 
Oxford  Cardioceren  bei  uns  ein,  die  sogar 
mit  der  im  wesentlichen  mediterranen  Gat- 
tung Phylloceras  sich  in  den  Karpathen 
begegnen,  aber  offenbar  nicht  überall  gleich 


Jurafonnation 


619 


heimisch  wurden,  da  sie  in  Norddeutsehland 
und  im  westschweizer  Jura,  nicht  aber  im 
schwäbisch-fränlvischen  (wenigstens  nicht  der 
russische  Typus)  auftreten.  Im  oberen 
Oxford  und  Kimeridge  verliert  sich  dieser 
Einfhil.)  wieder,  koralligene  Bildungen  stellen 
sich  zahlreicher  ein  und  umgekehrt  dringen 
mediterrane  Typen  (Aspidoceren  und  Oppe- 
lien)  in  das  Herz  der  russischen  Region  vor. 
Im  obersten  Malm  hat  sich  nach  Hang 
Europa  in  zwei  Hauptprovinzen  geschieden, 
in  die  mit  Virgatiten  bis  zur  Oder  vor- 
dringende russisch-boreale,  welche  nördlich 
bis  England  und  von  da  bis  Boulogne  sur 
Mer  hinzieht,  und  eine  westliche,  Norddeutsch- 
land zwischen  Elbe  und  Rhein  und  Frank- 
reich mit  Ausnahme  des  Rhonegebietes  und 
des  genannten  Nordfleckens  umfaßt  und  nach 
Haug  durch  Pachyceras  charakterisiert  ist. 
Daß  Pachyceras  auch  einmal  im  russischen 
Gouvernement  Simbirsk  vorkommt,  ändert 
nichts  an  der  Existenz  derartiger  allgemeinerer 
Unterschiede  und  man  kann  nur  wieder- 
holt darauf  hinweisen,  daß  die  Charakterisie- 
rung und  Abgrenzung  solcher  Provinzen 
eben  nicht  durch  ein  einfaches  statistisches 
Verfahren  erreichbar  ist.  Es  könnte  sein, 
daß  eine  genaue  Registrierung  der  Verteilung 
der  Arten  und  vieler  Gattungen  ebenfalls 
tiergeographische  Unterschiede  ergäbe,  aber 
bei  dem  nicht  überall  gleich  vollständigen 
Material  wären  das  Trugschlüsse;  vielmehr 
bedarf  es  einer  gewissen  Feinfühligkeit,  um 
Eingewandertes  von  Einheimischem  zu  unter- 
scheiden und  die  Fäden  des  Gewebes  ihrer 
ganzen  Länge  nach  zu  verfolgen,  die  der 
Statistiker  doch  jeweils  nur  im  Querschnitt 
sieht.  Jedenfalls  läßt  sich  das  eine  sagen, 
daß  innerhalb  des  mitteleuropäisch-mediter- 
ranen, wie  auch  des  russisch-borealen  Faunen- 
gebietes wieder  spezielle,  in  den  einzelnen 
Stufen  schwankende  Unterschiede  tier- 
geographischer Art  vorhanden  sind  (z.  B.  das 
Fehlen  der  Virgatiten  im  Petschoraland). 

Wir  unterscheiden  außer  dem  mittel- 
europäisch-mediterran-kaukasischen und  dem 
russisch-boralen  Reich  nach  Osten  ein 
indisch-malayisch-äthiopisches.  Eine  gewisse 
Uebereinstinimung  zeigt  sich  mit  dem 
Mediterrangebiet,  das  als  westlicher  Teil 
der  Tethys  Eurasiens  gewiß  ähnliche 
Lebensbedingungen  geboten  hat;  aber  auch 
russische  Einflüsse  (i\.ucellen)  sind  vor- 
handen, was  die  große  Nähe  gegen  Nord- 
westen begreiflich  macht;  doch  ist  in  dieser 
Richtung  eine  Meeresverbindung  noch  nicht 
direkt  nachgewiesen.  Die  mediterrane 
Adnether  Facies  der  liassischen  Cepha- 
lopodenkalke  der  Alpen  hat  mit  der  himalayi- 
schen  sehr  große  Aehnlichkeit  und  im  Suncla- 
archipel  treten  die  südalpinen  grauen  Kalke 
des  Lias  mit  zum  Teil  identischen  Formen 
auf.      Der    Dogger     Balutschistans,     sowie 


der  von  Kutch  und  der  von  Niederländisch- 
indien sind  teilweise  faunistisch  mit  dem 
mitteleuropäischen  identisch,  zeigen  aber 
auch  eigene  Züge;  jedoch  erst  im  Malm  ist 
die  Differenz  am  größten.  Die  Unterschiede 
sind  teils  absolute,  indem  Gattungen,  wie 
Simoceras,  gewisse  Oppelien  und  Haploceren 
fehlen;  dafür  aber  auftreten:  Simbirskites 
(auch  russisch),  Paraboliceras,  Gruppe  des 
Hecticoceras  Ivobelli,  Blanfordia,  Phylloceras 
strigile- Gruppe,  Oxfordmacrocephalen  und 
geradezu  massenhaft  Belemnites  Gerardi 
und  dicoelus  (bicanaliculate  Formen),  die 
in  Europa  nur  stellenweise  und  untergeordnet 
erscheinen ;  sie  sindgegenüberdemeuropäisch- 
kaukasischen  Reich  zum  Teil  ganz  neu  und 
eigenartig,  zum  Teil  herrscht  ein  gewisses 
Gegenseitigkeitsverhältnis.  Auch  einige 
Muscheln  sind  für  das  indisch-malayische 
Reich  charakteristisch.  Australien  und  Neu- 
seeland dürften  zunächst  hier  anzugliedern 
sein,  ebenso  der  ursprünglich  zwar  für  sehr 
europäisch  ausgegebene,  doch  aber  über- 
wiegend äthiopisch-himalayische  Faunen- 
komplex von  Kutch  an  der  Indusmündung. 
Mit  einer  gewissen  und,  je  länger  man  sie 
studiert,  um  so  deutlicher  in  Erscheinung 
tretenden  Selbständigkeit  gliedert  sich  der 
ostafrikanisch-madagassische  Jura  als  Pro- 
vinz hier  an.  P>  zeigt  neben  mehreren  indi- 
schen Typen  (Oxfordmacrocephalen,  Phyl- 
loceras der  strigile- Gruppe,  Perisphincten, 
dicoele  Belemniten)  auch  recht  viel  Eigen- 
artiges. So  schon  im  Lias  von  Madagaskar 
Bouleiceras,  im  Dogger  Ostafrikas  eine  eigene 
Peltocerasform,  im  Malm  gewisse  Peri- 
sphincten; ein  Unterschied  zur  himalajischen 
Region  ist  das  Fehlen  der  Aucellen,  das 
Fehlen  von  Simbirskites,  Paraboliceras  und 
einigen  anderen  dort  häufigeren  Formen. 
Doch  ist  es  nicht  ausgeschlossen,  daß  letzteres 
mit  dem  frühen  Rückzug  des  Malmmeeres 
aus  Ostafrika  und  der  sclüechten  Entwicke- 
lung  des  Tithon  auf  Madagaskar  in  Zusammen- 
hang steht.  Es  zeigen  sich  aber  auch  starke 
Anklänge  an  Portugal,  die  nicht  über  Syrien 
und  nicht  über  Kutch  eingewandert  sind, 
so  daß  die  Vermutung  nicht  ganz  von  der 
Hand  zu  weisen  ist,  es  möchte  sich  mit  der 
Zeit  nordwestwärts  durch  den  afrikanischen 
Kontinent  eine  Verbindung  ergeben,  zumal 
der  Dogger  Abessyniens  auffallende  x\ehnlich- 
keit  mit  dem  Französisch-Nordafrikas  hat. 
Das  Jurameer  Mexikos  und  der  süd- 
amerikanischen Anden  darf  als  weiteres 
eigenartiges,  wenn  auch  vom  mediterian- 
europäischen,  dem  himalayischen  (Streb- 
lites,  Spiticeras,  Aulacosphinctes)  und  der 
borealen  Provinz  gleicherweise  mit  beein- 
flußtes Reich  angesprochen  werden;  es  treten 
dort  z.  B.  im  Malm  boreale,  von  Uhlig  als 
solche  bestrittene  Ammoniten  (Virgatites) 
auf,  ebenso  Aucellen  in  Mexiko,  doch  zeigt 


020 


•lurafonnatiüii 


sich  am-h  Eisjcnartises.  So  neben  der  reichen 
Entlaltnnff  der  Gattung  Idoceras  und  vielen 
Ammonitenarten  die  (iattung  Mazapilites 
oder  das  besondere  Hervortreten  von  Duran- 
gites  und  Kossinatia;  ferner  „taucht  eine  1 
wahre  Fhit  von  Formen  der  Gattung  Streb-  '> 
Utes  auf,  näher  verwandt  mit  den  indischen 
als  den  europäischen  Typen'",  während  der 
in  Europa  so  häufige  Pliylloceras  spärlich 
vertreten  ist.  Schon  der  Lias  der  Südanden 
zeigt  —  analog  dem  Madagaskars  —  merk- 
würdige Faunenelemente,  wie  den  in  ganz 
Südamerika  verbreiteten  Pecten  alatus  und 
Lithotrocluis,  von  denen  ersterer  bisher  nur 
noch  im  spanischen  Lias  bekannt  geworden 
ist,  was  die  Tetliysverbindung  über  den 
jetzigen  Atlantik  herüber  "noch  präziser  an- 
deutet, als  es  das  Auftreten  mitteleuropäischer 
bezw.  mediterraner  Arten  an  und  für  sich  I 
schon  tut.  xVuch  in  Südamerika  selbst, ; 
ebenso  wie  in  Mexiko  bedeutet  der  Malm,  [ 
insbesondere  gegen  die  Unterkreide  hin,  die  ; 
eigentlich  gar  nicht  getrennt  davon  zu 
behandeln  ist,  den  Höhepunkt  der  Faunen- 
differenzierung gegenüber  den  anderen 
Reichen.  ,,Das  mediterrane  (bezw.  mittel- 
europäische) Element  scheint  vorzugsweise 
im  Lias  und  Dogger  und  später  wieder  im 
Neokom,  das  himalayische  besonders  im 
Kimeridge,  Tithon  und  der  Berriasstufe  ein- 
gedrungen zu  sein"  (Uhlig). 

Uhlig  erwägt  die  Möglichkeit,  ob  nicht 
der  erst  mangelhaft  bekannte  japanische 
Jura  ein  eigenes,  dem  himalajischen  äqui- 
valentes Reich  repräsentiert,  dessen  Haupt- 
verbreitung dann  in  das  Areal  des  großen 
Ozeans  fiele.  Unterstützt  wird  diese  Ver- 
mutung durch  die  Tatsache,  daß  trotz  der 
räumlichen  Nähe  engere  Beziehungen  zu 
dem  borealen  Reich  bis  jetzt  nicht  vorliegen; 
ferner  tritt  ein  Anklang  an  die  Tethys  und 
keineswegs  an  deren  nächstliegenden,  den 
himalayischen  Teil,  hervor  und  die  in  Japan 
nachgewiesenen  Korallenkalke  bilden  eben- 
falls einen  starken  Gegensatz  zu  den  beiden 
genannten  Regionen.  Doch  bleibt  wegen 
mangelnder  Kenntnis  die  tiergeographische 
Stellung  des  japanischen  Jura  zunächst 
noch  ganz  unentschieden,  ebenso  die  des 
neuseeländischen  und  australischen. 

8.  Klima.  Daß  im  Jura  ein  einheitlicheres 
und  in  den  Polarregionen  wesentlich  wärmeres 
Klima  herrschte,  vielleicht  durchweg  wärmer  als 
heute  in  unserer  Zone,  ist  nicht  zweifelhaft. 
Gleichwohl  müssen  Klimazonen  existiert  haben, 
denn  die  Erde  wird  als  Kugel  von  der  Sonne 
unter  allen  Umständen  verschiedenartig  be- 
strahlt. Der  Unterschied  gegen  heute  kann 
also  nur  darin  beruhen,  daß  durch  tellurische 
Faktoren  und  Zustände  die  primären  solaren 
Erwärmungsverhältnisse  irgendwie  ausgeglichen 
wurden  und  ferner,  daß  mit  veränderter  Pol- 
stellung auch  der  Verlauf  der  Zonen  und  die 
Wärmemenge,  die  sie  während  des  Jahres  er- 
hielten,  anders   gestaltet  war.    Von   diesen   Zu- 


sammenhängen und  Ursachen  wissen  wir  aber 
noch  nichts  Bestimmtes  und  so  kann  es  sich 
hier  luir  um  die  Frage  handeln:  Lassen  sich 
die  angegebenen  raarinfaunistischen  Einteilungen 
im  Sinne  von  bestimmten  Klimadifferenzen  auf 
der  Juraerde  ausdeuten?  Der  frühere  Neu- 
mayrsche  Versuch  in  dieser  Richtung  ist  heute 
überholt;  von  seinen  Aufstellungen  ist  nur  der 
eigenartige  Charakter  der  Borealzone  geblieben, 
die  —  immer  unter  Beachtung  der  oben  hervor- 
gehobenen allgemeinen  Einschränkungen  —  allen 
anderen  Juraprovinzen  bezw.  Reichen  als  Ge- 
samtheit gegenübersteht,  so  daß  man  mit  Haug 
und  Uhlig  diese  letzteren  einerseits,  jene  an- 
dererseits als  Einheit  einander  gegenüberstellen 
kann.  Wir  bekommen  so  zwei  große,  im  wesent- 
lichen den  heutigen  Breiten  parallel  verlaufende 
Zonen:  die  nordsibirisch-russisch-nordwestameri- 
kanisch-boreale  und  einen  breiten  äquatorialen 
Gürtel  mit  dem  mitteleuropäisch-mediterranen, 
indisch  -  äthiopisch  -  malayischen,  mexikanisch- 
südamerikanischen Jura  und  deren  Appendices. 
Wir  könnten  analog  dem  heutigen  Breitenver- 
lauf annehmen,  daß  die  damalige  gemäßigte  Zone 
sich  hinsichtlich  der  Lebensmöglichkeiten  von 
der  tropischen  Zone  relativ  weniger  unterschied, 
als  jene  von  der  polaren,  so  daß  sich  bei  der  noch 
hinzukommenden  Ausgeglichenheit  die  tropische 
und  die  gemäßigte  in  ihrer  Fauna  mehr 
gleichen  als  die  polare  Zone  ihnen.  Gleichwohl 
will  es  scheinen,  als  ob  sich  der  große,  dem 
russisch-borealen  gegenüberstehende  Hauptgürtel 
selbst  wieder  in  zwei  mehr  oder  minder  parallele 
gliedern  ließe,  die  zwar  im  ganzen  stark  in- 
einander verschwimmen,  aber  doch  schwach 
markiert  durchschimmern.  Denn  der  indische 
Jura  mit  dem  äthiopischen  liegt  im  ganzen 
südlicher  als  der  mitteleuropäisch-mediterrane 
und  beide  Gruppen  sind  sehr  verschieden. 
Dagegen  liegt  in  Amerika  das  Verhältnis  nicht 
so  einfach,  weil  sich  das  Meer  nicht  ostwestlich, 
sondern  nordsüdlich  erstreckt;  dennoch  ist  die 
Beeinflussung  des  südandinen  Jura  durch  hima- 
layische und  südlichere  europäische  Elemente 
(Spanien)  größer  als  die  des  mexikanischen 
Jura,  der  mehr  mitteleuropäisch  und  boreal 
beeinflußt  scheint,  so  daß  sich  auch  hier  ein 
gewisser  Unterschied  zwischen  Norden  und 
[  Süden  bemerkbar  macht. 

!       Insofern  könnte  man  also  an  eine  den  heutigen 

i  Breiten  im  wesentlichen  parallele  Zonengliederung 

denken   und   die  d:igegen  sprechenden  Momente 

I  erklären     durch     Strömungen    und    durch    die 

;  Tatsache,      daß    bei     einem    im     ganzen    aus- 

:  geglichenerem  Ivlima  auch    der    Austausch   der 

Faunen    universeller    war,    zumal   Marinfaunen 

j  vom  Klima   der  Erdoberfläche  abhängiger  sind 

I  als  die  Faunen  und  Floren  des  Landes,  wie  die 

Verbreitung  der  gleichen  Marinfauna  längs  der 

'  Küste  Westamerikas  beweist.     Die  Bestätigung 

dieser  Auffassung  liegt  aber,  wie  Uhlig  schon 

;  betonte,  im  notial-antarktischen  Gebiet,  wo  bei 

der  großen  Ausdehnung  dieses  noch  unerforschten 

;  Raumes  jenseits  des  50."  südlicher  Breite  genug 

'  Spielraum  für  eine  weitere,  vielleicht  der  borealen 

verwandte    Fauna    bliebe.       Daß    eine    etwaige 

j  antarktische  Fauna  mit  der  arktischen  gemein- 

i  same  Züge  —  wenn  auch  größtenteils  rein  kon- 

I  vergente  —  aufweisen  müßte,  ist  ja  von  vorn- 

!  herein  wahrscheinlich  und  so  könnten  vielleicht 

die  im  Jura  der  südamerikanischen  Anden  auf- 


.riu'aformation 


621 


tretenden  „borealen  Yirgatiten",  über  deren 
Formzugehörigkeit  ja  noch  keine  Einigkeit 
herrscht,  solche  Ausläufer  der  antarktischen  Kon- 
vergenzfauna sein,  ebenso  wie  die  Aucellen  im 
Jura  Neuseelands.  Daß  diese  möglicherweise 
vonSüden  gekommen  sind,  dafür  könnte  ihr  Fehlen 
im  Jm-a  Üstafrikas  und  Madagaskars  als  Wahr- 
scheinlichkeitsbeweis ins  Feld  geführt  werden, 
der  ja  nach  S.  durch  Land  abgeschlossen  war. 
Einen  weiteren  Wahrscheinlichkeitsbeweis  für 
eine  selbständige  antarktische  Fauna  sieht 
Uhlig  im  Auftreten  der  eigenartigen  unter- 
ki-etazischen  Trigonienfauna  Südafrikas  und  der 
Südanden,  deren  Entstehung  sich  natürlich 
schon  im  Jura  vorbereitet  haben  muß. 

Zur  Ueberprüfung  der  Frage  stehen  aber 
auch  noch  die  Landpflanzen  und  Faunen  zur 
Verfügung,  die  natürlich  feiner  auf  Ivlima- 
differenzen  reagieren  müssen  als  die  Marintiere. 
Allerdings  sind  auch  sie  über  die  ganze  Erde 
hin  recht  gleichartig  und  daher  ist  es  um  so 
bedeutungsvoller,  daß  Gothan  an  angeblich 
jurassischen  Abietineenhölzern  von  König-Karls- 
iand  und  Spitzbergen  Jahresringbildungen  nach- 
gewiesen hat,  die  sich  an  jurassischen  Hölzern 
südlicherer  Regionen  nicht  finden  und  sich 
auch  an  einem  triassischen  Araucarienholz 
Spitzbergens  nicht  erkennen  ließen.  Ferner 
dominieren  nach  Gothan  in  den  genannten 
beiden  Gegenden  die  Abietineen,  die  Araucarien 
fehlen.  Das  würde  allerdings  deutlich  für  eine 
klimatische  Differenzierung  im  Jura  sprechen, 
wenn  nicht  das  Alter  der  von  Gothan  unter- 
suchten Pflanzenreste  scharfen  Widerspruch  ge- 
funden hätte,  indem  Burckhardt  die  Ein- 
reihung des  betreffenden  Vorkommens  in  den 
Jura  aus  tektonischen  Gründen  bestreitet  und 
auf  den  auch  von  Gothan  selbst  betonten 
Anklang  der  Hölzer  an  solche  des  Tertiärs 
hinweist.  Die  Frage  ist  also  zurzeit  unent- 
schieden. Handlirsch  teilt  mit,  daß  die 
durchschnittliche  Größe  des  Insektenflügels  im 
unteren  Jura  weit  geringer  war.  als  im  mittleren 
und  oberen,  und  schließt  daraus  auf  eine 
Wärmezunahme  gegenüber  dem  Lias;  das  sagt 
uns  aber  nichts  üt)er  Klimazonen.  So  bleibt 
also  bis  jetzt  nur  der  große  Unterschied 
zwischen  borealer  und  äcjuatorialer  Juraent- 
\vickelung  übrig,  der  angesichts  der  relativ  ge- 
ringen Kalkbildung  bei  Organismen  und  Sedi- 
menten und  dem  Zurücktreten  der  Ivorallenriffe 
im  Norden  als  ein  klimatisches  angesprochen 
werden  darf,  wenn  auch  die  absoluten  Tem- 
peraturdifferenzen auf  der  Juraerde  durch- 
schnittlich geringer  waren  und  infolge  davon 
die  Aehnlichkeit  der  Meeresfaunen  und  Land- 
floren größer  als  etwa  heutzutage. 

Literatur.  E.  Hang,  Traue  de  Geologie.  Bd.  II: 
St/.sthnc  jurassiqne,  S.  929  bis  1152.  Paris  1907. 
Einzige  und  vielseitigste  moderne  Zusammen- 
Jasxung  der  Siratigraphie,  Geographie  usw.  der 
Juraformalion.  —  Tiergeograph  isch,  paläoklimato- 
logisch  und  palängeographisch  wichtige  Ab- 
handlungen: Vc  Uhlig,  Die  viarinen  Reiche  des 
Jura  und  der  Unterkreide.  Mitt.  d.  geolog.  Ges. 
Wien,  Bd.  3,  1912,  S.  329  bis  44S.  Mit  Her- 
geographischtr  Karte.  — Derselbe,  Die  Fauna 
der  Spitischiefcr  des  Himalaya,  ihr  Alter  und 
ihre  WelL^tellung.  Denkschr.  d.  Koni  gl.  Akad.  d. 
Wissensch.   in     Wien    1910,    Bd.  85,    S.    5S1.    — 


M.  Neummjr,  Die  geographische  Verbreittmg 
der  Juraformation.  Denkschr.  d.  Königl.  Akad. 
d.^  Wissensch.  in  Wim  ISS3,  Bd.  47,  S.  277  bis. 310. 
Ueber  klimatische  Zonen  während  der  Jura-  und 
Kreidezeit,  ibid.  188Ö,  Bd.  50,  S.  57  bis  142.  Mit 
paläogeographischcn    und    klimatischen    Karten. 

J.    F.    PompeckJ,    Die    Juraablagcrungen 

sivischen  Regensburg  und  RegenKtauf.  Geognost. 
Jahreshefte,  Jahrg.  14,  S.  139  bis  220.  München 
1001.  —  Derselbe,  Ueber  Aucellen  und  aucellen- 
ähnliche  Formen.  Neues  Jahrb.  f.  Minera- 
logie  usw..  Beilageband  14,  1901,  S.  319.  Mit 
Karte.  Siehe  diesen  Autor  auch  unter  Klein- 
asien. —  Als  Beisjyiele  rein  stratigraphischer 
Gliederung  des  Jura  nach  Fossilien  und  Fazies : 
F.  A.  Ouenstedt.  Der  Jura.  Tilbivgen  1868. 
■ —  L.  Reuter,  Die  Ausbildung  des  oberen 
braunen  Jura  im  nördlichen  Teile  der  fränkischen 
Alb.  Geognost.  Jahreshefle,  Jahrg.  20.  München 
1907  (1908).  —  Th.  Schneid,  Die  Geologie  der 
fränkischen  Alb  ztoischen  Eichstätt  und  Neuburg, 
ibid.,  Jahrg.  27,  I914.  —  Rein  geologisch  und 
biolog  isch-stratigraphisch  sind:  W.  Delhaes 
und  H.  Gerth,  Geologische  Beschreibung  des 
Kettenjura  zwischen  Reigoldswil  und  Solotlmrn. 
Geolog,  u.  Paläont.  Abha.ndl.,  N.  F.,  Bd.  11. 
Jena  1912.  —  E.  Fischer,  Geologische  Unter- 
suchung des  Lochengebietes  bei  Balingen,  ibid., 
1913.  —  J.  Walther,  Die  Fauna  der  Soln- 
hofencr  Plattenkalke.  Festschrift  für  Ilaeckcl. 
Jena  1904.  —  A.  Rothpletz,  Ueber  Einbettiing 
der  Ammoniten  in  die  Soluhofiner  Schirhlcn. 
Abh.  d.  Bayr.  Akad.  d.  Wiss.  in  München,  Bd.  24, 
1909,  S.  313. 

Ferner  eine  Auswahl  der  wichtigeren  Faunen- 
(meist  Ammoniten-)  3Ionographien  zur  Charakteri- 
sierimg der  einzelnen  tiergeographischen  Reiche 
und  Provinzen : 

a)  Mittel-  und  Westeuropa:  E.  Du- 
niortier,  Etudcs  paleoniologiques  sur  les  depots 
jurassiqucs  du  Bassin  du  Rhone.  lias.  Paris 
IS64  bis  1874-  —  S.  S.  Bucktnan,  Monograph 
of  the  Inferior  oolite  Ammonites  of  the  British 
Islands.  Palaeontographical  Society.  Londmi 
1890  bis  1899.  —  P.  de  Loviol,  Monographie 
paleontoloyique  et  geologique  des  etages  super 
d.  l.  formation  jurassiquc  de  Boulagne  sur  Mer. 
Mem.  Soc.  Physique  et  d'Hist.  Nat.  de  Geneve. 
Paris  1S74-  Von  demselben  Autor  eine  Fülle 
stratigrapihischer  Faunenbeschreibungen  aus  dem 
schweizerischen  und  französischen  Dogger  und 
Malm,  meist  in  den  Abhandlungen  der  Schweizer 
Paläontol.  Gesellschaft  Genf  (der  letzten  40  Jahre). 

—  E.  W.  Benecke,  Die  Versteinerungen  der 
Eisen erzformation  von  Deutsch-Lothrinijen  und 
Luxemburg  (Text  und  Atlas).  Abhandl.  z. 
geolog.  Spezial karte  von  Elaß-Luthringen.  N.  F. 
Heft  VI.  Straßburg  1905.  —  F.  A.  Ouenstedt, 
Die  Ammoniten  des  schwäbischm  Jura.  Stutt- 
gart 1885  bis  1888.  —  K.  Sieberer,  Die  Pleuroto- 
marien  des  schwäbischen  Jura.  Palaeontographica, 
Bd.  54,  1907.  —  H.  Haas,  Monogmphie  des 
Brachiopodes  rhetiens  et  jurassiques  des  Alpes 
Vaudoisses  etc.  Mem.  Soc.  Paleontol.  Suisse, 
Vol.  14,  1887;  Vol.  18,  1891.  —  F.  Koby, 
Monographie  des  Pulypiers  jurast,iques,  ibid., 
Bd.  7  bis  16,  1880  bis  1889,  Suppl.  B'l.  21,  I894. 

—  \V.  H.  Hudleston,  ßlonogniph  oft  he  Inferior 
Oolite  Gasteropoda.  Palaeontographical  Society. 
London  1887  bis  1896.  —  C.  Struckmann, 
Der   obere   Jura   der  Umgegend   von  Hannover. 


622 


.luralorniiition  -    .luvi'iiiles  Wasser 


JJuiutorer  1878.  —  W.  Wetzet,  Fau)iin/ischc 
und  niriuigruphischc  Uiiic.rcur/iiint/cri  der  Parkiu- 
sojiischlchien  des  Tcutobinycr  Waldf-s  bei  Biele- 
feld. Palaeontographica,  Bd.  58,  1911.  — 
H,  Salfetd,  Beitrüge  zur  Kenntnis  jurrass. 
Pflameiirexte  aus  NorddenUchland.  Palaeonto- 
graphica, Bd.  56.  Ütutlgart.  1909.  —  P.  Clioffat, 
Faune  ßtrassique  du  Portugal.  Commission 
gcologique  du  Portugal.     Lisbonne  1S80,  189S. 

b)  Alpin-mediterranes  Gebiet:  F. 
Wähnerf  Beiträge  sur  KeniUnis  des  unteren 
Lias  der  nördlichen  Alpen.  Beitr.  z.  Geol.  u. 
Palüoiit.  Ocstcrr.- Ungarns  u.  d.  Orients,  Bd.  3, 
1883;  Bd.  4,  188/^;  Bd.  5,  1885;  Bit.  8,  1890 ; 
Bd.  9.  189^;  Bd.  II,  18if7.  —  M.  Vacek,  Die 
Fauna  der  Oolithe  von  Cap  iS.  Vigiiio  usw. 
Abhnndl.  k.  geol.  lirirhsanstull  Wien,  Bd.  12, 
1886.  —  (i.  iiemtnetlaro,  S«pra  alcune  faune 
giurese  e  lins^iche  della  Siziiia.  Palermo  1872 
bis  1882.  —  K.  A.  Zittet,  Die  Cephalopoden 
der  Siramberger  Schichten.  Stuttgart  1868. 
Supplement:  Die  Gastropoden.  Kassfl  1873.  — 
G.  Boehm,  Die  Biralven,  ibid.,  188.1.  —  M. 
Ogilvie,   Die  Korallen,  ibid.,  1896j97. 

c)  Rußland  und  Borealrcgion:  K. 
Boden,  Die  Fauna  des  unteren  Oxford  von 
Popikiny  in  Litauen.  Geolog,  u.  Puläont.  Abh. 
N.  F.,  Bd  10.  Jena  1911.  —  S.  Nikitin, 
Allgemeine  geolog.  Karte  von  Rußland.  Dlatt 
56,  71.  Jü'lhn.  Comite  geologique.  St.  Peters- 
burg. Vol.  I,  1884;  Vol.  2,  1885.  —  J.  F. 
Pompeckj,  Juraxsic  faunaof  Cape  Plora,  Franz- 
Josffsland,  in :  Scünt.  Residls  of  the  Norwegiaii 
North- Polar- Expedition,  1893  bis  1896.  —  Der- 
selbe, Jurufiissiiien  ans  Alaska.  Vtrh.  K.  Russ. 
Min.   Ges.  St.   Petcrslmrg,  Bd.  38,  1900,    S.  239. 

d)  Mexiko:  C.  Burckliardt,  Faunes 
jurassiques     et    cretaciques    de    San    Pedro    dil 

Gallo.  Bolet.  In.stituto  geolog.  de  Mexiko,  No.  29, 
1912.  —  Derselbe,  La  Faune  jurassique  de 
Masapil,  ibid.,  No.  23,  1906. 

ej  Südamerika:  A.  Steuer,  Argentinische 
Juraablagerungen.  Paläontol.  Abh.,  N.  F.,  Bd.ß. 
Jena  1897.  —  A.  Tomquist,  Der  Dogger  am 
Espinazitopaß  usw.,  ibid.,  N.  F.,  Bd.  4,  1898.  — 
C.  Burckhardt,  Beiträge  zur  Kenntnis  der 
Jura-  und  Kreidefortnation  der  i'urdillere. 
Palaeontograpihica,  Bd.  50.  Stuttgart  190.;.  — 
Ferner  zahlreiche  Abhandlungen  von  G.  Stein- 
tnann,  und  seinen  Mitaibeitern  im  Neuen  Jahr- 
buch für  Mineralogie  usw.  und  dessen  Beilage- 
bänden seit  1880. 

fj  Ostajr  i  k  a  v  n  d  Ma  d  u  g  a  .s-  k  a  r :  E. 
Dacqii^,  Dogger  und  Malm  aus  Ostafrika. 
Beitr.  z.  Geol.  u.  Paläont.  Oesterr.-  Ungarns  u. 
d.  Orients,  Bd.  23.  Wien  1910.  —  Derselbe, 
Beiträge  zur  Geologie  des  Somalilandes,  ibid , 
Bd.  17,  1905.  —  P.  Letnoinc,  Ainmonites  du 
Jurassique  super.  d'Analalaru  (MadagascarJ. 
Annales  de  Pulconlologie,  Bd.  5  u.  6,  1910  bis 
1911.  —  A.  Thevenin,  Fossiles  iiasiques  de 
MadagaKcar,  ibid.  Bd.  3,   1908. 

g)  Indien,  Nie  der  ländis  c  h-  Indien  : 
W.  Waageii ,  Faune  jui-assique  of  Kutch. 
Mem.  geol.  Survey  of  India.  Calrutia  1873.  — 
V.  Vhlig,  The  Fauna  of  the  Spitishales,  ibid., 
1903,  1910.  —  F.  Xot'tlhuf,  The  Fauna  of  the 
Kellaways  of  Mazär  Drick  ( Balutschistan),  ibid., 
1895.  —  G,  Boehm,  Beilrüge  zur  Geologie 
von  Niederländ i.'^rh- Tndien .  Palaeontographica , 
Suppl.    4.     Stuttgart    1907  und  V.il2.    —    Der- 


sellte,  Unteres  Callovien  -und  Corona ten schichten 
zwi.-'chen  Mc.  ('hiergolf  und  Geelvink-Bni. 
,,Nova   Guinea",    Vol.  6.     Leiden  1912. 

h)  Kleinasien,  Balkan:  J.  F.  Pom- 
peckj, Paläontologische  und  stratigraphisrhe 
Notizen  aus  Anatolien.  Zeitschr.  deutsch,  geol. 
Ges.,  Bd.  49,  S.  713,  1897  (mit  palüogeogr. 
Karte).  —  L.  Krunibeck,  Die  Brachiopoden- 
nnd  Moluskenfauna  des  Glandarieiiknlkes 
(Libanon),  ßciir.  z.  Geol.  u.  Paläont.  Oeslcrr.- 
Ungarns  u.  d.  Orients,  Bd.  18,  1904.  —  J- 
Simionescu,  Studii  geologice  zi  palaeoidologice 
din  Dobrogea.  Academia  Romana  Bukarest, 
No.  21,  1907;  No.  25,  1910.  —  C.  Ilenz,  Ueber 
die  me.iozoi.^che  Formalionsgriippe  der  südwest- 
lichen Balkanhalbinsel.  Neues  Jahrbuch  für 
Mineralogie  nsw.    Beilageband  21,  S.  213,  1905. 

E.  Dacque. 


Jussieu 

Antoine  Laurent  de. 
Geboren  am  12.  April  1748  in  Lyon,  studierte 
Medizin  und  wurde  177Ü  Professor  der  Botanik 
zu  Paris,  eine  Stellung,  die  er  bis  1785  bekleidete. 
1773  wurde  er  zum  Mitglied  der  Akademie 
erwählt,  und  1777  erfolgte  seine  Ernennung 
zum  Direktor  des  Botanischen  Gartens.  1790 
wurde  er  Mitglied  der  Municipalität  und  bis 
1792  mit  der  Verwaltung  der  Hospitäler  beauf- 
tragt. Die  Gründung  der  ,, Annales  du  Museum'" 
im  Jahre  1802  veranlaßten  ihn,  sich  wieder 
botanischen  Studien  zu  widmen.  Er  starb  am 
17.  September  1836  in  Paris.  Er  nimmt  in  der 
Geschichte  der  Bestrebungen  um  ein  natürliches 
System  der  Pflanzen  einen  der  ehrenvollsten 
Plätze  ein.  Er  begründete  die  von  Linne 
und  seinem  Unkel  Bernard  de  Jussieu  nur 
benannten^aber  nicht  durch  Merkmale  charak- 
terisierten, Gattungsgruppen  oder  FamUien  als 
systematische  Einheiten,  indem  er  die  gemein- 
samen Merkmale  heraushob  und  diese  zu  treffen- 
den Familiendiagnosen  zusammenfaßte.  Auch 
eine  Einteilung  des  ganzen  Systems  in  größere, 
stufenweise  untergeordnete  Gruppen  versuchte 
er,  allerdings  nur  mit  geringem  Erfolge.  Von 
seinen  Werken  seien  erwähnt  die  ,,  Genera 
plantarum"  (Paris  1789),  worin  er  das  von 
seinem  Onkel  Bernard  de  Jussieu  1759  auf- 
gestellte System  veröffentlichte,  und  eine  große 
Zahl  von  Einzeluntersuchungen  in  den  Memoires 
et  Anuaies  du  ^luseum. 

Literatur.  Brongniart,    ,, Notice  historique"  iu 
Annales  des  sei.   natur.    VII,  1837. 

W.  Buhland. 


Juveniles  Wasser. 

Als  juvenil  hat  man  Wasser  bezeichnet, 
welches  direkt  aus  vulkanischen  Herden 
stammen  sollte,  als  vados  hingegen  Wasser, 
welches  von  der  Erdoberfläche  ins  Innere 
eingedrungen  ist.  Es  ist  fraglich,  ob  es 
heute  Liberhani)t  juveniles  Wasser  gibt. 
Vgl.  die  Artikel  ,,(lrundwasser",  ,, Quel- 
len" und  „Vulkanismus". 


K. 


Kabelerscheinnngen. 

1.  Kabel,  Leitungen  und  verwandte  Gebilde. 
2.  Die  Leitungskonstanten.  3.  Das  elektroma- 
gnetische P\4d.  4.  Wanderwellen  auf  einer  ver- 
lustfreien Leitung,  a)  Das  Feld  einer  Wander- 
welle, b)  Der  Wellenwiderstand,  c)  Ausbreitung 
einer  aufgehäuften  Ladung,  d)  Einschalten  einer 
Leitung,  e)  Stromunterbrechung,  f)  Reflexion 
der  Wellen,  g)  Vielfache  Reflexionen;  Resonanz, 
h)  Reflexionsfreier  Uebergang.  5.  Energie- 
verluste; Dämpfung  und  Verzerrung  der  Wellen. 
6.  Verzerrungsfreie  Leitung.    7.  Allgemeiner  Fall. 

I.  Kabel,  Leitungen  und  verwandte 
Gebilde.  Zur  Uebertragunp;  des  elektrischen 
Stromes  auf  größere  Entfernung  hat  man  zu- 
erst nur  frei  geführte,  isoliert  aufgehängte 
Drähte  aus  Eisen  oder  Kupfer  verwendet. 
Ein  solches  Drahtpaar,  von  dem  der  eine 
Draht  zur  Hinleitung,  der  andere  zur  Eück- 
leitung  des  Stromes  dient,  stellt  das  Urbild 
einer  elektrischen  ,, Doppelleitung"  dar. 
Im  Jahre  1838  zeigte  Steinheil,  daß  der 
eine  Draht  entbehrt  werden  kann,  indem  man 
die  Erde  als  Rückleitung  benutzt.  So  ent- 
stand die  ,, Einfachleitung",  die  heute 
noch  in  der  Telegraphie  vorwiegend  verwen- 
det wird.  Da  alle  diese  ,, Frei-  oder  Luft- 
leitungen" durch  Sturm  und  andere  Witte- 
rungseinflüsse beschädigt  werden  können  und 
auch  zur  Ueberbrückung  breiter  Gewässer 
nicht  geeignet  sind,  ist  man  schon  frühzeitig 
dazu  gelangt  (Jacobi  1842,  Werner  Sie- 
mens 1847),  die  Drähte  mit  einer  Isolier- 
hülle zu  umkleiden  und  sie  in  die  Erde  oder 
auf  den  Boden  von  Gewässern  zu  legen. 
Eine  derartige  Leitung  nennt  man  ein 
,, Kabel".  Die  wichtigsten  heute  vorzugs- 
weise verwendeten  Arten  der  Kabel  sind  die 
folgenden: 

a)  Telegraphen-Erdkabel.  Sie  be- 
sitzen um  den  Leiter  eine  Isolierhülle  aus 
Guttapercha,  Gummi  oder  getränktem  Faser- 
stoff oder  Papier.  Meistens  werd,en  mehrere 
solcher  ,, Adern"  miteinander  verseilt.  Das 
Ganze  erhält  zum  Schutz  gegen  mechanische 


Beschädigung  der  Isolation  eine  Be- 
wehrung (spiralige  Umwickelung)  aus  Eisen- 
drähten oder  Eisenbändern.  Besteht  die  Iso- 
lation aus  hygroskopischem  Stoff  (Faserstoff, 
Papier),  so  versieht  man  das  Kabel  vor  der 
Bewehrung  zunächst  mit  einem  nahtlosen 
Bleimantel  zum  Schutze  gegen  Durch- 
leuchtung. 

b)  Telegraphen-Unterwasserkabel 
(Seekabel).  Bei  ihnen  wird  zur  Isolation 
ausschließlich  Guttapercha  verwandt,  die 
auch  unter  Wasser  ihre  ausgezeichnete 
Isolierfähigkeit  behält  und  dem  gewaltigen 
Wasserdruck  am  Boden  der  Ozeane  wider- 
steht. Ueber  die  Isolierhülle  legt  man  ein 
Polster  aus  gegerbter  Jute;  auf  dieses  wird 
die  Bewehrung  aus  Stahldrähten  aufgewickelt ; 
darüber  kommt  noch  eine  Juteschicht,  die 
mit  Asphalt  getränkt  wird.  Die  Bewehrung 
hat  bei  diesen  Kabeln  vor  allem  den  Zweck, 
ihnen  die  nötige  Zerreißfestigkeit  zu  geben, 
damit  sie  dem  starken  Zuge  widerstehen 
können,  der  bei  ihrer  Verlegung  auftritt. 
Dieser  Zug  ist,  wie  Werner  Siemens  zuerst 
gezeigt  hat,^)  angenähert  gleich  dem  Ge- 
wichte eines  im  Wasser  senkrecht  bis  zum 
Boden  hinabhängenden  Kabelstückes  (häufig 
1  bis  3  t).  In  den  flacheren  Küstengewässern 
soll  die  Bewehrung  das  Kabel  auch  gegen 
mechanische  Beschädigung  durch  den  Wellen- 
gang, durch  Schiffsanker  und  Schleppnetze 
schützen  und  wird  dort  dementsprechend 
stärker  ausgeführt.  Außerdem  versieht  man 
die  Kabelader  hier  noch  mit  einer  dichten 
Bewickelung  aus  Me^singband  zum  Schutze 
gegen  Bohrwürmer  (Teredos),  die  die  (iutta- 
percha  angreifen.  Vgl.  den  Artikel  ,, Tele- 
graphie". 

c)  Fernsprechkabel.  Diese  Kabel  ent- 
halten meistens  eine  große  Anzahl  von 
Doppelleitungen.  Die  beiden  Drähte  einer 
jeden  Doppelleitung  sind  zur  Vermeidung 
von     Induktionswirkungen     zwischen     ver- 


1)  Ber.  d.  Kgl.  Akad.  d.  Wiss.  zu  Berlin,  1874. 


624 


Kabelersclieiiiuimeii 


1^ 

Art  der  Leitung 

R 

Ohm 
km 

G 

Mikro- 

siemens 

km 

(n=1000) 

L 

Henry 

km 

C 

Mikro- 
farad 
km 

w 
km 

sec 

Z 

Ohm 

^.103 

km-1 

(T.IO» 

km-1 

1 

2 
3 

4 

5 
6 

7 

8 
9 

Freileitung  aus  8  mm  stark. 
Kupferdrähten    (Stark- 
stromleitung)       

Freileitung  aus  4  mm  stark. 
Bronzedrähten         (Fern- 
sprechleitung)      

Freileitung  aus  2  mm  stark. 
Bronzedrähten         (Fern- 
sprechleitung)      

Starkstromkabel  mit  Kup- 
ferleitern   von    50    qmm 
Querschnitt 

Fernsprechkabel  mitO,8nim 
starken  Kupferdrähten    . 

Fernsprechkabel  mit  1,2mm 
starken  Kupferdrähten    . 

Dasselbe    Kabel   mit  einer 
Eisendrahtbespinnung  um 
die  Leiter 

Wie    Nr.    6,    jedoch    mit 
Pupinspulen     ausgerüstet 
(wegen  Nr.  7  u.  8  vgl.  d. 
Artikel  „Telephonie")  . 

Telegraphenkabel  m.    Gut- 
taperchaisolation;   Leiter- 
querschnitt    2,5     qmm; 
Rückleitung  durch  die  Erde 

o,7 

3,2 

12,8 

o,7 
7° 
31 

31 
31,6 

7 

0,1 

0,5 

0,5 

30 
I 

2,5 
2,5 

2,5 
100 

0,00166 

0,00194 

0,00222 

0,0004 
0,0007 
0,0007 

0,0090 
-0,0250 
0,0025 

0,00710 

0,00603 

0,00524 

0,20 

0,036 

0,044 

0,044 
0,044 
0,25 

291  000 

292  000 

292  000 

112  000 
199  000 
180000 

50  000 
30100 
40  000 

484 

566 

651 

45 
139 
126 

452 

754 
100 

0,747 

2,97 

9,99 

8,45 
251 
123,2 

34,9 

21,9 

40 

0,699 

2,69 

9,67 

7,11 
251 
122,8 

33,7 
20,0 

30 

schiedeiien  Sprechstromkreisen  miteinander 
verdrillt.  Die  Isolierhülle  besteht  aus  gut 
f];etrocknetem  Papier,  das  lose  (d.  h.  unter 
Bildung  von  Lufträumen)  um  die  Drähte 
gewickelt  ist.  Da  das  Papier  nur  im 
trockenen  Zustande  gut  isoliert,  werden 
diese  Kabel  stets  mit  einem  nahtlosen 
Bleimantel  umpreßt.  Vgl.  den  Artikel 
„Telephonie". 

d)  Starkstromkabel.  Als  Isolation 
wird  bei  ihnen  heute  nur  noch  Papier  ver- 
wendet, das  fest  um  die  Leiter  gewickelt, 
hierauf  gut  getrocknet  und  endlich  mit  einer 
Mischung  aus  Harz  und  Oel  durchtränkt  wird. 
Eine  solche  Schicht  widersteht  bei  geeigneter 
Herstellung  sehr  hohen  Spannungen.  Sie 
muß  gleichfalls  durch  einen  Bleimantel  vor 
der  Durchfeuchtung  geschützt  werden.  Die 
Bewehrung  der  Starkstromkabel  besteht 
zumeist  aus  zwei  Lagen  Eisenband,  die  in 
entgegengesetzten  Richtungen  spiralig  auf- 
gewickelt sind.  Vgl.  C.  Baur,  Das  elek- 
trische Kabel,  Berlin  1910. 

Die  hier  aufgeführten  Kabelarten  stellen 
nur  die  Haupttypen  dar.  Im  einzelnen  wech- 
selt die  Ausführung  eines  Kabels  fast  von 
Fall   zu   Fall,   indem  sie   dem  c;erade  vor- 


liegenden Verwendungszweck  so  gut  wie 
möglich  angepaßt  wird. 

In  bezug  auf  die  elektrischen  Vorgänge 
verhalten  sich  Kabel  und  Freileitungen  völlig 
gleichartig.  Wenn  daher  im  folgenden  all- 
gemein von  ,, Kabeln"  oder  ,, Leitungen" 
gesprochen  wird,  so  soll  mit  diesen  Worten 
nicht  der  besondere,  engere  Begriff  des  gerade 
gewählten  Ausdrucks  gemeint  sein,  sondern 
der  Sammelbegriff  der  elektrischen  Leitung. 
Unter  diesen  fallen  hinsichtlich  der  elektri- 
schen Vorgänge  auch  noch  einige  andere 
Leitergebilde,  z.  B.  die  Wickelungen  von 
Spulen  in  elektrischen  Maschinen,  Trans- 
formatoren und  Apparaten.  Das  allen 
diesen  Gebilden  Gemeinsame  soll  jetzt  be- 
sprochen w^erden. 

2.  Die  Leitungskonstanten.  Die  elek- 
trischen Eigenschaften  einer  Leitung  werden 
durch  ihre  Länge  und  durch  vier  Größen  be- 
stimmt, die  der  Länge  proportional  sind. 
Man  bezieht  diese  Größen  daher  zweck- 
mäßig auf  die  Längeneinheit  und  nennt  sie 
dann  die  ,, Leitungskonstanten".  Es 
sind: 

a)  Der  Ohmsche  Widerstand  R. 
Darunter  ist  der  Widerstand  der  Hin-  und 


Kabelersclieinungeii 


625 


Rückleitung  zusammen,  und  zwar  für  die 
Einheit  (1  km)  der  Leitungslänge  (nicht 
Drahtlänge)  gemeint. 

b)  Die  Ableitung  G.  Es  ist  im  all- 
gemeinen nicht  möglich,  Hin-  und  Rück- 
ieitung  vollkommen  voneinander  zu  isolieren. 
Ebenso  wie  eine  unvollkommene  Isolation 
wirken  die  dielektrischen  Energieverluste. 
Den  auf  die  Einheit  der  Leitungslänge  be- 
zogenen Leitwert  der  Isolierhülle  (=  dem 
reziproken  Werte  des  Isolationswiderstandes) 
nennt  man  die  Ableitung. 

c)  Die  Selbstinduktivität  L  bezieht 
sieh  auf  die  aus  der  Hin-  und  Rückleitung 
gebildete  Stromschleife,  und  zwar  auch  auf 
die  Einheit  der  Schleifenlänge. 

d)  Die  Kapazität  C.  Im  Betriebe  be- 
steht zwischen  der  Hin-  und  Rückleitung 
eine  Spannung.  Die  beiden  Leiter  verhalten 
sich  wie  die  Belegungen  eines  Kondensators 
und  nehmen  somit  gleich  große  elektrische 
Ladunge.i  von  entgegengesetztem  Vorzeichen 
an.  Die  Ladung  ist  der  Spannung  proportio- 
nal; der  Proportionalitätsfaktor  ist  die 
Kapazität  der  Leitung. 

In  der  vorstehenden  Tabelle  sind  die  Kon- 
stanten für  einige  typische  Vertreter  der  wich- 
tigsten Leitungsarten  zusammengestellt;  da- 
neben enthält  die  Tabelle  einige  andere 
Größen,  deren  Bedeutung  noch  erläutert 
werden  soll. 

Bezüglich  der  Ableitung  G  ist  zu  bemerken, 
daß  sie  bei  Kabeln  überwiegend  von  den  di- 
elektrischen Energieverlusten  herrührt.  Der 
entsprechende  Leitwert  (vgl.  den  Artikel 
,, Wechselströme")  hängt  von  der  Frequenz 
ab,  mit  der  das  elektrische" Feld  wechselt.  In 
der  Tabelle  ist  der  für  n  =  1000  Perioden  gültige 
Wert  eingesetzt;  in  dieser  Größenordnung  liegt 
in  den  meisten  praktischen  Fällen  die  Frequenz 
der  elektrischen  Vorgänge,  bei  denen  die  Ab- 
leitung eine  Rolle  spielt  (Fernsprechströme, 
freie  Schwingungen). 

Da  die  elektrischen  Eigenschaften  einer 
Leitung  ihrer  Länge  proportional  sind,  hat 
man  einem  kurzen  Leitungsstückchen  von 
der  Länge  A  den  Widerstand  RA,  die 
Ableitung  GA,  die  Selbstinduktivität  LA 
und  die  Kapazität  C  A  zuzuschreiben. 
Wenn  A  genügend  klein  ist,  darf  man  sich 
diese  Größen  in  Widerständen,  Spulen  und 
Kondensatoren  zusammengefaßt  denken  und 
erhält  somit  das  in  Figur  1  dargestellte  all- 
gemeine Schema  einer  Leitung. 


HinUUung 


BJXäüeitung 


hlh  '}ÄA 


Fig.  1.      Allgemeines  Schema  einer  elektrischen 
Leitung  oder  eines  Kabels.  | 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


Drückt  man  an  Hand  dieses  Schemas 
die  Spannung  V  (zwischen  Hin  und  Rück- 
leitung) am  Ende  eines  Leitungselements 
durch  die  Spannung  am  Anfang  des  Ele- 
ments aus,  so  erhält  man  die  Gleichung 

Darin  bedeutet  I  den  in  dem  Element 
fließenden  Strom;  t  ist  die  laufende  Zeit, 
X  der  Abstand  des  Elements  von  einem  be- 
liebigen festen  Punkte  auf  der  Leitung;  als 
solchen  wird  man  im  allgemeinen  zweckmäßig 
den  Leitungsanfang  wählen. 

Eine  zweite  Beziehung  erhält  man  aus 
der  Bedingung,  daß  dei  tJeberschuß  des  in 
das  Element  eintretenden  Stromes  über  den 
Strom,  der  in  das  folgende  Element  über- 
tritt, gleich  sein  muß  der  Summe  des  Lei- 
tungs-  und  Verschiebungsstromes  im  Di- 
elektrikum; die  Beziehung  lautet: 

—  ^^  =  GV  +  C  ^  .    .    .    .  (2) 
öx  ^      öt  ^  ' 

Die  Gleichungen  (1)  und  (2)  sind  die  Diffe- 
rentialgleichungen der  Strom-  und  Span- 
nungsverteilung in  einer  elektrischen  Leitung. 
Durch  Elimination  des  Stromes  oder  der 
Spannung  aus  ihnen  ergibt  sich  für  die  noch 
verbleibende  Veränderliche  (hier  mit  '/'  be- 
zeichnet) eine  Differentialgleichung  von  der 
Form : 

^-''f  ^  GR'/.  +  (GL  +  CR)  't  +  LC'-':f  .  (3) 
öx-  '  öt  W      ■ 

Die  Untersuchung  dieser  sogenannten 
,, Telegraphengleichung"  ist  der  Gegen- 
stand vieler  z.  T.  sehr  bedeutender  mathe- 
matisch-physikalischen Arbeiten  gewesen 
(W.  Thomson,  G.  Kirch.hoff,  0.  Heavi- 
side,  Lord  Rayleigh,  H.  Poincare, 
G.  Mie  u.  a.).  Ihren  Ergebnissen  kommt  neben 
dem  allgemeinen  wissenschaftlichen  Interesse 
eine  große  technische  Bedeutung  zu. 

3.  Das  elektromagnetische  Feld.  Die 
Leitungskonstanten  sind  streng  genommen 
zunächst  nur  für  den  Fall  definiert,  daß 
Strom  und  Spannung  längs  der  ganzen 
Leitung  denselben  Wert  haben.  Die  vorher 
gegebene  Ableitung  der  Differentialgleichun- 
gen (1)  und  (2)  schwebt  daher  eigentlich 
in  der  Luft.  Eine  strenge  Betrachtung  muß 
sieh  auf  die  Grundgleichungen  des  elektro- 
magnetischen Feldes  stützen  und  von  diesem 
Ausgangspunkte  her  untersuchen,  ob  und 
unter  w^elchen  Bedingungen  dem  Begriff 
der  Leitungskonstanten  und  damit  den  Glei- 
chungen (1)  bis  (3)  Geltung  zukommt.  Lord 
Rayleigh  hat  zuerst  gezeigt,  daß  dies  der 
Fall  ist,  wenn  die  Leitungslängen,  auf 
denen  merkliche  Unterschiede  in  der 
Stromstärke  und  der  Spannung  vor- 
j  kommen,    beträchtlich    größer    sind, 

40 


62G 


K  abelersclieinun  gen 


als  der  Abstand  der  Hin-  und  Rück- 
leitung. x\ußerdeni  muß  bei  rasch  ver- 
änderliclion  Vorsiäniien  unter  Umständen  ein 
größerer  Wert  R  des  Leitungswiderstandes 
eingesetzt  werden;  nän)licli  stets  dann,  wenn 
sich  der  Strom  auf  dem  Lciterrjuersclinitt 
anders  verteilt,  wie  ein  Gleichstrom. V) 

Aber  selbst,  wenn  die  vorstehende  Be- 
dingung nicht  überall  erfüllt  ist,  liefern  die 
Cileichungen  (1)  und  (2)  doch  eine  wenig- 
stens angenähert  zutreffende  Beschreibung 
der  elektrischen  Vorgänge,  wie  sich  aus  einer 
Untersuchung  von  G.  Mie  ergibt. 

Unter  der  Rayleighschen  Voraussetzung 
über  die  Strom-  und  Spannungsverteilung 
und  bei  vernachlässigbar  kleinem  Wider- 
stände der  Leiter  hat  das  elektromagnetische 
Feld  in  dem  dielektrischen  Räume  zwischen 
der  Hin-  und  Rückleitung  die  folgende 
Beschaffenheit. 

a)  Die  elektrischen  und  die  magnetischen 
Feldlinien  verlaufen  vollständig  in  Quer- 
schnittsebenen. Die  elektrischen  Feldlinien 
entspringen  säiutlich  auf  den  positiven 
Ladungen  auf  der  Oberfläche  des  einen  Leiters 
und  münden  auf  den  negativen  Ladungen 
auf  der  gegenüberliegenden  Oberfläche  des 
zweiten  Leiters.  Die  magnetischen  Feld- 
linien umschlingen  den  einen  oder  den 
anderen  Leiter. 

b)  In  jedem  Querschnitte  kann  die 
elektrische  Feldstärke  (£  von  einem  einwerti- 
gen Potential  abgeleitet  werden.  Hierauf 
beruht  die  Möglichkeit,  die  Kapazität  und 
die  Ableitung  einer  Leitung  auch  bei  räum- 
lich veränderhcher  Spannungsverteilung  zu 
definieren. 

Ist  das  Dielektrikum,  wie  bei  vielen 
Kabeln,  sowohl  hinsichtlich  der  Dielektrizi- 
tätskonstante e  als  auch  der  Leitfähigkeit  / 
(gegebenenfalls  des  dielektrischen  Verlust- 
winkels) homogen,  so  erhält  man  zwischen 
den  Größen  G  und  C  außerdem  die  Be- 
ziehung 


G  =  C 


4.-7C2;. 


(4) 


(c  =  3.10^  km/Sek.) 

c)  In  jedem  Querschnitte  läßt  sich  die 
magnetische  Feldstärke  t'p  von  einem  Vektor- 
potential ableiten.  Daraus  kann  nuan 
die  Berechtigung  des  Begriffes  der  Selbst- 
induktivität einer  Leitung  auch  bei  räum- 
lich veränderlicher  Stromverteilung  er- 
weisen. 

d)  Die  Leiteroberflächen  sind  Aequi- 
notentialflächen  für  beide  Potentiale.     Man 


')  Es  hängt  von  der  Frequenz  der  elektrischen 
Vorgänge  und  von  dem  Stoff  und  den  Ab- 
messungen der  Leiter  ab,  wie  stark  sich  diese 
Erscheinung  bemerkbar  macht. 


kann  daher  den  Nn]l])unkt  beider  in  die  Ober- 
fläclie  des  einen  Drahtes  legen.  Tut  man  dies, 
so  sind  in  dem  ganzen  (^nerschnitt  die  Be- 
träge der  beiden  Potentiale  einander  pro- 
portional. Daraus  kann  man  schließen,  daß 
ihre  Aequipotentiallinien  zusammenfallen. 
Sie  sind  zugleich  die  magnetischen  Feld- 
linien. Diese  schneiden  daher  die 
elektrischen  Feldlinien  überall  senk- 
recht. Dies  gilt  für  beliebige  Leiterformen, 
jedoch  immer  nur  unter  der  (praktisch  im 
allgemeinen  erfüllten)  Voraussetzung,  daß 
der  Ohmsche  Widerstand  so  klein  ist,  daß 
man  die  von  ihm  herrührende  Axialkom- 
ponente des  elektrischen  Feldes  neben  der 
Querkomponente  vernachlässigen  kann. 

Aus  b)  c)  und  d)  läßt  sich  noch  die  wich- 
tige Beziehung 

folgern.  Darin  bedeutet  /<  die  magnetische 
Permeabilität  des  Dielektrikums ;  La  ist  der 
von  dem  magnetischen  Felde  im  Dielektrikum 
herrührende  Anteil  der  Selbstinduktivität. 
Bei  dünnen  Leitern  von  beträchtlichem 
gegenseitigen  Abstände  ist  dies  nahezu  die 
gesamte  Selbstinduktivität  L. 

e)  Da  sowohl  die  elektrischen,  wie  die 
magnetischen  Feldlinien  in  Querschnitts- 
ebenen verlaufen,  fließt  der  auf  beiden 
senkrecht  stehende  elektromagnetische 
Energiestrom  parallel  zu  den  Leiterachsen. 
Seine  Stärke  ist  ©.§,'4  7r,  seine  Richtung 
ist  die  des  Stromes  im  positiv  geladenen 
Leiter.  Berechnet  man  den  gesamten 
Energiestrom  in  einem  Querschnitte,  so  er- 
hält man  das  Produkt  V  I  aus  den  zu  dem 
Querschnitte  gehörigen  Werten  der  Span- 
nung und  des  Stromes.  Bei  der  Uebertragung 
einer  elektrischen  Leistung  fließt  also  die 
Energie  im  Dielektrikum,  nicht  im  Drahte. 
Nur  in  der  Nähe  der  Drähte  besitzt  das 
elektrische  Feld  wegen  des  Ohmschen  Span- 
nungsabfalls in  den  Leitern  eine  kleine 
Längskomponente  (parallel  den  Drahtachsen). 
Ihr  ents])richt  ein  seitliches  Abbiegen  eines 
kleinen  Teiles  des  Energiestromes  in  den 
Draht  hinein,  wo  er  zur  Deckung  des  Energie- 
umsatzes in.  Joulesche  Wärme  dient. 

4.  Wanderwellen  auf  einer  verlust- 
freien Leitung.  4a)  Das  Feld  einer  Wan- 
derwelle. Es  werde  zunächst  ein  elektro- 
magnetisches Feld  von  der  folgenden  Be- 
schaffenheit betrachtet.  In  dem  Räume 
links  von  einer  Ebene  Q  Q  (Fig.  2i  sollen 
die  magnetischen  Feldlinien  überall  in  gU'icluM- 
Dichte  von  oben  nach  unten  verlaufen;  auch 
das  elektrische  Feld  soll  homogen  und  von 
hinten  nach  vorn  gerichtet  sein.  Zwischen 
der  elektrischen  P'eldstärke  ISq  und  der  ma- 
gnetischen Feldstärke  ,§p  soll  die  Beziehung 


Kabelersclieinungen 


627 


bestehoii. 


Darin  ist 

c 


(6) 


(7) 


aiiiienonimen.  In  dem  Kannie  rechts  von 
der  Trenn  ebene  Q  Q  sei  kein  Feld  .  Auf 
Grund  des  Farad  ay  sehen  Induktionsge- 
setzes und  des  Gesetzes  vom  magnetischen 
Kreise  läßt  sich  nun  zeigen  (eine  elementare 
Ableitung  ist  in  der  Elektrot.  Zeitschr.  1913 
S.  1053  angegeben),  daß  ein  derartiger  vSprung 
in  der  Feldverteilung  nicht  bestehen  bleiben 
kann,  sondern  luit  der  Geschwindigkeit  w,, 
(Gleichung?)  sich  nach  rechts  verschieben  muß. 
Dieser  Vorgang  ist  das  Urbild  einer  fortschrei- 


an,  so  wandert  der  Sprung  in  der  umgekehr- 
ten Richtung.  Das  Feld  wird  also  in  diesem 
Falle  abgebaut. 

Der  allgemeine  Fall,  in  welchem  die  Feld- 
stärken in  einem  beliebigen  Stärkeverhältnis 
stehen,  kann  auf  die  beiden  vorher  betrach- 
teten Fälle  (Gleichung  6,  6a)  zurückgeführt 
werden.  Man  denkt  sich  das  wirkliche  Feld 
fö'o5  §0  aus  zwei  Teilfeldern  (5',  ^'  und  ©", 
§"  zusammengesetzt,  von  denen  das  erste 
ciem  Fall  der  Gleichung  6,  das  zweite  dem 
Fall  der  Gleichung  6  a  entspricht.  Mau 
macht  also  den  Ansatz: 

(§„=©'  +  (£";    §„  =  .9y  +  §" 

(S'  =  ,MWo|)' ;      (i"  =  —  /<Wu§". 


<? 

. 

Seitenansicht  des  Feldes.  Aufsicht  auf  die  Trennebene. 


Fi£ 


Elektromagnetisches  Feld  einer  Wanderwelle. 


Raumerstreckung 


Fig.  3.  Oben:  Sprung  in  der 
räumlicluni  Feldverteihmg.  Un- 
ten: StetigeFeldverteilung,  durch 
eine  Reihe  kleiner  Sprünge  an- 
genähert dargestellt. 


tenden  elektromagnetischen  Welle.    Von  ihm 
ausgehend,  läßt  sich  leicht  zeigen,  daß  nicht 
nur  ein  endlicher  Sprung,  sondern  auch  eine  ! 
entsprechende  stetige  räumliche  Veränderung  i 
der  Feldstärke  mit"  der  Geschwindigkeit  w^, ! 
fortwaudern  muß.     Man  braucht  dazu  nur, ! 
wie  in  Figur  3  angedeutet,  die  stetige  yer-  ] 
teilung  sich  durch  eine  Reihe  beliebig  kleiner 
Sprünge  ersetzt  zu  denken.    Jeder  von  ihnen 
wandert  mit  der   (Geschwindigkeit  Wf,,  also 
tut  dies  auch  die  ganze  Verteilung. 

In  einer  solchen  fortschreitenden  Welle 
ist  die  Dichte  der  Energie  des  elektrischen 
Feldes,  d.  i.  die  Größe 

W    —      ^    ^  2 

überall  ebenso  groß,  wie  die  Dichte  der  Ener- 
gie des  magnetischen  Feldes,  nämlich 

Die  Gleichheit  dieser  beiden  Größen  folgt 
aus  der  Beziehung  (6)  ziwschen  den  Feld- 
stärken. 

Kehrt  uuin  in  Figur  2  die  Richtung  eines 
der  beiden  Felder  um,  d.  h.  setzt  man  statt 
der  Beziehung  (6)  die  (Gleichung 

*i'o  =  —  ,«Wo^*&o     •    •    •    •  (6  a) 


Mittels  dieser  1  Gleichungen  können  die  vier 
Größen  (^',  ©",  .^'  und  §"  berechnet  werden. 
Man  erhält 


(S"  =  ^(^o-"2°§o;r=^§o- 


>/tWo 


©n. 


Aus  dieser  Zerlegung  erkennt  man,  daß 
ein  Sprung  im  Felde  im  allgemeinen 
in  zwei  Teilsprünge  zerfällt,  die  in 
entgegengesetzten  Richtungen  mit 
der  nämlichen  Geschwindigkeit  w^ 
forteilen.  Das  gleiche  gilt  natürlich  auch 
von  einer  stetigen  räumlichen  Aenderung 
der  Feldstärke.  Nur  wenn  die  Feldstärken 
gerade  in  der  durch  die  Gleichung  (6)  oder  (6a) 
gegebenen  Beziehung  stehen,  bewegt  sich 
die  gesamte  Verteilung  nach  der  einen  oder 
anderen  Richtung. 

An  den  vorstehenden  Betrachtungen  än- 
dert sich  nichts,  wenn  das  Feld  in  den  zur 
Ebene  Q  Q  (Fig.  2)  parallelen  Ebenen  nicht 
homogen  verteilt  ist.  Wir  können  daher 
z.  B.  auch  die  Feldverteilung  voraussetzen, 
wie  sie  um  eine  Leitung  herrscht,  deren 
Leiterachsen    auf    der    Ebene    Q   Q    senk- 

40* 


628 


Kabelerscheinungen 


recht  stehen.  Denn  auch  in  diesem  Falle 
ist  ja,  wie  bereits  festgestellt  worden  ist, 
das  Feld  ein  ebenes.  Daraus  folgt  der  grund- 
legende Satz,  daß  jede  Aenderung  des 
Feldes  einer  Leitung  in  Richtung  der 
Achsen  im  allgemeinen  zai  zwei  „Ver- 
teilungen" Anlaß  gibt,  von  denen 
die  eine  in  der  Achsenrichtung  vor- 
wärts, die  andere  rückwärts  forteilt. 
Sie  heißen  kurz  ,, Wanderwellen".  Ihre 
Geschwindigkeit  wäre  bei  vollkommen  lei- 
tenden Drähten  gleich  der  Geschwindigkeit 
Wp  im  freien  Räume.  In  Wirklichkeit  bringt 
die  nicht  vollkommene  Leitfähigkeit  der 
Drähte  eine  kleine  Störung  in  dem  Feldbilde 
mit  sich.  In  den  Drähten  selbst  ist  nämlich 
das  elektrische  Feld  in  der  Hauptsache  achsial 
gerichtet;  daher  ents}3richt  der  Vorgang  in 
ihnen  und  an  ihrer  Oberfläche  nicht  dem 
vorher  betrachteten  Bilde.  Dieser  Umstand 
beeinträchtigt  den  Vorgang  der  Wellenaus- 
breitung selbst  nicht  wesentlich,  bringt 
jedoch  eine  Verminderung  der  Wanderungs- 
ijeschwindisfkeit  auf  den  Wert 


1 
l'LC 


(8) 


mit  sich.  Wie  der  Vergleich  der  Ausdrücke 
(5),  (7)  und  (8)  lehrt,  beruht  der  Unterschied 
auf  der  Mitwirkung  des  magnetischen  Feldes 
im  Drahtinnern. 

Für  Freileitungen  Hegen  die  Werte  von 
w  nur  wenig  unterhalb  der  Lichtgeschwindig- 
keit c  =  300  000  km/sec;  für  Kabel  kommen 
geringere  Geschwindigkeiten  in  Betracht 
(vgl.  die  Tabelle  auf  S.  624). 

4b)  Der  Wellen  widerstand.  Auch  aus 
den  Grundgleichungen  (1)  und  (2)  kann  die 
Erscheinung  der  Wanderwellen  gefolgert 
werden.  Für  eine  verlustlose  Leitung 
(R  =  0,  G  =  0)  gestalten  sich  die  Verhält- 
nisse am  einfachsten.  Die  Gleichungen  (1) 
und  (2)  lauten  hier 


;ia) 


Die  Zeichen  I'  und  g  bedeuten  beliebige 
B'unktionen. 

Der  Ansatz  (9)  bedeutet  irgendeine,  durch 
die  Funktion  f  gegebene  räumliche  Span- 
nungsverteilung, die  sich  mit  der  Geschwin- 
digkeit w  in  Richtung  wachsender  x  auf  der 
Leitung  verschiebt.  Er  entspricht  also 
einer  Wanderwelle.  Der  Strom  I  ist 
in  jedem  Punkte  der  Spannung  V  propor- 
tional; die  Konstante  Z  bezeichnet  man  daher 
als  den  ,, Wellenwiderstand"  der  Leitung; 
sie  wird  auch  ,, Leitungscharakteristik" 
genannt.  Ihre  Werte  für  die  wichtigsten 
Leitungsarten  sind  aus  der  Tabelle  CS.  624) 
ersichtlich. 

Die  lineare  Beziehung  zwischen  Strom 
und  Spannung  (das  ,,Ohnische  Gesetz  für 
Wanderwellen")  ist  übrigens  nur  ein  anderer 
Ausdruck  für  die  durch  die  Gleichung  (6)  ge- 
gebene Beziehung  zwischen  den  Feldstärken 
in  einer  Wanderwelle. 

Der  Ansatz  (10)  entspricht  einer  in  Rich- 
tung abnehmender  x  laufenden  Wander- 
welle. In  dieser  Welle  fließt  auch  der  Strom 
in  umgekehrter  Richtung.  Die  Wellenform 
(d.  h.  die  räumliche  Spannungs Verteilung) 
wird  hier  durch  die  Funktion  g  gegeben. 

Die  Beziehung  zwischen  der  Spannung 
und  dem  Strome  einer  Wanderwelle  läßt 
sich  auch  aus  der  Gleichheit  der  magne- 
tischen PJnergie  der  Längeneinheit 

W„,  =  ^  LP 

und  der  elektrischen  Energie  der  Längen- 
einheit 

We  =  ^CV2 

herleiten.  Setzt  man  W,„  =  We,  so  erhält 
man 

v  =  ±il/^  =  ±iz. 


öV_ 
öx 

dt 

öl  _ 

öx 

^öV 
öt 

(2  a) 


Eine  Lösung  dieser  Gleichungen  ist,  wie 
man  sich  durch  Einsetzen  leicht  überzeugt, 
sowohl  der  Ansatz 


als  auch  der  Ansatz 


V  =  f(x— wt)) 


I  = 


Darin  ist 


V  =  g(x-fwt)] 

'-1 


-y 


Das  positive  Vorzeichen  gilt  für  die  vor- 
wärts, das  negative  für  die  rückwärts  laufende 
Welle. 

4c)  Ausbreitung    einer    aufgehäuf- 
ten Ladung.     Auf  einer 
Leitung    sei    in    der   Um- 
gebung   eines    Punktes    P 
(Fig.    4)    auf  irgend    eine 
Weise  —  etwa  durch  einen 
Blitzschlag  -  -  eine  Ladung 
Qo  aufgehäuft  worden.  Ihr 
möge  die  in  Figur  4,  oben   pig.  4.      Ausbrei- 
dargestellteSpannungsver-   tiing  einer  aufge 
teilungVo entsprechen.  Ein     häuften  Ladung. 
Strom   ist  zunächst  nicht 
vorhanden.     Um    den  weiteren  Verlauf  des 
Vorganges  zu  erhalten,  denkt  man  sich  diese 
.(11)   anfängliche  S[)annungs-  uiul  Stromverteilung 
(lurcli   das  Zusammenwirken   zweier    gegen- 


(9) 


^    ■■   ir- 


.(10) 


Kabelerscheimmgen 


629 


läufigen  Wanderwellen  f  und  g  entstanden. 
Man  setze  also 

die  Spannung  V^^  =  f  +  g 
f       p 
die  Stromstärke  =  0  =  ^  —  %. 


Daraus  folgt 


f  =  f  =  ^  V„ 


Das  heißt,  die  ursprüngliche  Verteilung 
spaltet  sich  in  zwei  Wanderwellen  von  halber 
Spannung  auf,  die  nach  beiden  Richtungen 
mit  der  Wellengeschwindigkeit  w  forteilen 
(Fig.  4  unten). 

4d)  Einschalten  einer  Leitung. 
Wird  eine  Leitung  am  einen  Ende  plötzlich 
mit  einer  Stromquelle  von  der  Spannung  E 
verbunden,  so  entsteht  an  dieser  Stelle,  da 
die  Leitung  selbst  noch  spannungs-  und 
stromlos  ist,  ein  Spannungssprung  von  der 
Höhe  E.  In  diesem  Falle  kann,  da  sich  die 
Sprungstelle  am  Leitungsende  befindet,  nur 
eine  —  in  die  Leitung  hineinlaufende  — 
Wanderwelle  von  ihr  ausgehen.  Ihre  Span- 
nung entspricht  der  Höhe  E  des  Sprunges: 
der  zugehörige  Ladestrom  der  Leitung  ist 
demnach 

Die   Spannungs-  (und   Stromjverteilung  für 
den  Zeitpunkt  t^  nach  dem  Einschalten  zeigt 


wärts  in  die  Wickelung  eindringt  und  diese 
teilweise  entlädt. 

Auch  hier  lassen  sich  die  Verhältnisse 
unschwer  übersehen.  Der  Mittelpunkt  M 
der  Wickelung  (Fig.  6  oben)  ist  bei  einer 
symmetrisch  gebauten  Maschine  zugleich 
der  Spannungsnullpunkt;  von  ihm  aus 
steigt  die  Spannung  nach  den  Enden 
der  Wickelung  zu  linear  an  (Fig.  6,  mittleres 
Bild)  bis  auf  den  Wert  E,  der  im  allgemeinen 
gleich  der  halben  Klemmenspannung  P  ist; 
bei  Dreiphasenwickelungen  ist  E  =  P/|/3 
(vgl.  den  Artikel  ,, Wechselströme").  Zj 
sei  der  WelLenwiderstand  der  Leitung,  Z^ 
der  Wellenwiderstand  der  Wickelung.  Im 
Augenblick  des  Einschaltens  entsteht  eine 
in  die  Leitung  eindringende  Welle  f  und  eine 
in  die  Wickelung  zurücklaufende  Welle  g. 
Ihre  Höhen  ergeben  sich  aus  der  Bedingung, 
daß  sowohl  die  Spannungen  V^  und  Vo,  als 
auch  die  Ströme  I^  und  I2  unmittelbar 
vor  und  hinter  der  Schaltstelle  in  jedem 
Augenblick  einander  gleich  sein  müssen: 

Vi  =  f  =V2=E+g 

f  o- 

T    —       —  T    —  —   => 
'  ~  Z:  ~  ^''~        Z, 

Hieraus  folgt 


=  E 


Z1+Z3 


/.:/, 


[I||!llll!ill!i|||!i; 


r^r^o,2E 


Fig.  5.    Einschaltvor-  Fig.  6.    Einschaltvorgang 

gang  mit  einer  Strom-  bei    der    Verbindung    der 

quelle  von  unveränder-  Leitung  mit  einer  Genera- 

licher  Spannung.  torwickelung. 

Figur  5.  Hierbei  ist  vorausgesetzt,  daß  die 
Spannung  der  Stromquelle  bei  der  Entnahme 
des  Ladestroms  nicht  merklich  abfällt.  Dies 
trifft  zu,  wenn  die  Leitung  unmittelbar  aus 
einer  Sammlerbatterie,  aus  einem  großen 
Kondensator  oder  durch  ein  (bereits  an 
der  Stromquelle  angeschlossen  gewesenes) 
Kabel  mit  erheblieh  niedrigerem  Wellen- 
widerstande geladen  wird;  nicht  aber  beim 
Anschluß  der  Leitung  an  eine  Maschinen- 
wickelung, deren  Wellenwiderstand  ebenso 
groß  oder  größer  ist,  als  der  der  Leitung. 
In  dem  letzten  Falle  geht  von  der  Sprung- 
stelle außer  der  in  die  Leitung  eindringenden 
Welle  noch  eine  zweite  AVelle  aus,  die  rück- 


er =  —  K  2 

z,+  z,- 

Das    Verhältnis     der     in     die    Leitung 
laufenden  Welle  f  zu  der  in  die  Wickelung 
eindringenden   Welle  g   hängt  also   nur  ab 
von  dem  Verhältnis  der  Wellenwiderstände. 
'  Im   allgemeinen    wird    Z.>   mehrfach   größer 
1  als  Zi  sein.     Ist   z.  B.   Z.,  =  4Zi,   so    wird 
1  f  =  0,2  E  und  g  =  —  0,8  E.    Die  für  diesen 
1  Fall  t  Sek  nach  dem  Einschalten  eintretende 
Spannungsverteilung  ist  in  Figur  6,  unten, 
gezeichnet.       Besonders    bemerkenswert   ist 
hier  der  starke  in  Wickelung  eindringende 
Spannungssprung.      Wegen  seiner   Steilheit 
tritt  die  volle  Sprungspannung  (=  !g;  =  0,8  E) 
vorübergehend  zwischen  dicht  benachbarten 
I  Windungen  auf,  zwischen  denen  sonst  nur 
[  eine  kleine  Spannung  herrscht.    Ist  die  Iso- 
lation zwischen  den  Windungen  dieser  großen 
,,Ueberspannung"    nicht    gewachsen,    so 
;  wird   sie   durch   einen   Funken    überbrückt. 
'  Durch  diesen  ist  nunmehr  die  leitende  Bahn 
für  einen  in  der  Windung  induzierten  Kurz- 
schlußstrom    von    zerstörender    Stärke    ge- 
schlossen: Die  Wickelung  brennt  aus.    Zur 
\  Vermeidung   dieses    Schadens    gibt   es    vier 
i  Wege. 

j       1.  Genügend  starke  Isolation  der  Win- 
I  düngen  gegeneinander;  dieser  Weg  ist  kost- 
spielig und  bei  hoher  Betriebsspannung  über- 
haupt ungangbar. 


630 


Kabelerscheinimgen 


2.  Verringerung  der  in  einer  Windung 
bzw.  Windungslage  induzierten  v^|)annung 
(durch  geeignete  Anordnung  der  Wickelung) 
auf  einen  so  geringen  Betrag,  daß  der  kurz- 
dauernde TTeberspjiiinungsfunke  den  Licht- 
bogen des  Kurzschinlistronie-!  nicht  einzu- 
leiten vermag.  Wegen  der  Bedingungen,  unter 
denen  ein  Lichtbogen  gezündet  wird,  vgl. 
den     Artikel     ,,Lichtbügenentladung". 

3.  Man  flacht  die  steile  Front  der  in  die 
Wickelung  eindringenden  Welle  ab.  indem 
man  der  Wickelung 

a)  eine  Drosselspule  vorschaltet; 

b)  einen   Kondensator  parallelschaltet. 
Die  Drosselspule  wirkt  dadurch,  daß  sie 

die  mit  dem  Sprung  notwendig  verbundene 
plötzliche  Stromänderung  nicht  aufkommen 
läßt;  der  Kondensator  verhindert  die  plötz- 
liche Spannungsänderung  (vgl.  Abschnitt  4f). 

4.  Man  verbindet  die  Wickelung  mit  der 
Leitung  zuerst  über  einen  ,, Schutzwider- 
st and"  Ro  und  schließt  darauf  den  Wider- 
stand kurz.  Praktisch  geschieht  das  durch 
Verbindung  des  Schutzwiderstandes  mit  einem 
besonders  gebauten  Schalter  (,,Sehutz- 
schalter",  Fig.  7). 

Wicklung  Leitung 

Fig.  7.     Schutzschalter. 

Der  Widerstand  R^  addiert  sich  zum 
Wellenwiderstande  Z^  der  Leitung,  so  daß 
die  rückläufige  Welle 

Z1  +  Z2+  Ro 

bei  ausreichender  Größe  des  Schutzwider- 
standes  beliebig  klein  gemacht  werden  könnte. 
Die  zulässige  Größe  dieses  Widerstandes 
wird  jedoch  meistens  dadurch  begrenzt,  daß 
der  vom  Betriebsstrome  in  ihm  erzeugte  Span- 
nungsabfall beim  Kurzschließen  des  Wider- 
standes seinerseits  Wanderwellen  mit  steiler 
Front  entstehen  läßt,  deren  Höhe  gleichfalls 
möglichst  klein  gehalten  werden  muß.  Der 
günstigste  Wert  des  Schutzwiderstandes 
hängt  also  von  den  Betriebsverhältnissen 
ab  und  kann  deshalb  nur  von  Fall  zu  Fall 
festgestellt  werden. 

4e)  Stromunterbrechung.  Ueber- 
spannungen  werden  auf  einer  Leitung  auch 
bei  plötzlicher  Stromunterbrechung  erzeugt. 
Anfänglich  möge  auf  der  Leitung  ein  Strom 
von  der  überall  gleichen  Stärke  !„  fließen 
(Fig.  8  oberes  Bild).  Wird  der  Strom  in 
irgendeinem  Zeitpunkte  (t  =  0)  an  dem 
einen  Ende  A  der  Leitung  unterbrochen,  so 
entsteht  dort  ein  Sj)rung  in  der  Strom- 
verteilung von  der  Höhe  !(,.  Dem  entsi)ru'ht 
eine  von  da  aus  in  die  Leitung  hineinlaufende 


Wanderwelle  f(x — -wt),  deren  Höhe  sich  aus 
der  Erwägung  ergibt,  daß  ihre  Stromstärke 
f/Z  den  konstanten  Strom  I,,  im  Punkte  A 
in  jedem  Augenblicke  zu  Null  er<i;änzen  muß. 
Das  heißt 


=  -v 


Daraus    folgt,    daß   f   die    konstante    Höhe 
—  loZ  hat.     Nach  t  Sek  hat  die  Welle  das 

Stück  wt  auf  der  Lei- 

tung  zurückgelegt;  die 
zugehörige  Stromver- 
teilung zeigt  das  mitt- 
lere Bild  der  Figur  8; 
die  Spannungsvertei- 
lung ist  in  dem  unteren 
Bilde  dargestellt. 

Der  Vorgang  läßt 
sich  auch  in  der  folgen- 
den Weise  beschrei- 
ben: Nach  der  Strom- 
unterbrechung zieht 
sich  der  Strom  von  der 
LTnterbrechungsstelle  mit  der  Geschwindig- 
keit w  zurück;  dabei  verwandelt  sich  seine 
magnetische  p]nergie 


V" 

-loZ 

L_ 

Fig.  8.    Wanderwellen 

bei     der     plötzlichen 

Unterbrechung        des 

Stromes. 


W. 


l  L^»^ 


in  elektrische  vom  Betrage 
We  =  J  CV2. 

Die  Leitung  wird   somit  auf  die  Spannung 

V  geladen,  für  deren   Größe  sich  aus  dem 
]  Energieprinzip    (Wm  =We)    der    Ausdruck 

|Vl=IoZ 
ergibt. 

Bei  der  Unterbrechung  einer  Stromstärke 
von  \  =  100  Ampere  auf  einer  ober- 
irdischen Leitung  (Z  =  500  Ohm)  entsteht 
also    z.  B.    eine  Spannung   von    der  Größe 

V  =  50  000  Volt. 

Der  hier  betrachtete  Unterbrechungs- 
vorgang spielt  nur  in  Gleichstromanlagen  eine 
wichtige  Rolle.  Beim  Abschalten  von 
Wechselströmen  wird  der  Strom  gewöhnlich 
nicht  eigentlich  unterbrochen,  sondern  unter 
Bildung  eines  Lichtbogens  bis  zum  nächsten 
Durchgang  der  Stromkurve  durch  ihren 
Nullwert  aufrecht  erhalten;  in  diesem 
Augenblick  erlischt  der  Lichtbogen.  Er 
bleibt  erloschen,  wenn  die  Neuzündung 
durch  genügende  Schaltgeschwindigkeit  und 
gute  Abkühhingder  Strombahn  (Oelschalter) 
verhindert  wird.  Li  diesem  Falle  entstehen 
keine  merklichen  Ueberspannungen  beim 
Ausschalten  des  Stromes. 

4f)  Reflexion  der  Wellen.  Beim 
Auftreffen  auf  die  Leitungsenden  werden  die 
Waiulerwellen  im  allgemeinen  reflektiert; 
d.  h.  die  AuftrelTstelle  ist  der  Ausgangspunkt 
einer  neuen,  in  die  Leitung  zurücklaufenden 


Kabelerscheinungen 


631 


Welle.  Die  Beziehung^  zwischen  der  auftref- 
fenden  und  der  reflektierten  Welle  häufjt  ab 
von  der  Beschaffenheit  des  Reflexions- 
punktes. Diese  drückt  sich  in  gewissen  Be- 
ziehungen aus,  die  dort  zwischen  der  Span- 
nung V  und  der  Stromstärke  I  herrschen 
müssen  (Grenzbedingungen),  und  die  im 
allgemeinen  der  Beziehung 

Y  =  I  Z. 

die  in  der  ankommenden  Welle  gilt,  wider- 
sprechen. 

Nur  in  dem  speziellen  Falle,  daß  am 
Leitungsende  ebenfalls  die  vorstehende  Glei- 
chung gilt,  d.  h.  wenn  die  Leitung 
auf  einen   Widerstand   von  der   Größe 

Ro  =  Z 
geschaltet  ist,  tritt  keine  reflektierte 
Welle  auf;  die  Energie  der  ankommenden 
Welle   wird    vielmehr   in   dem    Widerstände 
vollkommen  in  Stromwärme  umgesetzt. 

Ist   dagegen   Rg  nicht  gleich  Z.  so  kann  1 
der  Beziehung  j 

V=RoL  i 

die     am     Leitungsende     notwendig     gelten  ' 
muß,     nur     durch     die     Mitwirkung     einer 
reflektierten  Welle  g  (x  +  wt)  genügt  wer- 
den.    Ist  f  die  ankommende  Welle,  so  hat 
man  in  die  vorstehende  Gleichung 
V  =  f  +  g 

einzusetzen,  und  erhält  alsdann  die  Be- 
ziehung 

g  =  //f, (12) 

worin  tj  den  Reflexionskoeffizienten 

^  =  RoTz ^^^") 

bedeutet.  i 

Für  ein  offenes  Ende  (Rq  =  oo)  nimmt ' 
er   den   speziellen    Wert   t]  =  1    an.      Hier 
wird  demnach  g  =  f  und  daher  die  Span- 
nung (V  =  f  +  g)  bei  der  Reflexion  ver- 
doppelt. 

An     einem     kurzgeschlossenen     Lei- 
tungsende    (Rq  =  0)     wird     7/  =  —  1     und  ' 
g  =  —  f .    Hier  wird  also  die  Stromstärke  j 

Z  J 

bei  der  Reflexion  verdoppelt. 

Diese  beiden  Reflexionsvorgänge  werden 
durch  die  Figur  9  veranschaulicht.  Das 
obere  Bild  zeigt  die  Spannungs-  und  Strom- 
verteilung in  der  ankommenden  Welle  vor 
der  Reflexion;  das  mittlere  Bild  zeigt  die 
Spannungs-  und  Stromverteilung  nach  der 
Reflexion  an  einem  offenen  Ende;  das 
untere  Bild  ergibt  diese  Verteilungen  nach 
der  Reflexion  am  Kurzschluß. 

Mit  Hilfe  dieser  Reflexionsgesetze  kann 


man  u.  a.  auch  den  Einschaltvorgang  einer 
Leitung  von  Anfang  bis  zu  Ende  verfolgen, 
indem    man    die 

I    Spannung 

r' 


Strom 


nach  und  nach 
durch  Reflexion 
an  den  Leitungs- 
enden entstehen- 
den Wellen  be- 
rücksichtigt. Der 
Vorgang  fällt  na- 
türlich sehr  ver- 
schieden aus,  je 
nachdem  die  Lei-  Fig-  9-  Reflexion  der  Wellen 
tuno-  am  fernen  '^^^  offenen  Leitungsende 
End'e  offen,  kurz-  (mittleres  Bild)  und  am  kurz- 
geschlossen oder  geschlossen^.^  Ende  (unteres 
mit  einem  Wider- 
stände verbunden  ist.  Auch  der  Widerstand 
der  Stromquelle  kann  hierbei  berücksichtigt 
werden.  Da  die  Betrachtung  dieser  Einzel- 
])robleme  hier  zu  weit  führen  würde,  wird 
bezüglich  ihrer  auf  die  Literatur  verwiesen. 
Die  Vorgänge  beim  Auftreffen  einer 
Wanderwelle  f^  auf  die  Verbindungs- 
stelle zweier  Leitungen  von  verschie- 
denem Wellenwiderstande  lassen  sich 
gleichfalls  in  sehr  einfacher  Weise  beschrei- 
ben. An  der  Verbindungsstelle  spaltet  sich 
die  Welle  f^  im  allgemeinen  in  eine  reflek- 
tierte Welle  gl  und  eine  Welle  io  auf,  die  in 
die    zweite    Leitung    eindringt    (Fig.     10). 

S:^ f ^ 


Fig.  10. 

Diese  verhält  sich  den  Wanderwellen  gegen- 
über wie  ein  Ohmscher  Widerstand  von  der 
Größe  Rq  =  Z.^.  Die  reflektierte  Welle  gj 
kann  daher  wie  bei  dem  Reflexionsvorgang 
an  einem  Widerstände  aus  der  Glei- 
chung (12) 

gl  =  rjh 
berechnet    werden,    worin    nach    Gleichung 
(12a)  für  7]  nunmehr  der  Wert 


f] 


Zi 


z,  +  z. 


(13a) 


einzusetzen  ist. 

Die  in  die  zweite  Leitung  eindringende 
Welle  f.,  erhält  man  am  einfachsten  aus  der 
Erwägung,  daß  die  Spannung  links  von  der 
Verbindungsstelle  der  Leitungen  (Vi=fi+gi) 
in  jedem  Moment  gleich  der  Spannung  rechts 
von  dieser  Stelle  (Vg  =  fo)  sein  muß: 
2Z, 


f.,  =  fai  +  ^?)  =  fi., 


(13b) 


Zi  +  Zo- 

Beim  Uebergang  von  Wellen  aus 
einer  Freileitung  in  ein  Kabel  ist  im 
allgemeinen  Zj  mehrfach  größer  als  Z.^. 
Dann  wird  gj  nahezu  gleich  — •  f^  und  f, 
beträchtlich  kleiner  als  f^  (Fig.   11).      Der 


632 


Kabelerscheinimgen 


Reflexionsvorgaiij?  iiäliert  sich  hier  dem  an 
einem  Kurzschlüsse  auttretenden;  in  das 
Kabel  dringt  eine  Welle  von  nur  geringer 
Höhe  ein. 


Freileitung   ;       Kabel 

i 

r, 

f  " 

iilH     i                       vnrdcvIU.U..um 

IMMM^^'                 1 

lllllllllllllllllnMr^ll|ll[||lliMllllil>-.     r„n:u'h   rli>r    RpflpvinTi 

Fig.  11.     Reflexion  von  Wellen  aus  einer  Frei- 
leitung an  einem  Kabel. 

Trifft  die  Welle  fj  dagegen  auf  die 
Verbindungsstelle  der  Freileitung 
mit  einer  Wickelung  auf,  so  wird,  weil 
hier  Z^  viel  größer  als  Zj  ist,  g^  nahezu 
gleich  fj  und  fo  nahezu  gleich  2fi.  Die 
Reflexion  ist  also  fast  dieselbe,  wie  an  einem 
offenen  Leitungsende,  und  in  die  Wickelung 
tritt  ein  Spannungssprung  von  nahezu  ver- 
doppelter Höhe   ein   (Fig.   12).      Derartige 


Freileitung '     Wicklung 

rnmm^ 


der  aus  der  Leitung  1  kommt,  und  wie  der 
Strom 

I   -^^ 

der  in  die  Leitung  2  eintritt.     Also 

I  =  I,  =  I,. 
Außerdem  muß  die  Spannung  an  der  Leitung 
1  gleich  sein  der  Spannung  an  der  Leitung  2, 
vermehrt   um   den    Spannungsabfall  in   der 
Spule: 

h  +  ^i  =  U  +  Roi  +  Lo  ^j^- 

Dazu  tritt  noch  die  Bedingung,  daß 
zu  Beginn  des  Vorgangs  (t  =  0)  der  Strom 
1  =  0  sein  muß,  da  die  Spule  einen  plötz- 
lichen Anstieg  des  Stromes  verhindert. 

Mittels  dieser  Beziehungen  lassen  sich  die 
beiden  Wellen  fg  und  g^  berechnen,  wenn  die 
Welle  f^  gegeben  ist.  Besonders  einfach 
gestalten  sich  die  Verhältnisse,  wenn  die 
Welle  fi  konstante  Höhe  besitzt.  Die  Rech- 
nung ergibt  in  diesem  Falle: 

gl 
t'i 


vor  der  Refloxion 


i^TTJiiiiiiliih  }       „ach 


der  Reflexion 


Fig.  12.     Reflexion  von  Wellen  aus  einer  Frei- 
leitung an  einer  Wickelung. 

Verhältnisse  kommen  in  der  Praxis  besonders 
beim  Einschalten  von  Fernleitungen  mit  an- 
geschlossenem Transformator  vor;  in  der 
Tat  hat  man  hierbei  ein  Durchschlagen 
der  Windungen  gegeneinander  häufig  be- 
obachtet. Als  Schutzmittel  schaltet  man  der 
Wickelung  eine  Drosselspule  vor,  oder  man 
legt  einen  Kondensator  zu  ihr  parallel; 
häufig  genügt  auch  eine  Verstärkung  der 
Isolation  der  Endwindungen  (die  weiter 
innen  gelegenen  Teile  der  Wickelung  sind 
wegen  der  Dämpfung  und  Verzerrung  der 
Wellen  weniger  gefährdet). 

Bei  der  Verwendung  einer  Schutz- 
drosselspule (Selbstinduktivität  Lq,  Wi- 
derstand Ro,  Fig.  13)  ergeben  sich  die  fol- 


Fig.  13. 

genden  Verhältnisse.  Der  Strom  I  in  der 
Spule  muß  jederzeit  denselben  Wert  haben, 
wie  der  Strom 

T         ^1  — gl 


^2+ Rfl    Zj 


+ 


2Zi 


Z2+R0  +  Z1      Zo  +  Ro  +  Zj 


(14a) 


fo 


2Zo 


mm^ 


f-Z,-fZ2+Ro\^-^     '/•    •    •  (^^•'^ 

Darin  ist  t  die  „Zeitkonstante"  des  Vor- 
ganges : 

'=z,+z7+Ro  •  •  •  •    ^^^'^ 

Wegen  der  Bedingung  1  =  0  für  t  =  0 
wird  die  Welle  f^  im  ersten  Augenblick  an 
der  Spule  ebenso  reflektiert  wie  an  einem 
offenen  Leitungsende.  In  der  Tat  folgt  aus 
Gleichung  (14a)  für  t  =  0 

gl  -=  fi- 
Zugleich  ist  f.,  =  0.     Der  Endwert,  dem  g, 
zustrebt  (t  =  00) 
hängt  ab  von dem 
Verhältnis       der 

Wellen  wider- 
stände   zueinan- 
der     und      zum 

Spulenwider- 
stande;  er  kann 
positiv   oder  ne- 
gativ sein. 

Der  allge- 
meine Verlauf 
des  Reflexions- 
vorganges  wird  Fig-  14.  Veränderung  einer 
für  drei  aufein-  Spannungswelle  durch  eine 
^  anderfolgende  Drosselspule  (oclereinerbtrom- 
Zeitpunkte  durch 
die  drei  unteren 
Bilder  der  Figur  14  veranschaulicht.  Die 
Schutzwirknng  der  Drosselspule  liegt,  wie  man 
sieht,  darin,  daß  sie  keinen  steilen  Spannungs- 
sprung  hilldurchläßt;   die   weiterwandernde 


welle   durch    einen   Konden- 
sator). 


Kabelerscheinungen 


C3B 


Welle  fg  besitzt  vielmehr  eine  sanft  abgeflachte 
Front.  "Dagegen  erhält  die  reflektierte  Welle 
gl  eine  steile  Front;  die  Leitung  1  wird  also 
von  der  Spule  nicht  geschützt. 

Setzt  man  in  den  Gleichungen  (14a) 
bis  (14c)  Z2  =  0,  so  stellen  diese  den  Re- 
flexionsvorgang an  einem  über  eine  Spule 
geschlossenen  Leitungsende  dar. 

In  vollkommen  analoger  Weise  kann  der 
Reflexionsvorgang  an  einer  durch  einen 
Kondensator  (Kapazität  Cp)  geschützte n 
Verbindungsstelle  zweier  Leitungen 
(Fig.  15)  behandelt  werden. 


^ 


Fig.  15. 

Aus  den  elektrischen  Bedingungen  des 
Problems  ergeben  sich  (für  den  Fall  einer 
auftreffenden  Welle  f^  von  konstanter  Höhe) 
die  Beziehungen: 

gi^Za  — Zi_     2Z,     g._ 
fi       Zi  +  Zo      Z1+Z2       ' 


(15a) 


mit 


fi^Z^+^Z?  ~ 
■  CoZiZg 


V) 


(15b) 


(15c) 


Die  Welle  fg  beginnt  mit  dem  Wert  f.^ 


Zi+Za 

In  dem  Augenblick,  in  dem  die  Welle 
fj  den  Kondensator  erreicht  (t  =  0),  ist 
dieser  noch  ungeladen  und  seine  Spannung 
also  notwendig  gleich  Null.  Die  Reflexion 
verläuft  daher  anfangs  ebenso  wie  an  einem 
Kurzschluß.  Dies  zeigt  auch  Gleichung  (15a) ; 
sie  ergibt  für  t  =  0  den  Wert 

0. 
Der  Kondensator  lädt  sich  allmählich  auf. 

und  in  demsel- 
ben Maße  stre- 
ben die  Wellen 
gl  und  fo  den 
Werten  zu,  die 
sie  ohne  das 
Vorhandensein 
des  Konden- 
sators sofort 
angenommen 
hätten. 

Der         Re- 
flexionsvorganü; 


37 


t 


llUtlTTtK' 


Fig.  16.  Veränderung  einer  wird  in  seinen 
Spannungswehe  durch  einen  Hauptzügen 
Kondensatorfoder  einer  Strom-  durch  die  Fio"ur 
welle  durch  eine  Drosselspule),  iß  veranschau- 
licht. Auch  der 
Kondensator  verhindert,  wie  das  Bild  zeigt, 
die   Bildung  des  Spannungssprunges  nur  in 


der    Welle   f.,,    nicht    in    der    reflektierten 
Welle  gl. 

Es  sei  noch  hervorgehoben,  daß  die  Figur 
16  der  Form  nach  zugleich  auch  den  Strom - 
verlauf  bei  der  Reflexion  an  einer  Drossel- 
spule (Fig.  13)  darstellt,  während  umgekehrt 
der  Strom  verlauf  bei  der  Reflexion  am  Kon- 
densator (Fig.  15)  durch  die  Figur  14  veran- 
schaulicht wird. 

Die  Gleichungen  für  den  Reflexions-  • 
Vorgang  an  einem  Leitungsende,  das  auf 
einen  Kondensator  geschaltet  ist,  erhält  man 
aus  Gleichung  (15  a)  und  (15  c),  indem  man 
in  ihnen  Z,  =  co  einsetzt.  Es  ergibt  sich 
alsdann 

gl  =  fi  (l-2e-v) 

T    —  CqZi. 

Einen  vollkommeneren  Schutz  gegen 
Spannungssprünge  als  der  einfache  Konden- 
sator oder  die  einfache  Drosselspule  ge- 
währen die  in  Figur  17  a  und  17  b  dargestellten 


Leitung! 


Leituni/2 


Fig.  17.     Anordnungen    zur  Beseitigung    steiler 
Wellenfronten. 

Schutzschaltungen.  Trifft  eine  Welle  f 
mit  steiler  Front,  aus  einer  der  beiden 
Leitungen  kommend,  auf  eine  dieser  Schaltun- 
gen auf,  so  wird  sie  dort  zwar  auch  in  eine 
reflektierte  Welle  g  und  eine  hindurch- 
gelassene WeUe  f  aufgespalten.  Diese 
neuen  Wellen  besitzen  jedoch  keine 
steile,  sondern  vielmehr  eine  sanft 
ansteigende  Front.  Die  Wirkung  der 
Schaltungen  übersieht  man  leicht,  wenn 
man  bedenkt,  daß 

1.  jeder  Kondensator  im  ersten  Augen- 
blick wie  ein  Kurzschluß  und 

2.  jede  Drosselspule  im  ersten  Augenblick 
wie  ein  unendlich  großer  Widerstand  wirkt. 

Im  Augenblick  des  Auftreffens  einer  Welle 
verhält  sich  also  jede  der  beiden  angeführten 
Schaltungen  so,  als  ob  die  Leitung,  aus  der 
die  Welle  herkommt,  auf  einen  reinen  Wider- 
stand vom  Betrage  des  Wellenwiderstandes 
Z  dieser  Leitung  geschaltet  wäre  (vgl.  Nr.  4f). 
Die  reflektierte  Welle  beginnt  daher  notwen- 
dig mit  dem  Werte  null.  Dasselbe  tut,  wie 
leicht  ersichtlich,  auch  die  zur  anderen 
Leitung  hindurchgelassene  Welle.  Beide 
Wellen  steigen  stetig  auf  ihren  Endwert  an, 


634 


Kabelcrscheinunc-cii 


und  zwar  pjeschielit  dies  um  so  lan^^sanier, 
je  größer  die  Induktivität  der  Drosselspulen 
und  die  Kai)azität  der  Kondensatoren  ist. 
Die  Hei'lexion  von  Wanderweilen  an 
einem  aus  Spulen,  Kondensatoren,  Wider- 
ständen und  Leitungen  beliebig  zusam- 
mengesetzten Gebilde  ist  im  all- 
gemeinen ein  recht  verwickelter  Vorgang. 
Seine  rechnerische  Behandlung  bietet  aber 
nach  dem  vorstehenden  —  wenigstens  grund- 
sätzlich —  keine  besondere  Schwierigkeit. 
Man  hat  dazu  die  durch  die  Schaltung  ge- 
gebenen Beziehungen  zwischen  den  Strömen 
und  den  Spannungen  aufzustellen.  Die 
Leitungen  spielen  dabei  rechnerisch  dieselbe 
Kelle  wie  Ohmsche  Widerstände  vom  Betrag 
ihres  Wellenwiderstandes  Z.  Stoßen  an  der 
Reflexionsstelle  n  Leitungen  zusammen,  so 
erzeugt  im  allgemeinen  jede  aus  einer  Leitung 
ankommende  Welle  n  neue  Wellen,  die  auf 
den  verschiedenen  Leitungen  von  dem  Re- 
flexionspunkte forteilen.  Zur  Bestimmung 
dieser  n  Größen  ergeben  sich  aus  den  Be- 
dingungen des  Problems  n  Gleichungen, 
und  zwar  im  allgemeinen  Differential- 
gleichungen. Nach  der  Elimination  der 
Unbekannten  bis  auf  eine  verbleibt  eine 
Differentialgleichung,  deren  Ordnungszahl 
mit  der  Anzahl  der  elektrischen  Freiheits- 
grade des  Systems  übereinstimmt  (bei  der  Ab- 
zahlung der  Freiheitsgrade  gelten  hierbei 
die  Leitungen  als  Widerstände). 

4g)  Vielfache  Reflexionen;  Reso- 
nanz. Eine  auf  einer  Leitung  irgendwie 
entstandene  Wanderwelle  ergibt  bei  der 
Reflexion  an  den  Leitungsenden  neue  Wellen, 
die  nach  dem  Durchlaufen  der  Leitungs- 
länge abermals  reflektiert  werden,  usf. 
Dabei  kann  sich  schließlich  ein  recht  ver- 
wickelter Vorgang  ausbilden;  unter  geeig- 
neten Verhältnissen  können  auch,  wie  Pe- 
tersen gezeigt  hat.  Resonanzerscheinungen 
auftreten,  die  zuweilen  mit  außergewöhnlich 
hohen  Ueberspannungen  verbunden  sind. 

Grundsätzlich  liegt  dabei  stets  etwa  der 
folgende     Sachverhalt    vor.        Auf    einem ' 
Leitungsstück  A  B  von  der  Länge  1  (Fig.  18)  i 


Fig.  18. 

möge  sich  eine  Wanderwelle  f^  von  A  nach 
B  bewegen  und  im  Augenblick  t  das  Ende  B 
erreichen.  Sie  erzeugt  dort  eine  Welle  g^, 
die  von  B  nach  A  läuft  und  dort  eine  reflek- 
tierte Welle  f.,  ergibt.  Diese  läuft  nun  wieder 
nach  B  hin  und  erreicht  diesen  Punkt  im 
Augenblick  t  -f-  2  T,  wo  T  =  1  |/'LC  =  1/w 
die  „Laufzeit"  einer  Welle  von  A  nach  B 


oder  umgekehrt  bedeutet.  Durch  weitere 
Reflexionen  entstehen  Wellen  fo,  f4  .  .  .  ., 
die  in  den  Zeitpunkten  t  +  4  T,  bezw. 
t  +  6  T  usw.  in  1^  eintreffen.  In  diesem 
Punkt  erfolgen  also  durch  die  ankommenden 
Wellen  in  Zeitabständen  2  T  regelmäßige 
elektrische  Anstöße:  ist  an  B  ein  schwin- 
'  gungsfähiges  System  mit  der  Eigenperiode 
2  T  (oder  einem  ganzzahligen  Bruchteil 
hiervon)  angeschlossen,  so  können  in  ihm 
kräftige  Resonanzschwingungen  entstehen. 
Hierbei  müssen  natürlich  noch  gewisse  Be- 
ziehungen zwischen  der  Art  der  Reflexion 
in  B  und  der  in  A  bestehen;  außerdem 
dürfen  die  Schwingungen  in  dem  an  B  an- 
geschlossenen System  nur  wenig  auf  die 
Vorgänge  in  dem  Leitungsstück  A  B  zurück- 
wirken und  endlich  soll  die  Dämpfung  der 
Schwingungen  gering  sein.  Die  Bedingungen 
für  eine  starke  Resonanz  werden  daher  nur 
ausnahmsweise  erfüllt  sein  und  lassen  sich, 
wenn  nötig,  leicht  beseitigen. 

4h)  Reflexionsfreier  Uebergang. 
Eine  Welle  f^,  die  auf  die  Verbindungsstelle 
der  Leitung  mit  einer  Leitung  von  anderem 
Wellenwiderstande  auftrifft,  spaltet  sich,  wie 
wir  sahen,  in  eine  reflektierte  und  eine  in  die 
zweite  Leitung  übertretende  Welle  auf. 
Es  geht  also  nur  ein  Teil  der  von  der  Welle  f  j 
mitgeführten  Energie  auf  die  zweite  Leitung 
über,  während  der  Rest  in  der  reflektierten 
Welle,  d.  h.  auf  der  ersten  Leitung  verbleibt. 
Bei  Schaltwellen  in  Kraftleitungen  ist  diese 
p]nergieverteilung  oft  erwünscht;  bei  Fern- 
sprechübertragungen bedeutet  sie  aber  eine 
Schwächung  der  ankommenden  Laute.  Man 
hat  daher  hier  nach  einem  möglichst  reflexions- 
freien Uebergang  zwischen  Leitungen  von 
verschiedenem  Wellenwiderstande  zu  streben. 
Zwei  Wege  führen  zum  Ziel. 

1.  Man  verbindet  die  Leitungen  nicht 
unmittelbar  miteinander,  sondern  unter  Ver- 
mittelung  eines  Transformators,  dessen  Ueber- 
setzungsverhältnis  gleich  der  Quadratwurzel 
aus  dem  Verhältnis  der  Wellenw'derstände 
yZi/Zg  der  beiden  Leitungen  ist  (vgl.  den 
Artikel  „Telephon ie"). 

2.  Man  kann  auch,  nach  dem  Vorschlag  von 
Rüden berg,  die  Wellenwiderstände  stetig 
ineinander  üljergehen  lassen,  indem  man  die 
Leitungen  durch  ein  Zwischenstück  mit 
veränderlichen  Leitungskonstanten  verbindet. 
Ist  dieses  Stück  so  lang,  daß  die  räundiche 
Aenderung  des  Wellenwiderstandes  erheblich 
langsamer  erfolgt  als  die  räumliche  Aende- 
rung der  Wellenform  (mit  anderen  Worten: 
daß  sich  die  ganze  Welle  stets  auf  einem 
Leitungsteil  von  so  gut  wie  konstantem 
Wellenwiderstande  befindet),  so  überträgt  es 
jede  Welle  reflexionsfrei,  gleichgültig,  nach 
welchem  sjieziellen  Gesetze  sich  die  Leitungs- 
konstanten    äiulern.       Beim    Fortschreiten 


Kabelerschein  I  mereu 


635 


einer  Welle  über  ein  solches  Stück  ändert 
sich  die  Wellenhohe  proportional  der  Wnrzel 
aus  dem  Wellenwiderstande. 

Die  vorstehende  Voraussetzung  über  die 
Länge  des  Zwischenstücke^  ist  häufig  un- 
bequem oder  praktisch  überhaupt  unerfüll- 
bar. Rüden berg  hat  aber  gezeigt,  daß  auch 
kurze  Zwischenstücke  die  Wanderwellen 
reflexionsfrei  übertragen,  sofern  sich  ihr 
Wellenwiderstand  mit  der  Länge  nach  einem 
bestimmten  Gesetz  ändert.  Für  den  Fall, 
daß  diese  Veränderung  nur  durch  eine  pas- 
sende räumliche  Verteilung  der  Selbst- 
induktivität vorgenommen  wird,  während 
die  Kapazität  der  Längeneinheit  konstant 
bleibt,  heißt  das  Gesetz 

Z  __J. 

Zo  ~  ' 

)(i-y)^ 

Zq  ist  der  Wert  des  Wellenwiderstandes 
am  Anfang  des  Stückes;  y  ist  der  Abstand 
eines  Punktes  vom  Anfang  (in  einem  beliebi- 
gen Maße  ausgedrückt);  Z  bedeutet  den 
Wellenwiderstand  an  dieser  Stelle.  L^as  zu- 
gehörige Gesetz  für  die  erforderliche  räum- 
liche Verteilung  der  Selbstinduktivität  lautet: 

L  1 

Lo''l • 

ni-y)* 

Die  Wellenhöhe  f  ändert  sich  dann  nach 
dem  Gesetz: 


Gl       p  , 

y  =  —  =  Gz/ 
n 

denke  man  sich  nun  nicht  mehr  stetig  ver- 
teilt, sondern  am  Ende  eines  jeden  Elementes 
konzentriert,  wie  in  Figur  19  angedeutet. 
Das  so  entstandene  Gebilde  wird  sich  in 
seinem    Verhalten    der    wirklichen    Leitung 


1 


n  -  y 

Man  baut  das  Zwischenstück  so,  daß 
sein  Wellenwiderstand  mit  dem  Werte  Zo=Zj 
des  Wellenwiderstandes  der  angeschlossenen 
Leitung  beginnt,  und  führt  es  bis  zu  der 
Länge  y'  aus,  bei  der  sein  Wellenwiderstand 
Z  den  Wert  Z^  des  Wellenwiderstandes  der 
zweiten  Leitung  erreicht  hat.  Hier  wird  es 
mit  dieser  Leitung  verbunden.  Die  erforder- 
liche Induktivität  wnrd  man  zweckmäßig 
durch  Einschalten  von  Drosselspulen  in 
kleinen  Abständen  herstellen. 

5.  Energieverluste;  Dämpfung  und 
Verzerrung  der  Wellen.  Li  den  bisherigen 
Betrachtungen  ist  der  Einfluß  des  Wider- 
standes und  der  Ableitung  auf  die  Aus- 
breitung der  Wellen  unberücksichtigt  ge- 
geblieben. Er  läßt  sich  mittels  der  folgenden, 
von  Heaviside  herrührenden  Ueberlegung 
übersehen.  Man  denke  sich  ein  Leitungsstück 
von  der  Länge  1  in  n  gleiche  Teile  von  der 

Länge   z/ =      zerlegt  (Fig.  19).    Den  Wider- 
stand eines  solchen  Elements 


Rl 


und  seine  Ableituns,- 


Fig.   19. 

offenbar  um  so  mehr  nähern,  je  kleiner  die 
Teile  J  gemacht  werden. 

Eine  in  das  erste  Element  eintretende 
Wanderw^elle  f^  spaltet  sich  beim  Auf- 
treffen auf  die  Widerstände  q  und  y  auf 
in  eine  reflektierte  Welle  g^  und  eine  in 
das  zweite  Element  übertretende  Welle 
f^.  Für  diese  erhält  man  auf  Grund  der 
elektrischen  Bedingungen  an  der  Reflexions - 
stelle  (und  unter  Vernachlässigung  von 
Gliedern,  die  das  Produkt  der  beiden  sehr 
kleinen  Größen  q  und  ;'  enthalten)  die 
Beziehungen  ' 

h={l-ß^)io     •    •    •   .  (16) 
go=öz/fo (17) 

worin    ß  und   o   nur   Abkürzungen   für   die 

Ausdrücke 


o ^  j_  CrZ 

R      GZ 


(18) 
(19) 


=  RJ 


2Z        2 

bedeuten. 

Nach  Zurücklegung  der  Länge  des  zweiten 
Elementes  spaltet  sich  die  Welle  fj  abermals 
in  eine  reflektierte  Welle 

gl  =  ö-^fi 
und  eine  in  das  dritte  Element  übertretende 
Welle 

auf.  So  geht  der  Vorgang  weiter.  Die  am 
fernen  Leitungsende  ankommende  Welle 
hat  daher  die  Größe 

f„=(l-M)"fo  =  (l-f)"io. 

Nimmt  man  die  Teilung  enger  und  enger 
und  geht  man  schließlich  zur  Grenze  n  =  cx) 
über,  so  verwandelt  sich  die  n-te  Potenz  in 
die  Exponentialfunktion,  und  man  erhält 
somit: 

fn  =  foe-^' (20) 


636 


Kabelerscl  leinungen 


Der  Wellen  köpf  wird  also  beim  Duroli- 
laufeii  der  Leituiiii;  \vej!,eii  der  Eiiergieverhiste 
nach  dem  Exponent ialge-^etze  e-.^i  gedämpft. 
Die  Größe  ß  heißt  daher  der  (räumliche) 
„Dämpfungsexponent".  Die  vorstehende 
Betrachtung  lehrt  außerdem,  daß  die  Fort- 
pflanzungsgeschwindigkeit w  =        ^  durch  j 

die  Energieverluste  nicht  geändert  wird. 

Die  Dämpfung  kann  auch  auf  die  Lauf- 
zeit t=—  der  Welle  bezogen  werden: 
w  "^ 

f„  =  f„e-'"vv  =  f„e^'"  .    .    .  (20a) 
Darin  bedeutet  also 

"  =  ^^  =  2l+2C-   ■    ■  (!'''> 
den  zeitlichen  Dämpfungsexponenten. 

Bisher  haben  wir  nur  clas  Verhalten  des 
Wellenkopfes  betrachtet.  Es  läßt  sich  ver- 
hältnismäßig einfach  beschreiben.  In  dem 
nachfolgenden  Teil  der  Welle  herrschen  da- 
gegen im  allgemeinen  sehr  verwickelte  Ver- 
hältnisse, die  davon  herrühren,  daß  jede 
der  reflektierten  Wellen  g  nach  Zurücklegung  ; 
der  Länge  ^  abermals  aufgespalten  wird,  i 
und  so  fort.  Hierdurch  entsteht  eine  Ver- 
zerrung der  Wellenform,  die  komplizierten 
Gesetzen  folgt,  und  die  um  so  stärker  zutage 
tritt,  je  weiter  die  Welle  auf  der  Leitung 
gelaufen  ist.  Ein  Maß  für  die  Größe  der 
Verzerrung  auf  der  Längeneinheit  ist  die 
Stärke  der  auf  ihr  entstehenden  reflektierten 
Wellen,  die  nach  Gleichung  (17)  der  Größe 
o  proportional  ist.  Diese  kann  daher  als  \ 
,, Verzerrungsfaktor"  bezeichnet  werden.  | 

6.  VerzerrungsfreieLeitung.  Heaviside 
hat  darauf  hingewiesen,  daß  der  Verzerrungs- 
faktor   verschwindet,    wenn    zwischen    den 
Leitungskonstanten  die  spezielle  Beziehung 
R:L  =  G:C (21) 

herrscht  (vgl.  Gleichung  19).  Mit  ö  =  0  ver- 
schwinden sämtliche  reflektierten  Wellen  und 
damit  entfällt  auch  die  Verzerrung  der  Wellen- 
form. Auf  einer  derartigen  Leitung  erleiden 
die  Wellen  beim  Fortschreiten  nur  eine 
Dämpfung  (Amplituden Verringerung). 

Wie  die  Tabelle  S.  624  zeigt,  unter- 
scheiden sich  auf  den  natürlichen  Leitungen  ' 
die  Werte  von  ß  und  o  nicht  beträchtlich  von- 
einander. Daraus  ergibt  sich,  daß  das  letzte 
(Ableitungs-)  Glied  in  (ileichung  (18)  und 
(19)  neben  dem  Widerstandsglied  R./2  Z  nur 
eine  nebensächliche  Rolle  spielt.  Die  Be- 
dingung der  Verzerrungsfreiheit  (Glei- 
chung 21)  ist  daher  bei  diesen  Leitungen 
bei  weitem  nicht  erfüllt.  Um  ihr  zu  ge- 
nügen, müßte  man  die  Ableitung  G  beträcht- 
lich vergrößern.  Dies  bedeutet  aber  nach  ; 
Gleichung  (18)  auch  eine  erhebliche  Ver- 
mehrung  der   Dämpfung,    die    meist    uner- 


wünscht ist,  weshalb  die  verzerrungsfreie 
Leitung  keine  praktische  Bedeutung  er- 
langt hat. 

7.  Allgemeiner  Fall.  Die  allgemeinen 
Gesetze,  die  die  Strom-  und  Spannungs- 
verteilung auf  Leitungen  von  beliebiger 
Länge  und  mit  beliebigen  Werten  der 
Leitungskonstanten  darstellen,  sind  ziemlich 
verwickelt  und  können  auch  nicht  auf  ele- 
mentarem Wege  hergeleitet  werden. 

f]ine  gewisse  Uebersicht  über  die  Er- 
scheinungen, die  hier  auftreten  können,  läßt 
sich  dadurch  gewinnen,  daß  man  die  vier 
Größen:  Länge  (x),  Zeit  (t),  Spannung  (V) 
und  Strom  (I)  in  neuen  Einheiten  ausdrückt, 
die  man  in  gewissem  Sinne  als  die  der 
Leitung  eigentümlichen  (oder  natürlichen) 
Einheiten  bezeichnen  kann.  Man  führt  also 
neue  Variable  X  (Länge),  T  (Zeit),  U  (Span- 
nung) und  K  (Stromstärke)  ein,  indem 
man  setzt: 

T 


x  =  -- 

o 


t 


,r  U        ^ 

V  =  -  e 


■/'T . 


wa 


(22  a') 


(22  b) 


Darin  sind  0,  w  und  Z  die  schon  früher  be- 
nutzten Größen;  y  hat  den  Wert 


ß- 


(22c) 


Durch  Einsetzen  dieser  Größen  in  die 
Grundgleichungen  (Gleichungen  1  und  2)  läßt 
sich  zeigen,  daß  die  neuen  Größen  U  und  K 
(Spannung  und  Strom)  sich  aus  einer  einzigen 
Funktion  F  ableiten  lassen,  die  der  Diffe- 
rentialgleichung 


ö^F 


2  öF      ö^F 


(23^ 


genügt.  Es  ist  die  Normalform  der  Telegra- 
phengleichung (Gleichung  3).  Aus  F  ergeben 
sich  Spannung  und  Strom  wie  folgt: 

öF       K  =  ^  S  .    .    .  (24) 


U  = 


öX 


öT 


In  den  Gleichungen  (23)  und  (24)  sind  die 
Leitungskonstanten  nicht  mehr  explizite 
enthalten;  durch  die  in  den  Gleichungen 
(22a)  und  (22b)  ausgedrückte  Transformation 
werden  also  alle  möglichen  Leitungen 
auf  eine  einzige  zurückgeführt. 

Der  Verlauf  der  elektrischen  Vorgänge 
auf  einer  Leitung  hängt  unter  sonst  gleichen 
Umständen  wesentlich  von  der  Leitungslänge 
ab.  Es  kommt  jedoch  hierfür,  wie  aus  den 
Gleichungen  (23)  und  (24)  hervorgeht,  nicht 
die  tatsächliche  Länge  x  =  1,  sondern  eine 
reduzierte  Länge  X  =  lo  in  Betracht.  Diese 
(^röße  werde  das ,, Längenmaß"  der  Leitung 
genannt.  Es  ist  seiner  Dimension  nach  eine 
reine  Zahl.  Auf  Leitungen  von  gleichem 
Längenmaße    haben    die    elektriscluMi 


Kabelerscheinuni'cn 


631 


Vorgänge    denselben    Charakter,    wiej 
verschieden  die  Leitungen  sonst  auch 
seien. 

Wie  wir  sahen,  spielt  die  Ableitung  auf 
den   natürlichen   Leitungen   meist   nur   eine 
bescheidene  Nebenrolle.    Die  Größen  ß  und  . 
ö  unterscheiden  sich  demzufolge  nicht  viel  j 
voneinander  (vgl.  die  Tabelle  auf  S.  624),  so 
daß  man  im  allgemeinen  nach  Gleichung  (22c)  [ 
y  =z  0    und    daher    e— ;t  —  i    setzen    darf. 
Jedoch   auch   mit   dieser   Vereinfachung   ist  I 
die    wirkliehe    Berechnung    eines    Leitungs-  \ 
vorgange=i  mittels  der  Gleichungen  (22a)  bis ' 
(24)    häufig    noch    ein    schwieriges    mathe- 
matisches Problem. 1)   Glücklicherweise  lassen 
sich  viele  praktisch  wichtige  Fälle  durch  ge- 
wisse Näherungslösungen  sehr  einfach  und 
mit   völlig   ausreichender    Genauigkeit   dar- 
stellen.  Dabei  spielt  der  Begriff  des  Längen- 
maßes eine  wichtige  Rolle. 

a)  Ist  nämlich  das  Längenmaß  klein 
(::  1),  so  darf  man  die  Wellenverzerrung 
vernachlässigen.  Die  Energieverluste  werden 
in  diesem  Falle  durch  den  Dämpfungsfaktor 

e— ^^,  bezw.  e— «' 
(Gleichungen  18,  18a)  genügend  berücksich- 
tigt,   den    man    der    für    eine    verlustfreie 
Leitung  geltenden  Lösung  (Abschnitt  4)  ein- 
fach als  Faktor  hinzuzufügen  hat. 

Dieses  Verfahren  liefert  deshalb  brauchbare 
Ergebnisse,  weil  der  Vorgang  auf  kurzen 
Leitungen  infolge  der  Dämpfung  merklich 
abgeklungen  ist,  bevor  die  Wellenverzerrung 
sich  störend  bemerkbar  gemacht  hat. 

b)  Bei  sehr  großen  Werten  des  Längen- 
maßes, etwa  10  und  mehr,  darf  man  die 
Selbstinduktivität  der  Leitung  vernach- 
lässigen. Auf  diesen  langen  Leitungen  und 
Kabeln  werden  nämlich  die  Wellenimpulse 
durch  die  vereinte  Wirkung  der  Kapazität 
und  des  Widerstandes  so  stark  abgerundet 
und  verflacht,  daß  nur  langsame  Strom- 
änderungen vorkommen,  bei  denen  in  Glei- 
chung (1)  das  Glied 

L  -    neben  RI 
öt 

vernachlässigt  werden  kann.  Da  auch  d-.s 
Ableitungsglied  G  V  praktisch  keine  Be- 
deutung hat,  werden  hier  die  Gleichungen 
(1)  und  (2)  mit  denjenigen  identisch,  die  für 
die  Wärmeleitung  in  einem  langen  Stabe 
gelten.  In  dieser  Form  ist  das  Problem 
der  Stromausbreitung  in  langen  Kabeln 
zuerst  von  W.  Thomson  behandelt  worden 
(vgl.  den  Artikel  ,,TeIegraphie"). 

Wie  ein  Blick  auf  die  Werte  von  o  in  der 
Tabelle  auf  S.  624  lehrt,  fallen  unter  die  Klasse 
a   alle    Starkstrom-Kraftübertragungsleitun- 


^)  Kurven,  welche  den  zeitlichen  Verlauf  des 
Stromes  in  verschiedenen  Punkten  einer  sehr 
langen  Leitung  darstellen,  sind  in  dem  Artikel 
,,Telegraphie"  mitgeteilt. 


gen  (Freileitungen  bis  1000  km  und  Kabel  bis 
100  km  Länge);  zur  Klasse  b  gehören  ins- 
besondere alle  mehr  als  300  km  langen 
Telegraphenkabel. 

Bei  Fernsprechleitungen  hat  die  Be- 
trachtung frei  fortschreitender  Wellen  eine 
geringere  Bedeutung,  da  die  Fernsprech- 
ströme wie  rein  periodische  Vorgänge  be- 
handelt werden  können;  wegen  dieser  wird 
auf  den  Artikel  ,,Telephonie"  verwiesen. 

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Mathematischen  Wissenschaften,  ßd.  5  Art.  18. 
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( Vgl.  auch  Eleklrot.  Zeit.fchr.  1913,  S.  774-  — 
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1910.  S.  163,  192;  1911,  S.  258,  899,  928,  947: 
1912,  S.  94s,  979,  1289,  1321;  1913,  S.  1053. 
—  Derselbe,  Narhr.  d.  Kgl.  Ges.  d.  Wiss. 
Göttingen,  mnth.-phys.  Klasse  1910,  S.  4^5.  — 
Derselbe,  Archiv  der  Mathematik  und.  Physik, 
III.  Reihe,   Bd.   iS,  S.  230.     Leipzig  und  Berlin 

1911.  —  Derselbe,  Archiv  für  Elektrotechnik, 
Bd.  1,  S.  47,  Berlin  1912.  —  A.  G.  Webster, 
Bull.  Amer.  Math.  Soc,  Bd.  18,  S.  244.  New 
York  1912. 

K.    W.    Wagner. 


638 


Kahlltauni  —  Kaloiiiiiotiio 


Kalilhaiiin 

Georg. 

Geboren  in  Berlin  am  8.  April  1853,  hat  nach 
Lehr-  und  Wanderjahren  an  den  Universitäten 
Heidelberg,  Berlin  und  Strasburg  sich  in  Basel 
niedergelassen,  wo  er  als  Dozent  und  Professor 
der  physikalischen  Chemie  bis  zu  seinem  Tode. 
der  ihn  am  28.  August  1905  in  der  Laborato- 
riumsarbeit ereilte,  gewirkt  hat. 

Während  er  die  physikalische  Chemie  durch 
wichtige  Experimentaluntersuchungen  l)ereichert 
hat,  die  sich  besonders  mit  den  /^us;.  mmenhängen 
zwischen  Dampfdruck  und  entsprechenden  Tem- 
peraturen für  organische  Stoffe  befaßt  haben, 
lag  der  Schwerpunkt  seines  Wirkens  in  der 
historischen  Forschung.  Das  Werden  und  Wach- 
sen, die  Geschichte  chemischer,  überhaupt  natur- 
wissenschaftlicher Beobachtungen  und  Vorstel- 
lungen zu  erforschen,  dazu  war  er  besonders  aus- 
ersehen durch  die  ihm  eigene  kritische  Begabung. 
Von  seinen  zahlreichen  Veröffentlichungen  auf 
diesem  Gebiete  sind  die  in  den  von  ihm  heraus- 
gegebenen Monographien  aus  der  Geschichte  der 
Chemie  (Leipzig)  in  8  Bänden  erschienenen 
am  wertvollsten.  Sie  haben  reiches  Licht  gebracht 
in  die  Geschichte  der  Entstehung  und  Verbreitung 
von  chemischen  Theorien,  sowie  in  die  Lebensläufe 
unserer  großen  Forscher  ( B  e  r  z  e  1  i  u  s  , 
Liebig,  Wo  hier,  S  c  h  ö  n  b  e  i  n).  In  den 
von  ihm  mit  dem  Historiker  der  Medizin 
K.  Sudhoff  1902  begründeten  ,,^Iitteilungen  zur 
Geschichte  der  Medizin  und  der  Naturwissen- 
schaften" hat  Kahlbaum  eine  große  Zahl 
treffender  höchst  lebendiger  und  eigenartiger 
Besprechungen  von  Werken,  die  sich  auf  Ge- 
schichte   der    Chemie    beziehen,    veröffentlicht. 

Literatur.     Nekrologe  von  Sudhoff  und  Struntz 

in    df-n  Mitteilungen   zur    Gesrldchte    der  Natur- 
ivissenschußen  1905,    V  und  Ber.  38,   42S9. 

i'.  V.  Meyer. 


Kalisalze. 


Ygl.  den   Artikel  .,Salzlasi;crstätten' 


Kalorimetrie. 

1.  Allgemeines.  2.  Wärmeeinheiten.  Kalorie. 
3.  Spezifische  Wärmen  bei  konstantem  Druck  cp 
und  bei  konstantem  Volumen  Cv.  4.  Atomwärme. 
Molekularwärme.  Gesetz  von  Du  long  und 
Petit.  5.  Methoden  zur  Bestimmung  der  spezi- 
fischen Wärme  Ca  bei  konstantem  Druck.  All- 
gemeines. 6.  Mischungsmethode.  7.  Kalorifer 
von  Andrews.  8.  Quecksilberkalorinicter. 
9.  Kalorimetrische  Bombe.  10.  Junkerssches 
Kalorimeter.  11.  Eiskalorimeter.  12.  Dampf- 
kalorimeter. 13.  Erkaltungsmethode.  14.  Elek- 
trische Methode.  Allgemeines.  15.  Relative 
elektrische  Methode.  16.  Methode  der  kontinuier- 
lichen Strömung.  17.  Bestimmung  der  spezifi- 
schen Wärme  Cv  der  (iase  bei  konstantem  Volu- 
men: a)  Methode  des  Dampfkalorimeters,  b)  Ex- 
plosionsmethode, c)  Elektrisclie  iMethode  nach 
fernst.   18.  Verhältnis  der  spezifischen  Wärmen 


Cp/cv  der  Gase.  Bestimmung  durch  adiabatische 
Volumenänderung:  a)  Methode  von  Röntgen, 
b)  Methode  von  Luinmer  und  Pringsheim. 
19.  Verhältnis  der  spezifischen  Wärmen  Cp/cv 
der  Gase.  Akustische  Methode.  20.  Tabellen 
der  spezifischen  Wärmen:  a)  Feste  Körper, 
b)  Plüssigkeiten.  c)  Gase  und  Dämpfe,  d)  Ver- 
hältnis C|/cv  bei  Gasen  und  Dämpfen. 

1.  Allgemeines.  Um  einen  Körper  von 
einer  tieferen  Temperatur  auf  eine  höhere 
Temperatur  zu  erwärmen,  muß  man  ihm 
eine  bestimmte  Wärmemenfj;e  zuführen;  um- 
gekehrt, um  ihn  um  das  gleiche  Temperatur- 
intervall abzukühlen,  muß  man  ihm  dieselbe 
Wärmemenge  entziehen.  Die  Ermittelung 
dieser  Wärmemenge,  der  Wärmekapazi- 
tät des  Körpers  zwischen  der  höheren  und 
der  tieferen  Temperatur,  ist  die  Aufgabe 
der  Kalorimetrie. 

Die  Bestimmung  irgendeiner  Wärme- 
menge setzt  das  Vorhandensein  einer  Wärme- 
einheit voraus,  welche  zunächst,  wie  jede 
Einheit,  willkürlich  gewählt  werden  kann. 
Ist  die  Einheit  einmal  festgesetzt,  so  erlauben 
die  Methoden  der  Kalorimetrie,  zu  bestimmen, 
wievielmal  die  Wärmekapazität  eines  Kör- 
pers zwischen  zwei  Temperaturen  größer  ist 
als  die  Wärmeeinheit.  Diese  Verhältnis- 
zahl, bezogen  auf  die  Masse  von  lg  des 
Körpers  und  auf  1"  C  Temperaturintervall, 
d.  h.  die  Zahl,  die  angibt,  wievielmal  die 
lg  des  Körpers  um  1"  C  erwärmende  Wärme- 
menge größer  ist  als  die  Wärmeeinheit,  nennt 
man  die  spezifische  Wärme  des  Körpers. 

Die  auf  lg  und  1"  C  bezogene  Wärme- 
kapazität eines  Körpers  und  seine  spezifische 
Wärme  werden  also  unter  Zugrundelegung 
derselben  Wärmeeinheit  durch  die  gleiche 
Zahl  ausgedrückt,  nur  ist  die  Wärmekapa- 
zität eine  benannte,  die  spezifische  Wärme 
eine  unbenannte,  eine  reine  Verhältniszahl; 
Wärmekapazität  und  spezifische  Wärme 
stehen  also  zueinander  in  einer  ähnlichen 
Beziehung,  wie  wir  sie  bei  Dichte  und  spezi- 
fischem Ciewicht  (vgl.  den  Artikel  ,, Dichte 
und  spezifisches  Gewicht"  unter  i 
schon  früher  kennen  gelernt  haben.  — 
Die  der  Wärmekapazität  und  der  spezifischen 
Wärme  gemeinsame  Zahl  ändert  sich  beim 
Uebergang  von  einer  Wärmeeinheit  zu  einer 
anderen. 

2.  Wärmeeinheiten.  Kalorie.  Die 
Wärmeeinheiten  sind,  ebenso  wie  Dichte  und 
spezifisches  Gewicht  zunächst  mit  dem  Ver- 
halten des  Wassers  verknüpft  worden  und 
führen  hier  alle  den  gemeinsamen  Namen 
Kalorie.  In  allen  Fällen  wird  neben  dei' 
schlechtwog  Kalorie  genannten  Wärmeein- 
heit, der  Grammkalorie  (g-Kal),  welche  sich 
auf  die  Veränderung  von  lg  Wasser  bezieht 
und  als  Einheit  allein  mit  dem  absoluten 
Maßsystem  verträglich  ist,  bei  großen  Wärine- 
kapiizitäten      noch     die     Kilogrammkalotie 


Kaloiimetric 


639 


(kg-Kal)  benutzt.  In  den  ICreisen  der  physi- 
kalischen Chemiker  ocbraucht  man  auch  woh] 
die  100f,'-Kal,  doch  ist  iln-e  Verwendung 
wenig  gerechtfertigt  und,  weil  leicht  zu  Irr- 
tümern Veranlassung  gebend,  nicht  emp- 
fehlenswert. 

Man    unterscheidet    folgende     Kalorien: 

1.  Die  150- Kalorie  (löo-Kal,  Kai  15),  die 
Wärmemenge,  w^elche  lg  Wasser  bei  lö" 
(von  14,5'^  auf  15,5'*)  um  1°  erwärmt.  Diese 
ursprünglich  von  Warburg  empfohlene  Ka- 
lorie ist  in  neuerer  Zeit  fast  allgemein  zur 
Geltung  gelangt;  die  genaue  Temperatur- 
angabe war  erforderlich,  weil  sich  die  spe- 
zifische Wärme  des  Wassers  (vgl.  Tab.  20b) 
etwas  mit  der  Temperatur  ändert. 

2.  Die  Regnaultsche  Kalorie  von  0" 
auf  l",  die  lange  Zeit  gebraucht  worden  ist; 
sie  ist  nahezu  gleich  1,008  Kai  15. 

3.  Die  mittlere  Kalorie,  der  hundertste 
Teil  der  Wärmemenge,  die  1  g  Wasser  von 
0°  auf  100°  erwärmt;  sie  kann  der  15''-Kalorie 
innerhalb  der  Fehlergrenzen  der  bisherigen 
Bestimmungen   als   gleich   erachtet  werden. 

4.  Die  Eiskalorie,  die  zum  Schmelzen 
von  lg  Eis  von  0"  erforderliche  Wärme- 
menge (vgl.  den  Artikel ,, Latente  Wärme" 
unter  2);  sie  ist  gleich  80,0  Kal^g. 

5.  Die  Dampfkalorie,  die  zur  Verdamp- 
fung von  lg  Wasser  von  100"  erforderliche 
Wärmemenge  (vgl.  den  Artikel  „Latente 
Wärme"  unter  3);  sie  ist  gleich 
538  Kalis. 

Die  neuere  Kalorimetrie  berücksichtigt, 
daß  jede  Wärmemenge  einer  Arbeitsmenge 
äquivalent  ist  und  mißt  darum  auch  die 
Wärmemenge  nach  Arbeitseinheiten.  Die 
Arbeitseinheit  im  absoluten  CGS-System 
ist  das  Erg,  d.  h.  diejenige  Arbeit,  welche 
1  g  an  einem  Orte,  wo  die  Beschleunigung 
durch  die  Schwere  gleich  1  cm/sec-  wäre, 
um  1  cm  heben  würde.  Der  Arbeitswert 
der  lö^-Kalorie  wird  zurzeit  einheitlich 
gleich  4,189.10^  Erg,  oder  da  10'  Erg'=l  Watt- 
sekunde oder  1  Joule  sind,  gleich  4,189  Watt- 
sekunden oder  Joule  angenommen;  in  Wirk- 
lichkeit ist  er  wohl  um  etwa  1  Promille  oder 
4  Einheiten  der  letzten  angegebenen  Dezimal- 
stelle kleiner.  Umgekehrt  ist  dann,  das 
Wärmeäquivalent  von  1  Wattsekunde  oder 
1  Joule  gleich  0,2378  Kai  15. 

3.  Spezifische  Wärmen  bei  konstantem 
Druck  C|,  und  bei  konstantem  Volumen  Cv 
Führt  man  einem  Körper  Wärme  zu,  so  wird 
in  der  Regel  nicht  die  gesamte  Wärmemenge 
dazu  verbraucht,  um  die  Temperatur  des 
Körpers  zu  erhöhen;  ein  Bruchteil  der  auf- 
gewendeten Wärmemenge  dient  vielmehr 
dazu,  zugleich  das  Volumen  des  Körpers  zu 
vergrößern,  also  Arbeit  gegen  eine  äußere 
Kraft,  den  äußeren  Druck  zu  leisten.  Stellt 
man  sich  vor,  daß  man  auf  irgendwelche 
Weise  die  Ausdehnung  des  Körpers  hindern 


!  würde,  so  würde  der  letztgenannte  Bruchteil 
ganz  fortfallen,  und  es  würde  die  gesamte 

i  zugeführte    Wärmemenge    zur    Temperatur- 

i  erhöhung  des  Körpers  verwendet  werden. 
Um  also  eine  gleiche  Temperaturerhöhung 
des  Körpers  zu  erhalten,  müßte  man  in  dem 
ersteren  Falle  der  ungehinderten  Ausdehimng 
ihm    eine    größere    Wärmemenge    zuführen, 

I  als  im  letzeren  Falle,  wo  sein  Volumen  kon- 

I  stant  gehalten  wird.  Man  unterscheidet 
demnach  zwei  Arten  spezifischer  Wärmen, 
die  eine  Cp  bei  konstantem  Druck,  die  andere 
Cv  bei  konstantem  Volumen,  von  denen 
Cp>Cv  ist. 

Bei  festen  und  flüssigen  Körpern  ist  die 
Wärmeausdehnung     verliältnismäßig    klein; 

I  demzufolge  ist  auch  der  Unterschied  zwischen 
Cp  und  Cv  nur  gering.  Die  Thermodynamik 
erlaubt  den  Unterschied  Cp  —  Cv  zu  be- 
rechnen.    Der  experimentellen  Bestimmung 

I  ist  aber  nur  Cp  zugänglich,  das  also  für  uns 

j  hier  allein  ein  Interesse  bietet. 

Bei  den  Gasen  kommt  dagegen  der  bei 
ungehinderter  Ausdehnung  zur  Leistung 
äußerer  Aj'beit  verbrauchte  Bruchteil  der 
gesamten  zugeführten  Wärmemenge  gegen- 
über dieser  sehr  w^ohl  in  Betracht  und  wird 
sogar  von  der  gleichen  Größenordnung. 
Infolgedessen  sind  auch  Cp  und  Cv  wesentlich 
voneinander  verschieden.  Beide,  Cp  und  Cv, 
lassen  sich  experimentell  ermitteln,  und  die 
kinetische  Gastheorie  berechnet  den  Unter- 
schied zwischen  beiden 

e  _c    -  ^»""»^ 

Kjy)         Lv    T        ' 

wo  Vo  das  spezifische  Volumen,  d.  h.  den 
reziproken  Wert  der  Dichte  des  Gases  beim 
Drucke  po,  a  den  Ausdehnungskoeffizient 
des  Gases  und  J  das  mechanische  Wärme- 
äcpiivalent  d.  h.  den  Arbeitswert  der  Kalorie 
(vgl.  unter  2)  bezeichnen. 

Außer  Cp  und  Cv  einzeln  läßt  sich  auch 
ihr  Verhältnis  Cp/Cv  nach  unten  näher  zu 
beschreibenden  Methoden  bestimmen;  theo- 
retisch hat  dies  Verhältnis  für  einatomige 
Gase  den  Wert  5/3. 

Die  spezifischen  Wärmen  sind  abhängig, 
vom  Druck  und,  wie  wir  es  unter  2  schon 
bei  der  spezifischen  Wärme  des  Wassers 
gesehen  haben,  auch  von  der  Temperatur. 

Diesbezügliche  experimentelle  Ergebnisse 
pflegt  man  durch  Interpolationsformeln  dar- 
zustellen, die  dann  natürlich  nur  innerhalb- 
der  Versuchsgrenzen  Gültigkeit  haben. 

Neuere  Versuche,  insbesondere  von 
Nernst  und  seinen  Schülern  haben  ergeben, 
daß  die  spezifische  Wärme  der  festen  Körper 
sehr  stark  abfällt,  wenn  man  zu  den  tiefsten 
Temperaturen  hinabsteigt,  wie  sie  durch 
verflüssigte  Gase  gehefert  werden.  Beispiels- 
weise sinkt  die  spezifische  Wärme  des  Kupfers . 
bei  Annäherung  an  den  Siedepunkt  des 
Wasserstoffs  (etwa  —  250'')  auf  etw'a  V25  ihres 


G40 


Kalüi-imetrie 


Wertes  bei  Ziiiunerteinperatur,  ja  die  spezi- 
fische Wanne  des  Diamants  wird  schon 
vorher,  bei  etwa     -  230'',  unmeßbar  klein. 

Die  Erklärung  dieser  starken  Temperatur- 
abhängigkeit der  spezifischen  Wärme  bot 
nach  den  bisherigen  molekuharkinetischen 
Anschauungen,  \vek;he  eine  gleicl)mäßige 
Energieverteihing  im  festen  Körper  an- 
nehmen, unüberwindbare  Schwierigkeiten. 
Erst  Einstein,  der  in  Anlehnung  an  die 
Plancksche  Quantentheorie  der  Strahlung 
auch  für  die  Wärmebewegung  eine  quanten- 
hafte Verteilung  der  Energie  einführte, gelang 
es  die  experimentellen  Befunde  dem  theore- 
tischen Verständnis  nahezubringen.  Eine  von 
Nernst  und  F.  A.  Lindemann  abgeänderte 
Beziehung  endlich  stellt  die  beobachteten 
Resultate  vollständig  dar. 

Man  unterscheidet  mittlere  und  wahre 
spezifische  Wärmen.  Unter  der  mittleren 
spezifischen  Wärme  versteht  man  einen 
Zahlenwert,  der  aus  Beobachtungen  zwischen 
zwei  in  der  Regel  weiter  auseinander  liegen- 
den Temperaturen  für  dies  Intervall  be- 
rechnet wird.  Die  meisten  älteren  Bestim- 
mungsmethoden lieferten  solche  mittleren 
spezifischen  Wärmen.  Ist  die  mittlere  spe- 
zifische Wärme  einer  Substanz  zwischen 
einer  Anfangstemperatur  und  einer  Reihe 
Endtemperaturen  durch  eine  Formel  wieder- 
gegeben, so  findet  man  die  wahre  spezifische 
Wärme  bei  einer  Zwischentemperatur  durch 
Integration  der  Gleichung. 

Die  neueren  kalorimetrischen  Methoden 
insonderheit  die  elektrischen  Methoden  er- 
lauben bei  der  experimentellen  Bestimmung 
der  mittleren  spezifischen  Wärmen  das  be- 
nutzte Temperaturintervall  so  klein  zu 
wählen,  daß  die  spezifische  Wärme  innerhalb 
dieses  ganzen  Intervalls  merklich  als  kon- 
stant angesehen  werden  kann.  Die  mittlere 
spezifische  Wärme  wird  dann  zur  wahren 
spezifischen    Wärme    in    diesem    Intervall. 

4.     Atomwärme.  Molekularwärme. 

Gesetz  von  Dulong  und  Petit.  In  manchen 
Fällen  ist  es  von  Vorteil  und  erleichtert 
die  Ueberlegungen,  wenn  man  die  spezifische 
Wärme  nicht  auf  1  g  der  Substanz,  sondern 
auf  ein  Grammatom  oder  ein  Grammolekül 
bezieht,  d.  h.  nicht  die  gewöhnlichen  spezi- 
fischen Wärmen  c,,  und  Cy,  sondern  die 
Atomwärmen  oder  Molekularwärmen, 
das  sind  die  mit  dem  Atomgewicht  oder  dem 
Molekulargewicht  M  multiplizierten  spezi- 
fischen Wärmen  MC|,  =  Cp,  Mcv  =  Cv  in 
Rechnung  setzt.  Beispielsweise  nimmt  der 
unter  3  mitgeteilte  Ausdruck  für  c,,  — Cy 
bei  einem  vollkommenen,  d.  h.  bei  einem 
Gase,  in  dem  die  Ausdehnung  nicht  von 
einer  inneren  Arbeitsleistung  begleitet  ist, 
die  einfachere  Form  an 


WO   R=l,985  die  sogenannte   Gaskonstante 
bedeutet. 

Eine  andere  Beziehung  ist  das  Dulong- 
Pe titsche  Gesetz,  welches  besagt,  daß  die 
Atoinwärmc  für  die  verschiedenen  chemischen 
Elemente  im  festen  Aggregatzustand  ungefähr 
denselben  Wert  6,4  hat.  Infolge  der  neueren 
Resultate  über  die  starke  Temperatur- 
abhängigkeit der  spezifischen  Wärme  (vgl. 
unter  3)  ist  dies  Gesetz  entsprechend  zu 
modifizieren. 

5.  Methoden  zur  Bestimmung  der  spe- 
zifischen Wärme  Cp  bei  konstantem  Druck. 
Allgemeines.  Unter  allen  Bestinimungs- 
methoden  nimmt  die  Mischungsmethode, 
die  auf  dem  Wärmeausgleich  zweier  mit- 
einander in  direkte  Mischung  oder  Berüh- 
rung gebrachten  Massen  beruht,  den  ersten 
Platz  ein.  Ihr  Anwendungsgebiet  ist  ein 
überaus  reichhaltiges  und  außer  dem  hier 
gedachten  Zwecke  dient  sie  fast  ausschließlich 
zur  Messung  der  verschiedenen  Arten  auf- 
tretender Wärmemengen,  worüber  im  Ar- 
tikel „Latente  Wärme"Näheres  verzeichnet 
ist.  — ■  Einige  besonders  interessante  Apparate, 
welche  gleichfalls  die  Mischungsmethode  zur 
Voraussetzung  haben,  sollen  weiter  unten 
erläutert  werden;  es  sind  das  der  Kalorifer 
von  Andrews,  die  Berthelotsche  kalori- 
metrische Bombe  und  das  Junkers  sehe 
Kalorimeter. 

Nachdem  einmal  die  Schmelz-  und  Ver- 
dampfungswärme mit  Hilfe  der  Mischungs- 
methode bestimmt  war  (vgl.  den  Artikel 
,, Latente  Wärme"  unter  2  und  3),  lag  es 
nahe,  die  hierfür  gefundenen  Werte  als  be- 
kannt anzunehmen  und  mit  ihrer  Hilfe  wieder 
spezifische  Wärmen  zu  ermitteln.  Auf  dieser 
Ueberlegung  beruhen  das  Eiskalorimeter 
und  das  Dampfkalorimeter,  von  denen 
namentlich  das  erstere  zeitweilig  große 
Verbreitung  gefunden  hatte. 

Nur  noch  historisches  Interesse  besitzt 
die  von  Dulong  und  Petit  in  die  Meßtechnik 
eingeführte  Erkaltungsraethode,  die  zwar 
nur  einer  geringen  Genauigkeit  fähig  ist, 
hier  aber  doch  der  Vollständigkeit  halber 
besprochen  werden  soll. 

Endlich  treten  in  neuerer  Zeit  die  elek- 
trischen Methoden  mehr  und  mehr  in 
den  Vordergrund.  Die  erste  von  Pfaundler 
angegebene  Methode  benutzt  noch  die  ge- 
wöhnliche Form  des  Mischungskalorimeters 
und  Wasser  dient  als  Vergleichsflüssigkeit. 
Die  neueren  Methoden  machen  sich  auch 
hiervon  frei  und  erhalten  den  Charakter 
absoluter  Messungen;  man  bestimmt  also 
so  nicht  mehr  die  spezifischen  Wärmen,  son- 
dern direkt  Wärmekapazitäten  in  abso- 
lutem Maße. 

6.  Mischungsmethode.  Die  Mischungs- 
methüde  läßt  sich  mit  geringfügigen  Modi- 


Kalorimetiie 


641 


fikatioiien  zur  Bestimmung-  der " spezifischen  |  festem  Körper  und  Flüssigkeit  in  Be- 
Wärme von  festen  Körpern,  Flüssigkeiten  trieb  gesetzt  werden  muß,  das  ins  Ka- 
und  Gasen  anwenden.  Wir  wählen  den  Fall  lorimeter  tauchende  Thermometer  u.  a.  m. 
eines  festen  Körpers  als  Beispiel.  Als  Kalori-  Man  hilft  sich  hier  einerseits  dadurch,  daß 
meter  dient  ein  mit  Flüssigkeit,  im  ein-  man  die  Massen  aller  dieser  festen  Teile 
fachsten  Falle  mit  Wasser  von  der  Temperatur  möglichst  klein  macht,  z.  B.  die  Gefäßwan- 
Ti  gefülltes  passend  großes  Gefäß.  Wird  \  düngen  aus  sehr  dünnem  Blech  herstellt, 
der  feste  Körper  auf  die  höhere  Temperatur  '  andererseits,  daß  man  für  Gefäßwandungen, 
T3  erwärmt  und  dann  in  das  Kalorimeter  Rülirer  usw.  Materialien  mit  möglichst 
beworfen,  so  werden  beide  ihre  Temperatur  geringer  spezifischer  Wärme,  wie  Silber, 
ändern,  der  feste  Körper  wird  sich  abkühlen,  \  Platin  u.  dgl.  benutzt.  Der  unvermeidliche 
das  Wasser  im  Kalorimeter  wird  sich  er- 1  Rest  der  festen  Bestandteile  des  Kalorimeters 
wärmen  und  beide  zusammen  werden  schließ-  wird  in  die  Rechnung  eingeführt,  indem  man 
lieh  die  gleiche,  zwischen  T^  und  T3  gelegene  für  die  einzelnen  Teile  das  Produkt  aus  Masse 
Temperatur  T2  annehmen.  und  spezifischer  Wärme  bildet.    Die  Summe 

Ist  m  die  Masse  des  festen  Körpers  und   aller  dieser  Produkte  ergibt  ihren  Wasser- 
c    seine     unbekannte     mittlere     spezifische   wert,    d.  h.  den  Betrag,    um  den  man  die 


Wärme  zwischen  T,  und  T3,  ferner  w  die 
Masse    der    Kalorimeterflüssigkeit    mit    der 


Masse  des  Wassers  als  Kalorimeterflüssigkeit 
rechnerisch  vermehren  muß,    um   von   dem 


bekannten    mittleren    spezifischen    Wärme  Einfluß   der  festen   Teile   des    Kalorimeters 

zwischen  Ti  und  T,  c^,  so  ist  klar,  daß  die  absehen  zu  können.  —  Rein  experimentell 

letztere    durch    die    Berührung    mit    dem  kann  man  in  der  Weise  verfahren,  daß  man 

festen  Körper,  da  sie  sich  von  T^  auf  Tg  einen  Vorversuch  mit  einem  festen  Körper 

erwärmte,  die  Wärmemenge  Cvv.w.(T2  —  Ti)  bekannter  spezifischer  Wärme  ausführt,  in 

aufgenommen,  der  feste  Körper,  der  sich  von  der    vorstehenden    Gleichung    Cw  =  l    oder 

T3  auf  T2  abgekühlt  hat,  die  Wärmemenge  nahezu  gleich  1  setzt  und  w  als  Unbekannte 

c.m.(T3  —  T2)  abgegeben  hat.  Beide  Wärme-  ermittelt.      Das   so   gefundene   w,    das    die 

mengen  müssen,  wenn  keine  Verluste  statt-  Summe  des  Kalorimeterwassers  Wj  und  des 


gefunden  haben,  einander  gleich,  also 
c.m.(T3-T2)-Cu.w.(T2-T,) 
sein,  woraus  folgt 

w     To— Ti 
'~'"-m-T3-T2* 
Ist    die    Kalorimeterflüssigkeit    Wasser, 


Wasserwertes  W  des  Kalorimeters  darstellt, 
wird  dann  wie  vorher  bei  der  Berechnung 
des  Wasserwertes  späteren  Messungen  zu- 
grunde gelegt. 

Mit  der  zweiten  Fehlerquelle  betreten  wir 
das  Gebiet,  das  für  alle  kalorimetrischen 
Messungen  in  stärkerem  oder  geringerem 
Grade  den  wundesten  Punkt  bildet;  das 
so  ist  C\v  nahezu  gleich  1  und  kann,  solange  sind  die  Wärme  Verluste.  Im  Laufe  eines 
es  nicht  auf  höchste  Genauigkeit  ankommt,  1  Versuches  findet  nämlich  nicht  nur  ein 
innerhalb  der  hier  in  Frage  kommenden,  ^  Wärmeaustausch  innerhalb  des  Kalorimeters 
um  Zimmertemperatur  herum  gelegenen  Tem-  statt,  sondern  auch  zwischen  Kalorimeter 
peraturen  durchweg  gleich  1  gesetzt  werden,  und  Umgebung,  sobald  beide  eine  verschiedene 
Für  andere  Kalorimeterflüssigkeiten  kann  Temperatur  haben,  oder  infolge  der  Er- 
Cw  aus  der  Tabelle  20  b  am  Schlüsse  dieses  1  wärmung  des  Kalorimeters  während  des 
Artikels  entnommen  werden.  Versuches     eine     verschiedene     Temperatur 

So  einfach  im  Prinzip,  ebenso  umstand-  erhalten.  —  Auch  hier  gilt  als  oberste  Pegel, 
lieh  und,  man  möchte  fast  sagen,  schwierig  i  die  Wärmeverluste  möglichst  herabzudrücken, 
ist  die  Mischungsmethode  in  ihrer  praktischen  !  indem  man  das  Kalorimetergefäß  außen 
Ausführung.  iJie  Methode  birgt  eine  Reihe  poliert,  es  auf  eine  die  Wärme  schlecht 
von  Fehlerquellen,  die,  da  sie  nur  schwer  '  leitende  Unterlage  stellt  und  mit  schlechten 
ihrem  genauen  Betrage  nach  in  Rechnung  Wärmeleitern  umgibt  oder  in  ein  Bad  kon- 
gesetzt werden  können,  den  Wert  der  Mes- '  stanter  Temperatur  einsetzt;  oft  mögen  in 
sungen  oft  erheblich  herabdrücken.  Nur  die  j  dieser  Hinsicht  auch  die  neuerdings  zur 
hauptsächlichsten  Fehlerquellen  sollen  hier '  Aufbewahrung  verflüssigter  Gase  viel  be- 
angedeutet werden.  nutzten  Vakuummantelgefäße  gute  Dienste 
Bei  der  Ableitung  der  obigen  Gleichung  tun.  —  Den  Einfluß  der  naturgemäßen 
war  vorausgesetzt  worden,  daß  die  ganze  Erwärmung  des  Kalorimeters  sucht  man 
von  dem  Körper  abgegebene  Wärmemenge  durch  einen  von  Rumford  angegebenen 
von  der  Kalorimeterflüssigkeit  aufgenommen  j  Kunstgriff  zu  eliminieren,  der  darin  besteht, 
werde.  In  Wirklichkeit  nehmen  an  dieser  daß  man  die  Anfangstemperatur  des  Kalori- 
Wärmeaufnahme  aber  auch  alle  festen  Teile  meters  ebensoviel  unterhalb  der  Temperatur 
des  Kalorimeters  teil,  z.  B.  die  Gefäßwan-  der  Umgebung  einstellt,  wie  die  erwartete 
düngen,  die  Rührvorrichtung,  die  zu  einem  \  Endtemperatur  oberhalb  derselben  liegt, 
schnellen      Temperaturausgleich      zwischen  '  Wärmezu-  und  -ableitung  heben  sich  dann 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V.  41 


642 


Kalorinietrie 


im  wesentliclien  auf.  Bedingung  für  Anwend- 
barkeit dieses  Kunstgriffes  ist,  die  Tempera- 
turerhöhung im  Kalorimeter  klein  zu  halten ; 
angemessen  ist  etwa  eine  Steigerung  durch 
den  Versuch  um  5°.  —  Die  experimentelle 
Bestimmung  der  Wärmeverluste  während 
des  Versuches  stellt  große  Anforderungen 
an  die  Geschicklichkeit  und  Umsicht  des 
Beobachters.  Die  Methoden  hierfür  sind 
den  jeweiligen  Zwecken  anzupassen  und  ent- 
ziehen sich  darum  einer  kurzen  Beschreibung. 
Im  Prinzip  laufen  alle  Methoden  darauf 
hinaus,  den  Temperaturgang  im  Kalorimeter 
vor  und  nach  dem  eigentlichen  Versuche 
(Vorperiode  und  Nachperiode)  in  genauer 
Abhängigkeit  von  der  Zeit  zu  ermitteln. 
Die  graphische  oder  rechnerische  Extra- 
polation der  Verhältnisse  der  Vor-  und  Nach- 
periode erlaubt  Annahmen  über  das  wahr- 
scheinliche Verhalten  des  Kalorimeters  wäh- 
rend des  eigentlichen  Versuches  zu  machen, 
wenn  es  auch  während  dieser  Zeit  sich  selbst 
überlassen  geblieben  wäre.  Dies  in  Verbin- 
dung mit  den  wirklich  beobachteten  Tat- 
sachen führt  zur  Ableitung  eines  korri- 
gierten Wertes  der  gesuchten  spezifischen 
Wärme. 

Zur  Messung  der  Temperaturerhöhung 
im  Kalorimeterwasser  bedient  man  sich 
meist  des  Quecksilberthermometers.  Viel- 
fach im  Gebrauch  sind  die  sogenannten  Beck- 
mannthermometer, die  nur  einen  geringen, 
durch  Veränderung  der  wirksamen  Queck- 
silbermenge für  verschiedene  Temperaturen 
benutzbaren  Skalenumfang  mit  großer  Grad- 
länge besitzen.  In  neuerer  Zeit  verwendet 
man  auch  Platin widerstandsthermometer,  die 
vor  den  Quecksilberthermometern  den  Vor- 
zug der  geringeren  Trägheit  besitzen. 

Als  Kalorimeterflüssigkeit  dient  meist 
Wasser,  wie  es  auch  in  der  voraufgehenden 
Skizzierung  der  Methode  angenommen  ist. 
Ist  Wasser  nicht  zulässig,  etwa  weil  sich  der 
zu  untersuchende  Körper  unter  Entbindung 
von  Lösungswärme  in  Wasser  löst  oder  sonst 
mit  Wasser  eine  chemische  Reaktion  ein- 
geht, so  verwendet  man  statt  Wasser  auch 
wohl  andere  Flüssigkeiten,  z.  B.  Anilin  oder 
Toluol,  von  bekannter  spezifischer  Wärme. 
Auch  bei  höherer  Temperatur  als  Zimmer- 
temperatur ist  Wasser  nicht  anwendbar, 
weil  es  hier  merklich  verdampft  und  dabei 
Wärme  bindet  (Verdunstungskälte),  die  sich 
dann  der  Messung  im  Kalorimeter  entzieht. 
Man  verwendet  in  solchen  Fällen  hochsiedende 
Flüssigkeiten  mit  geringer  Dampfspannung, 
z.  B.  Paraffinöl. 

Die  Anwendung  der  Mischungsmethode 
erfolgt  für  feste  Körper  und  Flüssigkeiten 
im  wesentlichen  in  derselben  Form.  Beide 
werden  zunächst  in  einem  durch  siedende 
Flüssigkeiten    oder    Dämpfe    äußerlich    ge- 


heizten, gegen  die  äußere  abkühlende  Luft 
sorgfältig  geschützten  Baume  bis  zu  einer 
konstanten  Tem{)eratur  erwärmt  und  dann 
in  das  Kalorinu'ter  geworfen.  Eine  inter- 
essante Form  des  Erhitzungsgefäßes  ist  von 
Neumann  er(hicht  und  von  seinen  Schülern 
viel  benutzt.     Sie  ist  (Fig.  1)  einem  großen 


Fig.  1. 


Hahne  vergleichbar,  dessen  Küken  eine 
Höhlung  zur  Aufnahme  der  zu  untersuchen- 
den Substanz  enthält.  Dieser  Höhlung, 
in  welche  von  der  Seite  her  ein  Thermometer 
eingeführt  ist,  entspricht  im  Hahnmantel 
eine  gleichweite  Oeffnung.  Das  Ganze  wird 
mittels  durchströmenden  Dampfes  geheizt; 
ist  die  gewünschte  Temperatur  erreicht, 
so  hat  man  nur  nötig,  das  Küken  im  Hahn- 
körper zu  drehen,  um  die  Substanz,  deren 
spezifische  Wärme  bestimmt  werden  soll, 
ins  Kalorimeter  fallen  zu  lassen. 

Aehnliche  Erhitzungseinrichtungen  wie 
für  feste  Körper  können  auch  für  Flüssig- 
keiten zur  Anwendung  kommen.  Zu  berück- 
sichtigen ist  dann  aber,  daß  bei  benetzenden 
Flüssigkeiten  nicht  die  ganze  Masse  aus  dem 
Erhitzungsgefäß  ins  Kalorimeter  gelangt, 
wofür  Korrektionen  eingeführt  werden 
müssen.  Man  kann  die  Schwierigkeit  dadurch 
umgehen,  daß  man  die  zu  untersuchende 
Flüssigkeit  in  Glas-  oder  Metallgefäße  ein- 
geschlossen erhitzt  und  mit  diesen  zusammen 
ins  Kalorimeter  befördert.  In  diesem  Falle 
muß  die  spezifische  Wärme  der  Gefäßsub- 
stanz bekannt  sein  oder  sie  ist  besonders 
zu  bestimmen,  um  in  die  Rechnung  eingeführt 
zu  werden. 

Eine  eigenartige  Anordnung  der  Mi- 
schungsmethode ist  kürzlich  von  Gallen  dar 
zur  Bestimmung  der  Aenderung  der  spezi- 
fischen Wärme  des  Wassers  mit  der  Tem- 
peratur angewendet.  Zwischen  einem  warmen 
(T3)  und  einem  kalten  (Tj)  Reservoir  fließt 
ein  konstanter  Wasserstrom  im  Kreislauf. 
Die  in  beiden  Richtungen  fließenden  Strom- 
teile begegnen  sich  zwischen  beiden  Reser- 
voiren   und    tauschen    hier,    ohne    sich    zu 


KaJorimetrie 


643 


mischen,  lediglich  durch  Leitung'  Wärme- 
mengen aus,  so  daß  sie  diesen  Teil  der  An- 
ordnung, der  vorher  wärmere  mit  der  Tem- 
peratur Ta,  der  vorher  kältere  mit  der  Tem- 
peratur T4  verlassen.  Dann  ist  die  mittlere 
spezifische  Wärme  des  Wassers  zwischen 
Ta  und  T3  gleich  der  mittleren  spezifischen 
Wärme  zwischen  T,  und  T4.  Durch  syste- 
matische Aenderung  der  verschiedenen  Tem- 
peraturen T  hat  C  allen  dar  die  spezifische 
Wärme  des  Wassers  im  ganzen  Intervall 
0  bis  100"  bestimmt. 

Man  könnte  daran  denken,  die  Bestim- 
mung der  spezifischen  Wärme  der  Gase  und 
Dämpfe  ebenso  vorzunehmen,  wie  diejenige 
der  Flüssigkeiten,  nämlich  in  der  Art,  daß  man 
die  Gase  in  ein  Gefäß  einschließt,  mit  diesem 
erwärmt  und  das  Ganze  in  das  Kalorimeter 
einsenkt.  Doch  ist  dieser  Weg  wegen  der 
kleinen  spezifischen  Wärme  der  Gase  ungang- 
bar. Während  bei  Flüssigkeiten  die  Wärme- 
kapazität der  Gefäßwandung  in  die  Rech- 
nung nur  als  Korrektion  gegenüber  der 
Wärmekapazität  der  Flüssigkeit  in  Betracht 
kam,  ist  sie  gegenüber  der  Gasfüllung  so 
groß,  daß  sie  deren  Wärmekapazität  in  die 
Eolle  der  Korrektion  zwingt  und  damit 
unbestimmbar  macht.  Auch  die  Einführung 
einer  größeren  Gasmenge  unter  Druck  in 
das  Umhüllungsgefäß  schafft  im  allgemeinen 
keine  Abhilfe,  da  der  verstärkte  Druck  auch 
eine  Verstärkung  der  Wandungen  des  Ge- 
fäßes nötig  macht  und  sich  die  Masse  des  Ge- 
fäßes also  in  ähnlicher  Weise  vergrößert 
wie  die  Masse  des  Gases  (vgl.  aber  unter  17). 

Die  Schwierigkeit  wird  durch  eine  zuerst 
von  Delaroche  und  Berard  (1813)  an- 
gegebene, später  von  Regnault  zu  hoher 
Vollkommenheit  ausgebildete  Modifikation 
der  Mischungsmethode  behoben.  Man  operiert 
nämlich  nicht  mit  einer  besclu-änkten  Gas- 
menge, sondern  man  schickt  das  Gas,  nach- 
dem es  vorher  in  metallischen  Schlangen- 
windungen erhitzt  ist,  in  einem  konstanten 
Strome  durch  das  Kalorimeter.  Dabei  tritt 
das  Gas  nicht  direkt  in  die  Kalorimeter- 
flüssigkeit ein,  weil  hierbei  die  Lösungswärme 
des  Gases  in  der  Flüssigkeit  das  Resultat 
verfälschen,  in  noch  höherem  Maße  aber 
andere  Unzuträglichkeiten  auftreten  würden, 
sondern  das  Gas  passiert  eine  im  Kalori- 
meter angeordnete  Kühlschlange,  mittels 
welcher  es  die  ganze,  der  gemessenen  Tem- 
peraturerhöhung des  Kalorimeters  ent- 
sprechende Wärmemenge  an  dieses  abgibt; 
zwecks  besseren  Wärmeausgleiches  ist  die 
Kühlschlange  mit  Metallspänen  angefüllt.  — 
Die  benötigten  Gase  kann  man,  wenn  es 
sich  um  weniger  kostbare  Materialien  handelt, 
Luft,  Sauerstoff,  Stickstoff,  Kohlensäure, 
Wasserstoff  usw.,  Stahlbomben  entnehmen, 
in  welchen  sie  unter  Druck  im  Handel  käuf- 


lich sind;  in  diesem  Falle  muß  man  die  Ver- 
unreinigungen des  Gases  bestimmen  und  ihrem 
Einfluß  auf  die  Größe  der  experimentell 
ermittelten  spezifischen  Wärme  der  Haupt- 
substanz Rechnung  tragen.  Die  Menge  des 
durch  das  Kalorimeter  geschickten  "Gases 
wird  in  Annäherung  aus  der  Druckabnahme 
in  der  Stahlflasche  ermittelt;  genauer  kann 
sie  mit  Hilfe  einer  in  den  (jasweg  einge- 
schalteten Gasuhr  oder  mittels  eines  Glocken- 
gasometers bestimmt  werden,  in  dem  man 
das  das  Kalorimeter  verlassende  Gas  auffängt. 
Bei  kostbareren  oder  chemisch  reinen  Gasen 
muß  man  dieselbe  Gasmenge  mehrfach  be- 
nutzen, d.  h.  man  muß  das  Gas  in  einem 
geschlossenen  Stromkreise  in  dauernder 
Wiederholung  durch  den  Erhitzer  und  das 
Kalorimeter  treiben.  Ueber  eine  mögliche 
Anordnung  hierfür  und  über  die  Messung 
der  Gasmenge  vgl.  unter  16. 

Besondere  Sorgfalt  ist  auf  die  Bestim- 
mung der  Wärmeverluste  zu  verwenden, 
die  recht  hohe  Beträge  erreichen  können. 
Man  beobachtet  auch  hier  Vor-  und  Nach- 
periode im  Kalorimeter,  während  der  das 
Versuchsgas  durch  einen  Nebenweg  am  Kalori- 
meter vorbei  geleitet  wird.  Beginn  und 
Ende  des  eigentlichen  Versuches  können 
durch  Umsteuerung  von  Hähnen,  die  während 
dieser  Zeit  das  Gas  ins  Kalorimeter  eintreten 
lassen,  scharf  begrenzt  werden.  Außerdem 
sind  die  Wärmeverluste  von  der  Geschwindig- 
keit des  durchströmenden  Gases  abhängig; 
man  beobachtet  deshalb  bei  verschiedenen 
Geschwindigkeiten  und  eliminiert  so  diesen 
Einfluß. 

Als  Beispiel  für  eine  Anordnung  der 
skizzierten  Art  stellt  Figur  2  das  Versuchs- 
schema dar,  welches  Hol  bor  n  und  Henning 
in  der  Physikalisch-Technischen  Reichs- 
anstalt zur  Bestimmung  der  spezifischen 
Wärme  des  überhitzten  Wasserdampfes  ver- 
wendeten. K  ist  das  eigentliche  Kalorimeter, 
in  das  der  Dampf  von  A  aus  eintrat  und  das 
er  über  G  verließ,  um  in  der  flachen  Kapsel 
C  kondensiert  zu  werden.  Das  Kalorimeter 
war  mit  Paraffinöl  gefüllt,  dessen  Temperatur 
durch  das  Platinthermometer  Thp  oder  das 
Quecksilberthermometer  Th  gemessen  wurde ; 
es  befand  sich  in  einem  großen  Rübölbade, 
das  mittels  der  Heizspule  H'  elektrisch  auf 
115°  geheizt  und  durch  den  Rüluer  R 
kräftig  durchgemischt  wurde.  Die  Menge 
des  das  Kalorimeter  passierenden  Wasser- 
dampfes wurde  durch  Wägung  des  Kon- 
densats in  C  ermittelt. 

7.  Kalorifer  von  Andrews.  Eine  be- 
queme, wenn  auch  nicht  sehr  genaue  Methode 
zur  Vergleichung  der  spezifischen  Wärme 
zweier  Flüssigkeiten  bedient  sich  eines 
Wärmeträgers,  eines  Körpers  mit  einer  be- 
stimmten  Wärmekapazität,   die  er  in   zwei 

41* 


644 


Kalorimetiie 


verscliiedeneii  Versuclion  an  die  beiden  zn 
vergleichenden  Fliissiokeiten  abgibt.  Um 
die  Versn('lisl)e(lingnngen  in  beiden  Fällen 
einander  möglichst  gleich  zn  machen,  bringt 


Fig.  2. 

man  beide  Flüssigkeiten  in  gleicher  Menge 
nacheinander  in  ein  nnd  dasselbe  Kalori- 
meter. Trotzdem  erheischt  anch  hier  die 
Erreichnng  größerer  Genanigkeit  sorgfältiges 
Stndinm  der  Vor-  nnd  Nachperiode. 

Der  Wärmeüberträger  (Kalorifer)  von 
Andrews  ist  ein  gläsernes  thermometer- 
ähnliches Gefäß,  das  etwa  100  g  Qneck- 
silber  enthält;  der  angesetzte  Stiel  trägt 
in  größerer  Entfernnng  voneinander  zwei 
Marken,  eine  obere  nnd  eine  nntere,  vergleich- 
bar dem  Siedepnnkt  nnd  Eispnnkt  eines 
gewöhnlichen  Thermometers.  Man  erhitzt 
den  Wärnieüberträger  über  der  Flamme, 
besser  noch  im  Qnecksilberbade  so  lange, 
bis  der  Quecksilberfaden  im  Stiel  über  die 
obere  Marke  gestiegen  ist.  Dann  läßt  man 
das  Instrument  langsam  erkalten  und  senkt 
es  in  dem  Augenblick,  in  dem  das  sich  zu- 
sammenziehende Quecksilber  die  obere 
Marke  gerade  passiert,  ins  Kalorimeter,  aus 
welchem  es  schnell  wieder  entfernt  wird, 
wenn  das  Quecksilber  die  untere  Marke  er- 
reicht hat. 

Sind  Ci,  nii,  ATi  spezifische  Wärme, 
Masse  und  Temperaturerhöhung  für  eine 
Flüssigkeit,  Cg,  nu,  zlT^  dieselben  Größen 
für  eine  zweite  Flüssigkeit  und  W  der  Wasser- 
wert des  Kalorimeters,  so  ist  abgesehen 
von  den  Korrektionen  die  durch  den  Wärme- 


überträger zugeführte  Wärmemenge  im  einen 
Falle  (Cim,+ W)zlTi,  im  anderen  Falle 
(cama+WjzlT,,  also  gilt  (Cimi+ W)ZlTi  = 
(Camo-f  W)/1T2.  I^^t  der  Wasserwert  des 
Kalorimeters  klein  gegen  die  Flüssigkeits- 
massen ,  wählt  man  ferner  mi  =  m2  und  nimmt 
nun  als  die  zweite  Flüssigkeit  Wasser,  für 
das    bei    Zimmertemperatur    nahezu    C2=l 

AT., 
gesetzt  werden  kann,  so  ist  ^i  =  ^\^^     die 

gesuchte  spezifische  Wärme  wäre  also  in 
diesem  Falle  in  erster  Annäherung  gleich 
dem  Verhältnis  der  Temperaturerhöhungen 
in  beiden  Versuchen. 

Die  Zusammensetzung  des  Kalorifers 
aus  zwei  Materialien  (Glas  und  Quecksilber) 
fordert  gleichmäßige  Abkühlung  des  Instru- 
mentes, sobald  sich  das  Quecksilberende 
der  unteren  Marke  nähert.  Denn  nur  dann 
hat  man  eine  Gewähr  dafür,  daß  beim  Pas- 
sieren dieser  Marke  auch  wirklich  immer 
die  gleiche  Wärmemenge  ans  Kalorimeter 
abgegeben  ist.  Kühlt  man  beispielsweise 
sehr  schnell  ab,  so  sinkt  die  Temperatur  der 
Glashülle  schneller  als  diejenige  des  Queck- 
silbers, das  Instrument  zeigt  also  zu  hoch 
und  hat  somit  beim  Passieren  der  unteren 
Marke  mehr  Wärme  an  das  Kalorimeter  ab- 
gegeben, als  später  in  Rechnung  gesetzt 
wird.  Man  schränkt  die  Größe  dieser  Fehler- 
quelle dadurch  ein,  -daß  man  den  Versuch  so 
einrichtet,  daß  die  Endtemperaturen  des 
Kalorimeters  in  beiden  Versuchshälften  ein- 
ander nahezu  gleich  sind  und  nur  wenig 
unterhalb  derjenigen  Temperatur  liegen,  die 
dem  Stande  des  Quecksilbers  an  der  unteren 
Marke  bei  gleichmäßiger  Durchwärmung 
des  Kalorifers  entspricht. 

8.  Quecksilberkalorimeter.    Das  Queck- 
silberkalorimeter  ist  in  gewisser  Weise  eine 
I  Umkehrung   des  Andrewsschen  Kalorifers. 
In   ein   größeres   geschlossenes   und   mit 
Quecksilber    gefülltes    Gefäß    ist    ein    nach 
außen  offenes  reagenzglasähnliches  Röhrchen 
i  eingesetzt.     Schüttet  man  in  dies  Röhrchen 
I  eine    Flüssigkeit,    deren    Temperatur    höher 
1  ist   als   diejenige   des    Quecksilbers,   so   gibt 
sie  AVärnie  an  dieses  ab.    Die  hierdurch  her- 
vorgerufene   Volumenvergrößerung  wird   an 
I  einem  angesetzten   Steigrohr  abgelesen  und 
\  erlaubt    die   spezifische    Wärme    der   einge- 
schütteten  Substanz  zu  berechnen.  —  Die 
Volumveränderung   des    Quecksilbers   ist  in 
erster  Annäherung  der  zugeführten  Wärme- 
menge    proportional     —     in     Wirklichkeit 
haben  wir  es  ja  nur  mit  der  scheinbaren  Aus- 
dehnung des  Quecksilbers  im  Gefäße  zu  tun; 
hieraus      berechnet     sich     die     spezifische 
Wärme    der    eingeführten    Substanz    nach 
der  Mischungsregel.  —  Das  Kalorimeter  wird 
mit   Wasser   oder   einer   anderen    Substanz, 
deren  spezifisclie  Wärme  bekannt  ist,  geeicht; 


Kaloiimetrie 


645 


besser  noch  mit  Hilfe  einer  belvannten  che- 
mischen Reaktion  (vgl.  den  Artikel  „La- 
tente Wärme''). 

Das  ursprünglich  von  Favre  und  Silber- 
mann angegebene  Quecksilberkalorimeter 
ist  in  der  Folge  mehrfach  abgeändert  und 
verbessert.  Seine  Bedeutung  liegt  weniger 
auf  dem  Gebiet  der  Bestimmung  von  spezi- 
fischen Wärmen;  es  dient  vielmehr  wesent- 
lich der  experimentellen  Ermittelung  von 
Reaktionswärmen,  Wärmetönungen    u.   dgl. 

9.  Kalorimetrische  Bombe.  Die  kalori- 
metrische Bombe  ist  ein  mit  Platin  (Berthe- 
lot)  oder  mit  Email  (Mahler)  ausgekleidetes 
dickwandiges  eisernes  Gefäß  und  dient  fast 
ausschließlich  zur  Bestimmung  von  Ver- 
brennungswärmen. Die  zu  untersuchende 
Substanz  befindet  sich  inmitten  der  Bombe 
auf  einem  Tellerchen.  Nach  erfolgtem  Ab- 
schluß der  Bombe  mittels  aufschraubbarem 
Deckel  wird  die  Bombe  durch  ein  Rohr 
mit  Sauerstoff  aus  käuflichen  Stahlflaschen 
unter  Druck,  25  bis  30  Atmosphären,  gefüllt. 
Die  Einleitung  der  Verbrenining  oder  der 
Explosion  wird  auf  elektrischem  Wege  durch 
einen  Funken  oder  einen  glühenden  iJraht 
bewirkt. 

Während  der  Verbrennung  befindet  sich 
die  Bombe  in  einem  Wasserkalorimeter,  aus 
dessen  Temperaturerhöhung  die  entAvickelte 
Wärmemenge  nach  der  Mischungsregel  ge- 
funden wnrd.  —  Die  Konstanten  des  Wasser- 
kalorimeters, sein  Wasserwert  u.  a.  müssen 
in  der  gewöhnlichen  Weise  bestimmt 
und  in  Rechnung  gesetzt  werden.  Außer- 
dem muß  man  den  Wasserwert  der  Bombe 
nebst  allem  Zubehör  kennen.  Früher  wurde 
dieser  mit  Hilfe  einer  bekannten  Verbren- 
nung oder  einer  anderen  bekannten  chemi- 
schen Reaktion  bestimmt  (z.  B.  liefert  die 
Verbrennung  von  1  g  Naphthalin  9668, 
Benzoesäure  6330,  Rohrzucker  3950g-Kal). 
Neuerdings  führt  man  der  Bombe  eine  ge- 
messene elektrische  Energie  zu  (vgl.  unter  14) 
(Jaeger  und  v.  Steinwehr)  und  beob- 
achtet die  hierbei  auftretende  Temperatur- 
erhöhung im  Kalorimeter.  —  Da  der  Wasser- 
wert der  Bombe,  deren  Wandung  wegen  der 
hohen  vorkommenden  Drucke  sehr  stark 
sein  muß,  gegenüber  der  zu  messenden  Ver- 
brennungswärme recht  erheblich  ins  Gewicht 
fällt,  so  muß  bei  den  Messungen  große  Ge- 
nauigkeit angestrebt  werden. 

IG.  Junkerssches  Kalorimeter.  Das 
Junkerssche  Kalorimeter  dient  zur  Be- 
stimmung der  Verbrennungswärme  von 
Gasen,  insbesondere  von  Leuchtgas.  Das 
verbrennende  Gas  wirkt  erhitzend  auf  einen 
in  einem  Rohre  vorbeigeführten  Wasserstrom 
ein.  Man  bestimmt  die  Menge  m  des  in  1  Se- 
kunde das  Rohr  durchfließenden  Wassers 
in    Gramm,    sowne    den    Temperaturunter- 


schied AT  des  ein-  und  des  austretenden 
Wassers;  das  Wasser  nimmt  dann  in  jeder 
Sekunde  m.zlT  g-Kal  von  dem  verbrennen- 
den Gase  auf.  Ist  andererseits  die  in  der 
Sekunde  verbrennende  Gasmenge  M,  eben- 
falls in    Gramm  gemessen,  so  ist   die   Ver- 

m 

brennungswärme  des  Gases  11? -^T  Kai.   Die 

Wärmeverluste  sind  gesondert  durch  Variation 
der  Versuche  (Geschwindigkeit  des  Wasser- 
stroms, Gasmenge)  zu  bestimmen  und  in 
Rechnung  zu  setzen.  —  Das  Prinzip  des 
Ju  nkersschen  Kalorimeters  werden  wir  später 
unter  den  elektrischen  Methoden,  bei  der 
Methode  der  kontinuierlichen  Strömung 
wiederfinden  (vgl.  unter  16). 

II.  Eiskalorimeter.  Die  einfachste  Form 
des  Eiskalorimeters  wurde  von  Black  bereits 
in  der  Mitte  des  18.  Jahrhunderts  in  die 
Wissenschaft  eingeführt.  Sie  besteht  aus 
nichts  weiter  als  einem  mit  Höhlung  ver- 
sehenen Eisblock,  der  mit  einer  ebenen  Eis- 
platte abgedeckt  wird.  Um  verhältnismäßig 
recht  genaue  Resultate  zu  erhalten,  verfährt 
man  folgendermaßen:  Man  tupft  zunächst 
mit  einem  Scliwämmchen  alles  in  der  Höhlung 
vorhandene  Wasser  aus,  so  daß  diese  ganz 
trocken  erscheiiit.  Dann  führt  man  schnell 
den  auf  die  Temperatur  T"  C  gleichmäßig 
erhitzten  Versuchskörper  in  die  Höhlung  ein, 
verschließt  diese  mit  dem  Eisdeckel  und 
wartet  einige  Zeit,  bis  man  annehmen  kann, 
;  daß  sich  der  Körper  auf  die  Temperatur  des 
schmelzenden  Eises  abgekühlt  habe.  Nun 
I  hebt  man  den  Eisdeckel  ab  und  entfernt 
I  mit  einem  zweiten  vorher  gewogenen 
I  Schwämmchen  alles  Wasser,  welches  sich  in 
1  der  Eishöhlung  gebildet  hat,  auch  dasjenige, 
i  w^elches  etwa  dem  Versuchskörper  anhaftet. 
Durch  erneute  Wägung  des  Schw^ämmchens 
erhält  man  als  Differenz  beider  Wägungen 
die  im  Schmelzprozeß  gebildete  Wassermenge ; 
sie  sei  m  g.  —  Da  zum  Schmelzen  von  lg 
Eis  80  g-Kal  nötig  sind,  so  bedeutet  das,  daß 
der  erwärmte  Körper  bei  der  Abkühlung 
von  T"  auf  0°  im  ganzen  80m  g-Kal  abgegeben 
hat.  Hatte  dieser  Körper  selbst  die  Masse  M, 
so  ist  also  seine  mittlere  spezifische  Wärme 

1    m 
zwischen  0  und   T"^  c=>r,'Ti|'80. 

Lavoisier  und  Laplace  verwendeten 
später  statt  des  Eisblockes  ein  ummanteltes 
Gefäß,  dessen  Mantel  mit  kleinen  Eisstück- 
chen gefüllt  war,  von  denen  das  Schmelz- 
wasser durch  eine  Oeffnung  im  Boden  frei 
abfließen  konnte,  l^m  Schmelzung  des  Eises 
durch  von  außen  zutretende  W^ärme  tunlichst 
zu  verhindern,  war  das  Ganze  nochmal 
durch  eine  Eispackung. umgeben,  auch  durch 
einen  wärmeisolierten  Deckel  geschützt.  Man 
bestimmt  hier  die  Menge  des  abfließenden 
Schmelzwassers  durch  Wägung  oder  im  Meß- 


646 


Kalorimeti'ie 


Zylinder,  wobei  man  die  Genaniftkeit  des 
Resnltatcs  wie  beim  Misc]uinü;skalorimeter 
dnrcli  Beobachtunf^-  einer  Vor-  und  Nacli- 
periode  erhöhen  kann. 

Die  oben  liingesehriebene  Bezielmnp^  iür 
die  spezifische  Wärme  setzt  zu  ihrer  Giiltiji^- 
keit  voraus,  daß  die  zugeführte  Wärme 
lediglich  zur  Eisschmelze  verwendet  wird, 
nicht  mehr  zur  Temperaturerhöhung  nnter 
0°  unterkühlten  Eises.  Diese  Bedingung 
ist  nicht  ganz  leicht  zu  erfüllen.  Nur  langes 
Stehenlassen  der  vorbereiteten  Versuchs- 
anordnung vor  Beginn  der  Beobachtung 
kann  vor  dieser  Fehlerquelle  schützen. 

Einen  ganz  neuen  Weg  betrat  Bunsen 
mit  der  Konstruktion  des  nach  ihm  benannten 
und  seither  viel  gebrauchten  Eiskalori- 
meters.  Bunsen  bestimmte  zwar  auch  die 
Menge  des  geschmolzenen  Eises,  aber  nicht 
wie  seine  Vorgänger  durch  Wägung  des 
Schmelzwassers,  sondern  aus  der  Volumver- 
minderiing,  die  das  Eis  beim  Schmelzen 
erfähi't.  Anderweitig  ausgeführte  Unter- 
suchungen haben  ergeben,  daß  1  g  Eis  von 
O**  das  Volumen  1,0908  ccm,  1  g  Wasser 
von  0°  dagegen  den  Raum  von  1,0001  ccm 
einnimmt.  Beim  Schmelzen  von  1  g  Sub- 
stanz tritt  also  eine  Volumenverminderung 
um  0,0907  ccm  ein;  umgekehrt:  lehrt  die 
Beobachtung,  daß  sich  das  Volumen  um 
1  ccm  vermindert  hat,  so  beweist  das,  daß 
eine  Eismenge  1/0,0907  g  =  11,03  g  ge- 
schmolzen ist. 

\  Eine  der  neueren  Formen  des  Bunsen- 
schen  Eiskalorimeters  (vgl.  z.  B.  MüUer- 
Pouillet  II  2.  9.  Aufl.  S.' 306)  stellt  Figur  3 
dar.    Das    eigentliche    Kalorimeter    ist    ein 

etwa  6  cm  wei- 
tes Rohr ,  in 
welches  von 
oben  her  ein 
engeres  rea- 
genzglasähn- 
liches Rohr  P 
eingeschmolzen 
ist.  Das  Kalori- 
meterrohr ver- 
jüngt sich  nach 
unten  in  ein 
weiteres  Kapil- 
larrohr Q,  das 
zweimal  im 
^r  'f4  rechten  Winkel 

umgebogen  ne- 
ben dem  Kalori- 
meterrohr nach 
oben  aus  der 
Eispackung  S, 
die  das  Ganze 
umgibt,  herausführt.  Das  Kalorimeterrohr 
ist  um  das  reagenzglasähnliehe  Rohr 
herum  mit   einem   Eismantel   E,    der   dann 


noch  verbleibende  Raum  mit  Wasser  W  ge- 
füllt. Nach  außen  hin  wird  das  Wasser  durch 
Quecksilber  Q  begrenzt,  welches  auch  noch 
das  Kapillarrohr  erfüllt  und  in  ein  engeres 
horizontal  verlaufendes  Kapillarrohr  R  über- 
treten kann;  Rist  mittels  des  Guinmistopfens 
K  in  den  Hals  F  des  Rohres  Q  luftdicht  ein- 
gesetzt. Zur  Erhöhung  der  Genauigkeit 
kann  an  die  Stelle  des  Stopfens  ein  Schliff 
treten;  auch  wird  man  zwischen  K  und  R 
zweckmäßigerweise  noch  ein  seitliches,  mit 
Hahn  verschließbares  Rohr  zwecks  genauer 
Dosierung  der  in  Q  und  R  enthaltenen  Queck- 
silbermenge einschalten. 

Die  FüUung  des  Kalorimeterrohres  mit 
destilliertem  Wasser  und  dem  dies  abscliließen- 
den  Quecksilber  bietet  keine  wesentliche 
Schwierigkeit.  Die  Bildung  des  Eismantels 
erfolgt  von  innen  her,  durch  Abkühlung 
im  eingeschmolzenen  Röhrchen  P.  Man 
füllt  das  Röhrchen  P  mit  einer  Kältemischung 
(z.  B.  Schnee  und  Kochsalz,  die  eine  Tempe- 
raturerniedrigung auf  — 21°  C  ergeben); 
besser  noch  füllt  man  die  Kältemischung 
nicht  direkt  in  das  Rohr  P  ein,  da  sie  sich 
später  aus  diesem  mit  ihren  letzten  Spuren 
nur  unbequem  entfernen  läßt,  sondern  man 
schließt  sie  in  ein  engeres  Glasrohr  ein, 
das  man  in  das  Rohr  P  hineinstellt.  Um  die 
Wärmeübertragung  zu  erleichtern,  wird  dann 
P  teilweise  mit  Alkohol  J  gefüllt,  der  auch 
später  bei  den  eigentlichen  Versuchen  mit 
dem   gleichen    Zweck   gute   Dienste   leistet. 

Um  mit  dem  Bunsen  sehen  Eiskalori- 
meter die  spezifische  Wärme  eines  Körpers 
von  der  Masse  M  zu  bestimmen,  erwärmt 
man  ihn  zunächst  wieder  auf  eine  höhere 
Temperatur  T  und  läßt  ihn  alsdann  in  das 
Röhrchen  P  fallen,  das  man,  um  die  Wärme- 
ableitung nach  außen  zu  verhindern,  schnell 
mit  einem  Kautschukstopfen  K'  verschließt. 
In  demselben  Maße  wie  sich  der  Körper  ab- 
kühlt, wird  Eis  geschmolzen,  das  Volumen 
Eis  +  Wasser  verringert  sich  und  infolge- 
dessen wird  Quecksilber  in  das  Innere  des 
Kaloriiueters  eingesaugt.  Man  beobachtet 
das  Volumen  v  des  eingesaugten  Quecksilbers 
an  dem  zu  diesem  Zwecke  geteilten  und  kali- 
brierten genügend  langen  horizontalen  Rohre 
R.  Die  mittlere  spezifische  Wärme  des  Ver- 
suchskörpers zwischen  0  und  T"  berechnet 
sich  dann  zu 

c=  ^-^.11,03  X  80,0  =  ^•jJi-882. 


Fig.  3. 


Obwohl  das  Kalorimeter  durch  den  Eis- 
mantel S  geschützt  ist,  und  man  diesen 
in  der  Regel  noch  durch  einen  weiteren 
Mantel  A  umgibt,  steht  das  Kalorimeter 
doch  dauernd  unter  der  Wirkung  äußerer 
WärnuHMuflüsse.  Infolgedessen  wird  sich 
der  Quecksilberfaden  in  R  ständig  in  — 
wenn  auch  meist  nur  geringer  —  Bewegung 


Kalorimetrie 


647 


befinden,  die  man  wieder  in  Vor-  und  Nach- 
periode zu  beobachten  und  in  Rechnung 
zu  stellen  hat. 

Die  genaue  Kalibrierung  der  Kapillare  R 
kann  umgangen  werden,  wenn  man  das 
Kalorimeter  empirisch  eicht,  d.  h.  die  Faden- 
verschiebung bestimmt,  wenn  in  das  Kalori- 
meterrolir  P  eine  bekannte  Wärmemenge 
eingeführt  wird.  Statt  zu  diesem  Zwecke 
einen  erwärmten  Körper  von  bekannter 
spezifischer  Wärme  zu  benutzen,  eicht  man 
besser  mit  einer  genau  gemessenen  elektri- 
schen Energie  (vgl.  unter  14). 

Die  mit  dem  Bunsenschen  Eiskalori- 
meter erreichbare  Genauigkeit  kann  dadurch 
erheblich  vermehrt  werden,  daß  man  die 
eingesaugte  Quecksilbermenge  nicht  aus  der 
Kuppenverschiebung  im  Kapillarrohr  R, 
sondern  durch  Wägung  bestimmt.  Zu  diesem 
Zwecke  wird  das  Rohr  R  kurz  gehalten  und 
an  seinem  Ende  nach  unten  gebogen.  Es 
taucht  dort  in  ein  untergesetztes  Gefäß 
unter  Quecksilber  ein.  Die  eingesogene 
Quecksilbermenge  wird  als  die  Differenz 
der  Wägungen  dieses  Gefäßes  vor  und  nach 
dem  Versuch  gefunden.  Selbstverständlich 
darf  der  Quecksilberfaden  nicht  durch 
eine  Luftblase  oder  dgl.  unterbrochen  sein, 
vielmehr  muß  die  ganze  Verbindung  vom 
Innern  des  Kalorimeters  bis  zum  unter- 
gesetzten Gefäß  mit  Quecksilber  gefüllt  sein. 
Besondere  Sorgfalt  ist  endlich  darauf  zu 
verwenden,  daß  das  Quecksilber  bei  Ent- 
fernung des  untergesetzten  Gefäßes  vom 
Rohrende  immer  in  derselben  Weise  abreißt; 
man  erreicht  das  nach  dem  Vorgange  von 
Schuller  und  Wartha  dadurch,  daß  man 
das  abwärts  gebogene  Ende  des  Rohres 
in  der  Flamme  zu  einer  kleinen  birnen- 
förmigen Erweiterung  aufbläst  und  das  Ende 
dann  so  abschleift,  daß  eine  ganz  feine  Oeff- 
nung  entsteht. 

Zur  Berechnung  der  durch  W^ägung 
erhaltenen  Resultate  diene  die  Angabe,  daß 
0,015  48  g  Quecksilber  der  lö«- Kalorie  ent- 
sprechen. Sind  also  bei  einem  Versuch  m  g 
Quecksilber  eingesaugt,  so  hat  das  Kalori- 

m 
meter  a Tyrp  jo  lö^-g-Kal  aufgenommen.    Ist 

dies  durch  Einwerfen  eines  Körpers  von 
der  Masse  M  und  der  Temperatur  T"  C 
bewirkt,  so  ist  dessen  mittlere  spezifische 
Wärme  zwischen  0  und  T" 

Im    ^      ^  1    m 

^  "  T    M    0,01548      T  '  M      ' 

12.  Dampfkalorimeter.  Der  zu  unter- 
suchende Körper  von  der  Masse  m  ist  mittels 
eines  feinen  Drahtes  an  die  Wagschale  einer 
empfindlichen  Wage  gehängt  und  befindet 
sich  in  einem  allseitig  geschlossenen  Raum, 
durch  dessen  Decke  der  Aufhängedraht  in 


einer  engen  Oeffnung  hindurchgeht.  Zu- 
nächst wird  die  Wage  mit  dem  daranhängen- 
den Körper  äquililariert.  Dann  läßt  man 
schnell  durch  ein  weites  Rohr  siedenden  ge- 
sättigten Wasserdampf,  der  durch  passende 
Filter  (Drahtnetze)  von  tropfbar  flüssigem 
Wasser  befreit  ist,  in  den  geschlossenen  Raum 
eintreten.  Eine  gewisse  Dampfmenge  wird 
sich  auf  dem  zu  untersuchenden  Körper 
niederschlagen  und  ihn  dabei  allmählich 
von  der  Anfangstemperatur  T"  auf  die 
Siedetemperatur  T  des  eintretenden  Dampfes 
erwärmen.  Ist  die  kondensierte  Menge  Wasser, 
die  man  durch  abermaliges  Aequilibrieren 
der  Wage  als  Differenz  beider  Wägungen 
findet,  gleich  w,  so  sind  538  w  Kai  an  den 
zu  untersuchenden  Körper  abgegeben^  der 
sich  dabei  von  Tq  auf  T  erwärmt  hat.  Ist  c 
seine  mittlere  spezifische  Wärme  zwischen  Tq 
und  T,  so  gilt  also  c.m.(T  — To)=538  w, 
woraus 

■    _  w      538 

^  ^  m  ■  T^to 

folgt. 

Soll  die  Methode  genaue  Resultate  geben, 
so  hat  man  darauf  zu  achten,  daß  kein 
kondensiertes  Wasser  etwa  durch  Abtropfen 
verloren  geht,  gegebenenfalls  muß  man  dies 
auffangen  und  besonders  wägen.  —  Auch  ist 
darauf  zu  achten,  daß  die  Verdampfungs- 
wärme im  allgemeinen  nicht  genau  538  Kai 
beträgt,  sondern  von  der  Siedetemperatur 
und   somit    vom    Barometerstand   abhängt. 

In  neuerer  Zeit  ist  die  Methode  des 
Dampfkalorimeters  vielfach  in  umgekehrter 
Form  benutzt  worden,  indem  man  die  spezi- 
fische Wärme  nicht  aus  der  kondensierten 
Menge  einer  Substanz  (Wasser),  sondern  aus 
der  verdampften  Menge  einer  Substanz 
ermittelte.  Besonders  elegant  wird  diese 
Form  der  Methode,  wenn  man  den  zu  unter- 
suchenden Körper,  der  sich  auf  Zimmer- 
temperatur befindet  oder  auf  eine  andere 
Temperatur  vorgewärmt  oder  abgekühlt 
war,  in  flüssige  Luft,  flüssigen  Sauerstoff, 
flüssigen  Wasserstoff  oder  dgl.  einsenkt. 
Die  verdampfte  Substanzmenge  wird  ge- 
funden, indem  man  das  gebildete  Gas  auf- 
fängt und  volumetrisch  bestimmt.  Ist  v 
das  Volumen  des  gebildeten  Gases  von  der 
I  Dichte  s,  so  ist  m  =  v.s  und  man  rechnet 
nach  der  obigen  Formel,  wobei  man  nur 
für  538  die  entsprechenden  Verdampfungs- 
wärmen (Luft  50,  Sauerstoff  51,  Wasser- 
stoff 123  Kai)  einzusetzen  hat. 

13.  Erkaltungsmethode.  Wird  ein  er- 
wärmter Körper  im  Vakuum  —  bei  weniger 
genauen  Versuchen  in  Luft  —  innerhalb 
eines  auf  konstanter  Temperatur  gehaltenen 
Gefäßes  aufgehängt,  so  wird  er  sich  durch 
Strahlunglangsam  abkühlen.  Die  Abkühlungs- 
zeit von  einer  Temperatur  zu  einer  anderen 


648 


Kalorimeti'ie 


ist  abhäno'io;  von  der  spezifischen  Wärme 
des  betrei'i'enden  Körpers  und  zwar  ist  sie 
dieser  proportional. 

Um  beispielsweise  die  spezifische  Wärme  c 
einer  Flüssigkeit  zu  bestimmen,  füllt  man 
einen  äußerlich  polierten  ]\letallzylinder, 
in  den  ein  Thernu)nu>ter  taucht,  mit  der 
Masse  m  dieser  Klüssigkeit,  bringt  das(ranze 
in  das  Strahlungsgefäß,  dessen  konstante 
Wandtemperatur  man  z.  B.  durch  Umpacken 
mit  Eis  herstellt,  und  beobachtet  die  Tempe- 
ratur der  Flüssigkeit  in  Abhängigkeit  von 
der  Zeit;  die  Resultate  stellt  man  mit  Hilfe 
von  Koordinatenpapier  durch  eine  Kurve 
dar.  Denselben  Versuch  wiederholt  man  mit 
der  Masse  M  einer  Vergleichsflüssigkeit  von 
der  bekannten  spezifischen  Wärme  C  (z.  B. 
Wasser,  wofür  dann  C  =  1  ist).  Ist  der  Wasser- 
wert des  polierten  Metallzylinders  w,  und 
findet  man  aus  den  Kurven  für  das  gleiche 
Teraperaturintervall  die  Abkühlungszeiten  t 
und  ti,  so  ist  (mc  + w) :  (MC  + w)  =t :  tj 
und  somit 

c=  l.[(MC+w)^^-w]. 

14.  Elektrische  Methode.  Allgemeines. 
Ein  elektrischer  Strom  von  der  Stärke  1  Amp. 
entwickelt  in  einem  Drahte  vom  Widerstand 
R  Ohm  eine  Wärmemenge,  deren  Betrag  in 
1  Sekunde  der  Leistung  A  =  I-R  Watt 
äquivalent  ist.  Da  nach  dem  Ohm  sehen 
Gesetz  Stromstärke  und  Widerstand  in  einem 
Drahte  mit  der  Spannungsdifferenz  E  Volt 
an  den  Enden  des  Drahtes  durch  die  Be- 
ziehung E  =  LR  zusammenhängen,  so  kann 
man  die  Leistung  auch  schreiben  ^  =  I .  E  oder 

E- 
A  =  -^5".      Zwei    der   drei    Größen   E,   I,   W 
R 

reichen  also  zur  Bestimmung  der  Leistung 

aus;   über  ihre   experimentelle   Ermittelung 

vgl.  den  Artikel,, Elektrische  Messungen". 

Besteht  die  Leistung  während  t  Sekunden, 
so  wird  durch  den  elektrischen  Strom  ins- 
gesamt eine  Energie  entwickelt,  welche 
gleich  A.i  Joule  ist  und  einer  Wärmemenge 
0,23865  ^.tg-Kali5  gleichgesetzt  werden 
kann. 

Ist  der  Draht  in  inniger  Berührung  mit 
einem  Körper  von  der  Masse  mg  und  der 
spezifischen  Wärme  c,  so  geht,  abgesehen 
von  der  geringenWärmekapazität  des  Drahtes, 
die  ganze  entwickelte  Wärmemenge  in  den 
Körper  über,  welcher  dadurch  die  kleine 
Temperaturerhöhung  ZlT  erfahre.   Dann  gilt 

m. c.ZlT  =  0,23865^. t. 

Für  feste  Körper  ist  die  Methode  in  zwei 
verschiedenen  Formen  angewendet  worden. 
In  der  ersten  Form  (Nernst)  wird  der  Sub- 
stanz, welche  die  Gestalt  eines  festen  Blockes 
hat,  die  elektrische  Energie  durch  einen 
Platindraht  zugeführt,  der  in  den  Block  ein- 


gelassen ist  und  nach  Abstellung  der  Heizung 
als  Widerstandsthermometer  dient.  Der 
Block  befindet  sich  in  einem  (refäß,  das 
möglichst  gut  evakuiert  wird.  Metalle 
werden  ohne  jede  Umhüllung  benutzt;  schlecht 
leitende  Substanzen  werden  in  ein  Silbergefäß 
gefüllt,  dessen  Wärmekapazität  passend  in 
Rechnung  gezogen  wird.  —  Auf  diese  Weise 
wurde  die  wahre  spezifische  Wärme  einer 
Reihe  von  Substanzen  bei  tiefen  Tempera- 
turen, bis  — 210°  abwärts  ermittelt. 

In  der  zweiten  Form  der  Methode 
(Lee her)  wird  der  zu  untersuchende  Körper 
als  dicker  Draht  angewendet,  der  direkt 
von  einem  starken  Wechselstrom  durchflössen 
wird.  Der  Draht  befindet  sich  in  einem 
evakuierten  Porzellanrohr,  das  in  einem 
elektrischen  Ofen  auf  diejenige  Temperatur 
erhitzt  wird,  bei  welcher  die  wahre  spezi- 
fische Wärme  bestimmt  werden  soll.  Die 
Temperaturerhöhung  im  Drahte  zufolge  der 
in  ihm  entwickelten  elektrischer  Energie 
wird  mittels  Thermoelementen  gemessen, 
die  innig  mit  dem  Draht  verbunden,  am 
besten  durch  Löcher  im  Draht  durchgezogen 
sind. 

Bei  der  Anwendung  der  Methode  auf 
Flüssigkeiten  sind  alle  diejenigen  Vorsichts- 
maßregeln zu  beachten  und  Korrektionen 
anzubringen,  wie  bei  der  Mischungsmethode 
(vgl.  Nr.  6)  wie  z.  B.  der  Kunstgriff,  die  An- 
fangstemperatur der  Flüssigkeit  soviel  unter- 
halij  Zimmertemperatur  zu  verlegen,  wie 
die  Endtemperatur  oberhalb  dieser  liegt; 
Beobachtung  der  Vor-  und  Nachperiode  usw. 
Ferner  ist  der  Wasserwert  w  des  Gefäßes, 
in  dem  sich  die  zu  untersuchende  Flüssigkeit 
befindet,  in  Ansatz  zu  bringen.  Die  obige 
Gleichung  nimmt  dann  die  Form  an 

(mc  +  w)/JT- 0,23865^. t 
und  es  folgt  daraus 

c  =-(0.23865^-^- 
m  \  ZI  1 

Es  mag  hier  noch  besonders  darauf  auf- 
merksam gemacht  werden,  daß  c  die  mittlere 
spezifische  Wärme  über  das  kleine  Tempe- 
raturintervall zlT  (Anfangs-  bis  Endtempe- 
ratur der  Flüssigkeit)  ist,  also  der  wahren 
spezifischen  Wärme  bei  der  mittleren  Flüssig- 
keitstemperatur T  gleichgesetzt  werden  kann 
(vgl.  unter  3  am  Ende). 

Um  die  spezifische  Wärme  von  Gasen 
nach  der  in  Rede  stehenden  Methode  zu  be- 
stimmen, schließt  man  das  Gas  zugleich  mit 
dem  Heizdraht  in  ein  Gasthermometergefäß 
ein  und  ermittelt  die  Temperaturerhöhung 
des  Gases  aus  seiner  x\usdelinung  (vgl.  den 
Artikel  „Thermo  ine  trie").  Beider  geringen 
Wärmekapazität  der  eingeschlossenen  Gas- 
menge und  der  im  Verhältnis  dazu  beträcht- 
lichen    Wärmekapazität      des     UmhüUungs- 


Kalorimetrie 


649 


gefäßes  kann  in  diesem  Falle  eine  große 
Genauigkeit  von  der  Anwendung  der  Me- 
thode nicht  erreicht  werden. 

15,  Relative  elektrische  Methode. 
Pfaundler  hat  die  elektrische  Methode 
auf  Flüssigkeiten  zuerst  in  der  Weise  an- 
gewendet, daß  er  in  zwei  möglichst  gleichen 
Kalorimetern  zwei  Flüssigkeitsmengen,  deren 
eine  Wasser  sein  möge,  durch  gleiche  hinter- 
einander geschaltete  Drahtwiderstände  mit- 
tels desselben  elektrischen  Stromes  erhitzte. 
Dann  gelten  für  die  beiden  Flüssigkeiten, 
deren  eine  durch  Strichindizes  kenntlich 
gemacht  sei,  nach  unter  14  die  Gleichungen 

(mc  +  w)/lT  =  0.23805.  j.t 
(mV  +  \\')AT  =  0,238  65.. /.t 
woraus  folgt 

(mc  +  w):  (m'c'  +  w')  =AT:AT 
und  hieraus 


1 

c  =  — 
m 


JT 

(m'c'+ w')^^— w 


Auch  hier  beachte  man  die  Vorschriften 
für  die  zweckmäßige  Anwendung  der  Mi- 
schungsmethode. Außerdem  möge  man  die 
Mengen  m  und  m'  so  abgleichen,  daß  die 
zu  erwartenden  Temperaturerhöhungen  AT 
und  AT  einander  nahe  gleich  sind.  Nicht 
zu  vermeidende  kleine  Verschiedenheiten  der 
Kalorimeter  kann  man  dadurch  beseitigen, 
daß  man  zwei  Versuche  mit  Vertauschen  der 
Flüssigkeiten  in  den  Kalorimetern  ausführt 
und  beide  Resultate  zu  einem  Mittel  vereinigt. 
—  Um  Leitung  des  elektrischen  Stromes 
durch  die  Flüssigkeiten  und  damit  Fälschung 
der  Resultate  zu  vermeiden,  kann  man  die 
wärmeabgebenden  sowie  die  Zuleitungs- 
drähte  in  dünne  Glas-  oder  besser  Quarz- 
glasröhren eingeschmolzen  zur  Anwendung 
bringen. 

16.  Methode  der  kontinuierlichen  Strö- 
mung. Die  hier  zu  beschreibende  Methode 
kann  in  gewisser  Weise  als  eine  Weiterbil- 
dung des  dem  Junkers  sehen  Kalorimeter 
(vgl.  unter  10)  zugrunde  liegenden  Prin- 
zips aufgefaßt  werden.  Während  dort  je- 
doch die  spezifische  Wärme  des  strömenden 
Wassers  als  bekannt  angesehen  wird  und  ans 
seiner  Temperaturerhöhung  die  durch  Ver- 
brennung eines  Gases  hervorgebrachte  Heiz- 
energie abgeleitet  wird,  wird  nach  der  Methode 
der  kontinuierlichen  Strömung,  deren  sich 
zuerst  Callendar  und  Barnes  (1902)  be- 
dienten, einer  strömenden  Flüssigkeit  (hier 
Wasser)  bei  verschiedenen  Temperaturen 
eine  gemessene  elektrische  Energie  zugeführt  i 
und  aus  der  beobachteten  Temperatur- 
erhöhung des  fließenden  Wassers  die  spezi- ' 
fische  Wärme  desselben,  eben  bei  der  Ver-  '■ 
Suchstemperatur,  berechnet.  •. 

Bei  der  praktischen  x\usführung  der 
Methode    strömte    das    Wasser    durch    eine 


enge,  0.5  m  lange  und  2  mm  weite  Glasröhre, 
und  umspülte  dabei  den  die  elektrische 
Energie  zuführenden  Platindraht.  Man 
beobachtete  die  Temperaturen  des  in  das 
Rohr  eintretenden  (To)  und  des  austretenden 
Wassers  (Ti).  Mögen  auch  To  und  Ti  infolge 
äußerer  Einflüsse  sich  langsam  verändern, 
so  wird  doch  nach  einiger  Zeit  ein-  Behar- 
rungszustand eintreten,  in  dem  die  Tempe- 
raturdifferenz Ti  — Tp=z/T  konstant  wird; 
diese  Temperaturdifferenz  wird  gemessen. 
Bezeichnet  dann  m  die  in  1  Sekunde  durch 
das  Rohr  fließende  Menge,  so  gilt,  ähnlich 
wie  oben 

m.c.zlT  =0,23865  yt. 

Dabei  ist  vorausgesetzt,  daß  alle  vom 
Draht  zugeführte  elektrische  Energie  von 
der  strömenden  Flüssigkeit  aufgenommen 
und  festgehalten  wird.  Wenn  man  diesem 
Ziel  auch  dadurch  näher  kommen  kann,  daß 
man  das  Strömungsrohr  mit  einem  evaku- 
ierten Mantel  umgibt,  so  läßt  sich  doch  ein 
Wärmeverlust  an  die  Umgebung  nicht  ganz 
vermeiden.  Callendar  und  Barnes  setzen 
ihn  der  Temperaturdifferenz  AT  propor- 
tional, gleich  hzlT,  und  schreiben  an  Stelle 
der  obigen  einfachen  Gleichung 

(mc+h)zlT  =  0,23865  ^L 

In  dieser  Gleichung  sind  zwei  Unbekannte, 
c  und  h,  zu  deren  Bestimmung  die  Gleichung 
allein  nicht  ausreicht.  Führt  man  aber 
noch  eine  zweite  Beobachtung  mit  gleichem 
ZlT,  aber  anderer  Strömungsgeschwindig- 
keit aus,  bei  der  die  in  einer  Sekunde  durch- 
fließende Flüssigkeitsmenge  m'  ist  und 
entsprechend  a'  gemessen  wird,  so  ist 

(m'c  +h)zlT  =  0,23865^' 

und  es  lassen  sich  nun  aus  beiden  Gleichungen 
c  und  h  einzeln  berechnen. 

Die  gleiche  Methode  ist  später  von 
Knoblauch  und  Jakob  zur  Bestimmung 
der  spezifischen  Wärme  des  überhitzten 
Wasserdampfes  benutzt  worden.  Der  auf 
die  Anfangstemperatur  Tq  erwärmte  Wasser- 
dampf wurde  durch  eine  18  mm  weite  und 
über  5  m  lange  Kupferschlange  zu  einem 
Kondensator  geleitet.  Die  Schlange  befand 
sich  in  einem  Oelbade,  das  mit  Hilfe  eines 
elektrischen  Heizkörpers  auf  eine  beliebige 
Temperatur  T^  erwärmt  und  dort  konstant 
gehalten  wurde;  der  Dampf  verließ  somit 
das  Oelbad  ebenfalls  mit  der  Temperatur 
Tj.  In  ähnlicher  Weise  wie  oben  konnte  aus 
der  Ueberhitzung  des  Dampfes  T^ — Tq  =  AT, 
der  ins  Oelbad  geschickten  elektrischen 
Energie  und  der  durch  die  Mengenzunahme 
im  Kondensator  zu  ermittelnden  Dampf - 
menge  die  spezifische  Wärme  des  Dampfes 
gefunden  werden. 

Während  beide  bisher  beschriebenen 
Verwendungen  der  Methode  der  kontinuier- 


650 


Kalüiimetrie 


3 


liehen  Strömune:  mit  beträchtlichen  Wärme- 
verlusten zu  kämpfen  haben,  zu  deren 
Eliminierun^  ^roße  Mittel  in  Bewegung  gesetzt 
werden  müssen,  erlaubt 
eine  neuerdings  erfolgte 
Anwendung  der  Methode 
auf  Gase  die  Wärmever- 
lusteiauf  sehr  kleine  Be- 
träge herabzumindern.  Das 
zu  den  Versuchen  von 
Scheel  und  Heuse  be- 
nutzte, aus  Glas  gefertigte 
Kalorimeter  ist  in  Figur  4 
abgebildet.  Das  auf  die 
konstante  Versuchstempe- 
ratur gebrachte  Gas  tritt 
von  unten  her  in  das 
Kalorimeter  ein,  passiert 
eine  als  Feder  gegen  et- 
waige Spannungen  wir- 
kende Glasspirale  und  ge- 
langt nach  Durchströmen 
zweier  Glasmäntel  C 
und     B     in     das     innere 


B 


unterhalb  des  Querschnittes  M  abgegebene 
WärmenuMige  nach  dem  Gegenstromprinzip 
dem  Tiinenraiim  zum  größten  Teile  wieder 
zugefüln-t  wird.  Die  Temperatur  T^  des  aus- 
tretenden (rases  wird  im  Querschnitt  M  ge- 
messen. 

Bei  der  Bestimmung  der  spezifischen 
Wärme  der  Luft  wurde  diese  mit  Hilfe  von 
Wasserluftpumpen  aus  der  Atmosphäre 
durclis  Kalorimeter  gesaugt  (vgl.  Fig.  5). 
Zur  Konstanterhaltung  des  Luftstromes 
dienen  Keguhitoren  Kj  und  Ra*^  die  Stärke 
des  Luftstromes  hängt  von  den  Dimensionen 
einer  in  den  Luftweg  eingeschalteten  Ka- 
pillare K  ab. 

Die  Menge  Q  der  in  der  Sekunde  durch 
das  Kalorimeter  gesaugten  Luft  wurde  in 
der  Weise  bestimmt,  daß  an  Stelle  der  aus 
der  freien  Atmosphäre  eintretenden  Luft 
Luft  aus  einem  Gefäße  bekannten  Volumens 
unter  sonst  gleichbleibenden  Verhältnissen 
durch  das  Kalorimeter  getrieben  wurde. 
Zu  diesem  Zwecke  ließ  man  Quecksilber  aus 
der  Kugel  Uj  austreten,  das  nach  Abschluß 


Fig.  4., 


Fig.  5. 


Rohr  A,  das  die  Heizvorrichtung  enthält. 
Zur  Messung  der  Temperatur  des  ein-  (To) 
und  des  austretenden  Gases  (T^)  dienen 
nackte  Platinwiderstandsthermometer  Pi  und 
Po.  Das  Ganze  ist  von  einem  evakuierten, 
innen  versilberten  Glasmantel  umgeben  und 
befindet  sich  in  einem  Bade  konstanter 
Temperatur  (Zimmertemperatur,  Tempe- 
ratur des  flüssigen  Sauerstoffs  usw.). 

Für  die  Einfügung  der  Mäntel  B  und  C 
war  folgende  Ueberlegung  maßgebend.  Durch 
das  Vakuum  werden  Wärmeverluste  aus  dem 
inneren  Rohre  A  zwar  sehr  stark  herab- 
gemindert, aber  doch  nicht  vollständig  ver- 
mieden. Die  Mäntel  B  und  C  dienen  nun 
zur  Unterstützung  der  Wirkung  des  Vakuums, 
indem  mit  ihrer  Hilfe  die  vom  Rohr  A, 
soweit  es  innerhalb  der  Mäntel  liegt,  nämlich 


des  Luftzuführungsrohres  V  die  Kugel  üa 
füllte  und  die  darin  befindliche  Luft  ins  Kalori- 
meter trieb.  Die  Strömungsgeschwindig- 
keit des  hochsteigenden  Quecksilbers  wurde 
mit  Hilfe  des  Hahnes  H  unter  gleichzeitigem 
Anvisieren  des  vor  dem  Kalorimeter  befind- 
lichen Manometers  M^  von  Hand  so  reguliert, 
daß  das  Druckgefälle  im  System  ungeändert 
blieb.  Das  bekannte,  durch  Auswägen  be- 
stimmte Volumen  der  Kugel  Uj  war  durch 
zwei  eingeschmolzene  Platindrähte  DjDo 
begrenzt,  von  denen  der  untere  D^  gerade 
an  der  Abzweigstelle  des  Luftzuführungs- 
rohres saß.  Die  Zeiten,  zu  denen  das  hoch- 
steigende Quecksilber  die  Platindrähte  er- 
reichte, wurden  auf  elektrischem  Wege  auf 
einem  Chronographen  registriert. 

Ist   wiederum    die    elektrisch    zugeführte 


Kalorimetrie 


651 


Wärmemenge  pro  Sekunde  der  Leistung  a 
äquivalent  und  nimmt  man  in  analoger 
Weise  an,  daß  die  Wärmeverluste  pro  Se- 
kunde einer  Leistung  1  äquivalent  sind,  so 
kann  man  ähnlich  wie  oben  schreiben 


c  =  0.23865 


Ä--l_ 


wo  z1T  =  Ti  — To  ist.  Versuche  und  theo- 
retische Ueberlegungen  haben  nun  ergeben, 
daß  man  die  Wärmeverluste 

setzen  kann,  wenn  k  eine  Konstante  bedeutet. 
Es  wird  also 


c  =  0,238  65 


Q.ZlT 


1  — 


Bei  jedem  Versuch  werden  die  Größen  A, 
Q  und  A  T  experimentell  ermittelt :  unbekannt 
bleiben  nur  c  und  k,  zu  deren  Bestimmung 
zwei  Versuche,  zwischen  denen  die  obigen 
drei  Größen  beliebig  geändert  sind,  aus- 
reichen. Zweckmäßigerweise  begnügt  man 
sich  nicht  mit  einer  solchen  Variation, 
sondern  sucht  eine  größere  Anzahl  ent- 
sprechender Gleichungen  zu  gewinnen,  aus 
denen  man  dann  c  und  k  nach  einem  Aus- 
gleichsverfahren, etwa  nach  der  Methode  der 
kleinsten  Quadrate  ermittelt. 

Außer  auf  Luft  ist  die  zuletzt  beschrie- 
bene Anordnung  der  Methode  auch  auf  an- 
dere Gase  anwendbar,  die  man  entweder 
den  im  Handel  befindlichen  Stahlflaschen 
entnimmt  oder  chemisch  rein  darstellt.  Li 
letzterem  Falle  ist  statt  der  offenen  Zirku- 
lation eine  geschlossene  auszubilden,  bei 
der  durch  ein  Pumpwerk  das  aus  dem  Kalori- 
meter austretende  Gas  demselben  immer 
aufs  neue  wieder  zugeführt  wird.  Auf  diese 
Weise  lassen  sich  die  Versuche  mit  geringen  i 
Substanzmengen,  etwa  5  Liter  der  Gase 
durchführen,  was  bei  der  Benutzung  seltener 
Gase   (Helium,   Argon   w.   dgl.)  wichtig  ist. 

17.  Bestimmung  der  spezifischen 
Wärme  Cv  der  Gase  bei  konstantem  Vo-  i 
lumen.  Die  Bestimmung  dieser  Größe 
bietet  deshalb  bedeutende  Schwierigkeiten, 
weil  das  Gas,  eben  um  es  an  der  freien  Aus- 
dehnung zu  hindern  und  ihm  ein  konstantes 
Volumen  zu  sichern,  in  ein  undurchlässiges 
Gefäß  (Metallzylinder)  eingeschlossen  werden 
muß,  dessen  Wärmekapazität  meist  er- 
heblich größer  ist  als  diejenige  des  in  ihm 
enthaltenen  Gases.  Man  kann  die  Genauig- 
keit der  Messungen  dadurch  etwas  vergrößern, 
daß  man  bei  gleichem  Volumen  die  Gas- 
menge vermehrt,  d.  h.  das  Gas  unter  höherem 
Druck  in  das  Gefäß  einfüllt  und  so  den  Ver- 
suchen unterwirft.  Höherer  Druck  erfordert 
aber  auch  wieder  stärkere  Gefäßwandungen, 
so  daß  die  schädliche  Wärmekapazität  gleich- 


falls wächst,  und  dadurch  den  Vorteil  des 
unter  Druck  stehenden  Gases  teilweise  wieder 
aufhebt. 

Die  Bestimmung  der  spezifischen  Wärme 
Cv  der  Gase  bei  konstantem  Volumen  ist 
darum  auch  nur  in  wenigen  Fällen  versucht 
worden,  die  hier  kurz  besprochen  werden  sollen. 

17a)  Methode  des  Dampf kalor  - 
meters.  Ueber  die  Methode  selbst  vgl. 
unter  12.  Joly  hat  die  Methode  für  den 
vorliegenden  Zweck  dadurch  etwas  ver- 
feinert, daß  er,  statt  eines,  zwei  genau  gleiche 
Metallgefäße  anwendete,  die  auf  beiden 
Seiten  der  Wage,  jedes  im  Dampfgefäß  auf- 
gehängt wurden.  Zuerst  wurden  beide 
Metallgefäße  evakuiert  und  in  der  Atmo- 
sphäre und  im  Dampfraume  miteinander 
durch  Wägung  verglichen,  dann  wurde 
das  eine  der  beiden  Gefäße  mit  dem  zu  unter- 
suchenden Gase  unter  Druck  gefüllt  und  die 
Wägungen  wiederholt.  Das  eine  Wägungs- 
paar  liefert  die  Differenz  der  Wärmekapazi- 
täten beider  Gefäße,  das  zweite  Paar  die 
gleiche  Differenz  vermehrt  um  die  Wärme- 
kapazität des  Gases;  hieraus  läßt  sich  die 
Wärmekapazität  des  Gases  allein  und  damit 
seine  spezifische  Wärme  ableiten.  —  Die 
Verwendung  zweier  gleicher  Metallgefäße 
hat  den  Zweck,  die  Wägung  symmetrisch  zu 
gestalten  und  den  in  Luft  und  Dampf  ver- 
schiedenen Auftrieb  (vgl.  den  Arikel 
„Massenmessung"  unter  6)  experi- 
mentell zu  eliminieren,  womit  naturgemäß 
eine  größere  Sicherheit  der  Wägung  ver- 
bunden ist. 

17b)  Explosionsmethode.  Li  einer 
starltwandigen  Bombe  wird  ein  explosives 
Gemisch  zweier  Gase  mit  Hilfe  des  elek- 
trischen Funkens  zur  Explosion  gebracht. 
Die  Mengen  der  beiden  chemisch  aufeinander 
reagierenden  Gase,  z.  B.  Sauerstoff  und 
Wasserstoff  (Knallgas)  mit  Wasserdampf  als 
Endprodukt  seien  mi  und  m,;  ihre  aus  an- 
derenMessungen  bereits  bekannte  Verbindungs- 
(Verbrennungs-)  Wärme  (vgl.  den  Artikel 
,,  Latente  Wärme"  unter  9)  sei  Q. 
Außer  den  Mengen  m^  und  nig  sei  in  der 
Bombe  noch  eine  dritte  Gasmenge  nig  ent- 
halten, die  an  der  Explosion  nicht  teilnimmt; 
dies  kann  entweder  ein  völlig  inertes  Gas 
sein,  wie  z.  B.  Argon  oder  aber  einer  der 
beiden  reagierenden  Bestandteile  im  Ueber- 
schuß.  Ist  To  die  Anfangstemperatur  der 
Gasmischung,  Tj  die  Endtemperatur  nach 
der  Explosion,  ist  ferner  Cy  die  mittlere 
spezifische  Wärme  des  Endprodukts  (im 
vorliegenden  Beispiel  des  Wasserdampfes) 
zwischen  Tq  und  Ti",  Cv'  die  gleiche  mitt- 
lere spezifische  Wärme  für  das  nicht  an  der 
Reaktion  teilnehmende  Gas,  so  gilt,  wie 
leicht  einzusehen, 

(Ti-To)[(mi+m,)cv  +  m3Cv']-Q. 


652 


K'alui'imetrie 


In  dieser  Gleicliiiiiij;  kann  je  nach  der 
Problenistellunj^f  Cy  oder  i\'  unbekannt  sein, 
beispielsweise  könnte  bei  bekannter  spezi- 
fischer Wärme  des  Argons  Cv',  die  spezifische 
Wärme  des  Wasserdampfes  Cy  geiundcn 
werden.  Man  kann  aber  auch  durcli  gegen- 
seitige Variation  der  Mengen  nii-fm,  und 
nia  eine  Reihe  von  Gleichungen  der  obigen 
Form  aufstellen,  aus  denen  man  Cy  und  Cy' 
einzeln,  eventuell  nach  einem  Ausgleichs- 
verfahren (^lethode  der  kleinsten  Quadrate) 
ermittelt. 

Die  Temperatur  Tq  wird  im  allgemeinen 
der  Zimmertemperatur  nahe  liegen,  oder  aber 
sich  ohne  Schwierigkeit  bestimmen  lassen. 
Schwieriger  ist  es  T^  zu  finden;  man  er- 
mittelt es,  indem  man  den  Druck  in  der 
Bombe  unmittelbar  nach  der  Explosion 
beobachtet  und  nach  den  Gesetzen  der 
Gasthermometrie  rechnet  (vgl.  den  Artikel 
,,  G  a  s  t  h  e  r  ni  o  m  e  t  r  i  e ").  Solange 
die  Gasdrucke  noch  verhältnismäßig  klein 
sind,  beobachtet  man  mit  den  gebräuch- 
lichen Manometern,  z.  B.  der  Bourdonschen 
Röhre,  deren  Angaben  man  zweckmäßiger- 
weise automatisch  registriert.  Bei  höheren 
Drucken,  oberhalb  2000  Atmosphären,  be- 
dient man  sich  der  sogenannten  Zerquet- 
schungsmanometer,  d.  h.  kleiner  Kupfer - 
Zylinder,  aus  deren  durch  Druck  bewirkten 
lieformation  man  auf  den  Druck  selbst 
schließt  (vgl.  den  Artikel , ,D  r  u  c  k  m  e  s  s  u  n g"). 

Der  wunde  Punkt  der  Methode  liegt  darin, 
daß  der  beobachtete  Druck  und  damit  die 
errechnete  Temperatur  nach  erfolgter  Ex- 
plosion zu  klein  gefunden  wird,  weil  ein 
Teil  der  Explosionswärme  sofort  von  den 
Wandungen  der  Bombe  aufgenommen  wird 
und  damit  der  Messung  verloren  geht.  Dem 
Geschick  des  Experimentators  ist  es  über- 
lassen, diese  Fehlerciuelle  nach  Möglichkeit 
entweder  überhaupt  auszuschließen  oder  aber 
durch  passende  Variation  der  Versuche  ihren 
Einfluß  zu  bestimmen  und  in  Rechnung  zu 
ziehen. 

17c)  Elektrische  Methode  (nach 
Kernst).  Auch  das  Prinzip  dieser  Methode 
ist  bereits  besprochen  (vgl.  unter  14). 
Sie  ist  neuerdings  von  Eucken  zur  Bestim- 
mung der  spezifischen  Wärme  Cy  des  Wasser- 
stoffs bei  konstantem  Volumen  in  tiefer 
Temperatur  benutzt  worden.  Bei  seinen 
Versuchen  befand  sich  komprimierter  Wasser- 
stoff in  einem  kleinen  dünnwandigen,  ther- 
misch möglichst  gut  isolierten  Stahlgefäß,  dem 
durch  elektrische  Heizung  eine  bestimmte 
Wärmemenge  zugeführt  wurde.  Zur  Tempe- 
raturmessung diente  ein  l^latinwiderstands- 
draht. 

Das  verwendete  Stahlgefäß  war  aus  bestem 
nahtlosem  Stahlrohr  von  1/2  iii"i  Wandstärke 
durch  Auflöten  von  zwei    passenden   Stahl- 


kappen hergestellt;  sein  inneres  Volumen 
betrug  39  ccm,  sein  Gewicht  40  g.  Zum  Kiii- 
füllen  des  Gases  diente  eine  enge  Neusilber- 
kapillare. Zum  Heizen  wurde  ein  dnnjier 
Konsfaiitandraht  von  etwa  500  Ohm  Widei- 
stand  benutzt.  Heiz-  und  Temperaturmeß- 
draht waren  um  den  zylindrischen  Teil  des 
Stahlgefäßes  einfach  herumgewickelt  und 
mit  Hilfe  eitu's  Farblackes  festgekittet,  der 
zur  elektrischen  Isolation  und  gleichzeitig 
zur  Herstellung  eines  guten  thermischen 
Kontaktes  diente.  Das  Stahlgefäß  befand 
sich  in  einem  evakuierbaren  Glasgefäß; 
die  Xeusilberkapillare  wurde  durch  eine  mit 
Siegellack  zugekittete  Glaskapillare  ein- 
geführt. 

Die  Methode  erfordert  korrespondierende 
Versuche  bei  gasleerem  und  gasgefülltem 
(unter  Druck)  Gefäße,  als  deren  Differenz 
sich  die  Wärmekapazität  des  eingeschlos- 
senen Gases  ergibt.  Obwohl  diese  Differenz 
gegenüber  den  eigentlich  gemessenen  Größen 
nur  klein  ist,  hat  die  Methode  doch  gute 
Resultate  ergeben.  Ihre  Verwendbarkeit 
ist  bei  den  beschriebenen  Versuchen  abwärts 
bis  etwa  — 220°  dargetan. 

18.  Verhältnis  der  spezifischen  Wärmen 
C|,/Cv  der  Gase.  Bestimmung  durch  adia- 
batische Volumenänderung.  Die  Methode 
ist  zuerst  im  Jahre  1819  von  Clement  und 
Desormes  angewendet  und  später  vielfach 
verbessert  worden.  Man  denke  sich  ein  Gas 
in  ein  Gefäß  eingeschlossen,  dessen  Wände 
gegen  Wärme  undurchlässig  (adiabatisch) 
sind  und  in  dem  es  den  Druck  po,  das  Vo- 
lumen Vo  und  die  Temperatur  Tq  besitze, 
wobei  Tq  in  der  sogenannten  absoluten  Skale 
gezählt  sei,  die  man,  wie  an  anderer  Stelle 
dieses  Handwörterbuches  ausgeführt  wird, 
erhält,  wenn  man  die  Celsiustemperatur  t,,  um 
2730  vermehrt,  also  To  =  273+ to  setzt.  Das 
Gas  möge  in  dem  Gefäße  verdichtet  oder  ver- 
dünnt werden,  so  wird  das  eine  Temperatur- 
steigerung oder  Temperaturerniedrigung  zur 
Folge  haben,  welche  man  entweder  direkt 
beobachten,  oder  aus  der  Druckzu-  oder  -ab- 
nähme, bezw.  aus  der  Volumenab-  oder  -zu- 
nähme erkennen  kann.  Haben  Druck,  Volu- 
men und  Temperatur  im  Endzustande  die 
Werte  pi,  Vi  und  Ti,  so  regelt  sich  der  Vor- 
gang zufolge  des  sogenannten  Poissonschen 
Gesetzes  nach   der   Gleichung 

P-^=f^f,        1) 

Po      Vvi/ 

wo  k  =  Cp/Cy  das  Verhältnis  der  spezifischen 
WärnuMi  des   Gases  bedeutet. 

Kombiniert  man  das  Poissonsche  Gesetz 
in  der  vorstehenden  Form  mit  einer  zweiten 
wohlbekannten  Beziehung  der  Thermo- 
dynamik, dem  Mariotte-Gay-Lussac- 
schen  Gesetze 


Kalorimetrie 


653 


PqVq         PlVi^ 

,|,        —        m       ' 

SO  ergeben  sich  für  das  Pols  so  n  sehe  Gesetz 
noch  die  folgenden  Ausdrücke 
k-4 


und 


To 

^(vl) 

l^ 



1 

To 

-  h 

^^o' 

k 

Alle  drei  Formen  des  Poissonschen  Ge- 
setzes sind  geeignet,  die  Größe  k  =  Cp/Cy 
zu  bestimmen.  Wie  das  geschieht,  soll  an 
zwei  Beispielen,  die  in  der  Literatur  am 
meisten  bekannt  sind,  gezeigt  werden. 

i8a)  Methode  von  Röntgen.  Röntgen 
benutzte  die  Gleichung  1.  Ein  Glasballon 
von  etwa  70 1  Inhalt  (vq)  war  mit  dem  zu 
untersuchenden  Gase,  bei  Luft  unter  einem 
geringen  Unterdruck,  mit  anderen  Gasen 
unter  Ueberdruck  gefüllt.  Zur  Bestimmung 
des  Druckes  (Unterschied  gegen  den  Atmo- 
sphärendruck) bezw.  der  Druckänderung 
des  Gases  im  Ballon  diente  ein  Membran- 
manometer, bestehend  aus  einem  gewellten 
Neusilberblech,  das  in  eine  Oeffnung  in  der 
Wand  des  Ballons  eingekittet  war  und  dessen 
Bewegungen  mittels  Spiegel,  Skale  und 
Fernrohr  genügend  genau  abgelesen  werden 
konnten.  Eine  solche  empfindliche  Mano- 
meterform muß  gewählt  werden,  weil  es 
darauf  ankommt,  die  im  Gase  auftretenden 
Druckänderungen  sehr  schnell  zu  erfassen, 
denn  nur  dadurch  kann  man  der  Bedingung 
der  Methode,  daß  die  Wände  des  Ballons 
wärmeundurchlässig  seien,  einigermaßen 
Rechnung  tragen.  Wollte  man  die  bei  der 
Messung  in  Frage  kommenden  Druckände- 
rungen etwa  mit  Hilfe  eines  gewöhnlichen 
Quecksilbermanometers  bestimmen,  so  wände 
ein  Teil  der  Wärmewirkungen  im  Gase  bereits 
durch  die  Wände  ausgeglichen  sein,  bevor 
das  Quecksilbermanometer  zur  Ruhe  ge- 
kommen wäre;  die  zu  messende  Druckände- 
rung würde  also  zu  klein  gefunden  werden. 
—  Außer  mit  dem  Manometer  war  der  Ballon 
mit  einem  Hahnventil  versehen,  durch  welches 
man  bei  Unterdruck  im  Ballon  Luft  zu- 
strömen, bei  Ueberdruck  Gas  entweichen 
lassen  konnte. 

Der  Versuch  wurde  in  der  Weise  an- 
gestellt, daß  man  zunächst  den  Anfangs- 
druck Po  im  Ballon  mit  Hilfe  des  Mano- 
meters bestimmte.  Dann  öffnete  man  kurze 
Zeit  das  Hahnventil  und  ließ  sich  den  Druck 
gegen  die  Atmosphäre  teilweise  ausgleichen, 
wobei  unter  ständiger  Beobachtung  des 
Membranmanometers  das  Maxinnim  der 
Druckänderung  ermittelt  wurde.  Die  Größe 
dieser  Druckänderung  zu  po  addiert  gibt  pi. 


!  Zur  Aufstellung  der  Gleichung   1  mit  k  als 
einziger  Unbekannter  fehlt    jetzt  nur  noch 
die  Kenntnis  von  Vi,  das  man  auf  folgende 
,  Weise  ermittelt. 

i  Nehmen  wir  einmal  den  Fall  als  vorliegend 
!  an,  es  handle  sich  um  die  Untersuchung 
der  atmosphärischen  Luft,  die  sich  zunächst 
unter  einem  Unterdruck  in  dem  Ballon  be- 
finde. Oeffnet  man  das  Hahnventil,  so  wird 
durch  die  von  außen  einströmende  Luft 
die  bereits  im  Ballon  befindliche  Luft  kom- 
primiert und  nimmt  jetzt  statt  ihres  früheren 
Volumens  Vo  das  kleinere  Volumen  v^  ein. 
Warten  wir  jetzt  einige  Zeit,  bis  die  bei  der 
Kompression  entstandene  Temperaturer- 
höhung infolge  Leitung  der  Ballonwände 
sich  mit  dem  Bade  konstanter  Temperatur, 
in  dem  sich  der  Ballon  befindet,  ausgeglichen 
hat,  bestimmen  dann  den  Druck  im  Ballon 
gleich  P2,  so  können  wir  auf  den  Anfangs- 
zustand und  diesen  schließlichen  Endzustand 
das  Mario  tte-Gay-Lussacsche  Gesetz 
(vgl.  oben)  anwenden.  Beachten  wir,  daß 
für  diesen  Spezialfall  T^  und  T^  beide  die 
konstante  Badtemperatur  bedeuten,  einander 
also  gleich  sind,  so  folgt 


PoYo  =  P2V 

PoVo 


P2 


,  sowie  durch  Einsetzen 


und  hieraus  Vi  = 
in  Gleichung  1 

P^^N\  endlich  k=!°gP-~!°gA 
Po      W  log  P2— log  Po 

i8b)  Methode  von  Lummer  und 
Pringsheim.  Die  Methode  benutzt  die 
obige  Gleichung  8.  Komprimiert  man  das 
zu  untersuchende  Gas  in  einem  Gefäße  bei 
der  Temperatur  T^  auf  den  Druck  p^  und 
läßt  es  dann  frei  in  die  Atmosphäre  aus- 
strömen, so  sind  pi,  Po  und  T^  leicht  zu  be- 
stimmen. Schwierigkeiten  bereitet  allein  die 
Bestimmung  der  Temperatur  Tq  des  vom 
Druck  pi  auf  po  gesunkenen  und  hierdurch 
abgekühlten  Gases.  Denn  damit  die  Aus- 
dehnung eine  möglichst  adiabatische  ist, 
muß  die  Druckänderung  sehr  schnell  vor  sich 
gehen;  daher  sinkt  auch  das  Gas  in  sehr 
kurzer  Zeit  von  der  Anfangstemperatur  T^ 
auf  die  Endtemperatur  Tq.  Ebenso  besitzt 
das  abgekühlte  Gas  seine  niedrigste  Tem- 
peratur Tq  nur  während  einer  sehr  kurzen 
Zeitdauer,  weil  ihm  unmittelbar  nach  der 
Expansion  wieder  Wärme  durch  Leitung 
von  außen  zugeführt  wird.  —  Zur  Messung 
der  Temperatur  bedienten  sich  Lummer 
und  Pringsheim  eines  Bolometers;  von 
anderer  Seite  ist  hierfür  neuerdings  die  Be- 
nutzung des  Thermoelementes  als  zuver- 
lässiger empfohlen. 

Die  Versuchsanordnung  von  Lummer 
und  Pringsheim  ist  in  Figur  6  abgebildet. 


654 


Kalorimetrie 


^ur  Aufnahme  dos  Gases  dient  ein  aus 
Kupfer  getriebener,  nahezu  kugelförmiger 
Ballon  von  etwa  90  Liter  Inhalt.  Der  Ballon 
B  besitzt  drei  üoffnungen.   Die  eine  seitliche 


der  Versuche  benutzt;  das  Quecksilber- 
manometer diente  nur  zur  Reduktion  des 
dort  abgelesenen  Druckes  auf  Quecksilber- 
druck. 


Fig.  6. 


Ol,  welche  durch  den  Hahn  h  verschlossen 
werden  kann,  führt  zu  den  Manometern  M 
und  m,  zum  Trockenapparat  T  und  zur 
Kompressionspumpe  C,  mittels  welcher  das 
Gas  auf  den  gewünschten  Druck  gebracht 
wird. 

Die  zweite  seitliche  Oeffnung  O2  dient  zur 
Aufnahme  des  Bolometerstreifens  s,  der  den 
einen  Zweig  (1)  der  Wheats  ton  eschen 
Brückenkombination  W  bildet,  deren  andere 
Zweige  2,  3  und  4  aus  passend  gewählten 
Drahtwiderständen  bestehen. 

Die  dritte  Oeffnung  0.,  des  Ballons  diente 
als  Ausflußöffnung  und  hatte  einen  Durch- 
messer von  30  mm.  Sie  war  durch  einen 
Kautschukstopfen  verschlossen,  in  dessen 
Durchbolirung  eine  Glasröhre  mit  weitdurch- 
bohrtem Hahne  H  luftdicht  eingesetzt  war. 

Der  Ballon  befand  sich  in  einem  innen 
mit  Zinkblech  ausgeschlagenen  Holzkasten  K, 
der  mit  Wasser  gefüllt  war.  Um  den  Auftrieb 
zu  kompensieren,  wird  der  Ballon  durch  den 
geeignet  ausgebohrten  Holzbügel  b,  der  mittels 
der  Schrauben  a  angezogen  werden  kann, 
gegen  den  Schemel  U  gedrückt.  In  zwei 
einander  diametral  gegenüberliegenden  Ecken 
des  Kastens  befand  sich  eine  Rührvorrich- 
tung R. 

Der  Enddruck  po  wurde  durch  die  Ab- 
lesung am  Barometer  erhalten.  Daß  der  End- 
druck stets  dem  Atmosphärendruck  ent- 
sprach, war  dadurch  gewährleistet,  daß  die 
Ausflußöffnung  des  Ballons  bis  zur  voll- 
ständigen Beendigung  des  Versuches,  also 
bis  nach  Bestimmung  der  Temperatur  Tq  des 
abgekühlten  Gases,  geöffnet  blieb. 

Der  Anfangsdruck  pi  konnte  sowohl  an 
einem  Schwefelsäure-  (M,  g,  r)  als  auch  an 
einem  Quecksilbermanometer  m  abgelesen 
werden.  Das  Schwefelsäuremanometer  wurde 
zur  Bestimmunir  des  Ueborchiickes  während 


19.  Verhältnis  der  spezifischen  Wärmen 
Cp/cv  der  Gase.  Akustische  Methode. 
In  der  Lehre  von  der  Akustik  wird  gezeigt, 
daß  die  Schallgeschwindigkeit  in  einem  Gase 
sich    ausdrücken    läßt    durch    die    Formel 


wo  p  der  Druck  des  Gases  in  absolutem  Maße, 
d  seine  Dichte  und  k  =  Cp/cv  das  Verhältnis 
der  spezifischen  Wärmen  des  betreffenden 
Gasesist.  Istumgekehrt  dieSchaUgeschwindig- 
keit  durch  experimentelle  Untersuchungen 
bekannt,  so  kann  man  aus  obiger  Formel  k 
als  Unbekannte  bestimmen. 

Die  Schallgeschwindigkeit  beträgt  für- 
Luft  unter  normalem  Druck  und  bei  0° 
nach  den  besten  Untersuchungen  v  = 
33100  cm/sec.  Ferner  ist  p  gleich  dem  Druck 
einer  Quecksilbersäule  (spez.  Gewicht  13,596) 

von  76  cm  auf  1  qcm  also  p  =  76.13,596  --^^ 

980,6  — g2 ,  wo  980,6  ^^^^  die  Beschleunigung 

durch  die  Schwere  bedeutet.  Endlich  ist 
d  -  0,001  292  8  g/cm3,  also  wird 

d 

.V- 
P 


k  = 


0,001 2928 


cm-^ 


76. 13,596 -S 
cm- 

0,001  2928 


■980,6 


cm 


331002 


cni'^ 

sec- 


•331002 


"76.13.596.980.6 

- 1,398. 

Alle  Methoden  zur  Bestimmung  von  Schall- 
geschwindigkeiten geben  hiernach  auch  Mittel, 
das  Verhältnis  der  spezifischen  Wärmen  von 
Gasen  zu  bestimmen.    Da  aber  die  Ermitte- 


Kalorimetrie 


655 


lung  der  absoluten  Größe  von  Scliallgeschwin- 1 
digkeiten  bei  anderen  Gasen  wie  Luft  mit  [ 
recht  erheblichen  Schwierigkeiten  verknüpft 
ist,  so  werden  für  den  vorliegenden  Zweck! 
diejenigen  Methoden  bevorzugt,  welche  die  j 
Schallg'eschwindigkeit  in  dem  zu  unter- ; 
suchenden  Gase  relativ  zur  Schalige- ' 
schwindigkeit  in  Luft  liefern.  Unter  i 
diesen  kommt  als  meistbenutzte  diejenige 
von  Kundt  in  erster  Linie  in  Frage.  Die  j 
Methode  besteht  darin,  in  einem  Glasrohr,  j 
das  zu  diesem  Zwecke  am  einen  Ende  ge- 
schlossen sein  muß,  Schallwellen  zu  er- 
zeugen, die  am  geschlossenen  Ende  reflek- 
tiert werden,  so  daß  zwischen  den  hin-  und 
zurücklaufenden  AVellen  Interferenzen,  d.  h. 
stehende  Wellen  auftreten.  Ist  nun  das  Rohr 
mit  einer  kleinen  Menge  eines  feinen  Pulvers, 
Korkstaub  oder  Lykopodiumsamen  oder  dgl., 
beschickt,  so  wird  sich  dieses  den  Knoten 
und  Bäuchen  der  stehenden  Wellen  ent- 
sprechend in  Rippen  quer  zur  Längsrichtung 
des  Glasrohres  anordnen  (vgl.  Fig.  8),  aus 
denen  man  die  Wellenlänge  des  gerade  be- 
nutzen Tones  in  dem  betreffenden  Gase 
erkennen  und  ausmessen  kann.  Beobachtet 
man  die  Wellenlänge  einmal  in  dem  zu 
untersuchenden  Gase  (A^O  ""d  vergleichsweise 
in  Luft  (Zi).  so  ist  für  den  Ton  von  der 
Schwingungszahl  N  die  Fortpflanzungsge- 
schindigkeit  des  Schalles  im  Gase  v^j^Ao;  N, 
in  LuftVi  =l\  N,  also  ist  v^, :  vi  =  l/.  h ,  also 

v„  =  Vi  / ,    woraus    sich    dann    nach    den 

obigen  Ueberlegungen  k  für  das  betreffende 
Gas  berechnet. 

Zur  Erzeugung  des  Tones  benutzt  Kundt 
zwei  Verfahren.  In  einem  Falle  (Fig.  7) 
wird  in  das  offene  Ende  des  Versuchsglas- 
rolrres  ein  Gasstab  a  b  mittels  eines  Stopfens  d, 
der  den  Glasstab  in  der  Mitte  fest  umspannt, 
eingeführt,  so  daß  also  die  eine  Hälfte  des 
Stabes  bd  in  die  Röhre  hineinreicht,  wäluend 
das  andere  Ende  ad  aus  der  Röhre  hervor- 
sieht. Wird  der  Glasstab  an  dem  freien  Ende 
mit  Leder  angerieben,  so  gerät  er  mit  einem 
Knoten  bei  diu  Schwingungen,  die  sich  dem 
Innern  der  Röhre  mitteilen  und  dort  die 
Staubfiguren  bilden. 

Das  zweite  Verfahren  von  Kundt  be- 
nutzt nur  ein  Glasrohr,  das  an  beiden  Enden 
zugeschmolzen  ist;  es  ist  insonderheit  auf 
solche  Gase  anwendbar,  die  nur  in  beschränk- 
ter Menge  zur  Verfügung  stehen,  oder  die 
unter  bestimmten  Verhältnissen  untersucht 
werden  sollen.  Z.  B.  haben  Kundt  und 
War  bürg  diese  Methode  zur  Bestimmung 
der  Schallgeschwindigkeit  im  Quecksilber- 
dampf angewandt,  w^obei  die  Versuchsröhre 
sich  auf  höherer  Temperatur  befinden  mußte. 
Die   Schallschwingungen  wurden  in   diesem 


Falle  durch  Anreiben  der  Röhre  selbst  her- 
vorgerufen. 


0-^3X 


Fi-.  7. 


'"iiiiiiiiiiiiiii miiiiiiiii 


Fig.  8. 

Es  ist  einleuchtend,  daß  die  Kundtschen 
Staubfiguren  nur  dann  scharf  auftreten, 
wenn  die  Röhrenlänge  ein  ganzes  Vielfaches 
der  Wellenlänge  des  angewendeten  Tones 
in  dem  betreffenden  Gase  ist.  Das  könnte 
man  im  Falle  der  Figur  7  durch  Variation 
der  Länge  des  Stabes  ab  erreichen,  doch  ist 
das  Verfahren  unbequem  und  führt  nur 
schwer  ganz  zum  Ziel.  Besser  ist  es,  das 
geschlossene  Ende  des  Rohres  durch  einen 
am  Griff  verschiebbaren  Stopfen  c  zu  bilden 
und  die  Rohrlänge  durch  Verschieben  dieses 
Stopfens  abzustimmen. 

Im  Falle  der  zweiten  Kundtschen  An- 
ordnung versagt  dies  Mittel;  man  ist  hier 
aufs  Probieren  angewiesen,  oder  man  kann 
die  letzte  genaue  Abstimmung  durch  kleine 
Temperatur  Variationen  vornehmen.  Man 
ändert  so  die  Wellenlänge  im  Gase,  ohne  daß 
diejenige  im  Glase  merklich  andere  Werte 
annimmt. 

Eine  andere  Methode  der  Abstimmung 
haben  Behn  und  Geiger  angegeben,  nämlich 
I  durch  Aenderung  der  Schwingungszahl  des 
Rohres  durch  Belastung  seiner  Enden.  Man 
kittet  (vgl.  Fig.  8)  mit  Siegellack  symmetrisch 
an  beiden  Enden  des  Rohres  kleine  Metall- 
scheibchen  von  1  mm  Dicke  in  solcher  Zahl 
an,  daß  sich  die  Staubfiguren  scharf  ausbilden. 
Bei  Füllung  des  Rolii-es  nacheinander  mit 
verschiedenen  Gasen  wird  auch  die  Anzahl 
der  nötigen  Scheibchen  verschieden  sein 
und  muß  in  geeigneter  Weise  in  Rechnung 
gesetzt  werden. 

Auf  diese  Art  fanden  Behn  und  Geiger 
im  selben  Rohr  und  bei  gleichem  Druck  p 
die  Wellenlänge    in   Helium  Ai,  =  28,21  cm, 
in  Luft   2i  =  9,72cm;  somit   verhalten   sich 
die  Schallgeschwindigkeiten 
Vh  __  28;21 
Vi  "    9,72' 
Setzt  man  nun  das  spezifische  Gewicht 
des  Heliums  bezogen  auf  Luft  gleich  0,137, 

so  wird  nach  der  Formel  k  =  ^  .  v^ 

I  kj.  ^  /28,21\         3^ 

;  kl       l  9,121      ' 

1  und,    wenn   man  schließlich  noch  ki  =  1,40 

[  annimmt, 

kh  =  1.62. 


656 


Kalorimetrie 


20.  Tabellen  der  spezifischen  Wärmen  bezogen  auf  die  i5"-Kal. 
20 n)  Feste    Körper    bei    etwa    18°. 


Aluniinium 0,21 

Antimon 0,05 

Arsen 0,08 

Baryum 0,07 

Beryllium 0,4 

Blei 0,031 

Bor 0,3 

('a<lmium 0,055 

Caesium 0,05 

Calcium 0,18 

Cerium 0,04 

Chrom 0,1 

Didj'm 0,04 

Eisen 0,11 

Gallium o,oS 

Germanium 0,07 

Gold 0,031 

Indium 0,05 

Jod      0,054 


Iridium 

Kalium 

Kobalt 

Kohlenstoff 

,,       Diamant  .    .    . 

,,       Graphit     .    .    . 

,,       Kohle    .    .  0,2- 

Kupfer 

Lanthan      

Lithium 

Magnesium 

Mangan  

Molybdän 

Natrium 

Nickel 

Osmium 

Palladium 

Phosphor    

Platin      


0,032 

0,16 

0,11 


0,11 
0,16 

-0,3 
0,091 
0,04 
0,94 
0,25 
0,12 
0,06 
0,29 
0,11 
0,03 
0,058 
0,18 
0,032 


Rhodium 0,058 

Rubidium o,oS 

Ruthenium 0,06 

Schwefel 0,2 

Helen 0,09 

Silber 0,055 

Silicium 0,15 

Tantal 0,036 

Tellur 0,05 

Thallium 0,03 

Thorium 0,027 

Titan o,u 

Uran 0,04 

Vanadium 0,11 

Wismut 0,029 

Wolfram 0,03 

Zink 0,092 

Zinn 0,052 

Zirkon 0,07 


Anhydrit 0,18 

Aragonit 0,20 

Asbest 0,2 

Basalt 0,20 

Beryll 0,20 

Bimstein 0,24 

Bleichlorid 0,06 

Bleiglanz 0,05 

,,     amorph  ....  0,12 

Bleioxyd 0,05 

Chlorkalium 0,16 

Chlornatriura 0,21 

Ebonit 0,34 

Eis 0,50 

Eisenoxyd 0,16 

Flußspat 0,21 

Gips 0,26 

Glas 0,2 


Glimmer 0,20 

Gneiß 0,19 

Granat 0,17 

(jranit 0,19 

Hornblende 0,19 

Humus 0,44 

Kaliumnitrat     ....  0,23 

Kaliumsulfat     ....  0,19 

Kalkspat 0,21 

Kalkstein 0,21 

Kork 0,48 

Korund 0,20 

Kupferoxyd 0,13 

Kupfersulfat 0,16 

Leder 0,4 

Marmor 0,21 

Natriumnitrat    ....  0,27 

Üligoklas 0.20 


Opal 0,18 

Paraffin 0,6 

Porzellan 0,26 

Quarz 0,19 

Sandstein 0,18 

Schwerspat 0,11 

Steinkohle 0,31 

Steinsalz 0,21 

Ton 0,22 

Topas 0,21 

Wachs 0,6 

Wolle 0,4 

Zement 0,2 

Zinkblende 0,11 

Zinnober 0,05 

Zucker 0,30 


20  b) 

Aceton  " 0,53 

Aethyläther 0,56 

Aethylalkohol    ....  0,58 

Aethylbromid    ....  0,21 

Aethyljodid 0,16 

Allylalkohol 0,66 

Ameisensäure     ....  0,53 

Amylalkohol 0,55 

Anilin      0,50 

Azobenzol 0,33 

Benzol 0,41 

Blut 0,88 


F  1  ü  s  s  i  o;  k  e  i  t  e  n    bei    et  w  a  18". 


Butylalkohol      ....  0,7 

Chlorbenzol 0,32 

Chloroform 0,23 

Essigsäure 0,50 

Glycerin 0,58 

Kohlenstofftetrachloritl  0,20 

Methylalkohol   ....  0,60 

Methylanilin      ....  0,51 

Nitrobenzol 0,34 

Olivenöl 0,47 

Pentan 0,51 

Petroläther 0,5 


Petroleum 0,51 

Propylalkohol    ....  0,56 

Quecksilber 0,0333 

Rizinusöl 0,43 

Schwefelkohlenstoff     .  0,24 

Schwefelsäure    ....  0,34 

Terpentinöl 0,42 

Tetrachloräthylen.    .    .  0,19 

Toluol 0,40 

Wasser 0,999 

m-Xylol 0,40 

Zuckerlösung  43%  .    .  0,76 


Wasser    bei    v 

e  r  s  c  h  i  e  d 

e  n  e  n 

T  e  m  ])  e  r  a  t 

u  r  e  11. 

0«   • 

1,008 

20» 

0,9989 

40» 

0,9990 

80» 

1 ,005 

5 

1,0044 

25 

0.9984 

50 

1,0000 

90 

1,007 

10 

1,0018 

30 

0,9983 

60 

1,0017 

100 

1,010 

15 

1,0000 

35 

0,9985 

70 

1,0034 

200 
300 

1,062 
1,155 

Kalorimetrie 


657 


20c)  Gase  und  Dämpfe.     Spezifische  Wärme  bei  konstantem  Druck  c,,. 
(Gase  bei  etwa  18";  Dämpfe  bei  höherer  Temperatur.) 


Aceton 0,3 

AethyLäther 0,46 

Aethylalkohol    ....  0,45 

Aethylbromid    ....  0,17 

Aethylen 0,40 

Ammoniak 0,52 

Argon      0,124 

Benzol 0,3 

Brom 0,055 

Bromwasserstoff    .    .    .  0,082 

Chlor 0,124 

Chloroform 0,15 

Chlorwasserstoff    .    .    .  0,19 


Helium 1,20 

Jod      0,035 

Jodwasserstoff  ....  0,055 

Kohlenoxyd 0,250 

Kohlensäure 0,215 

Luft 0,24 

Methan 0,5g 

Methylalkohol   ....  0,5 

Sauerstoff 0,218 

Schwefelkohlenstoff      .  0,16 

Schwefelwasserstoff  .    .  0,243 

Schweflige  Säure  .    .    .  0,154 

Stickoxyd 0,23 


Stickoxydul 

Stickstoff       

0,22 
0,249 

Terpentinöl 

Wasserdampf  (100  bis 

125») 

Wasserdampf  (128  bis 

217") 

0,5 

0,38 

0,48 

Wasser  dampf  (8  Atm.) 

(250  bis  550")    .    .    . 
Wasserstoff 

0,50 
3,4 

Zinnchlorid 

0,09 

Sauerstoff 


Flüssige    Gase. 
.   .    0,35  Stickstoff 


0,43 


Spezifische    Wä  r  m  e    bei    konstanten    Volumen   Cy. 
(Zwischen  0«  und  etwa  2000o.) 

Argon 0,074       Sauerstoff      0,183        Wasserdampf    ....    0,580 

Chlor 0,093        Schwefelkohlenstoff      .    0,137        Wasserstoff 2,89 

Kohlensäure 0,238       Stickstoff 0,215  ,,    (unterhalb  —  213")  1,5 


2od)  Verhältnis  der  spezifischen  Wärmen  Cp/Cy  der  Gase  und  Dämpfe. 
(Gase  bei  etwa  18";  Dämpfe  meist  bei  höherer  Temperatur.) 


Acetylen 1,26 

Aethan 1,22 

Aethj^läther 1,09 

Aethylalkohol 1,13 

Aethylbromid 1,19 

Aethylchlorid      1,19 

Aethylen      1,24 

Ammoniak 1,30 

Argon 1,67 

Benzol 1,10 

Brom 1,29 

Bromwasserstoff 1,42 

Chlor 1,36 

Chloroform i,ii 

Chlorwasserstoff 1,40 

Essigsäure 1,15 

Helium 1,66 

Jod 1,30 

Jodwasserstoff 1,40 


Kohlenox}'d 

Kohlensäure 

Kohlenstoff  tetrachlorid 

Luft     

Methan     

Methyläther 

Methylalkohol    .    .    .    . 

Ozon 

Phosphor 

Propan     

Quecksilber 

Sauerstoff 

Schwefelkohlenstoff  .  . 
Schwefelwasserstoff  .  . 
Schweflige  Säure   .    .    . 

Stickoxydul 

Stickstoff 

Wasserdampf 

Wasserstoff 


,40 
,30 
,13 
,40 
,31 
,11 

,25 
,29 
,18 

,14 
,666 

.40 
,20 

,34 

,26 

,31 
,40 
,28 
,41 


Literatur.       Dir     verschiedenen     Ko  mp  c  n  die  n 
der    Physik   wie    Müller-Pouillet,    Brmm-\ 
schweig.    —    Wüllner,     Leipzig   —    Wlnkel- 
mann,   Leipzig    —    Chivolson,    Braunschweig  \ 
—    Kohlrausch,    Pi  aktische    Physik,    Leipzig  \ 
(mit  vielen  Literaturangaben)  —    IViedetnann-  \ 
Ebert,     Braunschtveig    —    Ostwald- Luther, 
Physiko-chemische  Äfessungen,  Leipzig.  —  Neuere 
EinzeUiteralur :    Verhandkingen  des  Ansschusses 
für     Einheiten      und     Formelgrößen;     ferner: 
Eucken,    Sitzungsber.  Berl.   Akad.   1912,  S.  I4I 
a.    Jahrb.    d.    Radionkt.    8,     S.   489,     1912.     — 
Xernst,   ebenda,  1910,    S.  262.   —   J»ier,   Zeit- 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  Y, 


sehr.  f.  Elektrochem.  15,  S.  563,  1909;  16,  S.  897, 
1910.  —  Scheel  und  Heuse,  Ann.  d.  Physik  (4), 
37,  S.  79,  1912  u.  40,  S.  47s,  1913.  —  Wigand, 
Jahrb.  d.  Radioakt.  g,  S.  54,  1913.  —  Zaiüenwerte 
und  Literaturangaben,  in  Landolt-ßörtistein, 
Physikalisch-chemische  Tabellen,  Berlin. 

Karl  Scheel. 


42 


658 


Kamljiium 


Kambrium. 

1.  Abgrenzung.  2.  Gesteine.  3.  Palüonto-  \ 
logischer  Charakter.  4.  Das  Kambrium  in 
Schweden.  5.  Verbreitung  und  Entwickelung 
des  Kimbrium.  a)  ünterkambrium.  u)  Meeres- 
becken der  Rockv  Mountains,  ß)  Nordatlan- 
tisches Meer.  '/)  Pandschabprovinz  des  Unter- 
kambrium, d)  Kontinente  des  Unterkambrium. 
b)  Uas  ^ilittelkambrium.  u)  Die  mediterrane 
mitteleuropäische  Transgression.  ß)  Der  Pazi- 
fische Ozean  der  kambrischen  Zeit,  c)  Das 
Oberkambrium,  a)  Rückzug  des  Meeres  aus 
dem  mitteleuropäischen  Gebiet,  ß)  Transgression 
des  Algonkischen  Kontinents  in  Nordamerika. 
7)  Nord-itlantisches  Meer,  d)  Das  Pazifisch- 
amerikanische Meer. 

1.  Abgrenzung.  Das  nach  Wales  (mittel- 
alterlich =  Cambria)  benannte  Kambrium 
oder  die  kambrische  Formation  erreicht 
bis  siebentausend  Meter  Mächtigkeit  und 
lagert  meist  diskordant  auf  präkambri- 
schen  Sedimenten  oder  kristallinen  Schiefern. 
Ein  faunistischer  und  petrographischer  Ueber- 
gang  zu  dem  folgenden  Silur  wird  verhältnis- 
mäßig selten  beobachtet. 

2.  Gesteine.  Die  durchweg  marinen  Ge- 
steine sind  (abgesehen  von  zweifelhaften 
Glazialbildungen^)  dunkel  gefärbte  Ton- 
schiefer, Grauwacken  und  Sandsteine,  welche 
meist  mit  einem  basalen  Konglomerat,  dem 
sicheren  Anzeichen  einer  Transgression,  be- 
ginnen. Kalk  ist  zwar  vielfach  sehr  mächtig, 
aber  auf  einzelne  Gegenden  (Schonen, 
Sardinien,  Nordschottland,  Ostasien,  west- 
liches Nordamerika)  beschränkt  und  häufig 
in  der  Form  von  bituminösen  Stinkkalk- 
knollen im  Schiefer  vorhanden  (Skandinavien). 

Die  kambrischen  Gesteine  sind  meist 
stark  gefaltet  und  dementsprechend  zu  ganz- 
oder  halbkristallinen  Gebilden  (Phyllit, 
Marmor)  umgewandelt.  Wo  sie  ungestört 
lagern,  ist  die  ursprüngliche  Beschaffen- 
heit zuweilen  noch  erhalten  (Potsdam- 
und  Tontosandstein,  plastische  Tone  und 
lose  Sande  in  Estland).  Deckenartige 
Eruptivlagen  (Diabase),  welche  gleichzeitig 
mit  den  normalen  Sedimenten  gebildet 
wurden,  sind  wenig  verbreitet  (Böhmen, 
Vogtland,  Norwegen). 

Von  den  älteren  präkambrischen  Forma- 
tionen unterscheidet  sich  das  Kambrium 
durch  das  Zurücktreten  der  Eruptivbildungen, 


1)  Bei  der  angeblichen  Eiszeit  des  Kambriums 
ist  entweder  die  Altersbestimmung  zweifelhaft 
—  so  in  China  (Richthofen,  China  III  S.  110 
Anm.  und  V,  S.  10  Anm.)  und  im  nördlichen 
Norwegen  (Varanger-Fjord)  —  oder  es  handelt 
sich  wie  in  Australien  um  geschrammte  Gerolle, 
deren  Politur  auf  Gebirgsdruck  zurückgeführt 
wird  (Basedow)  und  deren  Altersbestimmung 
ebenfalls  ganz  zweifelhaft  ist,  sie  gehören  nach 
Noetling  zur  Dyas. 


von  dem  Silur  durch  die  geringere  Verbrei- 
tung der  Kalke. 

3.  Paläontologischer  Charakter.  ])ie 
aus  dem  Kambrium  beschriebenen  x\lgen- 
reste  sind  entweder  als  Spuren  von  Würmern 
oder  als  Eindrücke  flottierender  Medusen 
(„Eophyton")  zu  deuten.  Die  Wurmröhren 
(Scolithus,  Arenicolites,  Salterella)  gestatten 
noch  die  zuverlässigste  Deutung.  Sehr  schön 
erhaltene  Chätopoden  und  Gephyreen,  an 
deren  Abdrücken  Segmentierung,  Parapodien, 
Borstenbüschel,  Tentakeln  und  Darmkaual 
sichtbar  sind,  kommen  nach  Walcott  im 
Mittelkambrium  der  Rocky  Mts.  vor.  „Oldha- 
mia"  ist  dagegen  eine  Fältelungsform  der 
Schiefer.  Pflanzliche  Reste  fehlen  somit 
ganz. 

Die  größeren  Gruppen  der  wirbellosen 
Meerestiere  sind  bereits  —  mit  Ausnahme 
der  Asteriden,  Echiniden  und  Bryozoen  — 
vorhanden,  obwohl  die  Reste  gerade  der 
niedrigsten  Formen,  der  Protozoen  (Glo- 
bigerina,  Ovulina)  und  Spongien  (Proto- 
spongien),  wenig  hervortreten.  Die  in  der 
Alten  und  Neuen  Welt  weit  verbreiteten 
x\rchäocyathinen  dürften  einer  beson- 
deren, ausgestorbenen  Gruppe  der  Korallen 
oder  wahrscheinlicher  der  Kalkspongien  ent- 
sprechen. Näher  an  bekannte  Formen 
schließen  sich  die  fünf-  oder  vierstrahligen 
Ausgüsse  der  Leibeshöhle  von  Medusen  an. 
Die  Hydrozoen  werden  durch  die  erloschene 
Gruppe  der  Graptolithiden  (Ordnung  Axono- 
lipa)  vertreten,  erreichen  jedoch  erst  im  ober- 
sten (zuweilen  schon  zum  Silur  gerechneten) 
Kambrium  mit  Dictyonema  (daneben  mit 
Bryograptus  und  Dichograptus)  größere 
Häiifigkeit.  Unter  den  Echinodermen  kennt 
man  nur  die  Cystoiden  (z.  B.  Eocystites  und 
Trochocystites)  mit  Sicherheit,'  während 
die  Crinoiden  lediglich  durch  Bruchstücke 
vertreten  sind.  Die  Mollusken  sind  durch 
zweifelhafte  Formen,  wie  Fordilla  (Zwei- 
schaler oderOstracode  ?),  Hyolithus  undTheca, 
ferner  durch  seltene  Gastropoden  (Scenella, 
Bellerophon,  Euomphalus,  Raphistoma,  Pla- 
tyceras,  Maclurea)  und  Cephalopoden  (Vol- 
borthella  und  Piloceras)  schon  im  Unter- 
kambrium vertreten;  im  Oberkambrium 
erscheinen  große  gewundene  Nautileen.  Von 
Crustaceen  sind  vereinzelte  Ostracoden  (Leper- 
ditia,  Aristozoe,  Beyrichia),  Gigantostraca 
(Aglaspis  Hall.)  und  Phjdlopoden  (Protocaris 
und  Hymenocaris)  bekannt. 

Alle  genannten  Gruppen  werden  von 
den  Braciiiopoden  und  vor  allem  den  Trilo- 
biten  an  Bedeutung  bei  weitem  übertroffen. 
Unter  den  Brachiopoden  wiegen  horn- 
schalige,  schloßlose  Formen  aus  den  Familien 
der  Linguliden  (Lingulella,  Lingula),  Obo- 
liden  (Obolus,  Mickwitzia,  Kutorgina,  Neo- 
bolus,  Obelelia,  Lakhmina,  Linnarssonia), 
Acrotretiden(Acrotreta.Acrothele),Disciniden 


r 


i£/7*^'^^C 


Kambrium 


659 


(Discinolepis)  vor.  Die  Oboiiden  und  Acro- 
tretiden  sind  —  abgesehen  von  einer  in  d^s 
tiefste  Silur  hinaufgehenden  Art  (Obolus 
Sibiriens)  — •  ausschließlich  kambrisch, 
während  die  beiden  anderen  Familien  noch 
jetzt  leben.  Kalkschalige  Brachiopoden 
'—  Oithis,  Orthisina,  Synthrophia,  Huenella 
(Pentameridae)  und  Camarella  (Rhyncho- 
nellidae)  —  treten  den  Hornschalenträgern 
gegenüber  vollkommen  zurück. 

Wie  die  Brachiopoden  durch  vorwiegend 
hornige  Ausbildung  der  Schale,  so  sind  die 
kambrischen  Trilobiten  durch  das  Fehlen 
der  Augen  und  die  Unfähigkeit  sich  einzu- 
rollen ausgezeichnet.  Die  wichtigsten,  mit 
\usnahme  von  Agnostus  auf  das  Kambrium 
beschränkten  Gattungen  sind  Olenellus  (I)^), 
Mesonacis  (1)  und  Holmia  (I),  Paradoxides 
(II),  Olenus,  Peltura  und  zahlreiche  Unter- 
gattungen in  III,  Dicellocephalus  (III), 
ferner  Conocephalus  (I— II)  und  Ptycho- 
paria  (I — ^III),  Sao  (II),  Ellipsocephalus 
(I,  II),  Arionelius  =  Agraulos  (I,  II),  Anomo- 
care  (II),  Dorypyge  (I,  II),  Agnostus  (I 
bis  III,  Untersihir)  und  Microdiscus  (I— II). 

Die  große  Mehrzahl  der  vorstehend  er- 
wähnten Gattungen  kommt  nicht  nur  in 
feinschieferigen  und  kalkigen  Gesteinen,  son- 
dern auch  in  zweifellosen,  durch  Wellen- 
furchen gekennzeichneten  Litoralbildungen 
(Pribram,  Blauer  Ton  Rußlands)  vor;  somit 
ist  eine  Erklärung  der  Augenlosigkeit  durch 
abyssischeLebensbedingungen  ausgeschlossen. 
Die  Annahme,  daß  der  Verlust  des  früher 
vorhandenen  Sehvermögens  durch  wühlende 


Lebensweise  im   Schlamme  bedingt  ist,  ist 
naheliegend. 

Trotz  der  Länge  der  präkambrischen 
Zeit,  während  der  die  genannten  Stämme  der 
Wirbellosen  sich  entwickelten,  zeigen  manche 
kambrischen  Gruppen  noch  eine  primitive 
Beschaffenheit  —  so  die  Brachiopoden, 
bei  denen  fast  ausschließlich  schloßlose 
Formen  auftreten,  die  Graptolithen  mit  der 
weniger  differenzierten  achsenlosen  Gruppe 
und  die  Echinodermen,  die  ausschließlich 
durch  festgewachsene  Pelmatozoen  vertreten 
sind. 

4.  Das  Kambrium  in  Schweden.  Trotz- 
dem die  kambiische  Formation  zuerst  von 
Sedgwick  in  England  unterschieden  wurde, 
bildet  jetzt  Schweden  den  Ausgangspunkt 
für  die  Einzelgliederung  in  Stufen  und  Zonen. 
Das  Oberkambrium  ist  nach  Brögger  in 
Norwegen    besonders   fossilreich    entwickelt. 

Die  Uebereinstimmung  der  englischen 
Faunen  und  der  meisten  Horizonte  mit 
Skandinavien  ist  von  der  Olenelluszone  bis 
zu  der  oberen  Grenze  (Ceratopygekalk 
=  Tremadoc;  Dictyonemaschiefer)  erwiesen. 
Auch  der  Harlech  grit  in  Wales  und  die 
basale  Serie  der  xArkosen  und  Konglomerate 
der  nördlichen  Hochlande  haben  ihr  Analogon 
in  dem  Fucoiden-  und  Eophytonsandstein. 
Nur  die  Zone  des  mit  dem  amerikanischen 
Olenellus  Thompsoni  Hall  zunächst  ver- 
wandten Olenellus  Lapworthi  Peach  et 
Hörne  ist  in  Skandinavien  noch  nicht  nach- 
gewiesen. Man  unterscheidet  die  folgenden 
Abteilungen  und  Zonen  in  Skandinavien: 


(Jbeikambriiim 
mit   Olenus   und 

Dictyonema 
(=  Jjingula  flags 

in  England) 


Mittelkambrium 
mit  Paradoxides 

und  Ellipso- 
i'ephalus  (  -  Me- 
nevianund  Solwa 

in  England 


Z.  m.  Dictyonema  flabelliforme,  Acerocare 

(Z.  m.  Cyclognathus  micropygus  und  Acerocare,  nur  in  Schonen) 

Z.  m.  Peltura  scarabrieoides  und  Sphaerophthalmus 

Z.  m.  Eurycare  und  Leptoplastus 

Z.  m.  Parabolina  spinulosa  und  Orthus  lenticularis 

(Z.  m.  Beyrichia  Angelini;  Nerike) 

Z.  m.  Olenus  gibbosus  und  truncatus 

Z.  m.  Agnostus  pisiformis  (mut.  socialis) 


Andrarum- 
kalk 


(  Konglomerat  mit  Orthis  exporrecta 
)   Z. 


m.  Agnostus  laevigatus 
Z.  m.  Paradoxides   Forchhammerei    und   Centroplenra   Loveni 
[       (Harpides,  DoHchometopus) 
Z.  m.  Par.  Davidis  (Microdiscus  u.  Par.  Tessini) 

Z.  m.  Par.  Tessini  (Ellips.  granulatus,  Conocorjqjhe    exsulans,  Agnostus  res) 
Z.  m.  Par.  Oelandicus  (Ellipsocephalus  polytomus.  Agn.  regius) 


Unterkambrinm 

mit  Olenellus  und 

Mick^vitzia 

(=  Caerfai  in 

England) 


Z.  m.  (Jlenellus  Kjerulfi  (Obolella  sagittalis,  Protospongia  fenestrata) 
,.Fucoiden"sandstein,  Eophytonsandstein  mit  Olenellus  (Schmidtielhis)  Torelli 
und  Mickwitzia  raonilifera.     Windgeschliffene  Kantengeschiebe. 

Darunter:   Präkambrium  und  Grundgebirge. 


^)  Die  beigesetzten  Zahlen  bedeuten:  I  Unter-    gerechnet.      Hydrocephalus  ist  die   Jugendform 
kambrium,      II    Mittelkambrium,       III    Ober-   von  Paradoxides. 

kambrium.     Die  Tremadocstufe  wird  zum  Silur         ^)  In  Norwegen  noch  im  tiefsten  Silur. 

S  42* 


?• 


660 


kuuibriuiu 


5.  Verbreitung  und  Entwickelung  des 
Kambriums.  5a)  Das  Uli t erkambrium. 
Die  Verbreitung^  der  basalen  Konglomerate  und 
Sandsteine.  Das  untere  Kambrium  beginnt 
überall,  wo  eine  vollständige  Entwickelung 
vorliegt,  mit  Konglomeraten  und  anderen 
klastischen  Gesteinen. 

Die  Anzeichen  einer  weitausgreifenden, 
alte  präkambrische  Festländer  bedeckenden 
Transgression  sind  aus  ganz  Nordeuropa 
(nördliche  und  südliche  baltische  Länder, 
Skandinavien,  Wales,  Schottland  und  Nord- 
frankreich),  aus  Sardinien  (1),  aus  dem  Osten 
und  Westen  von  Nordamerika,  New  Found- 
land,  Utah,  Nevada,  British  Columbia  (2),  aus 
China  sowie  aus  der  Indischen  Salzkette 
(Purple  sandstone  oder  Khewra  group  des 
Pandschab)  bekannt  geworden.  In  China 
entspricht  die  sinische  Formation  Richthofens 
ungefähr  dem  Kambrium  sowie  zum  Teil 
noch  dem  Präkambrium. 

Aehnliche  geologische  Verhältnisse  beob- 
achten wir  auf  der  anderen  Seite  des  Stillen 
Ozeans.  In  Nevada  (Prospect  mountain). 
British  Columbia  (Bow  River)  und  Utah 
(Big  Cottonwood  Cafion)  ist  die  Mächtigkeit 
der  unter  dem  Olenellusniveau  liegenden 
Quarzite  und  Sandsteine  derart,  daß  man 
ihren  unteren  Teil  noch  dem  Präkambrium 
zuweist.  Die  außerordenthche  Mächtigkeit, 
welche  die  sinische  Formation  im  Liegenden 
des  Ober-  und  Mittelkambriums  besitzt, 
entspricht  dieser  Deutung.  Die  sinische 
Formation  beginnt  mit  einer  Transgression 
über  Gneiß  und  Präkambrium  (Wutai- 
formation),  ebenso  wie  das  jüngere  Prä- 
kambrium in  Canada  über  älteren  Grünstein 
(Shuswap)  transgrediert.  Jedenfalls  ergibt 
sich  für  den  nördlichen  Teil  des  pazifischen 
Weltmeeres  ein  geologisches  Alter,  welches 
dem  durch  bestimmbare  Versteinerungen 
gekennzeichneten  Unterkambrium  entspricht, 
wahrscheinlich  aber  überall  noch  darüber 
hin  aus  reicht. 

Die  Olenellusstufe.  Die  grobklasti- 
schen Bildungen  gehen  nach  oben  zu  in 
feinere,  sandige  oder  tonige  Schichten  über, 
deren  Mächtigkeit  im  atlantischen  Gebiet 
3)  gering  ist.  Kalke  sind  äußerst  selten. 
Die  bezeichnende  Gattung  Olenellus  4)  ist 
in  allen  erwähnten  Gebieten  —  neuerdings 
auch  in  Südchina  (Mesonacis  Verneaui 
Mansuy  in  Yünnan)  —  sowie  ferner  in 
Westaustralien  5)  gefunden  worden. 

Innerhalb  der  Olenellusstufe  ist  Olenellus 
s.  Str.  (0.  Thompsoni,  0.  Gilberti  und  0. 
Lapworthi),  Mesonacis  (M.  Mickwitzi  und 
M.vermontana),  Protypus  und  einige  seltenere 
Gattungen  6)  auf  die  ältere  Zone  beschränkt. 
Auch  die  Untergattung  Holmia  (H.  Bröggeri) 
ist  bereits  hier  (Schicht  Nr.  2,  bei  Manuels 
Brook  s.  V.)  vorhanden.  Die  tiefere  Zone 
wurde    bisher     in    Nordschottland,     Wales 


(St.  Davids  7).  Estland,  Sardinien,  ferner 
in  New  Foundland,  British  Columbia.  Utah 
und  Nevada  nachgewiesen. 

Die  höhere  Zone  ist  durch  Ellipsocephalus 
und  das  Fortleben  von  Holmia  (H.  Kjerulfi 
in  Skandinavien  und  Neu-Braunschweig, 
H.    Callavei    in    Shropshire)    ausgezeichnet. 

Trotzdem  wir  bezüglich  der  Kenntnis 
unterkambrischer  Faunen  erst  im  Beginn 
des  Erkennens  stehen,  gestatten  faunistische 
Verschiedenheiten  bei  Trilobiten  und  Brachio- 
poden  die  Annahme  des  Vorhandenseins 
getrennter  Meeresbecken: 

a)  Das  Meeresbecken  der  Rocky- 
Mountains  (Walcott  8,  9)  war  von  dem 
Osten  Amerikas  durch  breite  Landmassen 
getrennt  und  faunis tisch  verschieden.  Der 
Osten  gehört  dem  nordatlantischen  Meeres- 
becken der  unter-  und  mittelkambrischen 
Zeit  an.  Die  Zahl  der  Arten,  welche  dem 
Osten  und  Westen  geraeinsam  sind,  ist  sehr 
geringfügig  (7  von  150).  Für  den  Westen 
bezeichnend  ist  die  Gruppe  des  Olenellus 
Gilberti,  Crepicephalus,  Oryctocephalus, 
Anomocare,  Acrotreta,  Acrothele  und  Eth- 
mophyllum. 

ß)  Nordatlantisches  Meer.  Un- 
verhältnismäßig größer  (18)  ist  die  Zahl 
der  Gattungen,  welche  bisher  nur  im  Osten 
gefunden  wurden:  Mesonacis  und  Holmia, 
Conocephalus,  Arionellus  (=  Agraulos  Corda 
auct.),  Agnostus,  Microdiscus,  Bathynotus, 
Platyceras,  Straparollina,  Raphistoma, 
Helenia,  Hyolithellus,  Salterella,  Camarella, 
Orthisina,  Paterina  (=  Kutorgina  labradorica 
Bill.),  Linnarssonia,  Iphidea.  Zu  dem  nord- 
atlantischen Becken  gehört  die  langgestreckte 
Zone  von  Ablagerungen,  welche  von  Labrador 
(Belle-Isle-Straße)  durch  New  Foundland, 
Neu-Braunschweig  (Acadia),  Vermont  (Ben- 
nington  quarzit),  Massachusetts  (N.  Attleboro 
und  Braintree),  New  Jersey  (Reading  quar- 
zit), New  York  (Adirondack  und  Green 
Mts.),  Pennsylvania  (10),  Virginia  (Chilhowee- 
quarzit)  bis  Ost-Tennessee  und  Alabama 
hinabreicht. 

Die  Bedeutung  dieser  faunistischen  Ueber- 
einstimmung  wird  dadurch  unterstrichen, 
daß  in  den  gleichalten  Ablagerungen  Europas 
nur  eine  einzige  eigentümliche  Gattung, 
der  litoraleBrachiopode  Mickwitzia  vorkommt. 
Hingegen  sind  gerade  die  wichtigsten,  auch 
in  tieferem  Wasser  heimischen  Trilobiten, 
1  die  Gruppe  des  Olenellus  Thompsoni  Hall, 
Holmia  und  Mesonacis,  Ellipsocephalus, 
'  Arionellus  und  Agnostus  in  Europa  und 
Amerika  durch  nah  verwandte  und  idente 
iVi'ten  11)  vertreten.  Auch  unter  den  weniger 
veränderlichen  Brachiopoden  finden  sich 
idente  Arten  wie  Linnarssonia  sagittalis 
Salt.  sp.  und  Kutorgina  cingulata  Bill. 
Von  ,,Pteropoden"  werden  Salterella  pul- 
chella,  Helenia  bella  und  Hyolithellus  micans 


Kambrium 


661 


ausgeführt,  deren  Identität  init  amerikanischen 
Formen  sicher  oder  wenigstens  höchst  wahr- 
scheinlich ist. 

Daß  auch  zur  unterkambrisclien  Zeit 
bedeutende  facielle  Unterschiede  innerhalb 
desselben  Meeres beckens  vorkommen,  be- 
weist die  xVuffindung  einer  der  Olenellus- 
fauna  gleichalten  in  tiefem  Wasser  heimischen 
Tiergesellschaft  in  Neu -Braunschweig  12). 
Die  neuerdings  auch  in  England  (Comley) 
nachgewiesene  ,,Protolenusfauna"  liegt  unter 
der  Zone  des  Paradoxides  lamellatus  (vgl. 
oelandicus),  entspricht  also  dem  Unterkam- 
brium, enthält  aber  neben  zahlreichen  be- 
kannten .Vi'ten  dieser  Stufe  eine  Reihe  von 
Trilobitengattungen,  bei  denen  der  große 
Augensockel  von  der  Nackenfurche  bis  zur 
Glabella  reicht:  Protolenus,  Protagraulos 
(verwandt  mit  .Viionellus  Barr.  =  Agraulos 
Corda)  und  Micmacca  Matth.;  Ellipsocepha- 
lus  und  Avalonia  kommen  auch  in  der 
Olenellusfacies  vor.  Bemerkenswert  ist 
ferner  das  Vorkommen  von  Foraminiferen 
(Orbulina  und  Globigerina),  kleinen  Brachio- 
poden  (Lingulella,  Obolus,  xVcrotreta,  Acro- 
thele),  Gastropoden  (Hyolithus  und  Pela- 
giella  Matth.)  sowie  Ostracoden  (Hipponi- 
charion,    Beyrichia,    Primitia,    Leperditia). 

Das  Unterkambrium  von  Sardinien 
bildete  einen  Ausläufer  des  nordatlantischen 
Meeres.  Wenngleich  ein  eingehender  Vergleich 
ausgeschlossen  ist,  so  verweist  doch  das 
Vorkommen  von  Ai'chäocyathinen,  Parado- 
xides mediterraneus  und  Conocoryphe  Levyi 
auf  einen  unmittelbaren  Zsammenhang  mit 
Südfrankreich  und  dem  nordatlantischen 
Ozean.  Aus  dem  iberischen,  räuiulichsehr  aus- 
gedehnten Kaiabiium  sind  bisher —  abgesehen 
von  spanischen  und  portugiesischen  Para- 
doxidesschichten  —  nur  AiThäocyathinen 
13)  bekannt  geworden,  die  außerdem  in 
Schottland,  Sardinien  und  dem  Westen 
Amerikas  vorkommen. 

y)  Pandschabprovinz  des  Unter- 
kambrium. Die  in  der  Indischen  Salzkettel4) 
bisher  gefundenen  Trilobitengattungen  Ole- 
nellus(Redhchia)Noetiingi  Redl.  Ptychoparia 
[Pt.  indica  Waag.  sp.  15)]  gehören  nebst 
Lingula,  Orthis  und  Stenotheca  zu  den  auch 
anderwärts  das  ältere  Kambrium  kenn- 
zeichnenden Typen.  Die  Brachiopoden  sind 
jedoch  fast  durchweg  eigentümlich,  soNeobo- 
lus,  Lakhmina,  Schizopholis  und  Discinolepis. 
Eigentümlich  ist  ferner  die  Häufigkeit  der 
Dolomite  und  vor  allem  das  Vorkommen 
einer  Salzbildung  (deren  x\lter  allerdings 
nicht  ganz  sicher  ist). 

d)  Kontinente  des  Unterkam- 
brium (Algonkischer,  Arktischer,  Mittel- 
europäischer Kontinent).  Wenn  bei  der 
Rekonstruktion  alter  Meeresbecken  die 
gleichmäßige  Verteilung  der  fossilen  Faunen 
manche  geographische   Lücken   ausfüllt,   so 


ist  der  Versuch,  die  {Frenzen  der  Kontinente 
zu  bestimmen,  mehr  von  geologischen  Beob- 
achtungen abhängig. 

Bis  zu  deiu  Wahsatchgebirge  in  Utah 
und  dem  Eurekagebiet  (in  Nevada)  reicht 
von  Norden  her  die  selbständige  Entwicke- 
lung  der  drei  kambrischen  Stufen  16). 
Dagegen  lagert  in  x\i'izona  (Grand  Cafion), 
in  Neu-Mexiko  und  Texas  transgredierendes 
Oberkambrium  auf  schwach  aufgerichteten 
präkambrischen  Schichten.  Dieselbe  Lagerung 
herrscht  nach  Walcott  auch  in  Wyoming, 
Südmontana,  Dakota  (den  Black-Hills), 
Missouri  (Ozark  Mt.),  Wisconsin,  Minnesota 
und  in  den  Adirondackbergen  (New  York). 
Jedenfalls  hat  hier  während  oder  nach  dem 
Abschluß  der  präkambrischen  Zeit  eine  Auf- 
richtung der  Schichten  stattgefunden,  und 
dieses  ziemlich  genau  die  Mitte  des  Kontinen- 
tes einnehmende  algonkische  Land  wurde 
erst  von  der  oberkambrischen  Transgression 
wieder  überflutet. 

Weniger  sicher  begründet  ist  die  Annahme 
eines  arktischen  Kontinentes.  Es  ist  wesent- 
lich der  litoiale  Charakter  der  unteren  und 
der  mittelkambrischen  Sedimente  sowie 
die  Einheitlichkeit  der  europäischen  und 
ostamerikanischen  Fauna,  welche  das  Vor- 
handensein einer  uralten  den  Norden  des 
Atlantik  in  ostwestlicher  Richtung  durch- 
ziehenden Küstenlinie  wahrscheinlich  macht. 
Auch  die  Mitte  von  Europa  dürfte  am 
Beginn  der  kambrischen  Zeit  landfest  ge- 
wesen sein:  Sardinien,  Südspanien,  Nord- 
frankreich, Bornholm,  Estland  enthalten 
altkambrische  litorale  Bildungen  mit  rund- 
geschliffenen Dreikantern.  Das  vollkommene 
Fehlen  gleichalter  Formationen  in  der  wohl 
durchforschten  Mitte  von  Europa  fällt  um 
so  mehr  ins  Gewicht,  als  aus  Languedoc  und 
Böhmen  gleichartig  17)  entwickelte  mittel- 
kambrische  Transgressionsbildungen  18)  be- 
kannt sind. 

5  b)  D  a  s  M  i  1 1  e  1  k  a  m  b  r  i  u  m  (Paradoxides- 
schichten  =  Georgian  Walcott).  Während 
der  mittelkambrischen  Zeit  läßt  sich  in 
einigen  Gebieten  ein  Vorrücken,  in  anderen 
ein  Rückzug  des  Meeres  nachweisen.  Die 
positive  Bewegung  mag  die  negative  in  den 
bisher  untersuchten  zugänglichen  Teilen 
der  Erde  um  ein  geringes  überwiegen. 
Wahrscheinlich  weist  das  Vorkommen  von 
skandinavischen  Paradoxides quarziten  in  der 
Gegend  von  Sandomir  (Polen)  auf  ein  Vor- 
dringen des  mittelkambrischen  Meeres  in 
dieser  Richtung  hin.  Andererseits  ist  in 
Nordschottland  eine  Einengung  des  kam- 
brischen Meeres  nachweisbar.  Der  Durness- 
kalk mit  Salterella,  Piloceras  und  Archäo- 
cyathus  schließt  sich  am  nächsten  dem 
Unterkambrium  an.  Somit  hat  sich  im 
Mittelkambrium  aus  Schottland  wie  von 
der  Westseite  des  Atlantischen  Ozeans  das 


662 


Kanibiiuni 


Meer  zurückcjezoseii.  Die  Paradoxidesfauna 
ist  in  Nordamerika  mir  in  den  drei  am 
weitesten  östlich  ijfelesoncn  Küsten<?ebieten 
bekannt:  Im  östlichen  New  Foundland 
(Manneis  Brook),  Nen-Brannschweicj  (St.- 
John)  und  Massachusetts  (Braintree  bei 
Boston).  An  dem  letztgenannten  weit  nach 
Süden  vorgeschobenen  Punkte  sind  nur 
Schichten  mit  dem  böhmischen  Par.  spinosus 
Boeck  und  dem  nahe  verwandten  Parado- 
xides Harlani  Green  19)  gefunden  worden, 
während  im  östlichen  Teile  von  Canada 
die  europäischen  Zonen  sämtlich  mit  Aus- 
nahme des  oberen  Horizontes  (Andrarum- 
kalk)  vertreten  sind.  Gegenüber  der  weiten 
Ausdehnung  der  Olenellusfauna,  welche  sich 
bis  Südlabrador  (Anse  au  Loup),  Quebec 
(in  den  silurischen  Konglomeraten)  und 
Ost-Tennessee  verbreitet,  bedeutet  dies  eine 
wesentliche  Einengung  20). 

a)  Die  mediterrane  mitteleuro- 
päische Transgression.  Der  negativen 
Meeres  bewegung  im  atlantischen  Gebiete 
steht  eine  mittelkambrische  Transgression 
gegenüber,  welche  den  europäischen  Ur- 
kontinent zwischen  Böhmen  und  Mittel- 
frankreich  überflutete  und  auch  in  Nord- 
spanien 21)  Reste  der  Paradoxidesfauna 
hinterlassen  hat.  Allerdings  liegen  nur  aus 
Languedoc  22),  Sardinien  (vgl.  oben)  und 
Mittelböhmen  (vgl.  oben)  die  bezeichnenden 
Faunen  vor.  Die  Ueberflutung  der  Mitte 
von  Europa  erfolgte  also  von  Süden,  von 
dem  sardinischen  Olenellusmeer  aus  und 
zeigt  Beziehungen  zu  Nordamerika.  Das 
Vorkommen  des  böhmischen  Paradoxides 
spinosus  in  Massachusetts  ist  erwähnens- 
wert, und  auch  die  mittelkambrische  Fauna 


der    Montagne    Noire    (Languedoc)    besitzt 
Verwandte  in  Neu-Braunschweig  (23). 

ß)  Der  Pazifische  Ozean  der  kam- 
brischen  Zeit.  Eduard  Sueß  hat 
aus  der  Lage  der  Gebirgsketten  in  den 
großen  Meeresbecken  der  Nordhemisphäre 
den  Schluß  gezogen,  daß  der  Pazifische 
Ozean  ein  uraltes  Becken  darstellt,  während 
das  Atlantische  Meer  jüngeren  Ursprungs 
sei.  Die  vergleichende  Stratologie  bestätigt 
diese  aus  tektonischen  Erwägungen  erwach- 
sene Theorie.  Ein  arktischer  Kontinent  lag 
wahrscheinlich  im  Norden  des  heutigen 
Atlantischen  Ozeans.  Die  bemerkenswerte 
Uebereinstimmung  der  mittelkambrischen 
Versteinerungen  in  den  Felsengebirgen  und 
in  China  erweist  das  Vorhandensein  eines 
pazifischen  Beckens  im  Mittelkambrium. 
Dagegen  fehlt  Paradoxides,  die  häufigste 
Gattung  mittelkambrischer  Art  des  at- 
lantischen Gebietes  in  Westamerika,  Argen- 
tinien und  Ostasien. 

Die  Fossilfundorte  des  Mittelkambriums 
in  den  Felsengebirgen  sind  die  Kalke  des 
Prospektberges  bei  Eureka  (Nevada),  die 
Highland  Range  (Nevada),  Antelope  S})rings 
und  die  Oquirrhberge  in  Utah,  die  Gallatin- 
berge in  Montana,  (nördlich  des  Yellowstone 
Park),  vor  allem  die  Kalkschiefer  des  Mt.  Ste- 
phens24)  (Provinz  Alberta  an  der  canadischen 
Pazifikbahn),  welche  über  den  Olenellus- 
schichten  lagern.  Mit  Ausnahme  von  Ante- 
lope Springs  herrschen  hier  wie  auf  der 
anderen  Seite  des  Stillen  Ozeans  im  ^littel- 
kambrium  Kalke  vor.  Eine  fast  7  km 
mächtige  Schichtenfolge  ist  in  den  kana- 
dischen    Rockv     Mountains    beobachtet: 


Abteilung 
Uberkambrium 


Stufe 


Ottcrtail-Kalk  5-16  m 
Chaiicellor-Schiefeiton  1372  m 
Cherbrooke-Kalk  420  m 
Paget-Kalk  110  m 
Boswovth-Kalk  565  m 


(  Eldoii-Kalk  830  m 
Mittelkambrium    :    Stephen-Kalkschiefer  196  m  mit  sehr  reicher  Fauna  24) 
(  Cathedral-Kalk  486  m 


Unterkarabrium 


der  Selkirk  Mountains  (westlich) 
Sir  Donald- Quarzit  1524  m 
Ross-Quarzit  (oberer  Teil)  840  m. 
Konkordante  Lageruna; 


der  Rocky  Mountains  (östlich) 

(Bow  l^i\er) 
Mt.  Whvte-Sandstein  120  m 
St.  Piran-  Quarzit  823  m 
Lake  Louise-Schiefer  32  m 
Fairview  Sandstein  183  m 

Lokale  Diskordanz 


Jüngeres 
Präkambrium 

fBeltian) 


j   Ross-Quarzit  (unterer  Teil)  760  m 
]  Nakimu-Kaik  107  m 


Die  Fauna,  welche  von  Richthof  en  25)  i  nahe  der  Koreanischen  Grenze  und  Gotische 
in  den  Kalksteinen  der   !*rovinz  Liau-Tung  später  26)    in    Korea   selbst    auffand,    ent- 


Kambiium 


663 


spricht,  wie  Da  nies  erkannte,  dem  Mittel- 
kambriuni  und  «fanz  besonders  seiner  oberen 
Abteilun.ü'. 

Für  den  Pazifischen  Ozean  des  Kam- 
briums ist  die  dem  amerikanischen  Olenoi- 
des  quadriceps  nahe  stehende,  auch  in 
Korea  vorkommende  Gattung-  Dorypyge 
besonders  wichtig.  Diese  durch  ein  mit 
Stachehi  versehenes  Pj^gidium  ausgezeich- 
neten Formen  charakterisieren  z.  B.  im 
Eurekaprofil  die  OleneUusschichten  und  das 
Mittelkambrium. 

Demnach  sind  die  chinesischen  Gesteine 
mit  Dorypyge  Richthofeni  von  Wu-lo-pu 
älter  als  die  mittelkambrischen  Kalke  von 
Sai-ma-ki  und  Ta-ling  mit  Conocephalus, 
Anomocare  undPtychoparia(Liostracus)  (27). 
In  Korea  kommen  die  kambrischen  Trilobiten, 
u.  a.  Anomocare  planum  Dames,  A.  majus 
Dam.  sowie  Lingulella  Nathorsti  Linn.  nur 
in  einer  30  m  in<ächtigen  Schichtgruppe  vor. 
Auch  aus  Schantung,  Schansi  und  Sehensi 
sind  gleichalte  Bildungen  bekannt. 

Bezeichnend  für  das  pazifische  Mittel- 
kambrium ist  1.  das  Fehlen  von  Para- 
doxides, 2.  das  häufigere  Auftreten  von 
Dorypyge  (bezw.  Olenoides)  und  der  ältesten 
Asaphiden  Bathyuriscus,  Dolichometopus 
und  Asaphiscus. 

5c)  Das  Oberkanibrium.  (Olenus- 
schichten,  Potsdamsandstein  in  Amerika). 
Zwei  groß  artige,  sicher  nachweisbare  geo- 
logische Ereignisse  kennzeichnen  die  ober- 
kambrische  Zeit:  1.  Der  Rückzug  des  Meeres 
aus  dem  mitteleuropäischen  Gelaiet.  2.  Die 
Transgression  des  Algonkischen  Kontinents 
in  Nordamerika. 

a)  Der  Rückzug  des  Meeres  aus  dem 
mitteleuropäischen  Gebiet.  Gleich- 
zeitig mit  der  Ueberflutung  des  Binnenlandes 
von  Nordamerika  (die  nach  Schuchert 
schon  im  Mittelkambrium  erfolgte),  trat  eine 
vollständige  Trennung  des  Akadischen,  durch 
die  nordatlantische  Olenusfauna  gekenn- 
zeichneten Oberkambriums  von  der  Dicello- 
cephalusfauna  des  den  heutigen  amerikani- 
schen Kontinent  bedeckenden  Meeres  ein. 
Das  letztere  Ereignis  ist  wohl  als  erste  Auf- 
Avölbung  im  Gebiet  der  xVppalachien  zu  deuten. 
Auch  im  Oberkambrium  dürften  die  positiven 
und  negativen  Aenderungen  des  Meeres - 
niveaus  ungefähr  die  gleiche  räumliche  Aus- 
dehnung besitzen. 

Die  Basis  für  die  ^Vnnahme  eines  Meeres- 
rückzuges aus  dem  Mediterrangebiet  beruht 
auf  dem  vollkommenen  Fehlen  aller  ober- 
kambrischen  Schichten  zwischen  dem  Para- 
doxidenniveau  und  dem  in  Böhmen  sowie  im 
Süden  von  Europa  nachgewiesenen  Untersilur. 

ß)  Die  Transgression  des  Algon- 
kischen Kontinentes  in  Nordamerika. 
Die  vielleicht  schon  am  Schlüsse  des 
Mittelkambriums    beginnende   Transgression 


des  nordamerikanischenKontinents überflutet 
das  Land  vom  Rande  der  heutigen  Rocky- 
Mountains  bis  New  York,  ohne  jedoch  den 
damaligen  nordatlantischen  Ozean  zu  er- 
reichen. Andererseits  verschiebt  sich  — - 
wohl  durch  eine  von  der  Bewegung  des 
Meeres  unabhängige  Gebirgsfaltung  —  die 
Küste  des  nordatlantischen  Ozeans  weiter 
nach  Nordosten.  Die  europäischen  Zonen 
mit  Parabolina  und  Dictyonema  finden 
sich  nur  in  Acadia,  während  die  Para- 
doxidesfauna  noch  in  Massachusetts  in 
typischer  Entwickelung  vorkommt. 

Die  Untersuchung  der  oberkambrischen 
Dicellocephalusfauna  und  ihrer  Sedimente 
in  den  verschiedenen  Teilen  der  Vereinigten 
Staaten  ist  besonders  das  Werk  Halls  und 
Wale  Otts.  Doch  tritt  schon  bei  einer 
flüchtigen  Durchquerung  der  im  Osten  und 
Westen  fast  unverändert  bleibende  Cha- 
rakter des  Potsdamsandsteins  mit  seinen 
Wellenfurchen  und  Trockenrissen  klar  hervor. 
Das  vordringende  Meer  drang  über  das  Land 
vor  und  lagerte  die  klastischen  Massen, 
welche  von  der  Brandung  verarbeitet  oder 
von  Strömen  zugeführt  waren,  als  Sand- 
bänke längs  der  Küste  oder  in  weiter  ab- 
liegenden, flach  bleibenden  Meeresteilen  ab. 
Li  Arizona  und  Texas,  Missouri,  in  den 
Black  Hills  (Wyoming-D acota)  am  Ostabfall 
der  Felsengebirge,  dann  längs  der  ganzen 
Nordgrenze  in  Minnesota,  Wisconsin,  Mi- 
chigan, endlich  in  Canada  und  den  Adiron- 
dackbergen  im  Staate  Newyork,  überall 
ist  das  Bild  dasselbe:  Der  Potsdam-Sand- 
stein lagert  diskordant  auf  präkambrischen 
Gesteinen  und  umschließt  eine  im  wesent- 
lichen einheitlich  gestaltete,  von  der  at- 
lantischen völlig  verschiedene  Fauna.  Im 
Grand-Cafion  des  Colorado  enthalten  die 
unteren  roten  (,,Tonto"-)  Sandsteine  nur 
Wurmröhren,  während  in  den  oberen,  heller 
gefärbten,  mergeligen  Sandsteinlagern  Bra- 
chiopoden  und  Trilobiten  gefunden  werden. 

Nach  dem  Vorhergegangenen  sind 
folgende  oberkambrische  Meeres- 
becken nachweisbar: 

y)  Nordatlantisches  Meer.  Nach- 
dem dies  uralte  Meer  anfänglich  in  Amerika 
(Massachusetts)  und  in  Osteuropa  (Polen) 
eine  Einengung  erfahren  hatte,  erfolgte 
gegen  Schluß  des  kambrischen  Zeitalters 
eine  Vertiefung  des  Ozeans.  Die  Dictyonema- 
schiefer,  eine  ausgesprochene  Tiefseebildung, 
finden  sich  über  den  altkanibrischen 
Schichten  von  Skandinavien,  England 
und  Neu-Braunschweig ;  sie  überlagern  auch 
in  Estland  die  wenig  mächtige  Küsten- 
bildung des  Obolensandsteins  und  sind  in 
Belgien  die  einzige  versteinerungsführende 
Schicht  des  Kambriums  über  den  fast  ver- 
steinerungsleeren Phylliten  von  Salm,  Revin 
und  Fumay. 


664 


Kambrium 


ö)  Das  Pazifisch -amerikanische 
Meer.  Es  bedeckt  fast  die  ganze  südliche 
Hälfte  von  Nordamerika  und  reicht  wahr- 
scheinlich über  den  Pazifischen  Ozean  bis 
Nordchina.  Die  Kalke  von  Liau-Tung 
bilden  jedenfalls  noch  nicht  den  hängendsten 
Teil  der  sinischen  Formation. 

Von  den  drei  großen  Landmassen 
des  Beginnes  der  kambrischen  Zeit  ist  am 
Schluß  des  Weltalters  der  Algonkische 
Kontinent  verschwunden,  die  beiden 
anderen  haben  jedoch  eine  wesentliche 
Erweiterung  erfahren. 

Das  arktische  Festland  dürfte  sich 
in  Ostamerika  weiter  nach  Süden  aus- 
gedehnt haben,  da  die  einschneidende  Ver- 
schiedenheit der  amerikanisch-pazifischen  und 
dei  atlantischen  Fauna  eine  solche  Trennung 
voraussetzt. 

Ein  europäisches  Festland  entsprach 
etwa  dem  heutigen  Mittelmeergebiet  und 
wahrscheinlich  auch  der  sarmatischen  Ebene. 

Bemerkenswert  ist  die  Geringfügigkeit 
vulkanischer  und  tektonischer  Ereignisse 
sowie  das  vollkommene  Fehlen  von  Ab- 
lagerungen auf  den  Kontinenten  der 
kambrischen  Zeit. 

Literatur,  l)  Wo  Bornemann  die  vorhandenen 
Sandsteine  als  iStra.nd-  oder  Dünenbildung  dentet. 
—  Vgl.  die  Dreikanter  von  Ltignas.  —  S) 
Bowen  River-Quarzit.  —  3)  New  Foundland- 
PiOK'pect  Movntain-  Quarzit.  —  Jf)  Daneben 
Mictodincus,  Etlipsocephahis,  Olenoides,  Ptycho- 
paria,  Conocephalus,  Bathynolus,  Crepicephalus, 
Oryctorephalus  u.  a.  —  5)  Quarterly  Journ. 
Geol.  Society.  3Tai  1S92,  p.  24.I  erwähnt  H. 
Woodwarcl  ganz  kurz  das  Vorkommen  von 
Olcriclius  (fj  und  Salterella  von  Kimberley, 
Westavstralien.  —  6)  Bathynotus ,  Oryclo- 
cephaliis,  Crepicephalus.  —  7J  Hicks,  Quart. 
Journ.  Mai  ISy,:!,  p.  S4I.  —  8)  The  Fauna  of 
the  Loiver  Cambrian  or  Olenellus-Zone.  10.  Ann. 
Rrp.  U.  S.  Sitrvey.  1890.  —  9)  Umfaßt  Briti.^h 
Columbia  (Ml.  Strphens  7i.nd  Cathedral  Mt.  an 
der  Canadischen  Pacific  Bahn,  Utah  (Wahsatch 
und  Oquirrh  3Ils.)  und  Nevada  (Silver  Peak, 
Pioc.he,  Highland  Range,  Eureka).  Im  Süden 
(Arizona,  Neu-Mexico,  Ti.cas)  war  Festland,  das 
Kambrium  beginnt  erst  mit  höheren  Scliichten. 
S.  n.  —  10)  Walcott,  Notes  on  the  Cam- 
brian rocks  of  Punnsyl'vania.  American  Journal 
of  science,  Vol.  J,7,  Jan.  1894,  p.  37.  —  11) 
Olenelius  Lapworthi  Peach  et  Home  cf.  O. 
Thompsoni  Hall,  Olenelius  (Holmia)  Mickwitzi 
Schmidt  cf.  0.  vermonlana  Wale.  Olenelius 
Kjerulfi  kommt  avf  beiden  Seiten  des  Ozeans 
ror.  —  13)  G.  F.  Matthew,  Protolenus- Fauna 
^  (Transact.  N.  York.  Acad.  Sciences,  XIV,  1895, 
^  101— I5S,  T.  1—11,  Ref.  N.  J.  1897,  I,  p.  3SJ.  — 
^y.A  13)  Frech,  Lethaca  jMl^eotoica_  Bd.  l,  p.  SOS. 
O^  Eihvwphylkim  3Iarianum  F.  Roem.  sp.  aus  der 
^O  Sierra  3Iorena;  die  andere  bisher  beschriebene 
Art  von  Ethmophyllum,  stammt  aus  Nevada  und 
ivird  hier  von  Archaeoryathus  s.  str.  begleitet 
(Uinüe,  Quart.  Journ.  Geol.  Society  1839,  p.  133, 
434).  —  14)  Vgl.  besonders:  Waatfen,  Salt 
Range  Fossils  IV,  p.  94  und  Noetllng,    On.  the 


Cambrian  Formation  of  the  Eastern  Salt  Rasige. 
Rec.  Geolog.  Survey  of  India,  Vol.  XXVII, 
T.  ■!,  IS94.  —  Redlich,  Mem.  Geol.  survey 
India  New  series  V<d.  I,  ]).  1 — 13,  1899.  — 
Walcott,  Proc.  Washington  Ac.  of  siences 
1905,  p.  251.  —  15)  Conocephalus  Warthi 
Waag.  ist  eine  typische  Ptychoparia  mit  beweg- 
lichen Wangen.  —  16)  10.  Ann.  Rep.  U.  S.  Geol. 
Survey,  Taf.  44,  Bidl.  U.  S.  Survey,  Nr.  81 
(Cambrian).  Taf.  III.  —  17)  Paradoxides  ru- 
gxüosus  Corda,  Conocephalus  coronatus.  —  18) 
Die  Bestimmung  der  10  m  ^nächtigen  Konglome- 
rate mit  Orthis  Kuthani  Pompeckj  als  Unter- 
kambrium kann  nicht  als  erwiesen  gelten.  Die 
darüber  lagernden  böhmischen  Parado.rides- 
schichten  entsprechen  ausschließlich  der  skandi- 
navischen Zone  des  Par.  Tessini,  die  Zone  mit 
Orthis  Kuthani  somit  derjenigen  des  Parad. 
oelandicus.  —  19)  Walcott,  Fauna  of  the 
Braintree  Argillites.  Bull.  U.  S.  Geol.  Survey, 
Nr.  10  (1884),  p.  41  f.  —  SO)  Nur  in  Labrador 
könnte  das  Fehlen  der  Parado.ridesfauna  diirch 
.'spätere  Denudation  erklärt  iverdtn ,  da  hier 
Ol  enelhisschichten  das  hängendste  Glied  der 
Schichtenfolge  bilden.  Bei  Quebec  fehlt  die 
Parado-videffauna  in  den  silurischen  Konglome- 
raten und  bei  Rogersville,  Osttennessee,  ist  das 
3Iittelkambrium  stoischen  den  oberen  und  unteren 
Gliedern  der  Formation  nicht  vertreten.  Au^ 
Georgia  und  Alabama  wird  nur  das  Vorkommen 
einer  „middle  Cambrian  Fauna"  ohne  nähere 
Angaben  erwähnt.  Bull.  U.  S.  Geol.  Survey, 
81,  p.  8O4.  —  21)  Schiefer  von  Riradeo,  nach 
V erneut l  und  Barrois.  —  22)  Bergeron, 
Etnde  geologique  du  massif  ancien  situe  au  sud 
du  Plateau  Central.  Ann.  des  scienres  geologiques, 
Bd.  22, 1889, p.  75ff.  Im  Liegenden  der  Paradoxides- 
schichten  treten  grobe  Sandsteine  mit  Spuren 
von  Röliremvürmet n  avf,  welche  eine  3Iächtigkeit 
von  einigen  hundert  3Ietern  besitzen  und  all- 
mählich in  Phyllite  übergehen  sollen.  Wenn 
man  diese  Sanchteinschichten  dem  Unterkambrium 
zurechnet  (wofür  kein  paläontologischer  Grund 
spricht),  ergibt  sich  eine  verhältnismäßig  geringere 
Ausdehnung  der  mittelkambrischen  Transgression. 
—  23)  Matthew,  Canadian  Record  IV  (1890), 
p.  260.      Vergleicht: 

Languedoc.  Acadia. 

Par.  rugulosus  var.  cf.  Pan.  Etiminicvs. 

Conocephalus  coronatus  var.  cf.   Con.  Matthcu'i. 
,,  Levyi  cf.       ,,     Baileyi 

„  Heberti  (f.       ,,      Walcott/ 

Ptychoparia  Rouayrou.ri       cf.  Ptych.  Robbi. 

Agnostus  Sallesi  cf.  A.  vir. 

Trochocystites  Barrandci      cf. Eocystitcs primaevus. 

24)  Nach  Borninger  und  Walcott  (U.  S. 

Bull.  81,  S.  170  und  327,  wo  auch  die  Literatur 
angegeben  ist)  finden  sich  am  3Il.  Stephens: 
Lingulella  3Iacconelli  Wale.  Crania  columbiana 
Wale.  Kutorgina  prospecten.iis  Wale.  Acrotrcta 
gemma  var.  depressa  Wale.  Linnarssonia 
sagittalis  Bill.  sp.  Orthisina  Albertae  Wale. 
Platyceras  Romingeri  Wale.  Hyohthcllus  micans 
Bill.  Agnostus  interstriclus  White.  Olenoides 
nevadensis  3Ieek  sp.  Olenoides  spinosus 
Wale.  sp.  Ptychoparia  Cordillerae  Rom.  s]). 
Dolichometopiis  (Batbyuriscus)  Howelli  Wale. 
Bathyuriscus  Dawsoni  Wale.  Karliu  Stephanensis 
Waic.  Doiichometopus  Klotzi  Rom.  sp.  — 
25)  V.  Bichthofen,    China,  II,  S.  94  u.  101.  — 


Kambrium  —  Jvanalstralilen 


665 


Dantes,    ebenda,   IV,    S.  SS.  —  S6)  Gotische, 

Geologische  Skizze  von  Korea.  Sitz.-Ber.  der 
Kgl.  prciiß.  Akademie  1886  (XXXVI),  Sitzung 
vom  15.  ,hdi,  S.-A.,  8.2.  —  Gott  sehe  gliedert  die 
kambrische  Schichtenreihe  in  imten  1.  Sandstein, 
2.  untere  Mergelsrhicfir  mit  WHlen furchen  und 
Trockenrissfu,  S.  obere  Mergeluchiefer  mit  Kalk 
vom  Habitus  des  Andrarumhilkes,  4-  untere 
Kalke  mit  Trilobiten ,  5.  obere  Kalke  ohne  Ver- 
steinerungen. —  27)  Die  Annahme  eines  unter- 
ka iithrischf n  Alters  für  die  Doiypygeschirhten 
ist  diskutabel  geworden,  seit  Walcott  eine  echte 
Dorypyge  aus  den  Olenellusschichten  von  Ver- 
mont beschrieben  hat  (X.  Ann.  Rep.  U.  S. 
Survey,  p.  644,  645);  Dorypyge  unterscheidet 
sich  durch  die  Körnelung  der  Oberfläche  von 
Olenoides. 

1\  Frech. 


Kanalstrahlen. 

1.  Erste  Beobachtung;  verschiedene  Anschau- 
ungen über  das  Wesen  der  Kanalstrahlen.  2. 
Nachweis,  daß  die  Kanalstrahlen  positiv  geladene 
Atome  enthalten;  Elektrische  und  magnetische 
Ablenkung.  3.  Erkhärung  der  ungleichmäßigen 
Ablenkung.  Umladungen.  4.  Durchströmungs- 
methode; Trennung  der  Kanalstrahlen  verschie- 
dener Gase;  Bildung  negativer  Ionen  des  Sauer- 
stoffs. 5.  Abhängigkeit  der  Anzahl  der  geladenen 
Atome  vom  Druck;  Beweis,  daß  die  Bewegungs- 
energie der  Kanalstrahlen  von  der  Entladungs- 
spannung geliefert  wird.  6.  Theorie  der  Um- 
ladungen. 7.  Ansichten  J.  J.  Thomsons.  8.  Be- 
obachtung verschiedener  lonenarten  durch  J.  J. 
Thomson.  9.  Rücklaufende  Kanalstrahlen.  10. 
Beobachtungen  von  Dechend  und  Hammer.  11. 
Beobachtungen  von  Königsberger.  12.  Wärme- 
wirkungen und  chemische  Wirkungen.  13.  Se- 
kundärstrahlen. 14.  Lichtemsission  der  Kan?!- 
strahlen;  Dopplereffekt.  15.  Verschieden  große 
Dopplerverschiebungen.  16.  Unterteilungen  im 
Dopplerstreifen.  17.  Grenzgeschwindigkeit  des 
Leuchtens.  18.  Die  Frage  ob  verschiedene  Spek- 
trallinien verschieden  geladenen  Atomen  ent- 
sprechen.    19.  Positive  Straheln  an  der  Anode. 

Die  Untersuchungen  über  Kanalstrahlen 
sind  jetzt  zu  einem  gewissen  Abschluß  ge- 
langt. Damit  soll  nicht  gesagt  sein,  daß  nicht 
noch  auf  diesem  Gebiet  der  Physik  sehr  viel 
zu  tun  ist  und  daß  noch  viele  Fragen  unge- 
klärt sind.  Aber  es  sind  die  wesentlichen 
Eigenschaften  dieser  Strahlen  sowie  die 
Methoden  ihrer  Untersuchung  in  den  Haupt- 
zügen bekannt,  wenn  auch  viele  ihrer  Wir- 
kungen, so  z.  B.  die  Lichtemission  noch  voll- 
kommen dunkel  sind.  Von  dieser  weiß  man 
nur,  daß  sie  von  den  bewegten  Ionen,  die 
die  Kanalstrahlen  bilden,  bei  den  Zusammen- 
stößen mit  ruhenden  Gasmolekülen  aus- 
gesandt werden.  Da  indessen  die  Emission 
des  Lichts  zu  den  dunkelsten  Vorgängen  der 
Physik  gehört,  kann  man  sich  nicht  wundern, 
daß  auch  die  Kanalstrahlen  nichts  Wesent- 
liches   und   namentlich   nichts  Sicheres    zur 


Lösung  des  -Problems  beigetragen  haben. 
Jedenfalls  besitzt  man  in  den  Kanalstrahlen 
Vorgänge  von  großer  Einfachheit,  deren 
Analyse  im  einzelnen  wohl  noch  manches 
interessante  Resultat  liefern  wird. 

1.  Erste  Beobachtung,  verschiedene 
Anschauungen  über  das  Wesen  der  Kanal- 
strahlen. Die  Kanalstrahlen  wurden  be- 
reits im  Jahre  1886  von  G  0 1  d  s  t  e  i  n 
als  eine  besondere,  die  elektrische  Ent- 
ladung begleitende  Leuchtwirkung  ent- 
deckt. Er  beobachtete  sie  an  durch- 
löcherten Kathoden,  durch  die  sie  sich  in 
den  von  elektrischen  Kräften  freien  Raum 
fortsetzen.  Sie  bilden  ein  Gegenstück  zum 
Glimmlicht  oder  den  Kathodenstrahlen  und 
zeigten  im  Gegensatz  zu  diesen  keine  merk- 
liche Ablenkbarkeit  durch  schw-ache  Magnete. 

Goldstein  zeigte,  daß  die  Kanalstrahlen 
auch  in  derselben  Richtung  wie  die  Kathoden- 
strahlen gehen  können  und  unterschied  ver- 
schiedene Arten  von  Strahlen.  Auch  hat  er 
die  von  den  Kanalstrahlen  hervorgerufene 
Lichtemission  studiert. 

Goldstein  selbst  stand  auf  dem  Boden 
der  früher  auch  für  die  Kathodenstrahlen 
angenommenen  Theorie,  die  in  diesen  Phä- 
nomenen gewisse  Vorgänge  im  Aether  er- 
blickten. Diese  Theorie  ist  niemals  zu  einer 
exakten  analytischen  Ausbildung  gelangt 
und  hat  demnach  auch  keine  Rechenschaft 
von  den  beobachteten  Phänomen  geben 
können.  Es  ist  auch  schw-er  zu  sagen,  wie  sie 
in  den  Rahmen  der  Maxwellschen  Glei- 
chungen sich  hätte  einfügen  lassen  und  es  ist 
schwer  mit  den  Andeutungen,  die  in  dieser 
Beziehung  von  Hertz  und  Helmholtz  ge- 
macht sind,  einen  bestimmten  Sinn  zu  ver- 
binden. 

Erst  die  Emissionstheorie  hat  auf  sehr 
einfacher  elektromagnetischer  Grundlage  und 
durchaus  in  Uebereinstimmung  mit  der 
Maxwellschen  Theorie  die  bei  den  Kathoden 
und  Kanalstrahlen  beobachteten  Phänomene 
auch  quantitativ  darstellen  können. 

2.  Nachweis,  daß  die  Kanalstrahlen 
positiv  geladene  Atome  enthalten;  Elek- 
trische und  magnetische  Ablenkung.  W. 
Wien  hat  im  Anschluß  an  Beobach- 
tungen, aus  denen  sich  definitiv  schließen 
ließ,  daß  die  Kathodenstrahlen  aus  Teilchen 
negativer  Elektrizität  bestehen,  nach  den  zu 
diesen  gehörigen  positivenTeilchen  gesucht  und 
gefunden,  daß  wir  diese  in  den  Kanalstrahlen 
vor  uns  haben. 

Es  gelang  verhältnismäßigleicht,  zu  zeigen, 
daß- die  Kanalstrahlen  positive  Elektrizität 
mit  sich  führen,  wenn  man  sie  auf  eine  Metall- 
platte fallen  läßt,  die  durch  ein  Galvano- 
meter zur  Erde  abgeleitet  ist.  Auch  der 
Nachweis  der  elektrischen  Ablenkung  machte 
keine  Schwierigkeiten,  da  man  auch  hier, 
ebenso   wie   bei  den  Kathodenstrahlen,  nur 


666 


Kaualstj'iililen 


dafür  Sorjje  zu  traijeu  liat,  daß  die  Laduuji: 
des  Kondensators,  durch  den  die  Strahlen 
gehen,  nicht  durch  die  große  Leitfähigkeit, 
die  von  den  Kanalstrahlen  in  den  (lasresten 
erzeugt  wird,  zu  stark  vermindert  wird. 

Schwieriger  war  der  Nachweis  der  ma- 
gnetischen Ablenkbarkeit,  da  die  Kanal- 
strahlen gewöhnlichen  Magneten  gegenüber, 
die  bei  Kathodenstrahlen  schon  eine  starke 
Ablenkung  hervorrufen,  unverändert  bleiben. 

Die  Anwendung  starker  Magnete  stößt 
auf  die  Schwierigkeit,  daß  durch  diese  auch 
auf  die  Entladung  selbst  eine  starke  Wirkung 
ausgeübt  wird,  so  daß  hierdurch  auch  die 
Kanalstrahlen  sekundär  verändert  werden. 
Es  gelang  indessen,  durch  starke  Eisenplatten 
die  Entladung  selbst  vor  den  magnetischen 
Ki'äften  so  zu  schützen,  daß  die  Ablenkung 
der  Kanalstrahlen  nachgewiesen  werden 
konnte.  Diese  Beobachtungen  ließen  keinen 
Zw^eifel  bestehen,  daß  die  Kanalstrahlen 
Teilchen  enthalten,  die  positiv  geladen  sind. 

Schon  bei  diesen  ersten  Beobachtungen 
zeigten  sich  im  Verhalten  der  Kanalstrahlen 
wesentliche  Unterschiede  gegenüber  den 
Kathodenstrahlen.  Während  diese  nämlich 
bei  konstanter  Entladungsspannung  sämt- 
lich durch  elektrische  oder  durch  magnetische 
Kräfte  gleichmäßig  stark  abgelenkt  werden, 
ist  die  Ablenkung  bei  den  Kanalstrahlen  eine 
verschiedene,  so  daß  ein  Kanalstrahlen- 
bündel fächerförmig  auseinandergezogen 
wird.  Dieses  Verhalten  erschwert  sehr  die 
Analyse  der  Kanalstrahlen  und  die  Be- 
stimmung der  Geschwindigkeit  und  der 
spezifischen  Ladung,  die  durch  die  Messung 
der  magnetischen  und  elektrischen  Ablen- 
kung möglich  ist.  Für  die  Beobachtung  der 
Kanalstrahlen  benutzte  Wien  die  von  ihnen 
auf  dem  Glase  erregte  Fluoreszenz. 

Die  außerordentlich  große  Verschieden- 
heit in  der  Ablenkbarkeit  ließ  sich  nicht  aus 
einer  Verschiedenheit  der  Geschwindigkeit 
der  Strahlen  erklären.  Denn  bei  der  elek- 
trischen Ablenkung  müssen  alle  Strahlen 
auch  verschiedener  spezifischer  Ladung  um 
gleich  viel  abgelenkt  werden,  wenn  sie  von 
der  gleichen  Entladungsspannung  beschleu- 
nigt werden.  Strahlen,  die  von  einer  ge- 
ringeren Spannung  beschleunigt  werden, 
müssen  stärker  abgelenkt  werden.  Da  aber 
ein  großer  Teil  der  Strahlen  weniger  stark 
abgelenkt  wird,  so  nahm  Wien  zunächst  eine 
Verkleinerung  der  spezifischen  Ladung  auf 
dem  Wege  der  Strahlen  an.  Dies  konnte 
so  geschehen,  daß  sich  größere  Molekülkom- 
plexe ausbildeten,  bei  denen  die  Masse  ver- 
größert war,  während  die  Ladung  dieselbe 
blieb. 

Für  diejenigen  Strahlen,  bei  denen  die 
Ablenkung  am  größten  war  und  der  Größe 
der  Entladungsspannung  entsprach,  ergab 
die  Kombination  der  elektrischen   und   ma- 


gnetischen Ablenkung  für  Wasserstoff  den 
Wert  der  spezifischen  Ladung,  wie  er  zu 
einem  einfach  geladenen  Wasserstoffatom 
gehört.  Auch  die  ents])rechenden  Werte  für 
Sauerstoff  ließen  sich,  wenn  auch  mit 
Schwierigkeiten,  beobachten. 

Die  Schwierigkeiten  lagen  zunächst  be- 
sonders darin,  daß  die  Strahlen,  die  sich 
durch  die  (iröße  ihrer  spezifischen  Ladung 
als  Wasserstoff  zu  erkennen  gaben,  auch 
bei  Sauerstoffüllung  der  Entladungsröhre 
auftraten  und  nur  durch  sehr  sorgfältige 
Trocknung  verringert  werden  konnten. 
Wien  schloß  deshalb,  daß  die  übrigbleibenden 
W^asserstoffstrahlen  aus  den  Feuchtigkeits- 
resten und  aus  dem  Metalle  der  Kathode 
stammen. 

Durch  diese  Beobachtungen  war  der 
Nachweis  geliefert,  daß  die  Kanalstrahlen 
aus  geladenen  Atomen  oder  Molekülen  be- 
stehen, die  durch  die  elektrischen  Kräfte  der 
Entladung  eine  sehr  große  Geschwindigkeit 
erhalten. 

Es  hatte  sich  ferner  gezeigt,  daß  neben  den 
positiv  geladenen  Kanalstrahlen  auch  ne- 
gative, wenn  auch  in  geringerer  Anzahl  beim 
Wasserstoff  auftreten. 

Bei  diesen  Beobachtungen  hatte  Wien 
nicht  gewagt,  einen  anderen  Indikator  als  die 
Fluoreszenz  auf  dem  Glase  zu  benutzen,  weil 
bei  Benutzung  von  stark  fluoreszierenden 
Stoffen  oder  der  photographischen  Platte 
eine  Verunreinigung  des  Gasinhalts  der  Röhre 
zu  befürchten  war,  zumal  sich  ja  gezeigt  hatte, 
daß  die  Verunreinigung  durch  Wasser- 
stoff sich  nicht  ganz  beseitigen  ließ. 

3.  Erklärung  der  ungleichmäßigen 
Ablenkung;  Umladungen.  Von  diesen 
Beobachtuiigen  hat  sich  alles  bestätigt 
bis  auf  die  Erklärung  der  ungleich- 
mäßigen x\blenkung  durch  die  Bildung  ver- 
schieden großer  Molekülkomplexe.  Von  den 
Herren  Stark  und  Mie  war  auf  die  Mög- 
lichkeit hingewiesen,  daß  die  positiven  Atome 
an  verschiedenen  Stellen  ihrer  Bahn  sich  zu 
einem  ungeladenen  neutralisieren  und  dann 
der  Einwirkung  der  äußeren  Kräfte  entzogen 
werden  könnten.  Diese  Annahme  stimmte 
mit  den  Beobachtungen  nicht  überein,  aber 
Wien  konnte  später  nachweisen,  daß  die 
verschieden  starke  Ablenkbarkeit  darauf 
beruht,  daß  die  fliegenden  Atome  sich  auf 
ihrem  Wege  laden  und  wieder  entladen, 
so  daß  sich  ein  gewisser  Gleichgewichts- 
zustand herstellt,  bei  dem  eine  bestimmte 
Menge  von  Atomen  geladen,  der  Rest  aber 
ungeladen  ist.  Diese  Umladungen  erfolgen 
bei  den  verschiedenen  Atomen  nach  ver- 
schieden großen  Wegstrecken,  so  daß  die 
Wege,  die  Atome  im  magnetischen  oder 
elektrischen  Felde  im  geladenen  Zustand 
durchlaufen,  verschieden  sind. 

Dieser  Nachweis  ließ  sich  dadurch  führen. 


Kanalstrahlen 


661 


daß  die  Strahlen  z\Yei  Maonetfelder  hinter- 
einander durchliefen.  Wenn  das  erste  Feld 
auf  die  Strahlen  eingewirkt  hatte,  so  zeigte 
sich,  daß  die  Einwirkung  des  zweiten  Feldes 
wieder  Strahlen  ebenso  stark  ablenkte,  so  daß 
sich  geladene  Atome  neu  gebildet  haben 
mußten,  die  im  ersten  Feld  ungeladen  ge- 
wesen waren.  Auch  quantitative  Messungen 
ergaben,  daß  das  Bündel  im  wesentlichen 
dieselbe  Zusammensetzung  wneder  erlangt 
hatte,  nachdem  es  durch  das  erste  Magnet- 
feld beeinflußt  war. 

Durch  diese  Auffindung  der  Umladungs- 
vorgänge  ist  die  Möglichkeit  gegeben,  die 
Analyse  der  Kanalstrahlen  in  exakterer 
Weise  als  bisher  auszuführen. 

Für  eine  genaue  Bestimmung  von  spezi- 
fischer Ladung  und  Geschwindigkeit  ist  es 
erforderlich,  die  Umladungsvorgänge  mög- 
lichst zu  vermeiden  und  auf  diese  Weise 
gleichmäßige  Ablenkung  der  Kanalstrahlen 
zu  erhalten.  Man  muß,  um  dies  zu  erreichen, 
die  magnetischen  und  elektrischen  Felder 
möglichst  w'enig  ausgedehnt  wählen,  damit 
die  Kanalstrahlen  im  Felde  mit  möglichst 
wenig  Molekülen  des  ruhenden  Gases  zu- 
sammentreffen und  ferner  muß  die  Ver- 
dünnung in  dem  Raum,  wo  sich  die  ab- 
lenkenden Felder  befinden,  möglichst  hoch 
getrieben  werden. 

4.  Durchströmungsmethode;  Trennung 
der  Kanalstrahlen  verschiedener  Gase; 
Bildung  negativer  Ionen  des  Sauerstoffs. 
Mit  Hilfe  der  Gaedepumpe  gelang  es 
Wien,  die  Kanalstrahlen  in  einen  Raum 
treten  zu  lassen,  in  w^elchem  der  Gasdruck 
sehr  viel  niedriger  war  als  in  der  Entladungs- 
röhre. Es  wurden  zu  diesem  Zweck  Ent- 
ladungsröhre und  Beobachtungsraum  durch 
eine  oder  zwei  enge  Kapillarröhren  verbunden 
und  am  Ende  dieser  Röhren  das  durch- 
strömende Gas  durch  eine  Gaedepumpe  ab- 
gesaugt. Je  nach  der  Weite  der  Kapillare 
konnte  der  Druck  in  dem  Beobachtungsraum 
beliebig  niedrig  gehalten  werden.  Auf  diese 
Weise  gelang  es  auch,  im  Beobachtungsraum 
ein  anderes  Gas  zu  verwenden  wie  in  der 
Entladungsröhre. 

Mit  einer  solchen  Anordnung,  bei  der  die 
Kanalstrahlen  durch  die  auf  einer  Thermo- 
säule  erzeugten  Wärme  gemessen  wurden, 
beobachtete  Wien,  daß  man  die  Kanal- 
strahlen von  AVasserstoff,  Sauerstoff,  Stick- 
stoff, Jod  voneinander  trennen  kann  und  daß 
sich  in  der  Tat  für  jedes  die  spezifische  La- 
dung dem  Atomgewichte  entsprechend  er- 
gibt. Bei  Wasserstoff  und  Stickstoff  treten 
negativ  geladene  Kanalstrahlen  neben  den 
positiven  auf,  aber  in  wesentlich  geringerer 
Menge.  Bei  Sauerstoff  zeigte  sich  unter 
Umständen  ein  Ueberschuß  negativer  Atome. 
Wien  konnte  nachweisen,  daß  dies  von  dem 
Gase  abhängt,  durch  das  die  Kanalstrahlen 


gehen.  Wenn  Sauerstoffatome  durch  Hg- 
Dampf  oder  durch  Wasserstoff  gehen,  so  über- 
Aviegen  die  negativen  Atome,  Isei  Sauerstoff 
und  Stickstoff  die  positiven. 

5.  Abhängigkeit  der  Anzahl  der  ge- 
ladenen Atome  von  Druck;  Beweis,  daß 
die  Bewegungsenergie  der  Kanalstrahlen 
von  der  Entladungsspannung  geliefert 
wird.  Weiter  ließ  sich  zeigen,  daß  die  Anzahl 
der  positiv  geladenen  Atome  mit  zunehmen- 
dem Druck  des  Gases,  durch  das  sie  gehen, 
zunimmt. 

Wenn  man  die  Energiekurve  der  magne- 
tisch abgelenkten  Kanalstrahlen  mit  der 
Thermosäule  aufnimmt,  so  zeigt  sich,  daß 
die  Ablenkung  des  Maximums  der  Energie 
proportional  der  Quadratwurzel  aus  der 
spezifischen  Ladung  und  umgekehrt  pro- 
portional der  Quadratwurzel  aus  der 
Spannung  zunimmt,  wie  es  die  Theorie  ver- 
langt. Es  geht  hieraus  hervor,  daß  die  Kanal- 
strahlen verschiedener  Gase  bei  gleicher 
Entladungsröhre  immer  in  gleicher  Weise  von 
derEntladungsspannung  beschleunigt  werden. 

6.  Theorie  der  Umladungen.  Wien 
hat  dann  versucht,  die  Grundlagen  einer 
Theorie  der  Umladungen  zu  geben.  Er 
ging  hierbei  von  der  Voraussetzung  aus, 
daß  die  Umladungen  durch  Zusammenstöße 
mit  den  ruhenden  Gasmolekülen  hervor- 
gerufen werden.  Man  kann  dann  den  Begriff 
der  freien  W^eglänge  einführen  und  versteht 
darunter  die  Strecke,  die  die  positiven,  be- 
ziehentlich ungeladenen  Atome  im  Mittel 
bis  zur  nächsten  Umladung  zurücklegen. 
Im  Gleichgewichtszustande  muß  hiernach  die 
Zahl  der  ungeladenen  zu  der  der  geladenen 
wie  die  freien  Weglängen  verhalten. 

Man  erhält  dann  zw^i  einfache  simultane 
Differentialgleichungen,  deren  Integrale  den 
Anfangsbedingungen  angepaßt  werden 
müssen.  Wien  hat  dann  Beobachtungen 
angestellt,  um  die  freien  W^eglängen  zu  be- 
stimmen. Die  Kanalstrahlen  gingen  durch 
zehn  Kondensatoren  hintereinander,  deren 
Platten  immer  Abstand  hatten  und  fielen 
auf  eine  lineare  Thermosäule.  Schon  eine 
geringe  Spannung  an  diesen  Kondensatoren 
genügte,  um  alle  geladenen  Atome  von  der 
Thermosäule  abzulenken,  soweit  sie  sich 
zwischen  den  Platten  eines  Kondensators 
befanden.  Gingen  sie  nun  weiter,  so  bildeten 
sich  wieder  neue  geladene  Atome  aus,  die 
wieder  durch  einen  der  Kondensatoren  aus- 
geschieden werden  konnten.  Aus  der  Ent- 
fernung der  beiden  Kondensatoren  und  aus 
der  Schwächung  des  Strahlenbündels  in  den 
beiden  Kondensatoren  kann  man  beide 
freien  Weglängen  berechnen. 

Sie  ergab  sich  für  die  positiv  geladenen 
Atome  von  der  Größenordnung  der  freien 
Weglänge  der  kinetischen  Gastheorie,  wie 
er  dem  niedrigen  Druck  entspricht.     Aber 


668 


Kaiialstralilen 


die  freien  Weglängcii  waren  nicht  dem  Druck 
umgekehrt  proportional,  wie  es  die  Gas- 
theorie  verkmgt.  Es  folgt  dies  schon  daraus, 
daß  das  Verhcältnis  der  geladenen  zu  den 
ungeladenen  Atomen  mit  zunehmendem 
Druck  größer  wird.  Es  wird  also  das  Verhält- 
nis der  freien  AVeglänge  der  geladenen  Atome 
zu  der  der  ungeladenen  mit  zunehmendem 
Druck  kleiner.  Aus  diesen  Beobachtungen 
geht  hervor,  daß  die  Moleküle  des  ruhenden 
Gases  auch  bei  diesen  hohen  Verdünnungen 
voneinander  nicht  unabhängig  sind. 

Die  Umladungen  hängen  wesentlich  von 
der  Natur  des  Gases  ab,  durch  das  die  Kanal- 
strahlen gehen.  So  ist  für  gleiche  Absorption 
der  Kanalstrahlen  die  Umladung  der  Wasser- 
stoffkanalstrahlen sehr  viel  größer  in  Wasser- 
stoff als  in  Quecksilberdampf. 

7.  Ansichten  J.  J.  Thomsons.  In 
den  letzten  Jahren  sind  noch  eine  Reihe 
anderer  Forscher  bei  der  Untersuchung  der 
Kanalstrahlen  tätig  gewesen.  Insbesondere 
hat  Sir  J.  J.  Thomson  eine  große  Anzahl 
von  xVbhandlungen  über  diesen  Gegenstand 
veröffentlicht.  Die  Ergebnisse  seiner  Be- 
obachtungen weichen  in  sehr  vielen  Punkten 
von  denen  anderer  Beobachter  ab,  und  er 
selbst  hat  seine  Ansichten  über  die  Vorgänge 
bei  den  Kanalstrahlen  häufig  geändert,  ohne 
dies  besonders  zu  erwähnen  oder  zu  moti- 
vieren. Durch  diesen  Umstand  ist  es  nicht 
leicht  gemacht,  einen  Ueberblick  über  seine 
Arbeiten  zu  geben.  In  seinen  ersten  Arbeiten 
fand  J.  J.  Thomson  Wiens  Beobachtung 
bestätigt,  daß  man  immer  die  dem  W^asser- 
stoff  angehörenden  Kanalstrahlen  auch  in 
anderen  Gasen  findet.  Er  gab  diesem  Ergeb- 
nis aber  eine  ganz  andere  Deutung.  Währe;id 
Wien  diesem  Umstand  auf  Verunreini- 
gungen der  Gase  schob,  glaubte  Thomson 
auf  eine  Umwandlung  der  Elemente,  wobei 
Wasserstoff  entstehen  sollte,  sehließen  zu 
müssen. 

Er  fand  anfänglieh  die  zu  den  anderen 
Elementen  gehörenden  Kanalstrahlen  nicht 
und  meinte  daher,  daß  es  nur  Wasserstoff- 
kanalstrahlen als  eine  Art  Zerfallsproduktgebe. 
Später  hat  er  jedoch  auch  die  anderen  Kanal- 
strahlen gefunden  und  in  seinen  neuesten 
Arbeiten  ist  gerade  die  Menge  der  verschie- 
denen von  ihm  beobachteten  Kanalstrahlen 
besonders  groß  und  er  hat  besonders  wichtige 
neue  Beobachtungen  gemacht,  so  die  Kanal- 
strahlen von  Wasserstoffmolekülen,  H.^  und 
H.J,  von  mehrfach  geladenen  Quecksilber  usw. 
Weiter  meinte  Sir  J.  J.  Thomson,  daß  die 
negativen  Atome  erst  in  den  ablenkenden 
Feldern  entstünden  im  Gegensatz  zu  den 
j)ositiven.  Audi  diese  Beobachtung  steht 
im  Widerspruch  mit  allen  anderen  Beobach- 
tern und  scheint  jetzt  auch  von  ihm  aufge- 
geben zu  sein.  Dann  hatte  er  noch  die  Be- 
obachtung gemacht,  daß  die  Kanalstrahlen 


über  eine  gewisse  Spannung  liinaus  nicht 
mehr  beschleunigt  würden  und  daß  auch  bei 
geringen  Spannungen  Geschwindigkeiten  ent- 
stünden, die  größer  sind,  als  diese  Spannung 
sie  hervorbringen  kann.  Er  schloß  hieraus, 
daß  die  Kanalstrahlen  ihre  Geschwindigkeit 
nicht  durch  die  Entladungsspannung,  sondern 
durch  eine  Art  von  radioaktivem  Prozeß 
eine  konstante  Geschwindigkeit  erhalten. 
Auch  diese  Beobachtungen  fanden  keine 
Bestätigung  und  die  Schlußfolgerung  ist  von 
Thomson  selbst  aufgegeben. 

8.  Beobachtung  verschiedener  lonen- 
arten  durch  J.  J.  Thomson.  In  seinen 
neuesten  Untersuchungen  hat  Sir  J.  J. 
Thomson  hauptsächlich  das  Ziel  verfolgt, 
die  in  den  Kanalstrahlen  vorkommenden 
lonenarten  festzustellen. 

Er  schließt  auf  die  Existenz  der  folgenden 
positiven  H+,  H,+,  H3+,  H3++,  He  +  + 

(H2+  ?),   He3+,  C  +  ,  C3+,  C6+,  C+  +  ,  N+, 

N2+,  N3+,  N++,  N+++(?),  0+,  O3+, 
Oe+,Hg+,Hg++?,Cl+,CN+,C02+,CO+. 
C6H6+,  CS+(?),  Arg+,  Arg++,  Arg+++, 
I  und  folgenden  negativen  H — ,  H3 — •  • — ,  0 — , 
C— .  Für  Hg  findet  er  schließlich  achtfach 
geladene  Atome,  die  allein  neben  einfach  ge- 
ladenen in  der  l]ntladungsröhre  entstehen 
sollen,  was  aber  den  Beobachtungen  mit 
dem  Dopplereffekt  widerspricht.  So  wichtig 
zweifellos  diese  Untersuchungen  sind,  so  darf 
man  doch  nicht  vergessen,  daß  die  Genauig- 
keit der  Bestimmungen  der  spezifischen 
Ladung  keine  allzugroße  ist.  Auf  diese  Weise 
wird  die  Identifizierung  bestimmter  lonen- 
arten sehr  unsicher  und  bei  den  hohen  Mole- 
kulargewichten, wo  man  eine  bestimmte 
Zahl  durch  die  verschiedensten  Summanden 
erhalten  kann,  vielfach  direkt  illusorisch. 
Aber  auch  bei  niedrigen  Molekulargewichten 
ist  die  Feststellung  zweifelhaft,  wie  man  z.  B. 
Hc-j — h  und  11.3+  nicht  unterscheiden  kann. 

9.  Rücklaufende  Kanalstrahlen.  Wich- 
tig ist  die  Beobachtung  Sir  J.  J.  Thom- 
sons, daß  die  von  der  Kathode  aus- 
gehenden Kanalstrahlen  sich  genau  so  ver- 
halten wie  die  gewöhnlichen. 

j  Man  muß  sich  diese  Strahlen  offenbar 
so  erklären,  daß  sie  im  Kathodenfall  als 
negative  iVtome  existierten  und  deshalb  in 
der  entgegengesetzten  Richtung  wie  die 
gewöhnlichen  Kanalstrahlen  beschleunigt 
werden. 

IG.  Beobachtungen  von  Dechend  und 
Hammer.  Sehr  sorgfältige  Beobachtungen 
siud  von  Dechend  uncl  Hammer  über 
Kanalstrahlen  angestellt.  Sie  benutzen 
im  Prinzip  die  von  Wien  angegebene 
Versuchsanordnung,  gehen  aber  mit  der 
Verdünnung  im  Beobachtungsraum  noch 
weiter,  so  daß  die  Umladungen  ganz  in 
Fortfall  kommen.  Sie  erreichen  auf  diese 
Weise     sehr      scharfe     Ablenkungen      und 


Kanalstralilen 


669 


wenden  als  Indikator  fluoreszierende  Sub- 
stanzen (Zinksulfit)  an.  Ihre  Bestimmungen 
der  spezifischen  Ladung  sind  daher  sehr 
genau.  Sie  konnten  folgende  Moleküle  in 
den  Kanalstrahlen  nachweisen.  H+,  H2+, 
C++,  C+,  H-  0-  0+,  C2+,  Hg+,  C1+, 
G,+,  Cln+.  C-,  N-  C-,  Cl-,  C3^. 

II.  Beobachtungen  von  Königsberger. 
Sehr  umfangreiche  Beobachtungen  von 
Kanalstrahlen  sind  von  F.  Koenigsberger 
und  seinen  Mitarbeitern  angestellt.  Sie 
benutzen  ebenfalls  Wiens  Beobachtungs- 
methode, bei  der  Beobachtungs-  und  Ent- 
ladungsraum durch  eine  enge  Kapillare  ge- 
trennt sind.  Sie  finden  ebenso  wie  Dechend  ' 
und  Hammer,  daß  bei  sehr  hohen  Verdün- 
nungen die  Umladungen  abnehmen.  Ferner 
ist  es  ihnen  gelungen  durch  starke  Erhitzung 
der  Kathode  und  sorgfältige  Trocknung  bei ' 
Verwendung  einer  Eisenkathode  die  Wasser- 
stoffreste bei  den  Kanalstrahlen  ganz  zu  be- 
seitigen. Später  benutzen  sie  die  photo- 
graphische Methode,  die  sie  noch  vor  J.  J. 
Thomson  ausgebilclet  haben. 

Als  photographisches  Papier  verwenden 
sie  Chlor-Bromsilberpapier  Velox.  Sie  finden, 
daß  die  Schwärzung  proportional  der  Anzahl 
der  Teilchen  und  unabhängig  vom  Ladungs- 
zustande ist. 

Ein  wichtiges  Ergebnis  ist,  daß  die  Kanal- 
strahlen keine  nennenswerte  Aenderung  der 
Geschwindigkeit  bei  ihrem  Durchgang  durch 
das  Gas  erfahren.  Die  von  ihnen  ausgeführte 
Analyse  der  Kanalstrahlen  durch  elektrische 
und  magnetische  Ablenkung  ergab  folgende 
lonenarten 
H+,  H3+,  0+,  0-,  C+(  ?),  O2+,  Hg+,N+ 

Auffallend  ist,  daß  die  verschiedenen  Be- 
obachter manche  lonenarten  offenbar  in 
sehr  verschiedener  Menge  erhalten  haben. 
So  findet  Wien  immer  neben  H+  auch  H — , 
dagegen  hat  er  H3+  nicht  beobachtet, 
während  Königsberger  und  Kilchling 
gerade  H3+  und  nicht  H—  beobachtet 
haben.  Die  Ursachen  für  das  Auftreten  der 
einzelnen  lonenarten  sind  noch  nicht  auf- 
geklärt. 

Königsberger  und  Kutschew'ski 
geben  an.  daß  bei  sehr  sorgfältiger  Trock- 
nung die  negativen  Ionen  und  im  Sauerstoff, 
Stickstoff,  Helium,  das  Wasserstoffmolekül 
verschwinden. 

Das  Heliumatom  verhält  sich  wie  die 
der  anderen  Gase  und  zeigt  ebenfalls  die 
charakteristischen  Umladungen  ohne  be- 
obachtbare Geschwindigkeitsänderung  im 
Gegensatz  zu  den  a-Strahlen. 

Königsberger  und  Kutschew^ski 
haben  auch  cpiantitative  Messungen  der 
freien  Weglänge  bei  den  Umladungen  der 
Kanals trahlen  ausgeführt.  Ihre  Ergebnisse 
weichen  von  denen  Wiens  nicht  unerheblich 
ab.  Während  die  freien  Weglängen  der  unge- 


ladenen Atome  mit  den  von  Wien  gefundenen 
wenigstens  näherungsweise  übereinstimmt, 
finden  sie  für  die  Weglängen  der  geladenen 
nahe  den  gleichen  Wert,  während  Wien 
diese  wesentlich  kleiner  gefimden  hat.  Es 
hängt  dies  eng  mit  der  Bestimmung  der  An- 
zahl der  geladenen  Atome  im  Vergleich  zu 
den  ungeladenen  zusammen.  Nach  Wiens 
Theorie  muß  dieses  Verhältnis  gleich  dem 
der  freien  Weglängen  sein.  Nach  Wiens 
Beobachtungen  hängt  dies  Verhältnis  wesent- 
lich vom  Druck  ab,  indem  bei  größeren 
Drucken  verhältnismäßig  mehr  positiv  ge- 
ladene iVtome  vorhanden  sind. 

12.  Wärmewirkungen  und  chemische 
Wirkungen.  Die  Kanalstrahlen  üben  auf  die 
Körper,  auf  die  sie  auf  treffen,  verschiedene 
Wirkungen  aus.  Zunächst  w'erden  sie  größten- 
teils absorbiert  und  ihre  kinetische  Energie 
wird  in  Wärme  verwandelt.  Bei  geringen 
Geschwindigkeiten  ist  eine  merkliche  Re- 
flexion vorlianden,  während  bei  großen  Ge- 
schwindigkeiten praktisch  alle  Energie  der 
Kanalstrahlen  in   Wärme  verwandelt  wird. 

Da  die  Kanalstrahlen  auch  chemische 
Energie  auslösen,  könnte  man  daran  denken, 
daß  die  Wärmewirkung  nicht  nur  von  ihrer 
kinetischen  Energie  stammt.  Eine  einfache 
Rechnung  zeigt  indessen,  daß  die  kine- 
tische Energie  eines  in  den  Kanalstrahlen 
fliegenden  Atoms  weit  größer  ist  als  die 
Wärmetönung,  die  es  bei  irgendeiner  che- 
mischen Reaktion  hervorrufen  konnte.  So 
kann  die  Wärmewirkung,  die  sich  auch  als 
unabhängig  von  der  chemischen  Natur  des 
getroffenen  Körpers  erwiesen  hat,  als  Maß 
für  die  kinetische  Energie  der  auffallenden 
Kanalstrahlen  wenigstens  für  größere  Ge- 
schwindigkeiten angesehen  werden.  Was  die 
chemische  Wirkung  anlangt,  so  ist  diese  noch 
wenig  aufgeklärt,  v.  Dechend  und  Ham- 
mer haben  beobachtet,  daß  eine  Silberschicht, 
die  von  verschiedenen  lonenarten  getroffen 
verschiedenartige  Veränderungen  erfährt. 
Stark  hat  gefunden,  daß  bei  längerem  Auf- 
treffen von  Kanalstrahlen  bei  manchen 
Körpern  die  Veränderungen  erheblich  in 
die  Tiefe  dringen. 

13.  Sekundärstrahlen.  Eine  andere  Wir- 
kung der  Kanalstrahlen  beim  xVuftreffen  auf 
feste  Körper  ist  die  von  Fü  cht  bau  er  und 
Austin  gefundene  Auslösung  sekundärer 
Elektronen  geringer   Geschwindigkeit. 

Die  Geschwindigkeit  dieser  Sekundär- 
strahlen stimmt  mit  der  Geschwindigkeit 
der  von  Kathodenstrahlen  ausgelösten  se- 
kundären Elektronen  überein,  so  daß  es  sich 
hier  offenbar  um  analoge  Vorgänge  handelt. 
Diese  Geschwindigkeit  ist  von  der  Größe, 
wie  sie  Elektronen  erreichen  würden,  die 
von  einer  Spannung  von  20  Volt  beschleu- 
nigt werden. 


670 


Kaiialsli-alilcn 


14.  Lichtemission  der  Kanalstrahlen; 
Dopplereffekt.  E'uxe  \vicliti,e:e  Eigenscluit't 
der  Kiuuilstrahlon  ist  noch  die,  daß  sie  wäh- 
rend ihrer  Bewegung  Licht  emittieren.  Der 
Nachweis  ist  Stark  durch  die  wichtige  Beob- 
achtung gelungen,  daß  die  Serioulinien  man- 
cher Stoffe  in  den  Kanalstrahlen  eine  zweite 
Linie  zeigen,  wenn  man  sie  in  der  Bewegungs- 
richtung anvisiert.  Diese  Linie  ist  nach  den 
kürzeren  Wellenlängen  verschoben,  wenn 
man  in  dieser  Richtung,  nach  den  län- 
geren, wenn  man  in  der  entgegengesetzten 
Richtung  anvisiert.  Sie  erklärt  sich  aus 
der  Veränderung  der  Schwingungszahl  nach 
dem  Dopplerschen  Prinzip  und  die  hieraus 
berechnete  Geschwindigkeit  stimmt  mit  der 
aus  Ablenkungsversuchen  gemessenen  nahe 
überein.  Die  verschobene  Linie  ist  in  den 
meisten  Fällen  viel  breiter  als  die  nicht  ver- 
schobene, woraus  zu  schließen  ist,  daß  Kanal- 
strahlteilchen von  verschiedener  Geschwin- 
digkeit vorhanden  sind,  was  ebenfalls  mit 
den  Ergebnissen  der  Ablenkungsversuche 
übereinstimmt. 

Die  Dopplerlinie  (wegen  ihrer  Breite  besser 
Dopplerstreifen  genannt)  ist  bisher  bei  Wasser- 
stoff, Sauerstoff,  Stickstoff,  Kohle,  Helium, 
Argon  und  einer  Anzahl  von  Metallen  be- 
obachtet. Stark  war  der  Meinung,  daß  immer 
die  Serienlinien  die  verschobene  Linie  zeigen, 
während  dies  bei  Bandenlinien  nicht  der 
Fall  ist.  Bei  den  letzteren  sind  allerdings 
bisher  nicht  mit  Sicherheit  Dopplerstreifen 
beobachtet  (eine  solche  Beobachtung  von 
Fulcher  an  Sauerstoff  banden  hat  sich  nicht 
bestätigen  lassen),  aber  andere  Linien,  wie  die 
Funkenlinien  des  Sauerstoffs,  zeigen  die 
Dopplerstreifen    sehr   intensiv. 

15.  Verschieden  große  Dopplerver- 
schiebungen, Wenn  die  Serien  bei 
Sauerstoff  überhaupt  die  Dopplerver- 
schiebung zeigen  (Stark  behauptet  ihn 
an  einer  Linie  beobachtet  zu  haben,  während 
Paschen  und  Wilsar  vergeblich  danach 
gesucht  haben),  so  kann  die  Intensität  nur 
außerordentlich  schwach  sein  und  die  auf- 
fällige Tatsache  bleibt  bestehen,  daß  die 
Fnnkenlinien  weit  stärker  von  den  bewegten 
Kanalstrahlen  ausgesandt  werden.  Auf- 
fallend ist  weiter  hierbei,  daß  die  Doppler- 
verschiebung der  Funkenlinien  eine  weit 
größere  Geschwindigkeit  ergibt  als  ein  ein- 
fach geladenes  Sauerstoffatoni  durch  den 
Kathodenfall  erhalten  kann.  Man  muß  also 
mindestens  dreifach  geladene  Sauerstoffatome 
für  die  großen  Do])])lervers('hiebungen  an- 
nehmen. Nun  ist  mehrfach  geladener  Sauer- 
stoff von  J.  J.  Thomson  beobachtet,  aber 
es  bleibt  merkwürdig,  weshalb  der  einfach 
geladene  Sauerstoff  nicht  oder  sehr  schwach 
leuchtet. 

Auch   bei    Quecksilber  sind   von    Stark 


Dopplerverschiebnngen  beobachtet,  die  mehr- 
fach geladenen   Atomen   zuzuordnen  wären. 

16.  Unterteilungen  im  Dopplerstreifen. 
Liegen  schon  in  diesen  einfachen  Tat- 
sachen erhebliche  Verwicklungen,  so  hat  das 
weitere  Studium  der  Leuchtwirkungen  der 
Kanalstrahlen  die  ungelösten  Fragen  noch 
vermehrt.  Paschen  hatte  gefunden,  daß 
der    Dopplerstreifen    des    Wasserstoffs     ein 

'  jnehrfacher  ist,  so  daß  man  nicht  selten  zwei 
;  und  sogar  drei  Unterteilungen  beobachten 
kann.  Bei  niedrigen  Spannungen  ist  ein 
Streifen  vorhanden,  der  diese  Geschwindigkeit 
des  einfach  geladenen  Atoms  ergibt,  dann 
kommt  bei  höheren  Spannungen  ein  zweiter 
weniger  stark  verschobener  Streifen  hinzu 
und  bei  noch  höheren  Spannungen  bleibt 
dieser  dann  allein  übrig. 

Stark  hat  diese  Beobachtungen  durch 
die  Planckschen  Energieelemente  erklären 
wollen,  indem  die  Energie  stufenweise  nach 
einem  und  mehreren  Quanten  emittiert  wer- 
den sollte.  Indessen  gibt  diese  Erklärung 
von  den  komplizierten  Verhältnissen  dieser 
unterteilten  Streifen  keine  Rechenschaft 
und  es  scheint  viel  wahrscheinlicher,  daß 
man  es  einfach  mit  der  Emission  von  H,  H, 
und  H3  Kaiialstrahlen  zu  tun  hat,  wie 
Gehrcke  und  Reichen  heim  zuerst  an- 
genommen haben. 

17.  Grenzgeschwindigkeit  des  Leuch- 
tens.  Sehr  auffallend  ist  ferner  die  Tatsache, 
daß  der  Dopplerstreifen  mit  zunehmender 
Geschwindigkeit  der  Kanalstrahlen  bei 
Wasserstoff  sich  nicht  weiter  verschiebt, 
sondern  einer  Grenze  zustrebt,  die  ungefähr 
einer  Spannung  von  12000  Volt  entspricht. 
Ein  analoges  Verhalten  findet  Wilsar  für 
Sauerstoff  und  Stickstoff,  nur  daß  die  Grenz- 
spannung bei  diesen  höher  liegt.  Aus  diesen 
Beobachtungen  geht  hervor,  daß  die  Er- 
regung der  Lichtemission  oberhalb  einer  be- 
stimmten Geschwindigkeit  aufhört. 

Vegard  findet  denn  auch,  daß  die  Licht- 
emission der  Kanalstrahlen,  die  zuerst  mit 
zunehmender  Geschwindigkeit  zunimmt, 
später  abnimmt,  um  auf  Null  zu  sinken. 
Dagegen  werden  die  ruhenden  Moleküle  auch 
von  den  Kanalstrahlen  großer  Geschwindig- 
keit zum  Leuchten  angeregt.  Daher  kommt 
es,  daß  bei  großer  Geschwindigkeit  der 
Kanalstrahlen  der  Dopplerstreifen  schwach 
ist  im  Vergleich  zur  nicht  verschobenen 
Linie,  während  bei  kleineren  Geschwindig- 
keiten der  Dopplerstreifen  große  Intensität 
besitzt.  Dabei  zeigt  sich  das  Verhältnis 
der  Intensitäten  der  Serienlinien  vom  Druck 
unabhängig. 

18.  Die  Frage,  ob  verschiedene  Spek- 
trallinien verschieden  geladenen  Atomen 
entsprechen.  Wie  schon  erwähnt,  sind  die 
Spektrailinien  desselben  Stoffs  in  den  Kanal- 
strahleii  nicht  gleich  verschoben,  sondern  zei- 


Kanalstrahlen 


671 


gen  erhebliche  Verschiedenheiten.  So  zeigen  [ 
die  Funkenlinien  des  Sauerstoffs  eine  größere 
Verschiebung,  als  der  Geschwindigkeit  ent- 
spricht, die  ein  einfach  geladenes  xVtom 
unter  dem  Kathodenfall  erreichen  würde. 
Die  einfachste  Erklärung  ist  die,  daß  die 
Atome  im  Kathodenfall  ein-  und  mehrfache 
Ladungen  besitzen  können,  so  daß  die 
letzteren  eine  größere  Geschwindigkeit  er- 
reichen. Da  die  doppelte  Ladung  eines  Atoms 
bewirkt,  daß  die  lebendige  Ivraft  durch  die 
Beschleunigung  durch  die  elektrischen  Krcäfte 
verdoppelt  wird,  so  wird  die  Geschwindigkeit 
und  damit  die  Dopplerverschiebung  im  Ver- 
hältnis der  Quadratwurzel  aus  der  Ladungs- 
zahl wachsen.  Stark  hat  beim  Aluminium 
und  beim  Argon  Verschiebungen  gefunden, 
die  einfach,  zweifach  und  dreifach  geladenen 
Atomen  entsprechen. 

Für  das  Quecksilber  folgert  Stark,  daß 
die  Dupletlinien  von  einfach  geladenen, 
die  Tripletlinien  von  doppelt  geladenen 
Atomen  emittiert  werden.  Zwei  Linien  sollen 
von  dreifach,  vier  von  vierfach  geladenen 
Atomen  herrühren.  Eine  Linie  schreibt 
Stark  den  ungeladenen  Atomen  zu. 

Es  ist  indessen  zu  berücksichtigen,  daß 
die  UntersTichunsen  am  Dopplereffekt  nur 
die  Geschwindigkeit  messen,  aber  nichts  über 
den  augenblicklichen  Ladungszustand  aus- 
sagen; die  meisten  in  Betracht  kommenden 
Linien  zeigen  eine  Breite  des  Doppler- 
streifens, die  sämtliche  den  verschiedenen 
Ladungen  entsprechenden  Geschwindigkeits- 
bereiclie  enthält,  so  daß  eine  eindeutige 
Zuordnung  einer  Linie  zu  einem  bestimmten 
Ladungszustand  recht  schwierig  ist. 

19.  Positive  Strahlen  an  der  Anode. 
Von  Gehrcke  und  Reichenheim  sind 
Beobachtungen  angestellt  an  Strahlen,  die 
man  in  einer  Entladungsröhre  erhält,  wenn 
man  die  Anode  mit  einem  Metallsalz  im- 
prägniert. Sie  nennen  diese  von  der  Anode 
ausgehenden  Strahlen  Anodenstrahlen.  Es 
hat  sich  indessen  gezeigt,  daß  diese  Strahlen 
mit  den  Kanalstrahlen  identisch  sind,  und 
daß  der  Unterschied  nur  in  der  Erzeugungsart 
liegt.  Bei  diesen  von  Gehrcke  und  Reichen- 
heim benutzten  Röhren  liegt  ein  verhält- 
nismäßig großes  Spannungsgefälle  an  der 
Anode,  so  daß  hier  ähnliche  Beschleunigungen 
der  Metallatome  auftreten  wie  sonst  an  der 
Kathode,  wo  die  Kanalstrahlen  entstehen. 
Diese  von  Gehrcke  und  Reichenheim 
beobachteten  Strahlen  zeigen  alle  Eigen- 
schaften der  Kanalstrahlen.  Reichen - 
heim  findet  allerdings,  daß  die  von  ihm 
beobachteten  Strahlen  im  Gegensatz  zu 
den  Kanalstrahlen  vollständig  magnetisch 
abgelenkt  w^erden.  Dies  erklärt  sich  jedoch 
aus  einer  verhältnismäßig  kurzen  freien 
Weglänge  der  Atome,  die  infolgedessen  bereits 
auf  einer  kurzen  Strecke  viele  Umladungen 


erfahren.  In  diesem  Falle  sind  fast  alle 
Atome  in  dem  magnetischen  Felde  wenig- 
stens einmal  im  geladenen  Zustand  und  daher 
der  magnetischen  Ablenkung  unterworfen. 
Man  kann  auch  eiii  Bündel  von  Wasserstoff- 
kanalstrahlen fast  vollständig  ablenken,  wenn 
man  es  dem  Einfluß  eines  sehr  langen  ma- 
gnetischen Feldes  unterwirft. 

Gehrcke  und  Reichenheim  haben 
an  diesen  Strahlen  festgestellt,  daß  aus  der 
magnetischen  Ablenkung  folgt,  daß  die 
Massen  der  Atome  der  Leichtmetalle  zu  der 
des  Wasserstoffs  sich  tatsächlich  wie  die 
Atomgewichte  verhalten. 

Die  Spektren  zeigen  die  Dopplerverschie- 
bung. Die  Intensität  der  verschiedenen 
Linien  ist  auf  der  Bahn  des  Strahls  ver- 
schieden. Da  bei  der  benutzten  Erzeugungs- 
art der  Strahlen  die  Gasmischung  nicht  über- 
all gleich  ist,  weil  in  der  Nähe  der  iVnode  sich 
viele  Dämpfe  befinden,  so  erklären  sich  die 
Verschiedenheiten  der  Intensität  aus  den 
verschiedenen  Anregungen  zum  Leuchten, 
welche  die  Atome  durch  Zusammenstöße 
mit  verschiedenen  ruhenden  Molekülen  er- 
fahren. Vgl.  auch  den  Artikel  „Anoden- 
strahlen". 

Literatur.  Goldstein,  ßerl.  Ber.  39,  S.  691, 
JSS6  und  Wied.  Ann.  64,  <S'.  38,  18u8.  —  W. 
Wien,  Verh.  d.  d.  Phijs.  Ges.  17,  S.  W,  1898; 
Wied.  Ann.  65,  S.  44O,  1898.  —  Derselbe, 
Ann.  d.  Phys.  5,  6'.  421,  1901.  —  Derselbe, 
Ann.  d.  Phys.  8,  6^  .2U,  1^02.  —  Derselbe, 
Ann.  d.  Phys.  9,  .S'.  660,  1902.  —  Derselbe, 
Ann.  d.  Phys.  13,  8.  669,  1904.  —  ^'  J- 
Thomson,    Phil"soph.  ßlay.  (6),  13,  S.  561,  1907. 

—  W.    Wien,    Phil.  Mag.  (6)  14,  S.  2l2,  1907- 

—  J.  J.  Thomson,  Phil.  Mag.  (6)  14,  S.  295, 
1907.  —  Derselbe,  Phd.  3fag.  (6j  14,  S.  S59, 
1907.  —  W.  Wien,  3Iünch.  Per.  38,  S.  55, 
1908;  Ann.  d.  Phy.  27,  5.  I(i25,  1908.  -^  Der- 
selbe, Ann.  d.  Phi/s.  30,  S.  349,  1909.  —  v. 
Deehencl  und  Ilamiiier,  Heldelb.  Ber.  21, 
*S'.  95,  1910.  —  Dieselben,  Z>-ii.'<rhr.  f.  Elektro- 
chemie, S.  2S5,  1911.  —  J.  J.  Thomson,  Phil. 
Mag.  16,  iS.  657,  1908.  —  Ch.  Füchtbauer, 
Phys.  Z.,  7,  8.  748,  1906.  —  J.  J.  Thomson, 
Phil.  3Iag.  18,  Ä.  821,  1909.  —  Derselbe,  Phil. 
Mag.  19,  ^.  424,  1910.  —  II'.  Wien,  Ann.  d. 
Plty«-  33'  'S"-  '*'■"''  ^^10.  —  Gehrcke  und 
Reichenheim,  Vrrh.  d.  phys.  Ges.  12,  -S.  4U, 
1010,  —  Koenigsberger  und  Kutscheivski, 
Heidelb.  Ber.  Abh.  4  u  lo,  1910.  Phy.-<.  Z.  11, 
S.  S79, 1910;  II,  S.  848,  1910.  —  J.  J.  Thomson, 
Phil. Mag. 20,  S.  762, 1910.  —  Derselbe,  Phil.  Mag. 
S.  725,  1911.  —  W.  Wien,  Berl.  Ber.,  27.  Juli 
1911;  Ann.  d.  Phys.  39,  <S'.  519, 1912.  —  Königs- 
berger tmd  Kilvhling,  V.  d.  D.  p.  G.  12, 
;S'.  lOll,  1910.  —  Koenigsberger  und  Kut- 
schewski,  Ann.  d.  Phys.  37.  S.  161,  1912.  — 
J".  Stark,  P.  Z.  6,  S.  892,  1905.  —  W.  Her- 
mann und  S.  Kinoshita,  P.  Z.  7,  S.  564, 
1906.  —  W.  Hermann  tmd  J.  Stark,  P.  Z. 
7,  S.  92,  1906.  —  J.  Stark,  A7m.  d.  Phys.  21, 
S.  401,  1906.  —  J.  Stark  und  K.  Siegt,  Ann. 
d.  Phys.  21,  6".  457,  1906.  —  F.  Paschen, 
Ann.  'd.  Phys.  23,    .S.  247,   1907.  —  Derselbe, 


672 


Kanalsti-ahk'ii  —  l\ai)a/.ität 


Ann.  d.  Plnjx.  23,  S.  ..'61,  1907.  —  J.  Stark, 
Ann.  d.  Phys.  26,  *S'.  SOG,  190S.  —  J.  Stark 
und   W.   Steubing,  Ann.  d.  Phys.  26,  S.  918, 

1908.  —  Dieselben,  Ann.  d.  P/iys.  28,  6\  974, 

1909.  —  J.  Stark  tmd  G.  Wendt,  Ann.  d. 
Phys.  38,  &  669  lind  9:il,  1912.  —  JL.  Vegard, 
Ann.  d.  Phys.  39,  S.  111,  1912.  —  H.  Wllsnr, 
Ann.  d.  Phys.  39,  S.  1251,  1912.  —  J.  Stark,  P.  Z. 
S,  102,  1913.  —  Derselbe,  Ann.  d.  Phyx.  42, 
JS.  163,  1913.  —  J.  Stark,  A.  Fischer  und 
H,  Kirschbaum,  ^lim.  d.  J'hyu.  40,  'S'.  4^9, 
1913.  —  J.  Stark,  G.  Wendt,  H.  Kirsch- 
baum und  R.  Künzer,  Ann.  d.  Phys.  42, 
S.  242,  1913.  —  E.  Gehrcke  und  O.  Reichen- 
helm, V.  d.  d.  P.  G.  S,  S.  659,  1906.  —  Die- 
selben, Ann.  d.  Phys.  25,  S.  861,  1908.  — 
O.  Reichenheim,  Ann.  d.  Phys.  33,  S.  747, 
1910. 

W.   Wien. 


Kantengerölle.    Kantengescbiebe. 

GeröUe  und  Geschiebe,  die  mehr  oder 
minder  von  ebenen  Flächen  begrenzt  werden. 
Diese  Flächen  sind  enUveder  durch  Wind- 
schliff (vgl.  den  Artikel  „Atmosphäre. 
Geologische  Bedeutung")  oder  durch 
Gletscherbewegung  (vgl.  den  Artikel  „Eis") 
hervorgebracht. 


Kapazität. 

1.  Definition  und  Einheit  der  Kapazität. 
2.  Kapazität  und  Vektoren  des  elektrischen  Fel- 
des. 3.  Elektrische  Energie.  4.  Teilkapazitäten 
beliebig  vieler  Leiter.  5.  Rückstandsbildung. 
6.  Parallel-  und  Reihenschaltung  von  Konden- 
satoren. 7.  Verhalten  der  Kapazitäten  gegenüber 
Wechselströmen.  8.  Resonanz.  9.  Dielektrische 
Verluste.  10.  Verteilte  Kapazitäten.  11.  Berech- 
nung von  Kondensatoren.  12.  Konstruktion 
von  Kondensatoren.  13.  Messungen  mit  dem 
balhstischen  Galvanometer.  14.  Die  Maxwell- 
Thomsonsche  Methode.  15.  Kapazitätsmessun- 
gen unter  Verwendung  von  Wechselströmen. 
16.  Messung  verteilter  Kapazitäten.  17.  Messung 
von  Teilkapazitäten. 

I.  Definition  und  Einheit  der  Kapa- 
zität. Werden  zwei  einander  parallele,  ebene 
Metallplatten  auf  verschiedene  Potentiale 
gebracht,  so  sammeln  sich  auf  den  einander 
zugewandten  Flächen  gleiche  Elektrizitäts- 
mengen q  an,  und  zwar  auf  der  Platte  von 
höherem  Potential  positive,  auf  derjenigen 
von  niederem  Potential  negative.  Ist  zlv  die 
Potentialdifferenz  zwischen  den  Platten, 
so  lehrt  die  Erfahrung,  daß  die  Elektrizitäts- 
menge q  dem  Zlv  proportional  ist.  ! 


I>er  beschriebene  Apparat  ist  ein  Kon- 
densator und  die  Proportionalitätskon- 
stante C  wird  seine  Kapazität  genannt. 
Sie  ist  numerisch  gleich  der  Elektrizitäts- 
menge, womit  sich  der  Kondensator  lädt, 
wenn  die  Potentialdifferenz  1  beträgt.  Werden 
q  und  A\  in  absoluten  cgs  =  Einheiten, 
elektrostatisch  oder  elektromagnetisch,  ge- 
messen, so  erhält  man  auch  C  in  diesen 
Einheiten.  Die  Dimension  im  elektrostati- 
schen   Maßsystem    ist    [cm],    im    elektro- 

magnetischen    

®  L  cm 

In  der  Praxis  werden  sehr  viel  die  Einheiten 
des  sogenannten  technischen  Maßsystems  an- 
gewandt: mißt  man  Zlv  in  Volt,  q  in  Cou- 
lomb oder  Amperesekunden,  so  ergibt  sich 
C  in  Farad.  Nun  ist  1  Coulomb  eine  außer- 
ordentlich große  Elektrizitätsmenge.  ^) 

Daher  ist  auch  1  Farad  eine  sehr  große 
Kapazität  und  man  rechnet  deshalb  meist 
mit  der  praktisch  handlicheren  Größe  von 
1  ^F  (spr.  Mikrofarad)  =  10-«  Farad. 
Zwischen  elektrostatischen,  elektromagne- 
tischen absoluten  Einheiten  und  technischer 
Einheit  bestehen  die  Beziehungen 
1  cm  elektrostatisch  =  1,11.10—"  /iF. 
1  sec^/cm  elektromagn.  =  10^^  ^F, 

Die  Kapazität  eines  Plattenkondensators 
ist  mit  großer  x\nnäherung  proportional 
der  Plattengröße  und  umgekehrt  proportional 
dem  Plattenabstand.  Sie  hängt  also  nur 
von  den  geometrischen  Abmessungen  ab; 
dazu  tritt  aber  noch  eine  Materialkonstante, 
Taucht  man  nämlich  den  Kondensator, 
zwischen  dessen  Platten  wir  bisher  Luft 
angenommen  hatten,  z.  B.  in  Ricinusöl, 
so  wächst  seine  Kapazität  auf  das  4,7 fache, 
d.  h.  wird  dauernd  eine  Alvkumulatoren- 
batterie  von  konstanter  Potentialdifferenz 
an  den  Kondensator  belassen,  so  steigt  die 
Ladung  auf  den  Platten  auf  das  4,7fache; 
Isoliert  man  dagegen  die  Platten,  so  daß 
die  Ladungen  sich  nicht  ändern  können, 
so  sinkt  die  Potentialdifferenz  auf  den  4,7  ten 
Teil. 

2.  Kapazität  und  Vektoren  des  elek- 
trischen Feldes.  Die  bisherigen  Betrach- 
tungen ergeben  zwar  brauchbare  Rechen- 
regeln, aber  sie  verschaffen  keinen  tieferen 
Einblick  in  den  Vorgang.  Um  diesen  zu 
erhalten,  ist  es  notwendig,  auf  die  wich- 
tigsten Eigenschaften  des  elektrischen  Feldes 
einzugehen.  Befinden  sich  im  Innern  von 
isolierenden  Stoffen  geladene  Leiter,  so 
stellt  der  gesamte  Raum  ein  elektrisches 
Feld  dar.  Letzteres  ist  durch  zwei  Vektoren 
charakterisiert: 


C.Ziv 


(1) 


^)  Zwei  Elektrizitätsmengen  von  je  1  Coulomb 
üben  in  1  km  Entfernung  voneinander  noch  eine 
Kraft  von  1  Tonne  aufeinander  aus. 


Kapazität 


673 


2a)  Die  elektrische  Feldstärke  ^. 
Sie  ist  nach  Größe  und  Richtuna"  in  jedem 
Punkte  gleich  der  lüaft,  die  auf  die  Elek- 
trizitätsmengc  Eins  ausgeübt  wird,  wenn 
man  sie  in  den  Punkt  P  bringt.  Geht  man 
von  Punkt  zu  Punkt  in  Richtung  der  Feld- 
stärke vorwärts,  so  erhält  man  die  Feld- 
linien. Die  Feldlinien  beginnen  und  enden 
auf  den  Leitern  (bezw.  im  Unendlichen): 
jedenfalls  laufen  sie  nie  in  sich  zurück.  Die 
Arbeit,  die  nötig  ist,  um  die  Elektrizitäts- 
menge 1  von  einem  Leiter  längs  einer  Feld- 
linie zum  anderen  zu  bringen  /fydl,  ist  die 
Potentialdifferenz  zwischen  den  Leitern. 
Im  Innern  der  Leiter  ist  die  Feldstärke  Null, 
das  Potential  konstant.  Wird  ein  System 
von  Leitern  durch  eine  metallische  Hülle 
umschlossen,  so  ist  das  elektrische  Feld  im 
Innern  von  dem  Außenraum  vollständig 
abgeschlossen,  weil  alle  Feldlinien,  die  auf 
die  Hülle  treffen,  dort  enden  und  die  Hülle 
nicht  zu  durchdringen  vermögen. 

2b) Die  elektrische  Verschiebung®. 
Sie  hat  in  jedem  Punkte  dieselbe  Richtung, 
wie  die  elektrische  Feldstärke  'g-,  und  ist 
ihr  numerisch  proportional.  Im  elektro- 
magnetischen Maßsystem  gilt  die  Beziehung 

t  (2) 


®  = 


wo  c  =  3.10^"  cm/sec  die  Lichtgeschwindig- 
keit und  e  die  Dielektrizitätskonstante 
bedeutet.  e  ist  eine  Materialkonstante. 
®  hat  eine  für  die  Theorie  der  Konden- 
satoren wichtige  Eigenschaft.  Wenn  man 
von  der  Umrandung  einer  auf  der  Oberfläche 
eines  Leiters  liegenden  kleinen  Fläche  dS^ 
(Fig.  1)  ausgehend  sämtliche  Verschiebungs- 


Lei>er2 


Fig.  1. 

linien  konstruiert,  so  entsteht  eine  Röhre, 
die  auf  einem  anderen  Leiter  endend 
auf  dieser  Oberfläche  das  Element  dSg 
ausscheidet.      Längs   der  ganzen   Röhre  ist 

2)dS 
konstant,  und  zwar  im  elektromagnetischen 
Maßsystem  gleich  Ajtdq,  wenn  dq  die  auf  jeder 
der  Endflächen  dSjdS.,  ruhende  Elektrizitäts- 
menge bedeutet.    Damus  folgt,  je  enger  die 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  \ 


Röhre  wird,  d.  h.  je  dichter  die  Verschiebungs- 
linieii  zusammengedrängt  werden,  um  so 
größer  ist  an  der  betreffenden  Stelle  2);  ferner 
sind  die  Elektrizitätsmengen  auf  den  End- 
flächen dS^  dS.,  einander  gleich,  aber  von 
entgegengesetztem  Vorzeichen.  Es  ist  also 
so,  als  ob  eine  Elektrizitätsmenge  dq  durch 
eine  undurchlässige  Röhre  gewissermaßen 
hindurchgeschoben  wird.  Dieser  Satz  gilt 
unabhängig  davon,  ob  die  Verschiebnngs- 
linien  auf  ihrem  Wege  ein  oder  verschiedene 
Dielektriken  treffen.  An  den  Grenzflächen 
können  die  Linien  eine  Knickung  erfahren, 
gehen  aber  im  übrigen  ungestört  weiter 
(vgl.  auch  den  Artikel  ,,Elektrisches 
Feld"). 

Wendet  man  diese  Sätze  auf  den  Platten- 
kondensator an,  so  hat  man  zwischen  den 
Platten  ein  homonenes  Feld,  das  von  der 
Platte  A  zur  Pkftte  B  verläuft  (Fig.  2); 
die  Potentialdifferenz  Av  und  die  Feldstärke 
hängt  durch  die  Gleichung 

/1v  =  5-l  (3) 

zusammen;  und  die  Ladung  Q  auf  einer 
Platte  mit  der  dielektrischen  Verschiebung 
durch 

47r  Q  =  ®S  (4) 

(S  Flächeninhalt  der  Platte) 
Also  wird  die  Kapazität 

Q          1      e8 


C  = 


Ax~Ajtc^'  I 


(5) 


Diese  Formel  gestattet,  die  Kapazität 
aus  den  Abmessungen  und  der  Dielek- 
trizitätskonstante zu  berechnen. 

Die  Formel  ist  ähnlich  gebaut,  wie  der  Leit- 
wert (reziproker  Widerstand)  eines  zylindrischen 
Leiters 

S 


1/R  =  I/E 


öl 


(ö  spez.  Widerstand). 

Im  allgemeinen  kann  man  von  der  Ver- 
teilung der  Verschiebungsröhren  sagen,  daß 
sie  sich  wie  elastische  Röhren  verhalten,  die 
zwischen  ihren  Endpunkten  ausgespannt 
sind  und  senkrecht  dazu  in  der  Querrichtung 
einen  Druck  ausüben.  Unter  Berücksich- 
tigung dieser  Eigenschaft  ist  es  zu  verstehen, 
daß  die  Feldlinien  am  Plattenrande  seitlich 
heraustreten,  und  daß  auch  von  der  Rück- 
seite der  Platten  Feldlinien  im  großen  Bogen 
um  die  Plattenränder  herumlaufen  (s.  Fig.  2). 
Diese  sogenanten  Streulinien  sind  in  der 
Formel  (5)  für  die  Kapazität  nicht  mit 
berücksichtigt.  Man  kann  die  Streuung 
praktisch  beseitigen,  indem  man  drei  ein- 
ander parallele  Platten  anwendet,  von  denen 
die  beiden  äußeren,  metallisch  miteinander 
verbundenen  die  eine  Kondensatorbelegung, 
die  mittlere  die  andere  bildet. 

Eine    Vergrößerung    des     Kondensators 

43 


674 


Kapazität 


auf  das  iifache  erhält  man  dadurch,  daß 
man  2n  +  1  Platten  übereinander  schichtet, 
von  denen  man  die  n+1  mit  ungerader 
Ordnungszahl  und  dien  von  gerader  Ordnungs- 
zahl miteinander  verbindet. 


Fig.  2. 

3.  Elektrische  Energie.  Ein  elektrisches 
Feld  kann  nur  durch  Aufwand  von  Energie 
zustande  kommen;  es  repräsentiert  also 
einen  gewissen  Energievorrat.  Nach  Maxwell 
ist  die  in  einem  Volumenelement  dv  auf- 
gespeicherte Energie 

1 


den  Potentialen  Vj  V2  . . .  Vn  befinden;  sie 
mögen  in  beliebige  Drelektriken  eingebettet 
sein.  Dann  sammeln  sich  auf  den  Leitern 
die  Elektrizitätsmengen  Q^  Q2- .  •  Qn  an  und 
im  Dielektrikum  bildet  sich  ein  elektrisches 
Feld  aus. 

Um  in  diesem  Falle  die  Kapazitäten  de- 
finieren zu  können,  zeichnen  wir  uns  die 
Feld-  bezw.  Verschiebungslinien.  Dann 
kann  man  z.  B.  in  Figur  3  die  Oberfläche  von 


Fig.  3. 

Leiter  L^  in  drei  Bezirke  teilen.  Sämtliche 
Linien,  die  innerhalb  des  ersten  Bezirkes 
entspringen,  enden  auf  der  Hülle,  sämt- 
liche zum  zweiten  Bezirk  gehörende  Linien 
enden  auf  Leiter  Lo  und  alle  vom  dritten 
Bezirk  ausgehenden  auf  Leiter  L3.  Dem- 
entsprechend kann  man  die  gesamte  auf 
Leiter  L^  befindliehe  Elektrizitätsmenge  als 


W.  = 


8^ 


5®dv 


(6) 


zu  setzen.  Durch  Integrieren  über  sämtliche 
Raumteile,  in  denen  ein  Feld  vorhanden  ist, 
erhält  man  die  gesamte  im  Felde  aufge- 
speicherte Energie. 

Macht  man  die  Berechnung  für  das 
elektrische  Feld  eines  Kondensators,  so 
kann  man  kurz  von  der  Energie  eines  Kon- 
densators reden.  Die  Umfornuuig  der 
Energieformel  für  diesen  Fall  ergibt: 


We  =  2  Q--^^' 


C.z1V2 


1  Q2 

2  C" 


(7) 


4.  Teilkapazitäten  beliebig  vieler  Lei- 
ter. Die  bisherigen  Betrachtungen  ge- 
nügen, um  nunmehr  den  allgemeinsten  Fall 
zu  behandeln.  Es  mögen  n  beliebig  ge- 
formte Leiter  vorhanden  sein,  die  sich  auf 


Fig.  4. 

zu  3  Kondensatoren  (s.  Fig.  4)  gehörig  an- 
sehen. 

Und  man  kann  setzen: 
die  zum  Koiulensator  Leiter   Lj,   Hülle   ge- 
hörige Elektrizitätsmenge  gleich 

Gl  V„ 
die  zum  Leiter  L^,  Leiter  Lg  gehöreiulo 
Ca2  (Vi-Vo) 


Kapazität 


675 


und  die  zu  Leiter  Li  Leiter  L3  gehörende 

Ci3(V-V3). 

Durch  sinngemäße  Wiederhohmg  derselben 
Betrachtungen  bei  den  anderen  Leitern  ge- 
langt man  zu  den  Formeln: 

Qi  =  C,\,  +  C,,{\\  -  V,)  +  Ci3(Vi  -  V3) 

Q,  =  C,\\  +  Ci2(V,  -  Vi)  +  C,,{\\_  -  V3)     (8) 

Qa    =   C3V3    +    Ci3(V3  -   Vi)   +    C,3(V3-   V,) 

Die  Elektrizitätsmenge,  die  sich  auf  der 
Innenseite  der  das  Feld  elektrisch  abschlie- 
ßenden Hülle  ansammelt,  ist: 

Qo  =  -CiVi-C2V2-C3V3. 

Die  einzelnen  Größen  C  kann  man  als 
Teilkapazitäten  bezeichnen  und  zwar  als  Teil- 
kapazitäten gegen  Hülle  oder  gegeneinander. 
Maxwell  hat  das  Gleichungssystem  (8) 
in  einer  etwas  anderen  Form  geschrieben, 
nämlich : 

Qi  =  KiiVi+KioV2+Ki3V3 
Q2=Ki,Vi+K,,V2+K,3V3  (9) 

Q3  =  Ki3Vi+K,3V,+  K33V3 

Er  nennt  die  Größen  K^j  K22  K33  die 
Kapazitäten  der  Leiter  12  3  schlechtweg 
und  die  Größen  K^o  K^o  K31  die  In- 
duktionskoeffizienten. 

Zwischen  den  Maxwellschen  Konstanten 
und  den  Teilkapazitäten  bestehen  die  Be- 
ziehungen : 

K,i  =  Ci+.Cio  +  Ci3 

K22    =    Co    +    C;,,    +    C20 


Kl. 


'-'12'    ^13  —  Ci3,     K23  —  ~~^2 


Man  ersieht  daraus,  daß  die  Induktions- 
koeffizienten negative  Werte  haben. 

Es  hat  also  viel  für  sich,  mit  Teilkapa- 
zitäten, statt  mit  den  Maxwellschen  Kon- 
stanten zu  rechnen.  Man  muß  sich  aber  davor 
hüten,  durch  Benutzung  der  Teilkapazitäten 
sich  zu  falschen  Schlüssen  verleiten  zu  lassen. 
Man  könnte  nämlich  auf  den  Gedanken 
kommen,  daß  sich  das  ganze  System  wie 
n(n+l)/2  voneinander  unabhängige 
Kondensatoren  verhält.  Dem  ist  aber  nicht 
so.  Wenn  man  z.  B.  im  obigen  Beispiel 
Leiter  1  verschiebt,  so  wird  dadurch  nicht 
nur  Gl,  Cjo  nnd  C^s  (Fig.  4),  sondern  im  all- 
gemeinen auch  Cg,  Cg  und  Cog  geändert. 

Sind  n  Leiter  außer  der"  Hülle  (bezw. 
Erde)  vorhanden,  so  gehören  dazu  im 
ganzen     n(n-fl)/2    Kapazitätskoeffizienten. 

5.  Rückstandsbildung.  Die  im  vorigen 
gegebene  Erklärung  der  Kondensatorer- 
scheinungen ist  noch  nicht  vollständig.  Legt 
man  an  einen  Plattenkondensator  eine 
Akkumulatorenbatterie,  so  folgt  dem  ersten 
starken,  kurzen  Stromstoß  ein  dauernder 
Strom  nach,  der  ganz  allmählich  abnimmt. 
Man  erklärt  diese  Erscheinung  dadurch,  daß 
die  bei  dem  ersten  Ladestoß  auf  die  Be- 
legungen fheßende  Elektrizitätsmenge  zum 


Teil  in  das  Dielektrikum  hineingedrängt 
wird.  Dieser  Betrag  muß  ersetzt  werden, 
damit  die  seiner  Kapazität  entsprechende 
Elektrizitätsmenge  auf  den  Belegungen  vor- 
handen ist.  Endlädt  man  nun  den  Kon- 
densator, so  fließt  zuerst  die  auf  den  Be- 
legungen befindliche  Ladung  in  einem  kurzen, 
starken  Stromstoß  ab.  Diesem  Stoß  folgt 
ein  langsam  abnehmender,  dauernder  Strom, 
der  daher  rührt,  daß  die  im  Dielektrikum 
befindliche  Elektrizitätsmenge  —  der  Rück- 
stand —  nunmehr  allmählich  wieder  zum 
Vorschein  kommt.  Die  Rückstandsbildung 
'  hängt  von  der  Natur  des  Dielektrikums  ab 
!  und  kann  sehr  verschieden  große  Beträge 
annehmen.  Messungen  können,  wenn  auf 
den  Rückstand  nicht  genügend  Acht  ge- 
;  geben   wird,   stark   gefälscht   werden. 

6.  Parallel-  und  Reihenschaltung  von 
Kondensatoren.       Werden    mehrere    Kon- 

,  densatoren  mit   den  Kapazitäten  Cj  C2  . .  . 
j  einander  parallel  geschaltet,  so  würde,  wenn 
man  eine   Spannung  daran  legt,  insgesamt 
eine  Elektrizitätsmenge  auf  die  Belegungen 
!  fließen,    die    gleich    der    Summe     der     auf 
I  den  Einzelkondensatoren  befindlichen  Elek- 
trizitätsmengen  ist;    mithin  ist   die    resul- 
tierende Kapazität:  0^+02+  -  .  . 

Werden   die   Kondensatoren  dagegen"  in 

Reihe    geschaltet,    so  muß  sich  jeder  Kon- 

[densator,     da    den    Zwischengliedern    von 

außen  keine  Ladungen  zugeführt  werden,  mit 

!  derselben   Elektrizitätsmenge  Q   laden ;   die 

1  Teilspannungen     an    den     einzelnen     Kon- 

I  densatoren  werden  daher  V^  =  Q/C^,  Vg  = 

Q/Co  usw.  und  die   Gesamtspannung  V  an 

den  Enden  der  Reihenschaltung: 

V  =  V,+V2+  -  =  Q  [(1/Ci)+(1/C2)+  .  .  . 

Daher  berechnet  sich  die  resultierende  Ka- 
pazität C  aus  der  Beziehung: 

1/C  =  fl/Ci)+(l/C2)+  .  .  .  (10) 

7.  Verhalten  der  Kapazitäten  gegen- 
über Wechselströmen.  Legt  man  an  einen 
Kondensator  eine  Wechselspannung  mit  dem 
Augenblickswert  e,  so  muß  wegen  der 
Gleichung 

q  =  Ce 

auch  die  Elektrizitätsmenge  q  in  demselben 
Takt  und  in  derselben  Phase  wie  e  sich  peri- 
odisch ändern.  Das  ist  nur  dadurch  möglich, 
daß  die  Elektrizitätsmengen  den  Belegungen 
durch  einen  periodischen  Strom  zugeführt 
werden.  Dieser  Strom  hat  zwar  dieselbe 
Frequenz,  wie  die  Spannung  e,  aber  eine 
andere  Phase.  Denn,  wenn  die  Elektrizitäts- 
menge ihren  Höchstwert  erreicht  hat,  muß 
der  zu-  oder  abfließende  Strom  Null  sein. 
Umgekehrt  ist  es  leicht  zu  verstehen,  daß 
der  Strom,  der  die  Elektrizitätsmengen  zu- 
führt, seinen  Höchstwert  haben  wird,  in  dem 
Augen  bhck,  wo  der  Kondensator  ungeladen  ist. 

43* 


67  G 


Kapazität 


Aus  dieser  Ueberlegung  geht  hervor,  daß 
Spannung  und  Ladestrom  in  der  Phase  um 
90^  verschoben  sind,  und  zwar  liegt  die 
Phase  des  Stromes  zeitlich  vor  derjenigen  der 
Spannung.  Ladung  q  und  Strom  i  hängen 
durch  die  Gleichung 

i  =  dq/dt  (11) 

zusammen.     Folglich  ist: 

i  =  Cde/dt  (12) 

Für  die  Effektivwerte  folgt  daraus 

Jfff  =  CCO  Eeff  (13) 

(w  =  271'  Frequenz). 

Enthält  die  Spannungskurve,  mit  der  der 
Kondensator  gespeist  wird,  neben  der  Grund- 
welle auch  Obertöne,  so  werden  nach  Gleichung 
(13)  die  Oberwellen  des  Stromes  um  so  mehr 
verstärkt,  je  höher  die  Ordnungszahl  der 
Oberwellen  ist.  Ist  also  die  Spannung  nicht 
sinusförmig,  so  wird  der  Ladestrom  gegen- 
über der  Spannnngskurve  stark  verzerrt, , 
und  zwar  ist  die  Stärke  der  Verzerrung 
von  der  Größe  des  Kondensators  unab- 
hängig. 

8.  Resonanz.  Die  Phasenverschiebung 
durch  einen  Kondensator  ist  entgegengesetzt 

derjenigen,    die 
in  einem  Wech- 
selstromkreise I 
durch  eine  Spule  ' 
hervorgerufen   | 
wird   (vgl.   den  ! 
Artikel       „In- 
duktivität"). 
Schaltet     man 
einen    Konden- 
sator und  eine 
Selbstindukti- 
vität hinterein- 
ander, so  gelingt 
es  bei  geeigne- 
ter   Wahl     der 
Größen  die  bei- 
derseitigen Pha- 
senverschiebun- 
gen  aufzuheben,  i 
Ein  solcher  Kreis  verhält  sich  für  die  Berech- 
nung der  Stromstärkeso,  als  ob  nur  Ohmscher 
Widerstand  vorhanden  wäre.     Dagegen  sind 
die  Spannungen  an  Kondensator  und  Spule 
ziemlich   groß,  während    ihre  Resultierende, 
die  Betriebsspannung  e,  nur  klein  zu  sein 
braucht.      In  dem  Diagramm  Figur  5  sind 
diese  Verhältnisse  dargestellt.     Man  pflegt 
dies     als     Spannungsresonanz     zu     be- 1 
Die   Bedingungsgleichung   dafür 


'Sl"rom 


Fig:. 


zeichnen, 
lautet 


(14) 


ft>2LC  =  1 
(co  Kreisfrequenz, 
L  Selbstiiiduktivität, 
C  Kapazität). 
Stromresonanz  kann  entstehen,  wenn 


Kapazität  und  Selbstinduktivität  parallel 
zueinander  in  einen  Wechselstromkreis  ein- 
geschaltet werden.  Bei  geeigneten  Ab- 
messungen verläuft  der  Strom  im  wesent- 
lichen zwischen  dem  Kondensator  und  der 
Spule;  oder  anders  ausgedrückt:  die  Energie 
des  elektrischen  Feldes,  die  beim  Höchst- 
wert der  Ladung  ebenfalls  ihren  Höchst- 
wert hat,  während  der  Ladestrom  Null  ist, 
nimmt  bei  der  Entladung  ab,  während 
durch  den  die  Spule  durchfließenden  Strom 
eine  Energie  des  magnetischen  Feldes  ge- 
schaffen wird.  Die  Energie  pendelt  also  im 
wesentlichen  zwischen  dem  elektrischen  Felde 
des  Kondensators  und  dem  magnetischen 
Felde  der  Spule  hin  und  her,  und  durch  die 
unverzweigte  Leitung  wird  nur  ein  verhältnis- 
mäßig kleiner  Strom  zugeführt,  welcher 
dazu  dient,  den  bei  dem  Pendeln  der  Energie 
in  Wärme  übergeführten  Teil  zu  decken. 
Wird  der  Ohmsche  Widerstand  der  Spule 
vernachlässigt,  so  ist  die  Resonanzbedingung 
wiederum  durch  die  Gleichung  (14)  darge- 
stellt. 

Auch  induktiv  kann  ein  durch  eine 
Spule  geschlossener  Kondensator  erregt  wer- 
den; sofern  das  erregende  Feld  eine  Fre- 
quenz besitzt,  die  der  Eigenfrequenz  lo  = 

]'  1/LC  des  schwingenden  Systems  gleich  ist; 
ein  solches  Gebilde  verhält  sich  elektrischen 
Schwingungen  gegenüber  ebenso,  wie  eine 
auf  einem  Resonanzkasten  stehende  Stimm- 
gabel, die  von  Luftschwingungen  ihrer 
Eigenfrequenz  getroffen  Märd.  Eine  solche 
Stimmgabel  beginnt  zu  tönen  und  ebenso 
gerät  der  ,, elektrische  Resonator"  in  elektri- 
sche Schwingungen. 

Ein  ganz  ähnlicher  Vorgang  entsteht, 
wenn  ein  geladener  Kondensator  durch  eine 
Spule  kurz  geschlossen  wird.  Die  Ent- 
ladung erfolgt  im  allgemeinen  nicht  sofort 
vollständig,  sondern  es  entstehen  auch  hier 
elektrische  Schwingungen,  deren  Frequenz 
durch  die  Resonanzgleichung  bestimmt  ist. 
Da  aber  keine  neue  Energie  zugeführt  wird, 
so  sind  die  Schwingungen  gedämpft;  sie 
werden  allmählich  in  Wärme  übergeführt 
und  klingen  dementsprechend  mehr  oder 
weniger  rasch  ab  (vgl.  den  ^Vi'tikel  über 
,,E  1  e  k  t  r  i  s  c  h  e  S  c  h  w  i  n  g  u  n  g  e  n"). 

9.  Dielektrische  Verluste.  Wird  an 
einen  Kondensator  eine  Wechselspannung 
gelegt,  so  ergab  die  bisher  besprochene 
Theorie,  daß  der  Ladestrom  gegen  die 
Spannung  in  der  Phase  um  90''  verschoben 
ist.  Nun  ist  allgemein  die  mittlere  Leistung, 
die  ein  Wechselstrom  vollbringt,  gleich 
E  J  cos^Q,  wo  (p  die  Phasenverschiebung 
zwischen  S])aniiung  und  Strom  bedeutet. 
Da  in  unserem  l'alle  cp  =  90"  ist,  so  besagt 
das:  die  dem  Kondensator  zugeführte  mittlere 
Leistung  ist   Null;   physikalisch   kann   man 


Kapazität 


677 


sich  das  folgendermaßen  klar  machen:  Die 
dem  Kondensator  in  einem  Periodenviertel 
zngefiihrte  Energie  wird  im  elektrischen 
Felde  anl'gespeichert  nnd  in  dem  zweiten 
Feriodenviertel  an  die  den  Kondensator 
erregende  Wechselstromquelle  zurückge-  i 
liefert. 

Nun  lehrt  aber  die  Erfahrung,  daß 
tatsächlich  in  den  meisten  Fälleji  ein 
Energieverbrauch  gemessen  wird.  Derselbe 
ist  nicht  durch  eine  gewisse  Leitfähigkeit 
des  Dielektrikums  zu  erklären.  Denn  er 
ist  stets  größer  als  der  mit  Gleichspannung 
festzustellende  Energieverbrauch,  der  durch 
eine  nicht  vollkommene  Isolation  entsteht, 
er  muß  vielmehr  in  der  periodischen  Elek- 
trisierung des  Isolators  seinen  Grund  haben. 
Es  ist  hier  nicht  am  Platze,  auf  die  ver- 
schiedenen  Theorien  einzugehen,  die  diese 
Verluste  im  periodischen  Felde  zu  erklären 
suchen (Pellat,v.  Schweidler,  K.W.  Wag- 
ner. Vgl.  den  Artikel  „Dielektrizität"). 
Hier  genügt  es,  ein  Schema  festzusetzen, 
durch  das  die  Erscheinungen  genügend  genau 
wiedergegeben  werden.  Dies  besteht  darin, 
daß  man  einen  Kondensator  mit  einem 
Energie  verzehrenden  Dielektrikum  für  die 
Rechnung  ersetzt  durch  einen  verlustlos 
arbeitenden  Kondensator,  dem  ein  Wider- 
stand entweder  vor-  oder  parallelgeschaltet 
ist.  Das  zweitgenannte  Schema  ist  in 
vielen  Fällen  unbequem, : 
weil  die  parallel  geschal- 
teten Widerstände  sehr 
hohe  Werte  annehmen. 

Ist  C  die  Kapazität 
des  Ersatzkondensators, 
R  der  vorgeschaltet  ge- 
dachte AViderstand,  so 
fällt  im  Diagramm  (Fig.  6) 
JR  in  die  Richtung  von 
.1,  J/coC  ist  gegen  den 
Strom  J  in  der  Phase  um 
90"  nach  rückwärts  ver- 
schoben.Die  geometrische 
Summe  aus  beiden  Vektoren  ergibt  die  Be- 
triebsspannung E.  Man  sieht,  daß  der  Winkel 
zwischen  E  und  J  kleiner  als  90°  geworden 
ist.  Der  Winkel  6,  der  an  90°  fehlt,  wird 
der  ,, Verlustwinkel"  genannt.  Die  mittlere 
Leistung  wird: 

EJsin(5 

und,  da  d  bei  guten  Dielektriken  nur  kleine 
Werte    hat,    mit    genügender   (ienauigkeit: 

E,ld. 

10.  Verteilte  Kapazitäten.  Bisher  war 
immer  angenommen,  daß  die  Belegung  eines 
Kondensators  in  ihrer  ganzen  Ausdehnung 
in  einem  bestimmten  Augenblick  überall 
dasselbe  Potential  besitzt.  Aber  auch  bei 
stromdurchflossenen  Leitergebilden  macht 
sich  die  Kapazität  geltend.    Man  stelle  sich 


Fi2-.  ti. 


z.  B.  ein  langes  Seekabel  vor.  so  bildet  dies 
einen  Kondensator  von  beträchtlicher  Kapa- 
zität; die  innere  Belegung  bildet  der  Kupfer- 
leiter, die  äußere  der  ßleimantel,  der  das 
Potential  der  Erde  hat. 

Wird  zwischen  Seele  und  Mantel  eines 
solchen  Kabels  eine  Gleichspannung  gelegt, 
so  muß  diese  zunächst  das  Kabel  aufladen. 
Ist  am  Ende  des  Kabels  irgendein  Ver- 
brauchsapparat eingeschaltet,  so  stellt  sich 
schließlich  ein  Gleichgewichtszustand  ein. 
Die  Potentialdifferenz  zwischen  Seele  und 
^lantel  nimmt  entsprechend  dem  Spannungs- 
abfall im  Kabel  von  Anfang  bis  Ende  des 
Kabels  ab  und  ebenso  auch  die  Elektrizitäts- 
menge, die  auf  dem  Kupferleiter  ruht.  Ist 
einmal  ein  stationärer  Zustand  erreicht,  so 
spielt  die  Kapazität  des  Kabels  für  die 
Berechnung  des  Stromes  keine  Rolle. 

Anders  wird  es  bei  Wechselstrom.  Ent;- 
sprechend  der  pulsierenden  Spannung  zwi- 
schen Leiter  und  Hülle  müssen  auch  die 
Elektrizitätsmengen  in  demselben  Rhythmus 
pulsieren.  Das  erfordert  Ladeströme,  die 
sich  über  den  Betriebsstrom  lagern.  P]ine 
einfache  Ueberlegung  zeigt,  daß  die  resul- 
tierenden Ströme  in  zwei  mehr  oder  weniger 
voneinander  entfernten  Querschnitten  der 
Leiter  verschiedene  ({röße  haben  müssen. 
Eine  eingehendere  Rechnung  ergibt,  da,ß 
Spannung  und  Ströme  sich  wellenförinig 
über  die  Länge  der  Leitung  ausdehnen.  Diese 
Erscheinung  kann  unter  Umständen  sehr 
kompliziert  verlaufen ;  es  gibt  aber  viele 
Fälle,  wo  man  die  Kapazität  in  verhältnis- 
mäßig einfacher  Weise  berücksichtigen  kann. 
Als  Beispiele  mögen  angeführt  sein:  große, 
bifilar  gewickelte"  Widerstände  und  Selbst- 
induktionsspulen von  größeren  Beträgen. 
Für  die  Berechnung  des  Stromes,  der  ent- 
steht, wenn  man  an  diese  Gebilde  eine 
Wechselspannung  legt,  kann  man  die  yer- 
;  teilte  Kapazität  ersetzen  durch  einen  Kon- 
densator C  (Fig.  7),   den  man  sich  zwischen 


-^HMifmr- 


c 

Fig.  7. 

die  Enden  A  B  der  Leitung  geschaltet  denkt. 
Die  Größe  dieses  Ersatzkondensators  ist 
gemeint,  wenn  von  einem  Widerstand  oder 
einer  Spule  angegeben  wird,  daß  sie  eine 
Kapazität  von  bestimmter  Größe  haben. 
Die  Kapazität  von  Selbstinduktivitäten  kann 
man  am  einleuchtendsten  dadurch  zeigen, 
daß  eine  solche  Spule  mit  ihrer  Eigenkapazität 
Eigenschwingungen  ausführen  kann;  sie  ist 


678 


Ka|iazität 


ein  Kesonator  für  eine  ganz  bestimmte 
Frequenz. 

Die  Kapazität  der  Widerstände  kann 
bei  Wechselstrommessungen  zu  erheblichen 
Felllern  Veranlassung  geben.  Man  ])t'legt 
daher  für  Widerstände,  größer  als  500  Ohm, 
eine  besondere  von  Chaperon  angegebene 
Wicklung  anzuwenden,  um  den  Einfluß 
der  Kapazität  nach  Möglichkeit  zu  be- 
seitigen (vgl.  den  Artikel  , .Induktivität"). 
Ein  anderes  Aushilfsmittel  besteht  darin, 
schlecht  leitende  Flüssigkeiten  zu  verwenden. 

II.  Berechnung  von  Kondensatoren. 
Wie  bereits  oben  ausgeführt,  ist  die  Kapa- 
zität von  Kondensatoren  durch  die  geo- 
metrischen    Abmessungen]     und     die     Di- 


mzy>}>yy//mm'''''''''''^'''''''-'''^^^^^^ 


Fig.  8. 

elektrizitätskonstanten  bestimmt.  Eine  tat- 
sächliche Berechimng  bietet  aber  in  den 
meisten  Fällen  unüberwindliche  mathema- 
tische Schwierigkeiten.  Verhältnismäßig 
leicht  berechenbar  sind  die  Kondensatoren 
aus  parallelen  ebenen  Platten,  aus  konzen- 
trischen Kugeln  oder  konzentrischen  langen 
Zyhndern;  außerdem  sind  zwei  exzentrisch 
gelegene  lange  Zylinder  oder  Zylinder  und 
parallel  dazu  gelegene   Ebene   berechenbar. 


Mit  Vorteil  wird  dabei  die  sogenannte 
Methode  der  elektrischen  Bilder  angewandt. 
Gelegentlich  kann  man  sich  auch  durch 
geometrische,  angenäherte  Konstruktion  der 
Felder  bezw.  Verschiebungslinien  einen  Wert 
für  die  Kapazität  ableiten. 

12.  Konstruktion  von  Kondensatoren. 
Die  Hauptforderung,  die  man  bei  der  Kon- 
struktion eines  Normals  für  irgendeine 
physikalische  (iröße  zu  stellen  pflegt,  ist 
eine  möglichst  große,  zeitliche  Konstanz. 
Man  will  sich  eben  auf  den  Wert,  den  das 
Normal  hat,  ein  für  allemal  verlassen 
können,  ohne  fortdauernd  und  oft  schwer 
zu  beschaffende  Kontrollen  nötig  zu  haben. 
Stellt  man  hohe  Anforderungen  an  die 
Genauigkeit,  so  muß  man  diese 
Forderung  bei  Kondensatoren 
fallen  lassen  und  wird  vielmehr 
darauf  sehen  müssen,  daß  die 
Normale  bei  Messung  mit 
Gleich-  und  mit  Wechselspan- 
nungen denselben  Wert  haben, 
daß  dieser  Wert  unabhängig 
ist  von  der  Frequenz,  und  daß 
keine  dielektrischen  Verluste 
auftreten.  Von  der  Forderung 
einer  großen  zeitlichen  Kon- 
stanz kann  man  deshalb  ab- 
sehen, w^eil  es  verhältnismäßig 
einfach  ist,  den  Absolutwert 
des  Kondensators  mit  großer 
Genauigkeit  zu  bestimmen. 

Die  einzigen  Dielektriken, 
Avelche  die  oben  aufgestellten 
Forderungen  erfüllen,  sind  die 
Gase. 

Als  Normalkondensatoren 
kommen  daher  in  erster  Linie 
Luftkondensatoren  in  Frage. 
Da  bei  diesen  der  Abstand  der 
Platten  ziemlich  groß  gemacht 
werden  muß,  so  werden  sie 
auch  für  kleinere  Kapazitäts- 
werte an  Kaumumfang  und 
Gewicht  ziemhch  groß. 

Prinzi])iell  sind  zwei  Fonnen 
möglich:    der  Zylinderkonden- 
j  sator,   der  aus  konzentrischen 

I  /-'-'-.  I  Kehren  aufgebaut  ist  und  der 

aus  einander  parallelen  ebenen 
Scheiben  aufgebaute  Platten- 
kondensator. M  u  i  r  h  e  a  d  , 
Glazebrook  und  Lord  Kelvin  haben  1890 
in  England  derartige  Kondensatoren  gebaut. 
WesentUch  verbesserte  Formen  sind  in  den 
letzten  Jahren  in  der  Phys.-Techn.  Reichs- 
anstalt von  Giebe,  Schering  und 
Schmidt  ausgearbeitet  worden.  Der  Auf- 
bau des  Giebeschen  Kondensators  ist  in 
Figur  8  dargestellt.  Die  Platten  mit  gerader 
Ordnungsnummer  gehören  der  einen,  die 
mit   ungerader   der   anderen    Belegung    des 


Kapazität 


079 


Kondensators  an.  Jedes  der  Plattensysteme 
wird  von  je  4  Säulen  S  getragen.  Die  Säulen 
des  einen  Systems  gehen  frei  durch  Oeffnungen 
des  anderen  hindurch.  Die  gesamte  Isolation 
wird  durch  8  kleine 


von  Gi2  genügt.  Sind  aber  nur  wenig  Platten 
vorhanden,  so  können  die  Teilkapazitäten 
gegen  Erde  nicht  mehr  vernachlässigt  werden, 
und    erhalten    überdies    bei    Kondensatoren 


Quarzstückchen  B 
gebildet,  von  denen 
4  unten  und  4  oben 
angeordnet  sind. 
Durch  die  Stell- 
schrauben Q  wird 
der  Abstand  der 
Platten  der  beiden 
Systeme  eingestellt. 
Der  Plattenabstand 
beträgt  rund  2  mm. 
Das  ganze  ist  von 
einer  metallischen 
Hülle  umgeben,  die 
mit  dem  einen 
Platteusystem  ver- 
bunden ist.  Die  Kon  - 
struktion  von  Sche- 
ring und  Schmidt 
bezweckt  einen  Satz 

von  Luftkondensatoren,  bei  dem  die  zu- 
sätzliche Kapazität  der  Zuleitungen  be- 
seitigt ist.  Um  das  zu  erreichen,  werden 
die  einzelnen  Kondensatoren  übereinander 
gesetzt  (Fig.  9  und  10).  Der  oberste  ist 
ein  Variator.  Derartige  Variatoren  werden 
seit  langer  Zeit  konstruiert  (Köpsel)  und 
bilden  einen  der  wichtigsten  Meßapparate 
der  drahtlosen  Telegraphie.  Sie  haben  den 
Zweck,  die  Kapazität  kontinuierlich  in 
meßbarer  Weise  zu  verändern.  In  der  Regel 
sind  sie  derart  konstruiert,  daß^zwei  Platten- 
systeme, die  aus  halbkreis- 
förmigen Platten  bestehen, 
durch  einen  Knauf  inein- 
ander gedreht  werden 
können,  so  daß  die  einander 
gegenüberstehenden  Flächen 
dadurch  vergrößert  werden. 
Ein  Zeiger,  der  mit  dem 
drehbaren  System  fest  ver- 
bunden ist,  spielt  über  einer 
Skala.  Jedem  Wert  der 
Skala  kommt  ein  ganz  be- 
stimmter Wert  der  Kapa- 
zität zu. 

Sollen     die     Variatoren 
mit    höheren     Spannungen 
beansprucht    werden,    so    taucht    man    die 
Plattensysteme  in  ein  geeignetes  Oel  (Fig.  11). 

Streng  genommen  sind  die  Ladungen 
solcher  Kondensatoren  aus  drei  Teilkapa- 
zitäten zu  berechnen,  nämlich  der  Kapazität 
Cjo  der  Plattensysteme  gegeneinander  und 
den  Kapazitäten  C^  ^^^^^  ^Jgo  jedes  der 
Plattensysteme  gegen  Erde.  Bei  größeren 
Kondensatoren  ist  in  der  Regel  G^q  und  C.20 
gegen  Cjg  zii  vernachlässigen.     Die  Angabe 


-«-      Jb)        _      tarn 


Fi ff.  9. 


iMi;-.    III. 

mit  einer  isolierenden  Umhüllung  (Glas- 
gefäß) je  nach  der  Aufstellung  des  Apparates 
einen  veränderlichen  Wert. 

Wird  der  Variator  als  Wellenmesser  ge- 
braucht, so  ist  die  Bedingung  zu  erfüllen, 
daß  die  auf  den  beiden  Plattensystemen 
angesammelten  Elektrizitätsmengen  in  jedem 
Augenblick  einander  gleich  sind,  aber  ver- 
schiedene Vorzeichen  haben.  Daraus  ergibt 
sich  die  sogenannte  ., Betriebskapazität"  zu 


680 


Ka|i;izität 


11. 


Auch  für  höhere  Spannungen  kann  man 
Lul'tkondeiisatoren  dadurch  brauchbar 
machen,  daß  man  die  Luft  komprimiert; 
denn  dier)urchschkiti,"ss])annung  derLuft  steigt 
etwa  proportional  dem  Druck.  Derartige 
Preßgaskondensatoren  können  bei  Hoch- 
spannungsmessungen wertvolle  Dienste 
leisten;  ihre  Konstruktion  bietet  mannig- 
fache Schwierigkeiten. 

In  der  Praxis  haben  am  meisten  Ein- 
gang gefunden  Kondensatoren,  in  denen 
Glimmer  oder  Papier  als  Dielektrikum  ver- 
waiult  ist.  Eine  absolute  Konstanz  des 
Ka])azitcätswertes  ist  bei  diesen  Konden- 
satoren ebensowenig  zu  erreichen  wie  bei 
den  Luftkondensatoren.  Dagegen  haben 
sie,  Luftkondensatoren  gegenüber  den  Nach- 
teil, daß  ihre  Kapazität,  je  nachdem  man 
Gleichstrom  oder  Wechselstrom  verschie- 
dener Frequenzen  anwendet,  ihren  Wert 
ändert,  und  zwar  verhalten  sich  dabei  Papier- 
kondensatoren unii'ü  listiger  als  Glimmer- 
kondensatoren. 

Wird  keine  alizugroße  Genauigkeit  der 
Messung  verlangt,  so  überwiegt  ;;ber  der 
große  Vorzug  gegenüber  den  Luftkonden- 
satoren, der  darin  besteht,  daß  sie  viel 
haiullicher  und  an  Gewicht  wesentlich 
leichter  sind.  Das  ist  auch  der  Grund,  wes- 
halb sie  in  der  Praxis  fast  ausschließlich  an- 
gewandt werden. 

Die  Glimmer-  und  Pai)ierkon(h'iisa,toreii 
besitzen  in  der  Regel  einen  nuMklicheii 
Temperaturkocffizieiiten.  Besonders  un- 
angenehm ist  es,  daß  bei  ungeeigneler  Her- 
stellungsart die  Kapazität  nach  einer  Tempe- 
raturerhöhung  nicht  auf   ihren   alten    Wert 


zurückkommt  Diese  Erscheinung  sowohl 
wie  der  Teni[)eraturkoeffizient  kann  wesent- 
lich abgeschwächt  werden,  wenn  man  durch 
Erwärmen  und  starkes  Zusammenpresseu 
den  zum  Befestigen  der  LanuMlen  dieiu^nden 
Lack  nu)gliclist  beseitigt. 

Die  Teilkapazitäten  der  beiden  Bele- 
gungen gegen  Erde  sind  bei 
diesen  Kondensatoren  gegen- 
über der  Kapazität  der 
beiden  Belegungen  gegen- 
einander vollständig  zu  ver- 
nachlässigen ,  anders  steht 
es  in  dieser  Hinsicht  mit 
den  Kapazitätssätzen.  In 
Figur  12  ist  die  Schaltung 
eines  Ka])azitätssatzes  dar- 
gestellt. Die  rechte  Stöpsel- 
reihe schließt  die  Konden- 
satoren, die  nicht  einge- 
schaltet werden  sollen,  kurz, 
die  linke  bewirkt  die  Ein- 
schaltung der  Einzelkonden- 
satoren. 

Im     allgemeinen     wird  ^'^S-  1^- 

der  Wert,  den  num  erhält, 
wenn  nuin  z.  B.  die  beiden  Abteilungen 
0,02  und  0,03  einschaltet,  nicht  genau  mit 
der  Summe  der  Einzelwerte  von-  0,02  und 
0,03  übereinstimmen,  weil  hier  sich  auch  die 
gegenseitige  Kapazität  fühlbar  macht. 

Zu  den  ältesten  Formen  der  Konden- 
satoren gehören  die  Leydener  Flaschen. 
Sie  haben  aber  in  der  Regel  bei  Verwendung 
von  Hochfrequenz  und  hohen  Spannungen 
große  Energ'everluste  im  Dielektrikum  und 
an  den  Rändern  der  Belegungen  und  haben 
daher  für  die  Hochfrequenztechnik  an  Be- 
deutung wesentlich  verloren. 

13.  Messungen  mit  dem  ballistischen 
Galvanometer.  Am  nächsten  liegt  es. 
Kapazitäten  mit  dem  ballistischen  Galvano- 
meter zu  messen.  Die  Ausschläge  eines 
solchen  Galvanometers  sind  den  Elektrizitäts- 
mengen, von  denen  sie  stoßartig  durchflössen 
werden.  pro])ortional.  Lädt  man  daher  zwei 
Kapazitäten  C,  C2,  die  man  miteinander 
vergleichen  will,  auf  dieselbe  Spannung, 
und  entlädt  sie  nacheinander  durch  das- 
selbe ballistische  Galvanometer,  so  mögen 
die  ballistischen  Ausschläge  «^  a.,  beobachtet 
werden.     Dann  ist: 

q^  =  K«!  =  CjE 
qa  =  Kog  =  CgE 

C1/C2  =  ttj/ao 

Darin  bedeutet  K  die  ballistische  Galvano- 
nu'terkoiistante.  Ist  z.  ß.  die  Kapazität  Co 
bekannt,  so  findet  man  aus  der  letzten 
Gleichung  C^.  Da  man  die  ballistische 
Konstante  K  eines  Galvanometers  auch  aus 
seiner  Konstanten  für  Dauerstrom  ableiten 
kann,  so  kann  auch,  wenn  kein   bekannter 


Kapazität 


681 


Kondensator  zur  Hand  ist,  der  Wert  einer 
Kapazitcät  nach  dieser  Methode  bestimmt 
werden,  sofern  man  noch  die  Spannung  E 
mißt.  Man  wird  aber  nur  eine  mäßige 
Genauigl^eit  erzielen. 

Die  eben  beschriebene  Methode  zum  Ver- 
gleich zweier  Kapazitäten  kann  eine  wesent- 
liche Verbesserung  dadurch  erfahren,  daß 
man  sie  zu  einer  Nullmethode  ausgestaltet. 
Das  Schaltungsschema  ist  in  Figur  13  dar- 


C, 


b.G 


R,  Rp 


S^ 


Fig.  13. 

gestellt.  Die  Spannungen,  zu  denen  die  Kon- 
densatoren geladen  werden,  verhalten  sich 
zueinander,  wie  die  in  Reihe  geschalteten 
Widerstände  R^  :  R^:  sie  werden  so  reguliert, 
daß  sich  auf  beiden  Kondensatoren  die  gleiche 
Elektrizitätsmenge  ansammelt.  Die  Gleich- 
heit wird  durch  eleu  Nullausschlag  des  balli- 
stischen Galvanometers  bei  Ueffnen  oder 
Schließen  des  Schalters  S  festgestellt.  Es 
ist  also: 

GiRj^  =  Ü2XV2" 

Die  Resultate  der  Messungen  mit  dem 
ballistischen  Galvanometer  können  sehr  stark 
durch  Rückstandsbildung  im  Dielektrikum 
beeinflußt  werden.  Bei  der  Entladung  z.  B. 
folgt  der  Elektrizitätsmenge,  die  sich  auf 
den  Belegungen  befunden  hat,  die  in  das 
Dielektrikum  eingedrungene  nach.  Inwie- 
weit die  letztere  noch  zur  Erhöhung  des 
ballistischen  Ausschlages  beiträgt,  hängt 
offenbar  auch  von  der  Schwingungsdauer  des 
Galvanometers  ab.  Denn  in  der  Zeit,  während 
das  Galvanometer  ausschwingt,  fließt  aus 
dem  Rückstand  dauernd  Elektrizität  nach, 
die  ebenfalls  ablenkend  auf  das  Galvano- 
metersystem wirkt.  Um  diesen  Fehler  aus- 
zuschließen, sind  verschiedenartige  Schlüssel 
gebaut  worden,  von  denen  der  Zelenysche 
in  Figur  14  dargestellt  ist.  Drückt  man  den 
Knopf  K  herunter,  so  wird  zunächst  die 
Batterie  E  vom  Kondensator  C  getrennt, 
und  unmittelbar  danach  durch  den  Kon- 
takt X  der  Kondensator  durch  Galvano- 
meter G  entladen,  und  nach  einer  kleinen 
einstellbaren  Zeit  bei  M  der  Entladekreis 
wieder  üeöffnet. 


14.  Die  Maxwell-Thomsonsche  Methode. 
Eine  wesentliche  Verfeinerung  erhalten  die 
Messungen  dadurch,  daß  man  die  Konden- 
satoren periodisch  lädt  und  entlädt.  Die 
auf   diesem    Verfahren    beruhende    Methode 


Fig.  14. 

von  Maxwell-Thomson  ist  eine  der  besten 
und  zuverlässigsten  Methoden  zur  Bestim- 
mung von  Kapazitäten.  Sie  gestatten  den 
Absolutwert  von  Kondensatoren  mit  großer 
Genauigkeit  zu  bestimmen  und  wird  daher 
vornehmlich  benutzt,  wenn  es  sich  darum 
handelt,  die  zeitliche  Veränderung  von 
Normalkondensatoren  festzustellen. 

Die  Schaltung  ist  in  Figur  15  dargestellt. 


Erde 


Fig.  15. 

Darin  bedeutet  U  einen  periodisch  arbeiten- 
den T^mschalter,  den  der  Kondensator  K 
lädt  und  entlädt.  Ist  der  Umschalter  in 
der  Entladestellung,  so  fließt  ein  Gleich- 
strom durch  das  Galvanometer  G  von  oben 
nach  unten.  Ist  der  Umschalter  in  der  Lade- 
stellung, so  geht  ein  Stromstoß  durch  das 
Galvanometer  von  unten  nach  oben.  Die 
Widerstände  werden  so  abgeglichen,  daß 
der  Gleichstrom  und  die  periodischen  Strom- 
stöße ihre  Wirkung  auf  das  (ialvanometer- 
system  aufheben.  Die  Gleichgewichts- 
bedingung lautet ; 

nC  =  Ri/RoR;,  (löj 

Darin  bedeutet  n  die  Zahl  der  Ladungen 
in  der  Sekunde.  Bei  genaueren  Messungen 
ist  noch  ein  Korrektionsglied  zu  berück- 
sichtigen. Das  Laden  und  Entladen  wird 
am  besten  durch  einen  rotierenden  Unter- 
brecher mit  geeigneten  Kontaktstücken  be- 


682 


Kaiiazität 


sorgt.  Die  Zahl  ii  wird  aus  der  ruidrelmng.s- 
zahl  und  der  Zahl  der  Kontaktstiieke  he- 
rechiiet.  Bei  genauen  Messungen  muß  n  und 
damit  die  Umdrehungszahl  sehr  konstant 
gehalten  werden;  dies  erfordert  empfind- 
liche automatische  Tourenregler,  deren  Kon- 
struktion ziemlich  großen  Scliwierigkeiten 
begegnet,  und  deren  Handhabung  einige 
Geschicklichkeit  erfordert.  Bei  der  Empfind- 
lichkeit der  Methode  kann  sie  umgekehrt 
dazu  benutzt  werden,  um  eine  Konstanz  einer 
Tourenzahl  zu  prüfen. 

Der  Punkt  A  wird  zweckmäßig  geerdet, 
um  die  Kapazität  gegen  Erde  zu  definieren. 
Im  übrigen  wird  aber  die  Kapazität  der 
ganzen  Meßanordnung  gegen  Erde  sich  bei  der 
Messung  fühlbar  machen  und  kann  nament- 
lich bei  der  Messung  kleiner  Kapazitäten  er- 
hebliche Fehler  verursachen.  Man  eliminiert 
diese  Schaltungskapazität,  indem  man  nach 
beendigter  Messung  in  der  bisherigen  An- 
ordnung den  Kondensator  K  herausnimmt 
und  eine  neue  Nullstellung  des  Galvano- 
meters sucht.  Man  findet  auf  diese  Weise 
die  Schaltungskapazität,  die  man  von  den 
zuerst  gemessenen  Werten  abzieht. 

Diese  Methode  gestattet  nicht  nur,  die 
Messung  mit  verschieden  großen  Frequenzen 
durchzuführen,  sondern  es  kann  auch  mit 
verschieden  langen  Lade-  und  Entlade- 
zeiten  innerhalb  einer  Periode  gearbeitet 
\yerden.  Es  hat  sich  gezeigt,  daß  nament- 
lich bei  geringeren  Periodenzahlen  alle  diese 
Umstände  den  Wert  der  Kapazität  mehr 
oder  weniger  stark  ändern;  sofern  das 
Dielektrikum  Rückstand  bildung  oder  Energie- 
verlust bei  periodischer  Elektrisierung  zeigt. 

15.  Kapazitätsmessungen  unter  Ver-  [ 
Wendung  von  Wechselströmen.  Die  Kapa- 
zitätsmessungen 
mit  Wechsel- 
strömen werden 
in  der  mehr  oder 
weniger  modifi- 
zierten  W  h  e  a  t  - 

s  1 0  n  e  sehen 
Brücke  vorge- ; 
nommen.  Ueber 
die  allgemeinen 
Bedingungen,  die 
bei  dieser  Metho- 
denklasse zu  er- 
füllen sind,  sowie 
über  die  Energie- 
quellen, Nuliin- 
strumente  und  sonstige  Apparatur  vgl.  den 
Artikel  „Induktivität"  S.  406ff. 

Die  einfachste  Anordnung  ist  in  Figur  16 
dargestellt,  K^  ist  der  zu  messende  Konden- 
sator, Kjj  ein  bekannter,  R3,  R4  sind  in- 
duktionsfreie   AViderstände.        Die     Gleich- 


Fig.  16. 


gewichtsbedingung  (Schweigen  des  Telephons) 
lautet: 

Kl  :  K2  =  ^i  •  ^3- 

Bei  niedrigen  Frequenzen  ist  die  Methode 
ziemlich  unempfindlich,  weil  der  Schein- 
widerstand (1  :  Kw)  bei  Kondensatoren 
mittlerer  Größe  sehr  hoch  zu  sein  pflegt. 
Die  Kapazitäten  der  Zweige  gegeneinander 
und  gegen  l^-de  können  erhebliche  Fehler 
verursachen.  Sind  K,  und  Kg  durch  metalli- 
sche Hüllen  elektrisch  gegen  die  Umgebung 
abgeschlossen,  so  legt  man  den  Pol  des 
Kondensators,  der  mit  der  Hülle  verbunden 
ist,  an  die  Punkte  A  und  B  und  erdet  D, 
dabei  ist  vorausgesetzt,  daß  die  Spannungen 
AD  und  BD  verhältnismäßig  klein  sind. 
Auch  in  anderen  Fällen  ist  das  Erden  von 
D  zu  empfehlen.  Wie  im  übrigen  die  Stö- 
rungen auf  ein  Mindestmaß  gebracht  werden 
können,  erfordert  jedesmal  eine  besondere 
Ueberlegung. 

Die  Methode  in  der  bisherigen  Form  er- 
fordert zwei  verlustlos  arbeitende  Konden- 
satoren. Ist  das  nicht  der  Fall,  so  ist  ein 
Schweigen  des  Telephons  erst  erreichbar, 
wenn  man  in  Zweig  1  und  2  hinter  die 
Kondensatoren  Widerstände  R.  Rg  ein- 
schaltet. Sind  Q^  Qo  die  Ersatzwiderstände, 
die  man  sich  in  Reihe  mit  dem  Kondensator 
angeordnet  denken  muß,  um  den  dielektri- 
schen Verlusten  Rechnung  zu  tragen,  so 
wird  die  Gleichgewichtsbedingung: 

Kj  :  K2  =  R.  :  R3 

(R.  +  g,)  :  (R,  +  ^2)  =  Ro  :  R, 

Ist  also  von  dem  Kondensator  mit  bekannter 
Kapazität  auch  der  Verlustwiderstand  ^3 
bekannt,  so  kann  man  aus  der  zweiten  Glei- 
chung Qy  berechnen.  Anstatt  in  Zweig  1  und 
2  Zusatzwiderstände  R^  Rg  einzuschalten, 
kann  man  auch  in  Zweig  3  und  4  Selbst- 
induktionen (Variatoren)  anordnen,  um  den 
Nullstrom  einstellen  zu  können. 

Ueber  den  Vergleich  einer  unbekannten 
Kapazität  mit  einer  bekannten  Selbst- 
induktivität nach  der  Andersonschen 
Methode  und  mit  einer  Gegeninduktivität 
nach  der  Methode  von  Carey  Foster  vgl. 
den  Artikel  ,, Induktivität". 

Zur  Messung  mit  Hochfrequenz  wendet 
man  am  besten  Resonanzmethoden  an;  die 
zu  untersuchende  Kapazität  wird  mit  einer 
Sc.bstinduktionsspule  passender  Größe  zu 
einem  Schwingungskreise  vereinigt.  Das 
Eintreten  der  Resonanz  wird  am  besten 
mit  einem  sehr  lose  gekoppelten  Hilfskreis 
festgestellt,  der  ein  empfindhches  Thermo- 
element enthält,  Tritt  Resonanz  ein,  so 
erreicht  der  Strom  im  Hilf s kreis  einen  scharf 
ausgeprägten  Höchstwert,  der  durch  ein  an 
das  Thermoelement  angeschlossenes  Galvano- 
meter gemessen  wird."  Ist  die  Einstellung 
geschehen,  so  ersetzt  man  die  unbekannte 


Kapazität  —  Karbonatgesteine 


683 


Kapazität  durch  einen  Variator,  den  man 
so  einstellt,  daß  wiederum  Resonanz  ein- 
tritt, und  liest  an  dem  Variator  unmittel- 
bar die  gesuchte  Kapazität  ab. 

i6.  Messung  verteilter  Kapazitäten. 
Die  Kapazität  eines  Widerstandes  wird  am 
einfachsten  dadurch  gemessen,  daß  man 
ihn  mit  einem  anderen  möglichst  kapazitäts- 
freien Widerstand  von  annähernd  gleicher 
Größe  in  der  Wheats  ton  eschen  Brücke 
zusammenschaltet;  die  beiden  übrigen  Zweige 
werden  am  besten  durch  zwei  gleiche  und 
gleichartig  gewickelte  Widerstände  gebildet. 
Dann  muß  man  dem  unbekannteii  Wider- 
stand eine  gewisse  Kapazität  parallel  schalten, 
um  das  Telephon  zum  Schweigen  zu  bringen. 
Diese  ist  gleich  der  gesuchten  Kapazität  des 
AViderstandes. 

Die  Eigenkapazität  einer  Spule  findet 
man  am  besten  aus  den  Eigenschwingungen, 
die  sie  auszuführen  vermag.  Man  erregt 
die  offene  Spule  in  loser  Koppelung  und 
ändert  die  Frequenz  so  lange,  bis  Resonanz 
mit  ihrer  eigenen  Kapazität  eintritt;  dies 
kann  man  entweder  an  dem  Aufleuchten 
eines  über  ihre  Enden  gelegten  Helium- 
röhrchens  erkennen,  oder  an  einem  Hilfs- 
kreis mit  Thermoelement  ähnlich  wie  bei 
der  kurz  zuvor  beschriebenen  Meßmethode. 
Gleichzeitig  wird  mit  einem  lose  gekoppelten 
Wellenmesser  die  Wellenlänge  in  Metern 
gemessen;  ist  L  die  Selbstinduktion  in 
Henrv,  so  ist  die  gesuchte  Kapazität: 
0,28  .  iO-12  ;2/L  Mikrofarad. 

17.  Messung  von  Teilkapazitäten.  Die 
Messung  der  Teilkapazitäten  von  einem  aus 
mehreren  Leitern  bestehenden  Gebilde  kann 
stets  auf  die  Messung  eines  Kondensators 
mit  zwei  Belegungen  zurückgeführt  werden. 
Sind  z.  B.,  wie  bei  einem  Drehstromkabel, 
drei  in  einer  Hülle  eingeschlossene  Leiter 
vorhanden,  so  sind  nach  Gleichung  8  S.  675 
im  ganzen  6  Teilkapazitäten  zu  messen. 
Zuerst  verbindet  man  Leiter  2  und  3  mit 
der  Hülle  und  mißt  die  Kapazität  des  Leiters 
1  gegen  diese  drei  miteinander  verbundenen 
Leiter;  setzt  man  in  der  Formel  für  Q^ 
die  Potentiale  V^  imd  V3  ~  o,  so  ergibt  sich, 
daß  man  damit  die  Größe 


Die    Auflösung   dieser    Gleichungen    ergibt: 


Gl  =   2  ^^2  +  '^a  ~  ^22  —  K33) 


K, 


C,  +  G,,  +  C,, 


gemessen  hat.  Durch  zyklische  Vertauschung 

erhält  man   aus   zwei  weiteren   Messungen: 

K22  =  C,  +  C12  +  C23  und 

K33  =  C3  +  Ci3  -\-  C23 

jS'unmehr  verbinden  wir  Leiter  2  mit  3,  und 
alle  übrigen  (in  unserem  Falle  also  nur 
Leiter  1)  mit  der  Hülle.  Die  Kapazitäts- 
messung ergibt,  wie  die  Ausrechnung  von 
Q2  +  Q3  lehrt:  k^  =  C.  +  C3  +  Cj,  +  C13. 
Analog  findet  man: 

^2  =  C3  +  Cj   +  C23  +  Cjo 

1^3  =  Gl  +  Cg  +  Ci3  +  C23 


und 


Ci2  =  -2~(Kn  +  K22-k3) 
und  4  analoge  Gleichungen. 

Literatur.  Abraham,  Theorie  der  Elektrizität. 
Leipzig  1912.  —  Kaufmann,  Magnetismus  und 
Elektrizität,  ßraunschweig  1909.  —  Orlich, 
Kapazität  und  Induktivität,  Braunscliweig  1909. 
—  Rein,  Radiotelcgrapkisches  Praktikum. 
Berlin  1912. 

E.    Orlich. 


Karbonatgesteine. 

1.  Allgemeines.  2.  Die  wichtigsten  Karbo- 
nate.      3.     Einteilung     der     Karbonatgesteine. 

4.  Ivalksteine.  a)  Minerogene  Kalksteine, 
b)  Organogene  Kalksteine,  c)  Struktur.  Mine- 
ralogischer   und    chemischer    Bestand.    Textur. 

5.  Uebrige  Ivarbonatgesteine.  Allgemeines. 
Dolomite.       6.     Spateisenstein.       7.     Magnesit. 

8.  Metamorphische  Karbonatgesteine.    Marmore. 

9.  Verwendung.  10.  Künstliche  Marmordar- 
stellung. 

I.  Allgemeines.  Die  vier  der  Menge  nach 
wichtigsten  Säuren  der  Erdrinde  sind  Kiesel- 
säure, Kohlensäure,  Salzsäure  und  Schwefel- 
säure. Die  Gesteine  der  Erdrinde  sind  ent- 
standen entweder  aus  dem  Schmelzfluß  — 
Eruptivgesteine  — ,  oder  auf  wässerigem  Wege 
— •  Sedimente  — ■,  oder  durch  Metamorphose 
aus  Eruptiven  oder  Sedimenten  — ■  meta- 
morphische  Gesteine.  Bei  der  Schmelz- 
temperatur der  Gesteine  ist  die  Kieselsäure 
die  stärkste  Säure  und  bindet  die  Metalle 
in  Form  von,  im  wesentlichen  wasserfreien, 
Silikaten.  Nach  Abkühlung  der  Eruptiv- 
gesteine unterliegen  diese  der  Verwitterung 
unter  dem  Einfluß  der  Atmosphärilien,  da 
werden  die  stärkeren  Basen  Fe,  Mg,  Ca, 
Na,  K  von  der  Kieselsäure  getrennt  und  an 
Salz-,  Schwefel-  und  Kohlensäure  gebunden, 
bezw.  das  Eisen  oxydiert  und  als  Eisen- 
hydroxyd abgeschieden.  Nur  das  Aluminium 
bleibt  in  Form  von  Ton,  einem  Hydrat  des 
x\luminiumsilikats  an  Kieselsäure  gebunden. 
Nach  dem  chemischen  Bestände  ergeben 
sich  also  4  Gruppen  von  Sedimenten: 

1.  Tong  est  eine,  der  Menge  nach  weit 
überwiegend  und  etwa  80%  der  Sedimente 
ausmachend.  2.  Sandsteine,  die  Anhäufung 
kristallisierter  freier  Kieselsäure  (Quarz)  etwa 
15%  der  Sedimente  betragend.  3.  Die 
Karbonatgesteine  etwa  5%  der  Sedi- 
mente. 4.  Salzgesteine.  Die  leicht  löslichen 
Salze  der  Salz-  und   Schwefelsäure,  die  als 


ß84 


l\;ulH)i);itnvstoino 


Gesteine  in  bezug  au!  ihre  .Menii,e  keine 
Rolle  spielen,  weil  weitaus  der  größte  Teil 
gelöst  im  Meere  enthalten  ist.  Mit  dem 
Salz  des  Meeres  könnte  man  die  ganze  Krde 
rundum  30  bis  40  in  hoch  bedecken. 

Die  Mengen  der  verschiedenen  Sedimente 
sind  von  (Marke  geschätzt  worden,  und  die 
Schätzungen  mögen  im  ganzen  richtig  sein. 
Nacli  Rechnungen  desselben  Forschers  und 
anderer  beträgt  die  (iesamtmächtigkeit  der 
Sedimente  etwa  JOOO  m  rund  um  die  Erde 
uiul  davon  mögen  öO  bis  60  m  Jvarbonat- 
gesteine  sein.  Tebrigens  schwanken  die 
Schätzungen  zwischen  öOuiid  150  m,  je  nach 
dem  rmstaiul,  von  welchem  die  Berechnung 
ausgeht. 

3.  Die  wichtigsten  Karbonate.  Die 
Kohlensäure  der  Karboiiatgesteine  ist  nun 
gebunden  an  Calcium,  Magnesium  und 
Eisen,  während  die  Salz-  und  Schwefelsäure 
gebunden  sind  erstlich  an  die  Alkalien  und 
weiterhin     an     Magnesium     und     Calcium. 

Daraus  ergibt  sich,  daü  in  den  Karbonat- 
gesteinen wesentlich  3  Moleküle  vorkommen: 
CaCOg,  MgCOg,  FeCOg.  Diese  treffen  wir 
gesteinsbildend  als  folgende  Mineralien: 

1.  Kalkspat  CaCOg  I 

(2.  Magnesit  MgCO,  ^ 

3.  Eisenspat  FeCOg  .  II 

U.  Braunspat  (Mg,  Fe)C0.5l 
fb.  Dolomit  CaMgCoOg        \    m 
\6.  AnkeritCatMg,  Fe)C.,0,.( 

Diese  Mineralien  bilden,  wie  durch  Klam- 
mern angedeutet,  drei  isümorj)he  Reihen. 
Jede  Reihe  bildet  in  sich  Mischsalze,  aber  die 
verschiedenen    Reihen    mischen    sich    nicht. 

Von  dem  kohlensauren  Kalk  gibt  es 
noch  zwei  kristallisierte  Modifikationen  — 
Vater it  und  Aragonit  -  -  die  aber  beide 
metastabil  sind  und  zum  Schlüsse  in  die 
einzig  stabile  Modifikation  den  Kalkspat  um- 
gewandelt werden.  Fossil  kommt  also  nur 
Kalkspat  vor.  Vaterit  ist  in  der  Natur  noch 
nicht  beobachtet.  Von  der  Vateritmodifika- 
tion,  nicht  aber  von  der  des  Aragonit,  be- 
stehen auch  analoge  Verbindungen  des 
Magnesiums  und  Eisens.  Diese  siiul  unter- 
einander vollkommen,  mit  dem  Vaterit 
beschränkt  mischbar  (etwa  bis  zum  Verhältnis 
CaCO,  :  MgCOg  =  1:1). 

Von  allen  drei  Salzen  gibt  es  noch  gallert- 
artige amorphe  Formen,  die  in  der  Natur 
ebenfalls  vorzukommen  scheinen. 

3.  Einteilung  der  Karbonatgesteine, 
Nach  dem  Gesagten  gliedern  sich  die  Karbonat- 
gesteine naturgemäß  wie  folgt:  1.  Kalk- 
steine, wesentlicher  Bestandteil  Kalkspat. 
2.  Dolomite,  wesentlicher  Bestandteil  Dolo- 
mit oder  Ankerit.  3.  Spateisensteine, 
wesentlicher  Bestandteil  iMsenspat  oder ; 
Braunspat.  4.  Magnesite,  wesentlicher 
Bestandteil  Magnesit.    Von  diesen  Gesteinen 


ist  der  Kalkstein  weitaus  am  häufigsten,  der 
Magnesit  am  seltensten.  Febergänge  sind 
vorhanden  zwischen  Kalksteinen  und  Dolo- 
miten einerseits  und  Kalksleiiuüi  und  Spat- 
eisensteinen andererseits,  auch  solche  zwi- 
schen Dolomiten  und  Sjiateisensteinen 
kommen  vor,  während  Febergänge  zu  den 
Magnesiten  gänzlich  fehlen.  Magnesit  ist 
zwar  neben  Dolomit,  nicht  aber  neben 
(valcit  beständig. 

Daraus  ergibt  sich  nun,  daß  die  Abgren- 
zung zwischen  Dolomit-  und  Kalkgesteinen 
unmöglich  ist,  und  man  wird  einfach  nach 
dem  vorherrschenden  Bestandteil  entscheiden 
müssen. 

Die  Entstehung  iWv  hierher  gehörigen 
(iesteine  ist  ganz  verschiedenartig.  Zwar 
unterliegt  es  keinem  Zweifel,  daß  alle  be- 
teiligten Mineralien  sich  in  der  Natur  aus 
entsprechenden  Lösungen  wahrscheinlich  all- 
gemein bei  Kohlensäureüberdruck  zu  bilden 
vermögen,  doch  sind  solche  Vorgänge  (ab- 
gesehen vom  kohlensauren  Kalk)  nieingroßem 
Maßstabe  als  gesteinsbildende  realisiert.  Auch 
die  Organismen  vermögen  von  diesen  Kar- 
bonaten nur  den  Kalk  mit  unwesentlichen 
Beimengungen  von  Magnesium  abzuschnei- 
den. F]s  erscheint  somit  in  der  Natur  nur  das 
Calciumkarbonat  als  primäres  Sediment 
in  ausgedehntem  Maßstabe.  Die  Entstehung 
von  Dolomiten  und  Spateisensteinen  ist 
meist  auf  diagenetische  Fmwandelungen 
des  Kalkabsatzes  zurückzuführen,  und  der 
Magnesit  tritt  überhaupt  kaum  gesteins- 
bildend auf  und  ist  dann  ein  Verwitterungs- 
produkt von  Serpentinen   und   Aehnlichem. 

4.  Kalksteine.  Wenden  wir  uns  also 
zunächst  den  Kalksteinen  zu,  so  haben  wir 
aus  genetischen  Rücksichten  zwei  Ordnungen 
zu  unterscheiden,  deren  eine  als  minerogene 
zu  bezeichnen  ist  und  einer  rein  anorganischen 
F^ntstehung  durch  Ausfällen  einer  über- 
sättigten Lösung  entspricht.  Die  andere 
Ordnung  umfaßt  die  organogenen  Kalke, 
welche  als  Skelette  und  Schalen  von  Tieren 
(zoogen)  und  Pflanzen  (phytogen)  zur  Ab- 
scheidung gelangt  sind.  Da  unsere  heutigen 
Gewässer  nur  sehr  selten  gesättigte  Kalk- 
lösungen darstellen,  so  müssen  organogene 
Kalke  viel  weiter  verbreitet  sein  als  minero- 
gene. Dies  mag  in  den  ersten  Phasen  unserer 
F>dgeschichte  vor  Entstehung  der  Lebe- 
wesen vielleicht  anders  gewesen  sein. 

4a)  Die  minerogenen  Kalksteine. 
Die  minerogenen  kalkigen  Sedimente  treten 
wesentlich  als  nu'hr  lokale,  wenig  ausgebrei- 
tete SedinuMite  von  allerdings  oft  erheblicher 
.Mächtigkeit  auf  und  sind  beschränkt  auf 
Quellen,  Bäche,  Seebecken,  flache  Binnen- 
meere und  mehr  oder  minder  abgeschlossene 
Meeresbuchten.  Die  organogenen  Kalksedi- 
nuMite  aber  bedecken  auch  den  Boden  welt- 
weiter Meere  (Atlantik). 


Karbonatiiesteine 


ÜS5 


Die  minerogene  Abscheidung'  des  Cal- 
ciumkarbonats  kann  nnn  entweder  erfolgen 
ans  Lösnngen  des  Bikarbonats,  oder  durch 
doppelte  Umsetzung  eines  löslichen  Kar- 
bonats (Ammonium-,  Natriumkarbonat)  mit 
einem  löslichen  Kalksalze  (Gips).  Sie  kann 
erfolgen  in  der  Kälte  oder  in  der  Wärme, 
aus  sonst  salzfreiem  oder  salzhaltigem  Wasser, 
schnell  oder  langsam.  Nach  diesen  Umständen 
richtet  sich  die  ^lodifikation  des  Karbonats. 
Bei  schneller  Abscheidung,  oder  aus  sonst 
salzreichem  Wasser  oder  bei  doppelter  Um- 
setzung, oder  bei  erhöhter  Temperatur 
bilden  sich  gewöhnlich  die  metastabilen 
Phasen  Aragonit  oder  Vaterit,  die  aber  ( 
natürlich  im  Laufe  des  Fossilisationsprozesses 
alle  und  stets  in  Kalkspat  übergehen.  Nicht 
unwahrscheinlich  ist  es,  daß  in  den  meisten 
Fällen  die  erste  Abscheidung  in  Form  einer 
Gallerte  erfolgt. 

Zu  den  minerogenen  Kalksteinen  gehören:  i 

1.  Die  Seekreide  (Alm,   Wiesenmergel),  i 

2.  Der  Kalktnff  (Travertin,  Süßwasser- 
kalk).  3.  Sprudelstein  und  Erbsen- 
stein. 4.  Oolithe  oder  Rogensteine. 
5.  Die  lithographischen   Schiefer. 

Die  Seekreide  ist  ein  äußerst  fein- 
körniges, wahrscheinlich  aus  Calcit  bestehen- 
des, häufig  mit  Ton,  Sand,  Sapropel  und 
Saprokoll  vermischtes  Sediment,  das  sich 
gerne  in  Mooren,  Sümpfen  und  flachen  i 
Seen  bildet.  Es  ist  vermutlich  aus  Bikarbonat 
entstanden,  dem  durch  Algen  oder  ähnliches 
wie  beim  folgenden  Gestein,  die  halbgebun- 
dene Kohlensäure  entzogen  wurde. 

Der  Kalktuff  (tophus  =  poröser  Stein) 
manchmal  fest  und  porös  bis  löcherig,  wie  \ 
Reisig    aussehend,    dann    auch    locker    und ; 
sandähnlich.    Er  besteht  aus  Kalkspat  und 
ist   am   heutigen   oder  früheren    Rand   von 
Kalkgebirgen  oft  in  einer  Mächtigkeit  von 
mehr    als    100    m    dagegen    meist   geringer 
Horizontalverbreitung  vorhandeh.     Es  sind  ! 
Absätze,  die  in  einem  gewissen  Zusammen- 1 
hang    mit    dem    Pflanzenwachstum    stehen, 
doch  nicht  so,  daß  der  Kalk  selbst  an  dem  \ 
Kreislauf  des  Saftes  der  Pflanze  teilgenom- 
men hat.  —  Das  kohlensäurehaltige  Regen- ! 
Wasser  dringt  in  das   Kalkgebirge  ein,  löst ! 
Calciumkarbonat  in  Form  von   Bikarbonat  j 
auf.   Am  Gebirgsrande  treten  diese  Gewässer  I 
Avieder  zutage,  bilden  nasse  Stellen,  Sümpfe, 
Seen,    Quellbäche,   in   welchen   sich  reiches 
Pflanzenleben    entwickelt.        Die    Pflanzen 
assimilieren  nachgewiesenermaßen  die  halb-  \ 
gebundene    Kohlensäure   mit   Vorliebe    und 
bringen  dadurch  das  Kalkkarbonat  zur  Ab- 
scheidung.    Es  setzt  sich  auf  dem  Körper 
der  Pflanze  selbst  fest  und  bringt  sie  dadurch 
zum  Absterben.    Je  nach  Art  cler  Vegetation 
bildet  sich   so   entweder   ein   fester   ästiger 
(größere   Pflanzen)  oder  ein   lockerer  sand- 
artiger  Kalk  (Algen). 


Hier  mag  noch  eine  eigentümliche  Art 
von  Kalksinter  Erwähnung  finden,  den 
Voltz  von  Sumatra  mitgebracht  hat.  Es 
werden  dort  am  Fuße  von  Kalkgebirgen 
weite  Strecken  dezimeterhoch  von  radial- 
faserig struierten  Kalkgebilden  bedeckt, 
welche  in  analoger  Weise  entstanden  sind, 
wie  der  Kalktuff.  Nur  spielen  hier  die 
Pflanzen,  wie  es  scheint,  keine  Rolle,  sondern 
es  werden  einfach  kleine  Kalksteinchen  von 
dem  Karbonat  umkrustet.  Es  entstehen 
dadurch  zentimeterdicke  sphärische  Gebilde 
aus  Kalkspat,  denen  vielleicht  auch  die 
fossilen  sogenannten  Riesenoolithe  zuzu- 
rechnen sind. 

Als  Sprudelsteine  und  Erbsensteine 
(Pisolithe)  bezeichnet  man  gewöhnlich 
nur  Produkte  heißer  Quellen  (Karlsbad).  Die 
Sprudelsteine  sind  schalige,  konzentrisch 
gebänderte,  senkrecht  zur  Oberfläche  faserige 
Uebergänge  auf  den  Wänden  und  dem  Boden 
des  Wasserbeckens.  Die  Oberfläche  ist  rauh, 
höckerig  und  wulstig,  so  daß  oft  große 
Schalen  abbrechen.  Die  Erbsensteine  be- 
stehen aus  zusammengebackenen  erbsen- 
artigen weißen  bis  dunkelgelben,  bis  zenti- 
metergroßen, konzentrischschaligen  und 
radialfaserigen  Sphärolithen.  Die  Zwischen- 
räume zwischen  den  Erbsen  sind  von  Sand 
oder  auch  von  unregelmäßig  struierter  Kalk- 
masse erfüllt.  Die  Entstehung  ist  wie  folgt 
zu  erklären:  Das  heiße  Wasser  steht  im  Erd- 
innern  unter  Ueberdruck,  darum  ist  das 
Calciumbikarbonat  beständig.  Beim  Aus- 
treten der  Quelle  an  die  Luft  tritt  Druck- 
verminderung ein,  das  Bikarbonat  zersetzt 
sich  und  das  Karbonat  gelangt  schnell, 
vermutlich  in  Gallertform  teils  auf  Boden 
und  Wänden,  teils  auf  Sandkörnchen  und 
Dampfbläschen  zur  x\bscheidung.  Eine 
periodische  Aenderung  in  der  chemischen 
Zusammensetzung  der  Lösung,  vielleicht  auch 
Diffusionserscheinungen  in  der  gelartigen 
Masse  bedingen  die  konzentrische  Bänderung. 
Bei  der  Kristallisation  tritt  Faserbildung 
senkrecht  zur  Oberfläche  ein.  Das  Material 
der  S])rudelsteine  und  Erbsensteine  ist 
Aragonit.  Beim  Fossilwerden  erfolgt  Um- 
wandlung in  Kalkspat. 

Oolithe  (Rogensteine  wegen  der  Aehn- 
lichkeit  mit  versteinertem  Fischrogen) 
kommen  rezent  und  fossil  vor.  Rezent  z.  B. 
im  roten  Meer,  an  der  Küste  von  Florida, 
im  großen  Salzsee  von  Utah.  Fossil  bilden 
sie  mehr  oder  minder  mächtige  Ablagerungen 
in  fast  allen  Formationen,  besonders  aber  im 
mittleren  Jura  (Oolithformation).  Wir 
betrachten  zuerst  die  rezenten  Bildungen. 
Die  Kügelchen  sind  den  Pisolithen  vergleich- 
bar, radialfaserig,  konzentrisch  schalig,  oft 
mit  Einschlüssen  von  Sandkörnchen,  Luft- 
bläschen, Muschel-  oder  anderen  Fossil- 
fragmenten  und   bestehen   soweit   bis   jetzt 


6S6 


Karbonatgesteine 


untersucht  aus  Aragoiiit.  Die  Bildung  voll- 
zieht sich  in  salzreichen  meist  warmen 
Binnenseen  und  Meeresbuchten  mit  reichem 
organischem  Leben.  Da  diese  Meere  arm 
an  Calciumkarbonat  sind,  so  muß  sich 
dieses  offenbar  erst  bilden.  Man  hat  an- 
genommen und  experimentell  erwiesen,  daß 
die  Organismen  bei  ilu'er  Verwesung  Ammo- 
niumkarbonat und  Natriundvaiboiiat  bilden 
und  diese  sich  mit  dem  Calciumsulfat  des 
Wassers  umsetzen.  Die  Abscheidung  er- 
folgt wahrscheinlich  zunächst  in  Geliorm. 
Die  Gallerte  setzt  sich  an  andere  Gegenstände 
an  und  kristallisiert  in  Fasern  senkrecht 
zur  Oberfläche.  Die  Kügelchen  fallen  dann 
nieder  oder  werden  durch  die  Brandung  an 
den  Strand  geworfen,  durch  Wind  trans- 
portiert, manchmal  zu  Dünen  aufgeschichtet. 
Durchtränkung  mit  Süßwasser  (Fossili- 
sation)  bedingt  Umwandelung  in  Kalkspat. 
Die  fossilen  Rogensteine  bestehen  alle 
aus  Kalkspat  (oder  wie  wir  später  hören 
werden  infolge  von  Umwandelung  aus  Dolo- 
mit oder  Eisenspat),  niemals  aus  x\ragonit 
oder  gar  Vaterit.  Sie  sind  entweder  nur  aus 
den  Sphärolithen  zusammengesetzt  oder  diese 
sind  in  ein  kalkiges  Bindemittel  eingelagert, 
oder  aber  sie  sind  vermischt  mit  klastischem 
Material,  mit  Sand  und  Ton.  Aber  auch  Teile 
kommen  darin  vor,  welche  vollkommene 
Analoga  zum  Sprudelstein  darstellen.  Die  j 
Beimengung  klastischen  Materials  wie  auch  ' 
die  nicht  seltene  Erscheinung  von  Diagonal- 
schichtung weisen  auf  Entstehung  aus  flachem 
Wasser.  Die  Sphärolithe  selbst  sind  manch- 
mal noch  vollkommen  radialfaserig  und 
konzentrisch  schalig,  öfters  aber  auch  in 
körnige  Aggregate  von  Kalkspat  umgewandelt. 
Es  kommt  auch  vor,  daß  die  Oolithe  aus- 1 
gelaugt  sind  und  nur  noch  das  kalkige 
Zwischenmittel  übrig  ist,  und  so  kommt  es 
zur  Bildung  von  Schaumkalken.  Was 
nun  deren  Entstehung  anlangt,  so  glauben 
wir,  es  sei  durch  Experimente  erwiesen, 
daß  sie  eine  rein  minerogene  sei,  ähnlich  wie 
es  für  die  rezenten  Gesteine  oben  ausgeführt 
wurde.  Freilich  gibt  es  auch  noch  einige 
Forscher,  die  die  Ansicht  vertreten,  daß  die 
Gesteine  organogenen  Ursprungs  seien,  in- 
dem die  einen  sie  als  Skelette  von  Stromato- 
poriden  (Pflanzen),  die  anderen  als  Bil- 
dungen von  Foraminiferen  auffassen,  während 
sie  doch  vielleicht  nur  die  Tuterlage  zur 
Anheftung  von  Organismen  aller  Art  boten 
oder  jene  einschlössen.  Nicht  aufgeklärt 
ist  es  bis  jetzt  auch  noch,  warum  die  einen 
Bildungen  bei  der  Umwandelung  in  Kalk- 
spat ihre  Struktur  beibehalten,  die  anderen 
nicht.  Möglich  ist  es,  daß  die  als  Aragonit 
Gebildeten  sich  anders  verhielten  als  die, 
welche  in  Form  von  Vaterit  abgeschieden  1 
wurden,  weil  erstere  bei  der  Umwandelung 
eine  Volumvermehrung,  letztere  eine  Volum- 


vermiiulerung  erfuhren.  Eine  analoge  Ur- 
sache mag  die  Auslaugung  der  Sphärolithe 
im  Schaumkalk  und  die  Erhaltung  des 
Zwischenmittels  haben. 

Die  lithogra])hischen  Schiefer  ge- 
hören im  weseiitlichen  dem  oberen  (weißen) 
Jura  an,  doch  kommen  ähnliche  Kalksteine 
in  anderen  Formationen,  z.  B.  im  Muschel- 
kalk vor.  Es  sind  dickschiefrige,  gelbe, 
außerordentlich  reine  und  sehr  gleichmäßig 
feinkörnige  Kalke,  die  aus  Kalkspat  bestehen. 
Der  Fossilgehalt  verrät  Landnähe,  der  Mangel 
an  klastischem  Material  eigentlich  Landferne, 
die  vorzügliche  Erhaltung  der  Fossilien 
ruhiges  Wasser,  das  schnelle  Absterben  von 
Meerestieren,  welche  hineingeraten  sind, 
brakisches  oder  Süßwasser.  So  kann  man  bei 
der  Entstehung  eigentlich  nur  an  abge- 
schlossene, zeitweise  vom  Meere  überflutete 
Becken  denken,  z.  B.  Atollseen  im  tropischen 
Klima  mit  starken  Regengüssen,  welche 
dem  Wasser  viel  Calciumbikarbonat  zu- 
führten, das  in  Form  eines  feinen  Kalkspat- 
schlammes abgeschieden  wurde.  Eine  end- 
gültige Entscheidung  könnte  vielleicht  eine 
genaue  Paläogeographie  des  Verbreitungs- 
gebietes liefern.  Die  Gleichmäßigkeit  des 
Kornes  spricht  jedenfalls  gegen  eine  Ab- 
scheidung   in    anderer    als    der    Calcitform. 

4b)  Organogene  Kalksteine.  Neben 
diesen  minerogenen  Kalksteinen  kommen 
nun  noch  andere  organogener  Natur  vor 
und  diese  letzteren  haben  vom  Paläozoikum 
bis  auf  unsere  Tage  eine  größere  Bedeutung 
als  jene.  Vielleicht  ist  dies  in  den  vorpaläo- 
zoischen Meeren  anders  gewesen.  Sie  können 
unterschieden  werden  in  solche  zoogenen 
und  andere  phytogenen  Ursprungs,  und 
bauen  sich  im  wesentHchen  aus  Skelett- 
und  Schalenteilen  jener  Organismen  auf. 
Der  Kalk  hat  demnach  an  dem  Blut-  und 
Säftekreislauf  der  Organismen  teilgenommen. 
Charakteristischer  als  die  Einteilung  in 
zoogene  und  phytogene  Kalke  ist  vielleicht 
die  in  benthonische  und  planktonische. 
Die  ersteren  stammen  von  riffbauenden 
Pflanzen  (Algen)  und  Tieren  (Bryozoen, 
Korallen,  Spongien)  oder  auch  von  bank- 
bildenden Tieren  (z.  B.  Austern).  Sie  sind 
ungeschichtet,  durchgreifend  gelagert!  und 
neigen  sehr  zur  Dolomitisierung.  Die  plankto- 
nischcn  Kalke  stammen  von  den  im  Meere 
durcli  die  Strömungen  hin- und  hergetriebenen 
Tieren  und  Pflanzen.  Unter  jenen  spielen 
die  Foraminiferen  die  Hauptrolle.  Sie  setzen 
große  Schichtenkom])lexe  fast  ganz  zusammen 
—  Fusulinen-,  N  u  mmul  i  t  en  k  alk  , 
weiße  Schreibkreide  usw.  Doch  kommen 
auch  ganze  Lagen  von  Schalen  größerer 
Tiere  vor  ~  Terebratelkalk,  Austern- 
bänke, Sehn  ecken  kalk  usw.  Bei  den 
Pflanzen  sind  es  wesentlich  Mgen.  Sie 
treten  aber  gegenüber  den  zoogenen  Kalken 


Karbonato-esteine 


687 


sehr  zurück.  Alle  diese  Kalke  sind 
wohlgeschichtet.  Sie  sind  alle  Ablage- 
rungen aus  mäßig  tiefem  Meere.  In 
der  eigentlichen  Tiefsee  (z.  B.  im  größten 
Teile  des  stillen  Ozeans)  gibt  es  keine  kalkigen 
Sedimente,  weil  die  Kalkteilchen  in  größeren 
Tiefen  infolge  des  Kohlensäurereichtums  und 
des  herrschenden  Ueberdruckes  wieder  auf- 
gelöst werden,  ehe  sie  den  Boden  erreichen. 

Die  Form,  in  welcher  die  Organismen 
den  Kalk  aufnehmen,  ist  zweierlei  Art.  In 
Ufernähe,  in  der  Nähe  von  Flußmündungen 
findet  das  vom  Festland  zugeführte  Cal- 
ciumbikarbonat  Verwendung.  Fernab  von 
der  Küste  müssen  die  Tiere  den  schwefel- 
sauren Kalk  des  Meerwassers  auf  Karbonat 
verarbeiten.  Die  Mengen,  welche  alljährlich  | 
verarbeitet  werden,  sind  natürlich  sehr  groß, 
denn  nach  Clarke  werden  dem  Meere 
allein  jährlich  ca.  eine  Milliarde  Tonnen 
kohlensaurer  Kalk  zugeführt,  aber  trotzdem 
wachsen  die  Kalklager  des  Meeres  (Schlick) 
sehr  langsam.  So  hat  man  berechnet,  daß 
eine  meterdicke  Lage  etwa  V<!  Million  Jahre 
zu  ihrer  Bildung  bedarf. 

Die  Abscheidung  des  Kalkes  von  den 
Organismen  erfolgt  vermutlich  zunächst  in 
Gallertform  und  diese  geht  bald  in  kristalli- 
sierte Modifikationen  über.  So  finden  wir 
denn  in  den  einen  Organismen  Kalkspat, 
in  den  anderen  Aragonit.  In  denjenigen, 
die  aus  Kalkspat  bestehen,  findet  sich  häufig 
auch  ein  nicht  unerheblicher  einige  Prozente 
betragender  Gehalt  an  Magnesiumkarbonat. 
Ein  Teil  des  Kalkspats  der  Kalksteine  ist 
somit  primär,  ein  anderer  aus  xVragonit 
hervorgegangen.  Es  ist  durchaus  nicht  aus- 
geschlossen, daß  lokal,  besonders  in  litoralen 
Gebieten  auch  erhebliche  Mengen  von  mine- 
rogenem  Kalk  beigemengt  sind. 

4c) Struktur.  Chemischer  und  mine- 
ralogischer Bestand.  Textur.  Eine 
strukturelle  Eigentümlichkeit  aller 
Kalksteine,  welche  nicht  als  Kalkspat  zum 
Absatz  gelangt  sind,  ist  die  Ungleichmäßig- 
keit  des  Kornes  und  nicht  seltene  Auslaugungs- 
erscheinungen,  die  auf  der  verschiedenen 
Löslichkeit  der  verschiedenen  Modifikationen 
beruhen.  Die  Kalkspatindividuen  sind 
meist  xenomorph  begrenzt. 

Der  min  er  illogischen  und  chemi- 
schen Zusammensetzung  der  Kalksteine 
brauchen  wir  nur  noch  wenige  Werte  zu 
widmen.  Während  küs,tenferne  Kalke  fast 
rein  sind,  höchstens  etwas  Magnesium,  Eisen, 
Mangan  in  Form  von  Ankeriten  oder  aber 
als  feste  Lösung  im  Kalkspat  enthalten, 
finden  wir  in  Küstennähe  gewöhnlich  kla- 
stisches Material  beigemengt.  So  haben 
wir  denn  tonige  Kalke,  die  in  Mergel, 
sandige  Kalke,  die  in  Sandsteine  über- 
gehen. Auch  beigemischte  amorphe  Kiesel- 
säure  findet   sich    in    den    Kiesel  kalken, 


Bitumina  in  den  Stinkkalken,  Kohle 
im  Anthrakonit,  Glaukonit  in  den  Grün- 
kalken.  Endlich  enthalten  viele  Kalk- 
steine eines  oder  mehrere  der  folgenden 
Mineralien,  von  denen  die  ersten  fünf  schon 
auf  dem  Meeresgrunde  in  Knollenform  ab- 
geschieden sein  können:  Mangan kn ollen, 
Phosphorit,  Feuerstein,  Hornstein, 
Pyrit,  Bleiglanz,  Zinkblende,  Baryt, 
Cölestin,    Anhydrit,   Gips,    Feldspat. 

Von  textureilen  Eigentümlich- 
keiten seien  nur  wenige  erwähnt:  Als 
Wellen  kalke  bezeichnet  man  solche  mit 
wellenartiger  Oberfläche,  als  Knotenkalke 
oder  Nieren  kalke  solche  in  denen  Ton 
und  Kalk  in  wechselnden  aber  gleichsam 
zusammengeschobenen  Lagen  vorhanden  sind. 
Wird  aus  den  Letzteren  der  Kalk  ausgelaugt, 
dann  entstehen  bienenwabenartig  poröse 
Gesteine  (Kramenzelkalk,  weil  in  den 
Hohlräumen  Ameisen  wohnen).  Auf  Stylo- 
lithen,  Nagelkalke,  Tutenmergel  (s. 
daselbst)  sei  hier  nur  mit  dem  Namen  hin- 
gewiesen. 

5.  Die  übrigen  Karbonatgesteine. 
Allgemeines.  Dolomite.  Die  übrigen 
Karbonatgesteine  enthalten  als  wesentliche 
Bestandteile  Dolomit,  Eisenspat  und  Magne- 
sit. Wenn  es  auch  keinem  Zweifel  unterliegt, 
daß  diese  Mineralien  unter  gewissen  Bedin- 
gungen (Kohlensäureüberschuß,  Ueberdruck, 
erhöhte  Temperatur,  Salzgehalt  usw.)  aus 
Lösungen  unmittelbar  zur  Kristallisation 
gelangen  können,  so  sind  doch  bei  den  ge- 
steinsliildenden  Vorgängen  derartige  Bedin- 
gungen nirgends  in  größerem  Maßstab  reali- 
siert. Daraus  folgt,  daß  wir  diese  Gesteine 
im  allgemeinen  nicht  als  primäre  unver- 
änderte Sedimente  auffassen  dürfen.  Es 
kommt  nun  weiter  hinzu,  daß  die  Dolomite 
und  Spateisensteine  allenthalben  in  enger 
i  Beziehung  zu  Kalksteinen  stehen,  oft  wolken- 
förmig,  stockförmig,  linsenartig  darin  auf- 
treten und  mit  ihnen  verfließen.  Dadurch 
wird  man  auf  eine  genetische  Beziehung 
zu  den  Kalksteinen  hingewiesen.  Endlich 
sind  in  letzter  Zeit  die  Verhältnisse  dieser 
Karbonate  und  ihre  Beziehungen  durch  eine 
Reihe  von  Arbeiten  experimentell  genauer 
untersucht  worden  und  es  hat  sich  z.  B. 
gezeigt,  daß  alle  Modifikationen  des  kohlen- 
sauren Kalkes,  am  liebsten  und  schnellsten 
die  instabilen,  unter  erhöhtem  Druck  und 
Temperatur  durch  Magnesiumbikarbonat- 
lösung in  Dolomit  umgewandelt  werden. 
Ueberschüssiger  Kalk  verbleibt  als  Kalk- 
spat, überschüssiges  Magnesiumkarbonat  als 
Magnesit  und  nur  in  einem  Stadium  unvoll- 
ständiger Einstellung  des  Gleichgewichtes 
sind  Calcit,  Dolomit  und  Magnesit  neben- 
einander vorhanden.  So  können  wir  mm 
nach  diesen  Erfahrungen  sagen,  daß  Dolomite 
und   Spateisensteine  nie  unmittelbare   Sedi- 


688 


Kall  lonatgesteine 


nicnte,  sondern  diagenetisch  veränderte  Kalk- 
steine sind,  deren  l)ia,e:enese  aber  vielleicht 
Otters  nocli  während  der  Sedimentation  be- 
gonnen hat.  Es  sind  demnach  aber  auch 
gewisse  Kalke,  welche  mit  Vorliebe  dolo- 
mitisiert  sind,  so  liüTkalke,  Kalke  inlakustren 
nnd  litoralen  (iebieten,  in  flachen  Binnen- 
meeren nnd  in  der  Umgebung  der  Salzlager. 
Gewöhnlich  ist  die  Dolomitisierung  noch 
nicht  bis  zum  völligen  Verschwinden  des 
Kalkspates  fortgeschritten,  sie  ist  in  ein- 
zelnen Lagen  und  an  einzelnen  Stellen 
stärker,  an  anderen  schwächer.  So  kommt 
es,  daß  die  chemische  Zusammensetzung 
der  Gesteine  die  verschiedensten  Verhält- 
nisse zwischen  Kalk  und  Magnesia  ergibt, 
weil  es  sich  um  mechanische  Gemenge  von 
Dolomit  und  Kalkspat  handelt. 

Darauf  beruht  nun  auch  das  eigentüm- 
liche Aussehen  mancher  Dolomite,  indem 
die  leichter  löslichen  Partien  von  Kalkspat 
ausgelaugt  werden  und  so  eine  poröse  Struk- 
tur erzeugt  wird  (Rauchwacke,  Kaste n- 
dolomit.  Zellendolomit).  Auch  die 
eigentümlichen  Verwitterungsformen  der 
Dolomitberge  (z.  B.  in  den  Dolomiten  der 
Alpen)  hängen  zum  Teil  damit,  zum  Teil 
allerdings  auch  mit  der  ursprünglich  un- 
geschichteten Textur  der  Riffbildungen  zu- 
sammen. 

Nach  dem,  was  wir  oben  gehört  haben, 
treten  nun  Dolomite  besonders  gerne  in 
folgenden  Formen  auf:  x\ls  Riffbildungen 
z.  B.  die  Dolomitriffe  Südtirols,  die 
Bryozoenriffe  Thüringens;  als  Gebilde 
in  flachen  Meeren  z.  B.  die  W eilen dolo mite 
des  Muschelkalkes  Schwabens,  die  Gips- 
dolomite  des  Röt  in  Thüringen;  als  Gebilde 
in  stark  salzhaltigen  Gebieten,  z.  B.  die  die 
Zechsteinsalzlager  begleitenden  Dolomite  und 
Dolomitmergel  und  vielfach  die  Rogen- 
steine des  Buntsandsteins.  Endlich  mögen 
noch  Dolomitbildungen  erwähnt  werden, 
wie  sie  in  Schlesien  oder  in  Asturien  vor- 
kommen, wo  sie  mit  Erzbikhmgen  ver- 
knüpft sind. 

Wenn  wii'  nun  auch  iju  allgemeinen 
über  die  Entstehung  oder  Bildung  des 
Dolomites  im  Klaren  sind,  ist  dies  noch 
keineswegs  bezüglich  der  einzelnen  Vor- 
kommnisse der  Kall.  Die  erste  Frage  ist 
auf  die  Herkunft  des  Magnesiundvarbonats 
gerichtet  und  es  scheint  da  nicht  fraglich  zu 
sein,  daß  es  in  den  meisten  Fällen  aus  dem 
Meere  stammt  und  ein  Produkt  der  Fäulnis- 
vorgänge ist,  wie  sie  sich  ja  gerade  in  ab- 
gestorbenen oder  absterbenden  Riffbil- 
dungen oder  in  Faulschhimmen  vollziehen. 
Mit  Hilfe  des  Ammonium karbonats  werden 
die  Magnesiumsalze  des  Meerwassers  gefüllt, 
die  sich  dann  bei  Gegenwart  von  viel  Kohlen- 
säure mit  dem  vorhanden  kohlensauren  Kalk 
zu  Dolomit  umsetzen.      In   anderen  Fällen 


mag  die  Durchtränkung  mit  Salzlösungen 
später  erfolgt  sein  und  Kohlensäure  nebst 
Ammonium  oder  Natrium  fand  sich  im 
Gestein  vor.  Das  kommt  schließlich  alles 
aufs  Gleiche  hinaus.  Prinzipiell  verschieden 
scheint  aber  die  Dolomitisierung  von  Kalken 
tlurch  Thermalwässer  zu  sein,  weil  dieser 
Dolomitisierung  schließlich  jeder  beliebige 
Kalkstein  verfallen  kann.  Eine  solche  üm- 
wandelung  ist  wohl  stets  da  anzunehmen, 
wo  sich  neben  Dolomit  Erze  in  größerer 
Menge  vorfinden,  wie  z.  B.  Kupfer-,  Blei- 
oder Zinkerze. 

Ueber  die  mineralogische  und  chemische 
Zusammensetzung  der  Dolomite  haben  wir 
dem  Gesagten  nicht  mehr  viel  hinzuzufügen. 
Sie  wird,  abgesehen  von  der  Veränderung  des 
Verhältnisses,  zwischen  Kalk  und  Magnesia 
mit  der  der  Kalksteine  übereinstimmen. 
Nur  dort  wo  der  Magnesiumgehalt  thermalen 
Ursprungs  ist,  die  Dolomitisierung  also  von 
Spalten  aus  geschieht  und  am  fossilen  Ge- 
stein, werden  noch  eine  Reihe  neuer  Mine- 
ralien wie  die  genannten  Erze,  wie  Apatit 
u.  a.  aufzutreten  vermögen. 

In  bezug  auf  die  Struktur  der  Dolomite 
ist  noch  einmal  darauf  hinzuweisen,  daß  der 
Dolomit  einmal  im  Gegensatz  zum  Kalk- 
spat in  Gesteinen  fast  stets  in  guten  rhomboe- 
drisch  begrenzten  Kristallen  auftritt  und 
dadurch  nach  Auslaugen  des  Kalkspates 
eine  lockere  zuckerkörnige  Textur  entsteht. 
Im  übrigen  finden  wir  die  Strukturarten 
der  Kalksteine  wieder,  so  z.  ß.  auch  die 
Rogensteine,  deren  Sphärolithe  teils  unter 
Erhaltung  der  Struktur,  teils  ohne  diese 
in  Dolomit  umgewandelt  sind. 

6.  Spateisenstein.  Die  Spateisen- 
steine treten  in  ganz  analoger  Weise  auf 
wie  die  Dolomite.  Es  sind  stockförmige  bis 
wolkenartige,  linsenförmige  Einlagerungen 
im  Kalkstein  und  sie  bestehen  im  wesent- 
lichen aus  Eisenkarbonat,  dem  aber  stets 
etwas  Magnesium  beigemischt  ist,  so  daß 
man  das  Mineral  als  Braunspat  bezeichnen 
muß.  Andererseits  kommt  daneben  Dolomit 
und  Kalkspat  oder  auch  Dolomit  und  Magne- 
sit vor.  Auch  hier  kann  man  solche  unter- 
scheiden bei  denen  Blei-  und  Zinkerze  auch 
Kujifererze  in  größerer  Menge  mit  dem 
Vorkommen  verknüpft  sind  und  andere 
bei  denen  dies  nicht  der  Fall  ist.  Es  finden 
sich  derbe  kiirnige  Massen  einerseits  und 
sphärolithische  den  Rogensteinen  vergleich- 
bare andererseits.  Die  Entstehung  ist  noch 
nicht  für  alle  Vorkommnisse  geklärt.  Wohl 
wird  für  die  körnigen  marmorähnlichen 
(iesteine  an  eine  Umwandlung  von  Kalk- 
steinen unter  dem  I^^influß  eisenhaltiger 
Lösungen  gedacht  und  es  ist  auch  die  Um- 
wandclung  von  Oolithen  aus  einer  Kalk- 
modilikation  in  solche  aus  Eisenspat  durch- 
aus   wahrschciidich.    während    ein    primärer 


Karbonatoesteine 


089 


Absatz  ausgedehnter  Spateisensteinschichten 
durchaus  unwahrscheinlich  ist,  aber  ob  das 
zugeführte     Eisensalz     Ferrikarbonat     oder ; 
Sulfat  war,  darüber  fehlen  zurzeit  die  Experi- 
mente.   Einerseits  scheint  das  erstere  wahr-  j 
scheinlicher,  weil  Eisenkarbonatlösungen  auf  ! 
der  Erde  häufiger  sind  und  z.   B.   bei  der  j 
Kaolinisierung  der  Feldspäte  entstehen  und  | 
andererseits   spricht   das   Verschwinden   des 
Kalkes  mehr  für  Eisensulfatlösungen.    Einen 
klaren    Einblick    wird    man    erst    erlangen, 
wenn  die   Löslichkeitsverhältnisse  von   Cal- 
ciumkarbonaten    einerseits,    Eisenspat    und 
Calciumsulfat  andererseits  auf  Grund  exakter 
Bestimmungen  miteinander  verglichen  wer- 
den können. 

Vielfach  sind  die  Eisensteine  mit  Ton 
gemengt  (Toneisensteine)  oder  auch  mit 
Kohle  (Kohleneisensteine,  Blakband). 
In  den  meisten  Fällen  sind  sie  in  Eisenoxyd- 
hydrat umgewandelt,  so  besonders  die  Eisen- 
oolithe  (Minetten)  der  mittleren  Jura-, 
formation.  j 

7.  Magnesit.      Magnesit  tritt  eigentlich  j 
gesteinsbildend    nicht    auf.       Er    erscheint 
gewöhnlich  als  ein  Verwitterungsprodukt  von  \ 
Serpentin  und  ähnlichen   Gesteinen  und  ist  1 
begleitet    von    Dolomit.       So    findet    man 
linsen-  bis  stockförmige  Massen  von  gröberem 
oder    feinerem    Korn,    welche    häufig    mit 
Kieselsäureabscheidungen      vergesellschaftet 
sind. 

8.  Metamorphische  Karbonatgesteine. 
Marmore.  Alle  die  genannten  Gesteine  er- 
fahren auch  eine  metamorphe  Umwandelung, 
falls  sie  der  Kontakt-  oder  Dynamometamor- 
phose unterliegen.  Die  Kalksteine  werden 
zu  Marmoren  (körnigen  Kalken),  die 
Dolomite  zu  körnigen  Dolomiten. 

Marmore  werden  im  gewöhnlichen 
Leben  alle  Kalksteine  genannt,  die  sich  aus- 
zeichnen durch  Politurfähigkeit  und  schöne 
Färbung,  so  z.  B.  der  schwarze  belgische 
Kohlenkalk  (belgischer  Granit)  oder  der 
gelbe  Solnhofener  Kalk  oder  der  rote 
Unters  berger  Kalk  usw.  Dies  sind  aber 
in  wissenschaftlichem  Sinne  keine  Marmore. 
Marmor  ist  demnach  nur  ein  metamorphi- 
scher  Kalk,  wie  z.  B.  der  von  Carara,  der 
von  Laas,  der  pentelische  Marmor,  der 
Marmor  von  Auerbach  an  der  Bergstraße 
usw.  Der  charakteristische  Unterschied  der 
Marmore  von  den  Kalksteinen  beruht  zu- 
nächst in  der  Gleichmäßigkeit  des  Kornes, 
die  durch  die  Metamorphose  hervorgebracht 
wird;  weiter  im  Verschwinden  bituminöser 
Substanzen  oder  ihrer  Umwandelung  in 
Graphit,  endlich  in  der  Umkristallisation 
etwa  vorhandener  Silikate  und  Kieselsäure 
(Ton,  Quarz  usw.).  Statt  jener  klastischen 
von  uns  früher  erwähnten  Bestandteile 
finden  wir  als  Uebergemengteile  im  Marmor 
neben  Quarz,  Feldspäte,  Granat,  Vesuvian, 

Handwörterbuch  der  Xaturwissenscliaften.    Band  V 


Epidot,  Wollastonit,  Skapolith,  Diopsid, 
Tremolit,  Strahlstein,  Pargasit,  auch  Korund, 
Titanit  und  Eisenglanz  neben  einer  Anzahl 
seltener  Mineralien.  Auch  glimmerreiche 
Kalke  C i  p  0 1 1  i  n  e  und  mit  Serpentin  gemengte 
Kalke  Ophicalcite  (Eozoon)  kommen 
vor.  Im  übrigen  wird  die  primäre  Struktur 
und  mit  ihr  eventuell  vorhanden  gewesene 
Fossilien  mehr  oder  weniger,  meist  voll- 
kommen zerstört  und  die  gleichmäßigen 
Kalkspatkörner  bilden  ein  xenomorphes  Ge- 
menge. Sie  sind  zumeist  von  massenhaften 
Zwillingslamellen  (eine  Folge  des  Druckes) 
durchsetzt. 

Die  körnigen  Dolomite  sind  charakte- 
risiert durch  ihre  sandige,  zuckerkörnige 
Beschaffenheit  und  von  den  primären  Dolo- 
miten meist  durch  ihre  Armut  an  Calcit 
unterschieden.  Die  zuckerkörnige  Beschaffen- 
heit hat  ihren  Grund  in  der  Neigung  des 
Dolomitminerals  zu  automorpher  Aus- 
bildung und  in  der  Auslaugung  des  Calcits. 
Im  übrigen  gleichen  die  körnigen  Dolomite 
den  Marmoren,  nur  führen  sie  entsprechend 
ihrem  chemischen  Bestand  öfters  noch  eine 
Anzahl  anderer  akzessorischer  Mineralien, 
wie  Olivin,  Monticellit,  Forsterit,  Chon- 
drotit,  Brucit,  Bronzit,  Diaspor,  Spinelle 
u.  a.  Manche  körnige- Dolomite,  wie  z.  B. 
der  vom  Binnenthal  in  der  Schweiz  sind 
ausgezeichnet  durch  die  reichliche  Führung 
von  Adular  und  vielen  seltenen  Sulfiden  und 
Sulfosalzen,  die  vielleicht  einer  späteren  In- 
filtration von  Dämpfen  in  das  poröse  Gestein 
ihre  Entstehung  verdanken. 

Die  Spateisensteine  werden,  wie  es  scheint, 
durch  die  Metamorphose  wenig  verändert, 
wenn  sie  unzersetzt  sind.  Aus  teilweise 
zersetzten,  oxydierten  Gesteinen  aber  scheint 
sich  bei  der  Metamorphose  unter  Verlust 
der    Kohlensäure    Magneteisen    zu    bilden. 

9.  Verwendung.  Ueber  die  Verwen- 
dung der  besprochenen  Gesteine  bedarf 
es  nur  weniger  Worte,  weil  sie  meist  all- 
bekannt ist.  Kalksteine  und  Marmore 
eignen  sich  zu  Bausteinen  um  so  mehr  je 
weniger  fremde  Bestandteile  sie  enthalten 
und  je  poröser  und  fester  sie  sind.  Tonige 
Kalksteine  und  Dolomite  dienen  zur  Her- 
stellung von  Zement,  reine  Kalke  znr  Her- 
stellung von  gebranntem  Kalk  für  die 
chemische  Industrie  (Chlorkalk).  Die  Soln- 
hofener Kalkschiefer  finden  zu  lithographi- 
schen Zwecken  Verwendung.  Aus  dem  sand- 
[  artigen  Kalktuff  fertigt  man  Luftziegel 
(Drecksteine).  Bunte  politurfähige  Kalk- 
steine und  Marmore  dienen  künstlerischen 
Zwecken.  Dolomite  verwendet  man  als  Zu- 
schlag in  der  Eisenhüttenindustrie,  auch  als 
Baustein.  Spateisenstein  ist  in  jeglicher  Form 
bei  hohem  Eisengehalt  ein  gesuchtes  Eisenerz. 
Magnesit  dient  zur  Herstellung  gebrannter 
Magnesia  und  feuerfester  Steine  und  Tiegel. 

44 


690 


Kaibonatg-esteine 


10.  KünstlicheMarmordarstellung,  Zum 
Schlüsse  uiiig  noch  uiiiji'doutct  \vordon,  daß 
man  ncuordiuiis  aus  einem  (iemeiige  von  Mar- 
morpulver und  i!;obranntem  Kalk  bei  Gegen- 
wart von  Kohlensäure  unter  hohem  Druck 
Marmorplatten  künstlich  herstellt,  denen 
nuiu  jede  beliebige  Färbung  geben  kann. 

Literatur,  r.  Xhhcl,  Lrluhndi  <ln-  Petrogniphie 
3,  2  Aufl.  Leipzig  1894.  —  H.  liosenbusch, 
Elemente    der    Genteinnlehrr,    -J.  Avfl.     SUittgart 

1910.  —    F.  Itinne,    Praktische    Gesteivsknndc, 

3.  Avfl.  Hannover  1908.  —  E,  Weinschenk, 
Allgemeine    Grsteinitkiinde.     Freiburg  i.  B.  190S. 

—  G.  Steinniann,  lieber  Schalen-  und  Kalk- 
steinbildung.    Ber.  d.  naturf.  Ges.  Freiburg  i.  B. 

4,  288.  —  B.  Lindetnnnn,  lieber  einige  wich- 
tige Vorkomnuüs.tc  von  körnigen  Karbonatge- 
steinen.    X.  Jahrb.  f.   ßfin.  ustv.  B.  B.  19,   1904- 

—  G.    Linck,    Die    Bildung    der    Oolilhe   und  1 
Rogensteiuc.     X.  Jahrb.  J.  Min.  usiv.    B.  B.  16;, 
1903.  —  L.  Passarge,   Die  Kalkschlammablage- 
rwngen    in    den   Seen    von    Lychen,    Ukermark 
Jahrb.  prevß.  geol.  JMndesanst.  22,  1901.  —  E. 
Kalkoivsky,    Oolith  und  Stromntolith  im  nord-  i 
deutschen     Bunf.Ka)idslein.       Zfschr.    d.    d.    geol.  \ 
Ges.  60,  1908,  68.  —  G.  Linck,    Ueber  die  Bit-  ! 
duvg    der  Kalksteine     Xufunr.    Wochenschr.  X. 
F.  8,  1909,  690.  —  Derselbe,   Die  Bildung  der 
Oolithe    und    Bogcn-'<teine.      Jenaische    Ztschr.  f. 
Xaturiv.  45,  1909,  268.  —  K.   Krech,   Beitrag 
zur    Kenntnis     der    polithischcn     Gesteine     des 
Muschelkalks  um  Jena.     Jahrb.  der  preuß.  geol. 
Landesanst.  30,  1909.  ■ —  F.   Gaub,    Die  juras- 
sischen   Ooiiihe    der  schwäbischen    Alb.  Paläont. 
Abh.     X.  F.  9,  1910.  —  F.  Tucan,  Die  Kalk- 
steine   und   Dolomite    des    kroat.    Karstgebietes.  ! 
Ann.  geol.    de   la  Peninsule   balkanique  4,  1911,  \ 
610.    —   Ed.   Steidtniann,    The   Evolution   of  1 
limestone  and  dolomite.     Journ.  of  Geologie  19, 

1911,  32S.  —  G.  Linck,  Ueber  die  Bildung  der 
Karbonate  des  Calciums,  Magnesiums  und  Eisens. 
D  ölt  er,  Hdb.  d.  Min.  Bd.  11911.  —  M.  Nahnsen, 
Ueber  die  Gesteine  des  norddfutschen  Korallen- 
ooliths,  insbesondere  die  Bildungsweise  des  Ooliths 
und  Dolomits.  X.  Jahrb.  B.  B.  35,  1913.  —  i 
K.  Grünberg,  Beitrag  zur  Kenntnis  der  na- 
türlichen kristallisierten  Karbonate  des  Calciums, 
Magnesiums,  Eisens  und  Mangans.  Ztschr.  f. 
anorg.  Chem.  80,  1913.  —  K.  Spangenberg, 
Die  künstliche  Darstellung  des  Doloinitn.  Ztschr. 
f.  Krist.  52,  191S.  \ 

G.   Linck. 


Karbonatgesteine. 

Reaktionen  zur  Unterscheidung  der 
Erdalkalikarbonate. 

1.  Unterscheidung  von  Kalkspat  und  Dolomit 
(Magnesit),  a)  Verhalten  gegen  Säuren,  b)  Reak- 
tion von  Linck.      c)   Reaktionen  von  Lemberg. 

d)  Quantitative  Bestimmung  des  Dolomit- 
gehaltes dolomitischer  Kalksteine  nach  Ilinden. 

e)  Verhalten  zu  Kupfernitrat,  f)  Nachweis  von 
Eisen  in  Karbonaten  nach  Krech-IIeeger. 
2.  Unterscheidung  von  Kalkspat  und  Aragonit. 
a)  Reaktionen  von  Meigen.  b)  Reaktion  von 
Thugutt. 


Zur  Unterscheidung  der  am  häufigsten 
vorkommenden  und  daher  besonders  wich- 
tigen Karbonate,  Kalkspat,  Aragonit,  Dolo- 
mit uiul  Magnesit  benutzt  man  einige  be- 
sondere Reaktionen,  da  die  gewöhnlichen 
Methoden  der  qualitativen  Analyse  hierbei 
entweder  ganz  versagen  oder  doch  nur 
umständlich  anzuwenden  sind. 

I.  Die  Unterscheidung  von  Kalkspat 
und  Dolomit  (Magnesit).  laj  Verhalten 
gegen  Säuren.  Kalkspat  und  Dolomit 
werden  von  Säuren  verschieden  schnell  an- 
gegriffen. Dolomit  löst  sich  in  stark  ver- 
dünnter Salzsäure  oder  in  Essigsäure  in  dej" 
Kälte  nur  als  sehr  feines  Pulver:  auf  gröberes 
Pulver  oder  ganze  Stücke  wirkt  die  Säure 
kaum  ein,  während  sich  Kalkspat  auch  in 
größeren  Stücken  darin  leicht  löst.  Betupft 
man  ein  Stück  Kalkstein  mit  solcher  Säure, 
so  braust  es  stark  auf,  bei  Dolomit  tritt  hin- 
gegen keine  oder  doch  nur  eine  ganz  schwache 
Kohlensäureentwickelung  ein.  Bei  dolomi- 
tischen Kalksteinen  kann  man  aus  der  Stärke 
des  Aufbrausens  beim  Betupfen  mit  sehr 
verdünnter  Salzsäure  auf  den  mehr  oder 
minder  großen  Gehalt  an  Dolomit  schließen. 
Wird  ein  solcher  Kalkstein  als  nicht  zu  feines 
Pulver  in  der  Kälte  mit  verdünnter  Essig- 
säure (0,5—1%)  behandelt,  so  bleibt  der 
Dolomit  größtenteils  ungelöst  zurück  und 
kann  wenigstens  annähernd  quantitativ  be- 
stimmt werden  (Vesterberg). 

iiragonit  verhält  sich  Säuren  gegenüber 
wie  Kalkspat,  Magnesit  wie  Dolomit.  In 
den  Kalkskeletten  mancher  Tiere  und  Pflanzen 
kommt  jedoch  ein  in  Säuren  leicht  lösliches 
Magnesiumkarbonat  vor,  das  in  reinem  Zu- 
stand bis  jetzt  noch  nicht  bekannt  ist.  Dieses 
kann  natürlich  in  der  angegebenen  Weise 
weder    erkannt,    noch    bestimmt    werden. 

ib)  Reaktion  von  Linck.  In  Dünn- 
schliffen lassen  sich  nach  G.  Linck  Kalk- 
spat und  Dolomit  leicht  dadurch  unter- 
scheiden, daß  man  die  Schliffe  mit  einer 
Ammoniumphosphat  enthaltenden  Essigsäure 
behandelt.  Die  Lincksche  Lösung  stellt 
man  dar,  indem  mau  20  ccm  offizinelle 
Phosphorsäure  ( 30  °  Q  mit  Ammoniak  schwach 
übersättigt  und  nach  Zusatz  von  30  ccm 
offizineller  Essigsäure  (25%)  auf  100  ccm 
auffüllt.  Läßt  man  den  zu  untersuchenden 
Schliff  24  Stunden  in  dieser  Lösung  liegen, 
so  löst  sich  reines  Calciumkarbonat  völlig 
auf,  während  Kalke  mit  12  bis  15%  Maii- 
nesiumkarbonat  kaum  noch  angegriffen 
werden. 

ic)  Reaktionen  von  Lemberg.  Kalk- 
spat und  Dolomit  unterscheiden  sich  ferner 
durch  melu-ere  von  J.  Lemberg  angegebene 
Reaktionen.  Bei  der  ersten  wird  das  grob 
gepulverte  Mineral  oder  der  Gesteinsscliliff 
zunächst  mit  einer  etwa  5prozentigeu  Eisen- 
chloridlösung    behandelt,     vorsichtig     mit 


Karbonate-esteine 


691 


Wasser  abgespült  und  dann  mit  Schwefel- 
ammoniuni  übergössen.  Da  sich  Kalkspat 
schon  in  der  Kälte  leicht  mit  Eisenchlorid 
umsetzt  unter  Abscheidung  von  Eisenhydr- 
oxyd, das  durch  Schwefelammonium  in 
schwarzes  Eisensulfid  verwandelt  Avird,  färbt 
er  sich  bei  dieser  Behandlung  dunkel.  Dolo- 
mit reagiert  in  der  Kälte  nur  sehr  langsam 
mit  Eisenchlorid  und  wird  daher  durch  das 
Schwefelammonium  nur  sehwach  grüiüich 
gefärbt.  Sind  von  vornherein  größere 
Mengen  von  Eisenverbindungen  im  Gestein 
vorhanden,  so  ist  die  Reaktion  natürlich 
nicht  anwendbar. 

Bei  der  zweiten  Lembergschen  Reaktion 
verwendet  man  statt  Eisenchlorid  eine  mit 
Blauholz  versetzte  Lösung  von  Aluminium- 
chlorid. Zu  einer  Lösung  von  1  Teil  wasser- 
freiem Aluminiumchlorid  in  15  Teilen  Wasser 
wird  soviel  Blauholzextrakt  zugegeben,  bis 
sie  undurchsichtig  erscheint  (etwa  20  bis 
30  g  des  käuflichen  Extraktes  auf  1 1  Lösung). 
Läßt  man  diese  Lösung  auf  das  grob  gepulverte 
Mineral  oder  einen  Schliff  in  der  Kälte  5  bis 
10  Minuten  lang  ruhig  einwirken  und  spült 
dann  vorsichtig  mit  Wasser  ab,  so  erscheint 
Kalkspat  durch  oberflächlich  abgelagerten 
Tonerdelack  violett  gefärbt,  Avährend  Dolomit 
farblos  bleibt. 

Auch  Silbernitrat  gegenüber  verhalten 
sich  beide  Mineralien  verschieden.  Schüttelt 
man  das  nicht  zu  feine  Pulver  etwa  eine  halbe 
Minute  mit  einigen  Kubikzentimetern  einer 
zehntelnormalen  (1-  bis  2  prozentigen)  Silber- 
nitratlösung, spült  dann  sogleich  mit  Wasser 
gut  ab,  gibt  etwas  Kaliumchromat-  oder 
Kaliumbicliromatlösung  hinzu  und  spült 
wieder  mit  Wasser  ab,  so  erscheint  Kalk- 
spat durch  das  aus  dem  zuerst  entstandenen 
Silberkarbonat  gebildete  Silberchromat 
dunkeh'ot  gefärbt,  während  Dolomit  unver- 
ändert bleibt. 

id)  Quantitative  Bestimmung  des 
Dolomitgehaltes  dolomitischer  Kalk- 
steine nach  Hinden.  Die  schnellere 
TTmsetzung  des  Kalkspats  mit  Eisenchlorid 
läßt  sich  nach  Fr.  Hinden  zu  einer  annähernd 
quantitativen  Bestimmung  des  Ueberschusses 
an  Calciumkarbonat  in  dolomitischen  Kalken 
verwenden.  1  g  feinstes  Gesteinspulver  wird 
mit  5  ccm  einer  5  prozentigen  Kalium- 
rhodanidlösung  übergössen  und  unter  tüch- 
tigem Umschütteln  aus  einer  Bürette  so 
lange  eine  10  prozentige  Eisenchloridlösung 
zugegeben,  bis  bleibende  Rotfärbung  ein- 
tritt. Die  Anzahl  der  verbrauchten  Kubik- 
zentimeter Eisenchloridlösung  mit  7  bis 
8  multipliziert  ergibt  den  Ueberschuß  an 
Calciumkarbonat  in  Prozenten,  der  Unter- 
schied gegen  100  somit  den  Dolomitgehalt. 
Da  sich  Dolomit  ebenfalls,  wenn  auch  viel 
langsamer,  mit  Eisenchlorid  umsetzt,  fallen 
die  Ergebnisse  leicht  zu  hoch  aus. 


Mit  Kupfersulfat  reagiert  Kalkspat  eben- 
falls sehr  viel  schneller  als  Dolomit.  Kocht 
man  1  g  feingepulverten  Kalkspat  mit  5  com 
einer  10  prozentigen  Kupfersulfatlösung,  so 
wird  alles  Kupfer  ausgefällt.  Das  Filtrat 
wird  daher  ojlurch  Ammoniak  nicht  mehr 
blau  gefärbt,  während  bei  x\nwendung  von 
Dolomit  eine  sehr  starke  Blaufärbung  ein- 
tritt. 

le)  Verhalten  zu  Kupfernitrat. 
Wie  W.  Meigen  und  0.  Mahler  gezeigt 
haben,  verhalten  sich  Kalkspat  und  Dolomit 
auch  Kupfernitrat  gegenüber  sehr  ver- 
schieden. Schüttelt  man  die  feingepulverten 
Mineralien  mit  einer  verdünnten  Kupfer- 
nitratlösung längere  Zeit  bei  gewöhnlicher 
Temperatur,  so  löst  sich  Kalkspat  völlig 
auf,  während  Dolomit  nur  wenig  angegriffen 
wird.  Dieses  Verhalten  kann  daher  zur 
Trennung  von  Kalkspat  und  Dolomit  in 
Gemischen  z.  B.  in  dolomitischen  Kalk- 
steinen dienen. 

K.  Spangen berg  benutzt  die  gleiche 
Reaktion  zur  Unterscheidung  von  Kalk- 
spat und  Dolomit  in  Dünnschliffen.  Der 
Schliff  wird  einige  Minuten  mit  einer  heißen 
Kupfernitratlösung  behandelt  und  abgespült. 
Kalkspat  erscheint  dann  durch  das  aus- 
gefällte basische  Ivupferkarbonat  im  auf- 
fallenden Licht  deutlich  grün  gefärbt,  während 
Dolomit  kaum  eine  Färbung  erkennen  läßt. 
Die  ITnterschiede  werden  noch  deutlicher, 
wenn  man  den  gut  ausgewaschenen  Schliff 
in  eine  Lösung  von  Ferrocyankalium  legt, 
mit  der  sich  das  Kupferkarbonat  zu  dem 
viel  stärker  gefärbten,  braunen  Ferrocyan- 
kupfer  umsetzt. 

if)  Nachweis  von  Eisen  in  Karbo- 
naten nach  Kroch  und  Heeger.  Das 
Vorhandensein  von  Eisen  in  Karbonaten 
läßt  sich  nach  K.  Kroch  und  W.  Heeger 
dadurch  leicht  sichtbar  machen,  daß  man 
die  Karbonate  mit  einer  verdünnten  (Vio 
normalen)  Salzsäure  behandelt,  der  man 
etwas  Ferricyankalium  zusetzt.  Das  durch 
die  Salzsäure  gelöste  Eisen  setzt  sich  sofort 
mit  dem  Ferricyankalium  zu  Turnbullschem 
Blau  um,  wodurch  die  eisenhaltigen  Stellen 
mehr  oder  weniger  stark  blau  gefärbt  werden. 

Da  sowohl  Kalkspat  wie  Dolomit  fast 
stets  geringe  Mengen  von  Eisen  enthalten, 
bei  Kalkspat  aber  die  Auflösung  und  daher 
auch  die  Fällung  des  blauen  Farbstoffs 
sehr  viel  schneller  vor  sich  geht  als  bei 
Dolomit,  kann  diese  Reaktion  in  vielen 
Fällen  auch  zur  Unterscheidung  beider 
Mineralien  verwendet  werden. 

Bei  allen  diesen  Reaktionen  handelt  es 
sich  nicht  um  eine  verschiedene  Reaktions- 
weise, sondern  nur  um  verschiedene  Reaktions- 
geschwindigkeit. Daher  gibt  auch  Dolomit 
alle  für  Kalkspat  angeführten  Reaktionen, 
wenn  er  sehr  fein  gepulvert  wird  und  die 

44* 


692 


Karbonatgesteine  —  Karboiitoi'iiiatioii 


Reagenzien  lange  genug  einwirken.  Es  ist 
daher  zweckmäßig,  bei  der  Ausführung 
dieser  Keaktioiieii  die  feinsten  Teilchen  vor- 
her abzuschläininen  und  nur  Pulver  von  der 
Korngröße  eines  mäßig  feinen  Sandes  zu 
benutzen. 

Magnesit  veriiält  sieh  bei  allen  Reaktionen 
ähnlich  wie  Dolomit,  reagiert  aber  noch 
langsamer. 

2.  Unterscheidung  von  Kalkspat  und 
Aragonit.  2a)  Reaktionen  von  Meigen.  j 
Kalkspat  und  Aragonit  lassen  sich  nach ' 
W.  Meigen  in  folgender  Weise  unterscheiden. 
Feingepulverter  Aragonit  färbt  sich  beim 
Kochen  mit  einer  5  bis  10  prozentigen 
Lösung  von  Kobaltnitrat  nach  kurzer  Zeit 
lila;  Kalkspat  bleibt  zunächst  unverändert 
und  nimmt  erst  nach  etwa  5  bis  10  Minuten 
dauerndem  Kochen  allmählich  eine  hell- 
blaue Farbe  an.  Bei  Gegenwart  von  Eisen 
sieht  die  Farbe  mehr  grünlich  aus. 

Auch  durch  ihr  Verhalten  gegen  Ferro- 
sulfat  lassen  sich  beide  Mineralien  unter- 
scheiden. Kalkspat  fällt  aus  einer  ziemlich 
konzentrierten  Lösung  von  Eisenvitriol  oder 
Mohrschem  Salz  nur  das  bereits  oxydierte 
Eisen  als  gelben  Niederschlag  von  Eisen- 
hydroxyd.  Aragonit  gibt  mit  der  gleichen 
Lösung  nach  kurzem  Stehen  einen  tief- 
dunkelgrünen Niederschlag  von  Eisenhydr- 
oxyduloxyd. 

Vaterit,  Strontianit,  Witherit  verhalten 
sich  wie  Aragonit,  Dolomit  und  Magnesit 
dagegen  wie  Kalkspat.  Nach  St.  Kreutz 
geben  überhaupt  alle  der  rhombischen  Reihe 
angehörigen  oder  doch  nahestehenden  Karbo- 
nate mit  Kobaltnitrat  die  gleiche  Reaktion 
wie  xVi'agonit,  während  sich  die  der  rhomboe- 
drischen  Reihe  angehörenden  Glieder  wie 
Kalkspat  verhalten. 

2b)  Reaktion  von  Thugutt.  Da 
sich  Aragonit  mit  Silbernitrat  noch  schneller 
umsetzt  als  Kalkspat,  kann  man  nach 
St.  Thugutt  beide  Mineralien  aucli  dadurch 
unterscheiden,  daß  man  das  nicht  zu  feine 
Pulver  eine  halbe  Minute  init  einer  sehr  ver- 
dünnten (7io  bis  Yjqo  normalen)  Silber- 
nitratlösung scliiittelt,  mit  Wasser  abspült, 
Kaliumbichromat  zugibt  und  wieder  mit 
Wasser  abspült.  Aragonit  ist  danach  durch 
Silberchromat  stark  rot  gefärbt,  während 
Kalkspat  bei  stark  verdünnten  Lösungen 
und  nicht  zu  langer  Einwirkung  farblos 
bleibt  oder  doch  nur  schwach  rosa  aus- 
sieht. 

Literatur.  Tf".  Meigen,  Chemische  Reaktionen 
zur  Unterscheidung  der  ErdalkaU.-Knrbonate. 
Handbuch  der  3Iineralchemie,  Iteransgegebcn  von 
C.  Doclter.  Dresden  10 IL  Bd.  i,  i'.  108.  — 
(j!.  Linck,  Geognostisch-petrographische  Be- 
schreibung des  Gra7tv)ackengebiets  von  Weiler 
bei  Weißenburg.  Dissertation.  Strcißburg  i.  E. 
1884,  S.  17.    —  «/.   Leniherg,   Zur  tnikroskojn- 


schen  Untersuchung  von  Calcit,  Dolomit  und 
Predazzii.  Zeitschr.  d.  deutschen  yeolog.  Gesell- 
schaft 39,  S.  /fSO  (1887)  u.  40,  's.  357  (1S88)  ; 
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Beitrüge  zur  Kenntnis  des  kohlensauren  Kalkes. 
Berichte  d.  naturf.  Gesellschaft  zu  Freihur g  i.  Br. 
13,  S.  40  (1902).  —  Fv.  Hinden,  Neue  Re- 
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Basel  15,  S.  201  (1903).  —  O.  Mahler,  Ueber 
das  chemische  Verhalten  von  Dolomit  und  Kalk- 
spat. Dissertation.  Freiburg  i.  Br.  1906. 
—  St.  Kreutz,  Ueber  die  Reaktion  von  BT  ei  gen. 
Tschermaks  mineralog.  u.  j)etrogr.  ßfitteilungen 
28,  S.  487  (1909).  —  St,  Thugutt.  Ueber 
chromatische  Reaktionen  auf  Calcit  und  Aragonit. 
Kosmos  (Ra dz  iszewski- Festband)  35,  S.  506 
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Dai'stellung  des  Dolomits.  Ztschr.  f.  Krist.  52, 
S.  529  (1913).  —  W.  Heeger,  Ueber  die  mikro- 
chemische Untersuchung  fem  verteilter  Karbonate 
im  Gesteinsschliff.  Zentralbl.  f.  Mineral,  usv. 
1913,  S.  44.         ' 

TF.   Meigen. 


Karbonformation. 

1.  Allgemeines.  2.  Petrographischcr  Cha- 
rakter. Gebirgsbildung.  3.  Paläontologischer 
Charakter.  4.  Allgemeine  Gliederung.  5.  Ver- 
breitung und  spezielle  Gliederung.  G.  Nutz- 
bare ]\Iineralien  und  Cxesteine. 

I.  Allgemeines.  Unter  der  Karbon- 
formation wird  die  vorletzte  Formation  des 
Paläozoikums  verstanden,  die  das  Devon 
zum  Liegenden  hat  und  deren  Hangendes 
das  Perm  bildet.  Ist  auch  die  Ansicht  der 
alten  Geologen,  die  jeder  Formation  be- 
stimmte, ihr  eigentümliche  Gesteine  zu- 
wiesen, längst  als  unhaltbar  erkannt,  so  trägt 
doch  das  Karbon  seinen  Namen  mit  Recht; 
gegenüber  seinem  Steinkohlenreichtum  spielt 
der  anderer  Formationen  eine  untergeordnete 
Rolle. 

Der  Name  findet  sich  zuerst  1808  bei 
0  mal  ins  d'Halloy  (terrain  carbonifere); 
ihm  folgte  Conybeare  1822  (carboniferous 
System).  So  alt  mithin  auch  die  Kenntnis 
des  Karbons  schon  ist,  so  hat  sich  doch  über 
seine  Abgrenzung  eine  Einstimmigkeit  bis 
heute  noch  nicht  ergeben.  Es  werden  auf 
Grund  der  nahen  petrographischen  und 
faunistischen  Verwandtschaft  des  Oberkar- 
bons mit  dem  unteren  Perm  sowohl  in 
seiner  marinen  Fazies  wie  auch  in  den  Ab- 
lagerungen    von     kontinentalem    Gharakter 


Kai'bonforinatiüii 


693 


beide  Formationen  mitunter  zusammen- 
gefaßt. Man  spricht  von  einem  Permolvar- 
bon,  und  besonders  in  Frankreich  ist  für 
beide  Formationen  dem  Vorschlag  Waagens 
zufolge  die  Bezeichnung  „periode  anthracoli- 
thique"  angenommen  worden. 

In  mehrfacher  Beziehung  beansprucht 
die  Karbonformation  besonderes  Interesse. 
Ihr  Kohlenreichtum  ist  begründet  in  einer 
außerordentlichen  Ueppigkeit  und  Mannig- 
faltigkeit der  Flora.  Zum  erstenmal  in  der 
Geschichte  der  Erde  tritt  uns  hier  ein 
reiches  Pflanzenleben  entgegen,  das  wegen  der 
Vorzüglichkeit  der  erhaltenen  Reste  ein- 
gehendere Studien  ermöghcht.  Auch  die 
überaus  reiche  Fauna  bietet  in  vielen  Einzel- 
punkten Interesse,  so  z.  B.  in  dem  massen- 
haften Auftreten  von  Protozoen  in  den 
Fusulinen- Kalken  und  dem  Nachweis 
von  Amphibien,  der  hier  zuerst  mit  Sicher- 
heit geführt  ist.  Hierzu  kommt  eine  Fülle 
von  allgemein  geologischen  Vorgängen,  die 
sich  im  Karbon  abgespielt  haben.  Gewaltige 
Gebirge  falteten  sich  damals  auf  und  im 
Zusammenhang  mit  dieser  Umgestaltung 
der  Erdrinde  stehen  Ausbrüche  von  Eruptiv- 
gesteinen in  großer  Ausdehnung  und  Masse, 
Vorgänge,  die  das  Karbon  zu  einer  der 
bewegtesten  und  an  geologischen  Ereignissen 
reichsten  Periode  stempeln. 

2.  Petrographischer  Charakter.  Ge- 
birgsbildung.  Im  Gegensatz  zu  der  voraus- 
gehenden Formation  finden  sich  im  Karbon 
mannigfaltige  Gesteinstypen.  Unter  den 
klastischen  Gesteinen  tritt  auch  hier  noch 
die  ,,Grauwacke"  auf,  oft  in  Konglomerate 
übergehend.  Weit  häufiger  finden  sich 
reinere  Sandsteine  und  Arkosen,  zu 
denen  sich  Tonschiefer  und  Schiefertone 
namentlich  im  flözführenden  Karbon  in 
reichem  Maße  gesellen.  Daneben  treten 
karbonatische  Gesteine  in  Form  von 
Mergeln  und  Kalken  in  gewaltiger  Menge 
auf  und  setzen  stellenweise  das  Karbon 
allein  bis  zu  einer  Mächtigkeit  von  4000  m 
zusammen.  Im  allgemeinen  sind  die  Ge- 
steine des  Karbons  nicht  so  sehr  meta- 
morphosierenden  Vorgängen  ausgesetzt  ge- 
wesen, wie  dies  für  die  der  älteren  Forma- 
tionen zumeist  zutrifft. 

Neben  den  sedimentären  Ablagerungen 
nehmen  die  Eruptivgesteine  wesentlichen 
Anteil  an  der  Zusammensetzung  des  Karbons. 
Die  Granite  der  deutschen  Mittelgebirge  wie  die 
Nordfrankreichs,  Englands  und  Schottlands 
und  anderer  Gebiete  sind  vorwiegend  ober- 
karbonischen  Alters;  sie  sind  zumeist  als 
Lakkolithe  aufzufassen,  deren  ursprünglich 
schützende  Decke  der  Verwitterung  anheim- 
gefallen ist,  so  daß  der  eruptive  Kern 
entblößt  ist.  In  ihrer  unmittelbaren  Nähe 
hat  sich  der  Einfluß  des  glutigen  Magmas 
in  einer  weitgehenden  Kontaktmetaniorphose 


des  Nachbargesteins  geltend  gemacht.  Als 
Beispiel  aus  deutschen  Gebirgen  sei  das 
überwiegend  aus  Granit  bestehende  Brocken- 
Massiv  angeführt.  Neben  dem  Granit  mit 
seinen  zahlreichen  Varietäten  treten  auch 
Porphyre  auf;  von  basischen  Gesteinen 
kommen  Porphyrite,  Diabase  und  Melaphyre 
vor.  In  ihrer  Verbreitung  sind  die  Eruptiv- 
gesteine im  wesentlichen  an  die  Zonen 
umfassender  gebirgsbildender  Vorgänge  ge- 
bunden. 

In  den  gewaltigen  Bewegungen  der 
Erdkruste  zur  Karbonzeit  haben  wir  nicht 
nur  die  Ursache  für  die  Ausbrüche  großer 
Magmen  zu  suchen ;  sie  bedingen  auch 
Aenderungen  in  der  Verteilung  von  Meer 
und  Festland,  so  daß  wir  in  demselben 
Gebiet  Ablagerungen  aus  der  Tiefsee  bis 
zu  festländischen  Sedimenten  aufeinander 
folgen  sehen.  Diesen  Vorgängen  ist  zum 
guten  Teil  auch  der  Kohlenreichtum  zu 
verdanken.  Wir  finden  diesen  in  Europa 
an  eine  Zone  starker  Faltung  der  Erdkruste 
gebunden,  die  Mitteleuropa  durchzieht.  Wäh- 
rend in  Nordengland,  Irland,  Schottland, 
Skandinavien  und  Rußland  ein  weites  Gebiet 
im  wesentlichen  ungestört  blieb,  so  daß  sich 
konkordant  Schicht  auf  Schicht  ablagern 
konnte,  sofern  es  überhaupt  zu  Ablagerungen 
kam,  türmte  sich  in  Mitteleuropa  ein  ge- 
waltiges Gebirge  auf,  das  zwei  nach  Süden 
offene  Bogen  bildete.  Der  westliche,  nach 
dem  Vorgang  von  E.  Sueß  ,,armorikaiiiMlici' 
Bogen"  genannt,  umfaßte  die  südwestlichen 
Teile  von  Irland  und  England,  die  Bre- 
tagne und  Normandie  und  stieß  im  fran- 
zösischen Zeiitralplateau  in  spitzem  Winkel 
mit  dem  östhchen,  ,,variscischen  Bogen" 
zusammen,  der  sich  vom  Zentralplateau 
über  den  Wasgau,  das  Rheinische  Schiefer- 
gebirge, den  Harz  und  das  P>zgebirge  bis 
zu  den  Sudeten  erstreckte.  Die  Verbreitung 
dieser,  der  sogenannten  ,, karbonischen  Fal- 
tung" erläutert  das  beigegebene  Kärtchen, 
das  auch  besonders  den  durch  die  Faltung 
bedingten  Zusammenhang  der  europäischen 
Mittelgebirge  und  die  Verl3reitung  der  Stein- 
kohlenfelder verdeutlicht  (Fig.  1).  Die  Dauer 
der  Faltung  war  keineswegs  überall  gleich; 
schon  im  Devon  machten  sich  Anzeichen 
beginnender  tektonischer  Bewegungen  be- 
merkbar, aber  zu  einer  lebhaften  Tätigkeit 
kam  es  erst  etwa  in  der  Mitte  des  Ober- 
karbons. Während  der  Beginn  gleichzeitig 
gewesen  zu  sein  scheint,  war  die  Intensität 
und  das  Ende  der  Faltung  verschieden.  In 
Schlesien  und  im  Saargebiet  z.  B.  war  sie 
vor  Beginn  der  Ablagerungen  des  (3ber- 
karbons  im  wesentlichen  beendet,  während 
am  Nordrand  des  Rheinischen  Schiefer- 
gebirges noch  die  oberkarbonischen  Se- 
dimente mitgefaltet  wurden. 

Auch  außerhalb  des  genannten  Gebietes 


694 


Kaii)()nformation 


fanden  in  Spanien  nnd  Nordafrika,  in  den 
Alpen  und  dem  Ballcan  Faltunp:en  statt; 
jedoch  hat  Roradc  in  diesen  Gebieten  die 
tertiäre  Faltung  die  karbonische  zum  größten 
Teil  überdeckt,  so  daß  die  Zusammenhänge 
minder  deutlich  sind. 

Ganz  analog  l^^iiropa  findet  sich  in  Zentral- 
asien zwischen  dem  weiten  sibirischen  Flach- 


tung  und  zur  Hauptentwicklung  gelangt. 
Mit  dem  nachfolgenden  Perm  zeigen  viele 
Gruppen  enge  Gemeinschaft,  was  als  Grund 
für  eine  Zusammenfassung  beider  Forma- 
tionen angeführt  worden  ist. 

Unter  den  Protozoen  gewinnen  die  Fo- 
raminiferen  zum  erstenmal  in  der  Ge- 
schichte   der    Lebewesen    durch    eine    Fülle 


Karbonischo  (»ehi  rcjsfaltumjen 
im  wsliichen  Miltdeui'opa. 

^^taite  NnrA  Dor/i/Lndene  Gfiü^s- 
r/'/jn///:-  und  lf/^pcn  St/KicJu-ft. 
^■■a»     SU'inkohlrrj'npkomme/!  im 
lii'reich  der  Fal/iin//rji 


Fig.  1.     Karbonische  Faltung  in  Mitteleuropa.     Nach  Kayser  Lehrbuch  der  Geologie  IL 


land  und  der  tertiären  Faltungszone  des 
Himalaja  ein  Band,  das  von  Faltungen 
karbonischen  Alters  betroffen  wurde.  In 
Amerika  macht  sich  der  Einfluß  karbo- 
nischer Störungen  in  der  Auffaltung  der 
Appalachen  und  einer  größeren  Meeres- 
bedeckung vom  mittleren  Oberkarbon  ab 
geltend. 

In  ähnlicher  gewaltiger  Ausdehnung 
haben  sich  später  nur  noch  im  Tertiär 
gebirgsbildende  Vorgänge  wiederholt;  wenn 
heute  die  karbonisehen  Gebirge  weniger 
sinnfäUig  vor  Augen  treten,  so  liegt  das 
an  der  großen  Abtragung,  der  sie  im  Laufe 
der  auf  ihre  Bildung  folgenden  Zeiträume 
unterworfen  waren. 

3.  Paläontologischer  Charakter.  Die 
Fauna  des  Karbons  steht  in  engem  Zu- 
sammenhange mit  der  des  Devons.  Die 
hervorstechenden  Unterschiede  beziehen  sich 
kaum  auf  das  Auftreten  von  neuen  Tier- 
klassen, ja  selbst  die  Gattungen  bleiben  vor- 
wiegend dieselben,  wenn  sich  auch  erheb- 
liche Aenderungen  in  dem  Mengenverhältnis 
der  vorkommenden  Gruppen  bemerkbar 
machen.  So  lassen  manche,  die  für  tias  vor- 
ausgehende Paläozoikum  die  bezeichnendsten 
Vertreter  gestellt  hatten,  deutlich  die  Merk- 
male des  Niederganges  erkennen,  während 
ein  anderer  Teil  erst  hier  zu  hoher  Bedeu- 


großer  Arten  bestimmenden  Einfluß  auf  die 
Zusammensetzung  der  Fauna.  Die  Fu- 
sulinenkalke  des  Oberkarbons  werden  fast 
vollständig  von  ihnen  aufgebaut;  nur  im 
Tertiär  haljen  wir  in  den  Nummulitenkalken 


Karbonf  ormatio  1 1 


695 


ein  Analogon  für  diese  Bildungen.  Es  sind 
vor  allem  die  vielkammerigen  ;Vrten  der 
Gattungen  Fusulina  (Fjg.  2),  Schwage- 
rina u.  a.,  neben  denen  jedoch  auch  einfach 
gebaute  Formen  aus  den  Familien  der 
Lageniden  und  Textularien  vorkommen. 
Sämtliche  gehören  zu  der  Abteilung  der 
Perforata,  sind  also  mit  poröser  Schale 
zum  Austritt  des  Plasmas  versehen. 

Daneben  treten  Radiolarien  als  meist 
allein  erhaltene  Reste  in  Kieselschiefern 
des  Kulms  auf.  Sie  sind  hier  wie  stets  an 
Ablagerungen  aus  tieferem  Meer  gebunden. 

Die  Spongien  sind  zwar  sehr  spärlich 
vorhanden,  doch  hat  Hinde  im  irischen 
Kohlenkalk  Vertreter  aller  wichtigeren  Ord- 
nungen nachgewiesen,  so  von  Kieselschwäm- 
nien  Axinella,  Doryderma,  Asteracti- 
nella,  von  Kalkschwämmen  Peronidella. 

Von  Korallen  sind  ebenso  wie  in  den 
beiden  vorausgehenden  Formationen  nur 
T  e  t  r  a  c  0  r  al  1  i  e  r  und  T  a  b  u  1  a  t  e  n  vorhanden. 
Ihnen  kommt  insofern  Bedeutung  zu,  als 
man  sie  namentlich  in  England  als  Leit- 
fossilien herangezogen  hat.  Von  den  Te- 
tracoralliern  finden  sich  Vertreter  in  den 
Gattungen:  Cyathaxonia,  Zaphrentis 
(Fig.  3),  Amplexus,  Menophyllum, 
Cyathophyllum,  Lithostrotion,  Lons- 
daleia.  Von  Tabulaten  sind  Favosites 
und  Alveolites  selten  geworden  bezw. 
ganz  verschwunden;  an  ihrer  Stelle  weisen 
Michelinia,  Chaetetes,  Syringopora, 
Cladochonus  und  Palaeacis  weitere 
Verbreitung  auf. 


FiK.  3. 


Zapluentis    coruu   copiae    E.-H. 
Ansieht  von  oben. 


crinus.  Auf  das  Karbon  beschränkt  sind 
nur  die  Gattung  AUagecrinus  sowie  einige 
Untergattungen  von  Poteriocrinus  (Fig.  4). 


Fit 


4.      Poteriocrinus    (Scaphiocrinus) 
m  u  1 1  i  p  1  e  X  Trantsfh. 


Im  übrigen  kommt  eine  Menge  schöner 
Formen  der  folgenden  Gattungen  vor: 
Symbathocrinus,  Poteriocrinus,  Lo- 
phocrinus,  Stemmatocrinus,  Platy- 
crinus,  Actinocrinus,    Taxocrinus. 

Von  den  nächsten  Verwandten  der  Cri- 
noiden  sterben  die  Cystoideen  mit  der 
Gattung  Agelacrinites  im  Kohlenkalk  aus, 
während  die  Blas  toideen  erst  hier  zu  reicher 
Blüte  gelangen,  um  freilich  im  Perm  ebenfalls 
vollständig  zu  erlöschen.  Neben  der  wich- 
tigsten Gattung  Pentremites  (Fig.  5)  sind 


Die  Hydrozoen  besitzen  wie  im  Devon, 
so  auch  im  Karbon  Vertreter  in  den 
Strom  atoporiden. 

Den  Höhepunkt  ihrer  Entwicklung  er- 
reicht im  Karbon  eine  Klasse  der  Echino- 
dermen,  die  Crinoiden.  Wie  im  übrigen 
Paläozoikum  finden  sieh  auch  hier  nur 
Inarticulaten.  Eine  Reihe  bekannter 
Formen  des  Devons  sind  verschwunden,  so 
Haplocrinus,    Cupressocrinus,    Melo- 


Pentreraites    snlcatus    F.    Roem. 


()96 


Ka.rl)onforni;ition 


noch  erwähnenswert:   Codaster,  Oropho-i 
crinus,  Mesoblastus,  Granatocrinus. 

Die  noch  übrigen  Gruppen  der  Kchino- 
dermen  spielen  eine  geringe  Rolle.  Die 
Ophiuriden  besitzen  im  Unterkarbon  Nord- 
amerikas und  Rußlands  in  Onychaster 
einen  Vertreter,  von  den  Asteriden  ist 
ebenfalls  nur  eine  Gattung,  Archasterias, 
bekannt.  Die  Echiniden  sind  mir  durch 
Gattungen  der  Palechiniden  vertreten, 
einer  Gruppe,  in  der  die  konstante  Zahl 
von  20  Täfeichenreihen  noch  nicht  auftritt. 
Es  gehört  hierher  Palaechinus,  Melo- 
nites,  Archaeocidaris.  Als  Reste  von 
Holothurien  werden  im  Kohlenkalk  P]ng- 
lands  vorkommende  vereinzelte  Kalkkörper- 
chen  gedeutet. 

Aus  dem  Reich  der  Würmer  sind  neben 
Kriechsjjuren  nur  schalentragende  Anneliden 
(Spirorbis)  bekannt. 

Von  Bryozoen  sind  bereits  einige  Gat- 
tungen der  erst  im  Perm  zur  Hauptverbrei- 
tung gelangenden  Fenestelliden  (Fenes- 
tella,  Archimedipora)  und  Acantho- 
cladien  (Syncladia,  Goniocladia)  ver- 
treten. 

Die  Brachiopoden  haben  an  Zahl  der 
Individuen  wohl  wenig  eingebüßt,  doch  ist 
der  Formenreichtum  der  vorausgehenden 
Perioden  durch  das  Verschwinden  zahlreicher 
Gattungen  erheblich  gemindert.  Auch  hier 
macht  sich  schon  deutlich  die  Tendenz  nach 
Abnahme  der  für  das  Paläozoikum  charak- 
teristischen Fauna  geltend.  Von  den  bereits 
bei  Beginn  des  Karbons  erloschenen  Gat- 
tungen seien  nur  erwähnt:  Stropheodonta, 
Tropidoleptus.  Productella,  Atrypa, 
Uncites,  Retzia,  Merista,  Pentamerus, 
Stringocephalus,  Rensselaeria.  Von 
Inarticulaten  besitzen  die  nahezu  gleich- 
mäßig durch  alle  Formationen  durchgehenden 
Disciniden,  Craniiden  und  Linguliden 
auch  im  Karbon  ihre  Vertreter.  Von  den 
Articulaten  fehlen  nicht  die  Rhyncho- 
nelliden  (Liorhynchus,  Rhynchopora) 
und  Terebratuliden  (hier  zuerst  die  echte 
Terebratula).  Die  beherrschende  Rolle  ist 
jedoch  den  Spiriferideii  und  Productiden 
zuzuweisen.  Jene  besitzen  in  verschiedenen 
Gattungen  wichtige  Vertreter:  Cyrtina, 
Syringothyris,  Spiriferina.  Spirifer 
striatus  'Fig.6j,  tornacensis  u.a.  ausdem 


Kohlenkalk,  fasciger,  mosc|uensis  u.  a. 
aus  dem  Fusulinenkalk).  Noch  wichtiger 
freilich  wegen  der  Fülle  der  Formen  und  der 
weltweiten  Verbreitung  selbst  einzelner  Arten 
ist  die  Gattung  Productus  (semire- 
ticulatus,    giganteus   (Fig.    7),    corru- 


Fig.  7.     Productus  giganteus  Sow. 

gatus);  von  verwandten  Gattungen  ist  zu 
nennen:  Chonetes,  Aulosteges  und  Aula- 
corhynchus.  Die  Strophomeniden  sind 
durch"  Leptaena,  Orthothetes,  Derbyia, 
Streptorhynchus  und  Meekella  ver- 
treten, von  denen  die  drei  letzten  im  Karbon 
erst  neu  hinzukommen.  Die  Orthiden 
liefern  u.  a.  als  neue  Gattung  En  tele  s  (Fig.  8). 
Zu  nennen  sind  schließlich  noch:  Camaro - 
phoria  (als  Verwandte  des  ausgestorbenen 
Pentamerus)  und  Spirigera  (=  Athyris). 
Von  besonderer  Bedeutung  ist,  daß  im 
Oberkarbon  einige  der  genannten  Arten  neu 
auftreten  und  bezeichnende  Formen  ab- 
geben, wie  Enteles  (Fig.  8),  Meekella, 
Aulosteges. 


Fig.  6.      S  p  i  r i  f  c  r  striatus  Suw. 


Die  Lamellibranchiaten  zeigen  hier 
wie  meist  einen  großen  Formenreichtum, 
jedoch  kommt  selten  einer  Form  strati- 
graphische  Bedeutung  zu.    Von  den  Avicu- 


Karboiiformatioii 


C97 


liden  gewinnen  neben  Avicula  selbst 
Posidononiya  (wichtige  Form  P.  Becheri 
Fig.  9)  und  Aviculopecten  (Untergattung 
Crenipecten)  sowie  Myalina  Bedeu- 
tung. Als  Vorläufer  von  Pecten  treten 
Streplopteria  und  Chlamys  neu  auf, 
von  den  Pinniden   Aviculopinna.     Von 


rotinus,  Pliiloxene  und  Euompha- 
lus  s.  Str.  Dazu  kommen  in  großer  Menge 
Pleurotomaria,  Murchisonia,  Turbo, 
Trochus,  Macrochilina,  Loxonema, 
Naticopsis.  Auch  die  Capuliden  sind 
durch  Orthonychia,  Pileopsis,  Platy- 
ceras  reich  vertreten.  Von  Bedeutung  ist 
noch,   daß   Fissurella   und    Emarginula 


Fig.  9.     Posidonomya  Becheri  Bronn. 


Taxodonten  finden  sich  auch  hier  Ver- 
treter der  langlebigen  Genera:  Cteno- 
donta,  Nucula,  Leda;  Macrodon  er- 
reicht im  Kohlenkalk  den  Höhepunkt 
seiner  Entwickelung,  Carbon arca  bildet 
den  Vorläufer  der  Arciden.  Von  anderen 
Familien  sind  zu  nennen:  Pleurophorus, 
Modiola,  Myophoria,  Cardiomorpha, 
Conocardium;  neu  treten  noch  auf  Myo- 
concha  und  Allorisma  und  auf  das 
Karbon  ganz  beschränkt  bleiben  Proto- 
schizodus,  vSanguinolites;  einige  ver- 
schwinden während  des  Karbons,  z.  T.  nach- 
dem sie  die  Faunenzusammensetzung  wesent- 
lich bestimmt  haben:  Edmondia,  Clino- 
pistha,  Cypricardella,  Cypricardinia, 
Goniophora.  Eine  wichtige  Rolle  spielen 
schließlich  einige,  zumeist  als  Süßwasser- 
forraen  betrachtete  Genera,  deren  Vorläufer 
echte  Meeres-  bezw.  Brackwassertiere  ge- 
wesen sein  sollen;  sie  treten  im  Oberkarbon 
in  den  Schichten  zwischen  den  Kohlen- 
flözen oft  massenhaft  auf:  Carbonicola, 
Anthracomya,  Najadites. 

Die  Scaphopoden  besitzen  in  Denta- 
lium  auch  im  Karbon  Vertreter;  die 
Placop hören  erlangen  hier  eine  verhältnis- 
mäßige Formenfülle:  Gryphochiton, 
Rhombichiton,  Pterochiton  u.  a. 

Die  Gastro poden  entwickeln  in  einer 
Reihe  von  Gattungen  im  Karbon  einen  be- 
trächtlichen Formenreichtum.  Zu  nennen 
ist  zunächst  Porcellia  und  Bellerophon 
mit  seinen  Untergattungen  Cyrtolites  und 
Euphemus,  M'ährend  die  weitmündigen 
Formen  wie  Salpingostoma  und  Trema- 
tonotus  bereits  erloschen  sind;  ferner  die 
Familie  der  Euomphaliden,  mit  Strapa- 
rollus  (Fig.  10),  Platyschisma,  Phane- 


Fig.    10.     Euomphalus    (S  1 1  ,i  p  a  r  o  11  us) 
Dionvsii   Bronn. 


hier  zuerst  erscheinen  und  daß  in  der  Gat- 
tung Actaeonia  die  ersten  Vertreter  der 
Opisthobranchier  auftreten.  Schließlich 
kommen  im  Karbon  die  ersten  Lungen- 
schnecken auf,  von  denen  Palaeorbis  als 
Verwandte  der  Limnaeen,  Dendropupa 
und  Anthracojjupa  als  Vorläufer  der 
Gattung  Pupa  aufzufassen  sind. 

Bemerkenswert  ist  endlich,  daß  die  im 
älteren  Paläozoikum  bisweilen  massenhaft 
erscheinenden  Conularien  und  Tenta- 
culiten  nebst  ihren  Verwandten  im  Karbon 
bedeutungslos  geworden  sind. 

Die  noch  zu  besprechende  Gruppe  der 
Mollusken,  die  Cephalopoden,  besitzen 
wie  auch  früher  den  Charakter  von  Leit- 
und  Zonenfossilien.  Die  Nautiloideen, 
die  besonders  im  Silur  zu  großer  Fornienfülle 
gelangt  waren,  haben  nicht  mehr  diese  Be- 
deutung. Immerhin  sind  sie  noch  reichlich  in 
den  Gattungen  Orthoceras  s.  str.  (scalare 
(Fig.  11)  im  Kulm),  Cyrtoceras,  Gompho- 
ceras  vertreten.  Mehr  als  in  den  vorher- 
gehenden Formationen  tritt  Nautilus  selbst 
in  den  Vordergrund,  sowohl  in  einigen  ver- 
wandten Gattungen  wie  Gyroceras,  als 
besonders  in  den  eigenen  Untergattungen. 
Darunter  treten  die  Formen  mit  Spiral- 
kanten und  mit  durchbohrtem  Zentrum 
(Nautili  imperfecti)  hervor,  wie  z.  B. 
Temnochilus  und  Trematodiscus. 

Von  den  x\mmonoideen  besaßen  noch 
im  Devon  asellate  Goniatiten  die 
führende  Rolle;  an  ihrer  Stelle  treten 
latisellate  Formen  mehr  hervor;  Hand 
in  Hand  damit  geht  ein  Bestreben  zu 
mannigfaltigerer  Ausgestaltung  der  Sutur. 
Von  den  Aphyllitinen  geht  nur  Bac- 
trites    ins    Unterkarbon    hinauf,    während 


698 


Karl  lonfoimation 


die  Chiloceraten  in  Brancoceras  (Br.  Arten  Bedeutung,  von  denen  mir  Pr.  mixo- 
rotatoriura  Kon.)  Vertreter  besitzen.  Erst  lobus  (Fig.  13)  aus  dem  Kulm  erwähnt  sei. 
im     Unterlvarbon     erscheinen    echte     Pro-  Als  Vorläufer  der  Ceratiten  hat  man  das 

in    Nordameriiva    auftretende    Genus    Pro- 
dromites  gedeutet. 

Von  den  Arthropoden  bieten  zunächst 
die  Crustaceen  einiges  Bemerkenswerte.  Der 
Kohlenkalk  birgt  lokal  zahllose  Ostracoden- 
Schälchen,  die  sich  um  die  Gattung 
Cypridina  gruppieren;  die  älteste  Süß- 
wasserform (Palaeocypris)  findet  sich  im 
Oberkarbon  von  St.  Etienne.  Zu  den 
Phyllopoden  gehört  die  Gattung  Leaia. 
Die  reiche  Entwickelung,  die  die  Trilobiten 
im  Silur,  weniger  im  Devon  aufzuweisen 
hatten,  findet  im  Karbon  ihr  Ende:  Phacops 
stirbt  bereits  im  ältesten  Karbon  aus;  im 
übrigen  vertreten  nur  noch  Phillipsia 
(Fig.  14)  und  Griffithides  diese  für  das 
Paläozoikum    charakteristische    Tiergruppe. 


Fig.  11.     0  r  t  h  Ol' e  ra  s  scalare  Goldf. 

lecaniten  (Pr.  Henslowi  Sow.).  Wichtige 
Formen  liefert  das  Genus  Glyph iocer as 
(im  Unterkarbon:  Gl.  sphaericum  (Fig.  12), 


F 

g.  14. 

Fig.  15 

Fig. 

14. 

PhiU 

ipsi 

a    d  e  r  b  \ 

ensis 

de 

Kon. 

Fig. 

15. 

Anthi 

apa 
und 

1  a  e  m  0  n 
Woithen. 

gracil 

is 

Meek 

Fig.    12. 


G 1  y  p  h  i  0  f  e  r  a  s   s  p  h  a  e  r  i  c  ii  m 
Haan. 


de 


Fig.  13.     Pronoritcs   iiii  xol  nbu  s  Phill. 


crenistria,  im  Oberkarbon:  diadema), 
sowie  die  verwandten  Gattungen  Gas- 
trioceras  (G.  Listeri)  und  Pericyclus. 
Ferner    besitzt    Pronorites    in    mehreren 


Von  den  übrigen  Crustaceen  sind  nur 
vereinzelt  Reste  bekannt;  so  von  Phylio- 
cariden,  die  bereits  im  Silur  auftretende 
Gattung  Ceratiocaris;  von  den  Süßwasser- 
bewohnenden Sync  ariden  Palaeocaris 
(Amerika),  Gasocaris  (Böhmen)  und  Prae- 
anaspides  (England).  Zu  den  Schizopoden 
werden  Carangopsis,  Pygocephalus  und 
Anthrapalaemon(Fig.  15)  gestellt.  Formen, 
die  in  England,  Schottland  oder  Nordamerika 
gefunden  worden  sind.  Die  Isopoden  sind 
durch  Arthropleura  vertreten,  während  die 
Zurechnung  des  Bostrichopus  zu  den 
Amphipoden  zweifelhaft  bleibt;  zu  den 
Krabben  soll   Brachypyge  gehören. 

Erwähnt  werden  muß  auch  das  Vor- 
kommen von  Xiphosuren  aus  den  Gat- 
tungen Belinurus,  Prestwichia  und 
Protolimulus. 

Auch  die  zweite  große  Gruppe  der 
Gliedertiere,  die  Tracheaten,  sind  uns  aus 
dem  Karbon  in  größerer  Zahl  bekannt; 
ihre  Erklärung  findet  diese  Tatsache  in  der 
Bildung  größerer  Süßwasserablagerungen, 
die  günstige  Erhaltungsbedingungen  boten. 


Karbonformation 


699 


Zu  den  Myriopoden  gehören  u.  a.  Palaeo- 
campa,  Euphoberia,  iVnthracojulus; 
zu  den  Arachnoideen:  Eoscorpius, 
Eophrynus,  Anthracomartus  u.  a.  Von 
den  zahlreichen  Insektengattungen  seien 
nur  erwähnt:  Titanophasma,  Poli- 
optenus,  Lithomantis,  Propteticus  und 
Phylloblatta. 

Wie  in  den  voraufgehenden  Formationen 
liefern  auch  noch  im  Karbon  die  Fische 
die  meisten  Wirbeltierreste.  Die  Placo- 
dermen  mit  ihrem  gepanzerten  Haut- 
skelett, die  im  Silur  und  Devon  eine  reiche 
Entwickelung  erfahren  hatten,  sind  ausge- 
storben. Die  meisten  Formen  weisen  die 
Elasmobranchier  auf.  So  erscheinen  die 
Plenracanthiden  gleich  mit  mehreren 
Gattungen  (Pleuracanthus,  Anodonta- 
cauthus,  Chondrenchelys),  von  denen 
sich  allerdings  einige  nur  auf  isolierte  Zähne 
oder  Stacheln  gründen.  Seit  dem  Oberdevon 
sind  die  Cladodontiden  mit  heterocerker 
Schwanzflosse  bekannt;  neben  der  Haupt- 
gattung sind  auch  hier  auf  einzelne 
Skelettelemente  Untergattungen  aufgestellt 
worden.  Die  Acanthodier  mit  stachelbe- 
wehrter Brustflosse  sind 
im  Karbon  Schottlands 
und  Böhmens  gefunden 
worden.  Eine  reiche  Ent- 
wickelung erfuhren  die 
eigentlichen  Selachier; 
allerdings  gründen  sich 
auch  hier  zahlreiche  Genera 
lediglich  auf  Zähne  und 
Flossenstacheln,  besonders 
in  der  als  Ichthyodory- 
lithen  (Fig.  16)  zusammen- 
gefaßten Gruppe,  wie  auch 
bei  den  Hybodontiden 
(Orodus),  Edestiden, 
Cochliodontiden  und 
Petalodontiden  (Peta- 
lodus).  Unter  den  mit 
Lungen  ausgestatteten 
Dipnoern  werden  die  im 
Devon  bekannten  Dipte- 
riden  von  den  Cteno- 
dontiden  abgelöst.  In 
absteigender  Entwickelung 
befinden  sich  die  Gros- 
soj2leryg^ier,  von  denen 
die  Familie  der  Rhizo- 
dontiden  (Rhizodus, 
Strepsodus)  die  Vorherr- 
schaft behauptet.  Schließ- 
lich gewinnen  die  bereits  im  Devon  vor- 
handenen heterocerken  Ganoiden  wach- 
sende Bedeutung  (Elonichthys,  Acro- 
lepis,Eurylepis,Eurynotus,Cheirodus, 
Platysomus),  deren  Hauptentwickelung 
in  Deutschland  in  die  Zeit  des  Kupfer- 
schiefers zu  fallen  scheint. 


Ganz  besondere  Beachtung  verdienen  die 
im  Karbon  zuerst  und  zwar  gleich  in  erheb- 
licher Zahl  auftretenden  Amphibien.  Alle 
gehören  der  primitiven  Ordnung  der  Stego- 
cephalen,  den  sogenannten  Panzerlurchen 
an.  Im  Aussehen  krokodilähnlich  bieten  sie 
durch  manchen  primitiven  Charakter  ihres 
Skeletts,  wie  z.  B.  das  Vorhandensein  von 
Chordaresten  und  amphicölen  Wirbeln, 
besonderes  Interesse  in  entwickelungsge- 
schichtlicher  Beziehung.  Viele  erscheinen 
zuerst  in  der  Nürschaner  Gaskohle  Böhmens, 
deren  Zurechnung  zum  Karbon  von  vielen 
Forschern  bestritten  wird.  Läßt  man  diese 
außer  acht,  so  bleibt  dennoch  eine  Reihe 
von  für  das  Karbon  wichtigen  Gattungen 
übrig:  Micrerpeton,  Hylonomus,  Odon- 
terpeton,  Urocordylus,  Keraterpeton, 
Lepterpeton(Fig.  17),Dolichosoma,  An- 


7! 


Fig.     16.        I  c  h  - 
1  thyodoryli  th 
(Gyracanthus 
obliquus  M'Coy). 


Fig.  17.     Lepterpeton  Dobbsii  Huxl. 

thracosaurus,  Loxommau.  a.  m.  Schon 
im  Oberdevon  sind  Fußspuren  bekannt,  die 
wohl  von  Stegocephalen  herrühren;  die 
ersten  sicher  hierher  zu  rechnenden  Reste 
gehören  jedoch  dem  Karbon  an.    Die  Stego- 


roo 


Karbonforination 


ceplialen  sind  charakteristische  Bewohner 
des  süßen  und  brackisclieii  Wassers  und  des 
Festlandes  im  späteren  Paläzoikuni.  Neben 
sehr  zierliclien  Formen  liefern  sie  auch  die 
orößten  bekannten  Amphibien.  Keste  kleinerer 
Formen  finden  sich  vorzugsweise  in  fossilen 
Hölzern,  woraus  zu  schließen  ist,  daß  die 
Tiere  gern  in  hohlen  Baumstämmen  gehaust 
haben. 

Im  obersten  Karbon  treten  auch  die 
ersten  Reptilien  auf.  Immerhin  ist  das 
Alter  dieser  zu  den  Theromorphen  ge- 
hörenden Reste,  sei  es  wegen  der  Unsicherheit 
in  der  Horizontierung  der  einschließenden 
Ablagerungen,  sei  es  wegen  der  unvoll- 
ständigen Erhaltung,  doch  noch  wenig  ge- 
sichert. Zu  den  Co  tylo  säur  lern  wird 
die  in  Nordamerika  vorkommende  (lattung 
Diadectes  gerechnet,  zu  den  Pelyco- 
sauriern  Naosaurus  aus  der  Grenz- 
schicht von  Kounova  in  Böhmen.  Der 
Beginn  einer  reicheren  Entwickelung  der 
Reptilien   fällt   in    die    nächste    Formation. 

Eine  der  Fauna  gegenüber  vergleichs- 
weise ungleich  hohe  Bedeutung  gewinnt  die 
Flora  des  Karbons.  Während  in  den  voraus- 
gegangenen Formationen  sich  nur  gelegent- 
lich Andeutungen  einer  reicheren  Vegetation 
zu  erkennen  gaben,  tritt  jetzt  erst  be- 
günstigt durch  die  große  Ausdehnung  kon- 
tinentaler Fazies  ein  üppiges  Pflanzenleben 
auf,  das  gut  erhaltene  Reste  liefern  konnte. 
Aus  dieser  Tatsache  darf  nicht  der  Schluß 
gezogen  werden,  daß  die  Pflanzen  sich  erst 
viel  später  als  die  Tiere  entwickelt  hätten; 
mit  Gothan  (vgl.  den  Artikel  ,,Paläo- 
botanik")  müssen  wir  vielmehr  annehmen, 
daß  ihre  Entwickelung  der  der  Tiere  stetig 
vorausging;  zumeist  die  Ungunst  der  Ab- 
lagerungsverhältnisse setzt  uns  außerstande, 
von  der  Vegetation  des  älteren  Paläozoikums 
eine  klare  Vorstellung  zu  gewinnen. 

Die  Algen  besitzen  im  Karbon  einige 
Vertreter,  die  einen  wesentlichen  Bestandteil 
der  Bogheadkohle  bilden;  hierher  sind 
Reinschia  und  Pila  zu  rechnen,  Formen, 
die  den  lebenden  Chloro[)hyceen  luihe- 
stehen. 

Pilze  hat  z.  B.  Oliver  aus  Steinkohlen- 
hölzern beschrieben,  in  denen  noch  die 
Reste  der  Hyphen  erkennbar  waren. 

Moose  sind  sehr  unsicher  bekannt; 
Reste  von  Lebermoose]i  sollen  im  Unter- 
karbon vorkommeJi,  doch  bleibt  ihre  Deutung 
mehr  oder  weniger  zweifelhal't. 

Neben  diesen  hinsichtlich  der  \'erbroitung 
bedeutungslosen  Gruppen  schwellen  die  l^'arne 
(im  weitesten  Sinne)  zu  erheblicher  .Menge 
und  Manniglaltigkeit  an.  Ihre  Systematik 
harrt  noch  der  völligen  Aufklärung.  Hier 
sei  nur  erwähnt,  daß  die  ursprünglich  von 
Brongniart  unter  dem  Namen  ,,Filices" 


verstandene  Gruppe  fossiler  Pflanzen  in 
zwei  Abteilungen  zerlegt  wird:  die  stets 
,, sterilen  Farnreste"  (Cycadofilices  und 
Pteridospermeji)  stehen  den  Gymno- 
spermen nahe,  während  heute  unter  den 
eigentlichen  Filices  die  als  ,,fertile"  Reste 
bekannten  Formen  zusammengefaßt  werden. 
(Näheres  vgl.  den  Artikel  ,,Paläobotanik".) 
Hier  sind  zunächst  unabhängig  von  ihrer 
Zurechnung  zu  dieser  oder  jener  Abteilung, 
also  nach  dem  alten  System,  die  wichtigsten 
Typen  angeführt : 

I.  Archaeopteriden  mit  ziemlich  gro- 
ßen, am  Grunde  verschmälerten  Fiederchen 
letzter  Ordnung;  diese  mit  fächerförmiger 
Nervatur :  S p h e n o p ter i d in m , Ad i an ti te s 
Rhacopteris  n.  a.  Diese  Gruppe  geht 
nicht  über  das  tiefste   Oberkarbon    hinauf. 

II.  Sphenopteriden  (kleine  rundliche 
ovale  bis  keilförmige,  am  Grunde  ver- 
schmälerte Fiederchen  mit  deutlicher  Mittel- 
ader): Sphenopteris  (Fig.  18),  Alloi- 
opteris,  Rhodea,  Palmatopteris,  Di- 
plotmema,  Mariopteris. 


Fig.     18.       Sphenop- 
teris   Bäumlci'i    Aii- 
dreae. 


III.  Pecopteriden  (breit  ansitzende, 
fiedrig,  maschig  oder  fächerförmig  geäderte 
Fiederchen):  P'ecopteris,  Alethopteris, 
Odontopteris,Callipteridium,  Loncho- 
pteris  (Fig.  19).  Diese  Gruppe  besitzt  be- 
reits eine  reiche  Entwickelung  im  mittleren 
Oberkarbon;  im  oberen  erlangt  sie  ihre 
Hauptblüte. 


Fig.  l'J.     i.onclioptoris  riigosa  Brgt. 


Iva  rbonf  ormation 


701 


IV.  Neuropteriden  (zungenförmige, 
nur  mit  einem  kleinen  Stück  ansitzende 
Fiederchen):  Nenropteris  (Fig.  20)  mit 
fiedriger  Aderung  und  Linopteris  mit 
Masclienadernng. 

Daneben  liat  man  für  die  mit  Sporangien 
bekannten  echten  Farne  besondere  Gattungen 
aufgestellt,  von  denen  sich  ein  Teil  mit 
einigen  der  oben  angeführten  deckt;  man 
unterscheidet:  Renanltia  (z.  T.  =  Spheno- 
pteris),  Dactylotheca,  Sphyropteris, 
Discopteris  (Fig.  21),   Um  a  t  o  p  ter  i  s. 


Fig.  20.    Nenropteris  Schlehani  Stur. 

Crossotheca  (z.T.  =  Sphenopteris),x\stero- 
theca  (z.  T.  =  Pecopteris),  Zygopteris, 
Corynepteris,  Calymmotheca  (z.  T. 
=  Sphenopteris),    Zeilleria  u.  a.  m. 

Inwieweit  die  für  fertile  und  sterile 
,, Farne"  aufgestellten  Namen  sich  gegen- 
seitig decken,  wird  erst  nach  glücklichen 
Funden  erkannt  werden  können. 

An  die  Farne  schließt  sich  die  Klasse  der 
Sphenophyllaceen  an,  ganz  überwiegend 
von  Arten  der  Gattung  Sphenophyllum 
zusammengesetzt.  Es  handelt  sich  um 
krautige  Gewächse,  die  teils  für  Land-, 
teils  für  Wasserpflanzen  gehalten  werden. 
Ihre  Hauptverbreitung  liegt  im  produktiven 
Karbon ;  zu  ihnen  gehören  mehrere  wichtige 
Leitpflanzen  (z.  B.  Sphenophyllum 
tenerrimum  Fig.  22). 

Den  Pteridophyten  sind  ferner  die  paläo- 
zoischen Vorläufer  der  Schachtelhalme, 
dieCalamariaceen  zuzurechnen. Durch  ihre 


Fig.  21    a  Discopteris  Karwinensis  Stur, 
b  Discopteris  Schümanni  Stur. 


baumartige  Größe  in  Verbindung  mit  sekun- 
därem Dickenwachstum  sind  sie  von  den 
lebenden  Equisetaceen  unterschieden.  Fossil 
sind  meist  nur  Einzelteile  erhalten,  die 
mit  verschiedenen  Namen  bezeichnet  sind. 
So  stellen  die  sogenannten  Calamiten  Stein- 
kerne hohler  Stämme  dar,  deren  Längs- 
riefen von  der  Markkrone  herrühren. 
Der  bisweilen  vorhandene  Kohlebelag  ist 
als  Rest  des  Holzkörpers  zu  deuten.  Nach 
Weiß  unterscheidet  man  Stylocalamites 
mit  spärlicher  Verzweigung  und  fehlendenAst- 
narben  (Calamites  Suckowi  sehr  häufig). 
Zu  der  Gruppe  mit  regelmäßig  angeordneten 
Astnarben  sind  zu  rechnen:  Calamophyl- 
lites  u.  a.  m.  Regebecht  versteinerte 
Stämme  sind  als  Arthropitys  und  Cala- 
modendron  bekannt.  Auch  die  Blätter 
haben  Anlaß  zu  einer  besonderen  Nomen- 
klatur gegeben;  hierher  gehören  die  als 
Asterophyllites  und  Annularia  be- 
schriebenen Reste,  kleine  gegliederte  Zweige 
mit  cpiirlartig  angeordneten  Blättern.  Schließ- 
lich sind  isolierte  Blüten  als  Calamo- 
stachys,  Palaeostachya  u.  a.  m.  be- 
schrieben worden. 

Im  Kulm  spielt  Asterocalamites  scro- 
biculatus    (Fig.  23)  die    Hauptrolle,    aus- 


Fig.    22.       Sphenophylluni 
tenerrimum    v.    Ett. 


gezeichnet  durch  ununterbrochen  durch- 
gehende Längsriefen,  denen  also  super- 
])onierte  Blattstellung  entspricht.  Die  übrigen 
Calamiten  mit  alternierenden  Längsriefen 
gelangen  im  produktiven  Karbon  zur  Haupt- 
verbreitung. 

Weiter  schließt  sich  hier  eine  wichtige 
Grui)pe  an:  die  Vorläufer  der  Bärlap])- 
ge wachse,  die  Lepidophyten.  Ebenfalls 
von  baumförmigem  Aussehen,  sind  sie  vor 
allem  durch  ihre  regelmäßig  auf  der  Rinde 
angeordneten  Blattnarben  gekennzeichnet. 
Die  Blätter  besaßen  einfache  lineare  Ge- 
stalt. Schwierigkeiten  bereiten  die  ver- 
schiedenen Erhaltungszustände  der  Rinde, 
da  vielfach  Teile  von  ihr  ganz  fehlen,  so  daß 
dementsprechend  ganz  verschiedene  Bilder 
entstehen  (Bergeria,  Knorria,  Aspidia- 
ria  usw.).  Unter  Lepidostrobus  werden 
die  Fruktifikationen  verstanden. 

Im  Kulm  sind  neben  ,,Knorrien"  häufig 
Lepidodendron  (=  Sagenaria)  Veltheimi 
(Fig.24),  im  produktiven  Karbon  finden  sich 
L.  obovatum,  aculeatum  u.  a.  Während 
die  Lepidodendren  regelmäßig  gestaltete, 
rhombische  Blattnarben  besaßen,  gehören 
zu  den  Sigillarien  Formen  mit  mannig- 
faltigen,    erhabenen     Blattnarben.        Man 


702 


Karbonformation 


unterscheidet  Favularia  (vorwiegend  im 
unteren  produktiven  Karbon,  obere  Orenze), 
Rhytidolepis  (im  mittleren  Uborkarbon) 
iDid  Subsiü:illaria  (im  oberen  Oberkarbon 
und  Rotliee:enden).  Er- 
wähnt werden  nuili  ferner 
die  (Irujjjje  (hM"  f^othro- 
dendraceen,  deren 

schon  im  Uberdcvon  be- 
kannte Stcämme  meist 
nur  hautartige  Rinden- 
teiU'  liinterhissen  haben. 
Im  produktiven  Karbon 
finden  sich  Bothroden- 
dron  minutum  und  B. 
punctatum. 

i^in  allen  diesen  Ord- 
nungen der  Lepido- 
phyten  zukommender, 
scheinbar  selbständig  auf- 
tretender Baumrest  liegt 
in  den  Ötigmarien  vor. 
Es  handelt  sich  dabei 
um  Baumstümpfe,  die 
in  den  die  Kohlenflöze 
unterlagernden  Schich- 
ten gefunden  werden. 
Vom  Stamm  gehen  nach 
unten  zunächst  dicho- 
tomierende  Rhizome  aus, 
an  die  sich  zahllose  feine 
häutige,  den  Wurzeln 
vergleichbare  Gebilde, die 
sogenannten  Appendices 
ansetzen;  ihr  anatomi- 
scher Bau  unterscheidet 
sie  von  echten  Wurzeln.  Die  x\ppendices 
stehen  meist  von  den  Rhizomen  ab,  so  daß 
sie  den  Eindruck  hervorrufen,  als  befänden 
sie  sich  noch  heute  in  dem  Gestein,  in  dem 
sie  entstanden;  tatsächlich  wird  diese  Er- 
scheinung zum  Beweis  für  eine  autochthone 


Fig.    23.      Astero 

(■  a  1  a  m  i  t  e  s      s  c  r  o 

biculatus  Zeih. 


Fig.  24.     .L('pi(lo(](>ii(li()ii  \'eJthoiini  Stenib. 


Entstehung  vieler  Steinkohlenflöze  herange- 
zogen. 

Zu  den  ( i  y  Ju  n  o  s  p  e  r  m  e  n  sind  die 
sogenannten  Cordaiten  zu  stellen,  schlanke 
Stämme  mit  über  meterlangen  längsnervi- 
gen Blättern  (Dorycordaites,  Poacor- 
daites).  Auch  Blüten  (Cordaianthus) 
und  Samen  (Cardio  c  a  r  p  u  s)  sind  be- 
kannt geworden ;  fossile  Marksteinkerne  sind 
als  Artisia  beschrieben.  Die  Cordaiten 
erscheinen  im  Kulm  und  haben  im  Ober- 
karbon ihre  Hauptverbreitung,  um  erst 
im  Rotliegenden  zu  erlöschen.  (Weitere 
Abbildungen  vgl.  im  Artikel  ,,Paläo- 
botanik"j. 

4.  Allgemeine  Gliederung.  Die  Begren- 
zung des  Karbons  ist  nicht  scharf.  Mit 
dem  Oberdevon  ist  es  vielfach  durch  aümäh- 
lichenUebergang  verbunden.  Das  liegt  daran, 
daß  große,  die  Ablagerungsbedingungen  we- 
sentlich beeinflussende  geologische  Vorgänge 
an  seiner  Basis  meist  fehlen.  Man  ist  daher 
bei  der  Grenzziehung  in  erster  Linie  auf  die 
Paläontologie  angewiesen.  Das  Erscheinen 
echter  l^rolecaniten,  ferner  von  Glyphioceras 
und  Pericyclus,  Productus  u.  a.  deutet  den 
Beginn  des  Karbons  an.  Nur  an  Avenigen 
Stellen  weist  eine  Diskordanz  auf  die  neue 
Formation  hin. 

Wohl  noch  schwieriger  gestaltet  sich 
stellenweise  die  Abtrennung  gegenüber  dem 
Perm.  Wo  beide  Formationen  durch  Gleich- 
heit der  Fazies  ausgezeichnet  sind,  ist  die 
Grenze  naturgemäß  unscharf  und  deshalb 
in  noch  höherem  Grade  als  an  der  Basis 
des  Karbons  von  dem  paläontologischen 
Inhalt  abhängig.  Das  gilt  besonders  für  die 
Gebiete  mit  mariner  Entwickelung  des 
Oberkarbons  (Rußland,  Asien,  Nordamerika 
zum  Teil),  während  in  Deutschland  das 
Rothegende  wegen  seiner  meist  transgre- 
dierenden  Lagerung  leichter  abzuscheiden  ist. 

In  großen  Zügen  lassen  sich  im  Karbon 
zwei  Fazies  unterscheiden.  Die  kontinen- 
tale Entwickelung,  die  einerseits  rein  lim- 
nische,  dann  aber  auch  brackische,  ja  sogar 
gelegentlich  marine  Sedimente  umfaßt,  ent- 
hält die  steinkohleführenden  Ablagerungen. 
Daneben  besitzt  die  rein  marine  Entwicke- 
lung mit  sandigen  und  kalkigen  Sedimenten 
eine  weite  Verbreitung. 

Die  Gliederungsversuche  des  Karbons 
gehen  von  England  und  Belgien  aus.  Es 
macht  sich  in  diesem  Verbreitungsbezirk 
die  bemerkenswerte  Tatsache  geltend,  daß 
der  untere  Teil  der  Formation  vorwiegend 
marinen,  der  obere  vorwiegend  kontinentalen 
Charakter  trägt;  andererseits  läßt  sich 
in  anderen  Gebietoi  die  entgegengesetzte 
Regel  konstatieren.  Diese  Beobachtungen 
hat  man  für  die  Gliederung  mit  Vorteil 
herangezogen.  Man  teilt  daher  das  Karbon 
in  Unter-  und  Oberkarbon  (in  Amerika: 


Karbonformation 


703 


Mississippian  und  Pennsylvanian).  Die 
russisclien  Geologen  haben  noch  eine  mittlere 
Abteilung  angenommen,  und  sprechen  dem- 
zufolge auch  von  Mittelkarbon. 

Unter  Beibehaltung  dieser  grundlegenden 
Einteilung  hat  man  in  neuerer  Zeit  die 
Flora  zur  Einzelgliederung  benutzt.  Diese 
Gliederungsversuche  müssen  sich  im  wesent- 
lichen freilich  auf  die  kontinentale  Ent- 
wickelungsform  beschränken,  besitzen  aber 
hier  wegen  der  besonderen  Wichtigkeit 
dieser  Gebiete  erhebliche  Bedeutung.  Nach 
Geinitz  und  Weiß  wird  noch  heute  das 
Oberkarbon  in  drei  Stufen  eingeteilt.  Die 
unterste,  AValden burger  Stufe  ist  mit  dem 
Kulm  zusammen  durch  das  Ueberwiegen  der 
Lepidodendren  gekennzeichnet,  die  West- 
fcälische  Stufe  entspricht  der  Sigillarienstufe 
und  die  Ottweiler  derCalamarien-Farnstufe. 
Eine  darüber  hinausgehende  Einteilung  hat 
Potonie  gegeben,  der  im  ganzen  Karbon 
6  auf  die  Flora  gegründete  Zonen  unter- 
scheidet. Seine  Flora  I  entspricht  dem 
Kulm,  Flora  II  und  III  der  Waldenburger, 
IV  und  V  der  Westfälischen  und  VI  der 
Ottweiler  Stufe. 

5.  Verbreitung  und  spezielle  Gliede- 
rung. Im  Karbon  ist  es  nicht  wie  in 
den  vorausgehenden  Formationen  möglich, 
über  weitere  Gebiete  eine  einheithehe  Ent- 
wickelung  nachzuweisen  und  so  Verbreitungs- 
bezirke (,, Provinzen")  aufzustellen.  Fast 
überall  treffen  wir  die  kontinentale  und 
marine  Entwickelungsform  vergesellschaftet, 
wobei  sich  über  die  ganze  Erde  hin  eine  ge- 
wisse Einheitlichkeit  der  Ausbildung  jeder 
Fazies  ergibt.  So  tritt  ,,Kulm"  außer  in 
Westeuropa  in  Ostasien,  Afrika,  Nord-  und 
Südamerika  auf,  und  ähnliches  gilt  von  den 
übrigen  Ablagerungsformen.  Man  kann 
jedoch  unter  Berücksichtigung  der  iVrt  der 
Aufeinanderfolge  der  Ablagerungen  manche 
Gebiete  zusammenfassen.  So  bilden  vor 
allem  Mittel-  und  Westeuropa  ein  zusammen- 
gehöriges Gebiet,  dem  Süd-  und  Osteuropa 
und  Südasien  entgegenstehen.  Eine  Parallele 
dazu  bilden  das  östliche  und  westliche  Nord- 
amerika; jenes  schließt  sich  mehr  an  die 
westeuropäische,  dieses  an  die  osteuropäische 
Entwickelung  an. 

Die  Verteilung  von  Wasser  und  Land 
hat  keine  weitgreifenden  Aenderungen  er- 
fahren, obschon  im  einzelnen  ein  Wechsel  ein- 
trat. Die  Thetys,  das  zentrale  Mittelmeer  schied 
einen  Nordkontinent,  der  Europa  mit  x\sien 
und  Amerika  verband,  von  einem  Südkon- 
tinent, der  Amerika,  Afrika  und  Australien 
umfaßte.  Indes  machten  sich  in  der  Begrenzung 
namentlich  des  Nordkontinents  allmähliche 
Aenderungen  geltend,  die  einmal  durch 
die  Auftürmung  der  karbonischen  Gebirge 
und  dann  durch  eine  im  ünterkarbon  ein- 
setzende   langsame    Regression    des    Meeres 


bedingt  waren.  Dagegen  haben  die  Gebiete 
mit  vorwiegend  mariner  Entwickelung, 
wie  Rußland,  Südasien  und  Westamerika 
eine  gleichbleibende  Verteilung  des  Meeres 
aufzuweisen. 

a)  Mittel-  und  Westeuropa. 
Hierher  sind  die  Karbonablagerungen  Eng- 
lands,  Irlands,  Frankreichs  und 
Deutschlands  zu  rechnen.  -^*- 

Das  Unterkarbon  ist  in  diesen  Gebieten 
in  zwiefacher  Ausbildung  vertreten:  als 
Kohlenkalk  und  Kulm. 

Der  Kohlenkalk  stellt  ein  in  flacherem 
offenem  Meer  abgelagertes  kalkiges  (selten 
dolomitisiertes)  kristaUines  meist  dunkel- 
farbiges Gestein  dar,  das  durch  einen 
großen  Reichtum  an  Fossilien  ausgezeichnet 
ist,  unter  denen  Cephalopoden,  Brachiopoden, 
Korallen  und  Crinoiden  besonders  wichtig 
sind.  Durchgehends  läßt  er  sich  in  drei 
Stufen  ghedern.  An  der  Basis  hegt  die 
Stufe  von  Ktroeungt,  ausgezeichnet  durch 
eine  devonisch- karbonische  Mischfauna, 
die  neben  Clymenien,  Phacops,  Spirifer 
Verneuili  bereits  echte  Karbonformen  ent- 
hält, wie  Phillipsia,  Orthothetes  cre- 
nistria,  Athyris  Roissyi  u.  a.  Dann 
folgt  die  Tournai-Stufe  mit  Spirifer 
tornacensis,  Brancoceras  rota- 
t  0  r  i  u  m  u.  a.  und  schließlich  die  Stufe 
von  Vise  mit  Productus  giganteus 
(Fig.  7)  und  corrugatus,  Glyphioceras 
sphaericum  (Fig.  12),  crenistria  u.  a. 
Stellenweise,  z.  B.  beim  Uebergang  in  eine 
andere  Fazies,  schalten  sich  anders  geartete, 
zumal  schiefrige  Gesteine  ein. 

Eine  große  oberflächliche  Verbreitung  be- 
sitzt das  Unterkarbon  in  Irland  und  Eng- 
land. Konkordant  auf  dem  Old  Red  Sand- 
stone lagern  Schiefer  und  Mergel,  über 
denen  eine  rein  kalkige  Schichtfolge  auftritt. 
Von  Süden  nach  Norden  macht  sich  zunächst 
eine  Zunahme  des  Kalkes  und  weiterhin 
eine  solche  von  Sandsteinen  und  Mergeln  mit 
Kohlenflözen  geltend,  die  die  übrigen  Schicht- 
gheder  z.  T.  ersetzen. 

Als  Vertreter  des  belgischen  Etroe- 
u  n  g  t  werden  die  P  i  1 1  0  n  b  e  d  s  von 
Devonshire  aufgefaßt;  nach  Kayser  ge- 
hört auch  die  von  Vaughan  an  die  Basis 
des  Tournai  gestellte  M  0  d  i  0  1  a  -  Zone  zu 
diesem  Horizont.  Zweifelsfreier  ist  die 
Deutung  der  Aequivalente  der  Tournai- 
Stufe;  hierher  gehören  die  Tuedian- 
S  e  r  i  e  s  von  Northumberland,  ferner  die 
Calciferous  Sandstone  Series 
Schottlands  mit  ihren  Einlagerungen  basi- 
scher Eruptiva,  und  auch  in  Südwestengland 
und  Irland  gehört  die  untere  schiefrige  Abtei- 
lung in  der  Hauptsache  hierher. 
1  Dem  Vise  gehört  die  obere  mehr  kalkige 
Abteilung  der  zuletzt  genannten  Gebiete 
(C  a  r  b  0  n  i  f  e  r  0  u  s  L  i  m  e  s  t  0  n  e  ,  U  p  - 


704 


Karbonfoi'iuatioii 


per  L  i  m  e  s  t  0  n  e)  an,  Icnicr  die  B  c  r  n  i  - 
cian  Series  von  Nortliuinborland  und 
der  untere  Teil  der  Carbonil'erous  Lime- 
stone Series  in  Schottland,  während  deren 
oberer  Teil  ebenso  wie  die  Yoredale- 
sehicliten  der  Gebend  von  Bristol  jetzt  zum 
Oberkarbon  gerechnet  werden. 

Innerhalb  der  fast  allgemein  durchlülir- 


baren  Dreiteilung  sind  in  letzter  Zeit  noch 
Versuche  einer  eingehenderen  Zonengliede- 
rung gemacht  worden.  Vauglian  teilte  das 
Unterkarbon  der  (legend  von  Bristol  in 
sechs  Zonen  und  Subzonen,  deren  Gültigkeit 
er  für  ganz  Südwestengland  in  Anspruch 
nimmt.  In  modifizierter  Form  hat  seine 
Gliederung  auch  auf  dem  Festland  Geltung: 


Vise : 


Touniai: 


,,.,  ,    ,,        r,  .^  f  Productus  giganteus  (Fig.  7) 

J)il)uiioi)liyliuni-/()ne  mit      Si)iril'f"  -'"■—^""  '^'-"    ^^ 


Seminula-Zone  mit 


Syringothyris-Zone  mit . 
Zaphrentis-Zone  mit. . . . 


■^Ijirifer  striatus  (Fig.  6) 
(   Productus  corrugatus 
\  ,,  semireticulatus 

\  Syring.  laminosa 
\  Chonetes  papilionacea 
I  OrthifCcresupinata        — _ 
)   Spirifci-  tornacensis 


xf.x,  cf.mi, 


^„.  .            rj            ■.  \  Spiriferina  octoplicata 

Chstopora-Zone  mit J  pj-oductus  bassus_ 

Etroeungt:      Modiola-Zone  mit Modiola  Macadami. 

Liegendes:      Old  Red. 


Demgegenüber  besitzt  der  Kulm  in 
England  eine  viel  geringere  Bedeutung  und 
ist  auf  Teile  von  Devonshire  beschränkt; 
auch  einen  Teil  des  schottischen  Unter- 
karbons könnte  man  als  Kulm  auffassen. 
Unter  dieser  Bezeichnung  wird  eine  mächtige 
Folge  ganz  überwiegend  sandiger  konglo- 
meratischer und  schiefriger  Gesteine,  die 
selten  kalkiges  Sediment  einschließen,  ver- 
standen. Als  weitverbreitete  Fossilien  sind 
Asterocalamites  scrobiculatus  (Fig.  23) 
und  Lepidodendron  Veltheimi  (Fig.  24) 
aufzuführen,  denen  sich  von  faunistischen 
Elementen  Posidonomya  Becheri  (Fig.  9), 
Glyphioceras  sphaericum  (Fig.  12), 
crenistria,  striatum,  Pronorites  mixo- 
lobus  (Fig.  13),  Orthoceras  scalare 
(Fig.  11)  u.  a.  gesellen.  Während  man 
früher  den  Kulm  als  Flachwasserablage- 
rung deutete,  nimmt  man  jetzt  für  einen 
großen  Teil  eine  Sedimentation  in  größerer 
Küstenferne  an:  dafür  spricht  das  Vor- 
kommen Radiolarien-führender  Kieselschiefer, 
während  die  in  höheren  Horizonten  auf- 
tretenden Grauwacken  und  Konglomerate 
eine  allmähliche  Verflachung  des  Meeres  an- 
zeigen. 

Das  belgisch-nordfranzösische  Karbon 
steht  mit  dem  Englands  in  unterirdischem 
Zusammenhang  und  ist  von  dem  links-  iiiul 
rechtsrheinischen  Karbon  nur  oberflächlich 
getrennt. 

DasUnterkarbon  B  e lg i e n  s ,  N o r  d  f  r a  n  k  - 
reichs  und  des  Aachener  Gebietes  besteht 
aus  Kohlenkalk.  In  klassischer  Weise  sind 
hier  seine  drei  Stufen  entwickelt.  Neuere 
Autoren  haben  die  oben  angeführte,  für 
England  zuerst  aufgestellte  Gliederung  auch 
auf  Belgien  übertragen. 

Rechtsrheinisch     ist     ebeiil'alls     der 


Kohlenkalk  in  allen  drei  Stufen  bis  etwa 
in  die  Gegend  von  Velbert  vertreten  und 
hat  besonders  bei  Ratingen  eine  schöne 
Vise-Fauna  geliefert. 

x\m  übrigen  Nordrand  des  Rhein.  Schiefer- 
gebirges ist  ebenso  wie  in  dessen  Innerem  nur 
Kulm  entwickelt.  In  seiner  normalen  Aus- 
bildung (im  Osten  und  Südosten  des  Schiefer- 
gebirges) wird  das  Oberdevon  zunächst 
von  geringmächtigen  Kieselschiefern  über- 
lagert; dann  folgen  die  mehrere  100  m 
Mächtigkeit  erreichenden  Posidonienschiefer 

i  (mit  P  0  s  i  d  0  nYa  Becheri  (Flg.  9),~" 
Glyphioceras,  Pronorites),  die 
ihrerseits  wieder  von  der  groben,  oft 
konglomeratischen      Kulmgrauwacke      (mit 

'Asterocalamites  scrobiculatus 
Fig.  23,  Lepidodendron  Veltheimi 
Fig.  24)  abgelöst  werden. 

Ganz  lokal  liegen  an  der  Basis  (z.  B.  bei 
Breitscheid)  Crinoiden-Kalke,  in  deren  Fauna 
noch  die  typischen  Glyphioceraten  fehlen; 
ihnen  Avird  Ktroeungt-Alter  zugeschrieben. 
Die  Fauna  der  Posidonienschiefer  läßt  auf 
Tournai  schließen.  Schließlich  finden  sich 
in  deren  Hangendem  gelegentlich  kalkige 
Schiefer  mit  Prod.  giganteus  (Fig.  7), 
also  Vertreter  des  Vise.  Wahrscheinlich  ist 
(kMuzufolge  ein  großer  Teil  der  diese  kalkigen 
Schiefer  überlagernden  Kulmgrauwacken  als 
Oberkarbon  aufzufassen. 

Etwas  anders  ist  die  Ausbildung  des 
Kulms  am  Nordrand  des  Schiefergebirges. 
Ueber  den  sogenannten  Liegenden  Alaun- 
schiefern folgen  Kieselschiefer  und  Kiesel- 
kalke, deren  Alter  bisher  noch  zweifelhaft 
bleibt.  Die  überlagernden  Plattenkalke  der 
Gegend  von  Hagen  und  Iserlohn  mit  Prod. 
giganteus  (Fig.  7)   erweisen  sich  als  Vise- 


O^nu/, 


Karbonforniation 


70;") 


Aequivalente,  während  die  Hangenden  Alaun-  \ 
schiefer  schon  dem  Oberkarbon  zufallen. 

Eine  große  Uebereinstimmung  mit  dem  | 
nassauischen  weist  der  den  Ob  er  harz  zum  i 
größten  Teil  zusammensetzende   Kulm  auf. 
Ebenso  gliedert  sich  der  Kulm  Thüringens 
in  eine  untere,  aus  Kiesel-  und  Tonschiefern 
und  gelegentlichen  Einlagerungen  von  Kalken 
und    Grauwacken     bestehende     Schichtfolge 
und  eine  obere,  vorwiegend  aus  Grauwacken 
bestehende    Abteilung,    die   örthch    dunkle,  i 
kohlenkalkähnliche  Einlagerungen  mit  Vise- 
Fauna  führt. 

Auch  das  s  c  h  1  e  s  i  s  c  h e  Unterkarbon  ent- 
hält neben  vorherrschendem  Kulm,  bestehend 
aus  Konglomeraten,  Grauwacken  und ! 
Schiefern  mit  Pflanzenresten,  auch  kalkige 
Einschaltungen,  die  dann  Kohlenkalkfauna 
enthalten.  Von  Bedeutung  ist,  daß  sowohl 
im  nieder-  wie  oberschlesischen  Kohlen- 
gebiet die  Mitte  des  Karbons  von  einer  be- 
trächtlichen Diskordanz  angezeigt  wird,  die 
zeitKch  der  Dauer  der  Gebirgsbildung  in 
diesen  Gegenden  entspricht. 

Im  übrigen  Deutschland  besitzen  Kulm 
und  Kohlenkalk  nur  noch  geringe  Verbrei- 
tung im  Schwarzwald  und  dem  Wasgau. 
Hier  enthalten  die  Grauwacken  zugleich 
Lager  von  Diabas  und  Quarzporphyr.  Eruptiv- 
einlagerungen  treten  auch  im  Uuterkarbon 
der  B  r  e  t  a g  n  e  und  Nor  m  a  n  d  i  e  auf,  die 
Grauwacken  (mit  A  s  t  e r  o  c  a  1  a  m  i  t e  s  s  c  r  o  - 
biculatus)  und  Schiefern  (mit  Productus 
u.  a.)  eingelagert  sind.  Im  übrigen  besitzt 
Frankreich  im  0  und  N  des  Zentral- 
plateaus  Ablagerungen  des  Unterkarbons; 
auch  hier  sind  Pflanzenreste  an  Grauwacken 
und  Faunen  von  Kohlenkalkcharakter  vor- 
wiegend an  Schiefer  mit  Kalklinsen  gebunden. 
Auch  Eruptiva  fehlen  nicht. 

Das    Oberkarbon    ist    in    dem    bisher 
behandelten     Gebiete     Mittel-    und     West- 
europas  in   kontinentaler  Fazies  (produk- 
tives Karbon)  ausgebildet.   Vor  seiner  Ab- 
lagerung setzte  die  karbonische  Faltung  ein.  | 
Durch   das   emporsteigende    Gebirge   wurde 
die  Möglichkeit  stärkerer  Abtragung  geboten ;  i 
so    lagerten    sich    denn    an    seinem    Fuße  \ 
in  dem    ständig    flacher  werdenden    Meere 
beträchtliche   Sedimentmassen  ab,  die   bald 
aus  dem  Wasser  emportauchten;  die  flachen, 
lagunenartigen  Niederungen  gewährten  einem 
üppigen  Ptlanzenleben  Raum.     Diese  Vege-  [ 
tation    lieferte    das    Material    der    an    dem  i 
Ort  des  Wachstums  gebildeten  Kohlenflöze. 
Einige      der      Ablagerungsgebiete      wurden 
wiederholt,    insbesondere    während    der    äl- 
teren Periode  der  Kohlenbildung  vom  nahen 
^leer    überflutet,    das    in    Sedimenten    mit 
marinen   Fossilien    seine    Spuren   hinterließ. 
Solche  Becken,  in  denen  das  marine  mit  dem 
limnischen    Element    in    ständigem    Kampf 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.   Band  V. 


lag,  werden  als  paralische  bezeichnet;  zu 
ihnen  gehören  die  englischen,  nordfranzö- 
sisch-belgischen, rheinisch-westfähschen  und 
oberschlesischen  Kohlenfelder.  Behielt  da- 
gegen das  Süßwasser  dauernd  die  Allein- 
herrschaft, wie  in  Zentralfrankreich,  im 
Saargebiet,  in  Sachsen  und  Niederschlesien, 
so  sprechen  wir  von  limnischen  Becken. 

Petrographisch  setzt  sich  das  Oberkarbon 
ganz  überwiegend  aus  klastischen  Sedi- 
menten zusammen.  Vielfach  ist  mit  der 
Entfernung  von  dem  ehemaligen  Gebirge 
ein  Uebergang  zu  feinerem  und  geringer- 
mächtigem Sediment  bemerkbar,  so  z.  B. 
in  Oberschlesien.  Die  Gesamtmächtigkeit 
der  Schichten  steigt  bis  zu  4000  m. 

Für  die  Gliederung  des  produktiven 
Karbons  werden  heute  die  Floren  in  erster 
Linie  herangezogen.  Die  Fauna  hat  sich 
nur  da  als  für  diese  Zwecke  wertvoll  heraus- 
gestellt, wo  marine  Fossilien  häufiger  sind 
und  eine  Gliederung  unter  Benutzung  der 
Cephalopoden  durchführbar  wird.  So  hat 
man  für  die  untere  x\bteilung  der  flöz- 
führenden Schichten  des  Ruhrgebietes  und 
Belgiens  Goniatites  diadema  und  re- 
ticulatus,  für  den  oberen  Teil  Gonia- 
tites carbonarius  und  Vonderbeki 
als  leitend  erkannt.  Die  Lagen  mit  Süß- 
wassermuscheln sind  wegen  der  großen  verti- 
kalen Verbreitung  dieser  Tiere  für  strati- 
graphische  Zwecke  meist  belanglos. 

Nach  der  floristischen  Gliederung  unter- 
scheidet man,  wie  oben  bereits  ausgeführt 
wurde,  drei  Stufen  des  Oberkarbons: 

2M,  Die  Westfälische  Stufe   i 

S%     ,,     Ottweiler  Stufe — -^ 

1.     ,,    Waldenburger  Stufe. 

Für  ganz  Mittel-  und  Westdeutschland 
trifft  diese  Dreiteilung  zu.  Zwar  fehlen  oft 
einzelne  Glieder,  doch  tut  das  ihrer  Anwend- 
barkeit keinen  Abbruch.  So  ist  in  sämtlichen 
paralischen  Steinkohlengebieten  die  Ott- 
weiler Stufe  nicht  entwickelt;  die  höchsten 
in  diesen  Feldern  vorhandenen  Schichten 
—  es  handelt  sich  nach  Gothan  durchweg 
um  den  gleichen  Horizont  —  fallen  an  die 
obere  Grenze  der  Westfälischen  Stufe.  Zu 
dieser  Eigentümlichkeit  tritt  eine  zweite: 
Der  Beginn  mächtigerer  Flözentwickelung 
ist  bei  allen  paralischen  Becken  etwa  an 
die  obere  Grenze  der  Waldenburger  Stufe 
gebunden.  Demgegenüber  besitzen  die  lim- 
nischen Becken  etwas  gleichmäßiger  ver- 
teilte Kohlenführung,  die  auch  in  der  Ott- 
weiler Stufe  nicht  fehlt. 

Von  den  durch  ihre  Flora  gut  erkennbaren 
Horizonten  sind  einige  infolge  ihrer  weiteren 
Verbreitung  von  allgemeiner  Bedeutung. 
In  erster  Linie  gehört  hierher  der  Lonc  ho - 
pteriden-Horizont  (Fig.  18),  der  etwa 
in    die  Mitte    der  Westfälischen   Stufe  fällt. 

45 


ro6 


Karbonforniation 


Ferner  lassen  sich  beispielsweise  das  Flöz 
Sonnenschein  im  Ruhrbeckeii,  Steinkiiip[) 
bei  Aachen  und  Stenaye  in  Belgien  |)aralle- 
lisieren.  Finseliende  riitersuclnins;en  über 
die  vergleicliende  llorizoiitieruni^"  sämtlicher 
■\Yestenroi)äischer  Kohlenbecken  sind  im  Werk 
und  werden  von  namhaften  Paläontologen 
der  bcteiliiiten  Länder  betrieben. 

Flözführendes  Karbon  ist  in  Wales,  in 
Mittel-  und  Nordengland  und  Schott- 
land vorhanden.  An  der  Basis  liegen  die 
schief rigen  Y  o r e d ale  -  Schichten,  deren 
Fauna  (Aviculopecten  papyraceus. 
Glyphioceras  diadema  u.  a.)  bereits  auf 
Oberkarbon  hinweist.  Es  folgt  eine  mächtige  : 
Ablagerung  groben  Sandsteins  mit  gelegent- 
lichen marinen  Resten  ((Jlyph.  reticula- 
tum),  der  Mills tonegrit;  dieser  wird  über- 
lagert von  den  kohleführenden  Schichten, 
den  Goal  measures,  die  in  ihrer  Gesamt-, 
heit  der  Westfälischen  Stufe  angehören.  Man 
kann  drei  Abteilungen  in  dieser  Stufe  unter- 
scheiden. Von  Interesse  ist,  daß  marine 
Zwischenlagen  nur  in  der  untersten  auftreten 
(Gastrioceras  Listeri,  Glyphioceras 
carbonarium  u.  a.,  Aviculopecten), 
während  höher  hinauf  sich  nur  Brack-  bezw. 
Süßwassertiere  finden  (Anthracomya, 
Najadites,  Spirorbis).  Die  Ott  weder 
Schichten  fehlen. 

In  Belgien  ist  Oberkarbon  in  den 
Mulden  von  Naniur  und  Dinant  ent- 
wickelt. An  der  Basis  liegen  die  faunistisch 
wie  floristisch  zum  Oberkarbon  zu  zählenden 
Ampelite  von  Chokier,  alaunhaltige 
Schiefer  und  Kalke,  die  mit  den  überlagern- 
den, als  Zone  von  Andenne  bezeichneten 
Schiefern  und  Sandsteinbänken  der  Walden- 
burger  Stufe  zugehören.  Mit  der  West- 
fälischen Stufe  setzt  die  Hauptzeit  der 
Kohlenbildung  ein;  in  den  Zwischenlagen 
treten  auch  hier  zuunterst  marine  Reste 
auf,  die  jedoch  bald  Süßwasserformen  Platz 
machen.    Die  Ottweiler  Stufe  fehlt  ebenfalls. 

Der  belgisch-nordfranzösischen  Ausbil- 
dung entspricht  die  Aachener.  Kohlen 
treten  hier  in  der  Wurm-(Kohlscheider)  und 
in  der  Inde-(Eschweiler)  Mulde  auf;  in 
ihnen  geht  der  älteste  deutsche  Steinkohlen- 
bergbau um. 

In  Westfalen  gehören  zur  Waldenburger 
Stufe  noch  die  Hangenden  Alaunschiefer 
und  dann  das  etwa  1000  m  mächtige  Flöz- 
leere,  das  aus  Konglomeraten,  Sandsteinen 
und  Grauwacken  nebst  Schieferlagen  besteht. 
Von  den  seltenen  Versteinerungen  ist 
Glyphioceras  reticulatum  und 
Gastrioceras  Listeri  wichtig.  Der 
Westfälischen  Stufe  gehören  die  flözfüh- 
renden  Schichten  der  Herzkämper,  Dort- 
munder, Essener,  Recklinghausener  und 
Lippe-Mulde  an.  Die  Gesamtmächtigkeit 
beträgt  über  3000  m  mit  etwa  75  bauwür- 


digen Flözen.  Die  Einteilung  stützt  sich 
bislier  auf  die  Beschaffenheit  der  Kohle,  der- 
zufolge  man  von  unten  unterscheidet:  Mager- 
kohlen-, Fettkolilen-,  Gaskohlen-  und  Gas- 
flamnd^-ohlenabteilung.  Während  in  den 
beiden  unteren  Abteilungen  marine  Zwischen- 
lagen vorherrschen,  treten  oben  nur  noch 
solche  mit  Süßwassermollusken  auf.  Flo- 
ristisch sind  diese  Horizonte  durch  Crem  er 
untersucht  worden.  Danach  kommen  als 
Leitpflanzen  vor:  Zuunterst  Spheno- 
pteris  Bäumleri  (Fig.  18),  dann  Sph. 
Sc  hie  h  an  i,  weiter  Lonchopteris  (Fig. 
19)  und  schließlich  Neuropteris  tenui- 
folia  und  Mariopteris  mnricata. 

Den  geschilderten  Verhältnissen  schließt 
sich  das  oberschlesische  Becken  an.  Auch 
hier  treten  marine  Einlagerungen  nur  in 
der  unteren  Abteilung  (den  Ostrauer 
Schichten  =  Randgruppe  Michaels) 
auf,  der  Beginn  einer  reichen  Kohlenbildung 
fällt  an  die  Basis  der  Westfälischen  Stufe, 
die  mit  der  sogenannten  Sattelgruppe 
beginnt  und  die  Muldengruppe  noch  mit 
umfaßt.  Die  Ottweiler  Stufe  fehlt  auch 
hier.  Durch  neuere  Arbeiten  Gothans  ist 
die  Flora  dieses  Beckens  jetzt  am  besten 
bekannt.  Im  unteren  Teil  der  Randgruppe 
treten  danach  noch  einige  Kulm-Nachzügler 
auf;  dann  folgen  die  Zonen  mit  Rhode a 
tenuis  und  Neuropteris  Bohdano- 
wiczi.  Ein  scharfer  Schnitt  trennt  die 
Flora  der  Sattelgruppe  mit  Mariopteris 
neglecta  von  den  tieferen  Floren.  In  der 
Muldengruppe  liegt  zuunterst  die  Zone  mit 
Neuropteris  gigantea,  dann  folgt  der 
Lonchopteris-Horizont;  den  Abschluß 
bildet  die  Zone  mit  Neuropteris  rari- 
nervis,  die  den  obersten  Schichten  der 
Westfälischen  Stufe  entspricht. 

Eine  geringere  Verbreitung  besitzen  dem- 
gegenüber die  limnischen  Kohlenbecken.  In 
Niederschlesien  (Waldenburger  Becken) 
lagern  diskordant  auf  dem  Unterkarbon  zu- 
nächst die  Waldenburger  Schichten  mit  dem 
sogenannten  Liegendzug;  der  Westfälischen 
Stufe  gehört  der  Hangendzug  an,  und  auch 
die  Ottweiler  Stufe  ist  flözführend  ent- 
wickelt. Bezeichnend  für  dies  Gebiet  ist  das 
Auftreten  von  Porphyr-  und  Melaphyr- 
decken,  sowie  das  gänzliche  Fehlen  von 
marinen  Einschaltungen. 

Die  ebenfalls  den  limnischen  Kohlen- 
becken zuzuzählenden  Ablagerungen  Sach- 
sens (Zwickauer,  Lugau-Oelsnitzer,  Chem- 
nitzer Mulde)  gehören  teils  der  Waldenburger, 
teils  der  Westfälischen  Stufe  an.  Die 
W  e  1 1  i  n  e  r  Felder  stellen  mit  Porphyr 
wechsellagernde  Ablagerungen  der  Ottweiler 
Stufe  dar.  Die  böhmischen  Fekh'r 
(z.  B.  Pilsen)  gehören  der  Ottweiler  Stufe  an. 

Das  wegen  seines  Kohlenreichtums  wich- 
tigste Vorkommen  dieses  Typus  ist  das  Saar- 


Kaihonforination 


707 


gebiet,  das  rings  von  geologisch  jüngeren 
Schichten  umgeben  ist.  Die  flözreichere 
Abteilung  fällt  auch  hier  auf  die  Westfälische 
Stufe  (Saarbrückener  Schichten),  die  ge- 
gelegentlich Tonsteinflöze  enthält;  ihr 
Liegendes  ist  unbekannt  geblieben.  Die 
Ottweiler  Schichten  führen  weniger  Flöze. 
Marine  Reste  fehlen. 

In  den  limnischen  Becken  Frankreichs,  die 
sich  um  das  Zentralplateau  gruppieren, 
fehlt  zumeist  das  mittlere  Oberkarbon,  so 
daß  die  Ottweiler  Stufe  diskordant  auf  der 
Waldenburger  aufruht.  Jene  stellt  den 
Zeitpunkt  der  Hauptkohlenbildung  dar. 

In  den  Westalpen  wird  das  Oberkarbon 
(Unterkarbon  fehlt)  durch  mächtige  Kon- 
glomerate und  Sandsteine  mit  gelegentlich 
eingeschalteten  Anthrazitflözen  vertreten. 

In  den  Pyrenäen  tritt  im  Unterkarbon 
ein  bunter  Knollenkalk,  der  Marbre  griotte 
auf,  der  dem  Kohlenkalk  zuzurechnen  ist; 
daneben  kommen,  dem  Kulm  vergleichbar, 
Kieselschiefer  vor.  Das  Oberkarbon  schließt 
sich  bei  geringer  Verbreitung  der  im  folgen- 
den Abschnitt  zu  besprechenden  Ausbil- 
dung an. 

b)  Das  0  s  t  -  und  s  ü  d  e  u  r  o  p  ä  - 
i  s  c  h  e  Karbon.  Bei  der  Besprechung 
der  übrigen  europäischen  Ablagerungen 
ist  eine  Betrachtung  zunächst  der  rus- 
sische n  Ausbildungsform  angezeigt ;  denn 
auf  der  großen  russischen  Tafel  haben 
sich  seit  der  präkambrischen  Faltung  keine 
wesentlichen  gebirgsbildenden  Vorgänge  mehr 
abgespielt,  so  daß  wir  dort  alle  xVblagerun- 
gen  noch  in  nahezu  ursprünglicher  Lagerung 
finden.  Dazu  kommt,  daß  nirgends  die 
Schichtenserie  so  vollständig  entwickelt  ist, 
wie  gerade  hier;  ganz  überwiegend  handelt 
es  sich  dabei  um  marine  Ablagerungen,  so 
daß  wir  also  das  russische  Karbon  weit 
eher  als  den  Typus  dieser  Formation  auf- 
fassen dürfen,  als  das  von  lokalen  Bedin- 
gungen betroffene  westeuropäische  Karbon. 

Das  L^nterkarbon  ist  zwar  vorwiegend 
kalkig  entwickelt  und  führt  dann  eine  der 
des  Kohlenkalkes  nahestehende  Fauna;  da- 
neben treten  jedoch  klastische  Einlagerungen 
mit  Kulmflora  auf,  die  gelegentlich,  wie  im 
großen  Moskauer  Becken,  lignitische  Kohlen- 
flöze enthalten.  Das  Oberkarbon  ist  — ■  mit 
einziger  Ausnahme  des  Donetzbeckens,  in 
dem  bauwürdige  Kohlenflöze  den  marinen 
Schichten  eingeschaltet  sind  —  durchgehends 
in  mariner  Fazies  entwickelt.  Zum  großen 
Teil  setzen  sich  die  Gesteine  ausForaminiferen 
(Fusulina,  Schwagerina  u.  a.)  zu- 
sammen, weshalb  das  ganze  Oberkarbon 
kurz  als  F'usulinenkalk  (Fig.  2)  bezeich- 
net wird.  Neben  diesen  charakteristischen 
Mikroorganismen  kommi  eine  Reihe  dieser 
marinen  Ausbildung  eigentümlicher  Formen 
vor,    wie    Enteles    Lamarcki    (Fig.    8), 


Meekella,  zahlreiche  Spiriferen  (mos- 
cjuensis,  fasciger,  Marcoui  u.  a.)  und 
Productiden,  Marginifera,  Aulo- 
steges,  Derbyia  u.  a.  Der  Waldenburger 
Stufe  sind  die  Mosquensisschichten  gleich- 
zustellen, der  Westfälischen  gehört  die 
Gshelstufe  an,  während  die  obersten 
Schichten,  in  welche  die  Hauptentwickelung 
der  Fusulinen  fällt,  Aequivalente  der  Ott- 
weiler Stufe  darstellen. 

In  dieser  Weise  ist  außer  dem  süd-  und 
zentralrussischen  Gebiet  auch  das  Becken 
vom  Ural  und  Tim  an  entwickelt,  in 
welchem  das  Unterkarbon  ebenfalls  gelegent- 
lich kohleführend  wird,  stellenweise  aber 
auch  fehlen  kann,  sowie  schließlich  das 
Karbon  von  Spitzbergen,  das  über  kulm- 
ähnlichem Unterkarbon  Fusulinenkalke  auf- 
weist. 

In  das  Gebiet  der  russischen  Entwicke- 
lungsform  fällt  auch  der  größte  Teil  Süd- 
europas. In  Spanien  ist  in  Asturien  das 
Unterkarbon  in  westeuropäischer  Fazies,  als 
Marbre  griotte  oder  Kulm  entwickelt,  während 
im  Oberkarbon  Fusulinenkalke  vorherrschen. 
Nur  unvollkommen  bekannt  ist  das  Karbon 
Italiens  und  Griechenlands;  doch 
kennt  man  pflanzenführende  Ottweiler 
Schichten  von  Sardinien,  und  von  Kor- 
sika solche  mit  der  Flora  der  Westfälischen 
Stufe. 

In  den  Ostalpen  (Karnische  Alpen, 
Karawanken)  und  ähnlich  auch  an  den  ver- 
einzelten Vorkommen  des  Balkans  ist  das 
Unterkarbon  durch  die  N  ö  t  s  c  h  e  r  Schichten 
vertreten,  die  neben  Kulmpflanzen  auch 
Kohlenkalkfauna  führen,  während  die 
Au  er  n  ig  schichten  des  Oberkarbons  von 
mächtigen  Tonschiefern  und  Sandsteinen  mit 
Ottweiler  Flora,  denen  Fusulinenkalke  ein- 
geschaltet sind,  gebildet  werden. 

c)  Außereuropäisches  Karbon. 

In  Nordafrika  können  wir  im  Norden, 
vor  allem  in  Marokko,  eine  der  westeuropä- 
ischen ähnliche  Ausbildung  feststellen;  neben 
Kohlenkalk  des  Unterkarbons  kommt 
pflanzenführendes  Oberkarbon  vor.  In  den 
von  gebirgsbildenden  Vorgängen  wesentlich 
unberührten  Gebieten  der  Sahara  und 
Aegyptens  hat  sich  Fusulinenkalk  abge- 
gert.  In  Südafrika  wird  der  oberste  Teil  der 
Kapformation  zum  Karbon  gerechnet. 

In  iVsien  herrscht  ein  Wechsel  der  ver- 
schiedenen Entwickelungsformen.  Das  Unter- 
karbon wird  zumeist  von  Kohlenkalk  ge- 
bildet, der  durch  ganz  Zentralasien  hindurch 
an  den  verschiedensten  Stellen  auftritt. 
Doch  kommen  auch  Steinkohlen  führende  Ab- 
lagerungen vor,  so  z.  B.  die  reichen  Lager 
der  Provinz  Sc  hantung.  Im  Oberkarbon 
herrschen  die  Fusulinenkalke  vor,  doch 
treten  auch  oft  mit  diesen  wechsellagernd 
klastische     Sedimente    auf,    denen    freilich 

45* 


708 


l\;irli(inlnniiali()ii 


selten  KohlojiHüzc  ciii^cschalfct  sind.  Von 
Interesse  ist  das  kleinasiatische  Kolilenl'old 
von  Eregli,  dessen  florislische  Reste  nach 
Zeiller  eine  überraschende  Aehiiliciikeit 
mit  denen  der  schlesischen  Kohleiit'elder 
besitzen.  Der  o;roße  Kohlenreichtiun  Chinas 
wird    iüngeren    Formationen   zugeschrieben. 

Von  großem  Interesse  ist  die  Entwieke- 
lung  des  Karbons  in  N  o  r  d  a  m  e  r  i  k  a.  Während 
sich  in  seinem  östlichen  Teil  die  Ausbildung 
eng  an  die  westeuropäische  anschließt  — ■ 
es  kommen  sogar  in  der  Fauna  dieselben 
Arten  vor  -  findet  sich  im  Westen  nur 
einlieitlich  marines  Karbon,  der  russischen 
Ausbildung  vergleichbar.  Dazwischen  kommen 
kontinuierliche  Uebergänge  vor. 

Das  Unterkarbon  (Mississippian)  besteht 
im   Osten  vorwiegend  aus   Kohlenkalk  und 
Kulm  mitgelegentlicheingeschalteten  Kohlen-  i 
flüzen.    Nach  Westen  nimmt  der  Kohlenkalk  1 
auf  Kosten  des  Kulms  beträchtlich  zu  und  | 
verdrängt  diesen  schließlich  ganz.    Man  teilt 
ihn  in   mehrere  Stufen   ein.     An  der  Basis ! 
liegen     die     Kinderhookschichten,     es  I 
folgt     die    Burlington-    und    Keokuk- 
gruppe,  die  von  den  St.  Louis -Kalken 
und  C  h  e  s  t  e  r  s  c  h  i  e  f  e  r  n  überlagert  werden. 

Das  Oberkarbon  (Pennsylvanian)  ist  durch 
ausgedehnte  und  mächtige  Steinkohlenfelder 
ausgezeichnet,  die  an  Kohlenreichtum  wohl 
nur  den  chinesischen  Feldern  nachstehen. 
Zum  Teil  schließt  sich  die  Ausbildung  so 
eng  an  die  europäische  an,  daß  über  schwach 
kohlenführenden  Waldenburger  Schichten 
(mit  entsprechender  Flora)  besonders  flöz- 
reiches mittleres  und  oberes  Oberkarbon 
folgt,  dessen  Flora  etwa  zur  Hälfte  selbst 
in  den  Arten  mit  der  westeuropäischen 
übereinstimmt.  Von  den  Kohlengebieten 
sind  besonders  wichtig  die  Anthrazitfelder 
von  Neuengland  und  Pennsylvanien, 
sowie  die  weiten  Felder  des  appa lachi- 
schen, Illinois-  und  Missouribeckens. 

Auch  das  marine  Oberkarbon  des  Westens 
zeigt  eine  weitgehende  Aehnlichkeit  mit  dem 
Kußlands,  die  sich  auch  in  der  Fauna  zu 
erkennen  gibt. 

Die  karbonischen  Al)lagerungeJi  Mittel- 
und  Südamerikas  sind  noch  sehr  unvoll- 
kommen bekannt.  Typischen  Kulm  kennt 
man  aus  Argentinien;  weitere  Verbrei- 
tung besitzt  marines  Oberkarbon  in  Peru, 
Chile  und  besonders  im  Amazonasge- 
biet. Die  Fauna  schließt  sich  eng  an  die 
der  nordarnerikaiiischen  Ablagerungen  an. 
Ganz  vorwiegend  scheint  es  sich  um  solche 
des  höchsten  Oberkarbons,  der  Ottweiler 
Stufe,  zu  handeln. 

In  Australien  findet  sich  im  Osten 
Kulm  mit  den  bezeichnenden  Leitpflanzeii; 


darüber  tritt  in  größerer  N'eibreitung  nuirines 
Oberkarbon  auf. 

6.  Nutzbare  Mineralien  und  Gesteine. 
Von  karbonischen  (lesteinen  dienen  viele 
technischen  Zwedvcn. 

Die  Schiefer  von  Le besten  in  Thü- 
ringen sind  ihrer  Feinschiefrigkeit  und 
glatten  Spaltbarkeit  halber  als  D  a  c  h  - 
schiefer  geschätzt.  Weiche  und  leicht  zu 
zerkleinernde  Tonschiefer  werden  jetzt  viel- 
fach gemahlen  und  zur  Ziegelfabrikation 
verwendet,  wie  z.  B.  die  Schiefer  des  Flöz- 
leeren in  Westfalen. 

Sandsteine  und  Grauwackeu  finden  als 
Bau-  und  Pflastersteine  Verwendung; 
ähnlichen  Zwecken  dienen  die  karbonischen 
Eruptivgesteine. 

Der  Kohlenkalk,  besonders  der  belgische, 
wird  als  Marmor  verarbeitet  und  besitzt 
als  solcher  eine  mannigfaltige  xVnwendung. 
An  den  zahlreichen  Versteinerungsquer- 
schnitten ist  die  Herkunft  solcher  Seh  uiuck- 
steine  meist  leicht  festzustellen. 

Das  wichtigste  hier  zu  nennende  nutzbare 
Mineral  ist  natürlich  die  Steinkohle.  lieber 
ihre  Entstehung,  ihre  Zusammensetzung 
usw.  vgl.  den  Artikel  ,, Kohlen". 

Nächst  der  Kohle  ist  der  in  Neu  braun - 
schweig  (Britisch -Nordamerika)  gang- 
förmig im  Karbon  auftretende  Asphalt  zu 
nennen,  der  wegen  seiner  großen  Mächtigkeit 
(bis  zu  6  m)  mehr  als  lokale  Bedeutung  hat. 

Ueberaus  reich  ist  das  Karbon  an  Erz- 
gängen. Die  Ober  harzer  Gänge  —  Blei- 
glanz, Zinkblende,  Fahlerz,  Kupferkies, 
Schwerspat  — •  setzen  im  Karbon  auf. 
Auch  die  Aachener  und  belgischen 
Erzgänge  und  -lager  (Zinkblende,  Bleiglanz, 
Schwefelkies)  sind  karbonischen  Schichten 
eingeschaltet. 

Erwähnenswert  sind  die  wertvollen,  in 
dem  sogenannten  Blak  band  N.-Stafford- 
shires  in  Begleitung  der  Kohlenflöze  auf- 
tretenden Sphärosideritbänke. 

Salz  und  Gips  tritt  im  Oberkarbon  des 
östlichen  Urals  und  in  Neufundland 
in  Nordamerika  auf. 

Literatur.     Conybeave  and  Phillips,    OuÜines 

';/■  tlie  Geolo(iy  of  England  and  Wales.  1822.  — 
M'Coy,  A  Synopsis  of  the  characters  of  thc  Car- 
bonifcrous  Limestone  Fossils  of  Ireland.  I844.  — 
Murchison,  de  Verneiiil  and  Keyserling, 
Geolo(/y  of  Russia  in  Europe  and  the  Ural 
Mountains.  IS^ö.  —  Weiss,  Fossile  Flora  der 
jüngsten  Steinkoldenformation  usw.  1869  bis  1872. 
—  Stuf,  Beiträge  zur  Kenntnis  der  Flora  der 
Vorwelt.  1875  bis  1887.  —  De  Koninck,  Faune 
du  calcaire  carbonifere  de  La  Belgique.  1878  bis 
1887.  —  Potonie,  Floristische  Gliederung  des 
deutschen  Karbon  und  Perm.  1896.  —  Frech, 
Lethaea  palaeozoica.  Bd.  II,  1899.  —  Hang, 
Traite    de    Geologie.     II    1911.    —     Crediier, 


Kaii»ouforniation  —  Katalyse 


709 


Elemente  der  Geologie.  11.  Aufl.,  1912.  —  Kayser, 
Geologische  Formal iuvskunde.  ö.  Aufl.  1913.  — 
Geolog.  Spezialkarle  (l  :  25000)  der  Preuß. 
Geolog.  LandesanMalt  (aus  dem  Rheinischen 
Schicfergebirge,   Thüringen,  Harz  und  Schlesien). 

W.   Kegel. 


Kare. 

jSrischenförmise.  Einschnitte  in  Fels- 
wände. Sie  sind  wesentlich  an  die  Schnee- 
grenze geknüpft  nnd  werden  darnm  in  heute 
nicht  mehr  vergletscherten  ( iebieten  ( Schwarz- 
wald) als  Anzeichen  der  früheren  Vergletsche- 
rung angesehen.  Es  entwickeln  sich  dabei 
serne  kleine  Felsseen,  sogenannte  Karseen. 


Karren. 


Verwandt  mit  den  Regenrillen  oder 
Regenriefen.  Sie  werden  hervorgebracht 
durch  die  lösende  Tätigkeit  des  Wassers  und 
erscheinen  sowohl  im  Gebirge  als  am  Meeres- 
ufer hauptsächlich  an  Kalksteinen  und 
Dolomiten,  aber  auch  an  Gips.  Sie  stellen 
durch  mehr  oder  minder  scharfe  Rippen 
voneinander  getrennte  hohlkehlenförmige,  oft 
geradlinig  verlaufende,  oft  mäandrisch  ge- 
wundene Vertiefungen  dar,  die  sich  oft  über 
große  Erstreckungen  ausbreiten  —  Karren - 
Felder.  Besonders  verbreitet  in  den  Kalk- 
alpen, an  der  Nordküste  von  Spanien  usw. 


wurde  er  Oberhüttenrat  und  Oberhüttenverwalter 
für  Ober-  und  Niederschlesicii.  1821  berief  man 
ihn  als  Geheimen  Oberbergrat  nach  Berlin,  wo 
er  fast  30  Jahre  lang  die  Oberleitung  des  gesamten 
preußischen  Hüttenwesens  und  der  Salinen  mit 
großem  Erfolge  inne  hatte.  1850  trat  er  in  den 
erbetenen  Ruhestand.  1851  wurde  er  vom 
'■■  )ppeler  Bezirk  zum  ^litglied  der  ersten  Kammer 
gewählt.  Er  starb  am  22.  August  1853  in  Berlin. 
Karsten  hat  auf  die  Entwickelung  des 
deutschen  Berg-  und  Hüttenwesens  einen  be- 
deutenden Einfluß  ausgeübt,  zumal  da  er  neben 
seiner  wissenschaftlichen  Befähigung  auch  ein 
großes  Organisationstalent  besaß.  Sein  wich- 
tisfstes  Werk  ist  das  Handbuch  der  Eisen- 
hüttenkunde (Halle  1816  2  Bd. ;  3.  Aufl.  Berlin 
5  Bde.),  in  dem  er  zum  ersten  Male  der  Praxis 
die  wissenschaftlichen  Grundlagen  bot.  Von 
ähnlicher  Bedeutung  ist  das  1818  in  Breslau 
erschienene  Werk:  (irundriß  der  Metallurgie  und 
der  metallurgischen  Hüttenkunde,  das  er  1831  zu 
einem  großen  Handbuch:  System  der  Metallurgie, 
geschichtlich,  statistisch,  theoretisch  und  tech- 
nisch (5.  Bd.  51  Karten)  erweiterte.  1818  gründete 
er  das  Archiv  für  Bergbau  und  Hüttenwesen,  eine 
Zeitschrift,  die  die  Praxis  mit  der  Wissenschaft  in 
enge  Verbindung  brachte.  1829,  nach  Eintritt 
V.  Dechens  in  die  Redaktion,  wurde  es  in  ein 
Archiv  für  ]\Iineralogie,  Geognosie,  Bergbau 
und  Hüttenkunde  umgewandelt,  das  bis  1854  das 
Hauptorgan  für  Publikationen  aus  diesen  Dis- 
ziplinen in  Deutschland  war. 

Literatur.         Allgemeine     Deutsche     Biographie, 
,       Bd.  15,.   S.  4^7 — 80.  —  Nekrolog  in  Karstens 
Archiv  XXVI,    222   vnd    Abh.    d.    Gesellsch.    d. 
1       Wiss.  in    Göttingen  Bd.  5. 

O.   Marschall. 


Kataklase. 


Karsten 

Karl  Johann  Bernhard. 

Er  wurde  am  2G.  rsovember  1782  zu  Bützow 
in  ;\Iecklenburir  als  Sohn  des  Rostocker  Professors 
der  .Xationalukononhe  F.  Ch.  L.  Karsten  ge- 
boren. Bereits  mit  ]7  Jahren  bezog  er  die  Uni- 
versität in  Rostock,  um  sich  dem  Studium  der 
^ledizin  und  Rechtswissenschaft  zu  widmen. 
Bald  wandte  er  sich  ganz  den  Naturwissenschaften 
zu,  ging  1801  nach  Berlin,  wo  er  besonders  eifrig 
[Mineralogie  und  Metallurgie  studierte.  Mit  einer 
Abhandlung  ,,De  affinitate  chemica'' promovierte 
er  in  Rostock.  Sein  Interesse  für  Hüttenanlagen 
veranlaßte  ihn  zahlreiche  Hüttenwerke  haupt- 
sächlich in  Schlesien  zu  besuchen,  wo  er  gründ- 
liche Beobachtungen  ansteht«  und  in  reichem 
Maße  praktische  Erfahrungen  sammelte.  1804 
wurde  er  Referendärius  beim  oberschlesischen 
Oberbergamt.  Seine  glänzenden  Erfolge  auf  dem 
Gebiete  der  Zinkdarstellung  bewirkten,  daß  er 
schon  1805  zum  Assessor  ernannt  wurde.  1810 
erfolgte   seine    Beförderung   zum    Bergrat;    1811 


Zertrümmerung  der  Mineralbestandteile 
eines  Gesteins  durch  Gebirgsdruck  (vgl. 
den  x\rtikel  ,, Gesteinsstruktur"). 


Katalyse. 

1.  Begriffsbestimmung.  2.  Homogene  Kata- 
lysen. 3.  Heterogene  Katalysen.  4.  Wirkung  meh- 
rerer Katalvsatoren,  ,, Vergiftungserscheinungen". 
5.  Katalyse"  und  Fermentreaktionen.  6.  Theorien 
der  Katalyse.  7.  Katalyse  und  chemisches  Gleich- 
gewicht.    8.  Anwendungen  der  Katalyse. 

I.  Begriffsbestimmung.  Seit  langem  ist 
es  aus  der  praktischen  und  wissenschaft- 
lich-chemischen Erfahrung  bekannt,  daß 
der  Ablauf  vieler  chemischer  Vorgänge 
durch  die  bloße  Gegenwart  mancher  Stoffe 
(,, Kontaktstoffe")  mehr  oder  weniger  stark 
beschleunigt  wird.  Derartige  Erscheinungen 
sind   um  so  auffälliger,    als  die  Menge  des 


710 


Katalyse 


Reaktionsboschlciinisers  oft  in  einem  ver- 
schwindend kleinen  Verhältnis  zur  Menoe  der 
sich  umsetzenden  Stoffe  steht  und  dennoch 
intensive  Wirkuno;en  walirzunehmen  sind. 
Die  Verzuckerunjn;  der  Stärke  in  Gegenwart 
von  Säuren  oder  Diastase ,  die  Beschleu- 
nip,"ung  der  Wasserbildung  aus  Knallgas 
durch  Platinniohr,  die  Oxydation  des  Alko- 
hols zu  Essigsäure  in  (iegenwart  von  IMatin, 
die  Zersetzung  des  Wasserstoffsuperoxyds 
durch  Platin  sind  altbekannte  I^eispiele 
solcher  Vorgänge.  Ihnen  allen  ist  gemeinsam, 
daß  die  reaktionsbeschleunigenden  Stoffe 
in  den  eigentlichen  Umsetzungsgleichungen 
gar  nicht  auftreten,  also  dem  Anscheine 
nach  gleichsam  nur  als  Zuschauer  bei  der 
Reaktion  zugegen  sind,  und  daß  die  An- 
wesenheit des  Zusatzstoffes  für  den  Eintritt 
der  Reaktionen  kein  unbedingtes  Erfordernis 
bildet,  diese  vielmehr  auch  für  sich  allein, 
allerdings  langsamer,  erfolgen  können. 

Bei  oberflächlicher  Betrachtung  scheint 
das  letztere  für  einige  der  genannten  Bei- 
spiele nicht  zuzutreffen.  Die  Vereinigung 
von  Wasserstoff-  und  Sauerstoffgas,  die  in 
GegenAvart  von  Platinmohr  oder  mancher  j 
anderer  Stoffe  rasch  vonstatten  geht,  ist 
in  Abwesenheit  solcher  Reaktionsbeschleu- 
niger bei  Zimmertemperatur  noch  niemals 
beobachtet  worden.  Erst  bei  sehr  langer 
Erhitzung  auf  300"  konnte  eine  geringe 
Wasserdampf bildung  nachgewiesen  werden; 
bei  höherer  Temperatur  erfolgt  dann  die 
spontane  Vereinigung  der  beiden  Gase 
immer  rascher.  Daraus  ist  aber  zu  schließen, 
daß  die  Wasserbildung  aus  Knallgas  auch 
bei  gewöhnlicher  Temperatur  ein  von  selbst 
verlaufender  Vorgang  ist,  der  sich  aller- 
dings infolge  allzu  geringer  Geschwindigkeit 
der  unmittelbaren  Wahrnehmung  entzieht. 
In  der  Tat  führen  sowohl  Erfaln'ungen  aus 
der  chemischen  Kinetik  wie  aus  der  chemi- 
schen Energetik  zu  diesem  Schluß.  Eine 
für  die  Temperaturabhängigkeit  chemischer 
Reaktionsgeschwindigkeiten  im  großen  und 
ganzen  gültige  Regel  besagt,  daß  die  Ge- 
schwindigkeit chemischer  Vorgänge  für  10" 
Temperaturerniedrigung  sich  etwa  auf  die 
Hälfte  ihres  Wertes  verringert.  Für  die 
Wasserdampfbikiung  ist  beobachtet  worden, 
daß  bei  009"  in  oO  Minuten  0,10  Vol.-Proz. 
des  Knallgases  sich  zu  Wasser  umsetzen; 
um  den  gleichen  Umsatz  bei  9"  zu  erreichen, 
müßte  man  also  der  obigen  Regel  zufolge 

500— q, 

50.2  '°  s  Minuten  oder  1,06. lO^i  Jahre 
Avarten,  d.  h.  es  ist  praktisch  keine  Spur 
einer  sijontanen  Wasserbildung  zu  beob- 
achten. Andererseits  fordert  aber  die 
Thermodynamik  auf  Grund  der  hohen 
Bildungswärme  des  Wasserdampfes  und 
seines  selbst  bei  Temperaturen  von  mehreren 
hundert    Grad    mir    sehr    geringen    Disso- 


ziationsgrades, daß  die  Vereinigung  der 
Knallgasbestandteile  bei  Zimmertemperatur 
im  Gleichgewichtszustande  eine  ])raktisch 
vollkommene  sei.  Dementsprechend  ist 
ein  Wasserstoff-Sauerstoffgemenge  bei  Zim- 
mertemperatur ein  thermodynamisch  in- 
stabiles System,  das  nur  infolge  seiner  ge- 
ringen Reaktionsgeschwindigkeit  aufbewahrt 
werden  kann. 

Die  Wirkung  des  Platinmohrs  auf  eine 
Knallgasinischung  ist  also  auch  hiernach 
nichts  anderes  als  eine  Reaktionsbeschleu- 
nigung: das  Platin  befördert  eine  an  sich 
mögliche  Reaktion,  welche  die  zu  ihrem 
Ablauf  nötige  freie  Energie  aus  sich  selbst 
heraus  liefert.  Da  das  Platin  nach  Beendi- 
gung der  Knallgasbildung  sich  in  demselben 
Zustande  befindet  wie  vorher,  so  hat  es 
an  dem  Gesamtenergieumsatz  des  Vorganges 
keinen  Anteil,  es  wirkt  gewissermaßen  auf 
den  Gang  der  Umsetzung  nur  wie  ein 
Schmiermittel  auf  den  Lauf  einer  Maschine: 
in  beiden  Fällen  w'erden  Reibungen  oder 
Verzögerungen  gemindert,  ohne  daß  das 
Auftreten  einer  neuen  Kraft,  ein  Zuschuß 
an  Energie  erfolgt. 

Man  faßt  derartige  chemische  Vorgänge 
unterdem  Sammelnamen  der  kataly  tischen 
Reaktionen  zusammen  und  definiert  nach 
Ostwald: 

Katalyse  ist  die  Beschleunigung 
eines  langsam  verlanfenden  chemi- 
schen Vorganges  durch  die  Gegen- 
wart eines  fremden  Stoffes.  Dabei 
ist  im  Sinne  der  obigen  Darlegungen  unter 
einem  ,, langsam  verlaufenden  chemischen 
Vorgang"  jede  thermodynamisch  mögliche 
Reaktion  zu  verstehen,  auch  dann,  w'enn  sie 
sich  bei  Abwesenheit  von  Katalysatoren 
infolge  zu  geringer  Geschwindigkeit  der 
Wahrnehmung  entzieht. 

Ueber  die  Mengenverhältnisse,  in  denen 
der  katalysierende  Stoff  zugegen  ist,  wird 
in  der  obigen  Begriffsbestimmung  grund- 
sätzlich nichts  ausgesagt,  so  daß  z.  B.  der 
reaktionsbefördernde  Einfluß  vieler  Lö- 
sungsmittel im  Rahmen  der  katalytischen 
Erscheinungen  seinen  Platz  finden  kann. 
Auch  die  Konstanz  von  Menge  und  Be- 
schaffenheit des  Katalysators  bei  der  Re- 
aktion ist  nach  der  obigen  Definition  für 
die  Katalyse  nicht  wesentlich;  in  der  Tat 
sind  typisch  katalytische  Vorgänge  bekannt, 
bei  denen  sekundäre  Veränderungen  der 
Menge  des  Katalysators  oder  seiner  Be- 
schaffenheit, z.  B.  Inaktivierung,  beobachtet 
werden. 

Die  Einteilung  der  katalytischen  Re- 
aktionen bietet  infolge  der  großen  Zahl 
und  ^lannigfaltigkeit  dieser  Erscheinungen 
Schwierigkeiten.  An  eine  in  praktischer 
Hinsicht  befriedigende  Einteilung  müßte  man 
die    Forderung    stellen,    daß    sie    Hinw-eise 


Katalyse 


711 


dafür    liefert,    welche    Stoffe    oder    welche  | 
Klasse    von    Stoffen   als    Katalysatoren   für  j 
eine  oegebene  Reaktion  in  Betracht  kommen.  ' 
Eine    solche    Einteiluns;    scheint    nach    den 
vorliegenden     Erfahrnngen     in     allgemeiner 
Form   sicher   nicht   durchführbar   zu    sein. 
Man  weiß  wohl  daß  gewisse   Gruppen  von  i 
Reaktionen    durch    gewisse     Gruppen    von  j 
Stoffen   beschleunigt   werden   (z.    B.    Ester- 
spaltungen durch  Säuren),  doch  kennt  man 
derartig-e    Regelmäßigkeiten    nur    für    einen 
kleinen    Bruchteil    aller    katalytischen    Re- 
aktionen. 

Eine  Einteilung  der  katalytischen  Vor- 
gänge auf  theoretischer  Grundlage  ist 
ebenfalls  nicht  angängig,  da  wir  über  das 
Wesen  und  den  ^lechanismus  der  Re- 
aktionsbeschleunigungen bisher  nur  in  ver- 
einzelten Fällen  gut  unterrichtet  sind  und 
in  allgemeiner  Hinsicht  nicht  mehr  aussagen 
können,  als  daß  die  verschiedenen  Katalysen 
auf  sehr  mannigfachen  chemischen  und 
physikalischen  Vorgängen  beruhen,  deren 
Erforschung  fast  in  jedem  einzelnen  Falle 
gesondert  erfolgen  muß. 

Wir  schließen  uns  im  folgenden  der 
üblichen,  rein  phänomenologischen  Eintei- 
lung in  homogene  und  heterogene  Katii- 
Ivsen  an;  die  erstere  Klasse  umfaßt  die 
Reaktionen,  bei  denen  der  Katalysator 
mit  den  reagierenden  Stoffen  ein  homogenes 
Gemisch  bildet,  letztere  diejenigen  Fälle, 
in  denen  der  Katalysator  als  besondere 
Phase  besteht,  also  mit  den  reagierenden 
Stoffen  nur  mechanisch  in  Berührung  oder 
in  ihnen  suspendiert  ist.  Aus  beiden  Klassen 
von  katalytischen  Reaktionen  sollen  nach- 
folgend einige  wichtige  Beispiele  angeführt 
werden. 

2.  Homogene  Katalysen.  Die  hydro- 
lytische Aufspaltung  des  Rohrzuckers 
in  Glukose  und  Fruktose  (Inversion): 

1  Mol  Rohrzucker  +  1  Mol  Wasser  -^ 
1  Mol  Glukose  +  1  Mol  Fruktose 

tritt  in  rein  wässeriger  Lösung  praktisch 
überhaupt  nicht  ein,  wird  aber  bei  Zusatz 
von  Säuren  jeder  Art  katalytisch  beschleunigt. 
Die  Reaktion  verläuft,  wie  nach  der  obigen 
Umsetzungsgleichung  zu  erwarten  ist^),  als 
monomolekularer  Vorgang,  also  mit  einer 
der  jeweils  vorhandenen  Rohrzuckerkonzen- 
tration proportionalen  Geschwindigkeit,  nach 
der  Gleichung 


wo  a  die  molare  Anfangskonzentration  des 
Rohrzuckers,  x  die  jeweilige  Konzentration 

der    Glukose    oder    Fruktose,     ,-    die    Zu- 

dt 

wachsgeschw'indigkeit  von  x  und  k  die 
sogenannte  Geschwindigkeitskonstante  der 
Reaktion  bedeuten.  Untersuchungen  von 
Ostwald  über  die  Inversionsgeschwindig- 
keit des  Rohrzuckers  bei  Gegenwart  ver- 
schiedener Säuren  ergaben,  daß  die  Kon- 
stante k  nicht  sowohl  von  der  Art  der 
anwesenden  Säure  als  vielmehr  von  der 
H'-Ionenkonzentration  der  Lösung  abhängt 
und  dieser  einfach  proportional  ist.  Dies 
erhellt  aus  der  folgenden  Tabelle,  in  der  die 
Inversionskonstanten  k  für  verschiedene 
Säurelösungen  gleicher  Aequivalentkonzen- 
tration  (bezogen  auf  knci  =  100)  den 
Aequivalentleitfähigkeiten  der  Säurelösungen 
(bezogen  auf  die  von  HCl  =  100)  gegen- 
übergestellt sind ;  die  Leitfähigkeiten  können 
als  angenähertes  Maß  der  H'-Ionenkon- 
zentrationen  dienen. 


Geschwin-  |  Aequiva- 
digkeits-  |  lentleit- 
koiistante  ;  fähigkeit 


lOO 

100 

lOO 

100 

104 

100 

54 

59,^ 

27 

33 

19 

20 

5 

6,4 

I, 

5 

^,3 

0 

9 

0.7 

dx 
dt 


k.(a— x). 


Salzsäure  .... 
Salpetersäure  .  .  . 
Chlorsäure  .... 
Schwefelsäure  .  . 
Dichloressigsäure  . 
Oxalsäure  .... 
Monochloressigsäiu'e 
Ameisensäure  .  .  . 
Essigsäure    .... 


Aehnliches  gilt  für  die  Verseifung  des 
Methylacetates  durch  Säuren  und  viele 
andere  Reaktionen,  die  durch  Säuren  kata- 
lysiert werden.  In  allen  diesen  Fällen  sind 
offenbar  nicht  die  Säuren  als  solche  die 
wirksamen  Katalysatoren,  sondern  die  in- 
folge ihrer  elektroly tischen  Dissoziation  vor- 
handenen H--Ionen. 

Hat  man  die  Geschwindigkeit,  welche 
eine  Lösung  bekannter  H'-Ionenkonzen- 
tration  (ch)  z.  B.  der  Rohrzuckerinversion 
erteilt,  ermittelt,  so  kann  man  auf  Grund 
der  Proportionalität  von  k  und  ch- 

k  =  const.  ch- 
die  Konzentration  der  H'-Ionen  in  beliebigen 
anderen   Lösungen    (c'h)    berechnen,   Avenn 
deren    Inversionskonstante     k'     durch    re- 
aktionskinetische Messungen  bestimmt  wird: 


1)  Die  Konzentration  des  Wassers  bleibt  in 
wässeriger  Lösung  wegen  seines  großen  Ueber- 
schusses  bei  der  Reaktion  praktisch  konstant 
und  geht  d;iher  in  die  Geschwindigkeitsgleichung 
nicht  ein. 


k' 


C  H- 


.Ch- 


Diese  Methode  der  H--Ionenkonzentrations- 
bestimraung  findet  praktische  Verwendung. 
Man  bedient  sich  für  nicht  zu  kleine  H'- 
lonenkonzentrationen      der     Rohrzuckerin- 


712 


Katalyse 


Version  oder  der  .Motliylacetatverseifung, 
während  sich  für  sehr  kleine  H'-Ionen- 
Ivonzentrationen  die  vojiBredif?  und  Fraen- 
kel  ein<i;ehend  studierte  Säurekatalyse  der 
D  i  a  z  0  e  s  s  i  g  s  ä  u  r  e  ä  t  h  y  1  e  s  t  e  r-  Spaltung 

CHNoCOOCoHj  +  H2O  — >►  N.,  + 
CH2OHCOOC2H5 

aufs  beste  eignet,  die  sich  selbst  iu)ch  bei 
H'-Ioneiü\()iizeiitratiünen  von  der  (iriiljen- 
ordnuiig  \/]on()  '^  bequem  bei  Ziinnierteinj)e- 
ratur  gasonietrisch  verfolgen  laut. 

Auch  Basen  wirken  vielfach  kataly- 
sierend. Die  Spaltung  des  Diaceton- 
alkohols 

CH3CüCH2C(CH3).,0H  ->  2CH3COCH3 

und  der  umgekehrte  Vorgang,  die  Kon- 
densation von  Aceton  zu  Diacetonalkohol, 
verlaufen  nach  Koelichen  mit  einer  der 
Konzentration  der  in  der  Lösung  anwesenden 
OH'-Ionen  nahezu  proportionalen  Ge- 
schwindigkeit; der  Vorgang  läßt  sich  leicht 
durch  die  Volumänderung  des  Systems 
messend  verfolgen  und  wird  zur  Bestim- 
mung von  OH'-Ionenkonzentrationen  be- 
nutzt. 

Das  Proportionalitätsgesetz  gilt  ferner 
u.  a.  für  die  kataly tische  Wirkung  des 
J'-Ions  auf  die  Wasserstoffsuperoxyd- 
spaltung (Bredig  und  Walton,  vgl. 
auch  S.  720),  für  die  Cyanionenkatalyse 
der  Benzoinbildung  (Bredig  und  Stern) 
und  viele  andere,  namentlich  monomole- 
kulare Reaktionen,  doch  kommt  ihm  keines- 
wegs allgemeine  Gültigkeit  zu.  Insbesondere 
bei  polymolekularen  Reaktionen  ist  der 
Einfluß  des  Katalysators  auf  die  Reaktions- 
geschwindigkeit meist  einer  höheren  Potenz 
der   Katalysatorkonzentration   proportional. 

Die  Geschwindigkeit  der  Chlorierung 
und  Bromierung  des  Benzols  ist  dem 
Quadrate  der  Konzentration  des  kataly- 
sierenden Jodchlorids  und  Jodbromids  pro- 
portional (Slator).  Aehnlich  ist  der  Einfluß 
der  Salzsäure  auf  die  Reaktion  zwischen 
Eisenchlorid  und  Zinnchlorür  (Kahlen- 
berg).  Die  Reduktion  der  Arsensäure 
durcli  Jodwasserstoff  in  (Gegenwart  von 
verdünnter  Schwefelsäure  wird  proportional 
der  Menge  der  letzteren  beschleunigt;  in 
Gegenwart  von  konzentrierterer  Schwefelsäure 
wächst  aber  die  Reaktionsgeschwindigkeit 
viel  rascher,  als  dem  i'roportiojialitätsgesetz 
entspricht. 

Die  Einwirkung  der  Katalysatoren  be- 
schränkt sich  nicht  immer  auf  Veräiule- 
rungen  des  Zahlenwertes  der  Geschwindig- 
keitskonstanten. Vielfach  wird  das  ganze 
Gesetz  (k's  Reaktionsablaufs  verändert,  d.  h. 
die  Ordnung  der  Reaktion  beeinflußt.  Ein 
Beispiel  hierfür  bildet  die  Reaktion  zwischen 
Wasserstoffsuperoxyd  und  Jod  Wasser- 


stoff säure  in  Gegenwart  von  Molybdän- 
säure (Brode).  Die  nicht  katalysierte 
Reaktion 

H2O.,  +  2HJ  ->   2H2O  +  J2 

verläuft  nach  der  bimolekularen  Geschwin- 
digkeitsgleichung 


dx| 
dtJ 


=  k.CH,0,.Cj, 


Bei  Gegenwart  von  Molybdänsäure  lagert 
sich  über  die  S])ontanreaktion  eine  weitere 
Reaktion,  deren  Geschwindigkeit  der  Kon- 
zentration des  Katalysators  und  der  Jod- 
ionen proj)ortional,  von  der  HoO._,-Konzen- 
tration  aber  unabhängig  ist: 


dxl 
dti; 


=  k'.CMolvbd..C] 


SO    daß    der     Geschwindigkeitsverlauf    des 
Gesamtvorganges    der    Differentialgleichung 


dx 
dt 


jdx 


+ 


dx 
dt 
k' 


k(  Cn„0.  +   TT .  CMolybd. ) .  C  j  ■ 

folgt.        lieber    den     Mechanismus     dieser 
Katalyse  s.  S.  720. 

Mitunter  ist  auch  der  Katalysator  von 
Einfluß  auf  die  Reaktionsbahn,  nach  der 
sich  ein  reagierendes  Gemisch  umsetzt, 
und  somit  auch  auf  die  iVrt  der  entstehenden 
Umsetzungsprodukte.  Der  Katalysator 
wählt  von  den  verschiedenen  Reaktionen, 
die  ein  Gemisch  unter  Verlust  an  freier 
Energie  eingehen  kann,  je  nach  seiner 
Eigenart  die  eine  oder  andere  aus  (kata- 
lytische  Reaktionsablenkung).  So 
wirkt  Chlor  auf  Benzol  sowohl  in  der 
Substitutionsreaktion 

CeHe  +  CI2  —>   CeH^Cl  +  HCl, 
wie  in  der  Additionsreaktion 

CeHg  +  3CI2  —>  CeHgCle 
ein.  Bei  Anwesenheit  von  Jodchlorid 
werden  70  Proz.,  bei  Anwesenheit  von  Zinn- 
chlorid und  Eisenchlorid  100  Proz.  des  ver- 
brauchten Chlors  nach  der  ersten  Gleichung 
gebunden  (Slator).  Ein  gut  durchge- 
arbeitetes Beispiel  einer  katalytischen  Re- 
aktionsableiüvung  findet  sich  bei  der  Re- 
aktion zwischen'  Wasserstoffsuperoxyd 
und  Thio  Sulfat  in  essigsaurer  Lösung. 
Während  die  Reaktion  bei  Abwesenheit 
von  Katalysatoren  oder  in  Gegenwart  von 
Jodion  glatt  nach 

H2O2  + 2So()3"  +  211-  — >  S^Oß"  +  2H2O 

zu  Tetrathionat  führt,  tritt  bei   Gegenwart 
von  Molybdänsäure  in  SpureJi  daneben  die 
zu  Sulfat  führende  Reaktion 
4H.,02  +  S2O3"  — >  2SO4"  +  2H-  +  3H2O 


Katalyse 


713 


ein.  Je  nach  den  Versuchsbedinoungen  wird 
daher  das  Molarverhältnis  des  verbrauchten 
Wasserstoffsuperoxyds  und  Thiosulfats  zwi- 
schen 1:2  und  8:2  liegen  (Abel  und  Baum). 

Antokatalyse.  Bei  den  bisher  be- 
trachteten katalytisclien  Erscheinungen  blieb 
die  Menge  des  Katalysators  während  der 
Reaktion  konstant,  der  Katalysator  ging 
weder  in  die  Reaktion  ein,  noch  trat  er 
unter  den  Reaktionsprodukten  auf.  Diese 
Beschränkung  ist  jedoch  keinesw-egs  für 
das  Wesen  der  katalytischen  Vorgänge 
notwendig.  Auch  ein  an  der  Reaktion  be- 
teiligter oder  durch  sie  entstehender  Stoff 
kann  katalytiscli  wirken.  Sein  Einfluß  auf 
die  Geschwindigkeit  ist  dann  ein  doppelter: 
er  wirkt  1.  wie  alle  Reaktionsteilnehmer 
durch  Massenwirkung  auf  die  Geschwindig- 
keit des  Vorganges  oder  ihrer  Gegenreaktion, 
2.  verändert  er  dank  seiner  katalytischen 
Eigenschaf  ten  die  Geschwindigkeitskonstante. 
Es  liegt  auf  der  Hand,  daß  die  Geschwindig- 
keit einer  Reaktion  während  ihres  Ablaufes 
steigen  kann,  wenn  sich  ein  Katalysator 
unter  den  Reaktionsprodukten  befindet, 
und  daß  sie  stärker  als  infolge  der  bloßen 
Konzentrationsabnahme  der  Reaktionsteil- 
nehmer abnehmen  muß,  wenn  einer  der 
verschwindenden  Stoffe  als  Katalysator 
fungiert.  Man  bezeichnet  solche  Erschei- 
nungen als  Autokatalysen. 

Handelt  es  sich  beispielsweise  um  eine 
monomolekulare  Reaktion,  die  ohne  kata- 
lytische  Einflüsse  nach  der  Gleichung 


Geschwindigkeitsverhalten  mitunter  von 
allen  anderen  Reaktionen  völlig  abweichen 
können.  Während  die  meisten  isotherm 
geleiteten  Reaktionen  mit  dem  Höchstwert 
ihrer  Geschwindigkeit  einsetzen,  wächst  im 
Falle  der  Autokatalyse  vielfach  (namentlich 
wenn  k^  klein  gegen  k.,  ist)  die  Geschwindig- 
keit zunächst  an,  um  nach  Erreichung  eines 
Maximums  wieder  abzunehmen. 

Ist  umgekehrt  der  verschwindende 
Stoff  der  wirksame  Katalysator,  so  erhält 
man  unter  sonst  gleichen  Voraussetzungen 
wie     oben     die     Geschwindigkeitsgleichung 


dx 
dt 


(kl  +  k.,(a-x))(a-x) 
=  ki(a— x)  +  k2(a—  x)^; 


=  ki(a — x) 


die  Geschwindigkeit  fällt  dann  im  Laufe  der 
Umsetzung  rascher  ab  als  bei  einer  gewöhn- 
lichen Reaktion  1.  Ordnung. 

Entsprechende  Gleichungen  lassen  sich 
leicht  für  Autokatalysen  von  Reaktionen 
höherer  Ordnung  ableiten.  Allgemein  läßt 
sich  sagen,  daß  die  Ordnung  einer  Reaktion 
vermehrt  wird,  wenn  ein  in  der  Reaktions- 
gleichung auftretender  Stoff  die  Umsetzung 
katalysiert. 

Autokatalysen  sind  den  Chemikern  in 
großer  Zahl  bekannt.  In  den  meisten  Fällen, 
in  denen  eine  Reaktion  träge  einsetzt  und 
sich  erst  allmählich  beschleunigt,  hat  man 
mit  autokatalytischen  Wirkungen  zu  rechnen. 
So  war  es  schon  Millon  bekannt,  daß  reine 
Salpetersäure  nur  langsam  auf  edlere 
Metalle,  wie  Kupfer  oder  Silber,  einwirkt. 
Ist  aber  erst  eine  kleine  Menge  Metall  unter 
Bildung  von  salpetriger  Säure  gelöst,  so 
beschleunigt  letztere  die  weitere  Auflösung. 
Setzt  man  von  vornherein  etwas  salpetrige 
Säure  hinzu,  so  setzt  die  Auflösung  bereits 
lebhaft  ein. 

Bei  der  titrimetrischen  Analyse  von 
Permanganatlösungen  durch  Reduktion 
mit  Oxalsäure  in  mineralsaurer  Lösung 

2KMn04  +  öHoCaO^  +  3H.,S04   ^    K0SO4 
+  2MnS04  +  10CO;+ 8H2O 

verläuft  die  Reduktion  der  ersten  zum  Ueber- 
schuß  der  Oxalsäure  zufließenden  Tropfen 
des  Permanganats  selbst  beim  Erwärmen  nur 
langsam;  sobald  kleine  Mengen  von  Mangano- 
ion  in  der  Lösung  gebildet  sind,  verläuft 
die  weitere  Reduktion  bedeutend  rascher. 
Bei  der,  I^mwandlung  von  Oxysäuren 
in  die  entsprechenden  Laktone 

>►      ....  CHo  ....  CO  +  H2O 
0 

wirken  die  eigenen  H--Ionen  der  Säuren  kataly-  man  der  Säure  eines  ihrer  (stark  ionisierten) 
sierend    (Hjelt,    Henry,   Collan).      Setzt   Neutralsalze  zu,  so  wird  gemäß  dem  Massen- 


verlaufen würde,  und  wirkt  der  neu  gebildete 

Stoff   proportional   seiner    Konzentration   x 

beschleunigend  auf  sie  ein,  so  superponiert 

sich  über  die   Spontanreaktion  eine  kataly- 

tische 

dx] 

j^^  =  k(a^x), 

deren  Konstante   k    proportional  mit  y  an- 
wächst: 

k  =  k2.X. 

Es  folgt  für  die  zu  beobachtende  Geschwindig- 
keit des  Gesamtvorganees : 


d^ 
dt 


dx] 
d^J 


rdx 
dt 


=-  (kl  +  kox)(a^x). 


Man  erkennt  leicht  aus  dieser  Gleichung, 
daß   autokatalytische   Reaktionen   in   ihrem 

....  CH,OH....COOH    


714 


Ivatalvse 


Wirkungsgesetz  durch  den  gleichionigen  Zu- 
satz die  elektrolytische  Dissoziation  der 
Säure  zurückgedr<ängt,  die  H'-Ionenkon- 
zentration  also  vermindert  und  dement- 
sprechend auch  die  Jiaktonhildung  ver- 
zögert. So  behält  eine  Lösung  von  }'-Oxy- 
valeriansäure  bei  Gegenwart  des  Natrium- 
salzes ihren  Titer  tagelang  fast  unver- 
ändert bei. 

Die  Spaltung  des  Amylacelates  in 
Amylen  und  Essigsäure  wird  durch  die 
bei  der  Reaktion  entstehende  Säure  kata- 
lysiert. Obwohl  der  Gleichgewichtszustand 
erst  bei  fast  völliger  Dissoziation  erreicht 
wird,  ist  reines  Amylacetat  keine  unbe- 
ständige Flüssigkeit;  ist  jedoch  erst  eine 
minimale  Dissoziation  eingetreten,  so  wächst 
die  (Geschwindigkeit  derselben  mehr  und 
mehr. 

Das  Lösungsmittel  als  Katalysator. 
Der  Einfluß  des  Lösungsmittels  auf  die 
Geschwindigkeit  chemischer  Reaktionen  ist 
eine  so  auffallende  und  wichtige  Erscheinung, 
daß  sie  im  vorliegenden  Zusammenhange 
kurz  berührt  werden  möge,  obwohl  sie 
vielfach  nicht  als  Katalyse  im  strengen  Sinne 
aufgefaßt  wird.  Der  alte  Erfahrungssatz 
,, Corpora  non  agunt  nisi  fluida"  ist  zwar  in 
seiner  allgemeinen  Form  sicher  unrichtig, 
trifft  aber  insofern  etw^as  Wahres,  als  in ' 
der  Tat  viele  Reaktionen,  die  bei  festem 
oder  gasförmigem  Zustande  der  Reaktions- 
teilnehmer gar  nicht  oder  nur  langsam  ab- 
laufen, mehr  oder  weniger  glatt  vonstatten 
gehen,  sobald  die  betreffenden  Stoffe  sich 
in  homogener  flüssiger  Lösung  begegnen. 
So  sind  die  Lösungsmittel  bereits  seit  langem 
für  die  Praxis  die  ,, Reaktionsbeschleuniger 
par  excellence",  viel  länger,  als  der  Begriff 
der  Katalysatoren  besteht.  Den  Einfluß 
des  Lösungsmittels  als  Katalyse  zu  deuten, , 
begegnet  insofern  Schwierigkeiten,  als  es 
kaum  ein  Lösungsmittel  gibt,  das  nicht 
auf  das  endgültige  Gleichgewicht  einer 
Reaktion  spezifisch  einwirkt.  Ferner  ist 
es  sehr  wahrscheinlich,  daß  meist  sowohl  die 
reagierenden  Stoffe  wie  ihre  Reaktions- 
produkte durch  das  Lösungsmittel  chemisch 
verändert,  sei  es  ionisiert,  dissoziiert,  asso- 
ziiert oder  in  chemische  Bindung  mit  dem 
Lösungsmittel  (Solvate)  übergeführt  werden. 
Danach  ist  das  Lösungsmittel  nicht  einfach 
ein  reaktionsbeschleunigender  Fremdstoff, 
sondern  wirkt  ganz  s|)ezifisch  auf  die  Re- 
aktionsteilnehmer und  ihr  chemisches  Gleich- 
gewicht ein.  Bei  näherer  Betrachtung 
mancher  unzweifelhaft  kataly tischer  Prozesse 
ergibt  sich  jedoch,  daß  auch  sie  nicht  ganz 
dem  idealen  Bilde  eines  Katalysators  ent- 
sprechen, daß  auch  bei  ihnen  mitunter  geringe 
Verschiebungen  im  Endzustand  der  Re- 
aktion festzustellen  sind  (s.  u.).    Theoretisch 


ist  es  ja  auch  ausgeschlossen,  daß  die  Ein- 
führung eines  Fremdstoffes  in  ein  reagieren- 
des System  ohne  jede  energetische  Wirkung 
bleibt.  Daß  diese  meist  nicht  wahrnehmbar 
ist,  liegt  an  der  geringen  Konzentration, 
in  der  die  Mehrzahl  der  typischen  Kataly- 
satoren angewandt  wird  und  bereits  deut- 
liche kinetische  Wirkungen  entfaltet.  Von 
diesem  Stand])unkte  aus  betrachtet,  ist 
die  Besonderheit  der  Lösungsmittelwirkung 
gegenüber  der  der  Katalysatoren  weniger 
durch  eine  Wesens  Verschiedenheit  als  durch 
Unterschiede  der  Mengenverhältnisse  be- 
dingt. 

In  praktischer  Hinsicht  leistet  die  Re- 
aktionsbeschleunigung durch  Lösungsmittel 
meist  das  gleiche  wie  die  Anwendung  von 
Katalysatoren,  namentlich  dann,  wenn  die 
Reaktionsprodukte  sich  fest  oder  gasförmig 
abscheiden  oder  leicht  vom  Lösungsmittel 
zu  trennen  sind.  Von  besonderer  Wichtigkeit 
sind  die  durch  stark  ionisierende  Medien, 
z.  B.  Wasser,  eingeleiteten  praktisch  momen- 
tanen Reaktionen  ionisierbarer  Stoffe  (Salz- 
umsetzungen  usw.).  Sehr  mannigfach  und 
noch  wenig  aufgeklärt  ist  der  Einfluß  des 
Lösungsmittels  auf  die  Umsetzungsgeschwin- 
digkeit nicht  ionisierter  Stoffe.  So  erfolgt 
z.  B.  nach  Mentschutkin  die  Vereinigung 
des  Aethyljodids  mit  Triäthylamin  zu 
Tetraäthylammonium  Jodid  in  Aceto- 
phenon  719  mal,  in  Benzylalkohol  742  mal 
so  rasch  wie  in  Hexan;  einen  noch  größeren 
Einfluß  des  Lösungsmittels  auf  die  Reaktions- 
geschwindigkeit stellten  v.  Halban  und 
Kirsch  beim  Zerfall  der  Xanthogensäure 
in  Schwefelkohlenstoff  und  Alkohol  fest, 
der  sich  in  Aethylalkohol  etwa  eine  Million 
mal  schneller  als  in  Schwefelkohlenstoff 
abspielt.  Versuche,  den  Geschwindigkeits- 
einfluß der  Lösungsmittel  theoretisch  auf 
ihre  gleichgewichtsverschiebende  Wirkung 
zurückzuführen,  sind  ziemlich  erfolglos  ge- 
blieben. 

3.  Heterogene  Katalysen.  Auch  die 
Zahl  und  Mannigfaltigkeit  der  heterogenen 
Katalysatoren  ist  eine  sehr  große.  Dazu 
kommt,  daß  viele  von  ihnen  in  sehr  wech- 
selndem Zerteilungsgrad  verwandt  werden 
können  und  so  für  die  Abstufung  ihrer 
Wirkungen  eine  Möglichkeit  bieten,  die  bei 
den  homogenen  Katalysatoren  fehlt.  Man 
unterscheidet  makroheterogene  und 
mikro heterogene  Katalysatoren.  Ist  die 
Phasenabgrenzung  des  Katalysators  gegen- 
über dem  reagierenden  System  unmittelbar 
wahrnehmbar  (z.  B.  beim  Platinblech  oder 
suspendierten  Platinmohr),  so  liegt  ein  Fall 
der  ersteren  Art  vor,  befindet  sich  der  Kata- 
lysator dagegen  in  kolloider  Suspension 
(z.  B.  Platin- Sol),  so  wird  er  als  mikro- 
heterogen bezeichnet;  im  letzteren  Falle 
kann  die  Heterogenität  des  Systems  vielfach, 


Katalyse 


715 


wenn  ancli  nicht  immer,  nltramikroskojiisch 
sichtbar  gemacht  werden. 

Allgemein  läßt  sich  sagen,  daß  die  Grenz- 
t'ltächen    zweier    Phasen    (z.    B.    fest-flüssig 
oder   fest-gasförmig)    sich    oft   als    zur    Be-  [ 
schien nigung     der     verschiedensten     Reak- 1 
tionen    geeignet    erweisen.        Infolgedessen  \ 
sind  gerade    Stoffe  von  großer   spezifischer 
Oberfläche,  d.  h.  fein  verteilte  oder  poröse 
Stoffe,    wie    Platinmohr,    Blutkohle,    Holz- 
kohle, Tonscherben,  Bimstein  usw.,  besonders 
brauchbare    Katalysatoren.      Doch   fehlt  es 
auch   nicht   nn   Fällen,   wo   die   zusammen- 
hängenden   Wandflächen    des    Reaktionsge- 
fäßes für  den   Geschwindigkeitsablauf  maß- 
gebend sind. 

Das  bekannteste  Beispiel  einer  hetero- 
genen Katalyse  ist  die  Beschleunigung  der 
Knallgasreaktion 

2H.,  +  0.2  -  2H2O 

durch  fein  verteiltes  Platin,  die  zuerst 
im  Döber  einer  sehen  Feuerzeug  und  neuer- 
dings wieder  in  den  bekannten  Gasselbst- 
zündern zur  Anwendung  gelangt  ist.  Das 
Platin  beschleunigt  die  an  sich  bei  gewöhn- 
licher Temperatur  nnmeßbar  langsam  ver- 
laufende Vereinigung  der  beiden  Elemente 
zunächst  in  seiner  unmittelbaren  Nähe, 
gerät  infolge  der  dabei  entwickelten  Reaktions- 
wärme ins  Glühen  und  bewirkt  schließlich 
die  explosionsartige  Zündung  des  gesamten 
Knallgas-  oder  Leuchtgas-Luft- Gemisches. 
Auch  andere  fein  verteilte  Stoffe  befördern 
die  Wasserdampfbildung;  so  leitet  man 
Wasserstoff  zur  weitgehenden  Reinigung 
von  Sauerstoffbeimengungen  über  erhitzten 
Palladiumasbest. 

Von  großer  Bedeutung  ist  die  Be- 
schleunigung der  Schwefeldioxyd-Oxydation 
zu  S  c  h  w  e  f  e  1  s  ä  u  r  e  a  n  h  y  d  r  i  d 

2S02  +  0.,->2S03 

durch  fein  verteiltes  Platin  und  andere 
Stoffe,  die  in  dem  sogenannten  Kontakt- 
verfahren  (vgl.  auch  weiter  unten)  technische 
Anwendung  gefunden  hat. 

Die  Bildung  des  Ammoniaks  aus  seinen 
Elementen 


machen.  So  gelingt  bei  Gegenwart  von 
Nickel  leicht  die  direkte  Hydrierung  des 
Benzols  zu  Hexahydrobenzol 

CßHe  +  3H.2  ->  CßHia, 
desgleichen  die  Reduktion  von  Kohlenoxyd 
und  Kohlendioxyd  zu  Methan: 

CO  +  3H2  ->   CH4  +  HoO 
CO2  +  4H2  ->   CH4  +  2H2O. 

Obwohl  es  oft  den  Anschein  hat,  als  ob 
mehr  der  Zerteilungszustand  des  Kataly- 
sators von  Bedeutung  sei  als  seine  stoffliche 
Natur,  fehlt  es  doch  den  einzelnen  Stoffen 
keineswegs  an  spezifischen  Wirkungen.  Na- 
mentlich auf  dem  Gebiete  der  organischen 
Chemie  lassen  sich  durch  Veränderungen  des 
Katalysators  und  der  Bedingungen,  unter 
denen  er  zur  Anwendung  kommt,  mitunter 
ganz  verschiedene  Bahnen  des  Reaktions- 
ablaufs erzielen.  Benzoin  wird  nach 
Knoevenagel  und  Tomascewski  bei 
Gegenwart  von  Palladium  unter  Entwicke- 
lung  von  Wasserstoff  und  Kohlenoxyd,  bei 
Gegenwart  von  Platin  nur  unter  Abgabe 
von  Wasserstoff  zerlegt.  Platin  läßt  die 
Reaktion  nach  der  Gleichung 

CßH-CHOHCOCeH^  -^  CeH^COCOCeHj  +  H2 

verlaufen,  Palladium  bedingt  die  Reaktions- 
folge 

CßHaCHOHCOCeHs  -^  C„H.CHOHC«H.  +  CO 
dHXHOHC«H, 


•C6H3COC6H/+  H2 


und 


CeH.CHOHCßH,  ^  2C6H6  +  CO 

Die  Reduktion  der  Acetylene  durch 
Wasserstoff  führt  nach  Sabatier  und 
Senderens  in  Gegenwart  von  Nickel  zum 
entsprechenden  gesättigten  Kohlenwasser- 
stoff, während  die  Reaktion  in  Anwesenheit 
von  Kupfer  beim  Olefin  Halt  macht. 

Aehnliche  Reaktionsablenkungen  sind 
auch  auf  anorganischem  Gebiet  bekannt. 
Heiße  Lösungen  von  Hydrazin  zerfallen 
bei  Gegenwart  von  Platinmohr  nach  der 
Gleichung 


3N2H4 


4NH3  +  N2; 


N2  +  3H, 


2NH, 


verläuft  selbst  bei  Temperaturen  von  etwa 
1000°  noch  sehr  langsam,  wird  aber  u.  a. 
durch  Wolfram,  Uran,  Osmium,  Eisen  schon 
bei  500  bis  700"  katalysiert,  wovon  die 
Technik  ebenfalls  neuerdings  Gebrauch 
macht  (Amnioniakverfahren  von  Haber  und 
Le  Rossignol). 

Nach  Untersuchungen  von  Sabatier 
und  Senderens  lassen  sich  fein  verteilte 
Metalle,  wie  Platin,  Kupfer,  Nickel  und 
Kobalt  für  die  katalytische  Hydrierung 
vieler    organischer     Verbindungen     nutzbar 


bei  Gegenwart  von  Baryt-  oder  Natronlauge 
dagegen  wird  gleichzeitig  die  Reaktion 

N.2H1  -*  N2  +  2H2 

beobachtet  (Gutbier).  Der  Zerfall  des 
Hydro  xylamins  in  alkalischer  Lösung 
folgt  bei  Gegenwart  von  Platin  der  Glei- 
chung 

4NH2OH  ^  2NH3  +  N2O  +  SHoO, 

während  die  Spontanzersetzung  fast  gar 
kein  Stickoxydul  liefert  und  im  wesentlichen 
durch  die  Gleichung 

3NH2OH  ^  NH3  +  N2  +  3H2O 

wiedergegeben  wird  (Tanatar). 


710 


Kalalvse 


Die  katalytischen  Wirkiiiigeii  kolloider 
Lösungen  sind  von  denen  inakrosko])iscli 
verteilter  Stoffe  nicht  wesensverschieden. 
Bredig  hat  gezeigt,  daß  zahlreiche  kata- 
lytische  Erscheinungen,  die  Schönbein  für 
(las  Platiuinohr  entdeckt  hatte,  sich  bei 
kolloiden  JMatiiüösunge]i  wiederfiiulen.  Die 
Zerlegung  des  Wasserstoffsu|)eroxyds  in 
Wasser  und  Sauerstoff,  die  Hliiuung  von 
schwefelsaurem  Jodkalium  -  Stärkekleister 
durch  Luftsauerstoff,  die  Oxydation  ver- 
dünnter Aninu)niaklüsungen  durch  Perman- 
ganat,  die  Bleichung  des  Indigos  durch 
Wasserstoffsuperoxyd  und  audere  Reak- 
tionen werden  sowohl  durch  l'latinmohr 
wie  durch  kolloide  Platiusole  katalysiert. 
Charakteristisch  für  die  kolloiden  Kataly- 
satoren sind  jedoch  die  enormen  Wirkungen 
selbst  äußerst  kleiner  Mengen,  die  sie  ihrer  ge- 
waltigen Oberflächenentwickelung  verdanken. 
Bredig,  der  zahlreiche  wertvolle  Unter- 
suchungen über  die  Sole  von  Platin,  Iridium, 
(iold  und  einiger  Metalloxyde  ausgeführt 
hat,  wies  nach,  daß  Pt  noch  in  einer  Kon- 
zentration von  0,000003  g/Liter  deutlich 
katalytiseh  auf  die  Zersetzung  einer  etwa 
i^niiilionenfachen  Menge  Wasserstoffsuper- 
oxyd wirkt,  und  daß  die  untere  Grenze  für 
die  katalytische  Wirksamkeit  des  kolloiden 
(ioldes  nur  etwa  zwei  (Trößenordnungen 
höher  liegt.  Der  katalytische  Effekt  solcher 
kolloider  Metallösungen  ist  natürlich  in 
hohem  Maße  von  ihrem  Zerteilungszustande 
abhängig.  Wird  dieser  durch  koagulierende 
Einflüsse  vermindert,  so  sinkt  die  kata- 
lytische Kraft  des  Sols.  Bei  konstanter 
Menge  und  konstantem  Zustande  des  Pt-Sols 
folgt  die  HaOo-Zersetzung  in  neutraler 
und  saurer  Lösung  der  Geschwindigkeits- 
«ileichung    eijier    Reaktion    erster    Ordnung 


vom  Katalysator  nach  außen.  Der  Ge- 
schwiiidigkeilsablaiif,  den  num  beobachtet, 
wird  durcli  denjenigen  des  langsamsten 
Teilvorganges  bedingt.  Die  Erfahrung  hat 
gezeigt,  daß  in  vielen  Fällen  die  eigentliche 
Reaktion  in  der  Katalysatorwand  sehr 
rasch  verläuft  und  Vorgang  1  geschwindig- 
keitsbestimnieiid  ist.  Die  Reaktionsgeschwin- 
digkeit ist  dann  einfach  eine  Diffusions- 
geschwindigkeit, die  sich  nach  dem  Kon- 
zentrationsgefälle in  der  Diffusionszone  regelt 
(Theorie  von  Nernst  und  Brunner,  \^gl. 
den  Artikel  ,, Chemische  Kinetik"  Bd.  II 
S.  543f.).  Verläuft  die  chemische  Reaktion 
an  der  Katalysatorwand  vergleichsweise 
sehr  rasch,  so  ist  daselbst  die  Konzentration 
des  reagierenden  Stoffes  praktisch  null. 
In  einer  mit  wachsender  Rührung  des  Sy- 
stems abnehmenden,  kleinen  Entfernung  d 
von  der  Katalysatorwand  wird  der  reagierende 
Stoff  die  gleiche  Konzentration  a — -x  haben, 
die  sich  jeweils  auch  im  gesamten  übrigen 
Reaktionsraume  findet.  Das  Diffusionsge- 
fälle von  der  Konzentration  a^x  bis  0 
verteilt  sich  also  auf  eine  Schicht  von  der 
Dicke  d:  somit  ist  nach  bekannten  Prin- 
zipien die  jeweilige  l)iffusions-  und  damit 
auch  die  Reaktionsgeschwindigkeit 


dx 

dt 


OJ) 

d 


(a^x). 


dx 
dt 


k.(a- 


Die  Konstante  k  wächst  mit  steigender 
Katalysatormenge,  jedoch  rascher  als  diese. 
Auf  die  bemerkenswerten  Analogien, 
welche  zwischen  den  Wirkungen  der  Metall- 
sole und  denjenigen  der  organischen  Enzyme 
bestehen,  wird  weiter  unten  näher  ein- 
gegangen. 

Zum  Verständnis  der  kinetischen  Ge- 
setzmäßigkeiten, die  sich  bei  heterogen 
katalysierten  Reaktionen  finden,  nniß  nuan 
sich  vergegenwärtigen,  daß  Reaktionen  honu)- 
gener  Systeme,  die  unter  Vermittelung  ein- 
gebrachter heterogener  Gebilde  verlaufen, 
notwendig  in  mehrere  Teilvorgänge  zerfallen 
müssen,  nändich  in  1.  die  Diffusion  dor 
reagierenden  Stoffe  zur  Katalysatoroberfläche. 

2.  die    eigentliche    Reaktion    innerluilb   des 
Katalysators  oder  in  seiner  Oberfläche  und 

3.  die    Diffusion    der    neugebildeten    Stoffe 


wo  0  die  Oberfläche  der  katalysierenden 
Wand,  D  der  Diffusionskoeffizient  des  re- 
agierenden Stoffes  ist.  Die  Geschwindigkeit 
wächst  also  mit  0,  d.  h.  mit  steigender 
Katalysatormenge  oder  Vergrößerung  seinei- 
spezifischen  Oberfläche  und  mit  steigender 
RührgeschAvindigkeit  (Abnahme  von  d). 
Wegen  der  Konstanz  von  O.D/d  unter 
gegebenen  Versuchsbedingungen  ist  die  Glei- 
chung fornuil  identisch  mit  derjenigen  einer 
Reaktion  erster  Ordiuing.  Da  aber  D  mit 
steigender  Temperatur  nur  wenig  zunimmt, 
lassen  sich  wahre  nioiK)nmlekulare  cliemische 
Reaktionen  meist  leicht  durch  ihren  größeren 
Temperaturkoeffizienten  \'on  Diffusionskata- 
lysen unterscheiden. 

Die  obige  Gleichung  ist  sowohl  für 
makroheterogene  Katalysen,  z.  B.  für  die 
Zersetzung  von  H.iO.,  an  gut  platiniertem 
Platinblech  (H.  Hey  mann),  wie  für  mikro- 
heterogeiie  Katalysen,  z.  B.  für  die  H.iOg- 
Zerlegung  durch  Bredigsche  Platinsole 
(Nernst,  Senter)  bestätigt  Avorden.  Doch 
machen  sich  mitunter  verwickeitere  Be- 
ziehungengeltend, z.  B.  wenn  die  Diffusion  der 
reagierenden  Stoffe  zur  katalysierenden  Wand 
durch  eine  Adsorptionshaut  an  dieser  be- 
einflußt wird.  So  konnten  Bodenstein 
und  Fink  zeigen,  daß  die  Platiidcatalyse 
der  SO.,-Oxydation  durch  eine  adsorbierte 
Haut  von  Trioxyd  gehemmt  wird.  Handelt 
es   sich,    wie    bei   diesem    Beispiel,    um   die 


Katalyse 


717 


Keaktion  mehrerer  Stoffe,  so  ist  die  Diffu- 
!?ionsG;escliwindigkeit  des  langsamer  diffun- 
dierenden, hier"  des  SOg,  geschwindigkeits- 
bestimmend, die  Reaktionsgeschwindigkeit 
also  von  der  Konzentration  des  Sauerstoffs 
unabhängig.  \ 

In  anderen  Fällen  ist  es  jedoch  die 
chemische  Reaktion,  der  Teilvorgang  2, 
der  als  Gesamtgesehwindigkeit  der  Reaktion 
gemessen  wird.  Ein  gut  durchgearbeitetes 
Beispiel  hierfür  ist  die  Zersetzung  des 
Antimonwasserstoffs  am  metallischen 
Antimon.  Der  Antimonwasserstoff  wird 
in  einer  feinen  Oberflächenschicht  des  An- 
timons adsorbiert  und  zerfällt  innerhalb  der- 
selben mit  meßbarer  Geschwindigkeit.  Die 
Reaktionsgeschwindigkeit  ist  proportional 
der  jeweils  adsorbierten  SbEg-Menge  (Stock 
und  Bodenstein). 

Das  Studium  der  (lesetzmäßigkeiten 
heterogen  katalysierter  Reaktionen  wird 
vielfacli  erschwert  durch  die  Schwierigkeit, 
den  Katalysator  in  konstanter  oder  repro- 
duzierbarer Form  zu  erhalten.  Der  Einfluß 
des  Zerteilungsgrades  wurde  bereits  oben 
berührt.  Auf  "andere  Störungen  wird  im 
folgenden  Abschnitt  einzugehen  sein. 

4.  Wirkung  mehrerer  Katalysatoren. 
,, Vergiftungserscheinungen".  Die  Wir- 
kung zweier  oder  melu'erer  gleichzeitig  an- 
wesender Katalysatoren  ist  durchaus  nicht 
immer  additiv.     Die  Reaktion 

H.3O0  +  2HJ  ^  2H2O  +  J.. 

wird  sowohl  durch  Ferrosulfat  wie  durch 
Wolframsäure  beschleunigt;  sind  beide  Kata- 
lysatoren gleichzeitig  zugegen,  so  ist  die 
Beschleunigung  geringer,  als  der  Summe  der 
Einzelwirkungen  entspricht  (Brode).  In 
anderen  Fällen  dagegen  wird  die  Wirkung 
eines  Katalysators  durch  einen  zweiten  an 
sieh  nicht  oder  wenig  wirksamen  Fremdstoff 
sehr  gesteigert,  so  z."  B.  im  Falle  der  obigen 
Reaktion  die  Wirkung  des  Eisensalzes  durch 
Kupfersulfat.  Die  Zerlegung  des  Wasser- 
stoffsuperoxyds durch  Metallsole  wird  durch 
sehr  geringe  "Mengen  von  Alkalien  (Hydroxyl- 
ionen)  aktiviert  (Bredig).  Wie  spezifisch 
die  aktivierende  Wirkung  eines  Stoffes  für 
den  einzelnen  Katalysator  ist,  erhellt  anderer- 
seits die  Tatsache,  "daß  OH'-Ionen  die  Jod- 
ionenkatalyse des  Wasserstoffsuperoxyds  ver- 
zögern. 

Besonders  ausgeprägte  Fälle  von  In- 
aktivierung  pflegt"  man  in  Anlehnung  an 
physiologische  Vorstellungen  als  ,,Vergif- 
tniigserscheinungen"  zu  bezeichnen.  Die 
Wirkung  eines  Katalysators  wird  mitunter 
durch  winzige  Spuren  eines  Fremdstoffes 
beinahe  oder  gänzlich  aufgehoben.  Die 
Katalyse  der  Schwefeldioxyd-Oxydation 

2  SO.,  +  O.,  ->  2SO3 


durch  fein  verteiltes  Platin  beim   Kontakt- 
verl'ahren    wird    bei    Aufnahme    geringster 
Mengen  von  Arsen  durch  den   Katalysator 
gelähmt.     Die  Röstgase,    die    der  Kontakt- 
masse    zugeführt    werden,     müssen     dahei- 
peinUch  von  Arsen  befreit  werden;  erst  durch 
die    Entdeckung    dieser    Vorsichtsmaßregel 
ist  der  Kontaktprozeß  lebensfähig  geworden. 
Aehnlichen     Vergiftungserscheinungen     be- 
gegnet man  bei  der  HgOa-Zerlegung  durch 
Metallsole:     die     lähmende     Wirkung     von 
Blausäure,      Quecksilberchlorid,      Schwefel- 
\  Wasserstoff    und    anderen    Stoffen    ist    eine 
1  ungemein     intensive ;     0,0014     mg     HCN/1 
genügen,    um   die  Wirkung   von   2  mg  Pt/1 
lauf  die  Hälfte  herabzusetzen  (Bredig  und 
i  Ikeda).   Es  ist  auffallend,  daß  sich  zum  Teil 
gerade  solche  Stoffe  als  starke  Katalysator- 
gifte   erweisen,    die    auch    als    ausgeprägte 
Gifte  des  organischen  Lebens  bekannt  sind. 
!  Mitunter  ist  die  Giftwirkung  keine  dauernde, 
I  es  tritt  eine  „Erholung"  des  Katalysators, 
vereinzelt  sogar  eine  Zunahme  der  Aktivität 
über   ihren   Wert   vor   der   Vergiftung   ein, 
i  so  bei  der  Vergiftung  von  Pt-Sol  durch  CO. 
Die    Katalysatorvergiftung    kann    prak- 
tische   Anwendung   finden,    wenn   man   ein 
Reaktionsgemisch  in  einem  bestimmten  Zu- 
stand fixieren  will. 


Negative     Katalyse.        Manche     Re- 
aktionen,   die   für    sich    mit   endlicher    Ge- 
schwindigkeitablaufen, werden  bei  Gegenwart 
geeigneter  Fremdstoffe  verlangsamt;  man 
bezeichnet  diese  Erscheinung  als  negative 
Katalyse,    die    betreffenden    Fremdstoffe 
als   negative    Katalysatoren.      Ein   gut   er- 
forschter  Fall   von"  negativer    Katalyse   ist 
die  Hemmung  der  durch  den  Luftsauerstoff 
bewirkten  Oxydation  des  Natriumsulfits 
in  Gegenwart  "mannigfacher  organischer  und 
anorganischer    Verbindungen,    wie    Benzyl- 
alkohol ,      Benzaldehyd ,       Isobutylalkohol. 
Mannit,      Glvzerin    "(Bigelow),      Chinin, 
Morphin.   Hvdroxvlamin.   Cyankälium  usw. 
!(Young).    Der  Einfluß  der"  einzelnen  nega- 
tiven   Katalysatoren   ist   ein   verschiedener. 
Die     Oxvdationsgeschwindigkeit     des     Na- 
triumsulfits   sinkt    z.    B.    auf    die    Hälfte, 
wenn  1,4  mg  Mannit/1  zur  SOOfacheu  Menge 
Natriumsulfit  zugesetzt  werden.     Noch  sehr 
viel  stärkere  negative  katalytische  Wirkungen 
entfaltet    das  '  Zinnchlorür.        Bekannt    ist 
auch   die   Empfindlichkeit   der  leuchtenden 
Phosjjhoroxvdation    gegen    negative    Kata- 
lysatoren.   ."  Aethylen,    Aether,    Terpentin, 
Chlor,    namentlich"  aber    auch    Spuren    von 
ätherischen    Oelen    bringen    das    Leuchten 
zum    Erlöschen.       Auch    die    reagierenden 
Stoffe    selbst   oder   ihre    Reaktionsprodukte 
können  negativ  katalytisch  wirken,  z.  B.  das 
Kohlenoxyd    (Bodenstein    und    Ohlmer) 
bei  der  Reaktion 


IS 


Katcilv-se 


2C0  +  02^  2CO2 

(iu'?ativo  Autokatalyse). 

Zur  Krkläruiiiic  negativ  kiilalytisclier 
Krsc'luMnunireii  läßt  iu-\\  mit  ziciiiliclior 
Sicherheit  sat^UMi,  daß  es  sich  hei  ihnen  wolil 
all2:eiiieiii  um  die  Lähmung;  einer  positiven 
Katalyse  handelt.  Diese  Aultassumi;  wird 
auch  auf  solche  Falle  zu  erstrecken  sein, 
in  denen  das  Wirken  eiiies  positiven  Kataly- 
sators bisher  nicht  olTenbar  <i:eworden  ist. 
Denn  die  Erl'ahruni;-  liat  ii:elehrt.  daß  viele 
scheinbar  spontan  ablautende  Reaktionen 
in  Wahrheit  katalytische  Reaktionen  sind, 
indem  sie  durch  einen  bereits  in  kleinsten 
.Menuen  wirkenden  Stoff  zum  Ablauf  i^^e- 
bracht  werden,  der  unter  den  gewöhnlichen 
Versuchsbedingungen  immer  in  S))uren  zu- 
gegen ist  und  nur  durch  ganz  besondere 
Vorsichtsmaßregeln  ausgeschlossen  werden 
kann.  Beispielsweise  sind  die  scheinbar 
ganz  glatt  ohne  Mitwirkung  fremder  Stoffe 
erfolgejiden  Reaktionen  der  Spaltung  und 
Vereinigung  des  Salmiakdampfes 

NH4CI  fj  NH3  +  HCl 

in  Wahrheit  durch  feinste  Spureii  von 
Wasserdam|)f  katalysierte  Reaktionen  und 
treten  praktisch  überhaupt  nicht  ein,  wenn 
die  Stoffe  und  Gefäße  einer  intensiven 
Phosphorpentoxyd-Trocknung  unterworfen 
waren  (Baker). 

So  ist  denn  auch  im  Falle  der  Sulfit- 
oxydation der  Nachweis  gelungen,  daß  diese 
Reaktion  bereits  in  gewöhnlichem  destillier- 
tem Wasser  durch  dessen  geringe  Ver- 
unreinigungen erheblich  beschleunigt  wird, 
daß  namentlich  winzige  Spuren  von  Kupfer- 
ion, die  fast  immer  im  destillierten  Wasser 
vorhanden  sind,  ungeahnte  Wirkungen  ent- 
falten und  daß  man  die  Verlangsamung 
der  Reaktion  durch  die  oben  genannten 
Stoffe  als  eine  Einwirkung  derselben  auf 
j)0sitive  Katalysatoren  (Bindung,  Vergif- 
tung) aufzufassen  hat  (Titoffj. 

5.  Katalyse  und  Fermentreaktionen. 
Von  einer  näheren  Beschreibung  der  fermen- 
tativen  oder  enzymatischen  Reaktionen  soll 
im  vorliegenden  Zusammenhange  abgesehen 
werden,  da  diese  in  anderen  Abschintten 
dieses  Handwörterbuches  behandelt  werden. 
Nur  auf  die  große  Aehnlichkeit.  die  zwischen 
den  der  organischen  Lebewelt  entstammen- 
den Enzymen  und  den  Katalysatoren  be- 
steht, möge  kurz  hingewiesen  werden.  Bereits 
Schönbein  sah  in  tier  katalytischen  Zer- 
legung des  Wasserstoffsuperoxyds  durch 
IMatiiimohr  das  ,,Urbiki  aller  Gärungen". 
In  der  Folgezeit  stellte  es  sich  mehr  und  mehr 
heraus,  daß  die  Analogie  eine  sehr  weit- 
gehende ist.  Viele  Reaktionen  werden  sowohl 
durch  Fermente  wie  durch  Katalysatoren 
der  unbelebten  Natur  in  gleicher  Weise 
ausgelöst  (Zuckerinversion,   Stärkeverzucke- 


nmg,  Fettspaltung,  H20,,-Zerlegung)  und 
zahlreiche  .Merkmale  untl  (Jesetzmäßigkeiten 
sind  beideji  Klassen  von  Vorgängen  eigen- 
tinnlich. 

Es  ist  Bredigs  Verdienst,  die  Ana- 
logien, welche  zMischen  den  Fermenten 
und  den  kolloiden  Metallsolen  (den  ,, an- 
organischen Fermenten")  bestehen,  zuerst 
am  Beispiel  der  Wasserstoffsu])eroxydzer- 
legung  durch  Platin- Sol  dargelegt  zu  haben. 
In  beiden  Fällen  handelt  es  sich  um  die 
Wirkung  kolloider  Stoffe;  auch  die  Enzym- 
lösungen sind  kolloide  Lösungen,  in  denen 
der  wirksame  Stoff  sich  in  größter  Ober- 
flächenentfaltung suspendiert  befindet.  Pla- 
tin- wie  Enzymlösungen  verändern  frei- 
willig langsam,  schneller  beim  Erwärmen 
oder  durch  gewisse  Zusätze  ihre  kataly- 
tische Kraft.  Mit  steigender  Temperatiir 
durchschreiten  die  Platinlösungen  ein  Opti- 
mum ihrer  Wirksamkeit,  wie  dies  auch  für 
Enzymlösungen  beobachtet  worden  ist.  Durch 
gewisse  Zusätze  (Alkali)  wird  die  Aktivität 
des  Platins  sehr  verstärkt;  das  gleiche 
trifft  für  manche  Enzyme  zu,  die  durch 
Anwesenheit  anderer  Stoffe  (Fe-  oder  Mn- 
Salze,  sogenannte  Koenzyme)  überhaupt 
erst  wirksam  oder  wirksamer  gemacht  werden. 
Auf  die  eigenartigen  Vergiftungs-  und  Er- 
holungserscheinungen anorganischer  Fer- 
mente wurde  oben  hingewiesen;  sie  finden 
sich  auch  bei  organischen  Fermenten.  Die 
Zerlegung  des  Wasserstoffsuperoxyds  unter 
dem  Einfluß  des  HoOa-spaltenden  Fer- 
mentes des  Blutes,  der  Hämase,  folgt  der 
Reaktionsgleichung  1.  Ordnung,  wie  dies 
auch  für  die  Platinkatalyse  in  saurer  Lösung 
gefunden  wurde.  Vielfach  sind  allerdings 
die  kinetischen  Gleichungen  enzymatisch  be- 
schleunigter Reaktionen  verwickelterer  Art. 
Dies  ist  nicht  verwunderlich,  da  die  Labilität 
der  Enzyme  meist  eine  noch  viel  größere  als 
die  der  anorganischen  Fermente  ist  und  ihr 
komplizierter  organisch-chemischer  Bau  leicht 
Anlaß  zu  intermediären  oder  Nebenreak- 
tionen gibt.  Dazu  kommt,  daß  bei  älteren 
kinetischen  Untersuchungen  über  die  Wir- 
kungsweise der  Enzyme  vielfach  über- 
sehen worden  ist.  in  wie  hohem  Maße  diese 
von  der  Reaktion  (Acidität  oder  Alkalität) 
des  Mediums  abhängt.  Erst  bei  neueren 
T'ntersuchungen  von  MichaeHs,  Sörensen 
u.  a.  ist  diese  Fehlerquelle  ausgeschaltet 
und  durch  geeignete  Kunstgriffe  für  Kon- 
stanthaltung der  Mediumacidität  während 
der  enzymatischen  Umsetzungen  (z.  B.  bei 
tryptischen  Sjjaltungen)  gesorgt  worden. 

(iemeinsam  ist  vor  allem  den  kataly- 
tischen und  den  enzymatischen  Prozessen, 
daß  es  sich  bei  beiden  stets  um  Re- 
aktionen handelt,  die  an  sich  bereits  möglich 
sind  und  durch  den  anorganischen  oder 
organischen  Zusatz  nur  beschleunigt  werden. 


Katalyse 


719 


Es  sind  dies  durchaus  nicht  immer  nur 
Spaltungsvorgänge,  sondern  häufig  auch 
synthetische  Prozesse.  So  vermag  Hefe- 
extrakt Maltose  aus  Glukose,  Pankreaslipase 
Glyzerinmonoleat  aus  den  Komponenten, 
Hefemaltase  Amygdalin  aus  Mandelsäure- 
nitrilglukosid  und  Glukose  aufzubauen. 

Auch  die  Eigentümlichkeit  der  Enzyme, 
auf  spiegelbild-isomere  Verbindungen  in  ver- 
schiedenem Maße  einzuwirken,  hat  neuer- 
dings auf  dem  Gebiete  der  rein  chemischen 
Katalysatoren  ihr  Analogon  gefunden,  indem 
es  mit  Hilfe  von  optisch  aktiven  Kataly- 
satoren gelungen  ist,  racemische  Gemische 
zu  spalten  (Bredig  und  Fajans).  Es  liegt 
daher  nahe,  auch  den  Fermenten  einen 
asymmetrischen  Molekularbau  zuzuschreiben. 

Die  große  Rolle  der  katalytisch-enzyma- 
tischen  Prozesse  in  der  belebten  Natur  wird 
verständlich,  wenn  man  sich  vergegenwärtigt, 
daß  die  beiden  anderen  Hilfsmittel,  welche 
die  Chemie  in  unbelebten  Systemen  zur 
Geschwindigkeitsregulierung  von  Reaktionen 
besitzt,  nämlich  die  Aenderung  der  Kon- 
zentration der  reagierenden  Stoffe  und  der 
Temperatur,  in  der  belebten  Natur  meist 
kaum  in  Betracht  kommen.  So  verbleibt 
als  einzige  Möglichkeit  die  Reaktionsbe- 
schleunigung und  Reaktionsauslese  durch 
Katalysatoren,  und  diese  stehen  in  der  Tat 
den  Organismen  in  Gestalt  ihrer  Enzyme  in 
solcher  Mannigfaltigkeit  zur  Verfügung,  daß 
ein  und  dieselbe  Körperflüssigkeit,  z.  B.  das 
Blut,  in  den  einzelnen  Teilen  des  Organismus 
zu  den  verschiedenartigsten  Reaktionen  be- 
fähigt wird. 

6.  Theorien  der  Katalyse.  Zur  Er- 
klärung der  katalytischen  Ersclieinungen 
sind  im  Laufe  der  Zeit  zahlreiche  mehr  oder 
minder  voneinander  im  Wesen  verschiedene 
Erklärungsversuche  gegeben  worden,  die 
sich  jedoch  zum  großen  Teil  weder  als 
fruchtbar  noch  als  der  Prüfung  zugänglich 
erwiesen  haben.  Wie  schon  erwähnt,  kann 
mit  Sicherheit  angenommen  werden,  daß  die 
verschiedenen  Reaktionsbeschleunigungen 
durch  Fremdstoffe  zum  Teil  auf  sehr  ver- 
schiedenartigen Ursachen  beruhen;  infolge- 
dessen braucht  das  Zutreffen  einer  theore- 
tischen Vorstellung  auf  diesem  Gebiete  die 
•  gelegentliche  Richtigkeit  anderer  Erklä- 
rungen nicht  auszuschließen. 

Wir  beschränken  uns  im  folgenden  auf  eine 
kurze  Darlegung  der  Theorie  der  Zwischen- 
reaktionen und  einer  anderen  Gruppe 
von  Erklärungsversuchen,  die  den  speziellen 
Bedingungen  der  heterogenen  Katalyse 
Rechnung  zu  tragen  bestrebt  sind. 

Das  Wesen  einer  Katalyse  durch 
Zwischenreaktion  veranschaulicht  das  fol- 
gende Schema.     Wird  die  Reaktion 


:  durch  einen  Fremdstoff  C  beschleunigt,  so 
kann  man  sich  vorstellen,  daß  dieser  in  einer 
Teilreaktion  zur  Bildung  einer  Verbindung 
AC  dient,  die  in  einem  zweiten  Teilvorgang 
wieder  zerlegt  wird: 


Insgesamt: 


1.  A  +  C 

2.  AC  +  B 

^  A  +  B  +  C" 


AC 

AB  +  C 
AB  +  C. 


A  +  B 


AB 


Dieses  Schema  trägt  der  Tatsache  Rech- 
nung, daß  der  Stoff  C  sich  zum  Schluß 
in  seinem  ursprünglichen  Zustand  wieder 
findet.  Im  konkreten  Fall  wird  sich  aller- 
dings eine  derartige  Erklärung  erst  dann  als 
befriedigend  erachten  lassen,  wenn  a)  ein 
solches  Zwischenprodukt  direkt  oder  in- 
direkt nachgewiesen  wird;  b)  dieses  unter 
den  Bedingungen  der  Reaktion  nicht  nur 
zu  entstehen,  sondern  auch  wieder  zu  zer- 
fallen vermag;  c)  die  Teilreaktionen  1  und  2 
nachweislich  rascher  verlaufen  als  der  un- 
katalysierte  Gesamtvorgang. 

Die  Auffindung  einer  Verbindung  des 
Katalysators  ist  also  an  sich  noch  kein 
Bew^eis  für  das  Vorliegen  einer  Reaktions- 
beschleunigung durch  Zwischenreaktion;  die 
aufgefundene  Verbindung  kann  ebensogut 
Neljen-  wie  Zwischenprodukt  sein.  Kataly- 
tische  Reaktionen,  die  in  dem  oben  bezeich- 
neten Sinne  theoretisch  vöUig  durchgearbeitet 
wären,  sind  nur  in  äußerst  kleiner  Zahl  be- 
kannt. Doch  kennt  man  eine  Reihe  von  Fällen, 
in  denen  das  Vorhegen  einer  Zwischenreaktion 
als  praktisch  sichergestellt  anzusehen  ist. 
Vielfach  wird  es  schon  durch  die  chemische 
Natur  eines  Katalysators  sehr  nahegelegt, 
ihm  die  Fähigkeit  zu  Zwischenreaktionen 
zuzuschreiben.  So  ist  es  beispielsweise  ganz 
verständlich,  daß  sich  zur  Katalyse  von 
Oxydationsreaktionen  gerade  die  Verbin- 
dungen solcher  Elemente  eignen,  die  in 
mehreren  Oxydationsstufen  (Fe,  Mn,  Ti  usw.) 
auftreten,  bei  denen  man  also  mit  einer 
intermediären  Reduktion  und  Oxj^dation 
rechnen  kann..  Die  Rolle  der  Stickoxyde 
im  Schwefelsäure- Bleikam  merprozeß 
ist  bereits  vor  mehr  als  einem  Jahrhundert 
unter  diesem  Gesichtspunkt  aufgefaßt  worden ; 
durch  die  Isolierung  von  Zwischenprodukten 
ist  eine  Stütze  hierfür  erbracht  worden, 
wenn  auch  der  Mechanismus  gerade  dieser 
Reaktion  bisher  noch  immer  nicht  restlos 
aufgeklärt  ist. 

Vielfach  gestattet  die  Form  der  Ge- 
schwindigkeitsgleichung einen  Einblick  in 
den  Verlauf  von  Zwischenreaktionen.  Diese 
geben  sich  oft  dadurch  zu  erkennen,  daß  die 
Form  der  Geschwindigkeitsgleichung  eine 
andere  ist,  als  man  nach  den  Gesetzen  der 
chemischen  Kmetik  auf  Grund  der  stöchio- 
metrischen  Gesamtgleichung  des  Vorganges 
erwarten  sollte.  Ein  interessantes  und  gut 
erforschtes    Beispiel    derartiger    Reaktionen 


720 


Kalalv: 


st    die     katalytisclie     Bosclileujiitiuiiti-     der 
schon  S.  712  orwähiiten  Reaktion 

H„0.,  +  2H  J  -^  2H2O  +  J, 

(liirch  Molybdäusäure  (Brodo).  Der  P'all 
ist  von  bosonderi'in  Jiitercsso,  woil  sicli  Ijeroits 
die  uid<atalysierte  Reaktion  als  ein  in  zwei 
Stufen  unter  intermediärer  Bilduni;'  von 
unterjoditier  Säur(>  Nciiaulcniler  \'(U-ii:ani^ 
erwiesen  luit: 

1.  H.,0,  +  J' 

2.  JO'  +  2H-  +  J' 
Insgesamt: 


H2O  +  JO' 
H2O  +  J, 


H202  +  2HJ-^2H20  + Ja 
Die  Teilreaktion  2  verläuft  i;e2,enüber  1 
sehr  rasch,  so  daß  das  Zeitmaß  der  (iesamt- 
reaktion  durch  das  von  1  bestimmt  wird. 
Infolgedessen  wurde  die  (Jeschwindi^keits- 
üleichun^ 

_d[HoOj 
'dt 


ki[H202][. 


') 


beobachtet.  In  (iesjenwart  von  Molybdän- 
säure bildet  sich  in  außerordentlich  rascher 
Reaktion  unter  Verbrauch  von  H0O2  eine 
Permolybdänsäure,  die  ihrerseits  mit  meß- 
barer (";eschwindiii;keit  durch  J'-Ion  wieder 
reduziert  wird.  Die  Konzentration  der 
Permolybdänsäure  ist  danach,  solange  die 
Reaktion  noch  im  (lange  ist,  immer  gleich 
derjenigen  der  eingebrachten  Molybdänsäure 
uiui  die  (ieschwindigkeit  der  katalytischen 
Reaktion  somit 


koIMoOg 


=  ki[H20JJ']  +  k2[MoO,]!J'] 


unter  Mitwirkung  der  erstgenannten,  zum 
freien  Jod  führenden  Reaktion  zustande 
kommt,  indem  sich  die  beiden   Reaktionen 

1.   H.,0o  +  2H-  +  2J'  ->  2H2O  +  J2 


J2  +  H2O2  ->  2H-  +  2J'  +  0, 


_d[H202: 
dt 

So  folgt  für  die  (Ieschwindigkeit  der  (iesamt- 
(unkatalysierten  +  katalysierten)  Reaktion 

_d[H202] 
dt 

Das  kinetische  Studium  (ier  eben  be- 
trachteten (Jxydationsreaktion 

H2O2  +  2H-  +  2J'  ^  2H2O  +  Jo 

gibt  auch  einen  bemerkenswerten  Einblick 
in  den  .Mechanismus  der  katalytischen  Zer- 
legung von  Wasserstoffsuperoxyd 
durch  Jodion  in  neutraler  oder  sehr 
schwach  saurer  Lösung.  Während  die  Uju- 
setzung  von  H2()2  "'i^'  '^'  '^'^^''^  ^^^^  obigen 
Darlegungen  in  saurer  Lösung  zu  freiem 
Jod  führt,  wird  in  neutraler  Lösung  scheinbar 
nur  die  Reaktion 

2H.,02  ->  2H2O  +  0,, 

beobachtet,  bei  der  die  Rolle  des  Jodions 
also  eine  typisch  katalytisclie  ist.  Ks  hat 
sich    erireben    (Abel),    daß    diese    Reaktion 

*)  Die  Ausdrücke  in  eckigen  Klammern  be- 
deuten die  molaren  Konzentrationen  der  be- 
trcffendiMi   Stoffe. 


Insgesamt:  2H2O2  ->  2H2O  +  O2 

derart  auf  gleiches  Tempo  einregulieren, 
daß  das  nach  1  gebildete  freie  Jod  durch  2 
gerade  wieder  beseitigt  wird.  Diese  auto- 
matische Regulierung  kommt  dadurch  zu- 
stande, daß  2,  wie  besonders  festgestellt 
wurde,  durch  Abnahme  der  Wasserstoff- 
Ionen-Konzentration  und  durch  Zunahme 
der  Konzentration  an  freiem  Jod  sehr  be- 
schleunigt wird.  Ist  also  zunächst  1  im  Ueber- 
ge wicht,  so  wird  die  Wasserstoff ionenkon- 
zentration  vermindert,  die  Konzentration 
an  freiem  Jod  vermehrt,  und  infolgedessen 
nimmt  die  Geschwindigkeit  von  2  so  lange 
zu,  bis  das  Tempo  beider  Reaktionen  gleich 
gew^orden  ist.  In  der  Tat  kann  man  auch 
stets  eine  ganz  geringe  Jodausscheidung  in 
der  Lösung  beobachten ;  ist  diese  erst  einmal 
zum  Stillstand  gekommen,  so  ist  das  äußere 
Gesamtbild  eine  glatte  H202-Zerlegung. 

Nach  dem  Gesagten  ist  es  verständlich, 
daß  die  Geschwindigkeit  der  Gesamtreaktion 
durch  1  bestimmt  wird.  Für  diese  Reaktion 
wurde  oben  die   Gleichung 

-'^fJ  =  k,[H202].[J'l. 

hergeleitet.  Da  aber,  wie  dargelegt,  im 
stationären  Zustande  2  ebenso  rasch  wie  1 
verläuft  und  gleichfalls  mit  dem  Verbrauch 
eines  Ho()2-^Ioleküls  verbunden  ist,  folgt 
die  Gesclnvindigkeit  der  Gesamtreaktion  zu 


"    dt  " 


2ki[H202].[J'] 


Die  HofK^-Zerlegung  durch  Jodion  in  neu- 
traler oder  sehr  schwach  saurer  Lösung 
muß  also  mit  der  doppelten  Geschwindigkeit 
als  die  Jodionoxydation  durch  HoOo  i'i 
stärker  saurer  Lösung  erfolgen,  was  in 
der  Tat  experimentell  gefunden  wurde. 

Das  eben  dargelegte  Beispiel  ist  besonders 
lehrreich,  weil  das  Zwischenprodukt  (Jod) 
sichtbar  wird  und  bei  oberflächlicher  Be- 
trachtung des  Vorganges  leicht  für  ein  un-  ' 
wichtiges  Nebenprodukt  gehalten  werden 
kann.  Unterdrückt  man  aber  durch  Zusatz 
von  Thiosulfat  die  Ausscheidung  von  freiem 
Jod,  so  bleibt  auch  die  02-Kntwickelung  aus. 

Sehr  deutlieh  gibt  sich  das  Auftreten 
eines  Zwischenstofl'cs  u.  a.  auch  bei  der  Zer- 
legung von  Hoüo-Lösungen  an  blanken 
(^uecksilberflächen  kund ;  man  beobachtet 
dabei  das  abwechselnde  Entstehen  und 
Verschwinden  eines  dünnen,  bronzefarbenen 
Oxydhäutchens.  An  die  Bildung  und  Zer- 
setzung dieses  Häutchens  ist  die  0.,-Entwicke- 


Katalyse 


721 


lung  gebunden.     Ist  es  verschwunden  oder 
bedeckt  es  die  ganze  Oberfläche,  so  stockt 
die  Gasentwickelung.     Die  Erscheinung  ver- , 
läuft  periodisch    und    ist    ein    Beispiel   der  | 
sogenannten       pulsierenden        Katalyse 
(Bredig,   Weinmayr,  v.  Antropoff). 

Ueber  die  Bedeutung  der  Zwischenstoffe 
für  die  „induzierten"  Reaktionen  vgl.  den  , 
Artikel    „Chemische    Kinetik"    Bd.    II 
S.  521  f. 

Zwischenstoffe  sind  also  nach  obigem 
sowohl  bei  homogenen  wie  bei  heterogenen 
Katalysen  festgestellt  w^orden.  Doch  clürfte 
bei  deji  letzteren  die  Ursache  der  Reaktions- 
beschleunigung oft  mehr  auf  physikali- 
schem Gebiet  zu  suchen  sein.  Dafür  spricht 
schon  die  Tatsache,  daß  vielfach  die  gleichen 
Wirkungen  durch  chemisch  ganz  verschieden- 
artige Stoffe  (Kohle,  Platin,  Porzellan) 
hervorgerufen  werden ,  denen  nur  eines, 
nämlich  die  Entfaltung  einer  großen  Ober- 
fläche, gemeinsam  ist.  Es  ist  sicher,  daß  die 
Adsorption  (oder  feste  Auflösung)  der  reagie- 
renden Gase  oder  flüssig  gelösten  Stoffe 
an  oder  in  jenen  Materialien  oft  die  aus- 
schlaggebende Rolle  spielt;  wie  aber  inner- 
halb des  adsorbierenden  Katalysators  der 
raschere  Reaktionsablauf  bewirkt  wird,  bleibt 
im  großen  und  ganzen  noch  unaufgeklärt 
oder  wenigstens  nicht  eindeutig  festgestellt. 
Man  kann  unter  Benutzung  kapillar- 
theoretischer Vorstellungen  annehmen,  daß 
sich  die  adsorbierten  Stoffe  innerhalb 
der  Adsorptionsschicht  im  Zustande  er- 
höhten Druckes  und  erhöhter  Konzentration 
befinden,  und  demgemäß  die  Reaktions- 
beschleunigung einfach  auf  eine  Konzen- 
trationserhöhung zurückführen.  Dieser  rein 
physikalischen  Auffassung  stehen  solche 
mehr  chemischer  Art  gegenüber.  Die  reagie- 
renden Stoffe  können  sich  innerhalb  der 
reaktionsbeschleunigenden  Wand  in  einem 
anderen  molekularen  Zustande  als  außerhalb 
befinden,  z.  B.  zusammengesetzte  Moleküle 
in  ihre  Atome  gespalten  oder  in  Ionen 
übergeführt  und  infolgedessen  reaktions- 
fähiger werden.  Oder  aber  man  verzichtet 
auf  jede  nähere  Deutung  und  sieht  in  dem 
heterogenen  Katalysator  einfach  ein  Medium 
höherer  Reaktionsgeschwindigkeit,  indem 
man  die  hohe  Veränderlichkeit  der  Re- 
aktionsgeschwindigkeiten mit  der  Wahl  des 
Mediums  (vgl.  S.  714)  als  gegebene  Er- 
fahrungstatsache zugrunde  legt. 

Ein  anschauliches  Modell  der  hetero- 
genen Katalyse  gibt  das  folgende  Beispiel: 
Silbernitrat  und  Chlorwasserstoff  bilden  in 
trockenem  Aether  keine  merklichen  Mengen 
von  Chlorsilber.  Sind  aber  Wassertröpfchen 
im  Aether  suspendiert,  so  diffundieren  die 
beiden  Stoffe  in  die  Wassertröpfchen  hinein 
und  setzen  sich  infolge  der  dort  statt- 
findenden   Ionisation    momentan    zu    AgCl 


und  HNO3  um;  durch  Nachdiffusion  der 
reagierenden  Stoffe  wird  die  Reaktion  in 
kurzer  Zeit  vervollständigt  (Bredig, 
Hughes). 

7.  Katalyse  und  chemisches  Gleich- 
gewicht. Würde  ein  katalytisch  wirkender 
Fremd  Stoff,  der  sich  im  Anfangs-  und  End- 
zustande der  katalysierten  Reaktion  un- 
verändert vorfindet,  das  endgültige  chemische 
Gleichgewicht  der  Reaktion  Ijeeinflussen, 
d.  h.  ihm  eine  andere  Lage  (Massenwirkungs- 
konstante) verleihen,  als  sie  bei  Abwesenheit 
von  Katalysatoren  beobachtet  wird,  so 
könnte  man  durch  wiederholte  Einführung 
und  Entfernung  des  Katalysators  in  das 
Reaktionsgemisch  beliebige  Mengen  von  nutz- 
barer Arbeit  isotherm  aus  Wärme  gewinnen. 
Dies  ist  aber  nach  dem  zweiten  Haupt- 
satz der  Thermodynamik  nicht  möglich. 
Somit  ergibt  sich  die  Folgerung,  daß  Kata- 
lysatoren keinen  Einfluß  auf  das  chemische 
Gleichgewicht  haben  dürfen.  Dies  ist 
mehrfach  scharf  bestätigt  worden,  z.  B.  für 
das  Gleichgewicht  der  Acetonkondensation 
zu  Diacetonalkohol,  für  die  Dissoziation  des 
Schw^efeltrioxyds    und    andere    Reaktionen. 

Faßt  man  das  chemische  Gleichgewicht 
als  einen  dynamischen  Zustand  auf,  in  dem 
die  beiden  Gegenreaktionen  mit  gleicher 
Geschwindigkeit  verlaufen  und  sich  daher 
in  ihrer  Wirkung  gegenseitig  aufheben,  so 
ergibt  sich  die  theoretische  Forderung,  daß 
der  Katalysator  Reaktion  und  Gegen- 
reaktion im  Gleichgewicht  in  gleichem  Maße 
beschleunigen  muß.  Hierin  ist  jedoch  nicht 
die  Folgerung  enthalten,  daß  auch  die  An- 
fangsgeschwindigkeiten von  Reaktion 
und  Gegenreaktion  prozentisch  gleich 
stark  vermehrt  werden  müssen. 

Die  Wirkung  der  Enzyme  auf  reversible 
Gleichgewichtsprozesse  müßte  die  nämliche 
sein,  doch  hat  sich  bei  ihnen  namentlich 
die  an  zweiter  Stelle  erw^ähnte  theoretische 
Folgerung  nicht  immer  bestätigen  lassen. 
Doch  muß  betont  werden,  daß  auch  bei  an- 
organischen Katalysatoren  Fälle  aufgefunden 
worden  sind,  bei  denen  sich  Anomalien 
ergaben.  Man  wird  hier  sowohl  wie  nament- 
licli  bei  den  Enzymen  mit  Bildung  von 
j  Zwischenverbindungen  und  bleibenden  che- 
i  mischen  Veränderungen  der  reaktionsbe- 
schleunigenden Stoffe  zu  rechnen  haben 
und  dürfte  bei  näherer  Untersuchung  stets 
finden,  daß  die  zugesetzten  Fremdstoffe 
sich  auch  energetisch  an  der  Umsetzung 
beteiligen,  sich'  also  mehr  oder  weniger 
von  dem  Bilde  eines  ,, idealen  Katalysators" 
entfernen. 

8.    Anwendungen   der   Katalyse.      Um 

\  die    Bedeutung   der    Katalysatoren   für   die 

Technik    zu    verstehen,    braucht    man    sich 

nur   des    Grundsatzes    ,,Zeit   ist    Geld"    zu 

■  erinnern.     Für  die  Technik  kann  es  nicht 


Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


46 


alvsr 


K'athodenstrahloii 


geiiüfien,  %Yenn  das  tlierniodynaniisclie  Gleicli- 
gewicht  einer  Keaktion  weitgehend  zu- 
gunsten der  gewünscliten  Erzeugnisse  ge- 
legen ist,  aber  nur  mit  geringer  oder  gar 
verselnvindend  Ivleiner  Geschwindigkeit  er- 
reiclit  \Yird.  Von  den  beiden  üblichen  Mitteln 
zur  (leschwindigkeitssteigerung:  Erhöhu)ig 
der  Konzentration  der  reagierenden  Stol't'o  und 
Erhöhung  der  Toni})eratur,  ist  das  ersterejneist 
nur  in  beschränktem  Maßstabe  anwendbar 
und  findet  bei  Gasen  in  der  Druckfestigkeit 
der  Apparatur,  bei  gelösten  Stoffen  in  der 
Löslichkeit  eine  Grenze,  während  die  Er- 
höhung der  Temperatur  zwar  immer  zu 
einer  Beschleunigung  führt,  oft  aber  mit 
einer  Verschiebung  des  thermodynamischen 
Gleichgewichts  verknüjjft  ist,  welche  die 
im  Endzusta]ide  erreichbare  Ausbeute  un- 
günstig beeinflußt.  So  ist  /.  B.  das  Gleich- 
gewicht des  Kontaktverfahrens 
2SO2  + 00-^2803 
oder  der  Ammoniakbilciung  aus  den  Ele- 
menten 

N2  +  SHo  ^  2NH3 
bei  denjenigen  Temperaturen,  bei  denen 
eine  rasche  spontane  Einstellung  erfolgt, 
so  weit  zugunsten  der  Ausgangsstoffe  ge- 
legen, daß  eine,  wirtschaftliche  Ausnutzung 
unmöglich  Avird.  In  beiden  Fällen  ist  es 
durch  Anwendung  von  Katalysatoren  (s.  0.) 
gelungen,  die  Prozesse  bei  mäßig  hohen 
Temperaturen  durchzuführen,  bei  denen  die 
Gleichgewichte  noch  him-eichend  weit  zu- 
gunsten der  rechten  Seiten  der  Reaktions- 
gleichungen liegen;  im  Falle  der  Ammoniak- 
bildung ist  allerdings  zur  PJrzielung  wirt- 
schaftlich in  Betracht  kommender  Ausbeuten 
auch  noch  die  Anwendung  hoher  Drucke 
(200    Atmosphären)    erforderlich    (Haber). 

Der  katalytischen  Wirkungen  der  Stick- 
oxyde beim  alten  Bleikammerprozeß  wurde 
bereits  oben  gedacht.  Für  die  Darstellung 
des  Chlors  spielte  die  katalysierende  Wir- 
kung der  Kupfersalze  (auf  Bimstein)  eine 
Rolle  im  Deacon -Verfahren: 

4HC1  +  02-^  2I-T2O  +  2(:i2, 
der  allerdings  heute  durch  modernere  Chlor- 
gewinnungsverfahren abgelöst  ist. 

Ungemein  mannigfaltig  ist  die  Ausnutzung 
katalytischer  Beschleunigungen  in  der  orga- 
nischen Chemie.  Die  Anwendung  des  Alu- 
miniumchlorids  Jiach  Friedel-Crafts  zur 
Einführung  von  Alkylgrup])en  in  aroma- 
tische Verbindungen,  des  Jods  für  Chlo- 
rierungen, des  Magnesiuins  bei  Grignard- 
Reaktionen,  des  Van.idinchlorürs  bei  der 
Anilinschwarzdarstellung,  die  Oxydation  des 
Naphtalins  zu  Phtalsäure  durch  Schwefel- 
säure in  Gegenwart  von  (Quecksilber  (zur 
Indigodarstellung),  die  eleganten  Oxyda- 
tionen organischer  Verbindungen  durch  das 
reaktionsträge    Chlorat    in    Geti;enw;irl    \'oii 


Osmiumtetroxyd  nach  K.  A.  Hofmaun 
sind  aus  der  Fülle  der  Tatsachen  heraus- 
gegriffene Beispiele,  welche  die  Vielseitigkeit 
der  katalytischen  Methoden  veranschau- 
lichen solle)i.  Die  Wasserstoff  übertragende 
Wirkung  der  kolloiden  Platinmetalle  ge- 
stattet nach  Paal,  mannigfache  Hydrie- 
rungen ohne  Temperaturerhöhung  auszu- 
führen, und  die  katalytische  Hydrierung 
ungesättigter  Verbindungen  in  Gegenwart 
von  fein  verteiltem  Nickel  nach  Sabatier 
und  Senderens  findet  neuerdings  in  der 
Industrie  zur  Härtung  von  Thran  und  Oelen 
(„gehärtete  Oele")  Anwendung. 

Auch  in  der  analytischen  Chemie  be- 
gegnet man  katalytischen  Methoden.  Wie 
S.  711  erwähnt,  liefern  gewisse  katalytische 
Umsetzungen  die  Möglichkeit  zur  Bestim- 
mung von  H"-  und  OH'-Ionenkonzentra- 
tionen.  Die  Anwendung  derartiger  Methoden 
erstreckt  sich  nicht  nur  auf  die  Zwecke  der 
anorganischen  und  physikalischen  Chemie, 
sondern  ist  auch  praktischen  Aufgaben, 
z.  B.  der  Analyse  des  Weines,  dienstbar 
gemacht  worden. 

Es  liegt  außerhalb  des  Rahmens  dieser 
Darstellung,  auf  die  zahllosen  enzyma- 
tischen  Vorgänge  einzugehen,  die  in  der 
organischen  und  technischen  Chemie,  z.  B. 
im  Gärungsgew^erbe,  Anwendung  finden. 
Erwähnt  sei  nur  noch,  daß  sich  auch  die 
Medizin  fermentative  Prozesse  zunutze  macht, 
und  zwar  zu  diagnostischen  Zw'ecken,  z.  B. 
zur  Funktionsprüfung  sezernierender  Organe 
oder  bei  der  Abderhalden  sehen  Schwanger- 
schaftsreaktion. 

Literatur.  Ostwald,  Allgemeine  Chemie  Bd.  IJ,  J, 
Z.  Avß.  —  Derselbe,  Uiber  Katalyise.  Vortrag 
1901.  —  Nei'nst,  Theoretische  Chemie.  7.  Aufl., 
1913.  —  Breilig,  Anorganische  Fermente.  1901. 
—  W.  Herz,  Die  Lehre  von  der  Rcnktiun.'<. 
beschleimiyung  dnrch  Fremdstoße  (Katalysej, 
lb06.  —  Woher,  Die  Katalyse  I  1910.  — 
Während,  der  Dmcklegitny  dieses  Aufsatzes  er- 
schien :  E,  Abel,  lieber  Katalyse.  Zcitschr.  f. 
Elektrochemie  Bd.    19.    S.   983,   'l9LS. 

H.   Pick. 


Katarakt. 


Katarakt  =  Stromschnelle.  An- 
fangs- oder  Endstadium  eines  Wasserfallt- 
(vgi.  den  Artikel  ,,Flüsse"). 


Kathodenstrahlen. 

.1.  Erzoiigiiiig  von  KatluKlciistrahlcn.  2.  Eigeii- 
scliaftcn  dor  Kuthodcnstrahlen.  3.  Messungen 
an  Kathodcnstrahien.  a)  Der  Kathodenfall. 
b)   Katliodenstiahlon   im   elektrostatischen  Feld. 


Kathodenstrahlen 


723 


c)  Kathodenstrahlen    im     magnetischen    Fehl. 

d)  Energie  und  Geschwindigkeit  der  Kathoden- 
strahlen,  e)  Zählung  der  Kathodenstrahlteilchen. 

f)  Magnetisches    Feld    der    Katliodenstrahlen. 

g)  Druck  der  Kathodenstrahlen.  4.  Fluoreszenz- 
erregung und  chemische  AVirkung  der  Kathoden- 
strahlen. 5.  Reflexion  und  Ahsorption  der 
Kathodenstrahlen.  Sekundäre  Kathodenstrahlen. 
6.   Kathodenzerstäubung.      7.   Braunsche   Röhre. 

I.  Erzeugung  von  Kathodenstrahlen. 
Um  die  vielen  beim  Durchgans;  der  p]lektri- 
zität  in  verdünnten  Gasen  anftretenden  Er- 
scheinnngen  zn  studieren,  bedient  man  sieh 
am  besten  der  Geißlersehen  Röhren;  es 
sind  dies  Glas-  oder  Quarzröhren  von  mannig- 
fachen Formen,  die  zwei  oder  mehr  Platin- 
drähte, die  sogenannten  Elektroden,  ein- 
geschmolzen enthalten.  Verbindet  man 
diese  mit  einem  Induktorium,  einer  Influenz- 
maschine oder  einer  Hochspannnngsbatterie 
und  evakuiert  auf  200  bis  100  mm,  so  geht 
die  Elektrizität  in  Form  eines  Lichtstreifens 
über.  Bei  ungefähr  1  mm  Druck  hat  man 
ein  anderes  Bild  (Fig.  1).  Um  die  Anode  a 
breiten  sich,  wenn 
der  Gasinhalt  aus 
Luft  besteht,  röt- 
liche Schichten  aus, 
die  häufig  sehr  ver- 
waschen sind ;  es 
ist  dies  das  soge- 
nannte ,,positive 
Licht".  Hierauf 
folgt  ein  großer, 
dunkler  Raum  p  h, 
der  Faraday- 
scher  dunkler 
Raum,  auch 

dunkler  Tren- 
nungsraum ge- 
nannt. Unmittel- 
bar an  die  Kathode 
K  lagert  sich  eine 
kleine  leuchtende 
Schicht  b,  auf  die 
ein  kleiner  dunkler 
Raum,  dunkler 
Kathodenraum, 
folgt.  An  diesen 
schließt  sich  vio- 
lettes Licht  G,  das 
sogenannte  nega- 
tive Glimmlicht 
an. 

Evakuiert  man 
beträchtlich  tiefer, 
so  erscheint  ein 
Das  Glimnüicht 
schiebt  sich  immer  weiter  vor  und  drängt 
die  positiven  Schichten  zurück.  In  der 
Mitte  der  Kathode  tritt  ein  violetter 
Lichtbüschel  1  auf,  welcher  bei  weiterer 
Veidiiunun-^  sich  immer  weiter  in  das  Rohr 


Figr.  1. 


Fig. 


anderes    Bild    (Fig.    2). 


erstreckt.  Er  durchdringt  das  Glimmlicht  b, 
welches  verwaschener  und  unscheinbarer 
wird,  und  durchsetzt  den  Farad ay sehen 
dunklen  Raum  ph  und  die  positiven  Schich- 
ten. Diese  Strahlen  sind  die  von  Plücker 
entdeckten  K  a  t  h  o  d  e  n  s  t  r  a  h  1  e  n .  Ihre  Haupt- 
eigenschaften sind  von  Hittorf  im  Jahre 
1869  in  seiner  grundlegenden  Abhandlung: 
Ueber  die  Elektrizitätsleitung  in  Gasen  fest- 
gestellt worden.  Diese  Arbeit  fand  nicht  die 
Beachtung,  welche  sie  verdiente,  so  konnte 
es  kommen,  daß  Crookes  im  Jahre  1874 
im  wesentlichen  dieselben  Erscheinungen 
wie  Hittorf  fand  und  als  neu  beschrieb. 
Hat  somit  auch  Crookes  nicht  viel  Neues 
auf  diesem  Gebiet  entdeckt,  so  gebührt 
ihm  doch  das  große  Verdienst,  durch  eine 
Reihe  von  glänzenden  Vorlesungsversuchen 
dies  Ka])itel  mit  zu  dem  populärsten  der 
ganzen  Physik  gemacht  zu  haben.  Hierzu 
trug  auch  wohl  viel  bei  die  von  ihm  behufs 
Erklärung  der  aufgefundenen  Erscheinungen 
aufgestellte,  scheinbar  sehr  phantastische 
Hypothese,  nach  der  die  Materie  in  den 
Entladungsröhren  sich  in  einem  vierten 
Aggregatznstand  befinden  sollte,  und  zwar 
sollten  die  Kathodenstrahlen  bestehen  aus 
von  der  Kathode  fortgeschleuderten,  negativ 
geladenen  Teilchen  der  Urmaterie.    Hierauf 

:  werden  wir  später  zurückkommen. 

Es   gibt   noch   eine    Reihe   von   anderen 
Methoden,  um  Kathodenstrahlen  zu  erzeugen. 

■Wie  A.  Wehnelt  (1903)  gefunden  hat, 
gehen  sie  bei  verhältnismäßig  niedrigen 
Spannungen  von  gewissen  negativ  geladenen, 

\  rotglühenden  Oxyden  aus ;  namentlich  wirk- 

■  sam  sind  CaO,  SrO  und  Bau,  ferner  die 
Oxyde  der  Metalle  der  Magnesiumgruppe  und 
die  der  Erdmetalle.  Wahrscheinlich  würden 
auch  die  Oxyde  der  Alkalien  dieselben  Er- 
scheinungen zeigen,  doch  verdampfen  sie 
so  schnell,  daß  eine  nähere  Untersuchung 
nicht  möglich  ist.  Diese  Kathodenstrahlen 
treten  bei  Rotglut  auf  und  hören  bei  Weiß- 
glut   als    scharf  begrenztes   Bündel  auf   zu 

j  existieren. 

I  Auch  von  zur  Weißglut  erhitzten  Metall- 
drähten gehen  Kathodenstrahlen  aus.  Ihre 
Eigenschaften  werden  im  Kapitel :  Glüh- 
elektrische Erscheinungen  eingehend  behan- 
delt werden. 

i       Wenn  mau  eine  Entladungsröhre  an  einer 

!  Stelle  verengt,  so  gehen  von  dieser  Stelle 
Kathodenstrahlen  aus,  die  sogenannten 
Striktionskathodenstrahlen.  Ihre  Eigen- 
schaften   sind    besonders    von    A.    Reiger 

:  (1905)  untersucht  worden. 

1        Ferner  lassen  sich  Kathodenstrahlen  er- 

!  zeugen  durch  Bestrahlen  von  negativ  ge- 
ladenen Körpern  mit  Licht  (Hallwachs- 
effekt).  Hierbei  sind  besonders  ultraviolette 

i  Strahlen  wirksam  (vgl.  lichtelektrische  Er- 
scheinungen). 

46* 


F24 


Kathodenstralüen 


Kmo  fortdauernd  wiikciido  (Quölle  vdii 
Kathodenstrahleii  haben  wir  in  den  radio- 
aktiven Körpern;  diese  werden  viellaeh 
/S-Strahlen  genannt  (vgl.  den  Artikel 
„Radioaktivitcät"). 

Sehließlieli  entstehen  Kathodenstrahlen 
bei  manchen  chemischen  Prozessen.  Die  Le- 
gierungen von  Kalium  und  Natrium,  festes 
Natrium  und  das  Anuilgam  des  l^ithiums 
senden  bei  gewöhnlicher  Temperatur  unter 
der  Einwirkung  einer  angelegten  Spannung 
Kathodenstrahlen  in  dem  Augenblick  ihrer 
Reaktion  mit  einem  chemisch  stark  wirk- 
samen Gase  wie  Wasserdampf,  Chlorwasser- 
stoff, Joddampf  usw.  aus:  in  den  chemisch 
indifferenten  Gasen  Wasserstoff  und   Stick- 


Fier.  3. 


Stoff  treten  sie  nicht  auf.  Die  Erscheinung 
ist  von  Haber  und  Just  (1909  bis  1911) 
entdeckt  und  näher  untersucht  worden. 

Eine  besondere  Art  von  Kathoden- 
strahlen lUMint  man  Lenardstrahlen.  Es 
sind  dies  Kathodenstrahlen,  welche  durch 
dünne  Aluminiumfolie  oder  ein  anderes 
Metall  (das  sogenannte  Fenster)  hindurch- 
gegangen sind.  Den  hierzu  benutzten  Appa- 
rat zeigt  Eigur  3.  K  ist  die  Kathode,  eine 
kreisförmige  Aluminiumscheibe:  sie  sitzt 
an  einem  langen  Stiele,  welcher  ganz  von  dem 
sehr  dickwandigen  Glasrohr  Kl  umhiUlt 
wird  und  welcher  bei  1  eingeschmolzen  ist. 
Das  Glasrohr  paßt  in  den  Hals  hh,  der  Ent- 
ladungsröhre und  ist  daselbst  bei  h  luft- 
dicht abgeschlossen.  Die  Anode  A  A  ist  ein 
Stück  Messingrohr,  das  knapp  in  das  Ent- 
ladungsrohr paßt  und  den  Stiel  mit  der 
Kathode  K  vorstehen  läßt.  Der  Platindraht 
ppp  hält  die  Anode  in  ihrer  Lage  fest  und 
vermittelt  die  Zuleitung;  er  ist  eingeschmol- 
zen in  das  zur  Pumpe  führende  Rohr  R. 
Der  Kathode  gegenüber  ist  das  Entladungs- 
rohr durch  eine  starke  in  der  Mitte  durch- 
bohrte,   angekittete   Metallkapsel  mm    luft- 


dicht verschlossen.  Ueber  die  Oeffnung 
ist  ein  Aluminiumblättchen  gelegt  und  durch 
Kitt  luftdicht  befestigt.  Der  Vorschirm  V 
läßt  nur  eine  kleine  Oeffnung  für  dieKathoden- 
strahlen  frei.  Ein  Blechgefäß  GG  mit  einer 
Oeffnung  beim  Fenster  umgibt  das  Ent- 
ladungsrohr. Auf  die  mit  diesem  Apparat 
angestellten  Untersuchungen  werden  wir  im 
Abschnitt  ,, Absorption  der  Kathodenstrah- 
len" zurückkommen. 

2.  Eigenschaften  der  Kathodenstrahlen. 
Die  Kathodenstrahlen  besitzen  eine  Reihe 
von  bemerkenswerten  Eigenschaften.  Ueber- 
all  wo  sie  auf  gew^öhnliches  Glas  auf  treffen, 
erzeugen  sie  eine  intensive  grüne  Fluoreszenz, 
bei  Bleiglas  eine  bläuliche;  nicht  nur  Glas, 

sondern  unzäh- 
lige andere  Kör- 
per w^erden  zum 

Selbstleuchten 
erregt.  Zur  De- 
monstration die- 
ser Eigenschaft 
bedient  man  sich 
vielfach  der  von 
Crookes  kon- 
struierten in 
Figur  4  abgebil- 
deten Rohre.  Das 
mit  sehr  ver- 
dünnter Luft  ge- 
füllte zuge- 
schmolzene (jC- 
fäß  enthält  eine 
Reihe  von  Mine- 
ralien. Verbindet 
man  die  beiden 
Elektroden  N  und  P  mit  dem  Induktorium. 
so  senden  die  von  den  Kathodenstrahlen 
getroffenen  Steine  intensives  Licht  aus; 
Rubine  leuchten  prachtvoll  rot,  Smaragd 
karmoisinrot  usw. 


Fig.  4. 

Die  Kathodenstrahlen  treten  nahezu 
senkrecht  aus  der  Kathode  aus  und  breiten 
sich  geradlinig  aus.  Diese  Tatsache  bewies 
zuerst   llittorf  mit   Hilfe  des  rechtwinkelig 


Kathodenstralileii 


725 


gebogenen  Rohres  bca  (Fig.  5).  Ist  dasselbe 
nicht  sehr  weit  ausgepumpt,  so  geht  die  Ent- 
ladung von  der  Anode  a  zur  Kathode  b 
um  die  Ecke.     Sobald  aber  die  Kathoden- 


strahlen auftreten,  breiten  diese  sich  gerad- 
linig bis  zur  Wand  c  aus  und  erregen  hier 
das  Glas  zum  Fluoreszieren.  Noch  deutlicher 
kann  man  diese  geradlinige  Ausbreitung 
mit  HiU'e  des  in  Figur  5  a  abgebildeten,  von 
Crookes  konstruierten  Gelaßes  de- 
monstrieren, a  ist  die  Kathode,  b 
ist  ein  Kreuz  aus  Aluminium,  das 
mit  dem  +  Pol  verbunden  ist  und 
sich  durch  Neigen  der  Röhre  um- 
werfen läßt.  Die  Kathodenstrahlen 
breiten  sich  von  a  schwach  diver- 
gierend aus  und  erregen  überall  die 
Glaswand  zum  Leuchten;  nur  an 
den  Stellen,  die  durch  das  Kreuz 
gedeckt  sind,  sieht  man  einen 
Schatten  d. 

Kathodenstrahlen  vermögen 

leichte     Körper     in     Bewegung    zu 
setzen,    wie    zuerst  Crookes    fand. 
Zur   Demonstration    dieser   Erschei- 
nung bedient  man   sich  gewöhnlich 
des  in  Figur  6^  abgebildeten  Appa- 
rates.    In   dem  sehr  weit 
ausgepumpten  Rohr  befin- 
den sich  zwei  Elektroden 
und  außerdem  eine  gläserne 
Schienenbahn,  auf  der  die 
Achse  eines  kleinen  Räd- 
chens rollt.     Die  Speichen 
desselben  tragen  Glimmer- 
blättchen,  welche  gewöhn- 
lich mit  phosphoreszieren- 
den Substanzen  bestrichen 
sind.  Sobald  die  Kathoden- 
strahlen auf  das  Rädchen 
treffen,  rotiert  es  und  eilt 
der  positiven  Elektrode  zu. 

Kathodenstrahleu  er- 
wärmen die  Körper,  auf 
welche  sie  treffen,  sehr  stark.  So  wird 
das  Glas,  auf  welches  sie  fallen,  warm,  ja 
sogar,  wenn  die  Strahlen  intensiv  genug  sind, 
weich,  so  daß  die  Röhre  eingedrückt  wird. 
Diese  Wärmeentwicklung  zeigt  der  in  Figur  7 
abgebildete  Apparat  sehr  schön.  Die  Kathode 
a  besteht  aus  einem  Hohlspiegel,  so  daß  alle 


Kathodenstrahlen,  die,  wie  wir  vorhin  ge- 
sehen haben,  geradlinig  austreten,  in  einem 
Brennpunkt  vereinigt  werden.  Bei  b  be- 
findet sich  ein  dünnes  Platin-  oder  Iridium- 
blech. Nach  kurzer  Zeit  glüht  das  Metall, 
ja  schmilzt  sogar,  wenn  man  einen  großen 
Induktionsapparat  anwendet. 

Kathodenstrahlen  werden  von  allen  Kör- 
pern sehr  stark  absorbiert.  Dünne  Glas- 
platten, in  ihren  Weg  gestellt,  fluoreszieren 
hell,  lassen  aber  nichts  hindurch.  E>st 
Hertz  (1891),  E.  AViedemann  und  H. 
Ebert  wiesen  gleichzeitig  nach,  daß  dünne 
Matallschichten  durchlässig  sind.  Auf 
trrund  dieser  Beobachtung  gelang  es  Lenard 
Kathodenstrahlen  aus  der  Röhre  hinaus  in 
die  Atmosphäre  treten  zu  lassen  (vgl.  Fig.  3). 

Kathodenstrahlen  werden,  wie  zuerst 
Hittorf  fand,  durch  den  Magneteji  abge- 
lenkt, sie  verhalten  sich  hierbei,  wie  ein 
biegsamer  Leiter,   der  nur  an    einem   Ende 


Fig.  5a. 


Fig.  6. 

und  zwar  an  der  Kathode  befestigt  ist.  Be- 
wegt man  den  Magneten  in  der  Nähe  der 
Entladungsröhre,  so  wandert  der  Fluoreszenz- 
fleck hin  und  her.  Crookes  zeigte  dies  mit 
Hilfe  des  Apparates  Figur  8.  Von  der  Kathode 
N  geht  ein  Kathodenstrahlbündel  aus  und 
fällt  auf  einen   Glimmerschirm  dd,  Avelcher 


726 


Kathodenstralilcn 


bei  e  ein  Loch  eiitliält.  so  daß  nur  ein  sclimales 
Bündel  in  das  Holir  eintritt,  t  ist  ein  Glinimer- 
schirni,   welcher   mit   einer   thioreszierenden 


Fig.  7. 

Masse  bestrichen  ist.  Ist  kein  Mahnet  in 
der  IN'ähe.  so  sieht  man  einen  hellen  Phos- 
])horeszenzstreiien,    welcher   der    Röhre   pa- 


Die  positive  Lichtsäule  verhält  sich  da- 
gegen gegenüber  dem  Magneten  wie  ein 
beweglicher  Leiter,  der  mit  der  positiven 
und  negativen  Elektrode  verbunden  ist  und 
man  kann  daher  mit  ihr  alle  Versuche  über 
die  Einwirkung  eines  Magneten  auf  einen 
beweglichen   Strom  anstellen. 

Auch  durch  elektrostatische  Einflüsse 
werden  Kathodenstrahlen  abgelenkt.  Nähert 
man  ihnen  ei)ien  positiv  geladenen  Körper, 
so  werden  sie  angezogen:  bei  Gegenwart  eines 
negativ  geladenen  werden  sie  abgestoßen.  Die 
aus  dem  kleinen  Hohlzylinder  a  (Fig.  9)  aus- 
tretenden Kathodenstrahlen  pflanzen  sich  ge- 
radlinig fort.  Bringt  man  aber  in  die  Nähe 
einen  gegen  ihre  Achse  normalen  Draht  b  an. 
als  zweite  Kathode,  so  biegt  sich  derStrahlkegel 
von  ihm  ab,  um  jenseits  der  Knickung  wieder 
geradlinig  zu  verlaufen.  Von  Goldstein, 
welcher  diese  und  ähnliche  Erscheinungen 
eingehend  untersucht  hat,  ist  hierfür  der 
Name  Deflexion  den  Kathodenstrahlen  ein- 
geführt worden. 

Wenn  Kathodenstrahlen  durch  ein  Gas 
gehen,  so  verwandeln  sie  es  in  einen  Leiter; 
das  Gas  wird  ionisiert,  d.  h.  zerfällt  in  positiv 
und  negativ  geladene  Teilchen. 

Von  den  Stellen,  welche  von  Kathoden- 
strahlen getroffen  werden,  gehen  neue  Strah- 
len aus,  die  sogenannten  Röntgenstrahlen, 
deren  Eigenschaften  an  anderer  Stelle  be- 
sprochen werden  sollen  (vgl.  den  x\rtikel 
,,Röntgen  strahlen"). 

Kathodenstrahlen  führen  eine"'  Ladung 
und  zwar  eine  negative  mit  sich.  Die  früheren 


Fi«:.  8. 


Fi-   9. 


>^ 


Erde 


/^ 


rz 


Klelctrosko]) 


G 

Fig.  10. 


Versuclie  liierüber  haben  zu 
sehr  widersprechenden  Resul- 
taten geführt,  erst  im  Jahre  1895 
gelang  es  J.  Per  r  in,  diesen 
Nachweis  unzweideutig  zu  füh- 
ren, indem  er  Kathodenstrahlen 
in  einen  mit  einem  Elektro- 
skop  verbundenen  Faraday- 
schen  Käfig  fallen  ließ.  Der 
benutzte  Apparat  stellt  die  Fi- 
ralU'l  verläuft.  Näiierl  man  (Jen  Magneten.  guriOdar.  AB("D  ist  ein  kleiner  metallischer, 
so  wird  er  abgelenkt  und  nimmt  beispiels-  allseitig  mit  Ausnahme  einer  kleinen  Oeff- 
weise  die  ].,age  ei;'  an:  l)ei  Kchrung  des  nung  a  geschlossener  Zvlinder.  Durch  einen 
Magneten  schwebt  er  nach  oben.  eingeschmolzenen   Platindraht  S  ist   er  mit 


Katliüdenstraliieii 


727 


dem  Elektroskop  verbunden.  EFGH  ist 
ein  größerer  zur  Erde  abgeleiteter  Zylinder, 
ebenfalls  mit  einem  Loch  ß.  Da  er  zur  Erde 
abgeleitet  ist,  so  schützt  er  den  inneren 
Zylinder  gegen  elektrostatische  Einflüsse. 
Dies  ist  besonders  wichtig,  da  die  einander 
widersprechenden  Ergebnisse  der  früheren 
Forscher  hiervon  herrührten.  N  ist  die 
Kathode;  die  Anode,  welche  mit  EFGH 
verbunden  ist,  ist  also  zur  Erde  abgeleitet. 

Sobald  Kathodenstrahlen  von  N  in  den 
Faradayschen  Käfig  fielen,  lud  sich  das 
Elektroskop  stets  negativ.  Um  dies  noch 
schärfer  zu  beweisen,  bestrich  Perrin  die 
Vorderseite  des  äußeren  Zylinders  EFGH 
mit  einer  phosphoreszierenden  Substanz. 
Sobald  nun  die  Kathodenstrahlen  durch, 
einen  Magneten  abgelenkt  wurden,  so  daß 
sie  nicht  mehr  durch  die  Oeffnung  a  in 
den  inneren  Zylinder  fielen,  zeigte  das  Elek- 
troskop keine  Ladung.  Dieser  Versuch 
gelang  stets,  selbst  wenn  die  ablenkenden 
Kräfte  so  schwach  waren,  daß  die  Kathoden- 
strahlen gerade  an  dem  Loch  vorbeigingen 
und  die  Vorderseite  des  äußersten  Zylinders 
trafen.  Trotz  intensivster  Fluoreszenz  war 
dann  keine  Spur  einer  Ladung  zu  beobachten. 
Daß  die  negative  Ladung  nicht  elektro- 
statischer Naitur  war,  ging  auch  daraus  her- 
vor, daß  man  das  Loch  ß  mit  einem  dünnen 
Aluminiumblättchen,  das  für  Kathoden- 
strahlen durchlässig  ist,  bedecken  konnte, 
ohne  daß  die  negative  Ladung  verschwand. 
Sie  war  zwar  schwächer  als  vorher,  aber 
dies  erklärt  sich  daraus,  daß  das  Aluminium 
einen  Teil  der  Kathodenstrahlen  absorbierte. 

Diese  Versuche  sind  wegen  ihrer  großen 
Bedeutung  für  die  Theorie  von  einer  Anzahl 
von  Forschern  wiederholt  worden,  wobei 
die  Versuchsbedingungen  mannigfach  ab- 
geändert wurden. 

Die  Ergebnisse  von  Perrin  lassen  sich 
in  zweierlei  Weise  deuten;  entweder  führen 
die  Kathodenstrahlen  stets  eine  negative 
Ladung  mit  sich  als  etwas  ihrer  Natur  nach 
von  ihnen  L^nzertrennliches,  oder  die  beob- 
achtete Erscheinung  rührt  daher,  daß  sich  der 
bestrahlte  feste  Körper  in  Berührung  mit 
dem  elektrisch  leitenden  Gase  negativ  lädt, 
in  ähnlicher  Weise,  wie  ein  Metall  beim  Ein- 
tauchen in  eine  leitende  Flüssigkeit  stets  eine 
Ladung  zeigt.  Daß  nur  die  erstere  Deutung 
richtig  ist,  zeigte  Lenard  (1898)  durch 
einen  Versuch  aus  dem  hervorgeht,  daß 
Kathodenstrahlen  auch  durch  den  leeren, 
von  Materie  möglichst  befreiten  Raum  ihre 
Ladung  mit  sich  führen.  Er  ließ  die  Strahlen 
durch  ein  Alu  mini  umfenster  durch  einen  bis 
aufs  äußerste  evakuierten  Raum,  der  auf 
—  20°  abgekühlt  war,  treten.  Sie  passierten 
dann  zwei  zur  Erde  abgeleitete  Diaphragmen 
und  gelangten  durch  eine  kleine  Oeffnung 
in  das  Innere  einer  zylindrischen,  ebenfalls 


zur  Erde  abgeleiteten  geschlossenen  Hülle, 
längs  deren  Achse  sie  verliefen,  bis  sie  auf 
eine  in  der  Hülle  angebrachte  isolierte  dicke 
Ahlminiumplatte,  welche  mit  dem  Elektro- 
skop verbunden  war,  treten.  Sobald  Katho- 
denstrahlen in  den  Beobachtungsraum  traten, 
sammelte  sich  sofort  eine  negative  Ladung 
auf  der  auffangenden  Platte.  x\us  allen 
diesen  Versuchen  ergibt  sich  somit  auf  das 
unzweideutigste,  daß  Kathodenstrahlen  stets 
eine  negative  Ladung  mit  sich  führen. 

Ln  Vorhergehenden  sind  die  wichtigsten 
Eigenschaften  der  Kathodenstrahlen  be- 
sprochen worden.  Im  folgenden  sollen  die 
Ergebnisse  der  quantitativen  Messungen 
dargestellt  werden. 

3.  Messungen  an  Kathodenstrahlen. 
3a)  Kathodenfall.  Für  die  Theorie  ist  es 
wichtig,  die  Spannungsdifferenz  zwischen 
irgendwelchen  Stellen  der  Entladung  zu 
kennen.  Diese  ermittelt  man  am  zweck- 
mäßigsten nach  der  Methode  von  Hittorf 
mittels  Sonden,  dünnen  Drahten,  die  in 
die  Röhre  eingeschmolzen  oder  eingekittet 
werden  und  in  die  einzelnen  Teile  der  Ent- 
ladung tauchen.  Sie  werden  mit  dem  Elektro- 
meter verbunden  und  zeigen  dann  die  Span- 
nung an,  welche  gerade  in  dem  untersuchten 
Gebiet  herrscht.  Man  kann  auf  diese  Weise 
leicht  das  Spannungsgefälle  (Potential- 
gradient), d.  h.  die  Ab-  oder  Zunahme  der 
elektromotorischen  Kraft  auf  1  cm  Länge 
bestimmen.  Nach  den  Versuchen  von 
Wehnelt  und  Reiger  (1911  bis  1913)  ver- 
anlassen allerdings  die  Sonden  Deformatio- 
nen der  Potentialflächen,  was  zu  großen 
Fehlern  x\nlaß  geben  kann. 

Eine  andere  von  E.  Wiederaann  an- 
gegebene Methode,  die  aber  nicht  so  genaue 
Resultate  liefert,  besteht  darin,  daß  man  die 
Entladungsröhre  oder  einen  Teil  derselben 
in  ein  Kalorimeter  bringt  und  die  entwickelte 
Wärme  mißt.  Da  diese  der  elektrischen  Ener- 
gie entspricht  und  letztere  durch  das  Produkt 
aus  Stromstärke  und  Potentialdifferenz  ge- 
geben ist,  so  läßt  sich  die  Potentialdifferenz 
leicht  berechnen,  falls  die  Stromstärke  be- 
kannt ist.  Die  letztere  läßt  sich  mit  Hilfe 
des  Galvanometers  leicht  bestimmen.  Dieser 
Methode  ähnhch  ist  die  von  Wood;  er  be- 
stimmt nicht  direkt  die  an  das  Kolorimeter 
oder  an  die  einzelnen  Teile  des  Glasrohres 
abgegebenen  Wärmemengen,  sondern  mißt 
die  Temperaturerhöhung  in  den  einzelnen 
Teilen  der  Entladung  mit  Hilfe  einer  bolo- 
metrischen  Methode. 

Bei  großen  Stromstärken  versagen  diese 
Methoden,  weil  wegen  der  großen  ent- 
wickelten Wärme  die  Sonden  bezw.  die 
Bolometerdrähte  sehr  bald  schmelzen.  In 
diesen  Fällen  kann  man  das  Verfahren  von 
Matthies  (1912)  anwenden.  Man  legt 
fest    um    das    Quarz-    oder    Glasrohr    eine 


728' 


Kathodeustrahlen 


Schlinge  von  dünnem  Platindraht;  dieses 
nimmt,  weil  das  Glas  wegen  der  entwickelten 
Wärme  leitend  geworden  ist,  das  Potential 
an  der  Beobaclitnngsstelle  an.  Man  kann 
dalier  analog  wie  bei  der  Sondenraethode 
das  Gefälle  ermitteln. 

Ans    den    Potentiali^radienten    läßt    sich 
mit  Hilfe  der  bekannten  Formel 


ö2V      ö^V 


öz2 


,^X2+     öy2+;.2    =-4.-T0, 


wo  V  das  Potential  bedentet,  die  freie 
Elektrizität  q,  d.  h.  der  Ueberschnß  von 
positiver  bezw.  negativer  Elektrizität  in 
den  einzelnen  Teilen  der  Entladnng,  berech- 
nen. Bei  Entladnngsröhren  kann  man  sich 
meistens  anf  die  einfachere  Formel 


ö2V 
öx2 


=  —  ino 


beschränken. 

Trotz  einer  großen  Reihe  von  Arbeiten 
ist  das  Gesetz  über  die  Beziehnng  zwischen 
Spannungsgefälle  in  den  einzelnen  Teilen 
der  Entladnng  zu  Stromstärke,  Druck  und 
Röhrenweite  noch  nicht  aufgefunden  worden. 
Im  allgemeinen  ist  unter  den  Bedingungen, 
bei  denen  Kathodenstrahlen  auftreten,  d.  h. 
bei  kleinen  Drucken  das  Gefälle  in  der  posi- 
tiven Säule,  iniFaradays  dunklen  Raum  und 
Glimmlicht  klein.  Das  gleiche  gilt  vom 
Anodenfall,  d.  h.  der  Spannungsdifferenz  zwi- 
schen der  Anode  und  einem  Punkt  unmittel- 
bar vor  der  Anode. 

Viel  größer  ist  der  Kathodenfall,  d.  h. 
die  Spannungsdifferenz  zwischen  Kathode 
und  dem  Anfang  des  negativen  Glimmlichts. 
Nach  Warburg  (1887  bis  1892)  haben  wir 
bei  demselben  zwei  Fälle  scharf  zu  unter- 
scheiden, nämlich  1.  den  Fall,  wo  die  Kathode 
noch  nicht  ganz  mit  Glimmlicht  bedeckt 
ist  —  normaler  Kathodenfall,  und  2.  den 
Fall,  wo  das  Glimnüicht  die  ganze  Kathode 
bedeckt  und  infolgedessen  bei  Steigerung 
der  Stromstärke  oder  Abnahme  des  Druckes 
nicht  mehr  wachsen  kann  --  anormaler 
Kathodenfall. 

Der  normale  Kathodeidall  ist  unabhängig 
von  Druck  und  der  Stromstärke,  ändert  sich 
aber  stark  mit  dem  Gasinhalt  und  Metall 
der  Elektrode.  Beispielsweise  beträft  er 
in  Wasserstoff  gegen  Platin  298  Volt,  Stick- 
stoff 232,  Wasserdampf  469,  Ammoniak 
482  Volt.  Verliältnismäßig  klein  ist  er  bei 
den  Alkalimetallen  (K.  Mey)  und  in  Helium 
(Defregger). 

Der  anormale  Kathodenfall  nimmt  da- 
gegen mit  wachsender  Stromstärke  und  ab- 
nehrnendem  Gasdruck  zu  (Hehl,  J.  Stark). 

Stark  herabgesetzt  wird  der  Kathoden- 
fall beim  Glühen.  Wie  Hittorf  fand,  tritt 
dies  bei  den  Meto.llen  erst  bei  Weißglut  ein; 
bei  einer  Reihe  von  Oxyden  dagegen  schon 


bei  Rotglut.  Hierauf  beruht  das  oben  er- 
wähnte Verfahren  von  Wehnelt  zur  Er- 
zeugung von  Kathodenstrahlen. 

j  3b)  Kathodenstrahlen  im  elektro- 
1  statischen  Feld.  Die  Frage,  ob  Katho- 
denstrahlen durch  elektrostatische  Wirkun- 
gen beeinfhißt  werden,  ist  von  einer  Reihe 
von  Forschern  untersucht  worden.  Auf  die 
älteren  Arbeiten,  welche  keine  Beeinflussung 
ergaben,  soll  hier  nicht  eingegangen  werden, 
da  eine  Reihe  von  sehr  störenden  Neben- 
faktoren, wie  die  ionisierende  Kraft  der 
Kathodenstrahlen  usw.  nicht  berücksichtigt 
worden  sind. 

Jaumann  (1896)  war  wohl  der  erste, 
welcher  eine  elektrostatische  Einwirkung 
auf  die  Kathodenstrahlen  erzielte.  Die 
von  ihm  angewandte  Methode  ist  aber  nicht 
einwandfrei.  Im  Jahre  1897  wurde  von 
J.  J.  Thomson  und  W.  Kaufmann  und 
Aschkinass  die  elektrostatische  Ablenkung 
festgestellt  und  die  Gesetze  mathematisch 
formuliert.  Im  Jahre  1898  folgten  dann  die 
diesbezüglichen  Arbeiten  von  Lenard  und 
W.  Wien,  welche  unter  Anwendung  von  ganz 
reinen  Versuchs  bedingungen  ebenfalls  zu 
dem  Ergebnis  kamen,  daß  die  Ablenkung 
der  Kathodenstrahlen  als  rein  elektro- 
statisch aufgefaßt  werden  muß. 

Sehr  schön  läßt  sich  die  Anziehung  bezw. 
Abstoßung  im  elektrischen  Felde  durch  fol- 
genden ein- 
fachen Versuch 
von        Perrin 

nachweisen 
(Fig.  11).  Die 
Strahlen  gehen 
von  der  Katho- 
de N  aus  und 
durchdringen 
ein  metalhsches 
Drahtnetz  P, 
welches  zur 
Erde  abgeleitet 
istund  als  Anode 

dient.  Senkrecht  zur  Ebene  der  Figur  be- 
findet sich  ein  Draht  A,  von  dem  ein  Schatten 
auf  die  Wand  geworfen  wird.  A  wird  mit 
einer  Batterie  M  verbunden  und  so  geladen. 
Auf  diese  Weise  entsteht  zwischen  P  und  A 
eine  Potentialdifferenz,  die  luan  beliebig 
variieren  kann.  In  der  mittleren  Figur  ist 
der  J'all  dargestellt,  wo  A  niclit  geladen  ist. 
Ist  A  negativ,  so  biegen  sich  die  Kathoden- 
strahlen von  dem  Draht  weg,  und  stürzen 
sich  bei  positiver  Ladung  in  A  auf  den 
Draht. 

Die  Gesetze  der  Ablenkung  lassen  sich 
auf  Grund  der  Emissionstheorie,  nach  der 
die  Kathodeustrahlen  aus  fortgeschleuderten 
kleinen,  negativ  geladenen  Teilchen  bestehen, 
leicht  entwickeln  (vgl.  Perrin  S.  727).    Wir 


Kathüdenstralüen 


729 


folgen  hier  dem  Gedankengang  von  W. 
Kanfmann  nnd  Aschkinass. 

Werfen  wir  einen  Körper  in  horizontaler 
Richtung,  so  wird  er  nacli  dem  Trcägheits- 
gesetz,  falls  keine  anderen  Kräfte  auf  ihn 
wirken,  in  horizontaler  Richtung  weiter 
fliegen  und  zwar  derart,  daß  er  in  gleichen 
Zeiten  gleiche  Strecken  zurücklegt.  Wirkt 
aber  zu  gleicher  Zeit  die  Schwerkraft  auf 
ihn  ein,  so  beschreibt  er  bekanntlich  eine 
Parabel. 

Ganz  ähnlich  liegen  die  Verhältnisse, 
wenn  man  die  Kathodenstrahlteilchen  in 
horizontaler  Richtung  fortschleudert,  so  daß 
sie  sich  mit  konstanter  Geschwindigkeit 
weiter  bewegen  und  dann  noch  senkrecht 
zu  dieser  Bahn  eine  konstante  elektrische 
Kraft  wirken  läßt.  Die  Gerade  wird  dann 
ebenfalls  in  eine  Parabel  übergehen. 

Mathematisch  läßt  sich  dieser  Gedanke 
folgendermaßen  ableiten. 

Aus  dem  Punkte  A  fliegt  das  Kathoden- 
strahlteilchen, welches  nach  den  Versuchen 
von  Perrin  eine  negative  Ladung,  die  wir 


her  hat  die  Gleichung  der  Parabel  die  Form 

_eEx2 

~  2mv2' 
Hieraus  folgt  für  b  =  c  k 
eEÄ2 


b  = 


riz 


und  tg  a  =  tgBcD  d.  h.     -"  bei  x  = /., 

eE;. 

tg  a  =  — ^• 

Endlich    ergibt    sich    für    h  =  b  -p  Itg  a 


eE/ 
mv^ 


M    (+ 


Es  ergibt  sich  somit,  daß  das  Produkt 


mit  e  in  absoluten  elektromagnetischen 
Einheiten  bezeichnen  wollen,  enthält,  mit 
der  Geschwindigkeit  v  in  der  Richtung  AC 
und  trifft  den  mit  einer  fluoreszierenden 
Masse  bestrichenen  Schirm  im  Punkte  C. 
Erregen  wir  jetzt  zwischen  den  Kondensator- 
platten MN  und  PQ  das  elektrische  Feld  E, 
so  zwingt  dieses  das  Teilchen,  sich  auf 
einer  Parabel  Ac  zu  bewegen.  Im  Punkte  c 
verläßt  es  das  elektrische  Feld,  bewegt  sich 
weiter  auf  der  Geraden  cB  und  trifft  den 
Schirm  SR  im  Punkte  B.  Die  Entfernung 
BC  =  h  ist  das  Maß  der  Ablenkung,  welche 
wir  berechnen  wollen.  Wir  setzen  die  Länge 
des  Kondensators  Ak  =  /  und  die  Entfer- 
nung cD  =  1.  Die  veränderlichen  Koordi- 
naten auf  der  Kurve  AC  bezeichnen  wir 
durch  X  und  z;  die  Zeit  werden  wir  von  An- 
fang der  Bewegung  des  Teilchens  im  Punkte 
A  rechnen  und  mit  t  bezeichnen.  Dann  ist 
eE 


^      t^,   wo  m  die  Masse  des 
2m 


X  =  vt,  z 

Kathodenstrahlteilchens  in  gr  bedeutet.   Da- 


Nun  folgt  aus  dem  Prinzip  der  Erhaltung 
der  Energie 

Y2  m  v^  =  V  e 1) 

wo  V  das  Entladungspotential  d.  h.  die 
Potentialdifferenz  zwischen  AC  (bezw.  AB) 
in  absoluten  elektromagnetischen  Einheiten 
bedeutet. 

Dies  gibt  in  Verbindung  mit  der  vorigen 
Gleichung 

h  =  1^  (1  +  m     ....   2) 

Vh 
E 

gleich  dem  aus  den  Dimensionen  des  Appa- 
rates   zu    berechnenden    konstanten    Wert 
U  ,  X"-  . 
T  +  4  ^'*- 

Die  physikalische  Bedeutung  der  Forme! 
liegt  auf  der  Hand:  Tritt  ein  mit  konstanter 
Geschwindigkeit  sich  bewegendes  Kathoden- 
teilchen in  ein  elektrostatisches  Kraftfeld, 
dessen  Kraftlinien  senkrecht  zu  seiner  ur- 
sprünglichen Bahn  verlaufen,  so  ist  h,  d.  h. 
die  Strecke,  um  die  es  sich  in  der  zu  seiner 
ursprünglichen  Bahn  senkrechten  Richtung 
bewegt,  direkt  proportional  der  ablenkenden 
Kraft  und  umgekehrt  projjortional  der  wirk- 
samen Potentialdifferenz. 

Die  Versuche  bestätigen  durchweg  die 
gemachten  Annahmen.  Wir  können  daher 
schließen,  daß  die  Kathodenstrahlen  aus 
negativ  geladenen  Teilchen  bestehen,  die 
von  der  Kathode  fortgeschleudert  werden. 
Dies  ist  der  wesentliche  Inhalt  der  Crookes- 
schen  Emissionstheorie,  die  hierdurch  eine 
sehr  strake  Stütze  erfährt. 

Versuche  über  die  elektrostatische  Be- 
einflussung der  Kathodenstrahlen  sind  wie 
schon  erwähnt,  noch  von  einer  Reihe  von 
Forschern  teils  gleichzeitig  mit  Kaufmann 
und  Aschkinass  und  teils  kurz  nachher 
angestellt  und  veröffentlicht  worden,  so 
von  Lenard,  Wien  u.  a.    An  dieser  Stelle 


■80 


Kathodenstralilen 


soll  juir  noch  ein  Exj)oriniont  von  J.  J. 
Tli Ollis on  besprochen  werden,  welches  der 
Grund  für  die  neü;ativen  Resultate  der 
früheren  Versuche  (Voller.  Hertz)  auf- 
klärte. 

Die  benutzte  liölire  stellt  die  Figur  13 
dar.    C  ist  die  Kathode,  die  Anode  A  besteht 


Fig.  13. 

aus  einem  metallischen  Diaphragma;  B  ist 
ein  zweites,  zur  Erde  abgeleitetes  metallisches 
Diaphragma.  E  und  1)  sind  die  Platten, 
welche  elektrostatisch  geladen  werden.  An- 
fangs konnte  J.  J.  Thomson,  ebensowenig 
wie  Hertz,  eine  Ablenkung  der  Kathoden- 
strahlen beobachten;  beim  weiteren  Aus- 
pumpen erhielt  er  beim  plötzlichen  Laden 
der  beiden  Platten  D  und  E  eine  Ablenkung, 
die  aber  langsam  zurückging.  Es  rührte  dies 
davon  her,  daß  die  Kathodenstrahlen  das 
Gas  ionisieren,  d.  h.  das  Gas  in  positiv  und 
negativ  geladene  Teilchen  spalten  und  die 
positiven  Ionen  zur  negativen  Platte  und 
die  negativen  Ionen  zur  positiven  Platte 
wandern.  Hierdurch  verschwindet  das  elektro- 
statische Feld  und  infolgedessen  kehren  die 
Kathodenstrahlen  in  ihre  Anfangslage  zu- 
rück. Werden  D  und  E  auf  ein  sehr  hohes 
Potential  geladen,  so  werden  die  Kathoden- 
strahlen stark  abgelenkt;  springt  aber  ein 
Funken  zwischen  den  Platten  über,  d.  h. 
gleichen  sich  die  beiden  Elektrizitäten  aus,  so 
schnellt  der  Kathodenstrahl  in  seine  Anfangs- 
lage zurück.  Wenn  sehr  weit  ausgepumpt 
wurde,  so  daß  die  Ionisation  sehr  klein  war, 
so  konnte  eine  dauernde  Ablenkung  der 
Kathodenstrahlen  leicht  erzielt  werden. 

Die  Gesamtheit  der  beschriebenen  Er- 
scheinungen bildet  eine  glänzeiule  Bestäti- 
gung der  Emissionstheorie.  Tatsächlicli  sind 
nach  Veröffentlichung  der  Versuche  von  Per- 
rin  (S.  726)  und  dieser  elektrostatischen 
Experimente  alle  anderen,  sehr  zahlreichen 
Theorien,  welche  meistenteils  die  Erschei- 
nungen auf  Vorgänge  in  Aether  zurück- 
führten, verschwunden. 

3c)  Kathodenstrahlen  im  magne- 
tischen Feld.  Bereits  die  Entdecker  der 
Kathodenstrahlen,  Plücker  und  Hittorf 
fanden,  daß  sie  durch  einen  Magneten 
aus  ihrer  ursprünglichen  Bahn  abgelenkt 
werden  und  daß  sie  sich  dabei  verhalten  wie 
ein  an  einem  Ende  stromdurchflossener 
Leiter  (vgl.  Fig.  81  Die  Größe  der  Ablenkung 


hängt  außer  von  der  Stärke  des  Magnetfeldes, 
der  sie  direkt  proportional  ist,  noch  in  sehr 
mannigfaltiger  Weise  von  den  Versuchs- 
bedingungen ab;  hierzu  gehören  vor  allem 
der  Verdünnungsgrad  des  in  der  Röhre  be- 
findlichen Gases,  die  chemische  Natur  des 
letzteren,  das  etwaige  Vorhandensein  von 
Funkenstrecken  in  der  Zulei- 
tung usw.  Bereits  Crookes 
fand,  daß  die  Bahn  um  so 
gestreckter  ist,  je  größer  die 
Potentialdifferenz  zwischen  den 
Elektroden  ist.  Er  vergleicht 
diese  Beziehung  sehr  hübsch 
mit  der  Erscheinung,  welche 
horizontal  abgeschossene 

Mitrailleusenkugeln  zeigen,  bei 
denen  die  Bahn  ebenfalls  um 
so    weniger    gekrümmt    ist,    je    größer    die 
Pulverlaclung    (entsprechend    der  Potential- 
differenz) ist. 

Auf  Grund  der  Emissionstheorie  lassen 
sich  die  Gleichungen  für  die  Einwirkung 
eines  magnetischen  Feldes  auf  die  Bahn  des 
Kathodenstrahlteilchens  ableiten.  Wir  er- 
innern daran,  daß  auf  einen  gradlinigen 
Stromträger  d.  h.  einen  stromdurchflossenen 
Leiter,  im  Magnetfelde  eine  Kraft  wirkt,  welche 
sowohl  zu  seiner  als  zu  der  Richtung  der 
magnetischen  Kraftlinien  senkrecht  steht 
und  deren  Sinn  durch  folgende  Regel  bestimmt 
wird:  Denkt  man  sich  in  Richtung  der  ma- 
gnetischen Kraft  schwimmend,  den  Kopf 
i  voran,  den  Blick  dem  Strom  hinabgewendet, 
so  wird  der  Stromträger  nach  der  rechten 
Seite  getrieben.  Auf  dieses  Gesetz,  welches 
natürlich  auch  für  Kathodenstrahlen  gilt, 
weil  sie  negative  Elektrizität  mit  sich  führen, 
also  einem  Strom  negativer  Elektrizität  ent- 
sprechen, lassen  sich  eine  große  Anzahl 
von  zumTeil  sehr  verwickelten  magnetischen 
Beeinflussungen  zurückführen. 

Die  mathematische  Beziehung  läßt  sich 
nach  Kaufmann  folgendermaßen  herleiten. 
Bestehen  die  Kathodenstrahlen  aus  negativ 
geladenen  materiellen  Teilchen,  so  ist  offenbar 
ihre  Geschwindigkeit  bedingt  durch  die  auf 
sie  verwandte  elektrische  iVi-beit.  also  gilt, 
falls  sie  an  der  Anode  vorbeifliegen,  wie 
vorher  (Gleichung  1) 

2  '"Vdt'  ==^^°- 

liier  bedeuten  wieder  m  die  Masse  des 
Teilchens,  e  die  Ladung  und  V^  die  Potential- 
differcnz.  Die  Richtung  der  Kathoden- 
strahlen sei  die  x-Achse  eines  rechtwink- 
ligen Koordinatensystems,  die  Richtung  der 
Magnetkraftlinien  die  y- Achse  und  die 
Ablenkungsrichtung  die  z-Achse.  Dann 
ist  die  in  der  z-Richtung  auf  das  Teilchen 
ausgeübte  Beschleunigung 


Kathodenstmlilen 


731 


d^z      ^^   dx 

m  -TTi,  —  He 


dt2 


dt 


wenn  mit  H  die  absolute  Feldintensität  be- 
zeichnet wird.  Bezeichnet  man  nun  mit  x„ 
den  gesamten,  innerhalb  des  Magnetfeldes 
zurückgelegten  Weg,  so  ergibt  sich  die  Ab- 
lenkung durch  Integration  zu 


H 


V 


2mV. 


3) 


Die  Versuche  von  Kaufmann  ergaben 
nun,  daß  die  Ablenkung  der  Strahlen  ]/V(, 
umgekehrt  proportional  war;  sie  war  bei 
gleicher  Potentialdifferenz  unabhängig  von 
Druck,  Gasinhalt.  Elektrodenabstand  und 
Elektrodensubstanz.  Dies  Beobachtungs- 
resultat kann  mit  dem  theoretischen  nur 
übereinstimmen,  wenn  e/m  eine  Konstante 
ist.  Die  Erklärung  dieses  überraschenden 
Ergebnisses  bereitete  Kaufmann  Schwierig- 
keiten. Denn  macht  man  die  Annahme,  daß 
die  bewegten  Teile  Ionen  wie  bei  den  Elek- 
trolyten sind,  so  müßte  e/m  entsprechend 
den  Farad ayschen  elektrolytischen  Gesetzen 
für  jeden  Stoff  einen  anderen  Wert  haben. 
Außerdem  zeigt  die  Rechnung,  daß  man  zur 
Erklärung  der  beobachteten  Ableid^ungen  der 
Größe  e/m  einen  ungefähr  2000  mal  größeren 
Wert  beilegen  muß,  als  dem  Wasserstoffion, 
bei  dem  diese  Größe  wegen  der  Kleinheit 
von  m  am  größten  ist.  Wollte  man  annehmen, 
daß  die  Teilchen  sich  durch  bloßen  Kontakt 
an  der  Kathode  laden,  so  wäre  die  Konstanz 
von  e/m  unerklärlich  bei  variierendem  Po- 
tential, da  ja  jetzt  e  dem  Potential  propor- 
tional sein  müßte.  Alle  diese  Schwierigkeiten 
veranlaßten  Kaufmann  zu  dem  Schluß, 
daß  die  Hypothese,  welche  annimmt,  die 
Kathodenstrahlen  seien  von  der  Kathode 
fortgeschleuderte  Teilchen,  zu  einer  befrie- 
digenden Erklärung  der  beobachteten  Ge- 
setzmäßigkeiten nicht  ausreicht. 

J.  J.  Thomson,  welcher  mit  ähnlichen 
Versuchen  gleichzeitig  beschäftigt  war,  zog 
aus  denselben  den  entgegengesetzten  Schluß, 
nämlich  daß  die  Leitung  der  Elektrizität 
in  Gasen  in  ähnlicher  Weise  erfolge,  wie  in 
Flüssigkeiten,  nur  sollten  in  ersterem  Fall 
die  Teilchen  der  Urmaterie  die  Träger  der 
Elektrizität  sein  und  letztere  in  Form  von 
unteilbaren  Mengen,  Atomen  der  Elektrizität 
auftreten.  x\uf  Grund  dieser  Hypothese 
erklärt  sich  sofort,  weswegen  man  für  e/m 
stets  denselben  Wert  erhält,  unabhängig  von 
der  stofflichen  iSTatur  des  angewandten  Gases 
und  ferner  da  die  Masse  eines  Teilchens  der 
Urmaterie  sehr  viel  kleiner  ist  als  die  blasse 
eines  Atoms  Wasserstoff,  weswegen  sich  für 
das  Verhältnis  e/m  in  Gasen  eine  so  sehr 
viel  größere  Zahl  ergibt  als  bei  IClektro- 
lyten. 


Zu  ähnlichen  Schlüssen  kam  ungefähr 
gleichzeitig  Wiechert. 

Es  ist  das  große  Verdienst  von  J.  J. 
Thomson  und  seiner  Schule  diese  Theorie 
bis  in  die  äußersten  Konsequenzen  verfolgt 
und  experimentell  geprüft  zu  haben.  Sie 
hat  sich  glänzend  bewährt  und  auf  eine  große 
Reihe  von  Erscheinungen  neues  Licht  ge- 
worfen. Hand  in  Hand  hiermit  gingen  eine 
Reihe  von  theoretischen  Arbeiten  von  H.  A. 
Lorentz,  Einstein  usw. 

Die  Hypothese,  daß  die  Elektrizität  in 
unteilbaren  Teilchen,  in  x\tomen  auftritt, 
ist  zuerst  von  Lorentz  (1880)  und  Helm- 
holtz  (1881)  und  später  von  einer  großen 
Anzahl  von  Forschern  ausgesprochen  wor- 
den. Nach  dem  Vorschlag  von  Stoney 
(1894)  nennen  wir  diese  Atome  ,, Elek- 
tronen"; sie  vereinigen  sich  mit  Materie  und 
bilden  dann  ,, Ionen".  P^in  einwertiges  Ion 
trägt  also  eine  ganz  bestimmte  und  stets 
gleiche  Elektrizitätsmenge  e,  also  ein  Elek- 
tron; ein  zweiwertiges  ist  mit  zwei  Elek- 
tronen geladen  usw. 

In  den  Kathodenstrahlen  haben  wir  es 
zweifellos  mit  freien  negativen  Elektronen 
zu  tun,  d.  h.  mit  solchen,  die  nicht  an  gewöhn- 
liche Materie  gebunden  sind.  Die  Masse 
m,  welche  in  obigen  Gleichungen  auftritt, 
ist  nur  eine  scheinbare  elektromagnetische 
(vgl.  den  Artikel  ,,Elektronen"j. 

Mit  ein  paar  Worten  müssen  wir  noch  auf 
dieMagnetokathodenstrahlen  eingehen.  Setzt 
man  eine  Kathodenstrahlenröhre  einem  kräf- 
tigen Magnetfelde  aus,  so  beobachtet  man 
mit  steigender  Feldstärke  zweierlei  Strahlen- 
bündel: eines,  welches  sich,  wie  nach  der 
Emissionstheorie  zu  erwarten  ist,  spiralig 
um  die  Kraftlinien  windet  und  ein  zweites, 
das  in  Richtung  der  Kraftlinien  läuft.  Das 
letztere  wurde  von  Villard  (1904)  entdeckt 
und  3Iagnetokathodenstrahl  genannt.  Nach 
Villard  führen  sie  keine  Ladung  mit  sich 
(mit  dem  Farad  ayschen  Zylinder  nach 
Perrin  versucht),  andererseits  sollen  sie 
aber  durch  ein  elektrostatisches  Feld  be- 
einflußbar sein.  Ueber  diese  Strahlen  hat 
außer  dem  Entdecker  namentlich  Righi 
gearbeitet,  der  auch  eine  neue  Theorie, 
die  hier  übergangen  werden  kann,  aufgestellt 
hat.  Thirkill  (1910)  fand,  als  er  statt  des 
Elektrometers  ein  Galvanometer  im  Fara- 
day Zylinder  benutzte,  eine  negative  Ladung 
und  ist  daher  der  Ansicht,  daß  bei  den  frühe- 
ren Versuchen  die  Leitfäln'gkeit  des  Gases 
störend  gewirkt  hat.  Er  hält  die  Magneto- 
kathodenstrahlen für  .  langsame  negative 
Teilchen,  die  durch  das  magnetische  Feld  in 
eine  enge  Spirale  aufgewamden  w^erden,  so 
daß  es  so  aussieht,  als  ob  sie  in  Richtung  der 
Kraftlinien  verlaufen.  Da  sich  auch  die 
Beobachtungen    von    Villard    und    Righi 


732 


Kathodenstrah  len 


nach  dieser  Theorie  erklären  hissen,  so  s])richt 
viel  zu  ihrem  (ninsteii. 

3d)  Energie  und  (leschwindigkeit 
der  Kathodenstrahlen.  Die  Energie 
der  Kathodenstrahlen  läßt  sieh  leicht  er- 
mitteln, indem  man  sie  in  ein  Kalorimeter 
fallen  läßt,  wo  sie  absorbiert  werden,  und 
ihre  Energie  in  Wärmeenergie,  die  sich  nach 
bekannten  Methoden  leicht  messen  läßt, 
umwandeln.  Derartige  Versuche  sind  von 
E.  Wiedemann  und  IT.  Ebert,  sowie 
J.  J.  Thomson  angestellt,  dem  wir  auch  die 
nachfolgenden  Entwicklungen  verdanken. 

Wir  nehmen  wieder  an,  daß  die  ganze 
von  den  elektrischen  Kräften  geleistete 
Arbeit  sich  in  kinetische  Energie  umsetzt  und 
erhalten  so  die  schon  früher  benutzte  Glei- 
chung 

^2  m  v2  =  e  V. 

Treten  in  der  Zeiteinheit  N  Kathoden- 
strahlteilchen  durch  die  Fläche,  so  fließt 
in  ihnen  durch  diese  in  der  Zeiteinheit  die 
Energie 

V2Nmv2  =  NeV. 

Setzt  sich  diese  kinetische  Energie  in 
Wärme  W  um,  so  ist  I 

W  =  \/oNmv2. 

Da  in  der  Zeiteinheit  N  Elektronen 
durch  die  Fläche  hindurchwandern  und  jedes 
die  elektrische  Ladung  e  mit  sich  führt, 
so  ist  die  in  der  Zeiteinheit  fließende  Elek- 
trizitätsmenge, also  die  Stromstärke  I  1 

I  =  Ne. 

Durch  Division  der  beiden  letzten  Glei- 
chungen erhält  man 

e  _.Iv- 
m  ^  2W 

In  dieser  Gleichung  läßt  sich  alles  messen 
außer  e/m  und  v.  xVus  der  elektrostatischen 
oder  magnetischen  Ablenkbarkeit  der  Katho- 
denstrahlen ergibt  sich  aber  ebenfalls  das 
Verhältnis  e/m  und  v.  Kombiniert  man  ' 
daher  beide  Gleichungen  miteinander,  so 
erhält  man  zwei  Gleichungen,  die  einzeln 
e/m  und  v  enthalten. 

Auch  aus  diesen  thermischen  Versuchen 
ergab  sich,  daß  e/m  unabhängig  von  Gas- 
druck, der  chemischen  Natur  des  Gases 
und  der  Elektroden  war.  Diese  Ergebnisse 
stimmen  auf  das  beste  mit  denen  von  Kauf- 
mann überein. 

W'r  haben  jetzt  eine  Reihe  von  Gleichun- 
gen aus  denen  man  e/m  und  v  bestimmen 
kann;  dieselben  übersichtlich  zusammen- 
gestellt, lauten: 

Gleichung  für  die  kinetische  Energie  utui  er- 
zeugende Spannungsdifferenz 

'/omv2  _  ev I) 


Gleichung  für  die  elektrostatische  Ablenkung 


h  = 


mv2 


hj) 


II) 


Gleichung   für   die   magnetische   Ablenkung 


H 


2mv 


III) 


Gleichung  für  die  erzeugte  Wärme  und  niit- 
geführte  Stromstärke 


e 
m 


Iv2 
2W 


IV) 


In  diesen  Gleichungen  lassen  sich  alle 
Größen  mit  Ausnahme  von  e/m  und  v  be- 
stimmen. Da  aber  eine  jede  beide  Größeii 
enthält,  so  läßt  sich  stets  aus  zwei  sowohl 
e/m  und  v  einzeln  berechnen. 

Die  Beobachtungen,  die  sich  außerdem 
noch  auf  eine  Reihe  von  optischen  Erschei- 
nungen erstrecken  (Zeemann -Effekt  usw.) 
ergeben  für  e/m  mehr  oder  weniger  von- 
einander abweichende  Zahlen.  Als  Durch- 
schnittswert können  wir  setzen 


m 


=  1,7.10^  el.-magn.  Einh. 
5,  1.101-  el.-stat.  Einh. 


Da  sich  e  aus  der  Elektrolyse  des  Wassers 

e  =  4,9.10-10  el.  stat,  Einh. 

ergibt,    so    finden    wir   für   die    Masse    des 
1  Elektrons  den  Wert 

m  =  0,96.10-27  gr- 

ungefähr  1800  mal  kleiner  als  die  eines 
Wasserstoffatoms.  Wie  schon  erwähnt,  ist 
diese  Masse  eine  scheinbare  elektromag- 
netische. 

Die  Werte  für  die  Geschwindigkeit  v 
hängen  natürlich  von  der  angewandten 
Potentialdifferenz  V  ab.  Sie  sind  zum  Teil 
außerordentlich  groß,  und  nähern  sich  der 
Lichtgeschwindigkeit.  Es  ist  das  Verdienst 
von  Des  Coudres  und  Wiechert  auf 
direktem  Wege  einen  ähnlich  großen  Wert  ge- 
funden und  damit  die  Theorie  auch  in  die- 
sem Punkt  gestützt  zu  haben. 

Die  von  jedem  dieser  beiden  Forscher 
angewandten  "Methoden  und  Versuchsanord- 
nungen können  hier  nicht  im  einzelnen  be- 
schrieben werden.  Es  muß  genügen,  das 
Prinzip  kurz  zu  schildern.  Da  die  Geschwin- 
digkeit V  der  Kathodenstrahlen  sehr  groß 
ist  und  sie  bei  ihrem  Durchgang  durch  (läse 
stark  absorbiert  werden,  so  daß  man  ihren 
Weg  s  nicht  auf  weite  Strecken  verfolgen 
kann,  so  muß  man  für  handliche  Werte  von 
s  sehr  kloine  Zeitintervalle  wählen.  Dies  er- 
reichten Des  Coudres  und  Wiechert  durch 
Verwendung  von  elektrischen  Schwingungen. 

Ein  durch  einen   Leiter  fließender  elek- 


Katliodenstralilen 


733 


trisclier  Strom  wirkt  bekanntlich  auf  eine 
Magnetnadel  ein,  erregt  also  um  den  Leiter 
ein  elektromagnetisches  Feld,  welches  um  so 
intensiver  ist,  je  größer  die  Stromstärke  ist. 
Dies  gilt  natürlich  auch  für  einen  Wechsel- 
strom oder  eine  Schwingung.  Da  bei  der 
Schwingung  die  Stromstärke  von  Null  zu- 
nimmt, ein  Maximum  erreicht  und  dann  in 
entgegengesetzter  Richtung  durch  den  Leiter 
fheßt  usw.,  so  sieht  man  leicht  ein,  daß  auch 
das  erregte  Magnetfeld  von  einem  Maximum 
durch  Null  zu  einem  Maximum  von  entgegen- 
gesetzter Richtung  übergehen  muß.  Des 
Coudres  und  Wiechert  trafen  nun  die 
Anordnung  so,  daß  das  eine  Ende  des  Leiters 
in  dem  die  Schwingung  vor  sich  ging,  auf 
die  Kathodenstrahlen  in  der  Nähe  der 
Kathode  und  das  andere  Ende  in  derselben 
Weise  im  Abstände  s  von  der  Kathode  auf 
die  Strahlen  wirkte.  Da  die  Fortpflanzung 
der  Schwingung  bekannt  ist,  so  läßt  sich 
aus  dem  Zeitunterschied  zwischen  der  Ein- 
wirkung des  ablenkenden  Schwingungs- 
systems auf  die  Kathodenstrahlen  an  den 
Enden  von  s  die  Zeit  t  berechnen. 

Das  Prinzip  wird  klarer  werden,  wenn  wir 
einige  Einzelheiten  an  der  Hand  von  Figuren 
schildern. 

Das  Entladungsrohr  erhielt  eine  Hohl- 
spiegelkathode   K   (Fig.    14)   und    die    Ver- 


Fig.  14. 

Suchsbedingungen  wurden  so  reguliert,  daß 
die  Kathodenstrahlen  einen  schlanken  Kegel 
bildeten.  Bei  der  Spitze  desselben  erhielt  die 
Röhre  eine  Metallblende  Bj  mit  einer  lileinen, 
der  Spitze  entsprechenden  Oeffnung.  In 
einer  wechselnden  Entfernung  hinter  B. 
wurde  eine  zweite  Blende  B.,  mit  einem 
Schlitz  und  ein  paar  Zentimeter  hinter  dieser 
ein  Glasstreifen  G  quer  zum  Schlitze  aufge- 
stellt. Die  durch  Bj  und  Bo  hindurchtreten- 
den Kathodenstrahlen  erzeugten  auf  G  einen 
grünen  Fluoreszenzfleck.  Um  mit  Hilfe  des 
Systems,  welches  bestimmt  war,  die  Zeit 
zu  messen,  auf  die  Kathodenstrahlen  ein- 
zuwirken, und  so  zunächst  den  Anfang  der 
Meßstrecke  festzulegen,  wurde  ein  Draht 
so  um  das  Rohr  gebogen,  wie  dies  Figur  15 
zeigt.  Der  Teil  abcd  ist  eben  und  liegt  in 
einem  Schnitt  durch  die  Achse  des  Rohres. 
Die  Wechselströme,  welche  das  messende 
System  durch  abcd  hindurchschickt,  erregen 
dann  ein  wechselndes  magnetisches  Feld,  wel- 
ches bewirkt,  daß  die  Kathodenstrahlen  in 
der  Horizontalebene  hin-  und  herpendeln. 
Bei  passender  Regulierung  scheint  das  Bündel 
sich  in  zwei  zu  zerspalten,  wie  in  Figur  15 


angedeutet  ist.  Die  Zerteilung  ist  eine  op- 
tische Täuschung,  die  sich  leicht  erklärt,  wenn 
man  bedenkt,  daß  das  pendelnde  Bündel 
die  Mittellage  mit  größter  Geschwindigkeit 
passiert  und  bei  den  Endlagen  während  ver- 
hältnismäßig langer  Zeit  nur  geringe  Ver- 
schiebungen erleidet. 

An  das  Entladungsrohr  wird  zwischen 
K  und  Bj  ein  kleiner  Hufeisenmagnet  M 
(Fig.  17)  gebracht,  der  die  Bahn  der  Katho- 
denstrahlen krümmt,  so  daß  sie  keine  Fluo- 


i?.  lo. 


reszenz  auf  der  Glasplatte  G  (Fig.  14)  er- 
regen. Nur  in  dem  Augenblicke,  wo  der 
Wechselstrom  seine  größte  Stärke  besitzt, 
werden  die  Strahlen  derart  gerichtet,  daß  sie 
durch  Bj  und  Bo  hindurchgehen  und  auf  G 
fallen. 

Um  noch  die  Zeit  der  Ankunft  der  Strah- 
len bei  Bo,  G  festzustellen,  wird  an  das  Rohr 
bei  B^  und  G  ein  weiterer  zum  messenden 
System  gehörender  Draht  a'b'c'd'e'  in.  ähn- 
licher Weise  herangebracht  wie  abcde  und 
seine  Einwirkung  auf  die  Lage  des  Lumines- 
zenzfleckes auf  G  beobachtet. 

Lagen  abcd  und  a'b'c'd'  sehr  nahe  bei- 
einander, so  verursachten  beide,  wie  man  aus 
dem  Verschieben  des  Fluoreszenzfleckes 
schließen  konnte,  eine  Ablenkung  in  gleicher 
Richtung.  Wurde  der  Magnet  M  umgekehrt, 
so  kehrte  sich  entsprechend  auch  die  Ver- 
schiebung des  Phosphoreszenzfleckes  auf  G 
um.  Dies  erklärt  sich  folgendermaßen:  Die 
Kathodenstrahlen  treten  von  der  Kathode 
aus,  wenn  der  Wechselstrom  seine  größte 
Stärke  hat.  denn  nur  in  diesem  Falle  beobach- 


Fig.  17. 

tet  man  nach  dem  Vorhergehenden  ihre 
Fluoreszenz  auf  G;  sie  durcheilen  ihre  Bahn 
und  gelangen  dabei  nach  a'b'c'd',  während 
gleichzeitig  der  das  magnetische  Feld  er- 
regende Strom  zwischen  abcd  und  a'b'c'd' 
hin-  und  herschwingt.  Da  nun  die  Beobach- 
tung ergibt,  daß  beide  Teile  des  messenden 
Systems  in  gleicher  Richtung  wirken,  so 
muß  in  dem  Augenblicke,  wo  die  Kathoden- 


734 


K  atl  lodenstrahlen 


Strahlteilchen  nach  a'b'c'd'  i;ehiiii;en.  der 
Strom  in  a'b'c'd'  dieselbe  Richtuiiij;  haben 
wie  in  abcd.  Verschiebt  man  a'b'c'd'  weiter, 
so  kommt  man  schließlich  zu  einem  Punkte, 
wo  dieser  Teil  des  Systems  nicht  mehr  wirkt, 
d.  h.  die  Kathodenstrahlen,  welche  an  abcd 
zur  Zeit  der  größten  Stromstärke  vorbei- 
gingen, tr eilen  in  a'b'c'd'  die  Zeit  der  Strom- 
umkehr an,  wo  also  die  Stromstärke  gerade 
Null  ist.  Aus  der  bekannten  Fortpllanzungs- 
geschwindigkeit  der  Schwingung  und  der 
Länge  zwischen  abcd  und  a'b'c'd'  läßt  sich 
diese  Zeit  leicht  berechnen.  Der  von  den 
Kathodenstrahlen  in  dieser  Zeit  zurückgelegte 
Weg  ergibt  dann  sofort  ihre  Fortpflanzungs- 
geschwindigkeit. Sie  betrug  ungefähr  ein 
Achtel  der  der  Lichtgeschwindigkeit. 

Wie  schon  erwähnt,  ändert  sich  die  (ie- 
schwindigkeit  der  Kathodenstrahlen  je  nach 
dem  angewandten  Potential  (Formel  I 
S.  732):  in  den  verschiedenen  Versuchsreihen 
schwankte  sie  zwischen  22  000  bis  50  000  km, 
in  der  Sekunde,  erreichte  also  einen  Wert, 
wie  er  sonst  bei  Massenteilchen  oder  sich  be- 
wegenden Körpern  niemals  vorkommt.  Wie 
groß  diese  Geschwindigkeit  ist.  davon  kann 
man  sich  eine  nngefähre  Vorstellung  bilden, 
wenn  man  bedenkt,  daß  die  mittlere  Ge- 
schwindigkeit unserer  Erde  nur  29,5  km  in 
der  Sekunde  beträgt.  Bei  Kathodenstrahlen, 
die  eine  Geschwindigkeit  von  100  000  km/sec 
besitzen,  würden  die  Teilchen  in  weniger  als 
^■2   Sekunde  um  die  h^rde  fliegen. 

Offenbar  hat  man  es  durch  Veränderung 
der  Potentialdifferenz  in  der  Hand  die  Ge- 
schwindigkeit der  Kathodenstrahlteilchen 
zu  variieren  (Formel  I  S.  732).  Da  bei  den 
Glühkathoden  von  Wehnelt  der  Kathoden- 
fall sehr  klein  ist,  und  nach  den  Auseinander- 
setzungen von  Seite  727  die  Potentialdifferenz 
in  den  übrigen  Teilen  der  Entladung  nicht 
groß  ist,  so  besitzen  diese  Kathodeiistrahlen 
eine  kleine  Geschwindigkeit. 

Die  Messung  der  Größe  e/m  ist  eine 
der  sichersten  Methoden  zur  Identifizierung 
der  Kathodenstrahlen.  Bei  viek^i  Vorgängen 
treten  negativ  geladene  Teilchen  auf;  ob 
diese  aus  Elektronen  oder  Ionen  bestehen, 
kann  durch  Messung  der  Größe  e/m  stets 
eindeutig  entschieden  werden.  Auf  diese 
W^eise  gelang  es  Lenard  nachzuweisen,  daß 
der  lichtelektrische  Effekt  (S.  723)  auf  das 
Aussenden  von  Kathodenstralden  beruhe, 
und  Haber  und  Just,  daß  die  bei  manchen 
chemischen  Prozessen  (S.  724)  auftretenden 
leitenden  Teilchen  aus  Elektronen  bestehen. 

3e)  Zählung  der  Kathodenstrahl- 
teilchen ist  von  E.  Regener  (1912)  durch- 
geführt worden.  Die  Methode  ist  im  Prin- 
zip folgende:  Mittels  eines  Zerstäubers  wird 
ein  dichter  Nebel  von  feinen  Oeltröpfchen 
hergestellt,  der  sich  in  der  Luft  ziendich  lange 
.schwebend  erhält.     Von  diesen  OeltröufclHMi 


sind  einige  elektrisch  geladen.  Um  diese 
wegzuschaffen,  gelangt  der  Nebel  zuerst 
in  einen  Kondensator,  in  welchem  ein  starkes 
elektrisches  Feld  herrscht;  dann  strömt  er 
durch  ein  Drahtnetz  in  einen  zweiten  Raum, 
in  welchem  kein  elektrisches  Feld  herrscht 
und  in  welchen  die  zu  zählenden  korpus- 
kularen Strahlen  eintreten.  Die  hierdurch 
gebildeten  Ionen  lagern  sich  an  die  Oel- 
tröpfchen an.  Der  Nebel  gelangte  dann  in 
den  Beobachtuiigsraum,  wo  durch  ein  elek- 
trisches Feld  die  geladenen  von  den  nicht 
geladenen  Oeltröpfchen  räumlich  getrennt 
wurden.  Dies  erreichte  man  dadurch,  daß 
man  die  geladene  Elektrode  als  Röhre  aus- 
bildete, durch  die  ein  schw^acher  nebelfreier 
Luftstrom  dem  Nebelstrom  entgegengeführt 
wurde.  Dadurch  wurde  um  das  Ende  der 
Elektrode  ein  nebelfreier  Raum  erzeugt,  in 
welchem  die  geladenen  Tröpfchen  durch  die 
elektrischen  Kräfte  gezogen  wurden.  Hier 
konnten  sie  ultramikroskopisch  gezählt  wer- 
den. Die  Methode  ist  bis  jetzt  nur  benutzt 
worden  mit  lichtelektrischen  Kathoden- 
strahlen, die  mit  einer  Spannung  von 
100  000  Volt  beschleunigt  wurden.  Ein 
Kathodenstrahlteilchenlieferte  1  bis  2Dutzend 
geladene  Oeltröpfchen;  ein  a-Teilchen  (positiv 
geladenes  Teilchen)  schätzungsweise  viele 
Hundert  geladene  Oeltröpfchen.  Die  be- 
obachteten Kathodenstrahlteilchen  traten 
in  ungleichmäßigen  Intervallen  auf  und 
zeigten  Schwankungserscheinungen,  wie  sie 
bei  den  radioaktiven  Umwandlungen  eben- 
falls auftreten.  Da  die  Versuchsanordnung 
noch  weiter  verbessert  werden  soll,  so  kann 
von  weiteren  Einzelheiten  abgesehen  werden. 
3f)  Magnetisches  Feld  der  Katho- 
denstrahlen. Da  die  Kathodenstrahlen 
aus  fortgeschleuderten  Elektronen  bestehen, 
so  bilden  sie  einen  elektrischen  Strom;  sie 
müssen  daher  auch,  ebenso  wie  ein  in 
Metallen  fließender  Strom  magnetische  Wir- 
kungen ausüben.  Derartige  Einflüsse  sind 
zuerst  von  Hertz  (1883)  gesucht  worden; 
infolge  einer  unzw^eckmäßigen  Versuchsan- 
ordnung erhielt  er  ein  negatives  Resultat. 
J.  V.  Geitler  welcher  (1901)  die  Versuche 
nach  einer  zweckmäßigen  Methode  wieder- 
holte, glaubte  anfangs  ein  positives  Ergebnis 
erhalten  zu  haben,  es  war  aber,  wie  sich 
s{)äter  erwies  durch  einen  Thermostrom,  vor- 
getäuscht. Auch  E.  Klupathys  Versuche 
(1908)  haben  nicht  zu  eindeutigen  Resultaten 
geführt.  Die  Hauptschwierigkeit,  welche  es 
zu  überwinden  gilt,  liegt  darin,  daß  die 
axial  verlaufeiulen  Kathodenstrahlen,  welche 
einem  in  einer  Richtung  verlaufenden  Strom 
entsprechen,  die  Glaswand  treffen,  sie  auf- 
laden und  nun  einen  Rückstrom  erzeugen, 
der  im  stationären  Zustand  dieselbe  Elektri- 
zitätsmenge im  entgegengesetzten  Sinne  be- 
fördert und  dadurch  das  von  den  Kathoden- 


Katlioclenstralilen 


735 


strahlen  gebildete  Magnetfeld  anfhebt.  Erst 
Joffe  gelang  es  dieser  Schwierigkeiten  Herr 
zu  werden  und  alle  Nebenwirkungen  auszu- 
schalten. Mit  Sicherheit  konnte  er  nachwei- 
sen, daß  das  magnetische  Feld  der  Kathoden- 
strahlen durch  die  pro  Zeiteinheit  transpor- 
tierte Elektrizitätsmenge  bestimmt  wird. 
Hieraus  geht  hervor,  daß  die  Kathoden- 
strahlen  in  beziig  auf  magnetische  Wirkungen 
einem  Leitungsstrom  von  gleicher  Strom- 
stärke äquivalent  sind. 

3g)  Druck  der  Kathodenstrahlen. 
In  der  Einleitung  (S.  725)  ist  ein  Versuch 
von  Crookes  beschrieben,  aus  dem  hervor- 
geht, daß  Kathodenstrahlen  einen  Druck 
ausüben.  Der  Versuch  ist  nicht  einwandsfrei, 
denn  wie  Hittorf  zeigen  konnte,  spielt  bei 
diesen  scheinbar  mechanischen  Wirkungen 
die  Wärme  eine  Hauptrolle;  denn  läßt  man 
die  Entladung  einige  Zeit  durch  die  Röhre 
hindurchgehen,  während  man  das  Rädchen 
festhält  und  unterbricht  darauf  den  Strom, 
so  rotiert  es  nach  dem  Loslassen  genau  so 
als  wenn  Kathodenstrahlen  darauf  fallen. 
Aus  den  Berechnungen  von  Riecke  (1898) 
geht  auch  hervor,  daß  die  Intensität  der 
Kathodenstrahlen  etwa  30  mal  so  groß  sein 
müßte,  wie  die  Intensität  des  Gesamt- 
stroms, um  die  mechanische  Wirkung  durch 
den  Druck  zu  erklären,  Avährend  sie  in  Wirk- 
lichkeit wohl  nur  einen  kleinen  Bruchteil 
des  Gesamtstroms  betragen  dürfte.  Auch 
spielen  bei  dem  Crookes  scheu  Versuch 
elektrostatische  Einflüsse  eine  nicht  zu  ver- 
nachlässigende Rolle.  Starke  (1900)  suchte 
diese  Fehler  zu  beseitigen;  die  Ablenkungen 
wurden  jetzt  aber  so  klein  und  waren  dann 
so  inkonstant,  daß  Messungen  nicht  ausge- 
führt werden  konnten.  Angerer  (1912)  hat 
die  Versuchsanordnung  noch  weiter  ver- 
bessert; da  er  aber  ebenfalls  noch  keine  end- 
gültigen Resultate  erhalten  hat,  so  muß 
dieser  Hinweis  genügen 

4.  Fluoreszenzerregung  und  chemische 
Wirkung  der  Kathodenstrahlen.  Aus  dem 
Auftreten  eines  grüngelben  Fluoreszenz- 
lichtes in  der  Nähe  der  Kathode  einer 
weit  evakuierten  Röhre  schloß  Plücker 
im  Jahre  1859  auf  das  Vorhandensein  von 
neuen  Strahlen.  Die  Fluoreszenzerregung 
war  somit  die  erste  Eigenschaft,  die  man 
an  den  Kathodenstrahlen  entdeckte;  sie  ist 
ein  treffliches  Hilfsmittel  zur  Erforschung 
ihrer  Natur  gewesen. 

Die  Zahl  der  Körper,  welche  unter  den 
Kathodenstrahlen  leuchten,  ist  sehr  groß. 
Schon  die  ersten  Beobachter  auf  diesem  Ge- 
biet fanden,  daß  die  Mineralien  je  nach  ihrem 
Fundort  verschieden  leuchteten.  Durch 
Crookes,  Lecoq  de  Boisbandran,  Le- 
nard  und  Klatt  wurde  festgestellt, 
daß  dies  von  geringen  Verunreinigungen 
herrührte  und  daß  die  absolut  reinen  Mine- 


ralien vielfach  gar  nicht  leuchteten.  Wie 
stark  die  Einwirkung  minimalster  Mengen 
von  Zusätzen  ist,  geht  daraus  hervor,  daß 
absolut  reine  Tonerde  nicht  fluoresziert,  daß 
sie  aber  durch  Aufnahme  von  Chromoxyd 
rot  leuchtet,  wenn  sie  einige  Tage  mit  böh- 
mischem Glas  in  Berührung  gestanden  hat. 
Analog  machte  Ed.  Becquerel  Tonerde  und 
Magnesiumoxyd  durch  Zusätze  von  geringen 
Mengen  von  Chromoxyd  phosphoreszenz- 
fähig. E.  Wiedemann  und  Gerhard  C. 
Schmidt  fassen  diese  Körper  als ,, feste"  d.  h. 
erstarrte  Lösungen  auf. 

Daß  auch  das  Leuchten  der  Gase  in 
Entladungsröhren  eine  reine  Fluoreszenz- 
erscheinung ist  und  nicht  durch  hohe  Tem- 
peratur hervorgerufen  wird,  bewiesen 
E.  Wiedemann,  Hittorf  und  Hasselberg. 
Außerordentlich  mannigfaltige  Farben  treten 
hierbei  auf.  So  ist  im  Kadmiumdampf  die 
Farbe  der  Kathodenstrahlen  grünblau  bis 
violett,  das  positive  Licht  rötlich.  Nach 
Gehrcke  und  Seeliger  (1912)  rühren  die 
Farben  und  Intensitätsänderungen  hau])t- 
sächlich  von  einer  Aenderung  der  Geschwin- 
digkeit der  fortgeschleuderten  Elektronen 
her.  Um  dies  nachzuweisen  ließen  sie  die 
von  einer  Wehnelt- Oxydkathode  K  aus- 
tretenden Kathodenstrahlen  innerhalb  der 
Vakuumröhre  in  ein  verzögerndes  Feld  treten, 
das  zwischen  zwei  Metalldrahtnetze  A  und  Kj 
sich  befand.  Trat  der  Strahl  unter  einem 
Winkel  a  in  das  Feld,  so  durchlief  er  eine 
scharf  begrenzte  helleuchtende  parabelför- 
mige  Kurve.  In  Luft  war  der  Strahl  von 
Aj  bis  Bj  blau,  von  B^  bis  Bo  rot,  von  Bo  bis 
Ao  wieder  blau  (hier  wirkt  das  Feld  beschleu- 
nigend).     Zwischen    Cj  C^   war   der    Strahl 


-Kl 


Fig.  18. 

unsichtbar.  Bei  größerem  Einfallswinkel  a 
bildete  der  Strahl  eine  überall  sichtbare 
blaue  Parabel  mit  rotem  Scheitel.  Bei  noch 
weiterer  Vergrößerung  von  a  leuchtete 
der  Strahl  auf  dem  ganzen  Wege  blau.  In 
anderen  Gasen  traten  ähnliche  Erscheinungen 
auf,  doch  waren  die  Farben  je  nach  der  che- 


736 


Katliodciistralilen 


mischen  Natur  des  Gases  verschieden.  Am 
schönsten  waren  die  Erscheinungen  in  Argon 
und  Wasserstoff.  Die  Verf.  geben  folgende 
Erklärung.  Sobald  die  Geschwindigkeit 
des  Kathodenstrahls  unter  eine  gewisse 
Grenze  sinkt,  tritt  in  dem  Charakter  des 
Leuchtens  eine  Aenderung  ein,  und  zwar  der- 
art, daß  sich  die  Gesamtfarbe  nach  der  Seite 
der  größeren  Welleidängen  ändert.  Sinkt 
die  Geschwindigkeit  noch  weiter,  so  ver- 
lieren die  Elektronen  die  Fähigkeit,  das 
durchstrahlte  Gas  zum  Leuchten  zu  er- 
regen. Bei  der  Erscheinung  spielen  die  in- 
dividuellen Eigentümlichkeiten  der  leuchten- 
den Teilchen  eine  große  Rolle;  manche  Linien 
werden  durch  schnelle,  andere  durch  lang- 
same Elektronen  erregt. 

Hand  in  Hand  mit  den  Fluoreszenz- 
erscheinungen gehen  vielfach  chemische  Pro- 
zesse und  zwar  wirken  Kathodenstrahlen 
stets  reduzierend.  So  werden  Quecksilber- 
chlorid und  Eisenchlorid  in  die  Chlorüre 
verwandelt,  Kupferoxyd  zu  Kupfer  reduziert, 
Quecksilberoxydsulfat  in  Quecksilberoxydul- 
sulfat, Silberchlorid,  -bromid,  -Jodid  in  die 
Subchloride  verwandelt. 

Diese  Reduktionen  lassen  sich  auf  Grund 
der  Elektronentheorie  leicht  erklären.  Treffen 
die  Elektronen  auf  ein  Salz,  z.  B.  Silberchlo- 
rid, welches  aus  einem  positiv  geladenen 
Silber-  und  einem  negativ  geladenen  Chlor- 

+  - 
+  - 
atom  besteht,  also  die  Konstitution  Aga  Clg 
besitzt  —  der  Bequemlichkeit  halber  schrei- 
ben wir  die  Formel  doppelt  — ,  so  können  sie 
nur  auf  die  Weise  festgehalten  werden,  daß 
die  eine  Valenzladung  des  Silbers  gesättigt 
wird.  Das  letztere  vermag  dann  nicht  mehr 
zwei  Atome  Chlor  zu  sättigen,  das  eine  ent- 
weicht und  Silberehlorür  bleibt  zurück 
(G.  C.  Schmidt). 

Auffallende  Umwandlungen  treten  auf, 
wenn  man  Kathodenstrahlen  auf  die  Alkali- 
halogenide fallen  läßt,  wie  zuerst  Gold- 
steiii  fand.  So  färbt  sich  Chlornatrium  braun, 
Chlorkaliiim  violett,  Bromkalium  blau  usw. 
Man  nennt  diese  Farben  Nachfarben. 
Nach  E.  Wiedemann  und  G.  C.  Schmidt 
sind  diese  gefärbten  Alkalihalogenide  Sub- 
chloride, nach  Elster  und  Geitel,  Sieden - 
topf  u.  a.  feste  Lösungen  von  Natrium  in 
dem  unveränderten  Salz. 

Li  neuerer  Zeit  hat  Goldstein  eine 
große  Reihe  von  Körpern  bei  tiefen  Tem- 
peraturen mit  Kathodenstrahlen  behandelt; 
es  hat  sich  dabei  ergeben,  daß  das  Auftreten 
von  Nachfärben  eine  viel  häufigere  Erschei- 
nung ist,  als  man  anfangs  vermutete.  So 
konnten  sie  bei  einer  großen  Anzahl  von 
organischen  Substanzen,  ja  sogar  bei  einem 
l^lement,  dem  Schwefel,  beobachtet  werden. 
Kühlt  man   denselben  auf  die   Temperatur 


der  flüssigen  Luft  ab,  so  wird  er  weiß; 
läßt  man  jetzt  Kathodenstrahlen  einwirken, 
so  nimmt  er  sofort  eine  kräftige  Chamois- 
farbe  an,  zeigt  also  eine  noch  viel  dunklere 
Farbe  als  der  Schwefel  bei  gewöhnlicher 
Temperatur. 

Auch  die  Leu ard- Strahlen  zeigen  che- 
mische Wirkungen;  sie  verwandeln  gewöhn- 
lichen Sauerstoff  in  Ozon  und  schwärzen 
eine  photographische  Platte.  Andere  che- 
mische Reaktionen  konnten  nicht  beobachtet 
werden. 

5.  Reflexion  und  Absorption  der  Katho- 
denstrahlen. Sekundäre  Kathodenstrah- 
len. Fallen  Kathodenstrahlen  auf  eine  ebene 
Fläche  eines  Leiters  oder  Nichtleiters,  so 
gehen  von  derselben  nach  allen  Richtungen 
wieder  Kathodenstrahlen  aus;  man  nennt 
diese  Strahlen ,, sekundäre  Kathodenstrahlen" 
und  die  Erscheinung  vielfach  Reflexion 
der  Kathodenstrahlen.  Der  letztere  Name  ist 
unglücklich  gewählt,  da  man  durch  ihn  ver- 
führt wird,  diese  Erscheinung  mit  der 
Reflexion  des  Lichts  in  Analogie  zu  bringen, 
mit  der  sie  nichts  zu  tun  hat.  Vielmehr 
wird  der  von  den  Kathodenstrahlen  getroffene 
Körper  der  Ausgangspunkt  von  neuen  Katho- 
denstrahlen, indem  durch  den  i\.nprall 
das  Atom  bezw.  Molekül  so  stark  erschüttert 
wird,  daß  ein  zwei  oder  noch  mehr  neue 
Elektronen  herausfliegen  (Barkla  1911). 
Die  ganze  Erscheinung  ist  analog  der 
Wirkung  des  ultravioletten  Lichts  (vgl  den 
Artikel  ,,Licht  elektrische  Erschei- 
nungen"). Darüber  lagert  sich  allerdings 
wahrscheinlich  noch  eine  richtige  Reflexion. 

Messungen  über  das  Verhältnis  der  emit- 
tierten Elektronenzahl  zu  der  auffallenden 
sind  von  einer  Reihe  von  Forschern  ange- 
stellt worden:  dabei  ergab  sich,  daß  der 
Reflektor  um  so  weniger  Elektronen  emittiert, 
je  größer  der  Einfallswinkel  ist;  bei  sehr 
großem  Einfallswinkel  kann  die  Ladung  des 
Reflektors,  trotzdem  er  fortdauernd  von 
den  negativen  Elektronen  getroffen  wird, 
sogar  positiv  werden.  Diese  überraschende 
Tatsache  ist  von  Austin  und  Starke 
genau  untersucht  worden;  sie  läßt  sich  nur 
erklären,  wenn  man  annimmt,  daß  mehr 
Elektronen  die  Fläche  verlassen,  als  darauf 
fallen.  Hieraus  folgt,  daß  die  Geschwindigkeit 
der  reflektierten  Strahlen  kleiner  sein  muß, 
als  die  der  auffallenden,  da  der  Reflektor 
sonst  mehr  Energie  aussenden  würde  als  er 
empfängt.  Dieser  Schluß  wurde  durch 
Gehrcke  bestätigt. 

Läßt  man  Kathodenstrahlen  aus  einer 
Len  ard -Röhre  in  die  freie  Luft  treten,  so 
erweist  sich  letztere  als  ein  trübes  Medium. 
Jedes  Körpermolekül  bezw.  Atom  scheint 
auf  die  Strahlen  als  ein  gesondertes  Hindernis, 
welches  sie  von  ihrem  Wege  mehr  oder  weni- 
ger ablenkt,  zu  wirken.     Es  liegt  der  Ge- 


Katliodenstralüen 


737 


danke  nahe,  daß  die  Elektronen  an  den 
Körpermolekülen  reflektiert  werden.  Aus 
den  Messungen  Lenards  geht  hervor,  daß 
dieser  Schluß  nicht  richtig  ist,  vielmehr 
müssen  sie  ungefähr  5000  Wasserstoff- 
moleküle quer  durchfahren,  ehe  sie  die 
erste  Kichtungsänderung  erfahren.  Jedes 
Atom  der  Materie  beansprucht  somit  seines- 
gleichen gegenüber  einem  undurchdring- 
lichen Kaum  für  sich,  jedoch  den  Elektronen 
gegenüber  erweisen  sich  alle  Atomsorten  als 
sehr  durchlässige  Gebilde,  wie  aufgebaut, 
aus  feineren  Bestandteilen  mit  vielen 
Zw-ischenräumen. 

Diese  Schlüsse  werden  durch  Messungen 
Lenards  über  die  Absorption  der  Kathoden- 
strahlen bestätigt. 

Anfangs  glaubte  man,  daß  selbst  die 
dünnsten  Schichten  aller  Substanzen  die 
Kathodenstrahlen  absorbierten.  Erst  Hertz, 
E.  Wiedemann  und  Ebert  fanden,  daß 
dünne  Metallschichten  die  Strahlen  hindurch- 
lassen. Später  hat  Lenard  die  Durch- 
lässigkeit einer  großen  Anzahl  von  Sub- 
stanzen mit  Hilfe  seiner  Lenard -Röhre 
untersucht.  Es  ergab  sich  dabei  für 
schnelle  Kathodenstrahlen  das  einfache  Ge- 
setz: Das  Absorptionsvermögen  einer  Sub- 
stanz ist  ihrer  Dichte  angenähert  propor- 
tional. 

In  späteren  Arbeiten  hat  Lenard  die 
Beziehung  zwischen  Absorption  und  Stralil- 
geschwindigkeit  weiter  verfolgt  und  zwar 
bei  Luft,  Kohlensäure,  Argon  und  Wasser- 
stoff. Bei  diesen  vier  Körpern  wächst  die 
Absorption  beim  Fortschreiten  von  den 
größten  zu  immer  kleineren  Strahlgeschwin- 
digkeiten, und  zwar  zunächst  in  immer 
steigendem  Maße.  Sinkt  die  Geschwindigkeit 
von  der  des  Lichts  auf  ein  Hundertstel  der- 
selben herab,  so  erhöht  dies  die  Absorptions- 
vermögen auf  mehr  als  das  Millionenfache. 
Diese  Zunahme  geht  aber  nicht  über  alle 
Grenzen  heraus,  wenn  sich  die  Geschwindig- 
keit der  Null  nähert,  sondern  es  tritt  vorher 
ein  Wendepunkt  ein,  worauf  sich  die  Ab- 
sorptionsvermögen gewissen  Grenzwerten 
nähern.  Das  individuelle  Verhalten  der 
Materie,  welches  bei  großen  Geschwindigkei- 
ten nur  beim  Wasserstoff  etwas  ausgeprägt 
war,  tritt  bei  geringen  Gesclnvindigkeiten 
mehr  und  mehr  hervor.  Wasserstoff  zeigt 
hier  seine  Abweichung  in  solcher  Vergröße- 
rung, daß  zuletzt  sein  Absorptionsvermögen  :  daß  beide  Erscheinungen  keineswegs  immer 
das  der  anderen  Gase  sogar  übersteigt,  ob- !  parallel  verlaufen.  Während  nämhch  die 
gleich  es  das  dünnste  Gas  ist.  x\rgon  und  Luft  langsamsten  Kathodenstrahlen  die  größte 
absorbieren  bei  größeren  Geschwindigkeiten  Absorption  zeigen,  geben  sie  so  zwar  dem  Gas 
nach  Reihenfolge  ihrer  Dichten,  w^echseln '  durch  die  vielen  in  den  Atomen  stecken 
aber  ihre  Plätze  bei  geringeren  Geschwindig- '  gebliebenen  Elektronen  die  Fähigkeit  posi- 
keiten.  Die  Masse  des  Mediums,  welche  bei ,  tive  Körper  zu  entladen,  erzeugen  aber  keine 
sjroßen  Geschwindigkeiten  in  erster  An- !  positiven  Teilchen.  Lifolgedessen  ist  die 
näherung  allein  für  das  Absorptionsvermögen  i  Leitfähigkeit   unipolar,   indem   nur   positiv 

Handwövtoiimcli  der  Naturwissenschaften.    Band  V.  47 


bestimmend  ist,  ist  bei  kleinen  Geschwindig- 
keiten durchaus  nicht  mehr  maßgebend. 

Da  die  Diffusion  sich  analog  verhält, 
so  folgt,  daß  beide  Erscheinungen  einer 
gemeinsamen  Ursache  ihre  Entstehung  ver- 
danken. Da  Kathodenstrahlen  eine  Diffu- 
sion, d.  h.  eine  Ablenkung,  nur  soviel  wir 
wissen  durch  elektrische  und  magnetische 
Kräfte  erfahren,  so  sind  wir  gezwungen,  an- 
zunehmen, daß  im  Innern  der  Atome  elek- 
trische Kjäfte  vorhanden  sind,  oder  anders 
ausgedrückt,  elektrische  Kraftfelder,  die  sich 
um  gewisse  Zentren  in  den  Atomen  konzen- 
trieren, in  deren  Nähe  sie  größere  Intensität 
aufweisen,  als  ferner  von  denselben,  sowie 
die  Stärke  eines  magnetischen  Kraftfeldes 
in  bekannter  Weise  um  die  zwei  Pole  sich 
konzentriert.  Ein  Elektron,  w^elches  derartige 
Felder  mit  beweglichen  Zentren  passiert, 
wird  absorbiert,  wenn  es  in  genügend  starke 
Teile  dieser  Felder  gelangt;  anderenfalls  wird 
es  mit  mehr  oder  weniger  abgelenkter 
Ki'aft  hindurchgelassen  werden.  Der  ganze 
Querschnitt  des  Atoms  teilt  sich  in  zwei 
Teile,  in  einen  absorbierenden  und  einen 
durchlassenden. 

Lenard  hat  die  Frage  zu  beantworten 
gesucht,  ob  diese  Zentren  ein  besonderes 
undurchdringliches  Eigenvolumen  aufweisen 
oder  allgemein,  ob  außer  den  Kjraftfeldern 
sonst  noch  etwas  in  den  Atomen  vorhanden 
ist.  Er  kommt  zu  dem  Ergebnis,  daß  z.  B. 
in  1  cbm  Platin  höchstens  1  cmm  undurch- 
dringliches Eigenvolumen  vorhanden  ist. 
Nach  dieser  Anschauung  besteht  somit  der 
von  der  Materie  erfüllte  Raum  nur  aus  Kjaft- 
feldern,  die  Atome  sind  im  wesenthchen 
auch  nur  Kraftfelder. 

In  nahem  Zusammenhang  mit  der  Ab- 
sorption der  Kathodenstrahlen  steht  ihre 
Eigenschaft,  die  durchstrahlten  Gase  in 
Leiter  zu  verwandeln.  Da  es  zunächst  nahe 
lag,  diesen  Vorgang  als  abhängig  von  der 
Dichte  anzusehen,  untersuchte  McLennan 
(1901)  die  Beziehung  zur  Dichte.  Er  fand, 
daß  zwei  Gase  unter  denselben  Versuchs- 
bedingungen bei  gleicher  Dichte  die  gleiche 
Leitfähigkeit  zeigen.  Da,  wie  Lenard 
(1894)  bewiesen,  die  Absorption  nur  von  der 
Dichte  und  \nicht  von  der  chemischen 
Natur  des  durchstrahlten  Körpers  abhängt, 
so  erschien  der  Zusammenhang  zwischen  der 
Absorption  und  der  erzeugten  Leitfähigkeit 
bestätigt.    Bald  darauf  (1902)  fand  Lenard, 


738 


Ivathodenstrahlou 


geladene  Körper  ihre  Laduni^-  vorlieron. 
Benutzt  man  dagejj;en  Strahlen,  deren  Ge- 
schwindigkeit höher  ist  als  die,  die  ein  Elek- 
tron besitzt,  nachdem  es  einen  Potential- 
l'all  von  11  Volt  durchlaufen  hat,  so  erhält 
man  Entladung  beider  Elektrizitäten,  d.  h. 
im  Gas  sind  sowohl  positive  als  auch  negative 
Teilchen  enthalten.  Sie  entstehen  dadurch, 
daß  Kathodenstrahlcn,  welche  die  erwähnte 
Geschwindigkeit  besitzen,  aus  den  Sub- 
stanzen, auf  die  sie  trei'len.  p]lektronen  frei 
machen,  die  nur  geringe  Geschwindigkeit 
besitzen.  Treffen  die  Strahlen  also  auf 
Gasmoleküle,  so  lösen  sie  eine  sekundäre 
Kathodenstrahlung  aus  und  lassen  die  Mole- 
küle positiv  geladen  zurück.  Die  Fähigkeit 
der  primären  Kathodcnstrahlen  sekundäre 
auszulösen  ist  eine  Funktion  der  Geschwin- 
digkeit, aber  eine  andere  als  die  Absorption. 
Zunächst  besitzen  die  langsamsten  Strahlen, 
die  am  stärksten  absorbiert  werden,  diese 
Fähigkeit  überhau])t  nicht.  Ist  die  Grenze 
von  11  Volt  überschritten,  so  steigt  sie, 
erreicht  ein  Maximum  bei  etwa  300  Volt 
und  fällt  dann  wieder  ab.  Die  Absorption 
dagegen  sinkt  beständig  mit  wachsender 
Geschwindigkeit  (Lenard  1903,  1904). 

Diese  Schlüsse  sind  durch  Messungen 
von  Kossei  (1912)  und  S.  Bloch  (1912)  be- 
stätigt worden.  Letzterer  hat  auch  die  Anzahl 
der  sekundären  Ionen  gemessen,  welche  ein 
Kathodenstrahl  von  der  Geschwindigkeit 
2,76. 10^"  cm/sec  auf  1  cm  Weges  in  Luft 
von  Atmosphärendruck  erzeugt;  es  w^aren 
54  Ionen.  Auf  das  Verfahren  von  Wilson 
(1912)  die  Bahnen  der  Elektronen  und  die 
Abschleuderung  von  sekundären  Elektronen 
durch  den  Stoß  sichtbar  zu  machen,  sei 
wenigstens  hingewiesen. 

6.  Kathodenzerstäubung.  Wenn  Katho- 
denstrahlen von  einer  Metallektrode  aus- 
gehen, so  beschlägt  sich  nach  einer  gewissen 
Zeit  die  benachbarte  Glaswand,  indem  zu 
gleicher  Zeit  die  Elektrode  zerstäubt.  Der 
Vorgang  ähneltder  Zerstäubung  galvanisch  ge- 
glühter Drähte,  doch  ist  ein  Zusammenhang 
beider  Erscheinungen  noch  nicht  sicher 
festgestellt.  Nach  den  Untersuchungen  von 
V.  Kohlschütter,  der  sich/seit  1906  mit 
dieser  Frage  beschäftigt,  ist  die  Zerstäubung 
nicht  durch  das  Entweichen  okkludierten 
Gases  aus  dem  Kathodenmetall  bedingt;  auch 
steigert  Zusatz  von  Sauerstoff  zu  einem  ande- 
ren Gase  die  Zerstäubung  nicht,  wie  bei 
einem  glühenden  Metall.  Die  Reihenfolge 
der  Metalle  mich  ihrer  Zerstäubbarkeit 
ist  in  allen  (Jasen  die  gleiche.  Hand  in  Hand 
mit  der  Zerstäubung  erfolgt  stets  eim'  Ab- 
nahme des  Druckes.  Es  ist  noch  nicht  ent- 
schieden, ob  sich  dabei  chemische  Verbindun- 
gen bilden  oder  nur  eine  Okklusion  des  Gases 
stattfindet.   Da  auch  die  Edelgase,  von  denen 


keine     Verbindungen     bekannt    sind,     ver- 
schwinden, so  ist  das  letztere  wohl  der  Fall. 

Ueber  den  Mechanismus  der  Zerstäubung 
ist  eine  Kontroverse  zwischen  Kohlschüt- 
ter, Fischer  und  Hähnel  und  J.  Stark 
(1909  bis  1910)  entstanden.  Kohlschütter 
sieht  den  Zerstäubungsprozeß  als  einen 
chemischen  Vorgang  an.  Auf  entgegen- 
gesetztem Standpunkt  stehen  Fischer  und 
Hähnel.  Da  nach  ihren  Versuchen  das  Gas. 
wenn  es  nicht  eine  beständige  Verbindung 
mit  dem  Elektrodenmetall  bildet,  für  die 
Zerstäubung  ganz  gleichgültig  ist,  so  halten 
sie  den  Vorgang  für  einen  rein  physikalischen 
Prozeß.  Die  Richtigkeit  dieser  Versuche  wird 
von  Kohlschütter  bestritten;  er  fand  das 
bei  gleichen  Stromstärken  und  Spannungen  die 
zerstäubten  Mengen  in  Argon  größer  als 
in  Stickstoff  und  in  beiden  beträchtlich 
größer  sind  als  in  Wasserstoff;  die  chemische 
Natur  des  Gases  ist  daher  hiernach  von 
w'esentlichem  Einfluß. 

Nach  der  Theorie  von  J.  Stark  handelt 
es  sich  bei  der  Zerstäubung  im  wesentlichen 
um  physikalische  Vorgänge  und  zwar  spielen 
eine  maßgebende  Rolle  dabei  die  auf  die 
Kathode  zufliegenden  positiven  Ionen.  Diese 
besitzen  beim  Auftreffen  eine  große  kine- 
tische Energie  und  einen  Teil  davon  können 
sie  durch  Stoß  an  die  Metallatome  abgeben. 
Diese  erhalten  eine  Geschwindigkeit  in  Rich- 
tung des  Stoßes,  treffen  auf  andere  Atome 
auf  und  werden  von  diesen  reflektiert.  Kr- 
halten  sie  hierbei  eine  genügend  große 
Geschwindigkeit  senkrecht  zur  Oberfläche, 
nach  außen,  so  können  sie  in  den  Gasraum 
austreten  und  entweder  infolge  von  Bremsung 
auf  die  Kathode  zurückkehren  oder  sich  an 
die  Gefäßwand  niederschlagen. 

Diese  Theorie  hat  Kohlschütter  in 
einer  späteren  Arbeit  (1910)  auf  Grund 
seiner  Versuche  erweitert. 

Die    Zerstäubung    wird    häufig    benutzt, 
um  Metalle  in  sehr  dünnen  Schichten  nieder- 
zuschlagen; je  nach  der  Dauer  hat  man  es 
in  der  Hand,  die  Schicht  mehr  oder  weniger 
I  dick  zu  nuu'hen   (vgl.  z.  B.  Rümelin   1912). 

7,  Braunsche  Röhre.  Um  den  zeit  liehen 
'  Verlauf  variabler  Ströme  zu  demonstrieren, 
hat  F.  Braun  (1897)  ein  Verfahren  aus- 
gearbeitet, welches  auf  die  Ablenkbarkeit 
der  Kathodenstrahlen  durch  magnetische 
Kräfte  beruht.  Von  den  Kathodenstrahlen 
wird  durch  eine  kleine  Oeffnung  der  größte 
Teil  abgeblendet,  so  daß  nur  ein  feiner  Strahl 
hindurchdringen  kann.  Dieser  fällt  auf  einen 
senkrecht  zur  Richtung  der  Bahn  in  der  Röhre 
angebrachten  Fluoreszenzschirm,  der  aus 
einer  auf  (dimnier  aufgetragenen  fluores- 
zierenden Masse  besteht.  Da  der  Glimmer 
durchsichtig  ist,  so  kann  man  die  leuchtende 
Stelle  von  allen  Seiten  erkennen.  Schiebt 
man  nun  an  das  Rohr  in  der  Nähe  des  Dia- 


Kathodeii  strahlen  —  Kautsehulv' 


f39 


pliragmas  eine  kleine  Magnetisierungsspule, 
die  sogenannte  Indikatorspule,  und  läßt 
dieselbe  vom  Strom  durchfließen,  so  wird  der 
Lichtfleck  abgelenkt.  Ein  Wechselstrom 
versetzt  ihn  in  Schwingungen.  Der  Apparat 
zeichnet  sich  dadurch  aus,  daß  er  frei  von 
Eigenschwingungen  und  von  Trägheit  ist. 
Behufs  Untersuchung  von  Vorgängen,  die 
sich  im  Laufe  der  Zeit  ändern,  hat  er  schon 
außerordentlich  wertvolle  Dienste  geleistet. 
Ein  einfaches  Verfahren,  die  Bewegungen  des 
Phosphoreszenzfleckes  zu  photographieren, 
hat  Zenneck  (1913)  ausgearbeitet. 

Schluß.  In  diesem  Kapitel  sind  die  Eigen- 
schaften der  Kathodenstrahlen,  welche  von 
radioaktiven  Substanzen  ausgehen,  die  so- 
genannten /^-Strahlen,  und  ebenso  die,  welche 
beim  Bestrahlen  mit  ultraviolettem  Licht 
oder  beim  Glühen  usw.  auftreten,  nur  wenig 
berücksichtigt  worden.  Es  sei  deswegen  auf 
die  betreffenden  Abschnitte  dieses  Hand- 
wörterbuchs noch  besonders  hingewiesen. 

Literatur.  Zusamwevfastiende  Arbcilcn:  G,  C 
SchuiUlt,  Die  Kathodenytralilfn.  3.  Aufl.,  127  S. 
Brau II schweig.  In  diesem  Buch  ist  die  Literatur 
bis  zum  Jahre  1906  angegeben.  Bei  den  späteren 
in  diestm,  Aufsatz  besprochenen  Arbeiten  i.it 
stets  das  Jahr  hiyizugejügt,  so  daß  .fie  mit  Hilfe 
der  Fi^rtscliritte  der  Physik  oder  der  fieihlätter 
zu  den  Annulen  der  Physik  leicht  aufgefuriden 
werden  können.  —  J.  J.  Thomson,  Condnction 
öf  Electricity  throinih  Gases.  678  p.  Cambridge 
19U6.  —  JP.  IjCnard,  Die  Xathoden strahlen. 
Nnbcl-Vorlesvng.     44  S.     Leipzig  1906. 

Gevhardt  C.   Schmidt. 


Kautschuk. 

1.  Geschichtliches  und  AHgemeines.  2.  Ge- 
winnung des  Naturkautschuks.  3.  Chemische 
Konstitution  des  Kautschuks.  4.  Physikalische 
Eigenschaften  des  Kautschuks.  5.  Theorie  der 
Vulkanisation  des  Kautschuks.  G.  Technische 
Herstellung  von  Kautschukwaren.  7.  Analyse 
des  Kautschuks. 

I.  Geschichtliches  und  Allgemeines. 
Die  ersten  Nachrichten  über  Gegenstände 
aus  Kautschuk  stammen  aus  der  Zeit  der 
Entdeckung  Amerikas.  Kolumbus  soll 
zuerst  gelegentlich  seiner  zweiten  Amerika- 
reise 1493  bis  1496  auf  Haiti  bei  den 
Eingeborenen  Kautschukbälle  beobachtet 
haben.  Die  ersten  wissenschaftlichen  Be- 
richte über  das  Vorkommen  von  Kaut- 
schuk in  der  Gegend  des  Amazonen- 
stromes rühren  von  den  französischen 
Forschern  Condamine  und  Bouguer  her, 
die  im  Auftrage  der  französischen  Regierung 
1736  nach  Equador  reisten,  um  dort  Grad- 
messuuiren  vorzunehmen.     Techuische  Ver- 


wendung, in  beschränktem  Umfange,  fand 
der  Kautschuk  in  Europa  zuerst  seit  1770, 
als  Priestley  seine  Verwendbarkeit  als 
Radiergummi  erkannte.  Ein  gewaltiger  Auf- 
schwung der  Kautschukindustrie  trat  aber 
erst  ein,  als  auf  Grund  der  Entdeckungen 
von  Goodyear  1839  und  Hancook  1843 
die  Fähigkeit  des  Kautschuks,  durch  Ein- 
wirkung von  Schwefel  bei  höherer  Tempe- 
ratur in  vulkanisierten  Kautschuk  über- 
zugehen, eutdeckt  wurde.  Neben  dieser 
„Heißvulkanisation"  wurde  1846  die  ,, Kalt- 
vulkanisation" bekannt,  bei  welcher  Kaut- 
schuk mit  Schwefelchlorürlösung  bei  Zimmer- 
temperatur behandelt  wird  (Parkes).  Im 
Jahre  1851  endlich  beobachtete  Goodyear 
beim  Erhitzen  von  Kautschuk  mit  größeren 
Mengen  Schwefel  bei  höheren  Temperaturen 
die  Bildung  des  Hartgummis. 

Heutzutage  findet  der  Kautschuk  die 
mannigfaltigste  technische  Verwenduug.  Er- 
wähnt sei  u.  a.  die  Herstellung  von  Schläu- 
chen, Dichtungsmaterialien,  Fahrrad-  und 
Automobilreifeu,  isolierenden  Umhüllungen 
für  Kabel  und  Gummibälle.  Hierzu  kommen 
die  chirurgischen  Waren,  die  gummierten 
Stoffe,  Gummischuhe,  Radiergummi  usw. 
Hartgummi  wird  u.  a.  in  der  Kammfabri- 
kation und  in  der  Elektrotechnik  benutzt. 

Die  Weltproduktion  an  Rohkautschuk 
beträgt  zurzeit  etwa  100000  t  jährlich 
im  Betrage  von  etwa  1  Milliarde  Mark. 

2.  Gewinnung  des  Naturkautschuks. 
Der  Kautschuk  findet  sich  im  Milchsaft 
gewisser  Pflanzen,  z.  B.  gewisser  Euphor- 
biaceen  (Wolfsmilchgewächse).  Der  Haupt- 
vertreter dieser  Klasse  ist  die  Hevea  brasi- 
liensis,  die  sich  in  den  südamerikanischen 
Urwäldern  im  Gebiete  des  Amazonas- 
stromes  in  gewaltigen  Bäumen  findet.  Die 
Bäume  werden  angeritzt,  der  Milchsaft 
gesammelt,  uud  der  Kautschuk  daraus  durch 
eiu  Räucherungsverfahren  abgeschieden.  Das 
so  erhalteue  Produkt,  das  nach  dem  Ausfuhr- 
hafen des  Amazonasgebietes,  Parä,  gewöhn- 
lieh als  Parakautschuk  bezeichnet  wird, 
bildet  zurzeit  noch  das  wertvollste  Roh- 
material für  die  Kautschukindustrie. 

Neben  den  südamerikanischen  Ländern 
(vornehmlich  Brasilien  und  Peru)  bildet 
zurzeit  noch  Afrika  die  Haupt([uelle  des 
Wildkautschuks.  Die  kautschukliefernden 
Pflanzen  Afrikas  sind  großenteils  Lianen 
aus  der  Familie  der  Landolphien. 

Der  gewaltige  Kautschukbedarf  der 
modernen"  Technik  hat  seit  einiger  Zeit  zur 
systematischen  Bebauung  ungeheurer  Flächen 
in  Kautschukplantagen,  in  erster  Linie 
in  den  asiatischen  Ländern,  den  malayischen 
Staaten,  Ceylon  usw.  geführt,  die  für  den 
Anbau  der  Hevea  brasiliensis  sich  besonders 
geeignet  erwiesen.  Auch  in  Afrika  ist  man 
neuerdings  mit  der  Anlage  von  Kautschuk- 

47* 


740 


Kautschuk 


plantagen  eifrig  am  Werke.  In  den  deutschen  j 
Kolonien  scheinen  namentlich  Manihot- ! 
Sorten  neben  Funtnmia  (Kickxia)  und  Ficus 
Bedeutung  zu  erlangen.  Es  ist  nur  eine 
Frage  der  Zeit,  daß  die  Hauptmenge  der 
Weltproduktion  durcli  den  Plantagen- 
kautsehuk  gedeckt  wird. 

Nachdem  in  jüngster  Zeit  auch  die 
Synthese  des  Kautschuks  gchmgen  ist,  wird 
man  vieUeiclit  in  nicht  allzu  ferner  Zeit 
auch  mit  der  technischen  Herstellung  synthe- 
tischen Kautschuks  rechnen  müssen. 

3.  Chemische  Konstitution  des  Kaut- 
schuks, Der  Kautschuk  ist  ein  Kohlen- 
wasserstoff der  Zusammensetzung  CioHiß. 
Seine  Formel  ist  nach  Harries  sehr  wahr- 
scheinlich die  eines  Dimethylcyklooktadiens: 

CH3— C  — CH,  — CH,— CH 

II  "  "11 

CH— CH,— CH2— C— CH3. 

Die  Anwesenheit  von  zwei  Doppelbindungen 
wird  durch  die  Additionsfähigkeit  des  Kaut- 
schukkohlenwasserstoffes bewiesen.  So  ver- 
mag er  z.  B.  zwei  Moleküle  Ozon,  Brom, 
Chlor-  und  Bromwasserstoff  anzulagern. 
Durch  Spaltung  des  Diozonides  mit  Wasser 
erhielt  Harries  Lävulinaldehyd  und  ein 
Superoxyd  des  Lävnlinaldehyds.  Letzteres 
spaltet  sich  beim  anhaltenden  Kochen  in 
Lävulinaldehyd  und  Wasserstoffsuperoxyd, 
welches  sekundär  den  Aldehyd  zu  Lävulin- 
säure  oxydiert. 

Beim  Erhitzen  von  Kautschuk  treten 
als  Zersetzungsprodukte  u.  a.  Isopren 
CjHg  und  Dipenten  CioHje  auf.  Letzteres 
bildet  sich  vermutlich  sekundär  aus  Isopren. 
Das  Isopren  ist  ein  Kohlenwasserstoff  der 
Butadienreihe,  enthält  also  zwei  benach- 
barte (konjugierte)  Doppelbindungen.  Seine 
Formel  ist  die  eines  Methylbutadiens: 

CH-C— CH-CH 

CH3. 

Umgekehrt  vermag  Isopren  sich  in  Kaut- 
schuk zurückzuverwandcln.  Jedoch  dauerte 
es  lange,  bis  reproduzierbare  Versuchsbedin- 
gungen aufgefunden  wurden,  unter  denen 
diese  Synthese  des  Kautschuks  stets  gelang. 
Nach  einem  Patente  der  Bayerschen  Farb- 
werke in  Elberfeld  (Hof  mann  und  Co  u teile) 
wird  reines  Isopren  beim  Erhitzen  für  sich 
oder  in  Gegenwart  anderer  Stoffe  zu  Kaut- 
schuk polymerisiert.  Die  gleiche  Reaktion 
läßt  sich  auf  zahlreiche  andere  Verbindungen 
mit  konjugierten  Doppelbindungen  z.  B. 
Erythren  CHj  -  CH  —  CH  =  CHo  oder  Di- 
methylbutadien 

CH2=C  —  C  =  CH2 
CH.  CH, 


anwenden,  und  führt  zu  kautschukähnlichen 
Körpern,  die  sich  aber  vom  Isoprenkautschuk 
chemisch  und  physikalisch  unterscheiden. 
Unabhängig  von  Hofmann  und  Coutelle 
veröffentlichte  Harries  als  er&'ter  die  Beob- 
achtung, daß  Isopren  bei  Gegenwart  von 
Essigsäure  durch  Erhitzen  im  Rohr  in  Kaut- 
schuk sich  umwandeln  läßt.  Isomere  Kaut- 
schuke werden  durch  Kondensation  der 
vorher  genannten  Kohlenwasserstoffe  der 
Butadienreihe  bei  Gegenwart  von  metalli- 
schem Natrium  erhalten. 

Als  Ausgangsprodukte  zur  technischen 
Darstellung  von  Isopren  kommen  u.  a. 
Parakresol  aus  dem  Steinkohlenteer,  be- 
stimmte Fraktionen  des  Petroleums,  für  das 
Erythren  Phenol  und  die  ersten  Destillations- 
produkte im  Kokereibetriebe,  für  das  Di- 
methylbutadien  das  Aceton  in  Frage. 

4.  Physikalische  Eigenschaften  des 
Kautschuks.  Der  Kautschuk  findet  haupt- 
sächlich wegen  seiner  elastischen  Eigen- 
schaften, wegen  seiner  elektrischen  Isolier- 
fähigkeit und  seiner  Widerstandsfähigkeit 
gegen  chemischen  Angriff  im  vulkanisierten 
Zustande  Verwendung.  Das  spezifische  Ge- 
wicht von  technisch  reinem  Parakautschuk 
beträgt  etwa  0,9.  Beim  vulkanisierten  Kaut- 
schuk schwankt  es  je  nach  der  Zusammen- 
setzung der  Mischung  und  kann  bis  gegen 
4  betragen.  Als  Dielektrizitätskonstante  des 
vulkanisierten  Kautschuks  wird  2,7  an- 
gegeben. Der  spezifische  Widerstand  für 
Hartgummi  bei  19"  in  Luft  von  48°o  Feuchtig- 
keit wurde  bei  einer  Meßspannung  von 
540  Volt  für  1  mm  zu  melu-  als  4200  10« 
Megohm/cm  gefunden.  Die  Diffusions- 
geschwindigkeit ist  für  verschiedene  Gase  sehr 
verschieden.  Kohlensäure  diffundiert  mehr 
als  13mal  so  schnell,  Wasserstoff  etwa  5,5  mal 
so  schnell  durch  vulkanisierten  Kautschuk 
als  Stickstoff. 

5.  Theorie  der  Vulkanisation  des  Kaut- 
schuks. Am  wahrscheinlichsten  ist  zurzeit 
die  Annahme,  daß  bei  der  Vulkanisation  zu- 
nächst Adsorption  des  Schwefelchlorürs 
und  Schwefels  durch  den  Kautschuk,  in 
zweiter  Linie  chemische  Reaktion  ein- 
tritt. Als  Endprodukte  der  chemischen  Ein- 
wirkung wurde  für  Schwefelchlorür  von 
Hinrichsen  und  Kinds  eher  die  Verbindung 
(f'ioHi6)2S2Clo,  für  Schwefel  von  Weber, 
Spence  sowie  Hinrichsen  und  Kindscher 
die  Verbindung  CmHigSa  isoliert. 

6.  Technische  Herstellung  von  Kaut- 
schukwaren. In  der  Fabrik  wird  d(^r  Roh- 
kautschuk durch  Waschen  zwischen  Walzen 
von  mechanischen  Verunreinigungen  (Sand, 
Rinde  usw.)  befreit  (Waschverlust).  Die  so 
erhaltenen  Felle  bilden  nach  dem  Trocknen 
den  ,, technisch  reinen"  Kautschuk.  Er  ent- 
hält außer  dem  Kautschukkohlenwasserstoff 
noch  die  sogenannten  Harze,  ferner  Eiweiß- 


Kautschuk  —  Kepler 


741 


Stoffe  und  mineralische  Bestandteile.  Das 
Mischen  mit  Schwefel  und  Füllstoffen  erfolgt 
auf  heizbaren  Mischwalzen.  Die  Herstellung 
homogener  Gemische  beruht  auf  der  Eigen- 
schaft des  Eohkautschuks,  beim  Erwärmen 
plastisch  zu  werden.  Die  fertigen  Mischungen 
werden  in  Kalandern  zu  dünnen  Platten 
ausgewalzt  und  letztere  zur  Erzielung  der 
gewünschten  Stärke  aufeinander  gelegt.  Die 
Heißvulkanisation  erfolgt  in  Formen  oder 
unmittelbar  in  Talkum  im  Autokhwen  oder 
zwischen  erhitzten  Platten  (Vulkanisations- 
presse). 

In  technischen  Weichgummiwaren  beträgt 
der  Gehalt  an  chemisch  gebundenem  Schwefel 
durchschnittlich  etwa  3%,  bezogen  auf  den 
Keinkautschuk. 

7,  Analyse  des  Kautschuks.  Bei  der 
chemischen  Untersuchung  von  Rohkaut- 
schuk sind  außer  der  Kautschuksubstanz 
selbst  noch  Feuchtigkeit,  Harze,  Eiweiß- 
stoffe und  Mineralbestandteile  zu  berück- 
sichtigen. Die  Bestimmung  der  Harze 
erfolgt  durch  erschöpfende  Extraktion  mit 
Aceton  und  Wägen  des  nach  Verdampfen 
der  Acetonlösung  verbleibenden  Rück- 
standes. Die  Eiweißstoffe  werden  aus  dem 
Stickstoffgehalte,  der  nach  Kjeldahl  be- 
stimmt wird,  durch  Multiplikation  mit  6,25 
berechnet.  Zur  Ermittelung  der  meist 
geringen  Mengen  von  Mineralstoffen  genügt 
in  der  Regel  die  Veraschung.  Der  Rein- 
kautschukgehalt berechnet  sich  aus  der 
Differenz  der  gesamten  Verunreinigungen 
von  100.  Von  den  in  der  Literatur  beschrie- 
benen Verfahren  zur  direkten  Kautschuk- 
bestimmung  scheint  das  Tetrabromidver- 
fahren  am  ehesten  Aussicht  auf  Erfolg  zu 
bieten. 

Die  Analyse  von  vulkanisiertem  Kaut- 
schuk ist  durch  die  überaus  große  Mannig- 
faltigkeit der  für  Kautschukmischungen 
verwendeten  Zusatzstoffe  überaus  schwierig, 
oft  genug  überhaupt  nicht  mit  Sicherheit 
durchführbar.  Wegen  Einzelheiten  muß  auf 
die  Literatur  verwiesen  werden. 

Literatur.  F.  W.  Hinrichsen  und  K. 
Memmlev,  Der  Kautschuk  und  seine  Prüfung. 
VerliKj  von  S.  Hirzel,  Leipzig  1910.  —  R,  Ditmar, 
Die  Synthese  des  Kdvtschuks.  Verlag  von  Sfcin- 
f^'^pffi  Dresden  u.nd  Leipzig  191..'. 

F.    W.   Hini'ichsen. 


Kekule  von  Stradonitz 

August. 

Zu  Darmstadt  am  7.  September  1829  geboren, 
war  er  Privatdozent  in  Heidelberg  1856,  wo  er 
seine  ersten,  die  organische  Chemie  fördernden 
Arbeiten   erscheinen  Heß,    dann   1858   bis   1866 


Professor  in  Gent  an  der  Universität,  sodann  bis 
zu  seinem  Tode  am  13.  Juli  1896  in  Bonn  als  Pro- 
fessor der  Chemie  mit  nachhaltigstem  Erfolge 
tätig.  Als  Lehrer  hat  Kekule  durch  seinen 
höchst  anregenden  Unterricht  im  Hörsaal  wie 
im  Laboratorium  eine  große  Zahl  von  Schülern 
zu  Forschern  herangebildet.  Durch  sein  Lehr- 
buch der  organischen  Chemie  (Erlangen.  Seit 
1859  erscheinend),  in  dem  er  als  erster  die  er- 
weiterte typische  Betrachtungsweise  und  später 
die  Strukturlehre  konsequent  durchzuführen 
suchte,  hat  er  großen  Einflnß  auf  die  heran- 
wachsende Generation  der  Chemiker  ausgeübt. 
Ganz  besonders  durch  die  glückliche  Auffassung 
der  Benzols  als  eines  Hexamethins,  das  die 
Grundlage  der  sogenannten  aromatischen  Ver- 
bindimgen  bildet,  gab  er  einem  großen  Teil  von 
experimentellen  Forschungen  eine  Richtung,  die 
heute  noch  stark  vorherrscht.  Insbesondere  hat 
die  ganze  Farbenchemie  dadurch  eine  mächtige 
Anregung  erhalten,  die  zu  ilu'er  glänzenden  Ent- 
wickelung  ganz  wesentlich  beitrug. 

In  seinen  chemischen  Untersuchungen  über 
Knallquecksilber,  ungesättigte  zweibasische 
Säuren,  Kondensationen  des  Aldehyds,  hat  er 
sich  als  ausgezeichneter  Forscher  bewährt. 
Ueberall  hielt  sich  Kekule  an  die  Cxrundvor- 
stellung,  das  Kohlenstoffatom  sei  vienvertig. 
In  der  Durchführung  des  Satzes,  daß  jedes  Ele- 
ment nur  eine  einzige  bestimmte  Wertigkeit  habe, 
ist  er  offenbar  zu  weit  gegangen. 

Früher  an  der  Herausgabe  der  kiitischen  Zeit- 
schrift für  Chemie  beteiligt,  dann  an  der  von 
Liebigs  Annalen.  hat  Kekule  in  diesen  Blättern 
seine  wichtigsten  Arbeiten  veröffentlicht.  Ueber 
sein  Leben  und  Wirken  geben  die  Nachritfe  von 
H.  Landolt  Ber.  29,  1971  und  von  Anschütz 
Ber.  36,  4616  Aufschluß. 

E.  V.   Meyer. 


Kepler 

Johannes. 

Geboren  am 27.  Dezember  1571  inWeilinWüittem- 
berg,  gestorben  am  15.  November  1630  in  Regens- 
burg. Die  Kränklichkeit  des  Knaben  und  die 
Armut  der  Eltern  erlaubten  von  1577  au  nur 
einen  vielfach  unterbrochenen  Schulbesuch,  bis 
Kepler  1584  die  Klosterschule  zu  Adelberg  und 
1586  die  zu  Maulbronn  bezog.  Nach  Ablegung 
des  Bakkalaureatsexamens  trat  er  in  das  theolo- 
gische Stift  in  Tübingen  ein,  in  der  Absicht, 
Theologe  zu  werden;  1591  wurde  er  dort  Magister. 
Da  er  sich  jedoch  mit  der  damals  herrschenden 
orthodoxen  Richtung  nicht  befreunden  konnte, 
und  die  Lehre  des  K  0  p  e  r  u  i  k  u  s ,  in  die 
sein  Lehrer  M  a  e  s  1 1  i  n  ihn  einführte,  sein 
Interesse  mächtig  fesselte,  wandte  er  sich  in  der 
Folge  ganz  der  Mathematik  und  Astronomie  zu. 
1594  finden  wir  ihn  als  Professor  der  Mathematik 
und  Moral  am  Gymnasium  zu  Graz.  Durch 
gelungene  astrologische  Prophezeiungen  ge- 
langte er  bald  zu  populärer  Berühmtheit;  in 
der  wissenschaftlichen  Welt  wurde  sein  Name 
bekannt  durch  sein  Erstlingswerk  Mysterium 
cosmographicum,  1596  erschienen,  das  ihm  auch 


Kepler  —  Keteue 


mit  Galilei  und  Tyclio  de  IJrahe  in  Bezie- 
hungen biachte.  Die  1598  dort  einsetzenden  Pro- 
testanten-Verfolgungen  maehten  seine  Lage 
schwierig,  und  als  er  KiüÜ  zwischen  Uebertritt 
zum  Katholizismus  oder  Auswanderung  zu  wählen 
hatte,  folgte  er  einer  Anregung  Tvchos  und 
ging  nach  Prag,  um  diesem  bei  der' Berechnung 
seiner  Planetentafoln  zu  unterstützen,  ^'ach 
dem  bald  darauf  erfolgten  Tod  Tychos  rückte 
er  1601  in  dessen  Stelle  als  kaiserlicher 
Mathematiker  Kudolfs  II.  Diese  Prager  Jahre 
waren  in  wissenschaftlicher  Beziehung  glänzend. 
Hier  fand  Kepler  die  beiden  ersten  seiner 
Planetengesetze  (K  e  p  I  e  r  sehe  Gesetze  1609). 
gab  die  Theorie  des  astronomischen  (Kepler- 
schen)  Fernrohrs  und  begründete  die  Dioptrik. 
Immer  kümmerliciier  und  trauriger  gestalteten 
sich  aber  seine  Lebensverhältnisse,  der  Tod 
kehrte  wiederholt  in  seiner  Familie  ein 
und  die  Nahrungssorgeji  wurden  immer 
drückender,  da  sein  Gehalt  ihm  nie  voll 
ausbezahlt  wurde.  Als  auch  nach  dem 
Regierungsantritt  Kaiser  Matthias  seine  Ver- 
hältnisse sich  nicht  besserten,  nahm  er  eine 
Anstellung  an  der  Landschaftsschule  zu  Linz 
an:  er  lelirte  dort  Mathematik,  revidierte  die 
Landesaufnahme  und  arbeitete  an  der  Vollendung 
seiner  Planetentafeln,  die  aber  erst  1627  unter 
dem  Titel  Tabulae  Kudolphinae  in  Ulm  er- 
schienen. Daneben  beschäftigte  ihn  der  Bau 
des  Sonnensystems  lebhaft  und  er  suchte  eine 
Beziehung  zwischen  den  Umlaufszeiten  der 
Planeten  zu  finden;  diese  Bemühungen 
wurden  1618  gekrönt  durch  die  Auffindung 
des  dritten  Gesetzes  der  Planetenbewegung,  das 
er  1619  in  der  Schrift  Harmonices  mundi  libri  V 
veröffentlichte.  Bald  nach  dem  Tod  seiner  ersten 
Frau  1616  hatte  er  sich  wieder  verheiratet,  doch 
auch  von  den  dieser  Ehe  entsprossenen  Kindern 
starben  mehrere.  Neuen  Kummer  bereitete  ihm 
ein  Ilexenprozeß,  in  den  seine  70jährige  Mutter 
verwickelt  war.  und  er  scheute  die  weite  Reise 
von  Oberösterreich  nach  Württemberg  nicht, 
um  ihr  beizustehen  und  sie  vor  der  Folter  zu 
bewahren.  Auch  in  Linz  ließen  Religionsverfol- 
gungen ihm  den  Boden  unter  den  Füßen  heiß 
werden  und  er  siedelte  nach  Ulm  über.  Auf 
wiederholte  Reklamationen  wegen  des  immer  noch 
unregelmäßig  fließenden  Gehalts  von  Ferdi- 
nand IL  an  Wallenstein  verwiesen,  suchte  er 
diesen  1628  in  Sagan  auf.  Wallenstein  wollte 
ihn  mit  einer  Professur  in  Rostock  abfinden, 
und  Kepler  wandte  sich  nach  Regensburg,  um 
sein  Recht  vor  dem  Reichstag  geltend  zu  machen; 
dort  erlag  er  nach  wenigen  Tagen  den  Strapazen 
der  Reise.  Seine  gesammelten  Werke  wurden  von 
Frisch,  (Frankfurt  1858  bisl871)  herausgegeben. 

Literatur.  Breitschwertylolxmn  KrplersWirken. 
Stuttgart  18-iO.  —  Itütlinger,  Neumnnn  und 
(•runer,  Jolinnn  Kcpln:  Stnttijart  1S6S.  — 
H,  Müller,  Die  A'rplrrsclirn  besetze.  Braiin- 
xrhwcüj  1S70.  —  Herz,  Ktplers  Astrologie. 
Wien  1895.  —  .S",  (Günther.  Kepler,  Galilei. 
Berlin  1S9G. 

K.   JJrnde. 


Keruer  vou  Marilauir 

Anton. 

Geboren  am  12.  rs^ovember  1831  in  I\lautern 
(Niederösterreich),  ging  1848  nach  Wien  um 
Medizin  zu  studieren,  worin  er  1854  auch  pro- 
movierte. Schon  ein  Jahr  später  verließ  er  in- 
des.sen  diese  Laufbahn,  um  sich  der  Botanik 
zu  widmen.  Er  wurde  zunächst  Lehrer  an  der 
Oberrealschule  in  Ofen  und  1858  Professor  der 
Naturgeschichte  am  Polytechnikum  daselbst. 
1860  wurde  er  nach  Innsbruck  und  1879  von 
dort  nach  Wien  als  Professor  für  systematische 
Botanik  berufen.  Dort  starb  er  am  21.  Juni 
1898.  Er  ist  der  Verfasser  trefflicher  blüten- 
biologischer und  f  loristisch-pf  la  nzengeogra  - 
phischer  Werke,  namentlich  über  Ungarn  und 
Siebenbürgen  (1867  bis  1875)  und  die  Donau- 
länder überhaupt  (1863),  sowie  besonders  auch  der 
Alpen.  In  weiteste  Kreise  ist  sein  ..Pflanzen- 
leben" (Leipzig,  1.  Aufl.  1888/91,  2  Bde.)  ge- 
di'ungen,  ein  populäres  Werk,  in  welchem  abei- 
auch  eine  Fülle  origineller  Beobachtungen  aus 
seinem   besonderen   Arbeitsgebiet  enthalten  ist. 

W.   Rnhland. 


Kerr 

John. 

Geboren  am  17.  Dezember  1824  in  Ardrossan, 
Schottland,  gestorben  am  18.  August  1907. 
Er  studierte  in  Glasgow  in  den  Jahren  1841  bis 
1846  im  theologischen  College  der  Free  Church  of 
Scotland  und  wurde  1857  Lehrer  am  Free  Church 
Training  College  for  Teachers  in  Glasgow.  Die 
Royal  Society  ernannte  ihn  zu  ihrem  Mitglied. 
Bemerkenswert  sind  seine  Untersuchungen  über 
die  Doppelbrechung  im  elektromignetischen  Felde 
und  über  die  Drehung  der  Polarisationsebene 
des  Lichts  bei  der  Reflexion  an  Eisen,  letztere 
unter  dem  Kamen  Kerreffekt  bekannt. 

E.    Drude. 


Ketene. 

1.  Allgemeines.  2.  Darstellung.  3.  Eigen- 
schaften.    4.  Spezielles. 

I.  Allgemeines.  Unter  Ketenen  ver- 
steht man  Verbindungen  der  Formel 
H^H^,C:C:0,  die  entweder  als  Derivate  vou 
Aldehyden  und  Ketonen  oder  als  intra- 
molekulare Sänreanhydride  anzusehen  sind: 

RCH:Ü,  RCH:C:0;    R,R„0:C,  R,R,,C:C:0 
Aldehyd,  Aldo-Keten;    Keton,    Keto-Keten; 

R,R^^CH.COOH  ~>  R^R^^C:CO  +  HoO 
Säure  Keten. 

Die erstere Auffassung  ist  eine  rein  formale, 
denn  die  Ketene  zeigen  die  typiselion  Karbo- 


Keteiit 


748 


nylveaktionen  der  Aldehyde  und  Ketone  nicht. 
Hingegen  entspricht  ihre  Deutung  als  intra- 
molekulare Säureanhydride  wenigstens  ihrer 
Bildungsweise,  wenngleich  ihre  Reaktionen 
von  denen  der  Säureanhydride  fundamental 
abweichen  und  mehr  Aehnlichkeit  mit  denen 
der  Isocyanate  RN:(":()  aufweisen. 

2.  Darstellung.  Als  allgemeinste  Dar- 
stellungsmethode von  Ketenen  hat  sich 
Halogenentziehung  aus  halogenierten  Säure- 
haloiden  bewährt  (Staudinger  1905): 
R^R^^CXCOX  +  Me  =  R^R^^C:C:0  +  MeXg. 
Der  Prozeß  ist  mit  Chlor-  oder  Bromderi- 
vaten realisierbar.  Nötig  ist  Anwendung  eines 
Lösungsmittels  (Aether,  Essigester)  und  ab- 
soluter Ausschluß  von  Feuchtigkeit  und 
Sauerstoff  bezw.  Luft.  Als  Halogen  ent- 
ziehendes Metall  ist  Zink  am  brauchbarsten. 
Versuche  zur  Halogenabspaltung  mit  ter- 
tiären Basen  haben  zu  den  sogenannten 
Ketenium verbin  düngen  geführt  (E. 
W  e  d  e  k  i  n  d ) : 


RCHXCOX 


> 

— HX 


RCX— C:0 


RCX=C-0 

bezw.  \/ 

N(C.,H,)3 

Andere  Darstellungsmethoden  für  Ketene 
sind  nur  in  speziellen  Fällen  brauchbar  (vgl. 
unter  Spezielles). 

3.  Eigenschaften.  Die  Ketene  sind  teils 
farblose  (so  die  Aldoketene),  teils  farbige 
Stoffe  (so  die  Ketoketene),  die  außer- 
ordentlich reaktionsfähig  sind.  Das  Keten 
selbst,  CH2:C:0,  ist  ein  Gas;  die  substitu- 
ierten Ketene  sind  mehr  oder  minder  hoch- 
siedende Flüssigkeiten:  Diphenylenketen, 
(C6H4-)2C:C:0,  ist  fest.  Ursache  der  Re- 
aktionsfähigkeit ist  das  Vorhandensein 
der  Kohlenstoffdoppelbindung  >C  =  CO, 
welche  einen  besonders  hohen  (irad  des  Un- 


gesättigtseins aufweiit.  So  addieren  sich  an 
diese  Bindung  leicht  Wasser,  Alkohole, 
primäre  und  sekundäre  Amine,  Säuren. 
Halogen  usw.  Die  jeweils  stattfindenden 
Prozesse  sind  derart  zu  formulieren: 

R2C:C()  -—>  R.CH.CÜOH  (Säure) 

R(OH' 

R2C:C()  >  RoCH.COOR  (Ester) 

R./::C()  ^^^  R.,CH.CONHR  (Amid) 

RCOOH 

R2C:CÜ  >  RoCH.  CO.  0.  COR  (gemisch- 
tes Säuie- Anhydrid) 

R.,C:C()  ——>  R.,CX.(^OX     (halogensubst. 
Säurehaloid)  usw. 

Weiterhin  zeigen  die  Ketene  große  Nei- 
gung zur  Polymerisation,  die  bei  iVldo- 
ketenen  durchweg  auftritt,  bei  den  Keto- 
ketenen  aber  vom  Dimethyl-  zum  Diphenyl- 
derivat  abnimmt.  Hierbei  entstehen,  wenn 
Kondensationsmittel  abw^esend  sind,  vor- 
wiegend Diniere,  die  als  Cyclobutanderi- 
vate  aufgefaßt  werden  müssen,  z.  B. 

CO 
2(CH3)2C:C:0     ^     {CU.,)oC(        }C{ÜH.-,y. 

•co^ 

Tetramethyldiketocyclobutan. 

Bemerkenswerteste  Eigenschaft  dieser  Di- 
ketocyclobutane  ist  ihr  Zerfall  in  2  Moleküle 
des  Äusgangsketens  beim  Erhitzen. 

Bei  xVnwesenheit  von  Kondensations- 
mitteln kompliziert  sich  der  Polymerisations- 
vorgang der  Ketene  ganz  erheblich. 

Die  Ketene  sind  ferner  außerordentlich 
leicht  oxydierbar.  Dabei  entstehen  zunächst 
explosive  Mol- Oxyde,  die  in  Keton  und 
Kohlensäure  bezw^  Ketenoxyd  und  Sauer- 
stoff zerfallen.  Auf  die  Art  des  jeweils  vor- 
herrschenden Reaktionsverlaufs  haben  die 
Substituenten  maßgebenden  Einfhiß: 


R2C:C:0    — ->   |R2C:C:0 -r  Ooj 
Mol-Oxvd 


R2CO  +  CO2 
->-   Iveton 


^     ;RoC-CO 


0 

Ketenoxvd. 


Hinsichtlich  Konstitution  der  Mol-Oxyde 
sowie  der  wahrscheinlich  nicht  monomole- 
kularen Ketenoxyde  sind  die  Untersuchungen 
nicht  abgeschlossen. 

Die  Ketoketene  lagern  sich  leicht  auch 
an  ungesättigte  Bindungen  aller  Art 
an.  Dabei  entstehen  Vierringe,  seltener 
Sechsringe.  Die  durch  Addition  an  C  =  C, 
C  =  0,  C  =  N,  C  =  S,  N  ==  0,  N  =  N  usw. 
gebildeten  Vierringkomplexe  von  meist  hete- 


rozyklischer Beschaffenheit  haben  alle  leichte 
Spältbarkeit  in  zwei  ungesättigte  Komplexe 
gemeinsam.  Auf  Einzelheiten  kann  hier  nicht 
eingegangen  werden. 

Erwähnt  sei  ferner,  daß  Tertiärbasen 
mit  C  =  N  Doppelbindung  (Chinolin,  Pyri- 
din) mit  Ketoketenen  eigentümliche  Sub- 
stanzen liefern,  die  als  Ketenbasen 
(nicht  mit  Keteniumverbindungen  zu  ver- 
wechseln)   bezeichnet    werden.      Die    Pro- 


741 


Ketene  —  Kotono 


dukte  liaben  wahrsclieinlicli   iolgoiule  Kon- 
stitution : 


!H 


CcH^.CrO 
Benzilhydrazon 


N 


GR., 


CO      CO 


CR2 
Pyridinderivat 


CR2 

Chinolinderivat. 


Wenn  in  den  Gruppen  >CR2  beide 
R  =  CH3  oder  C2H5  oder  ein  R  =  CH3,  das 
andere  R  =  CgHg  sind,  dann  ist  die  Stabili- 
tät der  Ketenbasen  eine  hohe.  Solche  mit  den 
Gruppen  >C(C6H5)2  oder  >C(C6H4-)2  sind 
hingegen  beim  Erhitzen  in  die  Komponenten 
spaltbar, 

4.  Spezielles.  Keten,  CH2:C:0,  ist  ein 
farbloses,  giftiges  Gas  von  stechendem  Ge- 
ruch. Verflüssigt  sich  bei  — 56",  erstarrt 
bei  — 151".  Er  ist  von  Wilsmore  entdeckt 
und  kann  durch  pyrochemische  Zersetzung 
von  Essigsäureanhydrid  oder  Essigester 
(Wilsmore) bezw.  iVceton  (Schmidlein  und 
Bergmann),  sowie  aus  Bromacetylbromid 
mit  Zink  (Staudinger  und  Klever)  er- 
halten werden.  Polymerisiert  sich  leicht, 
ist  aber  gegen  Sauerstoff  nicht  empfindlich. 

Von  anderen  iVldoketenen  sind  noch 
das  Methyl-,  Aethyl-  und  Phenylderi- 
vat  dargestellt,  aber  z.  T.  noch  nicht  in 
reinem  Zustand  erhalten  worden. 

Von  Ketoketenen  seien  angeführt: 

Dimethylketen,  (CH3)2C:C:0,  gelbe 
Flüssigkeit,  die  bei  34"  siedet  und  bei  —98° 
erstarrt.  Leicht  polymerisierbar.  Addiert 
sich  nicht  besonders  schnell  an  ungesättigte 
Systeme  an,  ist  aber  leicht  oxydierbar. 

Diäthylketen,  (C2H5)2C:C:0,  eine  bei 
91  bis  92"  siedende  gelbgrüne  Flüssigkeit, 
wird  aus  Diäthylmalonsäureanhydrid  durch 
Erhitzen  im  Vakuum  (15  bis  20  mm)  auf 
100  bis  200"  erhalten: 

/CO. 
(C2H5)2C(       >0  —>  (('.,H,).,C :  C :  0  ^  CO,. 
^CO^ 

Ist  relativ  beständig  und  weniger  reak- 
tionsfähig als  das  Dimethylderivat.  Autoxy- 
dabel. 

Phenylmethylketen,C6H5.C.CH.5:C:0, 
schwierig  darstellbar.  Hell  orangefarbene 
Flüssigkeit  vom  Sdp.  74"  (12  mm).  Beständig, 
autoxydabel. 

Dipiienylketen,  (C6ll5)2C:C:();  erstes 
l)ekanntes  Keten  (Staudinger  1905).  Dar- 
stellbar aus  Diphenylchloracetylchlorid  mit 
Zink  (Staudinger)  oder  aus  Beiizilliydrazon 
(G.  Schroeter): 


HgO       ^-6^0 -^'-^^ 

CeH5.C  =  N:N 
Diazodesoxybenzoin 

— >  (C6H5)2C:C:0  +  N2 
Diphenylketen 

Orangefarbene  Flüssigkeit  vom  Sdp.  146" 
bei  12  mm.  Erstarrt  in  Kältemischung  zu 
gelben  Kristallen.  Leicht  löslich  in  indiffe- 
renten Lösungsmitteln.  Beständig  bei  Ab- 
schluß von  Feuchtigkeit  und  Luft.  Poly- 
merisiert sich  nur  langsam,  ist  aber  höchst 
autoxydabel.  Das  Keten  kann  auch  in  Form 
der  leicht  darstellbaren  Chinolinverbindung 
zur  Einwirkung  auf  weniger  reaktionsfähige 
Stoffe  gebracht  werden. 

D  i  p  h  e  n  y  1  e  n  k  e  t  e  n  (C6H4-)2C :  C :  0,  wird 
aus  Phenanthrenchinon  über  das  Diphe- 
nylenchloracetylchlorid  erhalten.  Goldgelbe 
Kristalle,  Fp.  90".  Außerordentlich  empfind- 
lich gegen  Feuchtigkeit  und  Sauerstoff.  Gibt 
eine  Chinolinverbindung. 

Kohlensuboxyd  :  Dieses  von  Diels  und 
Wolf  1906  entdeckte  Produkt  ist  ebenfalls 
den  Ketenen  zuzurechnen.  Es  entsteht  aus 
Malonester  oder  Malonsäure  mit  PoO^: 

/CO 
■>  Cf    +2CoH,+2H,-,0 

^CO       " 


CHo^/ 


.COOC.Hg 

COOC.H5 


Kohlensuboxvd. 


Ferner  aus  Dibrommalonylchlorid  mit 
Zink  (Staudinger  und  Bereza).  Farbloses, 
giftiges  Gas,  von  unangenehm  stechendem 
Geruch.  Verdichtet  sich  bei  +7"  zu  einer 
bei  — 107"  erstarrenden  Flüssigkeit.  Un- 
beständig, leicht  polymerisierbar.  jMicht 
autoxydabel.  Gibt  mit  Wasser,  Alkohol  usw. 
Malonsäure  bezw.  deren  Derivate. 

Literatur.  H.  Standinge)' ,  Die  Ketcnc. 
SiiiUyart  1912.  Nene  Publikutionen  sind  im 
Chemischen  Centralblatt  imter  dem  Stichwort 
„Ketene"  zu  finden. 

Johannes  Scheiber. 


Ketone. 

1.  Nomenklatur.  II.  Bildungswoisoii.  111.  i*li\- 
sikalische  Eigenschaften.  IV.  Chemisches  V'er- 
halten.  V.  Spezielle  Ketone,  1.  Ketone  der 
Fettreihe:  a)  Gesättigte  Ketone.  b)  ungesättigte 
Ketone.  c)  Polyketone.  2.  Aromatisclie  Ketone: 
a)  (Jesättigte  Ketone.  b)  Ungesättigte  Ketone. 
c)    Polyketone.      ;5.    Hydroaromatische    Ketone. 

L  Nomenklatur. 
Die  Ketone  sind  organische  Substanzen, 
welche    die    Carbonylgru})pe    CO     mit    zwei 
Kohlen  Wassers  tol'l'res  teil        y  er  blinden      ent- 


Ketone 


745 


halten  (R  .  CO  .  R).  Je  nachdem  die  Kohlen- 
wasserstoffreste gleich  oder  verschieden  sind, 
unterscheidet  man  e  i  n  f  a c  h  e  oder  g  e  m  i  s  c  h  te 
Ketone.  Tritt  statt  eines  Kohlenwasserstoff- 
restes ein  Wasserstoffatom  an  die  Carbonyl- 
gruppe,  so  erhält  man  Aldehyde,  eine 
Körperklasse,  die  mit  den  Ketonen  aufs 
engste  verwandt  ist  (s.  Aldehyde).  Die  ein- 
fachste Nomenklatur  der  Ketone  erzielt  man 
durch  Angabe  der  beiden  mit  der  Carbonyl- 
gruppe  verbundenen  Reste,  an  die  man  das 
Wort  ,,Keton"  anhängt,  z.  B. : 

CHg  .  CO  .  CHa    Dimethylketon 
CH3  .  CO  .  C2H5  Methyläthylketon 

Nach  einer  anderen  Bezeichnung  setzt 
man  die  Silben  ,,Keto"  vor  den  Namen  des 
zugrunde  liegenden  Kohlenwasserstoffs : 

CH3  .  CO  .  CH3    Ketopropan 
CHo .  CO  .  C2H5  Ketobutan 

Man  kann  sich  die  Ketone  auch  durch 
Verknüpfung  eines  Säureradikals  mit  einem 
Kohlenwasserstoffrest  entstanden  denken  und 
demnach  Namen  bilden  wie: 

CHo .  CO  .  CH3    Acetylmethyl 
CH;;  .  CO  .  C.Hs  Acetyläthyl 
bezw.  Methylpropionyl, 

eine  Nomenklatur  die  sich  bei  komplizierteren 
Ketonen  vielfach  eingebürgert  hat  (z.  B. 
CeHg. CO . CHo. CO. CßHs   Dibenzoylmethan). 

Nach  der  Genfer  Nomenklatur  wird 
einfach  die  Silbe  ,,on"  an  den  Namen  des 
zugrunde  liegenden  Kohlenwasserstoffs  an- 
gehängt: 


CH. 
CHo 


.OH 
H 


CHc 
CH, 


CH, 


)C=0. 


.OH 
OH 


2.  Aus  Halogenderivaten  von  Kohlen- 
wasserstoffen, welche  zwei  Halogenatome 
an  einem  Kohlenstoffatom  enthalten,  durch 
Einwirkung  von  Wasser  oder  Alkali: 

CeH,.  n  C6H5. 

)C<         +  H.,0  =  )C0  +  2HC1. 

CE/    ^Cl  ^         CeH^- 

3.  Durch  Destillation  der  Calcium-  oder 
Bariumsalze  einbasischer  Säuren  (mit  Aus- 
nahme der  Ameisensäure). 


CH,.COO. 


CH, 


CHo 
CH-i 


.CO 
.CO 


CH3     Propanon 
CoH^  Butanon. 


Außer  diesen  Namen  sind  noch  eine  Reihe 
von  Trivialnamen  in  Gebrauch,  die  meistens 
auf  die  Darstellung  der  Körper  Bezug  haben 
(z.     B.     Aceton    aus    essigsaurem     Kalk). 

II.   Bildungsweisen. 

Die  Ketone  haben  eine  Reihe  von  Bil- 
dungsweisen mit  den  Aldehyden  gemein- 
sam (vgl.  den  iVrtikel  ,, Aldehyde'-).  Sie 
entstehen : 

1.  Durch  Oxydation  sekundärer  Alkohole, 
wobei  man  intermediäre  Bildung  von  1,1- 
Glvcolen  annehmen  muß: 


)Ca  =  )C0  +  CaCOa 

CHg.COO^  CR/ 

Essigsaures  Ca  Aceton 

Verwendet  man  ein  äquimolekulares  Ge- 
menge von  Kalksalzen  zweier  verschiedener 
Säuren,  so  erhält  man  (neben  den  einfachen 
Ketonen)  ein  gemischtes  Keton. 

4.  Aus  Säurechloriden  und  Kohlenwasser- 
stoffen mittels  xAluminiumchlorid  (Synthese 
von  Fried el -Grafts).  Diese  Reaktion 
kommt  fast  nur  für  die  aromatischen  Ketone 
in  Betracht: 

CeH«  +  C1.COCH3  =  C6H5.C0.CH3  +  cm 

Benzol  Acetylchlorid  Acetopher.on 

Statt  des  Aluminiumchlorids  kann  man 
in  einigen  Fällen  mit  Vorteil  Eisenchlorid  ver- 
wenden. 

5.  Durch  Einwirkung  von  Zinkalkylen 
auf  Säurechloride,  eine  Reaktion,  die  jetzt 
allerdings  nur  noch  historisches  Interesse  hat 
(Freund,  1860j. 

X)  CH3-       /OZnCHg 

CM,.G^     +Zn(CH3).=  ^X 

^Cl 


CH. 


^Cl 


Durch    Zersetzen    dieses     Additionsprn- 
duktes    mit    Wasser,    entsteht    das    Keton : 


CH, 


'\. 


CH, 


OZnCH. 


Cl 


2HoO 


CH3 
CH, 


)C0  +  Zn(0H)2  +  CH,  +  HCl. 


6.  Durch  Einwirkung  von  Magnesium- 
halogenalkylen  auf  Nitrile  und  Säureamide 
und  Zersetzen  der  Reaktionsprodukte  mit 
Wasser : 


CHg.C-^N  +  CH3MgJ 


CHo 


CH3.C 


^ 


0 
NH. 


2CH3MgJ 


CHg 
GH.: 


:C  =  N--Mg  J 


3\ 


c(: 


CH, 


.OMg.I 
NHMgJ 


.CH3 

->  ^CO 

CH3' 

CHo. 

->      .  ;co 
CH3/ 


f4G 


Kctune 


7.  Durch  Wasseraiilam'iuiiu-  an  Acotylon- 
kolilcMiwasserstoi'fe: 

CJIj.C  -CH  +  HoO  +  CeHj.CO.CHo, 
Phenylacetyleii  Acetophenon 

Die  Wasseranla<j;(M'iuis:  wird  durch  Auf- 
lösen der  Kolilenwasserstot'fe  in  starker 
Schwefelsäure  und  späteres  Verdünnen  oder 
durch  Zersetzung  der  Quecksilberchlorid- 
niederschlä,2:e  der  Kohlenwassersiolfe  diircli 
verdünnte  Säuren  bewerkstellii;!. 

8.  Durch  Wasserabsjjaitunü;  und  Um- 
la2;erung  aus  sekundären  und  tertiären 
(Alveolen: 


TH. 


CH,, 


OH 


;CH 


CHg^  -    CH3'  +     ^-'^^ 

CH3-HC-OH  CHg-C^O 

Die  Umwandluiii^f  der  ditertiären  Glycole 
ist    mit    einer    Alkylwanderunii;    verknüpft. 
Pinakoliiiunihisjeruuii" 


welche      al 
kannt  ist: 


be- 


CH. 
CH. 


)C-CH, 


+  H.,0 


CH3-C=0 

Tertiärbutyl-methy] 

Keton 

(Pinakolin) 


CH3/ 
CH3 

)C-OH 
CH./ 

Tetraniethyl- 

Glycol 

(Pinakonj 

Die  Umwandlung-  geschieht  durch  Be- 
handeln mit   Salzsäure  oder   Schwefelsäure. 

9.  Durch  Spaltung  von  /^-Ketonsäure- 
ester  vermittels  verdünnter  Säuron  oder 
Alkalien: 

CHs.CO.CH^.COOCoH-  +  W.p  = 

Acetessigester 

f'H3.C0.CH3  +  CÜ2  +  C2H5OH 

Da  die  /i-Ketonsäureester  (Acetessig- 
ester, ßenzoylessigester  u.  a.)  leicht  in  der 
mittleren  CHg-Gnippe  snbstituierbar  sind, 
so  ist  dadurch  eine  Methode  gegeben,  zu 
mannigfach  substituierten  Ketonen  zu  ge- 
laniren : 

W 

CH3.CO.CH.CO()C.,H5  +  HoO  = 
CH3.CO.CH2.R  +  COo  +  Co  H  5011 

10.  Aus  Aldehyden  mit  Diazonietiian- 
Nach  diesem  Verfahren  entstehen  n  ur  Methyl - 
ketone  (Pechmann): 

C.Hj.HCO  +  CH^No  =  CßH, .  CO.CIl ,  +  N., 

11.  Höhere  Homologen  werden  aus  den 
Ketonen  durch  Kondensation  mit  Aldehyden 
vermittels  gasförmiger  Salzsäure  oder  sehr 
verdünnter     Alkalilaugeii     gcwoniuMi.         Ks 


entstehen  zunächst  ungesättigte  Ketone,  die 
dann    leicht    durch    geeignete    Reduktions- 
verfahren in  die  entsprechenden  gesättigten 
Ketone  übergeführt  werden  können: 
CeH5.CHO  +  CH3.CO.CH3  = 
C,H-.CH  =  CH.cb.CH3  +  Hoü 

ßenzalaceton 
CeHg.CH  =  CH.CO.CH3  +  H.  =: 
C6H5.CH2.CH2.CO.CH3  " 
1-Phenyl-butanon  (3) 
12.  Es  sei  darauf  hingewiesen,  daß  Ketone 
auch    aus    ihren    Oxirnen,    Semicarbazonen, 
Phenylhydrazonen,  Anilen  leicht  durch  Be- 
handeln  mit  verdünnten    Säuren  gewonnen 
werden   können,    und   daß   manche    Ketone 
in  den  Produkten  der  trockenen  Destillation 
von  Holz,  Zucker  und  anderen  pflanzlichen 
Substanzen  vorkommen. 

III.  Physikalische  Eigenschaften. 

Die  Ketone  haben  in  ihren  physikalischen 
Eigenschaften  größte  Aehnlichkeit  mit  den 
Aldehyden  (vgl.  den  Artikel  ,, Aldehyde"). 
Die  niederen  Glieder  der  Fettreihe  sind 
eigentümlich  riechende  flüchtige  neutrale 
Flüssigkeiten,  welche  unzersetzt  destillieren 
und  in  Wasser  löslich  sind.  Die  Löslichkeit 
in  Wasser  nimmt  bei  den  höheren  Gliedern 
ab.  Die  höchsten  Homologen  sind  fest  und 
kristallisierbar. 

Die  Siedepunkte  der  Ketone  steigen  in 
honmlogen  Reihen  um  ca.  20*^  für  eine  CH2- 
(iruppe.  Doch  sind  die  Differenzen  bei 
weitem  nicht  so  konstant  wie  in  anderen 
Reihen  (vgl.  den  Artikel  ,, Alkohole"). 

Sdp."  Diff." 

CH3 .  CO  .  GH.,  öCf) 

CH3.CO.CHl.CH3  78 

CH3 .  CO  .  (CH.,).,CH3  102 

CH3 .  CO  .  (CH:,);CH3  127 

CH3 .  CO  .  (CH,;);CHl  145 

CH3 .  CO  .  (CH:),CH3  171 

CH;  .  CO  .  (CH.;)eCH3  193 

CH3.C0.(CH;)-CH:,  211 

CH3 .  CO  .  (CH^OsCHg  225 

CH3 .  CO  .  (CH:)9CH3  247 


21,5 

24 

25 

18 

26 

22 

18 

14 

22 

IG 


CH3  .  CO  .  (CHjjoCHg        203 

Bei  isomeren  Ketonen  zeigen  die  mit 
normaler  Kette  den  höchsten  Siedepunkt. 
Bemerkenswert  ist,  daß  die  Methyllvetone 
annähernd  gleiche  Siedepunkte  wie  die 
ihnen  entsprechenden  Säurechloride  und 
Säurenu'thylester  haben,  z.  B.: 

Sdp." 
(CH..CO.CH..  56.5 

CH3.CO.CI  ■  55 

'Ciro.CO.OCH3  57 

|Cr,H,.C0.CH3'  199.5 

,C,H,.C0.C1  "  199 

C.Hj.CO.  OCH.,  199 


Ketone 


Bezüiilicli  des  ^rolokularvüluniens  und 
der  Molekularrefraktion  und  der  meisten 
übrigen  physikalischen  Eigenschaften  ver- 
halten sich  "die  Ketone  ganz  gleich  wie  die 
Aldehyde,  weshalb  auf  das  gleiche  Kapitel 
bei  dem  Artikel  ,, Aldehyde"  verwiesen  sei. 

IV.  Chemisches  Verhalten. 

Die  Ketone  sind  auch  in  ihren  chemischen 
Eigenschaften  den  Aldehyden  sehr  ähnlich, 
sind  aber  durchweg  weniger  reaktionsfcähig 
als  diese.  Eine  große  Zahl  von  Reaktionen 
wird  durch  die  ungesättigte  Gruppe  C  =  0  be- 
dingt. An  der  Doppelbindung  tritt  Addition 
ein,  der  häufig  eine  Wasserabspaltung  folgt. 

1.  Bei  der  Reduktion  gehen  die  Ketone 
in  sekundäre  Alkohole  über. 

CH,^  CH3,        ,0H 

Daneben  entstehen  häufig  (je  nach  der 
Art  des  Reduktions  verfahrenst  ditertiäre 
Glycole,  welche  Pinakone  genannt  werden: 

OH  OH 
GH3.  GH3     I       I     CH3 

2  )C0  +  H.,  =  >C     -C^ 

^3^^  "        CH3^  ^CH3 

2.  Mit  sauren  schwefligsauren  Alkalien 
bilden  die  Ketone  ebenso  wie  die  Aldehyde 
kristallinische  Additionsverbindungen,  welche 
zur  Ab.^cheidung  und  Reinigung  der  Sub- 
stanzen geeignet  sind.  Indessen  vereinigen 
sich  im  allgemeinen  nur  solche  Ketone  mit 
den  Bisulf iten,  welche  eine  ]\Iethylgruppe 
enthalten. 

CH3.  CH3         OH 

\C=0  +  SOaHNa  =  >C:^ 

Cü/  m/     ^SOgNa 

Durch  verdünnte  Schwefelsäure  oder 
Sodalösnng  werden  diese  Additionsverbin- 
dungen leicht  wieder  zersetzt  unter  Rück- 
bildung der  Ketone. 

3.  xVnalog  den  Aldehyden  verbinden  sich 
die  Ketone  mit  Blausäure  zu  Nitrilen  von 
a-Oxysäuren,  welche  Cyanhydrine  genannt 
werden. 

GH,.  CHo,       /CN 


der    Sauerstoff   der   Garbonylgrnppe     durch 
zwei  Chlor-  bezw.  Bromatome  ersetzt: 


CeH, 
C.H= 


)G0  +  PCL  = 


C„H: 


.Gl 


/'  \ 


POCl. 


Ci 


(3.  Chlor  und  Brom  wirken  substituiereiui 
auf  die  Kohlenwasserstoffreste  der  Ketone  ein : 


CH 


G=0  +  HCN 


CH« 
CH 


/ 


CO  +  3Clo 


CCU 
CH, 


>G0  +  3HC1 


7.  Wie  die  Aldehyde  lassen  sich  auch  die 
Ketone  in  Acetale  R.^C(OC.,H-).,  überführen, 
nur  verläuft  die  Reaktion  schwieriger.  Durch 
einfaches  Erhitzen  mit  Alkohol  gelingt  die 
rmwandlnng  nicht,  leicht  jedoch  durch 
Einwirkung  von  Orthoameisensäureester  bei 
Anwesenheit  eine  Spur  Halogenwasserstoff- 
säure, welche  als  Katalysator  wirkt  fClaiseii 
Ber.  40.3903  (1897^1. 

CH3  /OC.,H, 

\C0  +  GHf  OC2H5  - 


CeHs' 
CH, 


X: 


,ocA 


OC.H. 


HCOOG.Hs 


CßH/        OCoH, 

Statt  des  Ameisensäureesters  kann  man 
auch  ein  Gemisch  von  salzsaurem  Formimido- 
ester  und  Alkohol  verwenden,  welches  Ortho- 
ameisensäureester entstehen  läßt. 

/NH.HCl 
H-G^  +  2C.H5OH  = 

OC0H5 
H-C(ÖC.,H5)3  +  NH.Cl. 

Den  Acetalen  ganz  analoge  Verbindungen, 
die    Merkaptole.    erhält    man   durch  Ein- 
wirkung von   Merkaptanen  auf   Ketone  bei 
Gegenwart  von  Salzsäure: 
CH3, 

^CO  +  2HSG,H5  = 
CH, ' 

.SCaHr, 


"3 

CH. 


\ 


CH. 


/"\ 


H„0 


SCH, 


.3  CR/      ^OH 

4.  Mit  Hydroxylamin.  Hydrazin  (Phenyl- 
hydrazin) uiid  Semicarbazid  entstehen  ganz 
analog  wie  bei  den  Aldehyden  Oxime. 
Hydrazone  (Phenylhydrazone),  Semicar- 
bazone. 

(CH,)2C0  -t-  NH^OH  =  (GHgjoC  :  NOH 
'rCH3),C0  +  NHo .  NHCieH-  = 
(C'H3).,G  iN.^NHGeH/ 
(CHgl.CO  +  NH. .  NH  .  CO  .  NHo  = 
(CH,)oG  :  N  ."  NH  .  CO  .  NH., " 

5.  Bei  der  Einwirkung  von  Phosphor- 
pentachlorid  oder  Phosphorpentabromid  wird 


8.  Im  (legensatz  zu  den  Aldehyden 
zeigen  die  Ketone  keine  Neigung  zu  Poly- 
merisation; sie  teilen  mit  ihnen  aber  die 
Fähigkeit  zu  Kondensationsreaktionen.  Wie 
xVcetaldehyd  zum  Aldol,  so  läßt  sich  auch 
Aceton  durch  Natronlauge  bei  tiefer  Tempe- 
ratur in  einen  Ketojialkohol,  den  Diaceton- 
alkohol  überführen : 

OH 
CH,. 


2CH,.C0.CH, 


*\ 


C-CHo.CO.CH, 


CHo 


Die  Ketonalkohole  sind  aber  wenig  be- 
ständig. Sie  spalten  meist  leicht  Wasser 
ab  und  gehen  in  ungesättigte  Ketone  über. 


748 


Ketone 


CH3     I 

^XCHo.CO.CHg  = 
CH3 

CH3. 

)C=CH.C0.CH.5 


CH, 


Mcsitvloxvd 


Deshalb  entstehen  bei  Anwendung'  der 
üblichen  Kondensationsmittel  wie  HCl,  ZnCU. 
H2SO4,  NoüH  meist  gleich  die  a-ß  unge- 
sättigten Ketone.  Häufig  geht  die  Konden- 
sation noch  weiter,  indem  noch  ein  drittes 
Molekül  des  Ketons  in  Reaktion  tritt.  Es 
entstehen  dann  zweifach  ungesättigte  Ketone 
oder  auch  Benzolkohlenwasserstoffe. 


CH,. 
CH. 


SCHa.CO.CH.,  =  ,CH=CH^CO-CH-CH( 


Phoron 


CH, 


.GH., 


^CH, 


3CH.,.C().CH3  =  CHj-Cf  >CH   +  3H.,0 

CH3 

Mesitylen 


2HoO 


Ganz  analog  wie  zwischen  den  Ketonen 
für  sich  kann  auch  eine  Kondensation  zwi- 
schen Ketonen  und  xMdehyden  stattfinden, 
die  ebenfalls  zu  ungesättigten  Ketonen  führt. 
Als  Kondensationsmittel  dienen  meist  ver- 
dünnte Alkalilaugen. 

Cp,H5.CHO  +  CH3.COCH3  = 

CßHg.CH  =.CH.C0.CH3 

Benzalaceton 

2CcH5.CHO-f  CH3.CO.CH3  = 

CßHg .  CH :  CH .  CO .  CH :  CH .  C.B, 

Dibenzalaceton. 

9.  Ganz  wesentlich  unterscheiden  sich 
die  Ketone  von  den  Aldehyden  durch  ihr 
Verhalten  bei  der  Oxydation.  Gegen  schwach 
oxydierende  Agenzien  sind  sie  verhältnis- 
mäßig beständig  und  sie  vermögen  deshalb 
alkalische  Silberlösungen  nicht  zu  redu- 
zieren. Starke  Oxydationsmittel  dagegen 
bewirken  eine  Sprengung  der  Kohlenstoff- 
kette und  Bildung  von  Säuren  von  niederer 
Kohlenstoffzahl.  Die  Spaltung  tritt  stets 
zwischen  der  Carbonylgrup])e  und  einem 
der  benachbarten  Kohlenstoffatome  ein: 

CH3.CH...CO.CH..CH3    — > 

CH3.CH2COOH  +  CH3COOH 

Propionsäure  Essigsäure 

Bei  gemischten  Ketonen  kann  die  Oxy- 
dation in  zwei  Richtungen  erfolgen,  je  nach- 
dem der  eine  oder  der  andere  Alkylrost  mit 
der  CO-(Truj)pe  verbunden  bleibt.  Beide 
Reaktionen  laufen  in  der  Regel  nebenein- 
ander her  und,  welche  vorwiegend  ist,  hängt 
von  der  Natur  des  Ketons,  des  Oxydations- 
)nittels  und  von  der  Temi)eratur  ab.  Ist  das 
eine  Kohlenwasserstoffradikal  sekundär,  so 
wird  es  als  Keton  abgespalten,  das  dann  weiter 
oxydiert  wird,  während  mit  einem  tertiären 


Radikal    die    CO-Grnppe    fast    immer    ver- 
bunden bleibt: 


CH3 

CH3 
CH. 


CH, 


CH.CO.CH. 


:C0  +  HOOC.CH3 


(CH3)3C.CO.CH3    — > 
{CH3)3C.C00H  +  HC00H 

Bemerkenswert  ist,  daß  mit  alkalisclier 
Permanganatlösung  Ketone  sich  zuweilen 
auch  zu  Ketonsäuren  mit  gleicher  Kohleii- 
stoffzahl  (ohne  Spaltung  der  Kette)  oxy- 
dieren lassen.  So  entsteht  aus  Pinakolin  die 
Trimethyl-brenztraubensäure : 

(CH3)3C .  CO  .  CH3  ->  (CH3)3C .  CO  .  C0(  »H 

aus  Acetophenon   die   Benzoylameisensäure: 

CßHg .  CO  .  CH3  ->  CgH, .  CO  .  COOH 

10.  Salpetersäure  wirkt  auf  Ketone  oxy- 
dierend und  meistens  gleichzeitig  nitrierend 
ein.  Charakteristisch  ist  aber  für  Ketone 
ihr  Verhalten  gegen  salpetrige  Säure  oder 
Salpetrigsäureester.  Es  entstehen  sogenannte 
„Isonitrosoketone",  welche  nichts  anderes 
sind  als  Monoxime  von  a-Diketonen: 

CeHj .  CO .  CH, .  CH3  +  ONOH   = 
NOH 
II 
CGH5.CO.C.CH3 

Znr  Darstellung  dieser  Substanzen  läßt 
man  Amylnitrit  bei  Gegenwart  von  Natrium- 
äthvlat  oder  Salzsäure  auf  die  Ketone  wirken 
(Ber.  22,526  1 18891). 

If.  (iegen  Ammoniak  zeigen  die  Ketone 
ein  von  den  Aldehyden  abweichendes  Vei- 
luiltiMi.  Es  resultieren  Ketoniniide  R^C—  NH, 


Ketone 


749 


welche  meistens  unbeständig  sind  und  noch 
mit  einem  Molekül  Keton  reagieren: 

RoC=N, 
2R,C=NH+RoC0-     "  >CR,+H.O. 

RoC=N/ 

Aceton  zeigt  gegen  Ammoniak  noch  ein 
besonderes  Verhalten,  indem  Diacetonamin 
ijnd  Triaeetonamin  gebildet  wird,  s. 
unten. 

12.  Eine  besondere  Gruppe  von  Reak- 
tionen wird  durch  die  in  den  Ketonen  ent- 
haltene tautomere  Gruppe  —  CHo .  CO  — 
veranlaßt,  indem  die  Ketone  manchmal 
auch  in  einer  Enolform  (als  ungesättigte 
Olafinalkohole)  reagieren : 

R— GH.,  R-CH 

\     ~      T^  il 

R— C=0  R-C— OH 

Bei  einigen  höheren  Ketonen  sind  beide 
Formen  isoliert  worden,  so  beim  Tribenzoyl- 
methan  (Claisen). 

OH 
C«H.-CO  .      C«H,-G 


Ferner  auch  die  Entstehung  von  Ketonen 
aus  Halogenalkylenen : 


CßH-^CO-CH 

an.-co 


c^h'-co^c 


CeH^— CO' 

Viele  Ketone  vermögen  Natriumsalze 
zu  bilden,  auch  Natrium  unter  Wasserstoff- 
entwickelung aufzulösen.  Diese  Natrium- 
verbindungen leiten  sich  mit  großer  Wahr- 
scheinlichkeit von  der  Enolform  ab: 

ONa 

R.CH=C.R. 

(Das  Acetonnatrium  ist  demnach  weiter 
nichts  als  Natrium-AllylalkoholatCH3.C(ONa) 
=  CH2.)  Auch  beim  Kochen  der  Ketone 
mit  Benzoylchlorid  oder  Essigsäureanhydrid, 
entstehen  Derivate  der  Enolform,  nämlich 
Ester  von  a,  /i-Olafinalkoholen : 
0  CO— CeH, 

II       +  : 

C,H3.C.CH3      G 
O.COCeHg 

+  HCl. 
C6H5.C=CH, 

Auf  den  umgekehrten  Vorgang  (Enol- 
form ->  Ketoform)  ist  die  Wasseranlage- 
rung an  Acetylene  zu  erklären: 

GH      H  CHo 

:l.    +  I     =  II    "     ^ 

GH3— G         OH      GH3— C-OH 

CH3 

I        . 
GH„-C=0 


GH, 


H 


GH, 


+ 


GH3-C-GI      OH      GH3— CO 


+  HC1. 


Die  Enolform  ist  gegenüber  der  Keto- 
form bedeutend  reaktionsfähiger  (Annalen 
398, 49).  Die  Selbstkondensationen  der  Ketone 
werden  wahrscheinlich  durch  die  E]no]form 
bedingt  (Annalen  388,  176). 

V.  Spezielle^Ketone. 

I.  Ketone  der  Fettreihe.  ia)Gesättigte 
Ketone.  Aceton  (Dimethylketon,  Keto- 
propan,  Propanon)  ist  der  einfachste  Keton 
und  schon  früh  bekannt  gewesen.  Es  bildet 
sich  häufig  bei  der  trockenen  Destillation 
vieler  organischer  Substanzen,  besonders 
reichlich  bei  der  Destillation  von  Holz  und 
ist  deshalb  immer  in  beträchtlicher  Menge 
im  rohen  Holzgeist  vorhanden.  Es  findet 
sich  auch  in  beträchtlicher  Menge  im  Harn 
der  Diabetiker  (Acetonurie),  während  im 
normalen  Harn  mit  Spuren  daran  enthalten 
sind. 

Die  Darstellung  des  Acetons  gelingt 
nach  den  meisten  oben  angeführten  Bildungs- 
weisen  der  Ketone.  Im  großen  gewinnt  man 
es  aus  Holzgeist  oder  durch  trockene  Destil- 
lation von  essigsaurem  Kalk.  Die  Reinigung 
geschieht  am  besten  über  die  Natriumbisulfit- 
verbindung. 

Das  Aceton  ist  eine  farblose  bewegliche 
eigentümlich  riechende  und  brennend 
schmeckende  Flüssigkeit,  Sdp.  56,5",  Fp. 
—94»,  d2o  0,7920.  Mit  Wasser,  Alkohol, 
Aether  ist  das  Keton  mischbar.  Aus  den 
wässerigen  Lösungen  läßt  es  sich  durch 
Pottasche  wieder  abscheiden.  Der  Prozent- 
gehalt von  Acetonwassergemischen  läßt  sich 
durch  das  spezifische  Gewicht  bestimmen. 
Das  Aceton  ist  ein  ausgezeichnetes  Lösungs- 
mittel für  viele  organische  und  auch  an- 
organische Stoffe. 

Die  Reaktionen  des  Acetons  sind  größten- 
teils schon  unter  III  beim  allgemeinen 
chemischen  Verhalten  der  Ketone  erläutert. 
An  besonderen  Reaktionen  sind  zu  nennen: 

1.  Einwirkung  von  Ammoniak.  Es  ent- 
stehen durch  Wasserabspaltung  und  gleich- 
zeitige Kondensation  mehrerer  Moleküle 
mehrere  basische  Substanzen:  Diaceton- 
amin, Triaeetonamin,  Triacetondiamin  u.  a. 


2CH,.G0CH., +  NH.,  = 


GH., 


n/ 


CH..CO.CH3 


CH3''    ^NH„ 

Diacetonamin 


7Ö0 


Ketone 


3rH,.("().("H.,   r  NH.. 


^c 


CH,' 


\ 


:C. 


NH  CH3 

Triacetoiianiiii 


("H,         ,CH„.CO.CH..       /CH. 
3CH.,.('(>.('11,  h  :>N1I.<=       ■     C(        "  ;c' 


f'H. 


NH. 


NH. 


^CH, 


Triacetondiamin 


Die  entstandenen  Verbinduni;'en  sind  als 
Animoniakderivate  des  Mesityloxyds  und 
l'liorons  aufzufassen. 

2.  Chloroform  wirkt  bei  (ieirenwart  von 
i;e pulverten)  Aetzkali  auf  Aceton  unter  Bil- 
dung: von  so2;enannteni  Acetonchloroform  ein, 
welches  durch  p]rhitzen  mit  Wasser  a-oxy- 
isobuttersäure  liefert: 

CH3.CO.CH3  +  CI3CH  = 
,CC1,  /COOK 

(CH3)2C(      ■    —>   (0H3)X( 

^OH  ^OH 

3.  Chlor,  Brom  und  Jod  wirken  in  alka- 
lischer Lösung  auf  Aceton  ein  unter  Bildung 
von  Chloroform,  Bromoform  und  Jodoform. 

Nachweis  von  Aceton:  Die  Bildung 
von  Jodoform  kann  zum  Nachweis  und  zur 
quantitativen  Bestimmung  des  Acetons 
dienen,  nur  muß  man  beachten,  daß  manche 
andere  Verbindungen,  vor  allem  der  Aethyl- 
alkohol,  unter  gleichen  Bedingungen  ebenfalls 
Jodoform  liefern.  Wendet  man  Ammoniak 
statt  Natronlauge  an,  so  kann  man  die  Aceton- 
])robe  auch  bei  Gegenwart  von  Alkoliol  vor- 
nehmen, wenn  er  nicht  in  allzu  großen  Mengen 


vorhanden  ist.  —  Ein  anderer  Nachweis 
beruht  auf  der  Bildung  von  Indigo  aus 
Orthonitrobenzaldehyd  und  Aceton  bei 
Gegenwart  von  Natronlauge.  — ■  Ferner 
kann  die  Entstehung  von  Dibenzalaceton  aus 
Benzaldehyd,  Aceton  und  verdünnter  Natron- 
lauge zum  Nachweis  dienen,  lieber  andere 
Methoden  s.  Zeitschr.  f.  analyt.  Chemie 
24,  147:  Ber.  18c,  195;  Ber.  32,  986;  A.  223, 
143. 

Das  Aceton  findet  Verwendung  als  Lö- 
sungs-,  Extraktions-  und  Kristallisations- 
mittel, ferner  zur  Herstellung  von  Chloro- 
form, Jodoform  und  Sulfonal.  Letzteres 
entsteht  durch  Kondensation  von  Aceton 
und  Aethylmerkaptan  und  nachfolgende 
Oxydation  durch  Permanganat  und  ist  ein 
wirksames  Schlafmittel. 

CH3. 

;CO  +  2C.,H5SH    — > 

m/ 

■C         " 


GH.: 


/"■\ 


SC,H. 


CH3^     /SüX.H, 

CH3/     ^SO.^CoH, 
Sulfonal 


Chloraceton  CICH..CO.CH3,  Sdp.  11»  bis  118»,  d^^  1,150. 

Dichloraceton  CLCH.CO.CHa,  Sdp.  120»  bis  121»,  d^-  1,234. 

Trichloraceton  Cr3C.CO.CH3,  Sdp   170"  bis  1?2<».   bildet  mit  Wasser  ein  Hvdrat  d 

CH3  +  2H2O,  welches  bei  44»  schmil/J,. 
Hexachloraceton  CI3C.CO.CCJ3,  Fp.  ^2»,  Sdp.  202o  bis  204».  d^^  =  1.744    bildet  e 

ein  Hydrat 
Hromaceton  BiCHo.CO.CH,,  Sdp.  «  31«,  d  =  1,99. 

Jodaceton  JCH0.CO.CH3,  Sdp.  ,,  58".  sehr  stechend  riechendes  Gel.  d--^  =  2.17. 
Nitroaceton  NO; . CHg . CO .  CH3. 


3C.CG. 
beidaü- 


Methvl-äthvl-Keton  CHg.CG.CH,,  Sdp.  78",  d^"  0.084  findet  sich  im  Holzgeist. 
Methyl-propvl-Keton  CH3.CO.C3H,,  Sdp.  102"  d^"  0,808. 
Methvl-isopropvl-Keton  CH3.CO.C3H;,  Sdp.  95"  d^"  0,805. 
Methyl-n-butyl-Koton  CHg.CO.CHg,  Sdp.  127"  bis  128"  d"  0,830. 
Methyl-tertiärbutyl-Keton  CH3.CO.C(CH3)3,   wird  auch  Pinakolin   genannt,  da  es   aus 

Pinakon  durch  Umlagerung  und  Wasserentziehung  entsteht  (s.  oben).    Durch  Oxydation 

mit  Permanganat  ireht  es  in  Trimethylessigsäure  über. 
Methvl-n-amvl-Keton  CH3.C0.C5H,i,  Sdp.  144  bis  145",  d''  0,817. 
Methvl-hcxyl-Keton  C()3.CO.C6Hi3,  Sdp.  171",  d"  0,835. 
MethVl-heptvl-Keton  CHg.CO.C-H.ä,  Fp.  -15",  Sdp.  193". 
MethVl-oktvl-Keton  CH.,.C0.C,Hi7,  Fp.  +3,5",  Sdp.  211". 
Methvl-nonvl-Keton  CH'g.CO.CgHio,  Fp.  15»,  Sdp.  225«. 
Methvl-decvl-Keton  CH3.CO.G10H..,,  Fp.  21",  Sdp.  247". 
Methvl-und'ecvl-Keton  CH3.CO.C,i"H.,3.  Fp.  28",  Sdp.  2G3". 


Ketone 


751 


Methvl-dodecvl-Keton  CH  .CO.C^oHas,  Fp.  34",  Sdp.  20?' 
Metlivl-tridec\l-Keton  CH3.CO.C13H0.,  Fp.  39"    Sdp.i""  224". 
MethVl-tetradecvl-Keton  CH..CO.ChHo9,  Fp.  43".  Sdp.i""  231". 
Methv]-pentadee\]-Keton  CH3.CO.C15H31,  Fp.  48,  Sdp.'""  242". 
Methyl-hexadeevi-Keton  CH3.CO.C16H33,  Fp.  52",  Sdp.i""  252". 


Methy]-heptadecyl-Keton  CH.,.CO.C,,H35,  Fp.  55".  Sdp.'""  2(55" 


Diaethyl-Keton,  rropion  ((,'oH-)oC(),  Sdp.  56",  d"  0,812. 
DipropVl-Ketoii.  n-Butvron  (CgH^y^CO.  Sdp.  103",  d"  0,833. 
Di-isopropyl-Ketoii,  Isobutyron  (C,H:).,C0.  Sdp.  124".  d''  0,825. 
Di-n-butvl-Keton,  Valeron  ■(f'.H9),C0,"Sdp.  144",  d^"  0,820. 
Di-iso-butyl-Keton,  Isovaleron  (C.X^.CO,  Sdp.  181"  bis  182".  d"  0.833. 
Di-n-amyl-Keton,  Capron  (C,H,i)oCOr  Fp.  +15",  Sdp.  227". 
Di-ii-hexvl-Keton,  Oenanthon  (CeHi.loCO,  Fp.  30",  Sdp.  263". 
Di-n-heptyl-Keton,  Caprylon  (CVHi.^i.^CO,  Fp.  40". 
Di-ii-nonvl-Keton,  Caprinon  (CgHigjoCO,  Fp.  58°. 
üi-11-iiiidecyl-Keton,  Lauron  (CnHjö).,CO.  Fp.  69". 
Di-n-tridecyl-Keton,  Myriston  (Ci3HV).>C0,  Fp.  76". 
Di-n-peiitadecyl-Keton."Palmiton  "(Q,i'r^.:i^).fX),  Fp.  83". 
Di-11-heptadeeyl-Keton,  Stearon  (V^.^^rXJuO,  Fp.  88". 

Die  Trivialnamen  der  vorstehenden  Ketone  rühren  von  ihrer  Darstellung"  aus  den  Kalk- 
salzen der  entsprechenden  Säuren  (Propionsäure,  Buttersäure,  Valeriansäure,  Capron- 
säure  usw.)  her. 


ib)  Ungesättigte  Ketone.  Die  un- 
gesättigten Ketone  entstehen,  wie  schon 
oben  gesagt,  hauptsächlich  durch  Selbst- 
kondensation von  Ketonen,  ferner  durch 
Kondensation  von  Aldehyden  mit  Ketonen, 
indem  die  intermediär  gebildeten  Keton- 
alkohole  Wasser  abs])alten: 


0 


CH, 

J.CO 

.CH 

+ 

H 
OH 

CH3 

.CO 

CH, 

— CH 

CH.,. 

CO. 

CH=( 

^C.R^ 


CH.R 

Weiterhin  durch  Abspaltung  von  Halogen- 
wasserstoff aus  /j-Halogenketonen: 

R.CHBr.CHa.CO.CHg  == 
R  CH=CH.C0.CH3+HBr 

Schließlich  auch  durch  Spaltung  von 
Ketonsäureestern,  die  mit  ungesättigten 
Radikalen  substituiert  sind. 

Bei  den  Reaktionen  der  ungesättigten 
Ketone  tritt  eine  Besonderheit  insofern  ein, 
als  Additionsreaktionen  nicht  nur  an  der 
CO-Grup]je,  sondern  auch  an  der  Kohlen- 
stoffdo])pelbindung  C  =  C  eintreten  können 
und  dadurch  häufig  kom])lizierte  Verbin- 
dungen entstehen : 

A  e  t  h  y  1  i  d  e  n  a  c  e  1 0  n  CH3  .  CH  =  CH 
.  CO  .  CH3,  Sdp.  122". 

Mesityloxyd  CH3 .  (CH3)C  =  CH  .  CO 
,  CH.,.  Sdp.  130",  d23  0,848  entsteht  leicht 
aus  Aceton  durch   Selbstkondensation.     Es 


ist  ein  nach  Pfeffermünze  riechendes  Oel, 
welches  in  Wasser  nicht  löslich  ist. 

Allylaceton  CH3.CH  :CH.CH„.C() 
.CHo,  Sdp.  128"  bis  130",  d^'  0,834  entsteht 
durch  Spaltung  des  Allylacetessigesters. 

P  h  0  r  0  n       (CH3)lc  =  CH  .  CO  .  CH 


=  CfCH, 


lange    gelblichgrüne    Kristalle. 


Fp.  +  28",  Sdp.  190"  bis  191"  mit  geranium- 
ähnlichem  Geruch.  Löst  sich  in  konzentrischer 
Schwefelsäure  mit  gelblichroter  Farbe  (Halo- 
chromie). 

Pseudoionon  (CHglgC  :  CH  .  CHo .  CHo 
.  C(CH.,)  :  CH  .  CH  :  CH  ."CO  .  CHo  gehört 
schon  zu  den  olefinischen  Terpenen  (s. 
doch)  und  entsteht  durch  Kondensation 
von  Citral  mit  Aceton  (s.  unten).  Durch 
Einwirkung  von  Schwefelsäure  geht  es  in 
den  Riechstoff  lonon  über,  welcher  dem 
Geruchsstoff  der  Veilchen  (Iron)  sehr  ver- 
wandt ist. 

IC)  Poly ketone.  Ketone,  welche  zwei 
oder  mehreie  CO-Gruppen  enthalten,  werden 
nach  der  Stellung  der  CO-Gruppen  zu- 
einander bezeichnet.  Diketone  mit  benach- 
barten Carbonylgruppen  (R  .  CO  .  CO  .  R) 
heißen  1,2  Diketone  oder  «-Diketone.  Sind 
die  CO-Gruppen  durch  ein  Kohlenstoffatoni 
getrennt,  gelangt  man  zu  1.3  Diketonen  oder 
/?-Diketonen  (R  .  CO  .  CH,  '.  CO  .  R)  und  ähn- 
lich zu  1,4  Diketonen,  :- -Diketonen 
(R  .  CO  .  CH. .  CH, .  CO  .  R)  usw.  Nach 
der  Genfer  Nomenklatur  setzt  man  vor  die 
für  die  Ketone  charakteristische  Endung 
,,on"  die  Silbe  di-  bezw.  tri-  und  bezeichnet 
die  Stellung  der  Carbonvlgruppen  durch 
Zahlen: 


r^9. 


Ketone 


CH3.CO.CH2.CO.CH3 
2,4-Pentandion. 

1,2-Diketone  werden,  wie  schon  oben 
(S.  748)  erwähnt,  am  besten  aus  den  Isoni- 
trosoketonen  (Oximidoketonen)  gewonnen. 
1,3-Diketone  entstehen  leicht  durch  Ein- 
wirkung von  Fettsäureester  auf  Ketone  bei 
Gegenwart  von  Natriumäthylat,metalliscliem 
Natrium  oder  Natriumamid,  wobei  das 
Diketon  in  Form  des  Natriumsalzes  er- 
halten wird  (Claisen). 

CH3.COOC2H5  +  CH3.CO.CH3  + 


oxal,  Butandion  CH3  .  CO  .  CO  .  CH3  ist 
eine  gelbe  flüchtige  Flüssigkeit  von  stehendem 
chinonartigem  Geruch,  ähnlich  wie  Glyoxal 
(vgl.  den  Artikel  „Aldehyde").  Sdp.  88», 
d^o  0,973.  In  Wasser  ist  es  mit  gelber  Farbe 
leicht  löslich.  Mit  Ortho-phenylen-diamin 
bildet  es  ein  Chinoxalin: 


CHo-CO       NH 

■     + 


CH, 


CO       NH,- 

N 


Essigester 


Aceton 


NaOC.H.  =  CH,.C=CH.CO.CH. 


CH3- 
CH  J 


i  +  2H20 


ONa 
Acetylaceton-Natrium. 
+  2C2H5OH 


N 


Durch    Einwirkung    von    Alkalien    auf 

Diacetyl    erfolgt    eine     Selbstkondensation. 

1,4-Diketone  erhält  man  durch  Spaltung  j  indem  zuerst  ein  Aldol  des  Diacetyls  (oder 

von    1,4-Ketonsäureestern,    welche    aus    ß-  \  ein  ungesättigtes  Triketon)  entsteht,  welches 

Ketonsäureestern  leicht  erhältlich  sind.  '.  dann    unter    Wasserverlust    in    ein    Chinon 

Diacetyl,    Diketobutan,    Dimethylgly-   übergeht: 


2CH3.CO.CO.CH,  — > 


CH3.C.CO.CH3 


HO  CH2.CO.CO.CH3 

CH3— C.CO.CH 

II  II 

CH.CO.C.CH3 

Diniethylchinon  (Xylochinon) 


CH3.C.CO.CH3 

II 
CH.CO.CO.CH, 


Ammoniak  läßt  aus  Diacetyl  glatt  ein 
substituiertes  Glyoxalin  entstehen,  ein  Vor- 
gang, den  man  sich  durch  intermediäre 
Bildung    von    Acetaldehyd    erklären    kann: 


CH3.CO 

I 
CH,.CO 


2NH3  +  CHO.CH3- 


CH3    C -NR 
3HoO+  II  2C.CH3 

CH3— C— N    ^ 
Trimethylglyoxalin 

Das  Dioxin!  des  Diacetyls  CH3.C(:N0H) 
.  C(:NOH) .  CH3  ist  das  in  der  analytischen 
Chemie  bekannte  Nickelreagens,  Dimethyl- 
glyoxim  genannt.  Es  bildet  auch  mit  Kobalt, 
Platin,  Eisen,  Kupfer  charakteristische  Kom- 
j)lexverbindungen. 

Acetylaceton,  2,4-Pentandion  CH3.CO 
.  CH2  .  CO  .  CH3  farblose  Flüssigkeit,  Sdp. 
137«,  diso  0,979  Die  Verbindung  hat  Säure- 
charakter und  ist  befähigt  eine  große  Zahl 
von  schön  kristallisierenden  Salzen  (Acetyl- 
acetonaten)  zu  bilden.  Besonders  charakte- 
ristisch durch  seine  Schwerlöslichkeit  ist 
das  Kupfersalz,  welches  deshalb  zur  Reini- 
gung und  Isolierung  des  Acetylacetons  dient. 


Die  Salze  des  Diketons  leiten  sich  von  einer 
Enolform  ab  z.  B.  CH3.CO.CH=C(ONa).CH3, 
das  freie  Keton  enthält  aber  höchstwahr- 
scheinlich fast  nur  Ketonform  CH3.C0.CH^ 
.  CO  .  CHg.  Das  Acetylaceton  zeigt  große 
Analogien  mit  den  Reaktionen  des  iicetessig- 
esters.  Eisenchlorid  in  alkoholischer  Lösung 
färbt  intensiv  rot.  Verdünnte  Säuren  und 
Alkalien  spalten  beim  Erhitzen  in  Aceton  und 
Essigsäure. 

CH3 .  CO  .  CHo  .  CO  .  CH3  +  H„0  = 

CH3  .  COOK  +  CHg  .  CO  .  CH3 
Durch    Einwirkung    von    Hydroxylamin 
auf    Acetylaceton    entsteht     ein     Isöxazol. 

CH,— CO.CH3 

I 
CH3-CO  +  NH, 

OH 

CH-C— CH., 

II        II 
Cilg-G       N  +  2HoO 

\/ 
0 

Aehnlich  erhält  man  aus  Phenylhydrazin 
und  Acetylaceton  ein  Pyrazol: 


Ketone 


753 


CH2.CO.CH3 
CH3.CO  +  NH. 

NH-CßHg 


CH-CH 

II        II 
CH,— C       C— CH, 


CH— CH 

II        II 
CH,— C       C— CHc 


CH, 


CH-C-CHg 

II        II 
-C      N 
\/ 
NCeHs 


+  2H20 


Dimethylphenyl-pyrazol 

A  c  e  1 0  n  y  1  a  c  e  1 0  n  ,  2,ö-Hexandion 
CH3  .  CO  .  CH., .  CH, .  CO  .  CH.,  Fp.  —  9», 
Sdp.  1940,  d2o  0,973  ist  eine  farblose,  an- 
genehm riechende,  mit  Wasser  mischbare 
Flüssigl^eit,  welche  sich  leicht  ans  Diacetyl- 
bernsteinsänreester  dnrch  Verseifnng  nnd 
COo-Abspaltnng  herstellen  läßt.  Das  Acetonyl- 
aceton  läßt  sich  dnrch  eine  Reihe  von  Reak- 
tionen leicht  in  heterozykhsche  Substanzen 
überführen.  Beim  Destillieren  über  Chlor- 
zink oder  Phosphorpentoxyd  wird  Wasser 
abgespalten  nnd  es  entsteht  Dimethyl- 
f nran . 


NH 

Dimethyl-thiophen  Diraethylpyrrol 

T  r  i  k  e  1 0  p  e  n  t  a  n  ,  2,3,4-Pentantrion 
CH. .  CO  .  CO  .  CO  .  CH^  entsteht  aus  Acetyl- 
aceton  mittels  salpetriger  Säure  oder  Nitroso- 
dimethylanilin  (Ber.  40,  2714)  und  ist  ein 
orangegelbes  Oel,  Sdp.  ^"  65°  bis  70'^,  das 
mit  Wasser  ein  farbloses  kristallinisches 
Hydrat  CsHßOg  +  HoO  bildet. 

Diacetylaceton,  2,4,6-Heptantrion 
CH3 .  CO  .  CHo .  CO  .  CH. .  CO  .  CH3  farb- 
lose Kristalle,^  Fp.  49",  "^zerfällt  schon  bei 
gewöhnlicher  Temperatur  langsam  in  Di- 
methylpyron  und  Wasser: 

CH,-C0.CH3 

co^ 

^CHa-CO.CHg 

/CHo 
CH  =  C^      ^ 


co/^ 


^CH  =  C 


0     +  H2O. 
CH, 


CH,-CO-CHo      CH=C^ 


CH2-CO-CH3 


CH=Cv 


CH3 

;0     +  H.O 

^CH, 


Analog  erhält  man  mit  Schwefelphosphor 
Dimethyl-thiophen  und  mit  alkoholischem 
Ammoniak  D  i  m  e  t  h  y  1  p  y r  r  0 1 : 


2.  Aromatische  Ketone.  2a)  Ge- 
sättigte Ketone.  Acetophenon,  Phenyl- 
methyl-Keton,  Acetylbenzol,  Hypnon  CgHs 
.  CO  .  CH3,  Fp.  20,50,  Sdp.  2020,  di5  1,032 
besitzt  hypnotische  Eigenschaften.  Analog 
wie  Aceton  erleidet  es  beim  starken  Er- 
hitzen   oder    Einleiten    von    Salzsäure    eine 

j  Selbstkondensation     zu   Dypnon    oder   Tri- 

I  phenylbenzol: 


2CH3.CO.C6H5  =  CßHg-C  =  CH.CO.C^H,,    +  HoO 


CH, 


3CH,.C0.CeH,  =  CßH,-< 


.C«H. 


"^C«H. 


+  .3H,0 


Mit  Blausäure  vereinigt  sich  Acetophenon 
zum  a-Phenylmilchsäurenitril : 
OH 

CH3.C(CeH5).CN 


Ammoniak  und  Acetophenon  reagieren 
miteinander  wie  die  Fettketone  (mit  Aus- 
nahme des  Acetons): 


3CH,.CO.CeH5  +  2NH, 


CH3 

CH^-C-N         CH3 

^G(  +  3H2O 

CeH,-C  =  N/    \CeH5 

/ 
CH3 

Mit  Anilin  tritt  das  Acetophenon  beim   ZnClolNHoCgHg),  zum  Acetophenonanil  zu- 
Erhitzen    mit    ein    wenig    Zinkchloridanilin   sammen  (Ber.  43,  2476  [1910]). 

CfiH., .  CO  .  CH3  +  NHaCßHs  =  CßHg .  C(:  NCeHg) .  CH3  -f  H^O. 

Handwörtorliuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V.  4o 


754  Ketone 

p-Chloracetophenon  Cl.CeH^.CO.CHs,  Fp.  20«,  Spd.  230». 

p-Bromacetophenon  Br.CgHj.CO.CHg,  Fp.  5P. 

p-Jodacetophenon  J.CeHj.CO.CHg,  Fp.  83°. 

Acetopheiionchlorid,  Plienacylchlorid  CgHg.CO.CHoCl,  Fp.  59«,  Sdp.  245<'. 

Acetophenonbromid,Phenacylbromid  CgHs.CO.CH.^.Br,  Fp.  50". 

o-Nitroacetophenoii  NOo.CßHi.CO.CH.,,  Sdp.i«  löQ*-'. 

m-Nitroacetophenoii  Fp.  81". 

p-Nitroacetophciiou  Fp.  80°. 

Isonitroso-acetophenon  C6H,.C0.CH(:N0H).  Fp.  126»  bis  127". 

p-Oxyacetophenon  HO.CgHt.CO.CHa,  Fp.  107". 

Resacetophenon,  2,4-Dioxyacetophenon  (HOjoCgHg.CO.CHg,  Fp.  142". 

Gallacetophenon  2,o,4-Tnoxyacctophenon  (HÖjgCeHg.CO.CH.,,  Fp.  168". 

co-OxyacetODhenon,   Benzovlcarbinol,  Acetophenonalkohol  CgHs.CO.CHaÜH,  Fp.  8;'.". 

Propiopheuoii,  Plioiivl-ätlivl-Keton  Cells.CO.C.Jiö,  Fp.  18,.),  ^dp.  210". 
Butyrophenoii,  Phen\l-propvl-Keton  CgHs.CO.CsH^,  Sdp.  222". 
Valerophenon,  PhenvI-biityr-Kcton  (V,H5.CO.C4H<,,  Sdp.  237". 
Phenvlaceton,  Penz\l-methvl-Keton  CeHs.CH.^.CÖ.CH.j,  Fp.  27",  Sdp.  215". 
Benzylaceton  CGHg.CH.^.CHo.CO.CHg,  Sdp.  235". 
p-Tolvl-metlivl-KetoirCHs'.CcH^.CÖ.CHg,  Sdp.  224". 
Mesityl-methyl-Koton,  Acetylmesitylcn  2,4,6-(CH,;)3C6Ho.CÜ.CHo,  Sdp.  235". 

Benzopheiion  CgHj .  CO  .  CgHs  bildet ;  Erkaltenlassen  entsteht,  Fp.  26"  bis  26,5". 
;?roßerhombischeKristalle,  Fp.  48",  Sdp.  306".  j  Sie  geht  sehr  leicht,  besonders  rasch  beim 
Es  existiert  noch  eine  zweite  Modifikation,  I  Impfen,  in  das  Benzophenon  vom  Fp.  48" 
die  dnrch  Destillieren  oder  hohes  Erhitzen  des  j  über.  Beim  Schmelzen  mit  Kali  zerfällt 
gewöhnlichen  Benzophenons  und  vorsichtiges  1  das    Keton    in    Benzoescäure    und    Benzol. 

o-Nitrobenzophenon  NO.^.C6H..C(3,C6H,,,  Fp.  195". 

p-Nitrobenzophenon  Fp.  138". 

p-üxybenzophenon,  HO.CeH^.CO.CgH,,,  Fp.  134". 

p-Methoxy benzophenon  CH30.C6H,.CO.CgH^,  Fp.  61,  Sdp.  355". 

2,2-Dioxvbenzophenon    HO.CeH^.CO.CgH^.OH.    hellgelbe    Prismen.    Fp.    59"— 60", 

Sdp.  330  bis  340". 
4.4-Dioxvbenzophenon  Fp.  210". 

4;4-Dime"thoxy benzophenon  CH30.C6H4.C0.CcH,.0CH3,  Fp.  148". 
2,3,4-Trioxybenzophenon,    Alizaringelb    A  (HOjaCeHo-CÖ.CeH^,    Fp.  140",    wird    aus 

Pyrogallol  und  Benzoesäure  gewonnen  und  d'ent  als  Farbstoff. 
2,4,6-Trioxy benzophenon.    Derivate  (Methylester)   dieses  Ketons   sind  eine  Reihe  von 

Substanzen,  die  in  der  Coto-Rinde  vorkommen  und  ,,Cotoine"  genannt  werden. 
o-Tolyl-phenylketon  CH.3.C6H,.CO.C6H5,  Sdp.  315". 
m-Tolyl-phenylketon,  Sdp.  314". 
p-Toly]-phenylketon   ist  wie  das  Benzophenon  in  zwei  Modifikationen  bekannt.     Die 

stabile  Form  schmilzt  bei  59",  die  labile  bei  55". 
Be.nzoyl-mesitylen     C6H5.CO.CgH.,(CH3)2,    Fp.   36",    Sdp.    317",   bildet   kein    Phenyl- 

hydrazon,  Oxim  oder  Änil  (sogenannte  „sterische  Hinderung"). 


Desoxybenzoin,  Benzyl-phenylketon  CeU5.CO.CH3.C6H5,  Fp.  60",  Sdp.  314". 

Benzoin  C6H5.CH(0H)."C0.C6H5  ist  ein  Ketonalkohol  und  entsteht  durch  Kondensation 
von  Benzaldehyd  mit  Cyankalium.     Schwach  gelbliche  Nadeln,  Fp.  134". 

Benzpinakolin  (CßH5)3C.C0.CeH^,  Fp.  181",  zeigt  in  seinen  Reaktionen  ebenfalls  die  Er- 
scheinung der  steri^chen  Hinderung. 

Dibenzylketon  C6H5.CH.,.C0.CH..C6H3,  Fp.  40",  Sdp.  330«. 

Benzylacetophenon  CßH^.CHo.CHo.CO.CeHg,  Fp.  73". 

Diphenvl-propiophenon'  (CellVCHVjoCH.CO.CeHs,  Fp.  96". 

Dibenzvl-acctophenon  (C6H5.CHo).,CH.CÖ.C6H5,  Fp.  78". 

Dibcnzylaceton  (C6H5.CHo.CH:,)„C0,  Sdp.'^o  280  bis  285". 

4-Phenvl-benzophenon  C^E^.C^i^^.CO.C^U,,  Fp.  106». 

4,4-Diphenvl-benzophcnon  CcH,.C6H4.CO.C6H4.C6H„  Fp.  229". 

a-Naphtvl-phenvlkoton  CoH^.C^O.CßH^,  Fp.  75,5". 


Ketone  755 

^-Naphtyl-pheiiylketon  Fp.  82». 

Fluorenoii,   Diphenylenketon    •        ^CO,     gelbe  Kiistalle,  Fp.  84". 

Retenketoii.  l-Metliyl-4-Isopropyl-Diphenylenketoii  CgH- — C6H4 — CH^,   gelbe  Ivristalle, 

ÖeH>CO      ' 
Fp.  90». 

Chrysoketon,     Naphtofluorenon      • '°    ^/CO,    Fp.  130". 


2b)  Ungesättigte  Ketone.     Benzal-         Phenylpropenylketon  CgH- .  CO 

aceton,    Benzylidenaceton,     Styrylmethyl- 1 .  CH  :  CH  .  CH3,  Sclp.-"  135". 
Keton,    4-Phenylbiitenon    (2).       CgHs .  CH  !       Benzalpinakolin    CeHg .  CH  :  CH  .  CO 
=  CH  .  CO  .  CH3,  entsteht  leicht  durch  Kon-     CfCH,).    Fp    4P    Sdp  -'"  154" 
densation    von    Benzaldehyd    und    Aceton  ; "     cinn'amylidenaceton    C.H. .  CH  :  CH 
mittels  verdünnter  Natronlauge  und  bildet     CH  •  CH    CO    CH     Fü    68" 
schwach  hellgelbe   Kristalle,  Fp.   41",   Sdp.  I "      „  *        ',        '      i^'  ^,1  *  1,      /-,  tt   -,tt 

262".    Das  Phenvlhydrazon  lagert  sich  beim      ^,?^^i^^^?;^,6,^0P\\«^'?"' 9^^1^7^^6P5f  H 
Erhitzen  in  ein  Pvrazolinderivat  um:  •  ^H  .  CO  .  CßHg,  hellgelbe  Kristalle,  Fp.  58", 

i  Sdp.  34b". 
CH3.C   -N.NH.CgHg  Dypnon  CgHs .  CCCHg)  :  CH  .  CO  .  C^Hg, 

CH=CH  C  H  '  ^^'^^^  ^®^'  ^"^P  ^^  ^^^'''  ^"tsteht  leicht  durch 

— b    .i^giis  I  Selbstkondensation    von    Acetophenon    ver- 

CHg.C^Nx  i  mittels  gasförmiger  Salzsäure. 

I        yN.CgHg  Benzaldesoxybenzoin          CgHj .  CH 

H^C-C    CßHg  :  C(CcH5) .  CO  .  CßHs,  Fp.  101". 

Mit    Säuren   liefert   das    Keton  orange-'        Styryl-benzyl-keton    CgH, .  CH  :  CH 
farbene    x\dditionsprodukte    (Halochromie).  i .  CO  .  CH2  .  CgHg,  Fp.  71". 

Dibcnzalaceton  CßH^  .  CH  :  CH  .  CO  .  CH  :  CH  .  C^Hs  bildet  gelbe  Nadeln,  Fp.  112" 
und  ist  durch  die  bei  ihm  stark  auftretende  Halochromieerscheinung  ausgezeichnet. 
Mit  Salpetersäure  bildet  das  Keton  z.  B.  ein  orangerotes  Additionsprodukt: 
(CgH, .  CH  :  CH).,CO  .  HNO3  (Ber.  45,  2904  [1912]). 

Cinnamylidenaceto'phenon  C^'R, .  CH  :  CH  .  CH  :  CH  .  CO  .  CgHs,  Fp.  103". 

2c)  Polyketone. 

Acetybenzoyl  CgHg .  CO  .  CO  .  CH3,  gelbes  stechend  riechendes  Oel,  Sdp.  214". 

Benzoylaceton,  Acetylacetophenon  CßHg .  CO  .  CHo .  CO  .  CH3,  Fp.  60",  Sdp. 
261". 

Acetophenonaceton,  Phenacylaceton  CgH^.CO.CHo.CHg.CO.CHg,  gelbes  Oel,  geht 
als  1,4-Diketün  leicht  in  Furfuran,  Thiophen  und  Pyrrolderivate  über,  s.  Acetonyl- 
aceton. 

Phenyl-methyl-triketon  CsH5.CO.CO.CO.CH3,  Sdp.^^  138",  rotgelbes  Oel,  bildet 
mit  Wasser  ein  farbloses  Hydrat,  Fp.  54"  bis  58".     Reduziert  Fehlingsche  Lösung. 

Benzil,  Diphenylglyoxal  CcHg .  CO  .  CO  .  CgHg  entsteht  leicht  aus  Benzoin  CßH^ .  CH(OH) 
.  CO  .  CgHg  durch  Oxydation  mit  Salpetersäure. 

Dibenzoylmethan  CgHs ".  CO  .  CHo .  CO  .  C^Hg,  Fp.  81". 

Diphenyltriketon  CßHg  .  CO  .  CO"  CO  .  CgHj,  gelbe  Ivristalle.  Fp.  67",  mit  Wasser  entsteht 
ein  "^f arbloses  Hydrat,  F.  89". 

Dibenzoylacetylmethan  (CgHg .  CO).,CH  .  CO  .  CH3,  Fp.  107"  bis  110".  Die  Enolform 
dieses  Ketons  (CßH,^ .  CO)oC  :  C(OH) .  CH3  ist  isoliert  worden,  Fp.  85"  bis  90".  Ans 
der  Ketonform  entsteht  die  Enolfoim  durch  Auflösen  in  Natriumäthylat  und  Aus- 
füllen mit  kalter  Essigsäure.  Umgekehrt  geht  die  EnoH'orm  durch  einfaches  Umkristalli- 
sieren aus  heißem  Alkohol  in  die  Ketof 01m  über.  Die  Enolform  gibt  mit  Eisenchlorid 
eine  blutrote  Färbung  und  addiert  Brom;  beides  tut  die  Ketoform  nicht. 

Tribenzoylmethan  (CgHj  .  C0)3CH  existiert  ganz  analog  wie  das  Dibenzoylacetylmethan 
in  zwei  wechselseitig  ineinander  überführbaren  Formen,  einer  Ketoform,  Fp.  223"  bis 
226"  und  einer  Enolform  (CeHg .  CO^gC  =  C(0H)C6H5,  Fp.  210"  bis  220".  Letztere 
addiert  Brom  und  gibt  mit  Eisenchlorid  eine  tief  dunkelrote  Färbung  und  geht  beim 
Aufbewahren,  schneller  beim  Erhitzen,  in  den  Ketokörper  über. 

Dibenzoyläthan,  Diphenacyl  CgHs .  CO  .  CHo .  CH, .  CO  .  CßHg,  Fp.  145". 

48* 


TöG  Ketone 

Dibenzovläthvlen    CyT- .  CO  .  CH  :  CH  .  CO  .  CßHr,,    cis-Form    Fp.     134»,    traus-Form 

Fp.  "IIP.  ■ 
DipheiiyltetraketoM  Cgtls .  CO  .  CO  .  CO  .  CO  .  CgHä,  rote  Kristalle,  Fp.  87",  bildet  ein 

gelbes  Hydrat. 
Dibenzoylpropaii  Cßlls .  CO  .  CHo .  CH, .  Cll^ .  CO  .  CßH,,  Fp.  67«^. 

3.   Hydroaromatische  Ketone. 

CH,— CH2. 

Cyklohexanon.  Piiiioliiikcton  CH,  )C0,    pfeffermünzartis:    riechendes    Oel, 

"    CH,-CH./ 

Sdp.  IÖ50.  d22  0,947. 

HC(CH3)-CH, 

3-MethylcYklohpxanon    CHos"  /CO   ist    durch    Spaltung-   von   Pulegon 

"^    CH,-CH2     ^ 

erhalten  worden,  Sdp.  163". 

CO^CHo 

1.3-CYklohexaiidion,   Dilivdroresorcin  GU/  )C0,  Fp.  104"  bis  10B'\ 

"\CH.,-CH/ 

CH0-CH2 

1,4-Cyklohexandion.  Diketo-hexamethylen  C0(^  ^CO,  Fp.  78",  entstellt  aus 

CHg — ^CH2 

Succinvlobernsteinsäureester  durch  Verseifung  und  COo-Abspaltung. 

CO— CHo 

Triketohexamethvleii    CH.<  >C0  ist  noch  nicht  isoliert  worden.     Es  tritt 

■^CO-CH.j/^ 

soiort  Umlagerung  zu  Phloroglucin  ein  (vgl.  den  Artikel  ,, Phenole").     Doch  sind 

Derivate  des  Triketohexamethvlens  aus  Phloroglucin  erhalten  worden. 

/CO— CO^ 

Hexaketohexamethvlen,  Trichinoyl  C0(  >C0  +  8H,0,    Fp.  95"  unter  Zer- 

^CO— CO^ 

Setzung. 

C(CHp)  =  CH 

Triinethvlcvklohexenon,       Isoacetophoron,       Isophoron       CH,  /CO, 

^      ■  C(CH.5)  — CH/^ 

Sdp.^"  89"  entsteht  durch  Selbstkondensation  von  Aceton  bei  Gegenw^art  von  Kalk 

oder  Natriumäthylat. 

CH  =  CH         riTT 

IronCHo-^  NC(nxj^  ist   aus  dem   ätherischen  Oel  der  Veilchen- 

-  \  /      CJI3 

CH3    CH  —  CH    CH  =  CH— CO— CH3 

Wurzel  isoliert  worden,    Sdp.  144",  d-"  0,939,  |a]i)  +  44"  besitzt  in  starker  Verdünnung 

intensiven  Veilchengeruch. 

CH2  -  CH.,^       /CH3 

Ion 011  CH^  "V,_CHo  ■   ^(^P-'^  127»,  d^»  0,930,  kommt  im  Gerucli 

^C(CH3)-CH-CH=CH.C0.CH3 
dem  Iron  sehr  nahe  und  wird  deshalb  technisch  zur  Gewinnung  des  Veilchen- 
parfüms hergestellt.  Man  geht  zu  diesem  Zweck  vom  Citral,  einem  Aldehyd, 
der  sich  in  vielen  ätherischen  Oelen  findet,  aus  und  kondensiert  dasselbe  mit 
Aceton  mittels  Barytwasser.  Das  entstandene  Produkt  (Pseudoionon)  wird  mit 
Schwefelsäure  oder  w^ässerigen  Salzlösungen  behandelt,  wodurch  unter  Wasser- 
anlagerung und  darauf  folgender  Abspaltung  ein  Ringschluß  erzielt  wird  und  Ionen 
entsteht : 
CH3  CH3  CH,  CH, 

\/  \/ 

C  C 

CH    CH— Cf     +CH3.CO.CII3  — >  CH    CH  -CH=CH.CO.CH,    — > 
I        II  ^H  I        II 

CHo  C-CH3  CHo  C-CH3 

\/  \7 

CH,  CH. 

CltraJ  Pseudionoii 


Ivetoue  —  Ivetten-  und  Ringsysteme 


(Ol 


CH3  CH3 
C-OH 


CH,  CH. 

V' 
V 


''^  H,C      C— H,.CH:CHC0CH3    —^   H^C      CH.CH:CH.Cü.CH, 


H2C     C(OH).CHg 


CH, 

Pseudoiononhvdiat 


HoC     C-GH., 


CH 
Jouou 


Ketone,  welche  sich  von  Hexahydroeymol 
CH3 .  CßHjo  ■  C3H7  ableiten,  gehören  zu  den 
Terpenen  und  werden  dort  abgehandelt 
(vgl.  den  Artikel  ,,Terpene").  Ferner 
existieren  noch  zahlreiche  zyklische  Ketone 
(liulone,  An  throne,  Phenanthrone  usw.), 
die  jeweils  bei  den  betreffenden  zyklischen 
Grundsubstanzen  besprochen  sind  (vgl.  die 
Artikel  ,,Indene,  Anthracen,  Phenan- 
thren  usw.). 

Literatur.  F.  Beilstein ,  Handhuch  der  or- 
(jdniüclien  Vhcmie.  Hamburg  und  Leipzig  ISG.i 
bis  1906. 

G.  Ueddelien. 


Ketten-  und  Ringsysteme. 

1.  Gründe  für  die  Aufstellung  von  Ketten- 
formeln. Offene  Koldenstoffketten  mit  nur  ein- 
fachen Bindungen.  2.  Offene  Kohlenstoff  ketten 
mit  Doppelbindungen.  3.  Offene  Kohlenstoff- 
ketten mit  dreifacher  Bindung.  4.  Gründe  für 
die  Aufstellung  von  Ringformeln.  Ringe  mit 
nur  einfachen  Bindungen.  5.  Ringe  mit  einfach 
und  doppelt  gebundenen  Koldenstoffatomen. 
(3.  Seitenketten.  7.  Ketten  und  Ringe  aus  un- 
gleichen Atomen.     8.  Ringverkettungen. 

I.  Gründe  für  die  Aufstellung  von 
Kettenformeln.  Offene       Kohlenstoff- 

ketten mit  nur  einfachen  Bindungen. 
Auf  dem  Gebiete  der  organischen  Chemie 
begegnet  man  sehr  häufig  der  Erscheinung, 
daß  Verbindungen  von  gleicher  prozentischer 
Zusammensetzung  und  gleichem  Molekular- 
gewicht verschiedene  Eigenschaften  besitzen. 
Man  nennt  solche  Stoffe  isomer,  weil  ihre 
Moleküle  aus  einer  gleichen  Anzahl  von 
Atomen  bestehen.  Isomer  sind  beispiels- 
weise das  isocyansaure  Ammonium  und  der 
Harnstoff  CON2H4,  der  Aethylalkohol  und 
der  Dimethyläther  CaHgO. 

Um  die  chemische  Verschiedenheit  solcher 
Isomeren  bildlich  zum  Ausdruck  zu  bringen, 
wurde  die  Annahme  gemacht,  daß  die  einzel- 
nen Atome  in  den  beiden  gleichgroßen 
Molekülen  verschieden  gebunden  und  dem- 
nach verschieden  gruppiert  seien.  Die  Lehre, 
die  von  einem  solchen  Bau  der  Moleküle 


handelt,  ist  die  Strukturtheorie.  Sie 
stellt  sich  die  Aufgabe,  die  Konstitution 
der  chemischen  Verbindungen  zu  erforschen, 
und  anstatt  der  ursprünglichen  rein  empi- 
rischen Formeln  ,,rationelle"  Formeln 
zu  setzen,  aus  denen  die  gegenseitigen  Be- 
ziehungen der  Atome  leicht  zu  erkennen 
sind. 

Das  Fundament  der  Strukturtheorie  ist 
die  Valenzlehre,  nach  der  das  Kohlenstoff- 
atom vierwertig,  das  Wasserstoffatom  ein- 
wertig, das  Sauerstoffatom  zweiwertig  und 
das  Stickstoffatom  drei-  odei  fünfwertig 
auftritt. 

Die  einfachste  organische  Verbindung 
mit  den  beiden  Elementen  Kohlenstoff  und 
Wasserstoff  ist  das  Methau  CH4.  Sie  hat 
das  Svmbol 

erhalten,  das  anzeigen  soll,  wie  die  atom- 
bindende Kraft  des  Kohlenstoffatoms 
gleichnicäßig  auf  die  vier  Wasserstoff atome 
verteilt  ist  und  wie  also  je  eine  Valenz  des 
Kohlenstoffatoms  zur  Bindung  der  vier 
Valenzen  der  vier  Wasserstoffatome  ver- 
wandt wird.  Eine  andere  Formulierung 
ist  nicht  möglich,  da  die  einwertigen  Wasser- 
stoffatome nicht  als  Bindeglieder  nach  zwei 
Richtungen  auftreten  können. 

Die  Valenzen  des  Kohlenstoffatoms  sind 
nicht  nur  für  den  Fall  gleichwertig,  daß 
alle  vier  durch  gleiche  Atome  abgesättigt 
werden,  sondern  auch  dann,  wenn  eins  oder 
mehrere  dieser  gleichen  Atome  durch  anders- 
artige Atome  oder  Radikale  vertreten  wer- 
den. Es  gibt  z.  B.  nur  ein  einziges  Chlor- 
methan und  ganz  allgemein  nur  ein  einziges 
Monosubstitutionsprodukt  des  Methans 

H        /H 

h/^r. 

Dem  Methan  nahe  verwandt  ist  das 
Aethan  CaHg.  Man  hat  ermittelt,  daß  die 
sechs  Wasserstoffatome  dieses  Kohlenw^asser- 
stoffes  zur  Hälfte  auf  jedes  Kohlenstoffatom 
verteilt  sind  und  daß  also  drei  Valenzen 
eines  jeden  Kohlenstoffatoms  zur  Bindung 
von   drei  Wasserstoffatomen  dienen  müssen. 


'oS! 


Ketten-  und  Kmgsysteme 


Die  übrii;'  bleibenden  vierten  Valenzen  sind  ! 
znr  Bindiini»;  der  beiden  KohlenstolTatome  | 
verfüg'bar.       Aus    don    beiden    l'^oniielteilen 

H  A\ 

H  )C—  und  — C^-H 

W  \H 

wird  das  Symbol 
H  H 

H^C— C. -H  oder  H,("— CH,. 

Das  iVethan  ist  ein  Methan,  dessen  eines ' 
Wasserstoffatom  durch  den  einwertigen  Me- ' 
thanrest,  das  Methyl,  substituiert  ist. 

Wird  nun  in  dem  Aethan  irgendeines 
der  sechs  Wasserstoft'atome  durch  ein  ein- 
wertiges Atom  z.  ß.  Chlor  oder  durch  ein 
einwertiges  Eadikal  z.  B.  Methyl  substituiert, 
so  resultiert  nur  ein  einziges  Monochlor- 
äthan  CoHgCl  und  nur  ein  einziges  Methyl- 
cäthan  C2H5.  CH3.  Dieses  Kohlenwasserstoff 
ist  das  Propan  CgHg,  dem  nur  die  Formel 

H 
H.          I         /H 
H^C— C— C(-H  oder  HsC—CH,— CH3 

H 

zukommen  kann.  Das  Symbol  hat  eine 
fortlaufende  Reihe  von  drei  Kohlenstoff- 
atonien.  von  denen  zw^ei  end  stand  ig, 
das  dritte  mittelständig  sind.  Dieser  letz- 
tere Umstand  der  ungleichartigen  Position 
der  Kohlenstoffatome  bedingt,  daß  eine 
w^eitere  Substitution  eines  Wasserstoffatoms 
des  Propans  auf  zweierlei  Weise  erfolgen 
kann.  Tritt  der  Substituent  z.  B.  das  Methyl 
an  eines  der  beiden  endständigen  Kohlen- 
stoffatome, so  entsteht  das  Symbol 
CH3— CHo— CHo— CH3 

tritt  er  an  das  mittelständige  Kohlenstoff- 
atom, so  entsteht  das  Symbol 

H3C— CH— CH3 

CH3 

Das  erste  gehört  dem  Butan,  das  zweite  dem 
Tsobutan  (Trimethylmethan).  Durch  weiteren 
Eintritt  von  Methyl  in  die  Butan-  und 
Isobutanformeln  leiten  sich  die  Symbole 
für  die  drei  isomeren  Pentane  C5TT12  ab 

CHß — CH2 — CH2 — CH2 — CH3; 
CH3 — CH2 — CH — CH3; 

CH3 
CH3 

CH3 — C — CH3 

CH3 
Und    so    können    Symbole   für   alle   höher- 
molekularen    Kohlenwasserstoffe     CnHan+a 


in  größter  Mannigfaltigkeit  konstruiert  wer- 
den. 

Alle  Symbole  enthalten  Reihen  von 
Kohlenstoffatomen,  die  ,.Ketten"  genannt 
Averden.  Enthält  ein  Symbol  nur  eine 
solche  Kette,  so  spricht  man  von  ,,nor- 
maler  Kette";  sind  mehrere  Reihen  vor- 
handen, so  hat  man  „verzweigte  Ketten". 
Diese  Bindungsart  der  Kohlenstoffatome 
hat  dazu  geführt,  der  Strukturtheorie  auch 
den  gut  gewählten  Namen  der  ..Atom- 
verkettungstheorie"  beizulegen. 

Die  Zahl  der  Kettenglieder  und  der 
Verzweigungen  scheint  unjjegrenzt  zu  sein. 
Man  kennt  Kohlenw^asserstoffe,  deren  Ketten 
bis  zu  sechzig  Kohlenstoffatomen  aufweisen. 

Ein  besonderes  Merkmal  der  obigen 
Symbole  ist,  daß  zur  Verkettung  der  Kohlen- 
stoffatome nur  je  eine  Valenz  verbraucht 
wird  und  daß  nirgendwo  eine  Valenz  zui' 
Aufnahme  w-eiterer  Atome  disponibel  ist. 
Hierdurch  wird  das  chemische  Verhalten 
der  Kohlenwasserstoffe  veranschaulicht, 
erstens  die  Unfähigkeit  zu  Additionsreak- 
tionen, ihr  ,, gesättigter  Charakter", 
ferner  auch  ihre  große  Beständigkeit  und 
geringe  Reaktionsfähigkeit,  der  ,, Paraffin- 
charakter". Ketten  mit  nur  einfachen 
Bindungen  sind  schwer  zu  sprengen. 

2.  Offene  Kohlenstoffketten  mit  Dop- 
pelbindungen. Außer  den  gesättigten 
Kohlenwasserstoffen  CnH2n+2  sind  wasser- 
stoffärmere Kohlenwasserstoffe,  die  Olefine 
CnHan  bekannt,  deren  Formeln  ebenfalls 
Kohlenstoffketten  enthalten.  Das  einfachste 
Olefin  ist  das  Aethylen  C2H4.  Auf  Grund 
experimenteller  Studien  ist  erwiesen,  daß 
die  vier  Wasserstoffatome  zur  Hälfte  auf 
die   beiden    Kohlenstoffatome    verteilt   sind 

1\     /  .      /H 

>C<    und    >C< 
H'     ^  '      ^H 

und  daß  also  an  jedem  Kohlenstoffatome 
noch  zwei  Valenzen  disponibel  sind.  Die 
P'ormulierung  des  Aethylensymbols  kann 
nun  derartig  sein,  daß  die  beiden  Kohlen- 
stoffatome, wie  in  den  Paraffinen,  einfach 
gebunden  sind  und  also  je  eine  Valenz  frei 
bleibt 

H.  .H 


H 


/ 


C— C 


\ 


H 


oder  daß  beide  Valenzen  zur  Bindung  der 
Kohlenstoffatonie  verwandt  w'erden  und 
also  ein  Symbol  mit  doppelt  gebun- 
denen Kohlenstoffatomen  resultiert 


HoC< 


v/ 

\ 

Die  Forschun 


(^Ho     oder     H2C=CH. 

hat  sich  bisher  fast  aus- 


Ketten-  imd  Rini;svstciiio 


759 


schließlich    für    die    letzte    Formulierunii; ^) 
entschieden. 

Bei  Eintritt  eines  weiteren  Methyls  in 
das  Aethvlen  ist  es  gleichgültig?,  welches  der 
gleichgelagerten  Wasserstoffatome  substi- 
tuiert wird.     Es  gibt  nur  ein  Symbol 

HoC=CH— CH3 

für   das   einzig   existierende    Propylen    oder 
Propen  C^R^. 

Soll  das  Symbol  für  das  nächste  Homo- 
loge C4H8  konstruiert  werden,  so  ist  es  nicht 
gleichgültig,  ob  ein  Wasserstoffatom  am 
ersten,  zweiten  oder  dritten  Kohlenstoffatome 
substitutiert  wird.  Man  kommt  zu  drei 
verschiedenen  Symbolen 

CH3— CH=CH— CH3,    H2C=C— CH3, 

CH3 
HoC=CH— CH2— CH3 

die  den  drei  isomeren  Butylenen  oder  Butenen 
entsprechen.      In    der    ersten    und    dritten 
Formel  sind  die  Kohlenstoffatome  zu  einer  j 
normalen  Kette,   in  der  mittleren  Formel 
zu  einer  verzweigten  Kette  vereinigt. 

Eine  Kette  von  vier  Kohlenstoffatomen 
braucht  nun  aber  nicht  nur  eine,  sondern 
kann  auch  zwei  Doppelbindungen  aufweisen. 
Die  Formel 

H,C=CH— CH=CH, 

entspricht  dem  Kohlenwasserstoffe  Butadien 

Alle  diese  Kohlenwasserstoffe  sind  aus- 
gezeichnet durch  leichte  Addition  einer 
paaren  Anzahl  einwertiger  Atome  oder 
Radikale,  ferner  auch  durch  die  leichte 
Oxydierbarkeit  und  den  leichten  Zerfall 
zu  niedermolekularen  Verbindungen. 

Diese  Reaktionen  erfolgen  nur  an  den 
doppelt  gebundenen  Kohlenstoffatomen,  so 
daß  also  Ketten  mit  Doppelbindungen  den 
„ungesättigten"  Charakter  und  die  Un- 
beständigkeit der  Olefine  anzeigen. 

3.  Offene  Kohlenstoffketten  mit  drei- 
facher Bindung.  Eine  Kette  mit  dreifacher 
Kohlenstoffbindung  haben  die  Symbole  der 
leicht  addierenden,  leicht  zu  oxydierenden 
und  teils  explosiven  Azetylenverbindungen, 
deren  einfachster  Vertreter,  das  Azetylen, 
die  Formel 

CH  -   CH 

hat.      Durch   Ersatz   der   Wasserstoffatome 


^)  Erst  in  jüngster  Zeit  Imt  man  unter  Be- 
rücksichtigung der  Hypothese  von  der  ,,Teil- 
barkeit  der  Valenzen"  Formehi  aufgestellt, 
die  eine  Mittelstellung  zwischen  den  beiden 
obiffen  Formeln  einnehmen,  z.  B.  für  das  Ae- 
thvlen HoC     CH,. 


durch  Methyl  entstehen  das  Methyl-  und  das 
Dimethylazetylen 

CH3.C-CH     und     CH3.C--C-CH3. 

Auch  Ketten  mit  mehreren  dreifachen  Bin- 
dungen sind  bekannt  z.  B.  die  Formel 

HCeeC-CH  2— CH  o-C-  CH 
für  das  Dipropargyl. 

4.  Gründe  für  die  Aufstellung  von 
Ringformeln.  Ringe  mit  nur  einfachen 
Bindungen.  Den  Ülefinen  CpHon  sind 
isomer  einige  Kohlenwasserstoffe  CgHg,  Ciün 
bis  C9H1S,  die  gegen  Oxydationsmittel  be- 
ständig sind  und  die  kein  Bestreben  zu 
Additionsreaktionen  '  zeigen.  Sie  ähneln 
also  mehr  den  Paraffinen  CnH2nt-2  und 
beanspruchen  demnach  Formeln  mit  nur 
einfach  gebundenen  Kohlenstoffatomen.  Um 
nun  solche  zu  konstatieren,  ist  erforder- 
lich, daß  die  offenen  Kettenformeln  sich  zu 
einem  Ringe  schließen.  Man  kommt  dann 
zu  Symbolen 

CH.  CH,— CH,     CH,— CH, 

/  \  ^      .        !  I  1  >  CH, 

CH2 — CH,        CH2 — CHo     CH2 — CH2 

CH2— CH2— CH, 
!  I  usw. 

CH2— CH2— CH, 

die  dem  gesättigten  Charakter  der  Verbin- 
dungen vollkommen  entsprechen. 

Da  nur  Methylengruppen  vorhanden, 
heißen  diese  Kohlenwasserstoffe  Trimethylen, 
Tetramethylen,  bis  Nonomethylen  (allge- 
mein Polymethylene).  Neuerdings  werden 
die  Namen  Cyklopropan,  Cyklobutan  bis 
Cyklononan  (allgemein  Cykloparaffine)  be- 
vorzugt, weil  durch  sie  gleichzeitig  die  ring- 
förmige Konstitution  und  der  chemische 
Charakter  der  Verbindungen  zum  Ausdruck 
gebracht  werden  kann.  Diese  Polymethylene 
oder  Cykloparaffine  bilden  einen  Teil  der 
isozyklischen  oder  karbozyklischen  Verbin- 
dungen, die  in  einem  besonderen  Kapitel 
dieses  Handbuches  geschildert  worden  sind. 

Man  findet  dort,  daß  die  Cyklopentan- 
und  Cyklohexanverbindungen  im  Gegensatz 
zu  den  weniger-  und  mehrgliederigen  Cyklo- 
paraffinen  am  leichtesten  gebildet  und 
am  schw^ersten  gespalten  werden,  und 
daß  diese  ungleiche  Beständigkeit  der  Ringe 
ihre  Deutung  gefunden  hat  in  der  auf  stereo- 
chemischer Grundlage  aufgebauten  „Span- 
nungstheorie" A.  von  Baeyers. 

Die  weitere  Anwendung  dieser  Theorie 
hat  uns  dann  auch  eine  Erklärung  verschafft 
für  den  leichten  Zerfall  der  Olefinverbin- 
dungen  d.  h.  für  die  leichte  Sprengung  der 
Kohlenstoffketten  zwischen  den  doppelt  ge- 
bundenen Kohlenstoffatomen.  Wenn  schon 
eine  offene  liette  aus  drei  Kohlenstoffatomen 


'00 


Ketten-  und  Ringsysteme 


C — C — C  der  Biklunsi;  eines  Dreiringes  /\ 

C— C 
einen  großen  Widerstand  entgegensetzt,  und 
wenn  in  einem  solchen  Trimethylenringe 
eine  große  Spannung  herrscht,  um  wieviel 
mehr  wird  die  Spannung  in  einem  ,,Dime- 
thylenringe"  dem  ,,Zweirin2;"  C=C,  also  an 
zwei  doppelt  gebundenen  Kohlenstoffatomen 
gesteigert  sein.  ^lan  ei  kennt  dies  am  leich- 
testen aus  den  Figuren  1  bis  3,  in  denen  jedes 
Kohlenstoffatom  nach  stereochemischer  Auf- 
fassung in  Form  eines  Tetraeders  gezeich- 
net ist. 

Die   Figur   i    (Kette    von    drei    einfach 
gebundenen    Kohlenstoffatomen)    stellt    das 


Fig.  1. 

a-7-Dibrompropan  vor,  das  bei  Einwirkung 
von  Natrium  in  Trimethylen  übergeht;  die 
beiden  Pfeile  zeigen,  um  wieviel  die  äußeren 
Tetraeder  geneigt  werden  müssen,  um  den 
Dreiring  zu  bilden.  Die  Figur  2  (Kette  von 
2    Kohlenstoffatomen)    veranschaulicht    das 


Fig.  2  und  3. 

Aethylbromid,  das  unter  Bromwasserstoff- 
abspaltung  des  Aethylen  (Fig.  3)  bildet. 
Nach  der  Spannungstheorie  beträgt  der 
Winkel,  um  den  jede  Tetraederachse  bei  der 


Dreiringbildung  aus  der  normalen  I^age 
(Fig.  ij  abgelenkt  wird  24:°44',  bei  der  Zwei- 
ringbildung r)4°ll'.  Die  Ablenkung  ist  im 
zweiten  Falle  größer  als  im  ersten;  sie  ist 
ein  Maß  für  die  Spannung  im  Ringe,  Man 
erkennt,  wie  die  ,, Doppelbindung"  als  ein 
spezieller  Fall  der  Bindungsverhältnisse  in 
Polymethylenverbindungen  betrachtet  wer- 
den kann. 

Ganz  ähnlich  kann  auch  die  große  Un- 
beständigkeit der  Azetylenverbin^ungen  und 
die  leichte  Sprengung 
der  Ketten  mit  drei- 
facher Bindung  mit  Hilfe 
dieser  Theorie  gedeutet 
werden.  Um  aus  dem 
Symbol  eines  Aethan- 
derivates  (Fig.  2)  ein 
Azetylensymbol  (Fig.  4) 
zu  machen,  muß  eine 
jede  Tetraederachse  um 
70°32'  aus  ihrer  früheren 
normalen  Lage  abgelenkt 
werden.  Die  Spannung 
ist  demnach  in  Azetylen- 
derivaten noch  größer  als 
in  Aethylenderivaten. 

Haben  wir  somit  eine  Vorstellung  be- 
kommen über  den  Bau  und  über  die  Festig- 
keit der  Cykloparaffine,  der  Olefine  und 
der  Azetylene,  so  gestattet  uns  die  Span- 
nungstheorie letzten  Endes  auch  Vermu- 
tungen auszusprechen  über  die  Gestalt  der 
Paraffinketten.  Man  wird  sich  hierunter 
nicht  Figuren  mit  geradlinig  angeordneten 
Kohlenstoffatomen,  sondern  mehr  oder 
weniger  geschwungene  Linien,  etwa  spiral- 
förmige Gebilde  vorzustellen  haben.  Die 
vorläufig  noch  sehr  vereinzelten  Beobach- 
tungen, nach  denen  in  einer  bestimmten 
Klasse  heterozyklischer  Verbindungen  (s.  u.) 
gerade  diejenigen  mit  großer  Ringgliederzahl, 
nicht  aber  die  mit  geringerer  Gliederzahl, 
gebildet  werden,  scheinen  vorläufige  Belege 
für  solche  Anschauungen  zu  sein. 

5.  Ringe  mit  einfach  und  doppelt  ge- 
bundenen Kohlenstoffatomen.  Ebenso 
wie  in  den  offenen  Kohlenstoffketten  können 
auch  in  den  Kohlenstoffringen  einfache  und 
dojjpelte  Bindungen  abwechseln.  So  reihen 
sich  beispielsweise  an  die  Formel  des  Cyklo- 
pentans  diejenigen  des  ('yklopentens "  und 
des  Cyklopentadiens 


CH  =CH 


und      CH==CH 


>CH, 


>CH, 


CH2-CH2 
Cyklopenten 


CH=CH 
Cyklopentadien, 


an  das  Cyklohexan  das  Cyklohexen  und  das 
Cvklohexadien 


Ketten-  und  Eingsystenie 


761 


CH, 

/       \ 
CHo        GH.,      und 


CH., 

/ 


CH 

II 
CH 


CH.,        CH  CH 

\      ^  \ 

CH  CH 

Cyklohoxeu  Cykloliexadien 

Tetrahydrobeuzol  Dihydrobenzol 

an. 

Solche  Formeln  mit  ihren  zyklischen 
Doppelbindunoen  brinoen  den  ungesättigten 
Charakter  dieser  Verbindungen  und  die 
Aehnlichkeit  mit  den  Olefiiien  in  ausgezeich- 
neter Weise  zum  Ausdruck.  Die  zyklischen 
Verbindungen  C„H,„_.,  und  CnHo„^4  heißen 
daher  auch  Cykloolefine. 

Der  Sechsring  mit  drei  doppelten  Bin- 
dungen ist  die  Kekulesche  Fornu4  für  das 
Benzol 

C^H 

//       , 
CH        CH 


Kohlenstoff bindung  mit  dem  Kerne  ver- 
knüpft ist,  zählt  zu  den  Seitenketten. 
Benzylalkohol  CeH^— CH,.OH,  Benzaldehyd 
CßHs.CHO,  Benzoesäure  CeHs.COOH,  Ace- 
tophenon  CsHj.CO.CHa,  Benzoylameisen- 
säure  CßHs.CO.COOH  sind  Benzolderivate 
mit  Seitenketten.  Jede  Seitenkette  kann 
ebensoviel  Kettenglieder  haben,  wie  die 
offenen  Kohlenstoffketten. 

Häufig  sind  Isomere  beobachtet,  die 
den  gleichen  Substituenten  entweder  im 
Kerne  oder  in  der  Seitenkette  haben,  z.  B.: 


CH,   CH, 


HoC< 


)CH(OH)    und 


CH    CH, 


H.3C< 


CH3 

3-Methylcyklohexanol 

CH,  CH, 

/         \ 

)CH~CH,.OH 


CH 


CH 


CH 

Die  Gründe  für  die  Aufstellung  dieser 
Formel  finden  sich  in  den  Kapiteln  dieses 
Handbuches  über  ,, Benzolderivate",  ,, Aro- 
matische Verbindungen",  ,, Isozyklische  Ver- 
bindungen". Man  findet  dort,  wie  die  große 
Beständigkeit  und  das  relativ  geringe  Addi- 
tionsvermögen des  Benzols,  ferner  sein 
und  seiner  Derivate  besonderer  Charakter 
nicht  ohne  weiteres  mit  dieser  Formel  ver- 
träglich ist  und  wie  deshalb  Zusatzhypothesen 
aufgestellt  werden  mußten  oder  gar  Aende- 
rung  der  Formel  unter  Beibehaltung  des 
Sechseckschemas  vorgejiommen  worden  sind. 

6.  Seitenketten.  Von  jedem  zyklischen 
Kohlenwasserstoffe  leiten  sich  Homologe 
ab.  Von  dem  Benzol  beispielsweise  das  Toluol, 
das  Aethylbenzol 


CH2  CH.2 
Cyklohexanylkarbinol. 

Man  nennt  die  erste  Verbindung  einen 
zyklischen,  die  zweite  einen  extrazy- 
klischen Alkohol.  Sind  zwei  gleiche 
Substituenten  auf  Kern  und  Seitenkette 
verteilt,  so  hat  man  den  Ausdruck  senii- 
zyklisch  eingeführt.  .Eine  Verbindung  von 
der  Formel 


C«H. 


/ 
-CH~CH 


CH,— CH, 


C«H,— CO— CH., 


TO— CH, 


CH 


CH 


HCj 
HC 


C-CH. 
CH 


HCj 
HC 


CH 


|C-CH.,.CH5 
'CH 


ist  ein  semizyklisches  Diketon. 

7.  Ketten  und  Ringe  aus  ungleichen 
Atomen.  Außer  dem  Kohlenstoffatom  treten 
noch  andere  mehrwertige  Atome,  meist 
Sausertoff-,  Schwefel-  oder  Stickstoffatome 
als  Ketten-  und  Ringglieder  auf.  Solche 
Ketten  bilden  die  Formeln  für 


CH 


Die  Formeln  solcher  Verbindungen  be- 
stehen aus  einem  Ringe  und  einer  Kette. 
Der  Ring  ist  der  Kern  des  Ganzen,  die  Kette 
hängt  an  der  Seite  des  Ringes.  Man  spricht 
daher  von  einem  ,, Benzolkern"  und  von 
einer  ,. Seitenkette".  Naturgemäß  können 
an  dem  Benzolkern  bis  zu  sechs  Seitenketten 
haften.  Man  kennt  z.  B.  das  Hexamethyl- 
benzol.  Nicht  nur  Alkyle,  sondern  jedes 
andere  kohlenstoffhaJtiije  Radikal,  das  durch 


Aethylalkohol 

Merkaptan 

Dimethyläther 

Dimethylthioäther 

Aethylamin 

Dimethylamin 

Methylen-methylimid 


CH3--CH2— 0— H 
CH3— CHo— S— H 
CH3— 0— CH3 
CH3— S— CH3 
CH3— CH2— NH., 
CH3— NH— CH3 
CH,=N— CH, 


Die  Ketten  mit  einfachen  Bindungen 
sind  fester  als  die  mit  Doppelbindungen. 
Es  gilt  für  die  Doppelbindungen  zwischen 
Heteroatomen  das  gleiche  wie  für  die  mehr- 
fachen Bindungen  zwischen  Kohlenstoff- 
atomen. 

Als  Beispiel  für  Ringe  mit  Heteroatomen 


"(32 


Ketten-  und   Hinusvsleme 


möseii     zunächst    die    folgenden     Symbole 
<i;elten: 


CHo 

I     ">0 
CH, 
Dimethylenoxyd 
Aethylenoxyd 

CH.,-CH, 

I  ^  0 

(^H,    CHo 
Tetramethylenoxyd 
Tetrahydrotuii'ur;iii 

CH, 

I       >  NH 

CH, 
Dimethyleniniiu 
Aethylenimin 

CH,— CH, 


CH2— CH, 

CH,  -0 
Trimethylenoxyd 

CH,-CH,— CH, 

CH,— CH.-O 
Pentamethylenoxyd 

CH2— CH, 

I  I 

CH2— NH 
'rimethvleniniin 


HOOC— CH,— CH,— CH,— CH,  -COOH  die 
Anhydridbildung  aus.^) 

r3ie  Tjaktone  entstehen  durch  Wasser- 
abspaltung  aus  Oxykarbonsäuren,  besonders 
leicht  aus  y-  und  aus  (3-Oxysäuren. 


CH...    CH2.OH 

I 
CHo-COOH 

v-Oxybuttersäure 

CH,-CH,.OH 
CH,\  "        - 

"^CH,-COOH 
f5-0xvvaleriansäure 


CHo — CH, 


./ 


0 


CH2—  CO 
;'-Butyrolakton 

/CH.2 — CHo 
CH./ 

^CH,      CO 


/ 


0 


rj-Valerolakton. 


CH,— CH,— CH., 
CH.,— CH,— NH 


i  >  NH 

CH,-CH., 
Tetramethyleniniin       Pentamethylenimin 
Tetrahydropyrrol  Piperidin 

Von  den  zuerst  genannten  sauerstoff- 
haltigen Verbindungen,  die  als  zyklische 
Aether  aufzufassen  sind,  wird  dasDimethylen- 
oxyd  am  schwersten  gebildet  und  am  leich- 
testen zersetzt;  es  geht  schon  mit  Wasser 
in  Glykol  über  und  liefert  mit  Wasserstoff 
den  Aethylalkohol.  Das  Tri-,  Tetra-  und 
Pentamethylenoxyd  werden  durch  Wasser 
nicht  verändert  und  nur  durch  Halogen- 
wasserstoffsäuren ebenso  wie  die  azyklischen 
Aether  gespalten.  Der  Dreiring  wird  also 
leicht  gesprengt;  Vier-,  Fünf-  und  Sechs- 
ringe sind  beständiger. 

Ebenso  ist  aus  der  Reihe  der  vier  stick- 
stoffhaltigen Verbindungen  das  Dimethylen- 
imin  leicht  spaltbar,  die  anderen  dagegen 
genau  so  haltbar  wie  die  azyklischen  Imine. 

Ganz  ähnlichen  Verhältnissen  begegnet 
man  bei  den  Anhydriden  der  üikarbonsäuren, 
bei  den  Laktonen  und  bei  den  Laktamen. 
Die  Säureanhydride  entstehen  aus  den 
Dikarbonsäuren  durch  Wasserentziehung. 
Stellt  die  Formel  eines  zu  erwartenden 
Anhydrides  einen  Fünf-  oder  einen  Sechs- 
ring vor,  so  erfolgt  die  Anhydridbildung 
leicht,  z.  B.: 


a-,    /?-    oder    e-Laktone    sind    seltener    be- 
obachtet. 

Die  Laktame  sind  innere  Anhydride 
von  Aminosäuren,  zyklische  Säureamide. 
Besonders  leicht  entstehen  das  Butyrolaktam 
und  das  Valerolaktam. 


CH,— CHs 

I 
CH,— CO 


NH  und 


CH.,— CH,— NH 
CH,— CH,— CO 


Aus  allen  diesen  Beispielen  geht  hervor, 
daß  die  Neigung  zur  Ringbildung 
und  die  Beständigkeit  der  Ringe 
abhängig  ist  von  der  Zahl  der  Ring- 
glieder. Ganz  gleich  ob  karbozy- 
klische  oder  heterozyklische  Verbin- 
dungen vorliegen,  immer  sind  die  fünf- 
und  die  sechsatomigen  bevorzugt. 
Offene  Ketten  schließen  sich  immer 
dann  zu  Ringen,  wenn  sie  an  erster 
und  an  fünfter  oder  sechster  Stelle 
Atome  oder  Radikale  enthalten,  die 
leicht  miteinander  reagieren  können. 
Die  früher  nur  zwischen  zwei  Molekülen 
(intermolekular)  beobachteten  Reak- 
tionen können  auch  innerhalb  eines  Mole- 
küles  (intramolekular)  verlaufen.  Aus 
I^ropylbroniid  und  Natrium  entsteht  das 
Hexan 


CH3.CH,.CH2Br 

CHs.CHo.CHaBr 
CH3— CH,— CHs 

CH,— CH,— CH, 


+  Na,   = 


2NaBr 


CH2— CO 


I  >o 

CH,— CO^ 

Bernsteinsäure- 

anhvdrid 


und 


CH,— CO 

CH, 

CH.v-CO 


Aus  Dibromhexan  und  Natrium  entsteht  das 
Cvklohexan 


0 


^)  Die  Dicarboiisäiuo  lüit  sieben  Kohlonstoff- 
atomiMi,   die  Pimelinsäure  bildet  ebenfalls  kein 
!  Anhydrid;    dagegen   sind   sonderbarerweise    die 
Korksäure   (8  C-Atome)    und  die    Scbacinsäure 
•    ,    .  1  i  (10    C-Atorae)    zur    Anhydridbildung    befähigt. 

Anderentalls  bleibt,  wie  bei  der  Malonsäure    Vori.  hierzu  den  Schluß  des  Abschnittes  4  dieses 
HOOC— CH,— COOH   und   der   Adipinsäure    Artikels  über  die  Gestalt  der  Knhienstoffketten. 


Glutarsäure- 
anhydrid 


Ketten-  und  Hinijsvstcin« 


CHo— CHo^CH^Br 

CH,— CH,— CHoBi- 
CHo— CHo— CH„ 


Na.,: 


2NaBr 


CH,— CH,— CH, 


Essigsäure  wird  leicht  in  Essigsäurean- 
hydrid, Bernsteinsäure  leicht  in  Bernstein- 
säureanhvdrid  verwandelt 


CH3-COOH  CH3-CO 

CH3— COOH  CH3— CO 

CH,-COOH  CH2— CO, 

CH,-COOH  CH, -CO' 


0 


;0. 


All  die  eben  besprochenen  Ringe  mit  nur 
einem  Heteroatom  und  mit  nur  einfachen 
Bindungen  zwischen  den  Ringgliedern  reihen 
sich  solche  mit  mehreren  Heteroatomen 
und  solche  mit  zyklischen  Dop])elbindungen. 
Sie  sind  ausführlich  in  dem  Kapitel  dieses 
Handbuches  „Heterozyklische  Verbindungen" 
besprochen.  Hier  sei  nur  erwähnt,  daß  die 
Mehrzahl  wiederum  Fünf-  und  Sechsring- 
formeln haben  und  daß  bei  ihnen  analoge 
Erscheinungen  wie  bei  den  wasserstoff- 
ärmeren isozyklischen  Verbindungen  CnH.„_^,, 
CnH^n— 4  und  CnHan— 6  zutagc  treten.  So 
gleicht  z.  B.  das  Pyridin  in  seiner  großen 
Beständigkeit  sehr  dem  Benzol;  seine  Formel 


CH 

CH        CH 

II             1 
CH        CH 

\     // 

N 

ist  daher  auch  der  Benzolformel,  bald  nach 
deren  Aufstellung,  nachgebildet  worden.  Der 
Austausch  einer  Methiugruppe  der  Benzol- 
formel durch  das  Stickstoffatom  tut  der 
Festigkeit  des  Ringes  keinen  Abbruch. 
Dihydro-  und  Tetrahydropyridinderivate 
sind  gleich  den  Dihydro-  und  Tetrahydro- 
benzolderivaten  von  weit  größerer  Un- 
beständigkeit. 

Aehnlich  dem  Pyridin  zeigen  auch  drei 
wasserstoffarme  Verbindungen  mit  Fünf- 
ringformeln das  Pyriol,  das  Furfuran  und 
das  Thiophen 


CH-CH 

II         II 
CH    CH 

CH, 

das  ausgesprochenen  Olefincliarakter  hat. 

.  Der  Austausch  der  zweiwertigen  Methylen- 
gruppe des  Cyklopentadiens  durch  die  Imid- 
gruppe  oder  durch  das  Sauerstoff-  oder 
Schwefelatom  ist  von  viel  größerem  Einfluß 
auf  die  Eigenschaftsänderung  als  der  Ersatz 
der  — CH=CH-Gruppe  des  Benzols 

CH— CH 

II        II 
CH    CH 

!       i 
CH=CH 

durch  die  drei  genannten  Gruppen. 

Auch  die  wasserstoffärmeren  Heterofünf- 
und  Heterosechsringe  können  meist  leicht  auf 
synthetischem  Wege  durch  intramolekulare 
Reaktionen  aus  kettenförmigen  Verbindun- 
gen dargestellt  werden :  z.  B.  Furfuran  durch 
trockene  Destillation  der  Schleimsäure 

CH(OH)-CH(OH)— COOH 

CH(OH)— CH(OH)  -COOH 

CH  =  CH 

;  j  .0  + 2COo  +  3H.,0 

CH  =  CH 

In  gleicher  Weise  Pyrrol  aus  dem  Ammo- 
niumsalze der  Schleimsäure,  und  Thio])hen 
durch  Erhitzen  der  Säure  mit  Schwefel- 
baryum. 

8.  Ringverkettungen.  Wie  sich  in  einer 
Kette  Glied  an  Glied  reiht,  so  kann  auch  an 
einen  Ring  ein  zweiter,  dritter  usw.  Ring 
angeschlossen  werden.  Auf  solche  Weise 
gelangt  man  zu  den  poly  zyklischen 
Systemen,  die  in  drei  prinzipiell  verschiedene 
Gruppen  zu  sondern  sind.  Erstens:  Systeme 
mit  direkter  Verknüpfung  mehrerer  Ringe 
durch  einfache  Bindung 


CH— CH 

II         II 
CH    CH 

\/ 
NH 


CH— CH 

II         II 
CH    CH 

\/ 
0 


CH— CH 

11         II 
CH    CH 

\/ 
S 


große  Analogien  mit  dem  Benzol.  Diese 
Tatsache  ist  besonders  hervorzuheben  im 
Hinblick  auf  das  Cyklopentadien 


Diphenyl 


>N 


Phenylpyridin 
Dipyridyl 


Diphenylbenzol  usw. 


'64 


Ketten-  und  Kingsysteme 


Zweitens:  Systeme  mit  indirekter  Vcrknüi)- 
t'uns;  zweier  oder  mehrerer  liini;;e 

l)i[)li('iiy!methan 

Diphenyläthan  usw. 
CH 


Die  Mannigfaltigkeit  der  Ringverkettun- 
gen ist  sehr  groß.  Die  dritte  Auflage  des 
Lexikons  der  Kohlenstoffverbindungen  von 
M.  M.  Richter  verzeichnet,  neben  119 
Monozyklen,  91  Dizyklen,  115  Trizyklen, 
30  Tetrazyklen,  10  Pentazyklen  und  jeeinen 
Hexa-  und  Heptazyklus. 

Fast  alle  polyzyklischen  Verbindungen 
sind  auf  syuthetischem  Wege  gewonnen  wor- 
den nach  Prinzipien,  die  für  die  Darstellung 
monozyklischer  Verbindungen  maßgebend 
sind.  So  entsteht  z.  B.  dasNaphtalin  bzw.  das 
a-Naphtol  aus  Phenylisocrotonsäure  einem 
Benzoldorivat  mit  vieratomiirer   Seitenkette 


Triphenylmethan 
Drittens:  Systeme  mit  kondensierten  Kernen 


Verknüpfung 
gleicher  Isozvkleu 


Verknüpfung 
ungleicher  Isozvklen 


CHo 
Pluoren 
ferner  die  bizyklischeu  Terpt-ne  und  Kamphei, 


Verknüpfung  von 

[leterozyklen  mit    Iso 

zvklen 


NH 
Indol  usw, 


'      \ 
H      CH 

i 

CH2 

COOH 


HO 


CH 
^CH 

I 
\^CH 
C(OH) 


Chinolin  aus  o-Aminozimtaldehyd  durcli 
Wa  sserabspaltung 

CH  CH 


CH 

CHO 

NHo 


=H,0  + 


Bei  vorsichtiger  Spaltung  einer  poly- 
zyklischen Verbindung  gelingt  es  meist,  zu- 
erst den  einen  Ring  zu  öffnen  und  so  mono- 
zyklische Verbindungen  mit  einer  oder  zwei 
Seitenketten  zu  erhalten.  So  entsteht  z.  B. 
aus  ^-Naphtol  bei  sehr  gelinder  Oxydation 
die  o-Zimtkarbonsäure 

CH 


CH 
'C— OH 


CH 


^\^XH=CH— COOH 


COOH; 

aus  der  /5-Naplitolkarbonsäure  bei  der  Kednl 
tion  die  o-Phenylen-essig-propionsäure 


CH  > 

'c^OH 
C  COOH 
CH.^CHo— COOH 

CH.,    COOH 


Ketten-  und  Ringsysteme  —  Kinetische  Theorie  der  Materie 


765 


Literatur.     Die    größeren    Lehrbücher    der    orgu- 
ninchev   Chemie. 

H.  Stobbe. 


Kettengebirge. 

Kettengebirge  =  Kamnige  b  irge. 
Meist  jugendliche  (Alpen,  Anden  usw.), 
seltener  ältere  (Ural)  Faltengebirge  (vgl. 
den  Artikel  ,, Gebirge   der   Erde"). 


Kjeldalil 

Johann. 

Am  16.  August  1849  iu  Jägeispris  (Insel  Seeland) 
geboren,  gestorben  am  18.  Juli  1900.  Kjel- 
dalil erhielt  seine  Ausbildung  an  der  Polytech- 
nischen Hochschule  zu  Kopenhagen  und  trat  bald 
in  Utähere  Beziehungen  zu  dem  hochverdienten 
Brauer  J.  C.  Jacobsen,  dem  Stifter  des  Carls- 
bergfonds; als  Leiter  des  dazu  gehörenden  Labo- 
ratoriums war  er  bis  zu  seinem  Tode  erfolgreich 
tätig.  Seine  Experimentaluntersuchungen  be- 
wegen sich  hauptsächlich  im  Gebiete  pflanzen- 
physiologischer biochemischer  Fragen;  sie  be- 
treffen vielfach  Enzyme  und  ihre  Wirkungsweise. 
Sein  Bestreben,  bestehende  Untersuchungsmetho- 
den zu  verbessern,  führte  ihn  zu  der  nach  ihm 
genannten  wichtigen  Methode  der  Stickstoff- 
bestimmung, die  sich  durch  Schnelligkeit  der 
Ausführung  und  Genauigkeit  auszeichnet.  Vgl. 
Nekrolog  von  W.  Johannsen  in  Ber.  33,  3881. 

-E.   V,   Meyer. 


Kinematographie. 


Vgl.    den 
Methoden". 


Artikel    ,,Stroboskopische 


Kinetische  Theorie  der  Materie. 

1.  Allgemeines.  Geschichtliches.  2.  Boylc- 
Charlessches  Gesetz.  3.  Regel  von  Avogadro. 
4.  Daltons  Gesetz.  5.  Geschwindigkeit  der 
Molekeln.  6.  Spezifische  Wärme.  7.  Stoßzahl. 
8.  Älittlere  Weglänge.  9.  Innere  Reibung,  Rei- 
bungskoeffizient. 10.  Unabhängigkeit  der  inneren 
Reibung  von  der  Gasdichte.  11.  Abhängigkeit 
der  inneren  Reibung  von  der  Temperatur.  12. 
Zahlenwert  der  mittleren  Weglänge  und  der 
Stoßzahl.  13.  Wärnieleitung.  14.  Gasdiffusion. 
15.  Abhängigkeit  der  Diffusion  von  Druck  und 
Temperatur.  16.  Zusammenhang  zwischen 
innerer   Reibung,    Wärmeleitung   und  Diffusion 


der  Gase.  17.  Größe  der  ]\Iolekeln,  Loschmidt- 
sche  Zahl.  18.  Verteihmgsgesetz  der  Geschwindig- 
keiten. 19.  Dissoziation  der  Gase.  20.  Ideale  und 
wirkliche  Gase,  van  der  Waalssche  Zustands- 
gieichung. 21.  Kritisches  Volumen,  kritischer 
Druck,  kritische  Temperatur,  reduzierte  Zustands- 
gieichung. 22.  Kinetische  Theorie  der  Flüssig- 
keiten. 23.  Verdampfungswärme,  Druck  des 
gesättigten  Dampfs.  24.  Lösungen,  osmotischer 
Druck,  Raoultsche  Gesetze.  25.  Kinetische 
Theorie  fester  Körper. 

I.  Allgemeines.  Geschichtliches.  Nach 
der  kinetischen  Theorie  bestehen  die  Körper 
aus  kleinsten  Teilchen,  den  Molekeln 
(vgl.  den  Artikel  ,, Molekularlehre").  Von 
den  Molekeln  eines  chemisch  einheitlichen 
Körpers  nimmt  Tnan  an,  daß  sie  alle  unter- 
einander vollkommen  gleich  sind,  d.  h.  eine 
gegebene  Masse,  Größe  und  Gestalt  besitzen. 
Die  Molekeln  üben  aufeinander  An  /.iehungs- 
kr.äi'te  aus.  Diese  sind  verhältnismäßig 
groß,  wenn  die  Molekeln  einander  sehr  nahe 
sind,  nehmen  aber  mit  wachsender  Ent- 
fernung derselben  sehr  rasch  ab.  Durch  den 
jeweiligen  mittleren  Abstand  der  Molekeln 
voneinander  ist  eine  bestimmte  potentielle 
Energie  derselben  gegeben.  Die  Molekeln 
befinden  sich  in  lebhafter  Bewegung.  Die 
mittlere  kinetische  Energie  einer  Molekel 
ist  nur  von  der  Temperatur  abhängig,  sie 
ist  proportional  der  absoluten  Tem- 
peratur (vgl.  den  Artikel  ,,Gase").  Die 
kinetische  und  potentielle  Energie  der  Mo- 
lekeln, d.  h.  den  gesamten  Energieinhalt 
des  Körpers  sehen  wir  als  seinen  Wärme- 
inhalt an. 

Im  gasförmigen  Zustand  sind  die  Molekeln 
verhältnismäßig  weit  voneinander  entfernt, 
sie  beschreiben  geradlinige  Bahnen.  Im 
flüssigen  Zustand  sind  sie  einander  sehr  nahe, 
sie  haben  einen  großen  Teil  ihrer  potentiellen 
Energie  in  Form  von  Kondensationswärme 
abgegeben.  Die  Flüssigkeit  wird  durch  die 
Anziehungskräfte  der  Molekeln,  die  jetzt 
beträchtlich  sind,  zusammengehalten.  Sie 
besitzt  ein  selbständiges  Volumen,  die  Mole- 
keln können  sich  jedoch  noch  verhältnis- 
mäßig leicht  durcheinander  bewegen.  Im 
festen  Zustand  haben  sich  die  Molekeln 
derartig  aneinander  gelagert  und  inein- 
ander eingeordnet,  daß  sie  ihren  Platz  trotz 
ihrer  kinetischen  Energie  infolge  der  großen 
Anziehungskräfte  nicht  mehr  verlassen  kön- 
nen. Die  beim  Uebergang  vom  flüssigen  in 
den  festen  Zustand  abgegebene  potentielle 
Energie  haben  wir  als  die  Erstarrungswärme 
anzusehen. 

Besonders  ausgearbeitet  ist  gegenwärtig 
nur  die  kinetische  Theorie  der  Gase,  während 
für  den  flüssigen  und  festen  Zustand  nur 
Einzelresultate  vorliegen.  Als  Begründer 
der  kinetischen  Gastheorie  haben  wir  Daniel 
Bernouilli  (Hydrodynamica    1738)    anzu- 


f6(> 


Kinetische  Theorie  der  Materie 


sehen,  doch  erst  durch  Krönig  (1856)  und 
Clausius  (1857)  wurde  sie  zu  neuem  Leben 
erweckt.  Neben  Clausius  sind  als  besonders 
hervorragende  Forscher  auf  diesem  Gebiet 
J.  Cl.  Maxwell  und  L.  i^oltzmann  zu 
nennen. 

2.  Boyle-Charlessches  Gesetz.  Die 
Stöße,  welche  die  (lasmolekeln  auf  die 
Gefäßwände  ausüben,  haben  wir  als  derartig 
zahlreich  anzusehen,  daß  sie  wie  ein  kon- 
tinuierlicher Druck  wirken.  Dieser  läßt  sich 
etwa  folgendermaßen  berechnen.  Das  Gas 
befinde  sich  in  einem  würfelförmigen  Gefäß 
von  der  Seitenlänge  a.  Die  Gasmolekeln 
haben  wir  uns  gleichmäßig  im  Raum  verteilt 
zu  denken,  desgleichen  deren  Geschwindig- 
keiten. Wir  nehmen  der  Einfachheit  halber 
an,  alle  Molekeln  hätten  dieselbe  Geschwin- 
digkeit c,  und  es  soll  durch  die  Zusammen- 
stöße der  Molekeln,  denen  wir  Kugelgestalt 
geben  wollen,  der  Gesamtzustand  des  Gases 
nicht  geändert  werden.  Die  Zahl  der  im 
Gefäß  vorhandenen  Molekeln  sei  n.  Für  die 
Rechnung    nehmen    wir    an,    daß    sich    je 

o    Molekeln  parallel  zu  den  drei  senkrecht 

aufeinander  stehenden  Kanten  des  Würfels 
bewegen.  Treffen  die  Molekeln  auf  die 
Gefäßwände  auf,  so  sollen  sie  in  entgegen- 
gesetzter Richtung  zurückfliegen  bis  zur 
gegenüberhegenden  Wand,  dort  abermals 
reflektiert  werden  und  so  beständig  zwischen 
zwei  gegenüberliegenden  Wänden  hin-  und 
herfliegen.  Nennen  wir  die  Zeit,  welche  ein 
Molekel  braucht,  um  von  einer  Gefäßwand 
zur  gegenüberliegenden  zu  kommen  t,  so 
besteht  die  Beziehung  a  =  ct.  In  der 
doppelten  Zeit  trifft  die  Molekel  wieder  die 
erste  Wand.  Die  Zahl  der  Stöße,  welche 
daher  die  Molekel  einer  Wand  in  der  Sekunde 
erteilt,  ist: 

2t~2a" 

Wirkt  auf  einen  Körper  eine  Kraft, 
so  ist  das  Maß  derselben  die  Bewegungs- 
größe, welche  in  der  Sekunde  auf  den  Körper 
übertragen  wird.  Stößt  eine  Molekel  von 
der  Masse  m  mit  einer  Geschwindigkeit 
c  senkrecht  gegen  die  Wand,  so  muß  während 
des  Stoßes  von  der  Wand  auf  die  Molekel 
ein  Gegendruck  ausgeübt  werden,  welcher 
sie  vollständig  zur  Ruhe  bringt  und  ihr 
neuerdings  in  entgegeiige-etzter  Richtung 
die  Geschwindigkeit  c  erteilt.  Wegen  der 
Gleichheit  von  Wirkung  und  Gegenwirkung 
empfängt  die  Wand  dadurch  zweimal  die 
ßewegungsgröße  mc.  Multiplizieren  wir 
diese  ßewegungsgröße  2mc  nut  der  Zahl 
der  Stöße,  wekihe  die  Wand  in  der  Sekunde 
von  einer  Molekel  erfährt,  so  ist  das  der 
Druck,  den  eine  Mokelel  auf  die  Wand 
ausübt.     Dieser  ist  also: 


c       mc* 

2a       a 

n 
Multiplizieren  wir  diese   Größe  mit  „    d.  i. 

der  Zahl  der  Molekeln,  welche  zwischen 
zwei  Wänden  hin-  und  herfliegen,  so  er- 
halten wir  die  gesamte  Kraft,  welche  auf 
eine  Wand  von  der  Größe  a^  ausgeübt  wird, 
nmc^ 


Diese  ist  somit 


3a 


Dividieren  wir  diesen 


Ausdruck  durch  a^,  so  erhalten  wir  die  Kraft 
per    Flächeneinheit.       Das    ist    der    Druck 

nmc^ 
P=^a^- 

a^  =  V  ist  das  Volumen  des  Würfels,  also  auch 
des  Gases.  Die  letzte  Gleichung  läßt  sich 
somit  auch  schreiben 


pv- 


nmc^ 


(1» 


Dies  ist  das  Boyle-Charlessche  Gesetz, 
welches  gewöhnlich  in  der  Form  pv  =  RT 
geschrieben  wird  (vgL  den  Art.  ,,Gase"). 
Die  Gleichung  (1)  nennt  man  auch  die 
Zustandsgieichung  idealer  Gase.  Da 
für  eine  bestimmte  Gasmenge  die  Zahl  n 
der  Molekeln  als  auch  die  Masse  m  einer 
Molekel  konstant  ist,  so  ist  c'^  proportional 
der  absoluten  Temperatur. 

3.  Regel  von  Avogadro.  Es  läßt  sich 
zeigen,  daß  für  Gase  von  gleicher  Temperatui' 
die  mittlere  lebendige  Kraft  einer  Molekel 
immer  denselben  Wert  hat,  obwohl  die  Masse 
einer  Molekel  für  die  verschiedenen  Gase 
verschiedene  Werte  annehmen  wird.  Be- 
ziehen wir  alles  auf  die  Volumseinheit  des 
Gases,  und  nennen  wir  die  Anzahl  der 
Molekeln  in  derselben  N,  für  ein  zweites  Gas 
Nj,  so  gilt  für  gleichen  Druck 

Nmc2_  NirnjCi^ 
P=  ^-=       3—  ' 

folglich,  da 

rac^      mjCi^ 

~2"""^2~' 

auch  N  =  Nj.  Gase  unter  gleichem 
Druck  haben  bei  derselben  Tempe- 
ratur in  gleichen  Räumen  gleichviel 
Molekeln.  Das  ist  die  Regel  von  Avogadro. 

4.  Daltons  Gesetz.  Nach  dem  Vorher- 
gehenden muß  der  Gasdruck  immer  pro- 
portional der  Anzahl  der  Molekeln  in  der 
Volumseinheit  sein,  unabhängig  von  der 
Art  der  ]\lolekeln,  woraus  unmittelbar  das 
Gesetz  folgt,  daß  für  ein  Gasgemisch 
der  Gesamtdruck  gleich  der  Summe 
der  Partialdnicke  sein  muß. 

5.  Die  Geschwindigkeit  der  Molekeln. 
Setzen  wir  Nm  =  q,  so  ist  q  die  Masse  der 
Volumseinheit,  d.  i.  die  Dichte  des   Gases. 


Kinetische  Theorie  der  Materie 


767 


Die    Druckformel    läßt    sich    daher    p  = 

-7i-  oder  c^  =        schreiben,     p  und   p  sind 
6  Q  ^ 

meßbare  Größen,  daher  läßt  sich  die  Ge- 
schwindigkeit c  der  Molekeln  berechnen. 
Man  findet  für  die  Luftmolekeln  bei  ge- 
wöhnhcher  Temperatur  etwa  c  =  500  m. 
6.  Spezifische  Wärme.  Die  Kräfte, 
welche  die  Gasmolekeln  aufeinander  aus- 
üben, kommen  nur  zur  Geltung,  wenn  die 
Molekeln  einander  sehr  nahe  sind.  Im  gas- 
förmigen Zustand  sind  sie  im  Mittel  jedoch 
so  weit  voneinander  entfernt,  daß  die 
potentielle  Energie  in  erster  Annäherung  als 
konstant  ange-ehen  werden  kann,  wenn 
Druck,  Volumen  und  Temperatur  auch 
beliebige  Aenderungen  erfahren.  Für  die 
Aenderung  des  Energieinhalts  eines  Gases 
wird  somit  nur  die  Aenderung  der  kinetischen 
Energie  der  Molekeln  von  Bedeutung  sein. 
Für  die  Masseneinheit  des  Gases  ist  nm  =  1. 

Danach  wird   Gleichung  (1)  pv  =  -ö.     Die 

im   Gase  enthaltene  kinetische  Energie  ist 
c2       3 

2  =  2  P^- 

wir     c^  =  Cn^(i  +  at)     setzen,     wenn     wir 


Bei  der  überwiegenden  Mehrzahl  der 
Gase  ist  dieses  Verhältnis  aber  ein  anderes. 
Dies  haben  wir  uns  so  zu  erklären,  daß  die 
kinetische  Energie  einer  Gasmolekel  nicht 
nur  in  der  Energie  ihrer  fortschreitenden  Be- 
wegung, sondern  auch  in  ihrer  inneren  Energie, 
d.  i.  der  Energie  der  in  ihr  vereinigten  Atome 
zu  suchen  ist,  welche  aus  der  Rotation  der' 
Molekel  und  den  Schwingungen  der  Atome 
um  den  gemeinschaftlichen  Schwerpunkt 
resultiert.  Wir  w^ollen  die  Gesamtenergie 
der  Masseneinheit  des  Gases  H,  die  Energie 
der  fortschreitenden   Bewegung   K  nennen. 

Es    ist    also     K  =  ^|^    und     H  =  ^J-  +  k, 

wobei  k  von  jenem  Teil  der  Energie  herrührt, 
der  nicht  in  der  fortschreitenden  Bewegung 
liegt.     Es  wird  somit 


y. 


Co-a 


-j-  ka    und 

5     Cn 


r=y  +  ])Voa=  g     2 


■  +  ka. 


Nach  dem  Früheren  können 


"^  ~  %^  (1  +  at)     setzen, 
'  i( 
1 


unter  c^  die   Geschwindigkeit  der  Molekeln 


bei  0"  C  und  unter  a 


t,„ö  den  Ausdehnungs- 


koeffizienten  der  Gase  (vgl  den  Artikel 
„Gase")  verstehen.  Die  Zunahme  der 
Gesamtenergie  des  Gases  bei  einer  Tempe- 
raturerhöhung um  1"  C  ist  somit  y  —    "^ — 

Halten  wir  bei  dieser  Erwärmung  das 
Volumen  konstant,  so  können  wir  diese 
Größe  als  die  spezifische  Wärme  des 
Gases  bei  konstantem  Volumen  (vgl. 
den  Artikel  ,,Gase")  betrachten.  Erwärmen 
wir  das  Gas  bei  konstantem  Druck,  so  ändert 
sich  sein  Volumen  nach  der  Gleichung 
V  =  Vq  (1  -f  at).  Die  Volumszunahme  bei 
der  Temperaturerhöhung  um  einen  Grad  ist 
somit  VqU  und  die  dabei  zu  leistende  Arbeit 
p^oO.  Diese  Arbeit  wird  auf  Kosten  der 
Wärme  geleistet.  Die  spezifische  Wärme 
r  bei  konstantem  Druck  ist  daher  um 
diesen  Betrag  größer  als  die  spezifi-;che 
Wärme  y  bei  konstantem  Volumen.  Nach 
cJa 


dem  obigen  ist  p^o«  =    ., 


,  daher 

2     '     3    ~J'    2  ' 
Für    das    Verhältnis    der    spezifischen 


r 


^a      Co^a 


Wärmen  ergibt  sich 


Dieses  Ver- 


hältnis wurde  tatsächlich  bei  Quecksilber- 
dampf gefunden,  ferner  bei  Argon  und  anderen 
Edelgasen,  d.  h.  bei  sogenannten  ein- 
atomigen Gasen. 


Aus   diesen    Gleichungen   erhält  man  leicht 

r  2  K  K 

=  1  +  tt^vt-  Das  Verhältnis  ^.^  wird  gleich 
7  3  H  H 

eins  sein,  wenn  die  Energie  der  fortschrei- 
tenden Bewegung  K  die  einzige  Form  der 
kinetischen  Energie,  also  H  =  K  ist.  Mit 
wachsender  innerer  Energie  wird  die  Ge- 
samtenergie ebenfalls  im  Vergleich  zu  K 
wachsen  und  zwar  um  so  mehr,  je  kompli- 
zierter der  Bau  der  Molekeln  ist.  Mit  zu- 
nehmender Atomzahl  einer  Molekel  wird  daher 

^  sich  immer  mehr  dem  Wert  Null  und  das 
H 

Verhältnis        dem  Wert  Eins  nähern.    Für 

y 

alle    Gase    muß    also    das    Verhältnis    der 

5 
spezifischen    Wärmen    zwischen    1    und 

3 

liegen.  Diese  Folgerung  hat  sich  ausnahmslos 
bestätigt,  sie  ist  eine  starke  Stütze  der 
kinetischen  Gastheorie,  da  keine  andere 
Theorie  imstande  ist,  dieses  Resultat  abzu- 
leiten. 

7.  Stoßzahl.  Für  die  Vereinfachung  der 
Rechnung  hat  man  in  vielen  Fällen  die 
Molekeln  wie  kleine  vollkommen  elastische 
Kugeln  behandelt.  Ihr  Durchmesser  sei  o. 
Wegen  der  Verteihing  der  Geschwindigkeiten 
nach  allen  Riehtungen  des  Raums  muß  es 
sich  ereignen,  daß  eine  Molekel  mit  anderen 
zusammenstößt.  Die  Zahl  der  Zusammen- 
stöße, welche  ein  Molekel  in  der  Sekunde 
erfährt,  wird  die  Stoßzahl  genannt.  Um  sie 
zu  finden,  denken  wir  uns  vorerst  alle 
Molekeln  bis  auf  eine  in  Ruhe,  diese  habe 
die  Geschwindigkeit  c.  Stößt  sie  mit  einer 
anderen  zusammen,  so  ist  während  des  Stoßes 
die    Entfernung    der    Mittelpunkte    beider 


768 


Kinetische  Theorie  der  Materie 


«ijleich  dem  Durchmesser  o  einer  Molekel. 
Ks  wird  daher  an  der  Stoßzahl  niclits  ge- 
ändert, wenn  wir  uns  die  ruhenden  Molekeln 
iils  Punkte,  die  wandernde  hincjegen  als 
eine  Kugel  vom  Radius  o  denken.  Eine 
solche  Kugel  hinterläßt  als  Spur  einen 
ZyHnder  vom  Querschnitt  no^  und  der 
Länge  c  per  Sekunde.  In  dieser  Zeit  fegt 
unsere  Kugel  also  den  Raum  ttoH  ab.  In 
diesem  Raum  befiiuleu  sich  Nrro^c  Gas- 
molekeln, mit  welchen  die  wandernde  Molekel 
zusammenstößt.  Dieselbe  Betrachtungs- 
weise können  wir  für  den  P'all  festhalten, 
daß  alle  Molekeln  in  Bewegung  sind;  nur 
haben  wir  dann  anstatt  c  die  mittlere  rela- 
tive Geschwindigkeit  r  einzusetzen,  welche 
eine  Molekel  gegenüber  den  anderen  hat. 
Wir  wollen  uns  darauf  beschränken  anzu- 
geben, daß  für  unseren  Fall  die  Rechnung 

4c 
r  =  o     ergibt,    so    daß    die    Stoßzahl  Z  = 


N.Tö^c  wird. 


8.  Mittlere  Weglänge.  Der  Weg, 
welchen  eine  Molekel  zwischen  zwei  Zu- 
sammenstößen zurücklegt,  wird  im  all- 
gemeinen verschieden  groß  ausfallen.  Den 
Mittelwert  einer  großen  Zahl  aufeinander 
folgender  Wege  nennen  wir  die  mittlere 
Weglänge.  Es  ist  dies  somit  der  Weg,  den 
eine  Molekel  im  Mittel  zwischen  zwei  Zu- 
sammenstößen zurücklegt.  Der  gesamte 
Weg,  den  die  Molekel  in  der  Sekunde  durch- 
eilt, ist  gleich  ihrer  Geschwindigkeit  c. 
Dividieren  wir  diesen  Weg  durch  die  Stoß- 
zahl, so  erhalten  wir  die  mittlere  Weg- 
länge 


(2) 


9.  Innere  Reibung.  Reibungskoeffi- 
zient. Bewegen  sich  zwei  einander  be- 
rührende Gasschichten  mit  verschiedener 
Geschwindigkeit,  so  übt  die  schnellere  auf 
die  langsamere  eine  Beschleunigung,  diese 
auf  jene  eine  Verzögerung  aus.  Es  wird 
somit  Bewegungsgröße  von  der  schnelleren 
an  die  langsamere  Schicht  abgegeben.  Die 
Bewegungsgröße,  welche  in  der  Sekunde 
von  der  schnelleren  Schicht  auf  die  lang- 
samere übertragen  wird,  bildet  das  Maß 
der  Kraft,  mit  welcher  die  schnellere  auf 
die  langsamere  Schicht  wirkt.  Diese  Kraft 
per  Flächeneinheit  der  Schicht  nennen  wir 
die  innere  Reibung  des  Gases.  Bewegen 
sich  horizontale  Schichten  in  horizontaler 
Richtung  und  nimmt  die  Geschwindigkeit 
derselben  mit  der  Höhe  derart  zu,  daß  für 
je  1  cm  Höhenunterschied  der  Geschwindig- 
keitsunterschied ebenfalls  1  cm  beträgt,  so 
nennen  wir  die  Bewegungsgröße,  welche  von 
einer  Schicht  in  der  Sekunde  per  Quadrat- 
zentimeter zur  benachbarten  übergeht,  den 


Reibungskoeffizienten  7;  des  Gases.  Den 
Zusammenhang  des  Reibungskoeffizienten 
mit  anderen  Größen  der  Gase  können  wir 
nach  der  kinetischen  Theorie  folgender- 
maßen finden.  Wir  denken  uns  die  ver- 
schiedenen Gasschichten  in  der  eben  ge- 
nannten Weise  bewegt  und  fragen  uns, 
welche  Bewegungsgröße  wird  durch  einen 
Quadratzentimeter  einer  durch  das  Gas 
gelegten  horizontalen  Ebene  in  der  Sekunde 
von  oben  nach  unten  befördert?  Wir 
nehmen  wie  bei  der  Berechnung  des  Druckes 
der  Einfachheit  halber  an,  daß  die  Bewegung 
der  Molekeln  nur  nach  drei  senkrecht  auf- 
einander liegenden  Richtungen  erfolgt.  Zwei 
derselben  legen  wir  in  die  Horizontal  ebene, 
die  dritte  senkrecht  dazu.  Nur  die  in  letzterer 
Richtung  sich  bewegenden  Molekeln  werden 
die  Horizontalebene  passieren,  also  Be- 
wegungsgröße von  einer  Schicht  in  die  andere 
tragen  können.  Die  Zahl  der  Molekeln, 
welche  von  oben  nach  unten  durch  die 
Flächeneinheit  der   Ebene  in   der    Sekunde 

gehen,  ist  ^  Nc,  wobei  wir  wieder  unter  N 

die  Zahl  der  Molekeln  in  der  Volumseinheit, 
unter  c  ihre  Geschwindigkeit  verstehen. 
Wir  nehmen  an,  daß  außer  der  Wärme- 
bewegung diese  Molekeln  im  Mittel  die 
Horizontalgeschwindigkeit  jener  Schicht  be- 
sitzen, wo  sie  den  letzten  Zusammenstoß 
erfuhren.  Dieser  wird  im  Mittel  in  einer 
Höhe  über  unserer  Ebene  stattfinden,  welche 
gleich  der  mittleren  Weglänge  1  ist.  Hat  in 
unserer  Ebene  das  Gas  die  horizontale 
Geschwindigkeit  v,  so  muß  eine  um  /  höhere 
Schicht  nach  unserer  früheren  iVnnahme  die 
Geschwindigkeit  v  -\- 1  haben.  Die  Be- 
wegungsgröße einer  von  dort  kommenden 
Molekel  parallel  zur  Ebene  ist  daher  m(^'  4-/1). 

Nc 
Dies   mit  der  Zahl  -^     multipliziert    ergibt 

uns  die  gesamte  Bewegungsgröße,  welche 
von  oben  nach  unten  getragen  wird.    Das  ist 

p-  Nmc(v  -j-  ^)-    Nach  derselben  üeberlegung 

finden  wir,  daß  in  derselben  Zeit  von  unten 

nach  oben  die  Bewegungsgröße  ^  Nmc(t) — X) 

getragen  wird.  Der  Reibungskoeffizient 
?/  ist  nun  der  Ueberschuß  der  von  oben  nach 
unten  über  die  von  unten  nach  oben  ge- 
tragene Bewegungsgröße.    Es  ist  somit 

Tj  =  g  Nmc  [fv  +  /)  —  (V  —  X)]  = 

g  Nmc^  =  2  9^^^  (3) 

da  ja  Nm  =  q  die  Dichte  des  Gases  be- 
deutet. 

10.   Unabhängigkeit   der   inneren  Rei- 
bung  von  der  Gasdichte.     Führen  wir  in 


Kinetische  Theorie  der  Materie 


769 


die  Formel  für  den  Keibungskoeffizienten 
den  Wert  der  mittleren  Weglänge  nach 
Gleichnng  (2)  ein,  so  ergibt  dies 

(4) 


V 


mc 


Die  rechte  Seite  dieser  Gleichung  ist  frei 
von  der  Zahl  der  Molekeln  in  der  Volums- 
emheit,  d.  h.  die  innere  Reibung  eines 
Gases  ist  von  seiner  Dichte  oder,  was  das- 
selbe ist,  vom  Druck  unabhängig.  Dieses 
überraschende  von  Maxwell  gefundene  Re- 
sultat stimmt  innerhalb  sehr  großer  Druck- 
grenzen mit  der  Erfahrung  überein  und 
wurde  von  der  Theorie  vorausgesagt. 

II.  Abhängigkeit  der  inneren  Rei- 
bung von  der  Temperatur.  Die  Form  der 
Gleichung  (4)  zeigt,  daß  der  Reibungs- 
koeffizient mit  der  Temperatur  wachsen 
muß,  da  er  ja  der  Geschwindigkeit  c  der 
Molekeln  proportional  ist.  Wir  wissen, 
daß  c2  proportional  der  absoluten  Temperatur 
ist  (vgl.  Abschnitt  2).  Es  müßte  somit  die 
innere  Reibung  eines  Gases  proportional 
der  Quadratwurzel  aus  der  absoluten  Tem- 
peratur sein.  Die  Beobachtung  zeigt  nun 
tatsächlich  ein  Anwachsen  der  inneren 
Reibung  mit  der  Temperatur,  die  Proportio- 
nalität mit  der  Wurzel  aus  der  absoluten 
Temperatur  ist  jedoch  nicht  erfüllt.  Es 
zeigt  sich  vielmehr,  daß  im  allgemeinen 
die!"  innere  Reibung  rascher  wächst  als  nach 

der  "*;■  Potenz    der    absoluten    Temperatur. 

Bleiben  wir  bei  unserer  Herleitung,  so  wäre 
ein  solches  Verhalten  nur  möglich,  wenn  mit 
wachsender  Temperatur  der  Durchmesser  o 
der  Molekeln  abnimmt.     Diese  Möglichkeit 
wäre    vorhanden,    wenn    wir    die    Molekeln 
nicht    als    absolut   starre    Kugeln    ansehen, 
so  daß  sie  beim  Stoß  einander  um  so  näher 
kommen,  je  größer  ihre  relative  Geschwindig- 
keit ist.     Man  kann  aber  auch  die  Annahme 
vollkommen  starrer  Kugeln  festhalten,  wenn 
man  ihnen  außerdem  noch  Anziehungskräfte 
beilegt  (vgl.  Abschnitt  1),  welche  nur  dann 
in    Betracht   kommen,    wenn    die   Molekeln 
einander  sehr  nahe  sind.    Durch  solche  An- 
ziehungskräfte wird  die  Zahl  der  Zusammen- 
stöße vermehrt,  die  mittlere  Weglänge  also 
vermindert.      Außerdem  muß  die   Stoßzahl 
eine  Funktion  der  Temperatur  werden,  da 
bei  größerer  Geschwindigkeit  der  Molekeln, 
d.  h!  bei  höherer  Temperatur  die  Anziehungs- 
kräfte nicht  so  in  Betracht  kommen  werden 
als   bei   geringerer  Geschwindigkeit.     Unter 
diesem    Gesichtspunkt   haben    Sutherland 
und   Reinganum   Formeln   für  die  innere 
Reibung    entwickelt,    welche    das    tatsäch- 
hche    Verhalten    der    Gase    weitaus    besser 
wiedergeben  als  die  einfachere  Gleichung  (4). 
12.    Zahlenwert    der    mittleren    Weg- 


länge und  der  Stoßzahl.   Die  Gleichung  (3) 

können  wir  in  der  Form  X  =    ^^  schreiben. 

Den  Reibungskoeffizienten  können  wir  ex- 
perimentell bestimmen  (vgl.  den  Artikel 
,,F1  ü  s  s  ig  k  ei  ts  b  e  w  eg  u  n  g") ,  desgleichen 
die  Dichte  g  eines  Gases.  Die  Geschwindig- 
keit c  haben  wir  berechnen  gelernt.  Es  liegt 
somit  die  Möglichkeit  vor,  die  Größe  X  ihrem 
Zahlenwert  nach  anzugeben.  Mit  der  Größe 
der  mittleren   Weglänge  ist  aber  auch  die 

Stoßzahl    Z    durch    die    Beziehung    Z  =  | 

gegeben.  Im  folgenden  seien  einige  dies- 
bezügliche Resultate  angegeben. 

Weglänge  Stoßzahl 

Wasserstoff  0,00001855  cm  9480  Millionen 
Sauerstoff  1059    „        4065 

Stickstoff  959    „        4735 

Kohlensäure  680    ,,         5510 

Diese  Zahlen  beziehen  sich  auf  den  Druck 
einer  Atmosphäre  und  die  Temperatur  0"  C. 
13.  Wärmeleitung.     Die  Wärmemenge, 
welche  durch  einen  Würfel  in  der  Sekunde 
hindurchwandert,  dessen  Kantenlänge  1  cm 
beträgt,  wenn  die  zwei  gegenüberliegenden 
Seitenflächen    einen    Temperaturunterschied 
von  l"  C  haben,  nennt  man  die  Wärme- 
leitungsfähigkeit der  Substanz,  aus  wel- 
cher der  Würfel  besteht  (vgl.   den  Artikel 
,, Wärmeleitung").    Haben  wir  einen  Gas- 
würfel,   so    ist    nach    unserer    Anschauung 
der  Wärmetransport  nichts  anderes  als  ein 
Energietransport.      Dieser    Transport    wird 
genau  so  wie  bei  der  inneren  Reibung  die 
Üebertragung    der    Bewegungsgröße    durch 
die  Bewegung  der  Molekeln  besorgt.     Jene 
Molekeln,  welche  aus   wärmeren  in  kältere 
Schichten  kommen,  haben  die  größere  kine- 
tische Energie,  die  sie  zum  Teil  durch  die 
Zusammenstöße  an  die  kälteren    Schichten 
abgeben.     Jene  Molekeln,  die  von  kälteren 
in   wärmere  Schichten  fliegen,    werden  dort 
Wärme  empfangen,  der  warmen  Schicht  also 
Energie  entziehen.     Wir  können  auf  diesen 
Vorgang  sämtliche  Ueberlegungen  anwenden, 
die 'wir   bei   der    Ableitung   des    Reibungs- 
koeffizienten   gebrauchten.        Wir    denken 
uns  in  den  einzelnen  horizontalen  Schichten 
eines  Gases  die  Temperatur  konstant.     Die 
Temperaturänderung    findet     also     nur    in 
vertikaler    Richtung   statt.      Für   je    1    cm 
Erhöhung    soll    die    Temperatur    um^  1"    C 
zunehmen.       In    einer    bestimmten    Schicht 
sei    die    Geschwindigkeit    der    Molekeln    c, 
die  Temperatur  sei  t.  Die  von  oben  kommen- 
den Molekeln  werden  ihren  letzten  Zusammen- 
stoß im  Mittel  in  der  Schicht  von  der  Tem- 
peratur t-j-l  erhalten  haben,  und  wenn  y 
die  spezifische  Wärme  des    Gases   bei  kon- 
stantem   Volumen    ist,    wird    eine    Molekel 
den  Wärmeinhalt  my  (t  +  A)  besitzen.    Die 


Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V, 


49 


1(0 


Kinetische  Theorie  der  Materie 


Wärinemeiige.  welche  daher  in  der  Sekunde 
durch  die  Flächeneinheit  der  Horizontal- 
ebene von  den  Molekeln  getragen  wird,  ist 

gNmc7(t  +  /)  (vgl.  Abschnitt  9j.  Des- 
gleichen wird  von  unten  nach  oben  die  Wärme- 
menge ^  Nmc}/  (t — /)  befördert.  Der  Ueber- 

schuß  der  Wärme,  welcher  von  oben  nach 
unten  gebracht  wird,  d.  i.  die  Wärme- 
leitungsfähigkeit des  Gases  ist  somit 

k  =  o^  NmcAy  =  o  QC^y  =  rjy. 

Wir  erkennen  daraus  einen  merkwürdig 
einfachen  Zusammenhang  zwischen  innerer 
Reibung  und  Wärmeleitung  der  Gase,  der 
ohne  die  kinetische  Theorie  wohl  kaum 
zu  begreifen  wäre.  Allerdings  zeigen  die 
Beobachtungen,  daß  die  einfache  Beziehung 
k=r;7  nicht  genau  den  Tatsachen  ent- 
spricht. Immerhin  genügt  nach  0.  E.  Meyers 
Zusammenstellung  für  sehr  viele  Beobach- 
tungen die  Gleichung  k  =  l'Qrjy,  so  daß 
tatsächlich  alles,  was  wir  vom  Reibungs- 
koeffizienten aussagen  konnten,  auf  die 
Wärmeleitung  übertragen  werden  kann.  Es 
ist  also  die  Wärmeleitung  unabhängig  vom 
Druck  des  Gases,  sie  wächst  mit  der  Tem- 
peratur analog  dem  Reibungskoeffizienten 
und  kann  benützt  werden  zur  Berechnung 
der  mittleren  Weglänge  und  Stoßzahl,  die 
der  Größenordnung  nach  mit  den  Werten, 
welche  die  innere  Reibung  liefert,  überein- 
stimmen müssen. 

14.  Gasdiffusion.  Wir  denken  uns  ein 
vertikales  zylindrisches  Rohr.  Sein  Quer- 
schnitt sei  1  cm^,  unten  sei  ein  schwereres 
Gas,  oben  ein  leichteres.  Diese  wandern 
gegeneinander  (vgl.  den  Artikel  ,, Osmo- 
tische Theorie").  Es  sei  die  Gasverteilung 
so,  daß  die  Zahl  der  Molekeln  des  leichteren 
Gases  von  oben  nach  unten  in  gleichen 
Abständen  um  gleich  viel  und  zwar  per 
Längeneinheit  um  a  abnimmt.  Es  muß 
dann  wegen  der  Gleichheit  des  Drucks  im 
ganzen  Gefäß  die  Zahl  der  Molekeln  des 
schwereren  Gases  ebenfalls  aber  in  der  Rich- 
tung von  unten  nach  oben  auf  jedem  Zenti- 
meter um  a  Molekeln  abnehmen.     Die  Be- 


wegung der  Gasmolekeln  werde  wiederum 
in  drei  aufeinander  senkrecht  stehende  Rich- 
tungen zerlegt.  In  einem  bestimmten  Quer- 
schnitt des  Rohrs  sei  die  Zahl  der  Molekeln 
in  der  Volumseinheit  für  das  leichtere  Gas  Nj, 
die  Geschwindigkeit  Cj,  die  mittlere  Weg- 
länge/j.  Die  analogen  Größen  des  schwereren 
Gases  seien  No,  c,  und  /a-  ^^^  ^^hl  der 
Molekeln  des  leichteren  Gases,  welche  von 
oben  nach  unten  die  Horizontalebene  durch- 
fliegen, kommen  im  Mittel  aus  der  Höhe  /., 
über  dieser  Ebene.  Daselbst  herrscht  die 
Konzentration  (Zahl  der  Molekeln  in  der 
Volumseinheit)  Nj  +  a),^.    Es  werden  daher 

in    der    Sekunde  -v  (N^  +  a>li)ci    Molekeln 

D 

die  Ebene  von  oben  nach  unten  und  analog 
(N,  — a/lj)ci   Molekeln    von    unten    nach 

oben  passieren  (vgl.  Abschnitt  9).  Der  Ueber- 
schuß  der  nach  abwärts  wandernden  Mo- 
lekeln ist  also  .3   aXiCy      In  gleicher  Weise 

o 
finden  wir  für  die  Zahl  der  nach  aufwärts 
gehenden   Molekeln   des   zweiten    Gases   die 

Größe  ^   aAgCg.     Diese  zwei  Zahlen  werden 

3 
im  allgemeinen  voneinander  verschieden  sein. 
Ist  z.  B.  AiCi>-^2C2'   ^0  werden  im  ganzen 

w  a  {X^c i  ~  LC2)   Molekeln   in   der  Sekunde 

nach  abwärts  wandern,  was  eine  Erhöhung 
des  Druckes  zur  Folge  hat.  Diese  Druck- 
erhöhung wird  aber  sofort  dadurch  ausge- 
glichen werden,  daß  von  dem  ganzen  Gas- 
gemisch ebensoviel  Molekeln  nach  aufwärts 
geschoben  werden.  In  unserer  Ebene  sind 
die  Konzentrationen  N^  und  N,,  die  Ge- 
samtzahl der  Molekeln  in  der  Volumseinheit 

ist  Ni  +  N2  =  N.    Von  den  .,  a(AiCi— ^^aC,) 


Ni 


Molekeln    entfallen   also   ^aU^^i — ^^2^2^]^ 

1  N 

auf  das  erste  und  .^  a(AiCi  —  A2C2)^aufdas 

zweite  Gas.  Verteilen  wir  die  wandernden 
Beträge  auf  die  einzelnen  Gase,  so  ergibt 
sich  für  die  Anzahl  der  nach  unten  wandern- 
den Molekeln  des  ersten  Gases 


1 


Nx 


2  aAiCi  —  ^  a(AiCi— A2C2)  -j^  =  3  al^c^  (1— ^  )  +  ^  a;.2C2 


|^=3^(^iCiN2+^-.C2N0. 


Die  Größe  j  wenn    wir    ein    ganz    bestimmtes    Konzen- 

1  trationsgefälle  im  Gas  haben. 

3j^v  1121221;  j^     Abhängigkeit    der    Diffusion    von 

nennt  man  den  Diffusionskoeffizienten  Druck  und  Temperatur.     Da  die  mittlere 

der  beiden    Gase.     Er  ist  ein  Maß  für  die  Weglänge    der    Zahl    der    Molekeln    in    der 

Geschwindigkeit,  mit  welcher  sich  die  beiden  Volumseinheit     verkehrt     proportional     ist, 

Gase  durchdringen,  wenn  a  —  1  wird,  d.  h.  so    ist    der    Ausdruck    i'-iCiNj  +  /2t*2Ni    in 


Kinetische  Theorie  der  Materie 


771 


Gloichimg  (5)  voni  Vohimen  oder,  was 
dasselbe  bedeutet,  vom  Druck  unabhängig, 
jedoch  proportional  der  Geschwindigkeit 
der  Molekeln  oder  proportional  der  Quadrat- 
wurzel  aus   der  absoluten   Temperatur  des 

Nmc^ 
Gases.     i\us  der  Druckgleichung  p  =     ^— 


folgt    ferner    N  = 


nic^ 


Dem  reziproken 


AVert    davon    ist    ebenfalls    der    Diffusions- 
koeffizient proportional.      Mithin   ist  dieser 


proportional 


dem    Ausdruck         oder    pro- 
P 


T^/2 
portional .  Es  müßte  somit  der  Diffusions- 

P 
koeffizient  der  ^/._,. Potenz  der  absoluten 
Temperatur  direkt  und  verkehrt  proportional 
dem  Druck  sein.  Letzteres  hat  sich  tatsäch- 
lich aus  der  Beobachtung  ergeben.  Was 
jedoch  die  ^Abhängigkeit  von  der  Temperatur 
anbelangt,  so  hat  sich  gezeigt,  daß  der 
Diffusionskoeffizient  ungefähr  proportional 
dem  Quadrat  der  absoluten  Temperatur  ist. 
Wie  bei  der  inneren  Reibung  und  Wärme- 
leitung stimmt  die  berechnete  Abhängigkeit 
von  der  Temperatur  mit  der  beobachteten 
nicht  völlig  überein.  Die  Ursache  dafür 
kann  in  ähnlichen  Umständen  gesucht 
werden,  wie  wir  sie  bei  der  Betrachtung 
der  inneren  Reibung  erwähnten. 

i6.  Zusammenhang  zwischen  innerer 
Reibung.  Wärmeleitung  und  Diffusion 
der  Gase.  Auf  den  engen  Zusammenhang 
zwischen  innerer  Reibung  und  Wärmeleitung 
wurde  bereits  hingewiesen.  In  der  Gleichung 
(5)  können  wir  die  mittlere  Weglänge  der 
Gase  direkt  durch  ihre  Reibungskoeffizienten 
oder  auch  durch  die  Wärmeleitungsfähigkeit 
ausdrücken.  Wir  erhalten  so  eine  direkte 
Beziehung  zwischen  innerer  Reibung  und 
Diffusion  bezüglich  zwischen  Wärnieleitung 
und  Diffusion,  so  daß  man  den  Diffusions- 
koeffizienten zweier  Gase  direkt  aus  den 
Reibungskoeffizienten  der  einzelnen  Gase  be- 
rechnen kann.  Die  so  berechneten  Diffusions- 
koeffizienten befinden  sich  in  genügender 
Uebereinstimmung    mit    der    Beobachtung. 

17.  Größe  der  Molekeln.  Loschmidt- 
sche  Zahl.    Im  Abschnitt  8  fanden  wir  für 

3 
die  mittlere  Weglänge  A  =  ^r^^^ — ^.      Diese 

Gleichung   läßt   sich   leicht    auf   die   Form 


-1^710^ 


(6) 


bringen.     Da  wir  unter  o  den  Durchmesser 
einer   Molekel   verstehen,  so   ist  },   no^  das 

D 

Volumen  einer  Molekel    und =  v  das 

6 
Volumen    sämtlicher    Molekeln,    welche    in 


der  Volumseinheit  des  Gases  vorhanden  sind. 
Nach  Loschmidt  ist  v  das  kleinste  Vo- 
lumen, auf  welches  das  Gas  gebracht  werden 
kann,  und  er  nimmt  an,  daß  dies  im  flüssigen 
Zustand  angenähert  erreicht  sei.  In  der 
Gleichung  o  ~  8vJl,  welche  unmittelbar  aus 
Gleichung  (6)  folgt,  haben  wir  somit  auf  der 
rechten  Seite  der  Messung  zugängliche 
Größen,  können  somit  den  Durchmesser 
der  Molekeln  finden.  Für  viele  Gase  und 
Dämpfe  hat  sich  ergeben,  daß  fast  alle 
Molekeln  der  Größenordnung  nach  über- 
einstimmen, die  etwa  ^^g  mm  beträgt.  Nach 

Loschmidt  erhält  man  speziell  für  Wasser 
0  =  44,10-»  cm,  für  Kohlensäure  114,10  » 
cm.  Die  vielen  Methoden,  welche  man  später 
für  die  Berechnung  der  Größe  der  Molekeln 
fand,  haben  an  diesen  Zahlen  keine  wesent- 

1  liehen  Aenderungen  zur  Folge  gehabt. 

Eliminieren  wir  aus  den  obigen  Glei- 
chungen o,  so  erhalten  wir  eine  Gleichung 
zur  Berechnung  des  N.  Da  alle  Gase  unter 
gleichem    Druck    bei    gleicher    Temperatur 

\  in  der  Volumseinheit  dieselbe  Anzahl  von 
Molekeln  haben,  so  gilt  das  auf  einen  be- 
stimmten Druck  und  eine  bestimmte  Tem- 
peratur, z.  B.  1  Atmosphäre  und  0"^  C  be- 
zogene N  für  alle  Gase.  Man  hat  diese  Größe 
die  Loschmidtsche  Zahl  genannt.  Gegen- 
wärtig bezeichnet  man  rationeller  häufig 
die  Zahl  der  Molekeln  in  einem  Mol  des 
Gases  mit  diesem  Namen.  Diese  Zahl  gilt 
dann  für  jeden  Körper  und  ist  von  allen 
Nebenbedingungen  unabhängig.  Sie  ist 
nach  den  neuesten  Forschungen  etwa  6,10"^. 
18.  Verteilungsgesetz  der  Geschwindig- 
keiten. Die  von  uns  bisher  gemachte 
Voraussetzung,  alle  Molekeln  hätten  dieselbe 
Geschwindigkeit  c,  trifft  in  Wirklichkeit 
nicht  zu.    Es  können  vielmehr  die  Molekeln 

!  infolge  der  Zusammenstöße  die  verschieden- 
sten Geschwindigkeiten  annehmen.  Immer 
stellt  sich  jedoch  für  ein  ruhendes  Gas  ein 
ganz  bestimmter  Verteilungszustand  her, 
welcher  von  J.  Gl.  Maxwell  gefunden 
wurde.  Wegen  Raummangels  sei  nur  das 
Gesetz  selbst  angeführt,  welches  besagt: 
Enthält  ein  Gas  n  Molekeln,  so  ist  die  Zahl 
der  Molekeln,  welche  eine  Geschwindigkeit 
zwischen  c  und  c  -f-  tlc  besitzen 

"'de. 

a  ist  dabei  der  Wert  jener  Geschwindigkeit, 
welche  am  häufigsten  sich  einstellt,  also  die 
wahrscheinlichste  Geschwindigkeit.  Für 
sehr  kleine  und  sehr  große  Werte  des  c 
wird  dZ  relativ  sehr  klein.  Man  sieht,  daß 
die  Geschwindigkeiten  unendlich  und  null 
unendHch  selten  sind.  Die  häufigsten 
Geschwindigkeiten  liegen  in  der  Nähe  der 

49* 


772 


Kinetische  Theorie  der  Materie 


walirscheinlichsteii.  Führen  wir  mit  Rück- 
sicht auf  das  Verteiliuigsffe.setz  die  in  den 
früheren  Abschnitten  gegebenen  Rechnungen 
durch,  so  werden  sie  weitaus  komplizierter, 
wei'hen  jedoch  in  den  Resultaten  nicht 
wesentlich  von  den  unserigen  ab.  So  erhält 
man  für  die  mittlere   Geschwindigkeit  der 

Molekeln     einen     Wert,     weicher    etwa 


des   von   uns  gefundenen  ist. 


13 
Die  Formel 
1_ 

für  die  mittlere  Weglänge  wird  2  =  wöm  ^2' 

3 
während  wir  /  =  v^ — 2   erhielten.     Nun  ist 

1  3 

-^  =  0,707.  X  =  0,75,    was   keinen    großen 

r  A  ^ 

Unterschied  bedeutet.  Aehnlich  steht  es 
mit  den  Formeln  für  die  innere  Reibung, 
Wärmeleitung  usw. 

19.  Dissoziation  der  Gase.  Wir  haben 
im  Abschnitt  6  erwähnt,  daß  wir  zwischen 
ein-  und  mehratomigen  Molekeln  zu  unter- 
scheiden haben.  Die  Energie  der  mehr- 
atomigen Molekeln  besteht  zum  großen  Teil 
in  innerer  Energie,  d.  h.  Energie  der  Ro- 
tation und  der  Bewegung  der  Atome  gegen 
den  Schwerpunkt  der  Molekel.  Diese  Energien 
wachsen  proportional  mit  der  absoluten 
Temperatur  des  Gases  und  ihre  Verteilung 
über  die  einzelnen  Molekeln  wird  durch  das 
Maxwellsche  Gesetz  bedingt  sein.  Es  wird 
also  zeitweise  Molekeln  geben,  welche  eine 
sehr  große  innere  Energie  erreichen.  Da- 
durch kann  der  Zusammenhalt  der  Atome 
dauernd  gelöst  werden,  wir  sagen :  die  Molekel 
dissoziiert.  Da  jede  Molekel  im  Lauf  der 
Zeit  jede  beliebige  Geschwindigkeit  annehmen 
kanii,  so  werden  in  der  Sekunde  eine  ganz 
bestimmte  Anzahl  von  Molekeln  dissoziisren. 
Würden  sich  die  dissoziierten  Bestandteile 
nicht  wieder  assoziieren  können,  so  müßten 
sich  im  Laufe  der  Zeit  sämtliche  Molekeln 
in  ihre  Atome  oder  Teilmolekeln  zerlegen. 
Die  Beobachtung  ergibt  jedoch,  daß  bei 
Gasen,  welche  Dissoziation  zeigen,  der  Grad 
derselben  ein  ganz  bestimmter  ist,  welcher 
durch  Druck  und  Temperatur  bedingt  ist. 
Dies  erklärt  sich  so,  daß  die  Teilmolekeln 
wieder  zusammenstoßen  und,  falls  sie  dabei 
eine  genügend  kleine  Energie  besitzen, 
sich  wieder  zu  einer  urs))rünglichcn  Molekel 
vereinigen  werden.  Ist  die  Zahl  der  in  einer 
Sekunde  dissoziierten  Molekeln  gleich  der 
Zahl  der  sich  neu  bildenden,  so  bleibt  der 
Zustand  des  (Jases  konstant  auf  einem 
bestimmten  Dissoziationsgrad.  Dieser  wird 
mit  der  Temperatur  steigen  und  mit  wach^ 
sendem  Druck  abnehmen,  da  die  Möglich- 
keit der  Wiedervereinigung  mit  wachsender 
Stoßzahl  ebenfalls  wächst.  Faßt  man  diese 
Ueberlegungen    in    nuithematische  Formeln, 


so  ergibt  sich  völlige  Uebereinstimmung 
zwischen  Theorie  und  Beobachtung.  Be- 
merkenswert ist  dabei,  daß  nur  unter  Voraus- 
setzung eines  Verteilungsgesetzes  für  die 
Geschwindigkeiten  Formeln  für  die  Disso- 
ziation gewonnen  werden  können,  was  ganz 
unmöglich  wäre,  wollte  man  allen  Molekeln 
dieselbe  Geschwindigkeit  zuschreiben. 

20.  Ideale  und  wirkliche  Gase,  van  der 
Waalssche  Zustandsgieichung.  Alle  Gase 
befolgen  nur  annähernd  das  Boyle-Charles- 
sche  Gesetz.  Man  pflegt  daher  ein  Gas, 
dessen  Zustand  genau  durch  dieses  Gesetz 
charakterisiert  wäre,  ein  ideales  Gas  zu 
nennen.  Nach  dem  Boyle-Charlesschen 
Gesetz  müßte  sowohl  mit  zunehmendem 
Druck  als  auch  mit  abnehmender  Temperatur 
das  Volumen  des  Gases  unendlich  klein 
werden.  In  Wirklichkeit  kann  man  jedoch 
jedes  Gas  nur  bis  zu  einer  gewissen  Grenze 
des  Volumens  komprimieren.  Bei  der 
Annahme,  die  Molekeln  seien  Kugeln  von 
ganz  bestimmter  Größe,  leuchtet  dieses 
Verhalten  des  Gases  ohne  weiteres  ein, 
indem  wir  dann  das  Volumen  nur  so  weit 
verringern  können,  bis  sich  alle  Molekeln 
vollkommen  berühren.  Unter  dieses  Volumen 
können  w'ir  nicht  herabgehen.  Wir  können 
auch  so  sagen,  daß  der  Bewegung  einer 
Molekel  nicht  der  ganze  Gefäßraum  zur  Ver- 
fügung steht,  sondern  ein  kleinerer,  so  daß 
wir  für  das  Volumen  v  des  Gefäßes  ein 
kleineres  etwa  v  —  b  in  die  Zustandsgieichung 
einführen  müssen,  w^obei  wür  in  erster  An- 
näherung b  als  konstant  ansehen  können. 
Zur  Erklärung  des  flüssigen  Zustandes 
(vgl.  iVbschnitt  i)  mußten  wir  annehmen, 
daß  die  Molekeln  Anziehungskräfte  auf- 
einander ausüben.  Diese  werden  den  äußeren 
Druck  erhöhen,  da  sie  ja  das  Gas  zu  kompri- 
mieren suchen.  Die  Erfahrung  hat  gezeigt, 
daß  diese  Druckerhöhung  verkehrt  pro- 
jjortional  dem  Quadrat  des  Volumens  ge- 
setzt werden  kann,  so  daß  wir  in  die  Zu- 
standsgleichung  anstatt  des  Druckes  p  ein 

GUed    von    der   Form    p  +  ^   mit    Vorteil 

v^ 

einführen  können.    Danach  läßt  das  Boyle- 

Charlessche  Gesetz  sich  verwandeln  in 


Diese  Zustandsgle  chung  rührt  von  van  der 
Waals  her.  Er  hat  gezeigt,  daß  sie  ohne 
große  Abweichungen  anf  die  Gase  bis  zu 
deren  Verflüssigung  angewendet  werden  kann. 
Sie  zeichnet  sich  durch  Einfachheit  aus,  da 
sie  gegenüber  der  Zustandsgieichung  für 
ideale  Gase  nur  die  zwei  Konstanten  a  und  b 
mehr  enthält. 

21.  Kritisches  Volumen,  kritischer 
Druck,  kritische  Temperatur,  reduzierte 
Zustandsgieichung.       Nach    fallenden    Po- 


Kinetische  Theorie  der  Materie 


773 


tenzen  von  v  geordnet  ergibt  die  van  der 
Waalssche  Gleichung  für  v  eine  Gleichung 
3.  Grades.  Eine  solche  hat  entweder  drei 
reelle  Wurzeln  oder  nur  eine.  Bei  genügend 
tiefer  Temperatur  treten  drei  Wurzeln  auf. 
Die  kleinste  und  größte  Wurzel  stellen  das 
Volumen  des  vollständig  flüssigen  bezüglich 
des  vollständig  dampfförmigen  Zustandes 
dar.  Die  mittlere  Wurzel  hat  keine  praktische 
Bedeutung,  da  sie  einem  labilen,  nicht 
realisierbaren  Zustand  entspricht.  Bei 
wachsender  Tem])eratur  nähern  sich  die 
Werte  dieser  Wurzeln,  bis  sie  bei  einer  ganz 
bestimmten  Tem])eratur  alle  drei  denselben 
Wert  annehmen.  Das  Volumen  wird  für 
diesen  Fall  v^  =  3b.  Man  nennt  es  das 
kritische  Volumen  des  Gases  und  ent- 
sprechend die  dazugehörigen  Werte  des 
Drucks  und  der  Temperatur  den  kritischen 
Druck  bezw.  die  kritische  Temperatur. 
Für  diese  Größen  erhält  man  die  Beziehungen 

Pi^¥7V  ""^  '^'^27¥R'  ^^^^^^6" 
wir  die  kritischen  Werte  zur  Einheit,  d.  h. 
setzen  wir 


(oVi  =  3bco,  p  =  7rpi  = 


27b2 


TT, 


T  =  tTi 


8a 
27¥R^ 


so    verwandelt   sich    die    Zustandsgieichung 
in  die  reduzierte  Zustandsgieichung 


Diese  stellt  ohne  Rücksicht  auf  die  Natur 
des  Körpers  den  gasförmigen  und  flüssigen 
Zustand  dar.  Auf  die  Folgerungen,  welche 
aus  ihr  gezogen  werden  können,  muß  wegen 
Raummangeis  auf  die  Literatur  verwiesen 
werden. 

22.  Kinetische  Theorie  der  Flüssig- 
keiten. Die  Anwendung  der  van  der 
Waalsschen  Zustandsgieichung  auf  den 
flüssigen  Zustand  nennt  man  fälschlich  die 
kinetische  Theorie  der  Flüssigkeiten.  Mit 
Berücksichtigung  der  Anziehungskräfte  so- 
wie des  Volumens  der  Molekehi  erhalten 
wir  nämlich,  wie  zuerst  in  strenger  Weise 
Reinganum  gezeigt  hat,  schon  für  verdünnte 
Gase  eine  viel  kompliziertere  Gleichung  als 
die  van  der  Waalssche,  so  daß  vom  Stand- 
punkt der  Theorie  betrachtet  es  als  ein 
reiner  Zufall  anzusehen  ist,  daß  die  van  der 
Waalssche  Zustandsgieichung  einen  so 
großen  Bereich  darstellt,  sie  muß  als  eine 
empirische  Gleichung  angesehen  werden. 
Um  vom  Standpunkt  der  Theorie  dem 
flüssigen  Zustand  näher  zu  kommen,  mußte 
man  die  Sache  von  einer  ganz  anderen 
Seite  in  Angriff  nehmen.  Eine  Andeutung 
davon  hat  bereits  Claus  ins  in  seiner  ersten 


grundlegenden  Abhandlung  ,, lieber  die  Ai't 
der  Bewegung,  welche  wir  Wärme  nennen", 
gegeben.  Er  nimmt  an,  daß  die  Geschwindig- 
keiten der  Molekeln  nicht  gleich  sind,  sondern 
sowohl  nach  oben  als  unten  vom  Mittel- 
wert abweichen.  Jene  Molekeln,  welche  eine 
genügend  große  kinetische  Energie  haben, 
werden  sich  von  der  Oberfläche  der  Flüssig- 
keit losreißen.  Fliegen  in  der  Zeiteinheit 
ebensoviel  Molekeln  aus  der  Flüssigkeit  in 
den  Dampf  als  umgekehrt,  so  haJ3en  wir 
gesättigten  Dampf  vor  uns,  dessen  Druck 
mit  der  Temperatur  zunehmen  muß,  da 
mit  wachsender  Temperatur  die  Zahl  der 
Molekeln,  welche  sich  von  der  Flüssigkeits- 
oberfläche losreißen  können,  immer  größer 
wird. 

23.  Verdampfungswärme,  Druck  des 
gesättigten  Dampfes.  Wie  in  der  Theorie 
der  Kapillarität  gezeigt  wird  (vgl.  den  Artikel 
,, Molekularkräfte"),  müssen  die  Molekeln 
einer  Flüssigkeit,  wenn  sie  aus  dem  Inneren 
an  die  Oberfläche  gebracht  werden,  eine 
Arbeit  zur  Ueberwindung  der  Anziehungs- 
kräfte der  Molekeln  leisten.  Noch  größer 
ist  die  Arbeit,  welche  geleistet  werden  muß, 
wenn  man  eine  Molekel  aus  dem  Flüssigkeits- 
inneren in  das  Dampfinnere  bringt.  Ist  diese 
a  und  n  die  Zahl  der  Molekeln  in  einem 
Gramm  der  Flüssigkeit,  so  ist  na  die  Ver- 
dampfungswärme der  Flüssigkeit.    Ist  m 

die    Masse    einer    Molekel,    so    ist    n  =  — . 

m 

Die  Verdampfungswärme  kann  also  auch  durch 

-  ausgedrückt  werden.  Es  läßt  sich  nun 
m 

zeigen,  daß  auch  für  Flüssigkeiten  das  Max- 
wellsche  Verteilungsgesetz  der  Geschwindig- 
keiten genaii  so  wie  für  Gase  gilt.  Man 
erhält  dies  aus  der  Voraussetzung,  daß  im 
thermischen  Gleichgewicht  in  der  Sekunde 
ebensoviel  Molekeln  aus  dem  Dampf  in 
die  Flüssigkeit  als  umgekehrt  fliegen  müssen 
und  daß  die  aus  der  Thermodynamik  ge- 
wonnene Clapeyron -Claus  iussche  Glei- 
chung (vgl.  den  Artikel  ,, Energielehre") 
bestehen  muß,  welche  die  Beziehung  zwischen 
Verdampfungswärme  und  Dampfdruck  ent- 
hält. Wir  gewinnen  so  für  den  Druck  des 
gesättigten  Dampfes  die  Gleichung 


P 


Pe 


■  KT 


w'obei  P  den  inneren  Druck  der  Flüssigkeit, 
r  die  Verdampfungswärme,  M  das  Molekular- 
gewicht bedeutet.  Es  sei  noch  erwähnt, 
daß  G.  Jäger  auf  diesem  Wege  fortschreitend 
auch  für  die  innere  Reibung  der  Flüssigkeiten 
und  die  (iröße  der  Flüssigkeitsmolekeln 
geeignete  Formeln  aufstellen  konnte. 

24.      Lösungen,      osmotischer     Druck, 
Raoultsche  Gesetze.    Auch  für  ein  Flüssig- 


774 


Kinetische  Theorie  der  Materie  —  Kinorhyncha 


keitsgemisch  gilt  der  Satz,  daß  die  mittlere 
Energie  einer  Molekel  eine  konstante  Größe 
ist.  In  einer  Lösung  muß  somit  die  mittlere 
Energie  einer  Molekel  der  gelösten  Substanz 
ebenso  groß  sein  wie  für  eine  Gasmolekel, 
woraus  ohne  weiteres  folgt,  daß  in  einer  Zelle 
mit  halbdurchlässiger  Wand  (vgl.  den  Artikel 
,, Osmotische  Theorie")  der  Druck  des 
Lösungsmittels,  d.  i.  der  osmotische  Druck, 
sich  ebenso  berechnen  lassen  muß  wie  der 
Druck  eines  Gases,  daß  also  die  Gesetze 
des  osmotischen  Druckes  verdünnter  Lö- 
sungen mit  den  Gesetzen  des  Druckes  idealer 
Gase  übereinstimmen  müssen.  In  einer 
verdünnten  Lösung  treten  an  Stelle  der 
Molekeln  des  Lösungsmittels  gleichviel  Mo- 
lekeln der  gelösten  Substanz.  Kann  letztere 
nicht  in  Dampfform  übergehen,  so  muß  zur 
Erhaltung  des  Gleichgewichts  die  Zahl  der 
Molekeln  im  Dampf  im  selben  Verhältnis , 
wie  in  der  Flüssigkeit  kleiner  werden. 
Da  der  Zahl  der  Molekeln  der  Druck  des  \ 

Dampfes  proportional  ist,   muß  -      L  =     | 

werden,  wenn  p  der  Dampfdruck  des  reinen 
Lösungsmittels,  p'  jener  der  Lösung,  n  die 
Zahl  der  Mole  gelöster  Substanz  in  N  Molen 
des  Lösungsmittels  ist.  Für  das  Gleichgewicht 
zwischen  fester  und  flüssiger  Phase  müssen 
wir  ebenfalls  annehmen,  daß  gleich  viel 
Molekeln  in  der  Sekunde  vom  festen  Körper 
zur  Flüssigkeit  als  umgekehrt  fliegen.  Wird 
in  der  Flüssigkeit  eine  Substanz  gelöst,  so 
ist  die  Zahl  der  von  der  Flüssigkeit  über- 
gehenden Molekeln  kleiner.  Gleichgewicht 
kann  aber  durch  Erniedrigung  der  Temperatur 
hergestellt  werden,  und  man  erhält  so  das 
Gesetz  der  Gefrierpunktserniedrigung  von 
Lösungen. 

25.  Kinetische  Theorie  fester  Körper. 
Noch  weniger  als  bei  den  Flüssigkeiten  liegen 
feststehende  Resultate  der  kinetischen  Theorie 
der  festen  Körper  vor.  Allerdings  haben  wir 
eine  weitgehende  Anwendung  der  kinetischen 
Theorie  auf  feste  Körper  in  der  Elektronik, 
doch  muß  diesbezüglich  auf  andere  Artikel 
verwiesen  w'erden.  Was  die  Dampfspannung 
fester  Körper  anbelangt,  so  läßt  sich  genau 
so  wie  im  Abschnitt  23  für  Flüssigkeiten 
eine  analoge  Formel  entwickeln.  Auch  die 
im  vorhergehenden  Abschnitt  erwähnte  Ab- 
leitung des  Gesetzes  der  Gefrierpunkts- 
erniedrigung von  Lösungen  führt  uns  bereits 
in  das  Gebiet  der  kinetischen  Theorie  fester 
Körper.  Die  Löslichkeit  dürfte  sich  analog 
entwickeln  lassen  wie  die  Dampfs])annung 
von  Flüssigkeiten.  Die  weitaus  größte  Zahl 
von  Problemen  liegt  jedoch  wohl  liauptsäch- 
Hch  wegen  der  Kompliziertheit  der  mole- 
kularen Vorgänge  als  auch  der  mathema- 
tischen Schwierigkeiten  noch  ungelöst  vor 
uns. 


Literatur.     It.    Clausius,   Die  kinetische  Theorie 
der   Gase,  2.  Aȧ.     Braunschweir)  1889  bis  1891. 

—  O,  E.  Meyer,  Die  kinetische  Theorie  der 
Gase,  2.  Avfl.  Breslau  1899.  —  L.  Boltzmann, 
Vorle.mngen  über  Gastheorie,  2.  Bd.  Leipzig 
1896  bis  1898.  —  G,  Jäger,  Die  Fortschritte 
der  kinetischen    Gaslheorie.     Braunscliweig  1906. 

—  A,  Byk,  Einführung  in  die  kinetische 
Theorie  der  Gase.  Leipzig  und  Berlin  1910.  — 
Detailiertere  Literaturangaben  über  Einzel- 
abhandhiv gc7i  finden  sich  in  dem  genannten  Werk 
von  O.  E.  Meyer  sowie  in  G.  Jägers  Artikel 
über  die  kinetische  TheoHe  der  Gase  in  A. 
Winkclmann  ' s  Handbuch  der  Physik,  3.  Bd. 
Leipzig  1900. 

G.  Jäger. 


Kinorhyncha. 

Die  Kinorhyncha  oder  Echinoderi 
den  sind  mikroskopische  Würmer,  weichein 
ihrem  Bau  Beziehungen  zu  den  Nematoden 
erkennen  lassen.  Ihr 
gestreckter  Körper  ist 
von  einer  kräftigen  Cuti- 
cula  umgeben  und  in 
eine  Anzahl  (11)  Ringe 
geghedert,  welche  mit 
Dornen  bewehrt  sind. 
Der  Kopf  abschnitt  trägt 
kräftige  Stachelkränze 
und  kann  rüsselartig  aus- 
und  eingestülpt  w^erden; 
dasHinterendezeigtirreist 
zwei  lange  Schwanz- 
borsten. Auf  die  ter- 
minale Mundöffnung 
folgt  ein  muskulöser 
ganz  nematodenartiger 
Schlund,  dahinter  ein 
gerader  Magendarm, 
welcher  durch  einen  anr 
Hinterende  gelegenen 
After  ausmündet.  Das 
Nervensystem  besteht 
aus  einem  ganghösen 
Schlundring,  von  dem 
ein  Bauchstrang  mit 
segmental  angeordneten 
Gangliengruppen  nach 
hinten  zieht.  Sinnes- 
organe sind  bisweilen  in 
Gestalt  von  Augenflecken 
vorhanden.  Nephridien 
sind  —  ganz  abweichend 
von  den  Nematoden  — 
als  paarige  b  e  w  i  m  p  e  r  t  e 
Schläuche  entwickelt,  welche  am  8.  Segment 
dorsal  ausmünden.  Auch  die  Geschlechts- 
organe sind  puarig  und  schlauchförmig  an- 
gelegt; sie  öffnen  sich  neben  denr  After  nach 
außen.    Die  Geschlechter  sind  getrennt. 


Echinoderes    Du- 
jardinii.  Nach 

Gref.        R    rüssel- 
artiges   Vorderende, 
ausgestülpt.       Oe 
Oesophagus. 
Darm. 


D 


Kinorhyncha  —  Klang 


775 


Die  Kinorhynchen  mit  der  Hauptgattung   Literatur.    Boitzmann,    Gustav  Robert  Kirch- 
Echinoderes  bewohnen  ausschließlich  das  i     l^-^ff-     Leipzig  isss.  —  f.  rockeis,    Gustav 


Meer,  wo  sie  im  Schlamme  oder  zwischen 
den  Algen  kriechend,  ein  recht  verstecktes 
Leben  führen. 

Literatur,  W.  Reinhard,  Kinorhyncha  (Echi- 
nodtres).  Ihr  anatomischer  Bau  und  ihre 
Stellung  im  System.  Zeit  sehr.  f.  wiss.  Zoologie, 
Bd.  45  (1882),  S.  401  bis  462.  —  C.  Zelinka. 
Ueber  die  Organisation  von  Echinoderes.  Ver- 
handl.  Deutsch.  Zool.  Gesellsch.,  1894.  —  A. 
Schepotieff,  Die  Echinoderiden.  Zeilschr.  f. 
wi.-s.  Zoologie.  Bd.  SS  (1907),  S.  291  bis  326. 

R.  Lauterborn. 


Robert  Kirxhhoff. 


Heidelberg  1903. 

E,  Drude. 


Kircher 

Athanasius. 

Geboren  am  2.  Mai  1602  in  Geisa  bei  Fulda, 
gestorben  am  30.  Oktober  1680  in  Rom.  Er 
trat  1618  in  den  Jesuitenorden,  bekleidete  dann 
eine  Professur  für  Mathematik,  Philosophie  und 
orientalische  Sprachen  in  Würzburg,  flüchtete 
aber  vor  den  Unruhen  des  30 jährigen  Krieges 
nach  Avignon.  l636  begleitete  er  den  Kardinal 
Friedrich  v  0  n  S  a  c  h  s  e  n  auf  einer  Reise  nach 
Malta  und  Sizilien,  und  wurde  später  Lehrer  für 
Mathematik  und  Hebräisch  in  Rom.  Kircher 
unternahm  magnetische  und  optische  Unter- 
suchungen, hat  auch  archäologische  Schriften 
(hinterlassen.  Er  konstruierte  das  erste  Qucck- 
silberthermometer  und  ist  der  Erfinder  der 
Laterna  magica. 

E.   Drude. 


^ 


Kirehhoff 

Gustav  Robert. 


Geboren  am  12.  März  1824  in  Königsberg  i.  Pr., 
gestorben  am  17.  Oktober  1887  in  Berlin.  Er 
studierte  seit  1842  Mathematik  und  Physik  in 
Ivönigsberg,  promovierte  dort  1847,  habilitierte 
sich  1848  in  Berlin,  wm-de  1850  Extraordinarius 
der  Physik  in  Berlin,  1854  Ordinarius  in  Heidel- 
berg, wohin  Bunsen  ihn  zog,  1875  in  Berlin. 
Kirch  hoffs  Arbeiten  liegen  vorwiegend  auf  dem 
Gebiet  dej-  theoretischen  Physik.  Seine  Arbeiten 
über  die  Theorie  der  elektrischen  Ströme  führten 
ihn  zu  den  Gesetzen  der  Stromverzweigung 
(Kirchhof f sehe  Gesetze).  Von  weittragendster 
Bedeutung  für  die  Wärmelehre  wurde  seine 
Formulierung  der  beiden  Hauptsätze  der  mecha- 
nischen Wärmetheorie,  die  er  1858  veröffent- 
lichte. Ein  Jahr  später  entdeckte  er  mitBunsen 
die  Spektralanalyse.  Die  theoretischen  Er- 
örterungen, die  er  im  Anschluß  daran  durch- 
führte, brachten  das  Kirchhoffsche  Strahlungs- 
gesetz und  schufen  die  Grundlagen,  auf  denen 
sich  die  moderne  Theorie  der  Temperaturstrah- 
lung aufgebaut  hat. 


Klang. 

1.  Definition.  2.  Die  harmonische  Schwin- 
gungsbewegimg. 3.  Zusammensetzung  und  Zer- 
legung von  Schwingungen.  4.  Klangform. 
5.  Resonatoren.  6.  Klangumfang.  7.  Das  0hm- 
Helmholtzsche  Gesetz.  8.  Klangfarbe:  a)  All- 
gemeines, b)  Musikinstrumente.  c)  Vokale. 
9.  Kombinationstöne.  10.  Resonanztheorie 
des  Hörens.  11.  Tonfarbe.  12.  Konsonanz  und 
Dissonanz. 

1.  Definition.  Die  Empfindung i)  eines 
Klanges  wird  durch  schnelle  periodische 
Bewegungen  der  tönenden  Körper  hervor- 
gebracht, die  eines  Geräusches  durch  nicht 
periodische  Bewegungen  (Helmholtz). 
Klänge  können  sich  unterscheiden  a)  durch 
ihre  Stärke;  diese  ist  abhängig  von  der 
Schwingungsweite  (Amplitude)  des  tönen- 
den Körpers,  b)  durch  ihre  Tonhöhe;  sie 
wird  durch  die  Schwingungszahl  bestimmt, 
c)  durch  ihre  Klangfarbe;  für  diese  ist  die 
Schwingungs  form  maßgebend. 

Je  größere  Schwingungen  eine  Saite 
macht,  um  so  stärker  ist  ihr  Klang,  je 
schneller  sie  schwingt,  um  so  höher  ist  er. 
Bei  gleicher  Tonhöhe  unterscheidet  sich  der 
Klang  der  Saite  von  dem  eines  anderen  In- 
strumentes oder  der  menschlichen  Stimme 
durch  seine  Klangfarbe. 

2.  Die  harmonische  Schwingungsbe- 
wegung. Von  allen  geradlinigen  peri- 
odischen Bewegungen  eines  Punktes  ist  die 
pend eiförmige  Schwingung  die  einfachste, 
weil  nur  bei  ihr  sich  dis  Geschwindigkeit 
stetig  und  ohne  Sprung  ändert.  Man  kann 
sich  diese  Schwingung,  die  man  auch  har- 
monische Schwingung  nennt,  als  Projektion 
einer  gleichförmigen  Kreisbewegung  auf 
einen      Durchmesser      entstanden     denken 

(Fig-  1). 


Eine  ganze  Schwingungsperiode  wird 
demnach  durch  den  Weg  ABACA,  einem 
Kreisnmlauf  entsprechend,  dargestellt.  Die 
jeweiligen  Längen  Aa,  Ab  usw.  sind  dann 

^)  Zur  Anatomie  des  Gehörorganes  vgl.  die 
Artikel  .,Sinnesorgane'". 


776 


KJaiH 


die  Schwingungsweiten  oder  Elongationen 
des  Punktes;  die  in  Sekunden  ijjozählte 
Zeit,  die  zu  einer  ganzen  Schwingung  er- 
forderlich ist,  heißt  Seh wingungs zeit,  ihr 
Keziprokes  die  Schwingungsdauer.  Will 
man  die  Schwingung  in  ihrer  Abhängigkeit 
von  der  Zeit  graphisch  darstellen,  so  teilt 
man  eine  horizontale  Linie  in  gleiche  Strecken, 
welche  den  gleichen  Zeitabschnitten  0  bis  1, 1 
bis  2,  2  bis  3  usw.  entsprechen.  Auf  den 
Endpunkten  der  Strecken  errichtet  man 
Lote  von  der  Länge  der  jeweilig  von  dem 
Punkte  erreichten  Elongation.  Durch  Ver- 
bindung der  Endpunkte  1',  2'  usf.  erhält  man 
also  eine  Kurve  der  zu  jedem  Zeitpunkt 
zugehörigen  Schwineunsrsweiten.     Der  Wert 


bis  auf  das  Vorzeichen  die  gleiche  ist,  als 
algebraische  Summe  der  Einzelbewegungen. 
Figur  2a,  b,  c  zeigt  die  Zusammensetzungen 
zweier  Sinusschwingungen  gleicher  Periode. 
Die  resultierende  Kurve  ist  stark  gezeichnet. 
Bei  2a  sind  die  Phasen  gleich,  d.  h.  beide 
Schwingungen  erreichen  zur  gleichen  Zeit 
ihre  größte  Elongation  und  gehen  zur  gleichen 
Zeit  durch  die  Ruhelage.  Bei  2b  sind  die 
Phasen  entgegengesetzt.  Ihre  Differenz  be- 
trägt eine  halbe  Periode.  Falls  die  Ampli- 
tuden gleich  groß  sind,  heben  beide  Schwin- 
gungen sich  auf. 

Bei  2c  ist  die  ,, Phasendifferenz"  will- 
kürlich gewählt.  Die  Figuren  zeigen,  daß 
die    resultierende    Schwingung    wieder  peri- 


b 
Fiff.  2. 


jeder  Elongation  ist  geometrisch  sofort  de- 
finiert: A  a  =  y  =  r  sin  a,  wo  r  den  Radius 
des  Kreises  (zugleich  die  größte  Elongation, 
die  Amplitude)  bezeichnet  und  a  den  Winkel 
gegen  die  Horizontale.  Wegen  dieser  Sinus- 
funktion heißt  die  Kurve  eine  Sinus  kurve, 
die  Schwingungen  Sinusschwingungen. 
Die  Sinuskurve  ist  also  die  graphische  Dar- 
stellung der  einfachen  harmonischen  Be- 
wegung in  ihrer  Abhängigkeit  von  der  Zeit. 

Man  erhält  eine  solche  Sinuskurve  bei- 
spielsweise, wenn  man  eine  schwingende, 
mit  einer  Spitze  versehene  Stimmgabel  über 
ein  berußtes  Papier  gleichmäßig  entlang 
zieht.  Die  Kurve  entspricht  dann  der  pendeln- 
den Bewegung  des  Endpunktes  der  Spitze. 

Die  Lage  des  Punktes  in  seiner  Zuordnung 
zu  einer  bestimmten  Zeit  nennt  man  seine 
Phase  (vgl  den  Artikel  ,,Schwingende 
Bewegung"). 

3.  Zusammensetzung  und  Zerlegung 
von  Schwingungen.  Nach  dem  (iesetz  des 
Parallelogramms  der  Kräfte  setzen  sich 
mehrere  einfache  Bewegungen  zu  einer 
gemeinsamen  Bewegung  zusammen.  Dabei 
ist  es  nicht  notwendig,  daß  sie  den  gleichen 
Anfangs])unkt  haben  oder,  präziser  ausge- 
drückt, daß  die  Phasen  gleich  sind.  Wenn 
also  auf  den  gleichen  Punkt  (sei  es  nun  ein 
Luftteilchen  oder  etwa  ein  Punkt  einer 
schwingenden  Saite)  mehrere  periodische 
Kräfte  wirksam  sind,  so  ergibt  sich  die  resul- 
tierende Bewegung  als  geometrische  oder, 
da  im   allgemeinen   die   Bewegungsrichtung 


odisch  ist,  daß  sie  aber  ganz  verschieden  aus- 
fällt je  nach  der  Phasendifferenz.  Die  Dauer 
der  Periode  bleibt  dadurch  unverändert. 

Die  gleichen  Regeln  gelten,  wenn  die 
zweite  Schwingung  ein  ganzzahliges  Viel- 
faches der  ersten  ist.  Fehlt  diese  Beziehung, 
so  läßt  sich  berechnen  oder  wiederum  durch 
Zeichnung  erweisen,  daß  abwechselnd  eine 
Steigerung  und  eine  Herabsetzung  der  Be- 
wegung eintritt.  Haben  zwei  Schwingungen 
nahezu  die  gleiche  Periode,  so  tritt  die  Er- 
scheinung besonders  deutlich  hervor  (Schwe- 
bung. Vgl.  den  Artikel,,  Sc  hall"  unter  12b). 
Das  Gesetz  der  Zusammensetzung  bleibt  auch 
gültig,  wenn  auf  den  schwingenden  Punkt 
eine  beliebige  Zahl  periodischer  Ivräfte  wirkt. 
Vorausgesetzt,  daß  diese  Perioden  alle  in 
einem  ganzzahligen  Verhältnis  stehen,  kann 
die  resultierende  Kurve  dabei  eine  ganz 
beliebige  Gestalt  erhalten. 

Ein  von  Fourier  aufgestelltes  Theorem 
(s.  dieses)  lehrt,  daß  man  umgekehrt  auch 
jede  beliebige  Linie  in  eine  Reihe  von  Sinus- 
kurven zerlegen  kann  deren  Perioden  in 
dem  Verhältnis  1:2:3:4  usw.  stehen.  Auf- 
gabe der  Rechnung  ist  es  dann,  ihre  Phasen- 
differenzen sowie  die  Größe  der  einzelnen 
Amplituden  zu  bestimmen. 

4.  Klangform.  Zu  einer  genauen  Unter- 
suchung tier  Schwingungsvorgänge  eignen 
sich  besonders  graphische  Methoden.  Oben 
wurde  die  Aufzeichnung  einer  Stimmgabel- 
schwingung erwähnt.  Zunächst  kann  man 
ebensogut   den   schwingenden    Körper   fest- 


IvJanc: 


777 


halten  und  die  berußte  Platte  bewegen. 
Ferner  läßt  sich  statt  einer  Platte  eine 
rotierende  Trommel  verwenden,  welche  durch 
Schraubenführung  während  der  Rotation 
seitlich  verschoben  wird.  Läßt  man  die 
Schallwellen  durch  einen  Trichter  auf  eine 
Membran  fallen,  so  zeichnet  ein  mit  dieser 
verbundener  Stift  die  Schwingungen  auf  eine 
berußte  Trommel  (Phontaktograph).  Er- 
setzt man  die  Membran  durch  eine  Glimmer- 
platte, die  Rußtrommel  durch  eine  Wachs- 
walze, so  prägt  sich  die  Form  der  Luft- 
wellen in  diese  ein  (Phonograph).  Die  so 
entstandenen  Kurven  wurden  von  Meißner 
zeichnerisch,  von  Hermann  photographisch 
reproduziert  und  dann  rechnerisch  nach  dem 
Fourierschen  Satze  ausgewertet,  d.  h. 
in  ihre  Grund-  und  Oberschwingungen  zer- 
legt. Gegen  diese  Form  der  Klanganalyse 
ist  als  Einwand  erhoben  worden,  daß  die 
Eigenschwingungen  der  Platte  Res'onanz- 
gebiete  vortäuschen  können,  welche  das 
untersuchte  Listrument  nicht  besitzt  (Gold- 
hammer).  Die  empfindlichste  Membran  ist 
das  Seifenhäutchen.  In  dem  Weißschen 
Phonoskop  übertragen  sich  dessen  Schwin- 
gungen auf  einen  ganz  leichten  Glashebel. 
Die  Bewegungen  des  Hebels  werden  durch 
einen  gegen  ihn  gekreuzten  engen  Spalt  mikro- 
skopisch photographiert 

Für  die  Aufnahme  der  Schwingungen 
kann  man  auch  den  elektrischen  Strom 
benutzen.  Man  beobachtet  dann  mit  dem 
Mikrophon  und  läßt  dessen  Stromschwan- 
kungen durch  einen  Oszillographen  (Dudell), 
d.  h.  ein  Galvanometer  mit  äußerst  kurzer 
eigener  Schwingungsdauer  sich  photogra- 
phisch aufzeichnen. 


diese  stehen  senkrecht  auf  der  schwingenden 
Membran. 


v^l 


Fig.   3.      Buchstabe   o   als   Telephonstroni   mit 
Siemens-Blondelschem  Oszillographen   auf- 
genommen von  Bela  Gati. 


x\ls  rein  optische  Methode  ist  vor  allem 
die  Verwendung  von  kleinen  Spiegelchen  zu 
nennen,  welche  an  dem  schwingenden  Körper 
angeheftet  werden  und  durch  Reflexion 
eines  Lichtstrahles  auf  weißer  Fläche  einen 
schwingenden  leuchtenden  Punkt  erzeugen. 
Zu  weiterer  Untersuchung  läßt  man  den 
Lichtstrahl  auf  einen  rotierenden  Spiegel 
fallen,  der  das  Bild  auseinander  zieht.  Ohne 
Schwingung  zeigt  das  reflektierte  Bild  dann 
ein  schmales  gerades  Lichtband.  Bei  Be- 
wegung verwandelt  sich  die  gerade  Linie 
sofort  in  eine  Schwingungskurve.  Die 
Figur  4  zeigt  das  Schema  eines  solchen  be- 
sonders verfeinerten  Aufbaues  nachMärtens. 
Hierbei  sind  zwei  kleine  Spiegel  benutzt  und 


Fig.  4.  Schallschwingungen  in  Luft  mit  ro- 
tierendem Spiegel  nach  F.  F.  Martens.  1  Licht- 
bogen, N  Nichol,  1'  Diaphragma,  0  Objektiv, 
M  Membran,  T  Tubus,  R  rotierender  Spiegel, 
K  Kamera,  1"  Bild  von  1'. 

Zu  den  optischen  Methoden  gehört  ferner 
die  Verwendung  der  numometrischen  Flam- 
men (König).  Diese  dienen  namentlich 
zur  Untersuchung  der  Schwingungsbewegung, 
welche  im  Linern  der  verschiedenen  Li- 
strumente  besteht,  werden  aber  auch  für 
Schallwellen  in  Luft  benutzt  (Abbildung 
s.  bei  iVrtikel  ,,SchaH"  unter  6ba). 
Ein  kleiner  Hohlraum  ist  auf  einer  Seite 
mit  einer  dünnen  Membran  abgeschlossen. 
Durch  den  Hohlraum  wird  ein  schwacher 
Gasstrom '  geleitet,  welcher  beim  Austreten 
aus  einer  aufgesetzten  engen  Düse  mit  kleiner 
Flamme  brennt.  Je  kleiner  der  Hohlraum 
und  je  größer  die  Fläche  der  Membran,  um 
so  leichter  reagiert  die  Flamme  auf  kleine 
Druckschwankungen  an  der  Außenseite  der 
Membran.  Eine  Verbesserung  besteht  in 
der  Verwendung  einer  Azetylenflamme,  weil 
deren  Licht  so  hell  ist,  daß  die  schnellen  Be- 
wegungen der  Flamme  nicht  nur  im  rotieren- 
den Spiegel  leichter  wahrgenommen  werden, 
sondern  sogar  photographiert  werden  können. 
Statt  der  photographischen  Registrierung  ist 
von  Marbe  eine  Rußmethode  verwendet 
worden,  bei  welcher  die  Flamme  auf  einem 
durch  sie  hindurchgeführten  Papierstreifen 
entsprechend  den  Druckschwankungen  grö- 
ßere oder  kleinere  Rußringe  erzeugt.  Für  das 
Studium  der  einzelnen  Bewegungszustände 
der  Flamme  wurde  neuerdings  von  Marbe 
und  Seddig  eine  stroboskopische  Methode 
angegeben.  Eine  rotierende  geschlitzte 
Scheibe  erhält  eine  solche  Umlaufszeit,  daß 
durch  die  Schlitze  die  Flamme  immer  in 
der  gleichen  Schwingungsphase  erscheint  und 
die  einzelnen  Lichteindrücke  sich  addieren. 
Dadurch  wird  eine  photographische  Auf- 
nahme auf  ruhender  Platte  ermöglicht. 

Als  beste  optische  Methode  zur  Aufnahme 
von  Luftdruckschwankungen  darf  wohl  die 
Benutzung  der  optischen  Interferenz  zwischen 
zwei  Lichtstrahlen  bezeichnet  werden,  weil 
sie  frei  von  jeder  Massenträgheit  ist  (Töpler, 
Boltzmann,  Raps).  Es  werden  dabei  zwei 
Strahlen     zur     Interferenz    gebracht,     von 


778 


KJang 


denen  der  eine  durch  ruhende,  der  andere 
durch  tönende  Luft  |n;eleitet  war. 

Schließlich  ist  die  akustische  Methode 
der  Resonatoren  zu  nennen,  die  wir  Helm- 
holtz  verdanken  (vgl.  iib  des  Artikels 
,,SchaH").  Die  Resonatoren  als  Klang- 
körper, welche  nur  auf  einen  einzelnen  Ton 
abgestimmt  sind,  ermöglichen,  dieselben 
auch  aus  der  größeren  Tonmasse  eines 
Klanges  herauszuhören. 

Die  ersten  Untersuchungen  über  die 
gleich  zu  besprechende  Klangfarbe  wurden 
von  Helmholtz  gemacht,  der  sich  dabei 
der  Resonatoren  bediente.  Für  die  späteren 
Arbeiten,  welche  sich  spezieller  mit  der  Form 
der  Schwingungen  befaßten,  hat  sich  der 
Phonograph  in  seinen  verschiedenen  Aus- 
führungen (z.  B.  der  Sprachzeichner  von 
Hensen)  besonders  bewährt.  Mit  solchen 
Instrumenten  konnte  man  auch  die  Unter- 
suchungen über  den  Einfluß  der  Phasen- 
differenz zweier  Schwingungen  auf  den 
Zusammenklang  erfolgreich  durchführen 
(Hermann).  Für  diese  Aufgabe  fanden  auch 
andere  Instrumente  Verwendung,  z.  B.  die 
elektromagnetische  Sirene,  bei  welcher  durch 
Induktion  in  Spulen  zwei  sinusförmige  Tele- 
phonströme in  beliebiger  Phasendifferenz 
erzeugt  werden  (Lind ig).  Es  sei  gleich  hier 
angefügt,  daß  ein  Einfluß  der  Phasen- 
differenz auf  die  Eigenart  des  Klanges  nicht 
vorhanden  ist,  daß  vielmehr  das  Ohr  die 
Einzelschwingungen  ohne  Rücksicht  auf 
ihre  gegenseitige  Verschiebung  empfindet. 

5.  Resonatoren.  In  Ergänzung  des 
gleichlautenden  Abschnittes  11  b  im  Artikel 
,, Schall"  sind  zum  Verständnis  der  Klanger- 
scheinungen (namentlich  von  Abschnitt  10  die- 
ses Artikels)  noch  einige  Zusätze  erforderlich. 

An  einem  Resonator  zeigen  sich  wesent- 
lich verschiedene  Eigenschaften,  je  nach  der 
Schärfe  der  Resonanz.  So  wird  eine  Stimm- 
gabel auf  Resonanzkasten  nur  durch  genau 


gleiche  Schwingungen  zum  Mittönen  an- 
geregt, sie  tönt  dann  aber  noch  längere  Zeit 
weiter;  sie  hat  eine  lange  iVbklingzeit  oder 
ist,  wie  man  sagt,  schwach  gedämpft. 
Schwache  Dämpfung  entspricht  also  scharfer 
Resonanz.  Eine  Telephonplatte  dagegen 
nimmt  jede  SchalLschwingung  auf,  auch 
wenn  sie  von  ihrem  Eigenton  weit  entfernt 
ist,  sie  hat  also  eine  geringe  Resonanzschärfe 
Zugleich  aber  kommt  sie  schnell  wieder  zur 
Ruhe;  sie  hat  eine  starke  Dämpfung  oder 
kurze  Abklingungszeit. 

Als  Maß  der  Dämpfung  setzt  man  die 
Zahl  der  Schwingungen,  welche  der  Körper 
ausführt,  während  seine  Amplitude  von 
einem  gewissen  Anfangswert  bis  auf  einen 
bestimmten  Bruchteil  derselben  herabsinkt. 
Je  weniger  Schwingungen  hierfür  erforder- 
lich sind,  um  so  stärker  ist  die  Dämpfung, 
Bei  gleicher  Abklingungszeit  führt  ein  Körper 
mit  geringer  eigener  Schwingungszahl  weniger 
Schwingungen  aus,  ist  also  stärker  gedämpft 
als  ein  Körper  mit  hohem  Eigenton,  welcher 
in  der  gleichen  Zeit  mehr  Schwingungen  ge- 
macht hat.  Nimmt  man  andererseits  gleiche 
Dämpfung  an,  so  ist  die  Abklingzeit  des 
hohen  Tones  kürzer.  Diese  Tatsachen  sind 
besonders  von  Wichtigkeit  für  die  Resonanz- 
theorie des  Hörens  (Abschnitt  10). 

Zur  Klanganalyse  bedient  man  sich  meist 
der  Luftresonatoren.  Je  enger  die  Oeffnung 
zum  Eintritt  der  Klangwelle,  um  so  schärfer 
ist  die  Resonanz,  um  so  größer  aber  auch 
die  erregte  ,, Resonanzintensität." 

6.  Klangumfang.  Zur  Kenntnis  des 
Umfangs,  innerhalb  dessen  sich  die  Klänge 
der  menschlichen  Stimme  bei  Chorgesang 
sowie  der  gebräuchlichsten  Musikinstru- 
mente bei  Orchestergebrauch  bewegen,  mögen 
die  folgenden  Angaben  dienen,  welche  der 
Instrumentenlehre  von  Gevaert  entnommen 
sind.  Auf  den  meisten  Instrumenten  erzielen 
Solisten  einen  etwas  größeren  Umfang. 


]\Ienschliche  Stimme 


Saiteninstrumente 
mit  Bogen  gestrichen 


mit  Klaviatur 

T 1 0 1  z  b  1  a  s  i  11  s  t  r  u  m  c  II  t  e 
mit  Aufschnitt 


mit  Zungen 


Sopran 
Alt 
Tenor 
Bass 

[Violine  (g  dj  aj  c„) 
I  Bratsche  (c  g  dj  aj) 
Violoncello  (C  G  d  a) 
(Kontrabaß  (Ej  A^  D  G) 

j  Harfe  (46—47  Saiten) 
Guitarre  (E  A  d  g  h  e) 
(Mandoline  (g  dj  a^  eg) 

Klavier 

(Große  Flöte  in  C  (D) 
\ Kleine  Flöte 

Oboe 

Englisch  llorji  (Oboe  in  F) 

Fagott 

Klarinette  in  C 


C- 

Cesg- 
E- 


d.- 

h- 

e- 

Br 

e- 


-»2 

-e^ 

-a; 

-da 
-d. 

-a 

-fes., 

-do 

-e. 


-(•4 
-a, 

-h; 


Klane- 


779 


Blechinstrumente 
mit  Auszug 
mit  Klappen 

mit  Ventilen 


Tenorposaune 
Bügelhorn  in  C 
[Ventilhorn  (in  F) 
!  Ventiltrompete  in  F 
I  Ventilkornett  in  B 
l  Kontrabaßtuba  in  C 


E— bi 

h— C3 

Fis— C3 

b-g; 

G— Ci 


7.  Das  Ohm-Helmholtzsche  Gesetz.    Es 

ist  zuerst  von  G,  S.  Ohm  behauptet  und 
dann  von  Helmholtz  durch  viele  Versuche 
gestützt  worden,  daß  das  menchliche  Ohr 
nur  eine  einzige  Schwingungsform  aufzu- 
nehmen imstande  ist,  nämlich  die  Sinus- 
schwingung. Empfängt  das  Ohr  eine  Schwin- 
gung anderer  Art,  so  vollführt  es  gewisser- 
maßen eine  Fouriersche  Analyse,  d.  h.  es 
zerlegt  die  komplizierte  Luftbewegung  in 
seine  konstituierenden  einfachen  Schwin- 
gungen und  nimmt  diese  getrennt  wahr  (vgl. 
unter  10).  Hierauf  begründet  Helmholtz 
eine  neue  Definition:  Die  Schallbewegung, 
welche  einer  Sinusschwingung  entspricht, 
nennt  er  Ton,  so  daß  also  ,, Klang"  die 
weitere  Bezeichnung  ist.  Im  allgemeinen 
sind  in  einem  Klang  mehrere  ,, Teiltöne" 
oder  ,,Partialtöne"  enthalten.  Der  tiefste 
Teilton  ist  der  Grundton,  die  höheren  heißen 
Obertöne.  Ihre  Schwingungsdauer  ist  immer 
ein  ganzzahliges  Multiplum  der  Periode  des 
Grundtons.  Der  siebente  Partialton  steht 
zum  Grundtön  im  Verhältnis  7:1,  er  fällt 
aus  unserem  Tonsystem  heraus  (vgl.  unter  6a 
sowie  HC  des  Artikels  Schall;  in  der  letzteren 
Nummer  ist  auch  auf  die  entgegengesetzte 
Theorie   von    Seebeck   Bezug   genommen). 

8.  Klangfarbe.  8a)  Allgemeines.  Die 
Eigenart  eines  Klanges,  seine  ,, Klangfarbe", 
wird  bestimmt  durch  das  stärkere  oder 
schwächere  Hervortreten  einzelner  Teiltöne 
(Helmholtz.  Vgl.  hierzu  den  Artikel  ,, Ge- 
hör sinn"). 

Für  die  Art  der  Klangfarbe  hat  Helm- 
holtz eine  Stufenleiter  aufgestellt,  etwa 
folgender  Art  (Auerbach): 


sanft 

=   Grundton  allein. 

weich 

=  Grundton  mit  den  ersten  Ober- 

tönen, 

breit 

=  Grundton    mit    vielen    Ober- 

tönen, 

scharf 

=  Grundton    mit    hohen    Ober- 

tönen, 

voll 

=  Grundton  überwiegend. 

leer 

=  Grundton  gegen  die  Obertöne 

zurücktretend          (zuweilen 

auch  für  isolierten  Grundton 

gebraucht), 

näselnd 

=  nur  die  ungeraden  Partialtöne, 

rauh 

=  dissonante    Obertöne,    beson- 

ders tiefe. 

schreiend 

=  dissonante  hohe  Obertöne. 

Es  gibt  auch  Klänge  mit  unharmonischen 


Nebentönen,  z.  B.  an  Platten,  Stäben, 
Glocken.  Diese  Nebentöne  stehen  nicht  in 
ganzzahligem  Verhältnis  zum  Grundton. 
Die  entstehenden  Schallschwingungen  können 
also  nicht  zu  den  eigentlichen  Klängen  ge- 
rechnet werden,  sie  finden  in  der  Musik 
auch  nur  ausnahmsweise  Verwendung. 

Klänge  ganz  ohne  Teiltöne,  d.  h.  also 
einfache  reine  Sinuswellen  gibt  es  im  all- 
gemeinen nicht.  Jedoch  läßt  sich  durch 
schwache  Anregung  bei  Stimmgabeln  und 
bei  flaschenartigen  Hohlräumen(E,esonatoren) 
die  Dämpfung  so  weit  treiben,  daß  die  Ober- 
töne unhörbar  werden.  Ganz  auslöschen 
kann  man  sie  mit  Hilfe  der  Interferenz. 

8b)  Musikinstrumente.  Ein  Unter- 
schied der  Klangfarbe  besteht  nicht  nur  von 
Instrument  zu  Instrument,  sondern  auch 
bei  dem  gleichen  Instrument,  je  nachdem  es 
in  tiefer  oder  hoher  Tonlage  und  schwach 
oder  kräftig  zum  Tönen  gebracht  wird.  Die 
Bevorzugung  gewisser  Obertöne  liegt  also 
zum  Teil  in  der  Art  der  Tonerzeugung.  Das 
ruckweise  Anstreichen  einer  Saite  läßt  z.  B. 
sehr  hohe,  das  Ohr  verletzende  Obertöne 
hervortreten,  während  der  gleichmäßige 
Strich  des  Virtuosen  nur  die  ersten  Ober- 
töne zum  Mitklingen  bringt  und  daher  weiche 
Klänge  hervorruft.  Andererseits  wird  die 
Amplitude  bestimmter  Obertöne  durch  die 
Resonanz  des  Instrumentes  verstärkt.  Nach 
Untersuchungen  von  Meißner  ruft  schon 
ein  konisches  Ansatzstück  eine  wesentliche 
Veränderung  in  der  Intensitätsverteilung 
hervor.  Mit  der  Verstärkung  der  Obertöne 
pflegt  eine  Schwächung  der  Amplitude  des 
Grundtones  zusammenzugehen,  so  daß  unter 
Umständen  die  Amplitude  des  Grundtones 
hinter  derjenigen  des  verstärkten  Teiltones 
zurücksteht  (vgl.  Fig.  5). 

Ueber  die  xArt  der  Resonanzwirkung  der 
Instrumente  stehen  sich  zwei  Anschauungen 
gegenüber.       Nach    Helmholtz    verstärkt 
das   Instrument  bestimmte  Obertöne,  z.  B. 
den  dritten,  so  daß  die  Lage  der  Resonanz  eine 
im   Tonsystem   mit  dem   angegebenen   Ton 
wechselnde  (eine  relative)   ist.    Nach  Her- 
mann, Meißner  u.  a.  ist  das  Resonanzgebiet 
i  ein  absolutes,  d.  h.  es  ist  durch  die  Gestalt 
i  des    Instrumentes    gegeben    und    liegt    im 
Tonsystem  fest.    Es  wird  dann  jeweilig  der- 
'  jenige    Oberton    verstärkt,    welcher    in    die 
Nähe  dieses  Resonanztones  („Formant"  nach 
Hermann,  der  diese  Bezeichnung  zunächst 
für    die    Vokalbildung    gewählt    hat)    fäUt. 


rso 


Klaiu 


Die  Untersiichuiicfen  beziehen  sieh  insbe- 
sondere auf  Blasinstrumente.  Nachiolgende 
Figur  5  zei|f^t  für  den  Ton  a  in  den  drei  Ok- 
taven eines  Fagotts  die  im  Tonsystem  fest- 
stehende Verstärkung. 


1 

1       . 

6; 

a,  C1S4 

a,      e,  a,ciSjejgjaj 


ä       e     a,cis,e,  gja; 

Fig.  5.    Klanganalyse  für  ein  Fagott  nach  Meiß- 
ner (24  übertöiu'j. 

Mit  der  Höhe  des  angegebenen  Klanges 
verändert  sich  auch  die  Klangfarbe,  ent- 
sprechend obiger  Stufenleiter. 

Herrmann-Goldap  hat  für  eine  Anzahl 
von  Musikinstrumenten  die  Lage  des  For- 
manten und  das  Verhältnis  der  Amplituden 
von  Grundton  und  Formant  mit  Hilfe  des 
Phonographen  ermittelt.  Gegen  diese  Fest- 
stellungen wendet  sich  Köhler  auf  Grund 
von  Aufnahmen,  bei  welchen  auf  das  lebende 
Trommelfell  selbst  ein  kleiner  Spiegel  ge- 
heftet war,  der  in  der  üblichen  Weise  zur  Re- 
flexion eines  einfallenden  Lichtstrahles 
diente.  Die  Kurvenformen  verschiedener 
Töne  des  gleichen  Instrumentes  erwiesen  sich 
dabei,  gleiche  Intensität  der  Klänge  vorausge- 
setzt, als  Modifikationen  eines  Grundtypus, 
welche  durch  den  Ausfall  der  höchsten  Kom- 
ponenten bei  steigender  Grundtonhöhe  her- 
vorgerufen werden.  Demnach  blieben  also 
die  Verhältnisse  der  Partialamplituden  kon- 
stant und  die  Helmholtzsche  Klangfarben- 
theorie erschiene  als  der  zutreffende  Aus- 
druck der  Verhältnisse,  abgesehen  von  der 
Mitwirkung  untergeordneter  Faktoren.  Die 
feststehenden  Formanten  müßte  man  dann 
als  durch  Eigenschwingung  der  Phono- 
graphenmembran  vorgetäuscht  ansehen. 

Auf  einem  mittleren  Wege  wird  man 
der  Wahrheit  wohl  am  nächsten  kommen. 
Daß  jedes  Instrument  ein  ihm  eigentüm- 
liches Resonanzgebiet  besitzt,  darf  ohne 
weiteres  angenommen  werden.  Dieses  wird 
sich  den  Tönen  des  angeregten  Klanges 
superponieren  und  die  in  sein  Gebiet  fallen- 
den verstärken.  Dabei  könnte  man  doch  mit 
Helmholtz  das  Verhältnis  der  auftretenden 
Obertöne  als  das  eigentliche  Charakteristi- 
kum des  Instrumentenklanges  ansehen. 

8c)  Vokale.  Hier  nahmen  Helmholtz 
wie  Hermann  feststehende  Resonanzgebiete 
an.  Sie  werden  durch  die  Form  der  Mund- 
höhle bedingt. 

Ueber  die  Art  der  Intonation  besteht 
folgender  Unterschied  der  Anschauungen 
zwischen  Helmholtz  und  Hermann  (vgl. 


den  Ai'tikel  ,, Gehörsinn").  Helmholtz 
nimmt  an  und  die  neuesten  Untersuchungen 
sprechen  für  seine  Hypothese,  daß  die  Vokale 
der  menschlichen  Stimme  Töne  membranöser 
Zungen,  nämlich  der  Stimmbänder,  sind, 
deren  Ansatzrohr,  die  Mundhöhle,  verschie- 
dene Weite,  Länge  und  Stimmung  erhalten 
kann,  so  daß  dadurch  bald  dieser,  bald  jener 
Teilton  des  Klanges  verstärkt  wird.  Her- 
mann dagegen  glaubt,  daß  durch  das  peri- 
odische Oeffnen  und  Schließen  der  Stimm- 
bänder ein  ruckweises  Anblasen  der  Mund- 
höhle wie  eines  Pfeifenkörpers  erfolgt.  Der 
Mundhöhlenton  braucht  dann  nicht  der 
harmonischen  Tonreihe  anzugehören.  Vor- 
gehaltene Stimmgabeln  lehren  die  Ton- 
höhen kennen,  auf  welche  die  Mundhöhle 
jeweils  abgestimmt  ist.  Folgende  sind  die 
iVngaben  von  Helmholtz  für  das  Gebiet 
der  Resonanz: 


)kal 

Ungefähre  Tonhöhe 

u 

f 

0 

bx 

a 
e 
i 

b^ 

^4 

Einfache  Töne  (Stimmgabeln)  aus  diesen 
Gebieten  klingen  wie  die  entsprechenden 
Vokale, 

Ergänzend  seien  auch  hier  die  neuen 
Versuche  von  Köhler  erwähnt,  welche  be- 
stätigen, daß  für  jeden  Vokal  starke  Teil- 
töne in  ganz  bestimmten  Gebieten  der  Skala 
den  Klang  beherrschen,  auf  welchem  Grund - 
ton  man  den  Vokal  auch  singen  oder  sprechen 
mag.  Für  die  Lage  der  Resonanzgebiete 
findet  er,  daß  sie  wenigstens  für  die  vier 
ersten  Vokale  sich  genau  um  eine  Oktave 
unterscheiden,  und  weiter,  daß  beim  Durch- 
laufen der  Tonskala  ein  einfacher  Ton  je- 
weils den  Charakter  des  Vokales  annimmt, 
in  dessen  Oktave  er  fällt.  Auch  einige  Konso- 
nanten lassen  sich  vielleicht  einbeziehen,  so 
m  mit  der  nächst  tieferen  und  s  mit  der 
nächst  höheren  Oktave  und  es  ergeben  sich 
als  neue  Vokaltonreihe  angenähert  die  Töne: 


C? 


Co 


C5? 


9.  Kombinationstöne  vgl.  den  Artikel 
„Schall'-  12c. 

10.  Resonanztheorie  des  Hörens.  Aus- 
gehend von  dem  Auftreten  von  Schwebungen 
(vgl.  unters, sowie  den .\j-tikel,, Schall"  unter 
12  b)  hat  Helmholtz  eine  Theorie  der  Konso- 
nanz und  Dissonanz  aufgestellt  (vgl.  unter  12). 
Sie  führt  in  das  Gebiet  derjenigen  Erschei- 
nungen, für  welche  man  über  die  physio- 
logische und  psychologische  Betätigung  des 
Gehörorgans        gewisse        Voraussetzungen 


Klang 


781 


machen  muß.  Ueber  die  Anatomie  des  Ge- 
hörorgans vgl.  die  Artikel  „Sinnesorgane. 
Anatomie"  und  ,, S  i  n  n  e  s  o  r  g  a  n  e. 
Physiologie".  Die  Resonanztheorie  des 
Hörens  nimmt  an,  daß  sich  in  der  Schnecke 
ein  System  von  Resonatoren  befindet,  wahr- 
scheinlich die  Radialfasern  der  Basilarmem- 
bran,  ^Yelches  auf  die  verschiedenen  Schwin- 
gungszahlen abgestimmt  ist.  Diese  Hypo- 
these bildet  zugleich  eine  einfache  Erklärung 
für  das  Ohmsche  Gesetz.  Auch  schließt  sie 
den  Einfluß  einer  Phasenverschiebung  auf 
den  Klang  von  vornherein  aus.  Die  ein- 
fachste Annahme  ist,  daß  die  Resonanz- 
schärfe, die  Stärke  der  Dämpfung  der  Ohr- 
resonatoren, für  alle  Tonhöhen  etwadiegleiche 
bleibt.  Helmholtz  berechnet,  daß  die 
Intensität  des  Mitschwingens  bei  einer  Dif- 
ferenz der  Tonhöhe  um  einen  Halbton  bereits 
auf  den  zehnten  Teil  gesunken  ist.  Da  im 
allgemeinen  der  Zusanmienklang  zweier  Töne 
nach  dem  Ohmschen  Gesetz  durch  die  Re- 
sonatoren in  ihre  Sonderschwingungen  auf- 
gelöst wird,  so  können  Schwebungen  im  Ohr 
nur  bestehen,  wenn  zwei  Töne  angegeben 
werden,  welche  in  der  Skala  einander  nahe 
genug  sind,  um  dieselben  Resonatoren  gleich- 
zeitig in  Mitschwingungen  zu  versetzen. 
Solche  Schwebungen  bringen  intermittierende 
Erregung  gewisser  Hörnervenfasern  hervor 
und  werden  als  ,, Rauhigkeit"  unangenehm 
empfunden,  wie  etwa  das  Flackern  eines 
Lichtes  von  dem  Auge.  Wenn  sich  die 
beiden  angegebenen  Töne  zu  weit  vonein- 
ander entfernen,  werden  die  Schwingungen 
der  von  ihnen  gemeinsam  erregten  Cor  ti- 
schen Organe  zu  schwach,  als  daß  deren 
Schwebungen  noch  merklich  empfunden 
werden  könnten,  vorausgesetzt,  daß  sich 
keine  Obertöne  und  Kombinationstöne  ein- 
mischen. Die  empfundene  Rauhigkeit  hängt 
aber  außer  von  der  Zahl  der  Schwebungen 
auch  von  der  Größe  des  Intervalles  ab.  Für 
gleiche  Intervalle  nimmt  sie  mit  der  Tonhöhe 
ab.  Die  Zunahme  der  Zahl  der  Schwebungen 
allein  genügt  nicht  zur  Erklärung.  Also  muß 
die  Stärke  der  Schwebungen  mit  wachsender 
Höhenlage  des  Intervalles  geringer  werden. 
Daraus  läßt  sich  folgern  (Waetzmann),  daß 
die  höher  abgestimmten  Ohrresonatoren 
schwächer  gedämpft  sind  als  die  mit  tiefen 
Eigentönen.  'Denn  je  schwächer  die  Dämp-  j 
fungen,  um  so  kleiner  sind  die  Amplituden 
der  von  beiden  Primärtönen  gleichzeitig  er- 
regten Ohrresonatoren,  um  so  leiser  also  die 
Schwebungen.  Die  neue  Annahme  ist  dann, 
daß  nicht  die  Dämpfungen,  sondern  die 
Abklingungszeiten  aller  Ohrresonatoren  an- 
genähert die  gleichen  sind.  Dafür  sprechen 
vor  allem  die  Trillerversuche.  Die  hohen 
Ohrresonatoren  würden  demnach  viel  we- 
niger stark  gedämpft,  also  schärfer  abge- 
stimmt sein. 


[  II.  Tonfarbe.  Mit  der  Annahme  einer 
i  schärferen  Abstimmung  der  höheren  Töne 
findet  eine  Eigenschaft  der  Töne  ihre  Er- 
klärung, welche  auf  psychologischem  Gebiet 
zu  den  von  Helmholtz  aufgestellten  Unter- 
schieden von  Tonhöhe  und  Tonstärke  einen 
neuen  hinzufügt,  die  Tonfarbe  (Stumpf). 
Wenn  zwei  einfache  Töne  in  verschiedener 
Höhe  angegeben  werden,  so  unterscheiden  sie 
sich  objektiv  durch  ihre  Schwingungszahl 
und  ihre  Amplitude,  im  Ohr  dagegen  auch 
noch  durch  die  Zahl  der  Resonatoren,  die 
sie  anregen,  falls  die  eben  gemachte  Voraus- 
setzung richtig  ist,  daß  die  Ohrresonatoren 
in  der  Höhe  schärfer  abgestimmt  sind.  Mit 
der  schärferen  Resonanz  hängt  außerdem 
eine  größere  Intensität  der  Schwingung  zu- 
sammen (vgl.  unter  6).  Einfache  Töne  müssen 
also  entsprechend  der  größeren  Erregungs- 
breite in  der  Tiefe  auch  anders  klingen.  Die- 
ser Unterschied  ist  mehrfach  festgestellt 
worden  und  Stumpf  hat  für  ihn  clie  Be- 
zeichnung ,, Tonfarbe"  eingeführt.  Die 
obige  Erklärung  rührt  von  Waetzmann  her, 
welcher  die  Namen :  Breite,  Umfang,  Fülle  für 
zutreffender  hält.  Stumpf  begreift  aller- 
dings in  dem  Wort  Tonfarbe  zugleich  die 
anderen  Toneigenschaften,  nämlich  die  Stärke 
und  die  Höhe,  mit  ein.  Statt  Höhe  sagt  er 
Helligkeit,  weil  er  wiederum  die  Wirkung  auf 
das  Ohr  beobachtet  und  für  die  hohen  Töne 
(infolge  der  schärferen  Resonanz)  eine  dünne 
oder  spitze  Empfindung,  für  tiefe  Töne  eine 
dumpfe  oder  dunkle  feststellt. 

Macht  man  nicht  mit  Waetzmann  den 
Schritt  von  der  Gleichheit  der  Dämpfung 
zur  Gleichheit  der  Abklingungszeit,  so  bleibt 
der  Begriff  der  Tonfarbe  dem  Physiker  un- 
verständlich. Er  wird  daher  auch  zum  Teil 
vollständig  abgelehnt  (Auerbach). 

12.  Konsonanz  und  Dissonanz.  Helm- 
holtz definiert:  Konsonanz  ist  eine  konti- 
nuierliche, Dissonanz  eine  intermittierende 
Tonempfindung.  Diese  Definition  ruht  auf  der 
Erscheinung  der  Schwebungen,  welche  bei 
Dissonanzen  stark,  bei  Konsonanzen  weniger 
stark  oder  gar  nicht  auftreten.  Konsonanz 
ist  somit  das  Minimum  der  durch  Zahl  und 
Stärke  der  auftretenden  Schwebungen  be- 
dingten Rauhigkeit.  Dabei  handelt  es  sich 
natürlich  um  Schwebungen  zwischen  einem 
Partialton  des  einen  und  einem  in  der 
Nähe  gelegenen  Partialton  des  zweiten 
Klanges.  Die  Konsonanz  ist  um  so  voll- 
kommener, je  niedriger  die  Ordnungen  der 
zusammenfallenden  Teiltöne  sind.  Helm- 
holtz hat  sogar  eine  Rauhigkeitskurve  ge- 
zeichnet, welche  die  Abnahme  dieser  Rauhig- 
keit für  die  einfachen  Intervalle  hervortreten 
läßt.  Eine  ähnliche  Kurve  stammt  von 
Waetzmann,  welcher  die  im  Ohr  auf- 
tretende subjektive  Intensität  der  Partialtöne 


782 


Klang  —  Kleist 


an  die  Stelle  der  von  Helmholtz  benutzten 
objektiven  Intensitäten  setzt. 

Diese  negative  Definition  der  Konsonanz 
ist  etwas  unbefriedigend.  Stumpf  hat  eine 
positive  Ergänzung  hinzugefügt,  die  „Ver- 
schmelzung" gleichzeitiger  Töne.  Dieser 
Begriff  liegt  wiederum  auf  physiologischem 
Gebiet.  Die  Verschmelzung  ist  das  Ver- 
knüpftsein zweier  Empfindungsinhalte  zu 
einem  Ganzen.  Man  hat  dabei  anzunehmen, 
daß  bei  gleichzeitigem  Erklingen  zweier  Töne, 
die  ein  einfaches  Schwingungsverhältnis  zu- 
einander haben,  im  Gehirn  zwei  Prozesse 
stattfinden,  die  in  einer  engeren  Verknüpfung 
miteinander  stehen,  als  wenn  weniger  ein- 
fache Schw'ingungsverhältnisse  vorliegen. 
Auch  dann,  sagt  er,  w^enn  wir  die  Töne  als 
zwei  erkennen  und  auseinander  halten,  bilden 
sie  doch  ein  Ganzes  in  der  Empfindung.  Der 
Grad  der  Verschmelzung  oder  die  Ver- 
schmelzungsstufe bestimmt  die  Güte  der 
Konsonanz. 

Literatur  /••-•<  aiw^führlich  bei.  den  Artikeln  „Schall" 
und  ,,Ge  hör  sinn"  angegeben.  Himuzvfügen  ist 
noch  H.  Gutzniann,  Physiologie  der  Ütimme 
und  Sprache,  ßraunschweig  1909  mit  ausföhr- 
tichem  Verzeichnis  der  einschlägigen  Literatvr. 
Die  phonophotographischen  Untersuchungen 
L.  Hermanns  finden  sich  in  Pflüg  er  s  Archiv 
f.  d.  ges.  Physiol.  in  den  Bünden  45,  47,  48, 
53'  58'  59'  61,  83.  Ueber  die  Resonanztheorie, 
Kotnbinalionstöne  vnd  weitere  neuere  Klang- 
Probleme  findet  sich  in  dem  a.  a.  0.  zitierten 
ßuch  von  E.  Waetzniann  eine  LiteraHir- 
zusammenstellung.  —  Im  einzelnen  wären  etwa 
(ohne  Anspruch  auf  Vollständigkeit)  noch  folgende 
nettere  Arbeiten  hervorzuheben  :  Die  Beschreibung 
der  F.  F.  Martensschen  Darstellung  von 
Schwingungskurveu  (Fig.  4)  *'^  Verh.  d.  D. 
Physik.  Ges.  11,  63,  1903.  Daselbst  findet  man 
auch  einen  einfachen  Weg  zur  angenäherten  Be- 
stimrming  der  Koeffizienten  der  Fourier sehen 
Reihe.  Das  Weisssche  Phonoskop  ist  beschrieben 
in  PfiUgers  Arch.  123,  S4I,  1908.  Die  Arbeit 
von  Herrmann- Goldap  über  die  Klangfarbe 
einiger  Orcliesterinstrumente :  Festschrift  für  L. 
Hermann,  Stuttgart  I90S,  auszugsweise  Ann.  d. 
Phys.  23,  979,  1907.  Die  akustischen  Unter- 
suchungen von  W.  Köhler:  Ztschr.  f.  Psychol. 
54,  285,  1909  und  58,  59,  1910.  Ucber  die 
Theorie  der  Kombinationstöne  findet  man  die 
neuen  Ansätze  Cl.  Schaefers,  Ann.  d.  Phys. 
33,  1216,  1910.  Die  ntuexte  Arbeit  über  die  ob- 
jcktire  E.vistenz  von  Kombinationstönen  von 
E.  Waetzniann  und  G.  Mücke  steht  in  den 
Verh.  d.  D.  Phys:   Ges.  15,  59,  1913. 

R.    Wachsmitth. 


such  der  Stadtschule  in  seiner  Heimat  trat  er 
in  Quedlinburg  als  Gehilfe  in  eine  Apotheke  ein 
und  war  danach  in  Hannover,  Berlin  und  Danzig 
bis  1771  in  gleicher  Weise  tätig.  Nach  Berlin 
zurückgekehrt  wurde  er  Provisor  der  V.  Rose- 
schen Apotheke,  die  ihm  1780  als  Eigentum 
übertragen  wurde.  Von  da  ab  beschäftigte  er 
sich  viel  mit  selbständigen  Untersuchungen, 
wurde  Mitglied  des  Sanitätskollegiums  (1782), 
der  Akademie  der  Künste  (1787)  und  der  Aka- 
demie der  Wissenschaften  (1788).  Seit  1787  war 
er  Professor  der  Chemie  an  der  künigl.  Artillerie- 
Akademie,  an  der  er  schon  vorher  Vorlesungen 
gehalten  hatte.  Bei  der  Gründung  der  Universität 
Berhn  (1810)  erhielt  er  dort  die  ordenthche 
Professur  für  Chemie. 

Durch  seine  außerordenthch  genauen 
analytischen  Untersuchungen  und  Verbesse- 
rungen analytischer  Methoden  ist  seine  Name 
berühmt  geworden.  Er  bewies  zuerst,  daß 
Kalkspat  und  Aragonit  chemisch  die  gleiche 
Substanz  seien,  und  bestimmte  die  richtige 
Zusammensetzung  des  Ultramarin;  er  war  auch 
der  Erste,  der  im  Leucit  das  bis  dahin  nur  in 
Pflanzen  bekannte  Kah  in  der  anorganischen 
Natur  nachgewiesen  hat.  Er  unterwarf  eine  große 
Zahl  bereits  vorhandener  Mineralanalysen  einer 
genauen  Prüfung  und  Durchsicht  und  entdeckte 
dabei  1789  die  Zirkonerde  und  das  Uran, 
1803  gleichzeitig  mit  Berzelius  das  Cer;  ferner 
bewies  er  endgültig  die  Eigentümhchkeit  des 
Strontiums  (1793),  des  Titans  (1794)  und 
des  Tellurs  (1798).  Seine  in  verschiedenen  Zeit- 
schriften zerstreuten  Abhandlungen  sammelte 
Klaproth  in  einem  fünfbändigen  Werke,  ,, Bei- 
träge zur  chemischen  Kenntnis  der  Mineral- 
körper", 1795  bis  1810.  das  durch  einen  6.  Band, 
., Chemische  Abhandlungen  gemischten  Inhalts" 
1815  abgeschlossen  wurde. 

Literatur.  Kopp,  Gesch.  d.  Chem.  Tu.  IV.  — 
Poggendorff',  Biogr.-lil.  Handivörterbuch  I 
1266.  —  Allg.  Deutsche  Biogr.  16,60. 

K.  Spangenberg. 


Klastische  Gesteine. 

Klastische  Gesteine  =  Trümmer- 
gesteine  oder  mechanische  Sedimente. 
Aus  Bruchstücken  anderer  Gesteine  ent- 
standene Sedimente  (vgl.  den  Artikel  ,, Ge- 
steinseinteilung"). 


Klaproth 

Martin  Heinrich. 


Geboren  am  1.  Dezember  1743  in  Wernigerode; 
gestorben  am  1.  Januar  1817  zu  Berlin.  Nach  Be- 


Kleist 

Ewald  Georg  von. 

Geboren  um  das  Jahr  1700  als  Sohn  eines  Guts- 
besitzers in  Hinterpommern,  gestorben  am  11.  De- 
zember 1748,  wahrscheinlich  in  Köslin.  Er 
studierte  in  Leiden,  war  von  1722—1747  Dom- 
dechant  in  Kammin  auf  der  Insel  Wollin,  Ilinter- 
pommern,  dann  Präsident  des  Königlichen  Hof- 


Kleist  —  Koelreuter 


783 


gerichts  zu  Köslin.  Er  erfand  1745  die  „Kleistische 
Flasche",  teilte  seine  Erfindung  mehreren  Ge- 
lehrten mit,  von  denen  Krüger  in  Halle  sie  zu- 
erst in  seiner  Geschichte  der  Erde  erwähnt. 
Bald  darauf  wurde  dieselbe  Erfindung  von 
Cunäus  in  Leiden  gemacht,  der  sie  der  Pariser 
Akademie  vorlegen  ließ;  daher  trägt  sie  zumeist 
den  Namen  Leidener  Flasche. 

E.  Drude. 


Klippen. 

Geographische  Klippen  sind  aus  der 
Landschaft  oder  aus  dem  Meere  aufragende 
schwerer  verwitterbare  Felsmassen.  Geolo- 
gische Klippen  hat  man  durch  Gebirgs- 
druck  aus  dem  Untergrund  aufgepreßte 
Gesteinsmassen  bezeichnet,  die  klippen- 
gleich in  das  überlagernde  Gestein  hinein- 
ragen (vgl.  den  Artikel  „Schichten bau"). 


Knight 

Thomas  Andrew. 

Geboren  am  10.  Oktober  1758  zu  Wormsley 
Grange  bei  Herford.  Er  war  Präsident  der 
Horticultural  Society  und  starb  in  London  am 
11.  Mai  1838.  Er  heferte  durch  Zentrifugal- 
versuche (1806)  den  experimentellen  Nachweis, 
daß  che  Schwerkraft  den  vertikalen  Wuchs  der 
Stämme  und  Hauptwurzeln  verursacht  (Geo- 
tropismus). Ferner  zeigte  er  (1811),  daß  Wui'zeln 
durch  feuchte  Erde  von  cUeser  Wachstums- 
richtung unter  geeigneten  Bedingungen  abge- 
lenkt werden  können  (Hydrotropismus).  Auch 
ist  ihm  die  wichtige  Entdeckung  des  negativen 
Heliotropismus  der  Ranken  des  echten  und 
wilden  Weins  zu  danken  (1812). 

W.  Ruhland. 


Knoblauch 

Karl  Hermann. 

Geboren  am  11.  April  1820  in  Berlin,  gestorben 
am  30.  Juni  1895  in  Baden-Baden.  Er  habili- 
tierte sich  1848  in  Berhn,  siedelte  1849  nach 
Bonn  über,  folgte  aber  noch  im  selben  Jahr  einem 
Ruf  als  Extraordinarius  der  Physik  nach  j\Iarbm'g, 
1854  als  Ordinarius  nach  Halle;  1895  trat  er  in 
den  Ruhestand.  Seit  1878  stand  er  als  Präsident 
der  Leopoldinisch-Karohnischen  Akademie  in 
Halle  vor.  Seine  Untersuchungen  waren  fast  aus- 
schließlich der  Wärmestrahlung  gewidmet  mit 
dem  Ziele,  die  Identität  der  Wärmestrahlung  mit 
der  Lichtstrahlung  in  allen  Beziehungen  fest- 
zulegen. 

Literatur.     Karl  Schmidt,   Xekrolog  1895. 

E.  Drude. 


I  Koelliker 

!  Albert  von. 

Geboren  am  6.  Juli  1817  in  Zürich,  ge- 
storben am  2.  November  1905  in  Würzburg. 
Studierte  von  1836  an  in  Zürich  und  von  1838 
an  in  Bonn.  Er  ging  dann  nach  Berlin  und  hörte 
bei  Johannes  Müller  und  Henle.  1841  promo- 
vierte er  in  Zürich  —  Philosophie  und  1842  in 
Heidelberg  —  Medizin.  Zunächst  wurde  er  nun 
Prorektor  bei  Henle,  aber  schon  1844  wurde  er 
als  Extraordinarius  für  Physiologie  und  ver- 
gleichende Anatomie  nach  Zürich  berufen. 
Von  1847  an  war  er  Professor  der  Anatomie 
und  Physiologie  in  Würzburg,  wo  er  bis 
in  sein  hohes  Alter  über  ein  halbes  Jahrhundert 
segensreich  wirkte.  Koelliker  war  einer  der 
ersten,  der  sich  der  damals  ganz  neuen  Zellen- 
lehre von  Schieiden  und  Schwann  anschloß 
und  schon  1844  die  Zellennatur  des  Eies  vertrat. 
Sein  hauptsächhchstes  Arbeitsgebiet  war  die 
Histologie  und  Embryologie,  namenthch  die 
erstere  hat  ihm  immer  besonders  nahe  gelegen. 
Er  ist  als  einer  der  ersten  vergleichenden  Histo- 
logen  zu  bezeichnen.  Er  suchte  sich  die  Gewebs- 
arten  der  ganzen  Tierreiches  noch  selbst  zu- 
gänghch  zu  machen  und  verlor  nie  bei  seinen 
speziellen  Untersuchungen  den  Zusammenhang 
mit  der  Anatomie  und  Physiologie. 

Auch  seine  embryologischen  Spezialstudien 
haben  stets  Beziehung  zu  größeren  allgemeinen 
Fragen.  Seine  überaus  zahlreichenSpezialarbeiten 
hier  aufzuführen,  würde  viel  zu  weit  führen. 
Erwähnt  seien  ledighch  seine  für  die  damalige 
Zeit  vortrefflichen  Lehrbücher:  Entwickelungs- 
geschichte  des  Menschen  und  der  Tiere  1861 
und  Gewebelehre  1.  Aufl.  1852;  4.  Aufl.  1889 
begonnen. 

Koelliker  ist  als  einer  der  Organisatoren 
der  zoologischen  Wissenschaft  anzusehen.  Als 
Sammelplatz  zoologischer  Originalarbeiten 
schuf  er  mit  v.  Siebold  die  Zeitschrift  für 
wissenschaftliche  Zoologie,  noch  heute  eine 
unserer  bedeutendsten  zoologischen  Zeitschriften. 
In  höheren  Alter  warf  er  sich  noch  mit  erstaun- 
licher Frische  auf  die  Klärung  der  Histologie 
des  Nervensystems,  ein  bisher  noch  dunkles 
Gebiet.  Es  war  ihm  noch  vergönnt,  auch  hier 
die  Früchte  seiner  Arbeit  ernten  zu  können. 

In  seiner  Auffassung  der  Deszendenztheorie 
schließt  er  sich  an  Etienne  Geoffroy  an.  Er 
erklärt  che  Entstehung  der  Arten  durch  ,, sprung- 
weise Entwickelung"  etwa  analog  den  Form- 
verwandlungen beim  Generationswechsel. 

Literatur.  Burckhardt ,  Geschichte  der  Zon- 
logie.  Leipzig  1907.  —  Allgemeine  Deutsche 
Biographie. 

W.    Harms. 


Koelreuter 

Joseph  Gottlieb. 


Geboren  am  27.  April  1733  zu  Sulz  am  Neckar. 
Ueber  sein  Leben  ist  fast  nichts  Näheres  be- 
kannt. Er  starb  am  12.  November  1806  als 
Professor    der    Naturgeschichte    in     Karlsruhe. 


784 


Koelreuter  —  Kolüehydi'iite  oder  Ziickerarten 


Er  stellte  als  erster  im  großen  Maßstabe  Ver- 
suche über  Bast:udieruiig  an,  erkannte,  daß 
ein  gewisser  Bestandteil  der  Pollenkürner  mit 
den  Samenknospen  verschmelzen  müsse,  wenn 
eine  Befruchtung  zustande  kommen  soll.  Auch 
stellte  er  zuerst  die  Mithilfe  der  Insekten  bei  der 
Bestäubung  und  die  Bedeutung  des  Blüten- 
nektars hierbei  fest.  Seine  wichtigste  Schrift 
ist  die  „Vorläufige  Nachricht  von  einigen  das 
Geschlecht  der  Pflanzen  betreffenden  Versuchen 
und  Beobachtungen"  (Leipzig  1761,  mit  3  Fort- 
setzungen: 1.   :  1763;  2.    :  1764;  3.   :  1766). 

W.   Jtuhland. 


Kohlehydrate  oder  Zuckerarten. 

1.  Definition.  2.  Vorkommen  und  physikalische 
Eigenschaften.  3.  Chemisches  Verhalten  und 
Konstitution.  4.  Monosaccharide:  Diosen,  Tri- 
osen,  Tetrosen,  Pentosen,  Hexosen,  Heptosen, 
Octosen,  Nonosen.  5.  Disaccharide:  Tetrosen-, 
Pentosen-,  Hexosenderivate.  6.  Trisaccharide. 
7.  Tetrasaccharide.  8.  Nicht  kristallisierende 
Polvsaccharide:  Stärke,  Dextrine,  Gummiarten. 
9.  Cellulosen.  10.  Industrie  der  Kohlehydrate. 
11.  Physiologie  der  Kohlehydrate. 

I.  Definition.  Unter  ,, Kohlehydraten" 
versteht  man  eine  Gruppe  in  der  Natur  weit 
verbreiteter  Verbindungen,  die  in  ihrer 
empirischen  Zusammensetzung  als  Hydrate 
des  Kohlenstoffes  —  Cx  +  yHgO  —  ange- 
sehen werden  können.  Formeln  des  Trauben- 
zuckers CßHioOg  =  6C  +  6H,0,  der  Cellulose 
CßHioOs  =  6C  +  5H2O,  des  Milchzuckers 
C12H22OX1  =  12c  +  llH.,0  mögen  den  Typus 
solcher  Verbindungen  charakterisieren.  Es 
sei  aber  darauf  hingewiesen,  daß  auch  Körper 
vom  Typus  der  Rhamnose  CgHioOs  unter 
den  Begriff  der  Kohlehydrate  fallen,  ob- 
wohl in  ihnen  Wasserstoff  und  Sauerstoff 
nicht  im  Verhältnis  2:1  an  Kohlenstoff 
gebunden  sind.  Eigentlich  wird  also  der 
Begriff  ,, Kohlehydrat"  nur  noch  in  der 
Physiologie  gebraucht,  wobei  er  eine  Gruppe 
chemischer  Stoffe  kennzeichnet,  deren  wich- 
tigste und  für  die  Namensgebung  maßgebende 
Vertreter  eben  die  Zucker  und  ihre  Komplexe 
sind. 

2.  Vorkommen  und  physikalische  Eigen- 
schaften. Die  Mehrzahl  der  Kohlehydrate 
entstehen  in  den  Pflanzen,  doch  bilden  sie 
sich  auch  im  tierischen  Organismus  (Glyco- 
gen),  speziell  bei  manchen  Erkrankungen 
des  Verdauungsai)parates  (Diabetes  mellitus, 
Glycosuriej.  In  den  Pflanzen  kommen  sie 
häufig  als  sogenannte  ,,Glycoside"  (siehe  j 
diese)  vor,  d.  h.  als  an  ein  oder  mehrere  ■ 
„Aglycone"  ätherartig  gebundene  Verbin- 
dungen. Namen  wie  Traubenzucker,  Rohr- 
zucker, Rüben-  und  Milchzucker  geben  ja  die 
Herkunft  an,  während  die  Stärke  den  Haupt- 


bestandteil aller  Getreidemehle,  vieler  Hülsen- 
früchte und  der  Kartoffeln  bildet.  Die  ihr 
nahe  verwandte  Cellulose  ist  ein  integrieren- 
der Bestandteil  des  Holzes  und  der  Baum- 
wolle und  auch  in  den  Gerbstoffen  kommen 
sie  nach  den  neueren  Untersuchungen  E. 
Fischers  vor  (vgl.  weiter  unten). 

Die  Zuckerarten  sind  zum  Teil  in  reinem 
Zustande  gut  kristallisierende,  oft  auch 
amorphe  Körper,  die  sich  in  ihren  einfach 
zusammengesetzten  Vertretern  in  Wasser 
zumeist  leicht  lösen,  dagegen  schwerer  in 
absolutem  Alkohol,  nicht  in  Aether. 

Beim  Erhitzen  auf  höhere  Temperatur 
tritt  meistens  unter  weitgehender  Zer- 
setzung Bräunung  ein,  bis  sie  unter  starkem 
Aufblähen  verkohlen. 

Sämtliche  Zuckerarten  sind  wegen  des 
Vorhandenseins  asymmetrischer  C-Atome 
optisch  aktiv.  Diese  xAktivität  ist  für  die 
einzelnen  Individuen  verschieden  groß  und 
abhängig  von  der  Natur  des  Lösungsmittels, 
der  Temperatur  usw.,  für  je  ein  Paar  aber 
gleich,  mir  mit  entgegengesetztem  Vor- 
zeichen, so  daß  man  solche  Körper  als 
optische  Antipoden  bezeichnet.  Die  optische 
Aktivität  ist  infolge  ihrer  Eindeutigkeit 
und  relativ  leichten  Bestimmbarkeit  eine 
für  die  Bestimmung  der  einzelnen  Zucker- 
arten sehr  wichtige  Konstante.  Man 
bezeichnet  als  ,, spezifische  Drehung"  die 
Ablenkung  des  polarisierten  homogenen  Na- 
triumlichtes D,  hervorgerufen  von  1  g 
aktiver  Substanz  in  1  ccm  Lösungsmittel 
in  1  dm  langem  Rohr.  Diese  Größe  wird 
ausgedrückt  durch  die  Formel 


100. a  , 
[aJo   =  ±  ~  j—  -  (+  =  rechts-, 


=  linksdrehend) 


wobei  1  die  Länge  des  Polarisationsrohres, 
c  die  Konzentration  in  100  ccm  Lösungs- 
mittel und  a  der  beobachtete  Drehungswinkel 
ist.  Die  Drehung  ist  außer  von  der  Tempe- 
ratur auch  abhängig  von  der  Konzentration, 
mit  der  sie  nicht  immer  proportional  wächst, 
so  daß  es  sich  empfiehlt,  bei  allen  Messungen 
die  diesbezüglichen  Angaben  zu  machen. 
Häufig  zeigt  sich  auch  die  Erscheinung  der 
,,Bi"-  oder  ,, Mutarotation",  d.  h.  die  Lö- 
sungen zeigen  frisch  bereitet  und  nach 
längerem  Stehen  verschiedene  Drehungen, 
um  sich  schließlich  konstant  einzustellen. 
Man  erklärt  diese  Erscheinung  entweder 
durch  die  Annahme  komplexer  Verbin- 
dungen mit  dem  Lösungsmittel  oder  durch 
die  Annahme  bestimmter  stereochemischer 
Umwandlungen,  die  vielfach  auch  sicher 
nachgew'iesen  sind. 

3.  Chemisches  Verhalten  und  Kon- 
stitution. Während  wir  einesteils  zucker- 
artigen Körpern  begegnen,  die  sich  durch 
gute  Kristallisierbarkeit,  Löslichkeit  und 
chemisches  Verhalten  als  einfachere  Moleküle 


Kolilelij^clrato  oder  Zuckerarten 


785 


charakterisieren,  finden  wir  wieder  andere, 
deren  amorphe  Struktur  und  schwere  oder 
nur  kolloide  Löslichkeit  auf  komplexe  Bauart 
hinweisen.  Diesen  allen  jedoch  ist  gemeinsam, 
daß  sie  sich  leicht  in  die  einfachen  Zucker- 
arten überführen  lassen:  sie  nehmen  unter 
dem  Einfluß  verdünnter  Säuren  oder  ge- 
wisser Enzyme,  z.  B.  der  Diastase,  Wasser 
auf  und  zerfallen  in  mehrere  einfachere 
^Moleküle  (hydrolytische  Spaltung  oder 
Inversion),  z.   B.   nach  der   Gleichung: 

(C6Hio05)x  +  xH^O  -  xCßHi  A 
Man  sieht  daher  in  den  nichtzuckerähnlichen 
Kohlehydraten  anhydridähnliche  Derivate 
der  Zucker :  P  o  1  y  s  a  c  c  h  a  r  i  d  e.  Wir 
finden  aber  auch  Körper,  die  an  und  für 
sich  zwar  zuckerähnlichen  Charakter  haben, 
die  sich  aber  doch  noch  durch  Hydrolyse  in  ein- 
fachere Zucker  zerlegen  lassen,  und  zwar  ent- 
stehen hier  aus  1  Molekül  des  komplizierteren 
Körpers  nur  2  einfachere,  z.  B.  zerfällt  Rohr- 
zucker in  Traubenzucker  und  Fruchtzucker: 
CxoH.,,Oii  +  H^O  -  CßHi.Oe  +  CeHiA. 
Diese  einfachsten  Zuckerarten  bezeichnet 
man  als  Monosaccharide  und  kenn- 
zeichnet sie  in  den  Benennungen  durch  die 
Endung  ,,ose",  die  an  einen  die  Herkunft 
andeutenden  Stamm  gehängt  wird.  Die 
Gruppe  der  gesamten  Zuckerarten  zerfällt 
demnach  in  3  Gruppen: 


1. 


oder    zucker- 
Rohrzucker, 


3. 


Monosen  oder  Monosaccharide:  Trauben 

Zucker,  Holzzucker  usw. 

Spaltbare     Zuckerarten 

ähnliche    Polysaccharide 

Raffinose  usw. 

Nicht    zuckerähnliche    Polysaccharide: 

Stärke,  Dextrine,  Cellulose. 
Auf  Grund  ihres  chemischen  Verhaltens, 
das  unten  näher  angegeben  werden  wird, 
kann  man  sagen:  Die  einfachen  Zucker 
sind  entweder  Oxyaldehyde  (Aldosen) 
oder  Oxyketone  (Ketosen)  mit  offener 
Kohlenstoffkette,  deren  Molekül  eine  Car- 
bonyl-  und  mehrere  Oxygruppen  enthält, 
davon  eine  in  1,2-Stellung  zur  Carbonyl- 
gruppe.  Bei  einigen  pflanzlichen  Zuckerarten 
findet  man  eine  endständige  Methylgruppe. 
Die  bekannten  Zucker  enthalten  Ketten 
von  2  bis  10  Kohlenstoffatomen,  doch  kom- 
men in  der  Natur  nur  solche  mit  bis  höchstens 
7  vor.  Nach  der  Zahl  der  an  0  gebundenen 
C-Atome  unterscheidet  man  Diosen,  Tri- 
osen,  Tetrosen,  Hexosen: 
CHO  CHO  CHO  CH,OH 


CHoOH 


Die  Monosaccharide  wirken  sämtlich  auf 
leicht  Sauerstoff  abgebende  Verbindungen 
z.  B.  alkahsche  Metallsalzlösungen,  redu- 
zierend ein.  Dies  Verhalten  ist  von  großer 
Bedeutung  für  ihre  gravimetrische  Be- 
stimmung, da  sich  die  Nachweise  von 
Trommer,  Allihn,  Fehling,  Pavy, 
Bang,  Knapp,  Nyl  and  er  darauf  gründen. 

Die  alkoholischen  Hydroxylgruppen  in 
den  Zuckermolekülen  lassen  sich  leicht 
durch  die  Fähigkeit,  beim  Kochen  mit 
Essigsäureanhydrid  in  Gegenwart  eines  kon- 
densierenden Mittels  wie  Chlorzink  oder 
Natriumacetat  Acetylderivate  zu  geben, 
nachweisen. 

D  ie  nach  der  S  c  h  o  1 1  e  n  -  B  a  u  m  a  n  n  sehen 
Methode  meist  leicht  und  mit  guter  Ausbeute 
darstellbaren,  häufig  gut  kristallisierten  und 
scharf  schmelzenden  Benzoylester  werden 
vielfach   zu   analytischen   Zwecken   benutzt. 

Auf  die  Gegenwart  der  alkoholischen 
Hydroxylgruppen  weist  weiter  das  Verhalten 
der  Zuckerarten  gegenüber  Basen,  speziell 
den  alkalischen  Erden  hin.  Sie  bilden  mit 
ihnen  alkoholartige  Verbindungen,  die  so- 
genannten Saccharate,  die  namentlich 
bei  der  Reinigung  einiger  Zucker,  wie 
Rohrzucker,  Milchzucker,  Raffinose  usw. 
auch  technisch  eine  Rolle  spielen. 

Für  die  Gegenwart  einer  Carbonyl- 
gruppe  spricht  das  Verhalten  der  Zuckerariten 
bei  der  Reduktion  und  Oxydation.  Durch 
Behandeln  mit  Natriumamaigam  nehmen  sie 
2  Atome  Wasserstoff  auf  und  gehen  in  mehr- 
wertige Alkohole  über;  aus  einer  Pentose 
entsteht  ein  Pentit,  aus  einer  Hexose  ein 
Hexit  usw.  im  Sinne  der  Formel: 


CO.CHoOH  -^ 
.CHOH.CHO 


CHOH.CHoOH 
">  .  .  CH0H".CH,0H 


Diose 


CHOH 

(CHOH)^ 

C  =  0 

CH,0H 

CH3 

(CHOH), 

Triose 

Pen  tose 

CHoOH 
Heptose 

Aldosen 

Ketose 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


Bei  der  Oxydation  entstehen  Carbon- 
säuren. Durch  gemäßigte  Oxydation  mit 
Chlor-  oder  Bromwasser,  Silberoxyd  oder 
verdünnte  Salpetersäure  erhält  man  die  ent- 
sprechenden Monocarbonsäuren  von  gleicher 
Kohlenstoffatomzahl,  indem  zunächst  die 
Aldehydgruppe  zur  Carboxylgruppe  oxydiert 
wird  (Tvpus  der  Gluconsäure:  CH.,OH- 
(CH0H)4.C00H),  die  Aldopentosen  er- 
geben Pentonsäuren,  die  Aldohexosen  Hexon- 
säuren.  Die  Anwendung  stärkerer  Oxyda- 
tionsmittel führt  z.  B.  bei  den  Hexosen 
zu  den  entsprechenden  zweibasischen  stereo- 
isomeren Zuckersäuren  oder  Tetraoxyadipin- 
säuren 

C00H(CH0H)4.C00H. 

Wird  dagegen  nur  die  primäre  xVlkohol- 
gruppe  oxydiert  und  bleibt  die  Aldehyd- 
gruppe erhalten,  so  entstehen  die  Glucuron- 
säuren : 

COOH(CHOH),.CHO. 

Diese  Säuren  kommen  frei  nicht  in  der  Natur 
vor,    sondern  nur  als  ,, gepaarte   Glucuron- 

50 


786 


Kolilehydi'ate  udor  Zuckerarton 


säuren".  Synthetisch  kann  man  sie  erlialten 
durch  Reduktion  der  Zuckersäurelactone. 
Die  Ketosen  liefern  Säuren  von  geringerer 
Koldenstoft'zahl. 

Nascierende  Blausäure  wird  unter  Bil- 
dung von  hydroxylreicherer  Cyanliydrine 
aufgenommen.  Diese  Oxynitrile  lassen  sich 
zu  Säuren  vom  Gluconsäuretypus  verseifen, 
die  um  1  C-xVtom  reicher  sind. 

Die  beiden  spezifischen  Reagentien  auf 
die  Carbonylgruppe,  das  Hydroxylamin  und 
die  Phenylhydrazine,  geben  mit  den  Zucker- 
arten Oxime  und  Hydrazone. 

Mit  Hydroxylamin  reagieren  die  Aldosen 
nach  der  Gleichung: 
...C  =  0  +  NH2.0H  =  H,0- 


H 
und  die  Ketosen: 
...C...  -f  NH.,.OH 


HoO 


.C  =  N.OH 

I 

I 

H 

...C... 


0  N.OH 

Diese   Oxime   sind   kristallisierbar   und   von 


charakteristischem  Fp.  Sie  dienen  zur 
Identifizierung,  und  auf  (irund  ihrer  Eigen- 
schaft mit  Essigsäureanhydrid  Wasser  und 
darauf  mit  starken  x\lkalien  Blausäure 
abzugeben,  zur  Umwandlung  der  Zucker- 
arten   untereinander    (vgl.    weiter    unten). 

Von  größter  Bedeutung  für  die  Chemie 
der  Zuckerarten  sind  die  von  E.  Fischer 
entdeckten  Verbindungen  mit  Phenyl- 
hydrazin und  dessen  Sulastitutionsprodukten 
geworden.  Wenn  namentlich  die  ersteren 
auf  Grund  ihrer  leichten  Löslichkeit  in 
Wasser  nur  schwer  abzuscheiden  sind  (die 
Brom-  und  Nitrosubstitutionsprodukte  sind 
schwerer  löslich),  so  ist  doch  der  Verlauf  der 
Reaktion,  der  in  zwei  Phasen  verläuft,  von 
größtem  Interesse.  (Die  charakteristischen 
Reaktionen  der  Zuckerarten  sollen  am 
Beispiel  der  Glucose  erläutert  werden.) 

Läßt  man  in  einer  verdünnten  essig- 
sauren Lösung  in  der  Kälte  1  Mol  Phenyl- 
hydrazin auf  1  Mol  Glucose  einwirken,  so 
reagieren  sie  nach  folgender  Gleichung: 


Aldosen: 


CH.,0H(CH(JHj4.CH0  +  NHo.NH.CbH. 

=  H.,0  -f  CH.,0H.(CH0H)4.CH  =  N.NH.CeH^ 


Ketosen  (Fructose): 

CH,OH.(CHOH)3.CO.CH20H  +  NH^.NH.CVH, 
=  HoO  +  CH.0H(CH0H)3.C  —  CH",.OH 

II 
N.NH.C«H.. 


Diese   Hydrazone  kann  man  mit  Salzsäure,  den    Zucker   gleich    mit   einem    Feberschuß 

Benzaldehyd  (Herzfeld)  oder  Formaldehyd  von   Phenylhydrazin,  so  reagiert  neben  der 

wieder  spalten  und  nach  Entfernung  dieser  Aldehyd-   oder    Ketongruppe   auch   die    be- 

den  Zucker  in  reiner  Form  isolieren.  nachbarte  Alkoholgruppe  unter  gleichzeitiger 

Läßt  man  3  Mol  Phenylhydrazin  auf  die  Oxydation  zur  Ketongru))pe  nach  folcendom 

Hydrazone   einwirken   oder   behandelt   man  Schema: 

CHoOH(CHOH)3.CHOH.CHO  +  3NH.,.NH  .C.R,  - 

CH,0H(CH0H)3.C  -  ■  CH  +  2H.,0  +  NH,  +  CoH.NH., 

II       II 
aH,.NH.N      N.NH.C.H, 


Neuberg  hat  gefundeji,  daß  es  mit  Hilfe 
asymmetrischer  sekundärer  Hydrazine  z.  B. 

CeH. 
mit    Methvlphenvlhvdrazin  ^N  .  NH2 

CH3 
gelingt,  zwischen  Aldosen  und  Ketosen 
zu  unterscheiden,  da  nur  die  Ketosen  mit 
diesen  Basen  gelbgefärbte  Osazone  liefern, 
w-ährend  die  Aldosen  und  Aminozucker 
(Osamine  siehe  nachfolgend)  nur  farblose 
Hydrazone  geben. 

Diese  Osazone  sind  schwer  löslich,  lassen 


sich  durch  l'mkristallisieren  (aus  Pyridin) 
gut  reinigen  und  haben  charakteristische 
Schmelzpunkte,  sie  könnten  also  zur  Isolie- 
rung von  Zuckern  aus  unreinen  Lösungen 
oder  nach  Invertierung  von  Polysacchariden 
benutzt  werden,  wenn  sich  nicht  der  Re- 
generierung des  Zuckers  gewisse  Schwierifi- 
keiten  in  den  Weg  stellten. 

Die  Osazoiu>  liefern  nändich  bei  der 
Reduktion  mit  Zinkstaub  und  Essigsäure 
die  sogenannten  Osamine  ( Amiiioketon- 
alkohole): 


Kohlehydrate  oder  Zuckerarten 


787 


CH.0H.(CH0H^3.C-CH 

II     II 
CeHjNH.N    N.NHCfiHs 


HoO  -  4  H 

=  CH,0H(CH0H)3.C-^CH.,  +  CeHsNH.NH.H-  CeH^NH,, 

'    II     I     " 
0    NHo 


Isoghicosamin 
Diese   Osamine  gehen  durch   Behandeln  :  leicht  in  die  entsprechenden  Ketonalkohole: 


mit    salpetriger    Säure    als    primäre    Amine    (Ketosen)  über: 
CH.,OH(CHOH)3.CO.CH2NH2  +  HNO,  =  CH,0H(CH0H)3C().CH/)H 


N., 


H.,0. 


Durch  gelindes  Erwärmen  mit  rauchen-   Abspaltung  von   2  Mol  salzsaurem   Piienyl- 
der    Salzsäure    liefern    die    Osazone    unter   hydrazin  die  sogenannten  Osone: 


CHoOH(CHOH)3.C— CH 

II        II 
N      N 


+  2  H,0  +  2  HCl 


CeHjNH  NHCgHs 
2C«H3NH.NH2HC1  +  CH20H(CHUH)3C().CHU 

Glucoson 


Man  kann  diese  Osone  als  Bleiverbindun- 
gen isolieren  und  aus  ihnen  durch  Reduktion 
die  entsprechende  Ketose  (aus  dem  (ilucoson 
Fructose)  erhalten.  Es  ist  dies  also  ein 
Mittel,  eine  Aldose  in  eine  Ketose  zu  ver- 
wandeln. 

Allgemein  ist  über  die  Osazone  und  Osone 
zu  sagen,  daß  sie  nicht  so  spezifisch  sind  wie 
die  Hydrazone.  Glncose,  Mannose  und 
Eructose  geben  dasselbe  Phenylosazon  und 
dasselbe  Öson,  da  ja  neben  der  Aldehyd- 
oder Ketogruppe  die  benachbarte  Alkohol- 
gruppe reagiert,  und  infolgedessen  ihr  Ein- 
fluß auf  Grund  ihrer  sterischen  Lage  be- 
seitigt wird. 

Gelegentlich  der  vorgenannten  Verbin- 
dungen wurde  schon  die  Umw-andlungs- 
fähigkeit  der  Zucker  berührt.  Diese  kann 
auch  auf  andere  Weise  dargetan  werden. 
So  sind  z.  B.  die  Monosaccharide  sehr  emp- 
findlich gegen  freie  OH-Ionen.  Behandelt 
man  Glncose  mit  verdünntem  Alkali  (Lobry 
de  Bruyn),  so  geht  sie  über  die  Enolform 
zum  Teil  in  Mannose  und  P'ructose  über: 


CH(OH) 


/c\Xi       P       TT        "^ 


CH,OH       CHO 


CO 


H— C— OH 


C.OH  ^OH— C  -H 

I  -^1  I  I 

(CH0H)3       (CHOH),   (CH0H)3    (CHOH) 


teren  Isomeren  Anlaß  geben,  z.  B.  zur  Glu- 
tose.  Bei  längerer  Einwirkung  von  Alkali 
entstehen  Oxysäuren,  z.  B.  Milchsäure. 

Die  Einwirkung  von  Ammoniak  kann 
zur  Aminosäurebildung  (x\lanin)  führen, 
während  andererseits  nach  Wind  aus  und 
Knoop  ans  der  Glucose  durch  Zinkhydr- 
oxydammoniak schon  in  der  Kälte  Methyl- 
glyoxalin  entsteht.  Diese  Bildung  geht  über 
den  Glycerinaldehyd  ->  Methylglyoxal  usw. 
Hiermit  im  Zusanimeidumg  stehen  die  Ver- 
suche an  diabetischen  Tieren  über  die  Um- 
wandlung der  Amino-,  Hydroxy-  und  Keto- 
säuren  in  Glucose  (Neuberg,  Dakin 
und  Dudley,  Cremer). 

Aufbau  und  Abbau  der  Zuckerarten. 
Die  vorstehend  beschriebenen  Reaktionen 
geben  die  Möglichkeit,  wie  schon  am  Beispiel 
der  Osazone  und  Osone  gezeigt,  die  einzelnen 
Zucker  ineinander  überzuführen.  Hat  man 
z.  B.  durch  Synthese  eine  Säure  vom  Typus 
der  Gluconsäiire  erhalten,  so  läßt  sie  sich 
durch  Erhitzen  mit  Pyridin  in  verschiedene 
stereoisomere  ^lodifikationen  umlagern,  und 
aus  diesen  aber  aus  den  Lactonen  kann 
man  durch  Reduktion,  die  entsprechenden 
Zucker  enthalten.  Andererseits  führt  ge- 
linde Oxydation  der  Alkohole  wieder  zu 
Zuckern. 


Der  Aufbau  höherer  Zucker  z.  B.  aus  der 
i  \     I  I  5^  I  j  Glucose  läßt  sicii  im  allgemeinen  nach  fol- 

CH^OH  \CH2OH  CH,OH  /  CHoOH  j  irender  Methode  vornehmen:  Die  Aldehyd- 
gruppe lagert  Blausäure  an,  das  entstandene 
Nitril  wird  verseift,  zu  einer  um  1  C-Atom 
reicheren  Säure,  deren  7-Lacton  bei  der 
Reduktion  den  höheren  Zucker  gibt: 

50* 


Enolform       Mannose     Fructose       Glucose 

Die  Fructose  kann  dann  mit  einem  zweiten 
C-Atom  in  Enolform  reagieren  und  zu  wei- 


788 


Kohlehydrate  oder  Zuckerarteii 


CHO 

I 
H— C— OH 

(CHOHja 
CH,()H 

Gliicose 
CO 
CHOH 


CM< 


OH 


H 
CN 


■CN 
H  -C— OH 

(CHOH);, 

CH2OH 

Glucnsenitril 


COOH 
llvdiolvsc    OH     r     H 


2HoO 


H— C— OH 
(CH0H)3 

CH2OH 

Ghicoheptoiisäure 


\  CHOH 

^  ! 

CH 

I 
(CHOH). 

I 

CH2OH 
;/-Lactoii  der 
Säure 

CHO 

(CHOH)  4 

CH2OH 

Glucose 


Redu 


vtKMl 

> 


CHO 

I 
OH— CH 

I 
H— C— OH 

I 
(CHOH), 

I 
CH.OH 


Bei  dieser  Synthese  entstehen  stets  zwei 
Steroisomere,  da  sich  ein  neues  asymmetri- 
sches C-Atom  bildet,  so  gibt  Arabinose  Glu- 
cose und  Mannose. 

Der  Abbau  der  Zucker  kann  auf  drei 
Wegen  erreicht  werden.  Entzieht  man  den 
Oximen  der  Zucker  durch  Erhitzen  mit 
konzentrierter  NaOH  Wasser  und  Blau- 
säure, so  entsteht  eine  um  1  C-Atom  ärmere 
Monose,  wie  folgendes   Schema  zeigt: 


(Uucüheptose 

CH=N.OH 

I 

->        (CHOH)  4 
CHoOH 

Glucosoxim 


CN+  H.O 


->      (CHOH)  4 
CH2OH 
Nitril 


HCN 
CHO 

(CHOH), 

CHoOH 

Arabinose 


Ruff  oxydierte  nach  Fe n ton  mit  H.,02  Salz  bei  der  Oxydation  unter  COo-Abspal- 
in  Gegenwart  von  Ferrosalzen:  die  Aldose  |  tung  die  um  1  C-Atom  niedrigere  Monose 
ergibt  die  entsprechende    Säure,  deren   Ca-  gibt: 


CHO 

COOH 

CO.,  +  H./) 

(CHOH),, 

iP\M)\\\               .  ... 

>.           PTTr> 

(v^nv'nju 

CH2OH 

CHoOH 

(CHOH)„_: 

CH2OH 

Neuberg  kommt  zu  demselben  Ziel 
durch  Elektrolyse  des  Ca- Salzes  der  ent- 
sprechenden Säure.  Auf  diese  Weise  ist  es 
möglich  gewesen,  einmal  die  Monosen  bis 
zu  den  Dekosen  aufzubauen  und  sie  anderer- 
seits bis  zum  Formaldehyd  abzubauen. 

Es  sei  hier  noch  die  Fischersche  Syn- 
these des  Traubenzuckers  aus  dem  Glycerin 
angeschlossen: 

Die  Oxydation  des  Glycerins  ergibt  ein 
Gemenge  von  Dioxyaceton  und  (dycerin- 
aldehyd,  die  als  die  beiden  möglichen  Formen 
der  Triose  isomer  sind.  Durch  Aldolkon- 
densation  entsteht  hieraus  «-Acrose  (=  wahr- 
scheinlich   racemische    Fructose,    denn    sie 


gibt  das  entsprechende  Osazon).  Das 
Reduktionsprodukt  der  Acrose,  der  Mannit, 
ergab  bei  der  Oxydation  Mannose.  Die  hier- 
aus durch  Oxydation  erhaltene  Mannon- 
säure  wird  durch  Kochen  mit  Chinolin  in 
Gluconsäure  umgelagert  und  als  solche  zu 
Glucose  reduziert. 

Der  Zusammenhang  der  Alkohole,  Säuren 
und  Zucker  läßt  sich  durch  folgende  Tabelle 
geben: 

1-Ribose   \ 

d-Ribose  -^   iVdonit    ->    Ribotri- 
Pentosen  oxygiutarsäure 

1-Xylose    \^ 

d-Xylose  ^    Xylit    ->    Xylotri- 
oxyglutarsäure 


Kohlehydrate  oder  Zuckerarten 


789 


d-^laniiüse    ->    cl-Maiiiiit  -^  d- 
ilaniioziK'kersäure 
Hexoscii     d-Ghicose  x^ 

d-Gulose  -^  d-Sorbit  -^  d-Ziickei-- 
säure  usw. 
Stereoisomerie      dor     Ziickerarton 
(erläutert  am  Beispiel  der   Hexosen). 

Eine  Verbindung  vom  Typus 
CH.OH.CHOH.CHOH.CHOH.CHOH.CHO 
enthält  4  asymmetrische  C-Atome,  müßte 
also  nach  vaii  t'Hoff  in  16  Stereoisomeren 
oder  8  Paar  optischer  Antipoden  existieren. 
Wennsieich  nun  beim  Beispiel  der  Hexosen 
nur  (ilucose,  Mannose  und  (!alaktose  sich 
in  der  Natur  finden,  so  sind  doch  fast  sämt- 
liche übrigen  Isomeren  bekannt.  Sie  sind 
durch  sterische  Umlagerunoen  oder  Aufbau 
aus  den  Pentosen  erhalten  worden.  Bei  der 
Oxydation  oder  Reduktion,  die  zu  den 
entsprechenden  zweibasischen  Säuren  oder 
Alkoholen  führt,  vermindern  sich  die  Mög- 
lichkeiten zu   Stereoisomeren,  weil  entweder 

CHO 


dasselbe  optisch  aktive  Reaktionsprodukt 
aus  zwei  verschiedenen  Monosen  entstehen 
kann  oder  weil  aus  beiden  Antipoden  in- 
aktive Formen  entstehen  können.  So  exi- 
stieren also  für  die  Alkohole  und  Säuren 
nur  je  10  Stereoisomere,  von  denen  9  be- 
kannt sind,  und  zwar  die  aktiven  Paare 
Sorbit,  Mannit,  Talit  und  Idit,  sowie 
der  inaktive  Dulcit.  Die  entsprechenden 
Säuren  sind :  Z  u  c  k  e  r  s ä u  r  e ,  M a  n  n  o  z  u  c  k e  r  - 
säure,  Idozuckersäure,  Taloschleim- 
säure  und  die  inaktive  Schleimsäure. 

Unter  Zuhilfenahme  der  Projektions- 
formeln,  wie  man  sie  bei  optisch  aktiven 
Körpern  anwendet,  kann  man  sich  den  Zu- 
sammenhang zwischen  zwei  Zuckern  und 
ihrem  Alkohol  folgendermaßen  vorstellen: 
Nimmt  man  an,  daß  die  Verschiedenheit 
nur  durch  die  Stellung  zu  den  verschiedenen 
Endgruppen  bedingt  ist,  so  ist  es  klar,  daß  die 
Reduktion  ohne  weiteres  denselben  Alkohol 
liefert,  wie  folgendes  Bild  zeigt  (dasselbe 
gilt  natürlich  auch  für  die  1-Formen) 


CH.,OH 


CHoOH 


H-C-UH 
OH— C— H 
H— COH 
H— C— OH 


H— C— OH 
OH    -C— H 
H— C— OH 
H^-C— OH 


H— C-OH 
->    OH  -C    H 
H  -C— OH 
H— C-OH 


CH.3OH 
d- (Ilucose 


CHO 
-Oulose 


CH.OH 
d-Sorbit 


Bei  anderen   Stereoisomeren   wird  durch    Kohlenstoffatomen  der  Kette  erklären   muß 
Gleichwerden  der  Endgruppen  die  Konfigu-   (siehe  Tabelle  auf  Seite  790). 
rationsverschiedenheit  nicht  zum  Verschwin-         Speziell  zu  erwähnen  ist  noch  der  Fall, 
den  gebracht,  so  daß  man  diese  durch  ÜJiter-   daß  bei  Vertauschen  der  beiden  Endgruppen 
schiede  in  der  Gruppierung  an  den  inneren   die     optischen     Antipoden     entstehen,     wie 

z.  B.  bei  der  Galactose: 


CHO 


GH., OH 


CHoOH 


HO— C— H 

I 

OH— C— H 

OH-C-H 

H-C— OH 

H— C— OH 

H-C~OH 

H— C— OH 

H— C— OH 

H-C—OH 

OH-C— H 

OH— C— H 

OH-C-H 

CH/JH 

CHO 

CH.OH 

1- Galactose 

d- Galactose 

Dulcit 

deren  zugehöriger  Alkohol  natürlich  durch  1  gegebenen  Formeln.  Ebenso  ist  klar,  daß 
innere  Symmetrie  des  Moleküles  inaktiv  1  d-Glucose,  d-Fructose,  d-Mannose  dasselbe 
ist.  Optische  Antipoden  haben  also  stets  \  Osazon  geben  müssen,  da  bei  seiner  Ent- 
genau umgekehrte  Konfiguration.  stehung  nur  das  /i-C-Atom  betedigt  ist,  an 
Die  Konfiguration  der  Derivate  der  ein-  welchem  die  Konfigurationsverschiedenheiten 
zelnen  Monosen  fols:t  aus  den  in  der  Tabelle   lokahsiert  sind. 


r90 


Kolilelivdrate  oder  Zuckerarten 


a)  M 

niui  trcili  e. 

CHO 

1 

CHO 

! 

CHO 

1 

CHO 

1 

H-C— OH 

i 

OH-C— H 

1  ■ 

OH— C— H 

1 

H-C— OH 

1 

H— C-OH 

1 

OH— C-H 

H— C— OH 

1 

OH-C-H 

OH— C— H 

H— C— OH 

OH-C-H 

1 

H— C— OH 

j 

OH-C-H 

H— C-OH 

1 

OH-C-H 

1 

H— C— OH 

—  CH2OH 

—  CH2OH 

CH2OH 

CH2OH 

1-Mannose 

d-Maniiose 

1-Glucose 

d-Glucose 

CHO 

CHO 

CHO 

CHO 

1 

OH— C— H 

H-C-OH 

1 

H— C— OH 

OH— C— H 

H    C    OH 

OH— C— H 

H-C-OH 

OH— C-H 

OH— C— H 

I 

H— C— OH 

OH-C-H 

H— C— OH 

1 

H-C— OH 

OH— C— H 

H-C-OH 

1 

OH— C— H 

CH2OH 

CHoOH 

CH2OH 

Ch^oh 

1-Idose 

d-Idose 

l-Gulose 

d-Gulose 

b)  Du 

eitreilie 

CHO 

1 

CHO 

1 

CHO 

CHO 

1 

OH— C— H 

H-C— OH 

H— C— OH 

1 

OH— C— H 

H— C— OH 

1 

OH— C-H 

1 

H-C-OH 

OH-C— H 

1 

1- 

H— C— OH 

OH— C-H 

1 

H-C-OH 

1 

OH— C-H 

OH— C— H 

H— C— OH 

I 

OH— C-H 

1 

H— C— OH 

1 

CH2OH 

CH.,OH 

! 

CH.OH 

CH2OH 

1-Galactose 

d-Galactose 

1-Talose 

cl-Talose 

CHO 

CHO 

CHO 

1 

CHO 

OH-C— H 

H— C— OH 

H-C— OH 

OH-C-H 

1 

OH— C-H 

H  -C-OH 

OH— C— H 

1 

H-C-OH 

OH— C— H 

H-C— OH 

OH-C-H 

H— C— OH 

OH— C— H 

H-C— OH 

OH— C-H 

H_C— OH 

CH2OH 

CHoOH 

CHoOH 

CH2OH 

l-AUosei) 

d-AUose 

1-Altrosei) 

(1 -Altrose 

Außer    diesen    vorerwähnten     Stereoiso-  lassen   sich   durch   t^eeigiiete    Mittel  in   ihre 

meren  gibt  es  auch  noch  die  sooenannten  optischen    Komponenten    spalten.       Es    sei 

racemischen  Formen,  die  aus  gleiclien  Mengen  noch  darauf  hingewiesen,  daß  die   Bezeich- 

der  d-  und   1-Verbindungen   bestehen.      Sie  nungen  d  und  1  nur  die  genetischen  Beziehun- 

-  ^ gen  ausdrücken  sollen,  dagegen  nichts  über 

1)  Sind  bislang  noch  unbekannt.  die    wirkliche    Drehung    aussagen,    die    oft 


Kohlelivdrate  oclei-  Zuckerarten 


791 


entgegengesetzt  der  Bezeichnung  ist;  so 
dreht  z.  B.  die  d-Fructose  links,  üeber  die  | 
verschiedenen  Modifikationen,  in  denen  die 
einzelnen  Monosen  existieren  und  über  die 
damit  zusammenhängende  Multirotation  vgl. 
im  speziellen  Teil  bei  d-Glncose. 

4.  Monosaccharide.  1.  Diesen.  Glycol- 
aldehyd:  CHoOH— COH.  Kommt  als  solcher 
in  der  Natur  nicht  vor,  wohl  aber  in  seinen 
Derivaten,  wie  Oxalscänre,  Glycolsäure,  Gly- 
oxalsänre.  Entsteht  aus  dem  Glycolacetal 
durch  Hydrolyse,  durch  Oxydation  von 
Glycol,  durch  Reduktion  von  Glyoxal  und 
durch  Aldol-Kondensation  des  Formalde- 
hyds, kristallisiert  in  farblosen  Platten, 
Fp.  95 — 97",  leicht  löslich  in  Wasser  und 
heißem  Alkohol,  schmeckt  süß,  erseheint  ■ 
im  Harne  als  Traubenzucker  und  ist  mit  HjO  ' 
und  Alkoholdämpfen  leicht  flüchtig. 

2.  Triosen.  Triosen  kommen  als  solche 
in  der  Natur  nicht  vor,  wohl  aber  der  ihnen 
zugehörige  Alkohol,  das  Glvcerin. 


Glycerinaldehyd  CHjOH— CHOH— 
COH  wird  aus  dem  Acrolein  durch  das  Acro- 
leinacetal  ->  Glycerinaldehydacetal  durch 
Oxydation  mit  Permanganat  und  darauf 
folgende  Hydrolyse  erhalten.  Weißes,  nicht 
hygroskopisches  Pulver  oder  farblose  spitzige 
Nadeln  vom  Fp.  138«.  Schmeckt  schwach 
süß,  in  Wasser  leicht,  in  Alkohol  und  Aether 
wenig  löslich,  zeigt  frisch  bereitet  doppelte 
Molekulargröße,  reduziert  Fehlingsche 
Lösung.  Im  allgemeinen  kondensiert  er 
sich  leicht  z.  B.  zu  /3-Acrose  (vgl.  diese). 
Er  lagert  sich  leicht  in  Dioxyaceton  um. 
Der  Glycerinaldehyd  ist  nicht  gärungsfähig. 

Dioxyaceton  CH^OH— CO— CH2OH 
entsteht  durch  Einwirkung  von  Mikro- 
organismen aus  Glycerin  und  ist  unter  den 
Vergärungsprodukten  von  Traubenzucker 
gefunden  worden.  Er  wird  dargestellt  durch 
Ueberführung  von  Nitro-isobuthylglycerin 
in  das  Dioxyacetonoxim.  Daraus  entsteht 
mit  Brom  nach  der  Gleichung 


■2CH2OH  ^  C  =  NOH  —  CH2OH  +  2Br2  +  H.O  -  NO.,  +  4HBr  +  2 


CHoOH 
CH^OH-^ 


\ 


>C0 


Dioxyaceton.  Weit  einfacher  erhält  man  es 
durch  Vergärung  einer  5  bis  6  proz.  Gly- 
cerinlösung  mittels  Bacterium  xylinum.  Es 
kommt  in  zwei  Modifikationen  vor:  a- 
Modifikation:  flache  prismatische  Tafeln,  in 
Wasser  leicht  löslich,  schwerer  in  Alkohol, 
Aether  und  Aceton,  zeigt  bei  der  Kryoskopie 
doppelte  Molekulargrüße.  /^-Modifikation: 
Beim  Erhitzen  der  a-Modifikation  entsteht 
ein  amorpher  Körper  von  einfachem  Mole- 
kulargewicht, schmilzt  unscharf  zwischen 
68  und  75'*,  polymerisiert  sich  beim  Stehen 
zu  einer  kristallinischen  Masse  vom  Fp.  löö", 
welche  die  Fehlingsche  Lösung  reduziert, 
durch  Alkalien  in  der  Wärme  in  Methyl- 
glyoxal  umgewandelt  wird  und  normal  ver- 
gärbar ist.  Ein  Gemisch  von  Glycerinaldehyd 
und  Dioxyaceton  wird  durch  gelinde  Oxyda- 
tion von  Glycerin  mit  verdünnter  Salpeter- 
säure, Brom  oder  Wasserstoffsuperoxyd  in 
Gegenwart  von  Ferrosalz  erhalten  und 
Glycerose  genannt. 

Methyltriosen. 

^I  e  t  h  y  1  g  1  y  c  e  r  i  n  a  1  d  e  h  y  d 

CH3-CHOH— CHOH— COH 

kommt  nicht  in  der  Natur  vor,  entsteht 
aus  Crotonaldehyd  analog  dem  Glycerin- 
aldehyd aus  dem  xVkrolein.  Farbloser,  süß- 
licher Sirup  mit  bitterem  Nachgeschmack, 
in  Alkohol  und  Wasser  löslich,  reduziert 
Fehlingsche  Lösung. 
Trimethyltriose: 


CH 
CH 


2>C.  OH— CHOH— CO— CH. 


entsteht  durch  Oxydation  von  Mesityloxyd; 
gelber  Sirup. 

3.  Tetrosen  kommen  als  solche  in  der 
Natur  nicht  vor,  Derivate  derselben  sind  der 
Alkohol  Erythrit  und  die  Weinsäure. 

a)  Aldosen.       d-Erythrose 

COH 

H— C— OH 

I 
HC— OH 

1 
CH2OH 

entsteht  aus  arabonsaurem  Calcium  )nittels 
Ferriacetat  und  Wasserstoffsuperoxyd.  Die 
Reinigung  erfolgt  über  das  Benzylphenyl- 
hydrazon,  kann  auch  durch  Einwirkung  von 
ammoniakalischer  Silberlösung  auf  das  Nitril 
der  Tetraacetyl-xAi-abonsäure  erhalten  wer- 
den. Farbloser  Sirup,  in  Wasser  und  Alkohol 
leicht  löslich,  zeigt  Mutarotation. 

[al '°   von  +  1»  bis  — 14,5» 

reduziert  Fehlingsche  Lösung,  ist  nicht 
gärfähig. 

1-Ervthrose:      COH 

I 

OH— C— H 
OH— C-H 

I 
CHoOH 

entsteht  außer  wie  die  d-Erythose  auch 
noch  durch  Elektrolyse  von  1-Arabonsäure. 


792 


Kohlehydrate  oder  Zuckerarten 


Farbloser  Sirui)  von  süßem  Geschmack  iiiul 
starker  Reduktionsfähiijkeit.  \a]  ^"=  -f  21,5°. 
1-Threose  COH 

OH-C--H 

I 
H^C^OH 
I 
CH.OH 

wird  aus  dem  Tetraactyl-1-xylonsäureiiitril 
oder  aus  dem  1-xylonsaurem  Calcium  dar- 
"•estellt.     Sirup. 

d-Threose  COH 

H— C— OH 
OH— C— H 

CH2OH 

findet  sich  weder  in  der  Natur,  iiocli  ist  sie 
bisher  synthetisiert  worden. 

b)  Ketosen. 

(I  -  p]  r  V  t  h  r  u  1 0  s  e 

CH.,OH 
I 
H— C— OH 

I 

c=o 

I 

CHoOH 

kommt  in  der  Natur  nicht  vor,  wird  durch 
Versäruiiii,-  von  Anti-Erythrit  durch  Bac- 
terium  xylinum  dargestellt.  In  Wasser  und 
Alkohol  löslicher  Sirup,  zeigt  zunehmende 
Rechtsdrehung,  reduziert  schon  in  der  Kälte. 
Methyltetrose 

CHO 
I 
H— C— OH 

I 
OH— C— H 

I 

CH— OH 

! 

CH3 

kommt  in  der  Natur  nicht  vor,  wird  aus  dem 
Tetraacetat  des  Rhamnonsäurenitrils  dar- 
gestellt. 

Phenyltetrose 

\C0H— (CHOH).,— CeHj. 

I) igi toxo se  (Diniethjdtetrose ?) 
CgHiaOi 
kommt  als  Digitoxin  resp.  Digitopliyllin 
in  den  Digitalisarten  vor.  Wird  durch  Säure- 
hydrolyse dieser  (ilucoside  dargestellt.  Lös- 
lich in  Wasser,  Alkohol  und  Aether.  Pris- 
men vom   V\).   1010.    lal '°  = -f  46o. 


Apiose  (/:^-Oxymethyltetrose) 
CHO 

C(OH).CH.,OH 

I 

CH.OH 

CHo.OH 

Wird  aus  dem  Glucosid  Apiiii  der  Peter- 
silie durch  Säure  neben  Glucose  uiul  Apigenin 
frei  gemacht.  Nicht  drehbar,  nicht  gärfähit;-, 
Sirup.  Durch  Reduktion  entsteht  Isovalerian- 
säure. 

4.  Pentosen,     a)  Aldoseji. 


1  -  A  r  a  b  i  n  0  s  e 


COH 


H-  C-  OH 

OH- C- H 

1 
OH-C-H 

I 
CH2OH 

Soll  bei  Pentosurie  im  Harne  vorkommen, 
kommt  in  verschiedenen  (iummiarten  und 
Glucosiden  vor.  Wird  aus  Arabinsäure 
durch  Digerieren  mit  verdünnter  H0SO4 
und  Neutralisation  der  letzteren  mit  BaCOg 
auf  Zusatz  vom  Alkohol  erhalten,  ebenso 
durch  Säurehydrolyse  von  Rübenschnitzeln. 
Wird  im  Organismus  schnell  resorbiert,  zum 
Teil  als  Glykogen  in  der  Leber  aufgespeichert. 
KristaUisiert  in  Prismen  von  Fp.  IGO«,  lös- 
lich in  heißem  Weisser,  wenig  löslich  in  Al- 
kohol, unlöslich  in  Aether  [a][°=n-  104,4". 
Zeigt  frisch  bereitet  Multirotation,  wird  bei 
Temperatursteigerung  über  100"  unter  Bil- 
dung von  Fnrol  zersetzt.  Oxydation  mit 
Brom  gibt  1-Arabonsäure,  reduziert  alkali- 
sche Silber-  und  Kupferlösungen.  Alkolio- 
lische  Gärung  zeigt  die  1-Arabinose  nicht, 
dagegen  Milchsäure-,  Buttersäure-,  Ära  bon- 
säure-, Oxalsäure-  und  Bernsteiiisäuregärung. 

d-Arabinose       CHO 

I 
OH— C— H 
I 
H— C— OH 

! 

H— C— OH 

I 
CH.OH 

Kommt  in  den  Rübenschnitzeln  und  im 
ßarbaloin  vor,  kann  aus  dem  Traubenzucker 
über  das  Oxim  erhalten  werden  oder  durch 
Oxydation  der  d-Gluconsäure  mit  Brom 
und  PbCOg  oder  elektrolytisch.  Farblose, 
rhombische  Prismen  vom  Fp.  158",  schmeckt 
süß,  gärt  nicht,  zeigt  in  wässeriger  Lösung 

Multirotation  [aj  '^  =  -  105". 


Kohlehydrate  oder  Zuckerarten 


793 


d,  1-Arabiiiose 

koinnit  im  Harn  bei  Pentosurie  vor  (Neu- 
berii;).    Fp.    IQ'i.ö^    bis    KU. 5",    zerfällt    in 
wässeris;er  Lösung  in  die  Komponenten. 
1-Xylose  COH 

H— C— OH 
I 
OH— C— H 

I 

H— C— OH 

THoOH 
Kommt  zuweilen  bei  schweren  Fällen  von 
Diabetes  und  als  Bestandteil  der  Nukleo- 
proteide  vor,  im  Pflanzenreich  ziemlich  ver- 
breitet, z.  B.  im  Gentiin.  Entsteht  aus  der 
l-Gulonsäure  mit  Wasserstoffsuperoxyd  und 
Ferriacetat,  wird  im  Organismus  schwer  resor- 
biert. Weiße  Nadeln,  die  Doppelbrechung 
zeigen.    Fj).  135"  bis  140°.    Geschmack  süß, 

in  Wasser  und  heißem  Alkohol  löslich  [a]  ^° 
=  +  18,4°  bis  23,7"  nimmt  mit  steigender 
Konzentration  zu,  zeigt  Multirotation,  die 
durch  Ammoniakzusatz  beseitigt  wird.  Durch 
Behandlung  mit  Säure  entsteht  Furol,  beim 
Kochen  mit  Alkalien  Milchsäure,  zeigt  keine 
alkoholische  Gärung. 
d-Xvlose          '    COH 


OH- 

-C- 

-H 

H- 

-c 

-OH 

OH- 

-c- 

-H 

CH20H 

Aus  d-Gulonsäurelakton  mit  H2O2  und 
Ferriacetat     dargestellt.         Weiße     Nadeln 

vom  Fp.  143°  [a]  ^  =       18,6". 

d,  1-Xvlose 

C5H,o03 
iarblose  Prismen  vom  Fp.  129"  bis  131". 

d-Lyxose  ^.^^ 

OH— C— H 

OH—  C— H 

H— C— OH 

CHoOH 
Kann  aus  der  d-Galaktonsäure  darge- 
stellt werden  oder  durch  Reduktion  des 
d-Lyxonsäurelaktons.  Große  monokline 
Kristalle,  Fp.  lOlq.  Sie  ist  stark  hygro- 
skopisch, leicht  löslich  in  Wasser,  weniger  in 

Alkohol  [aJo  =  3,1"  —13,9".  Reduziert 
Fehlingsche  Lösung,  bildet  mit  Säure  er- 
hitzt Furol,  gärt  nicht. 


1-Ribose  CHO 

HO  -C— H 

OH— C— H 

I 
OH— C— H 

I 

CH2OH 

kommt  als  Alkohol  (C5H12O5)  im  Safte  von 
Adonis  vernalis  vor,  entsteht  durch  Reduk- 
tion des  1-Ribonsäurelactons  und  wird  als 
p-Bromi)henylhydrazon  nach  Einwirkung  von 
Alkalien  auf  1-Arabinose  erhalten.  Kristalle 
vom  Fp.  87".  Bildet  beim  Destillieren  mit 
Säure  Furol,  beim  Oxydieren  entsteht  1-Ri- 

bonsäure.        [o.]^    =  +  18,8".       Reduziert 
Fehlingsche  Lösung. 
d-Ribose  CHO 

1 
H— C— OH 

H— C— OH 

H-C— OH 

I 

CH2OH 
d-Aiabinuse  wird  mit  Bromwasser  in 
d-Arabonsäure  übergeführt,  letztere  geht 
durch  Erhitzen  mit  Pyridin  in  d-Ribonsäure 
über.  Diese  ergibt  bei  der  Reduktion  mit 
Natriumamalgan  d-Ribose.  Farblose  hygro- 
skopische Kristalle  vom  Fp.  95". 

[a]i°  =  -21,5". 

Soll  nach  Levene  die  Pentose  des 
pankreatischen  Nukleoproteids  sein. 

d,  1-Ribose  C5H10O5  ist  bisher  noch 
nicht  synthetisiert. 

1-Araboketose  CjHioOä  kommt  in  der 
Natur  nicht  vor,  entsteht  beim  Oxydieren 
des  1-Arabits. 

d-Araboketose  C5H10O5,  ^oU  im  Hai-n 
von  mit  d-Arabit  gefütterten  Hunden  vor- 
kommen. 

d,  1-Xyloketose  C5H10O5,  kommt  in 
der  Natur  nicht  vor,  entsteht  durch  Oxy- 
dieren von  Xylit. 

d,  1-Riboketose  CjHioGs  kommt  auch 
nicht  in  der  Natur  vor,  entsteht  durch  Oxy- 
dation von  Adonit. 

Methvlpentoseii 

Fukose:  CHO 

OH-C-H 

H— C— OH 

H— C— ÖH 
I 
CH.OH 

I 
CH. 


794 


Knhlohvdrate  oder  Zuckoi arten 


Kommt  im  Seetang  nnd  in  Mixvn  vor.  in 
Bäumen  und  Blüten  und  aucli  niancliinal 
im  Harne.  Wird  aus  Seetang  hei  Hydrolyse 
mit  verdünnter  Schwefelsäure  und  {Bildung 
des  l'henylhydrazons  erhalten.  Bildet  heim 
Destillieren  mit  verdünnten  Säuren  Methyl- 
t'urol  und  heim  Oxydieren  mit  HNO;;  Tn- 
oxyglutarsäure  und  mit  Br  Fukonsäure. 
Nadeln  oder  Blättchen  von  süßem  Gesciuuack, 
in  Wasser  löslich,  zeigt  Mutarotation  \(i]'° 
Irisch  bereitet  —  112^,  später  —  TT". 

Rhamnose  oder  Isodulcit 

CHO 

I 
H~C— OH 

H— C-OH 

I- 

OH^C— H 

■   i 
CH.OH 

CH3 
ist  in  der  Natur  in  glucosidartiger  Form  sehr 
verbreitet,  z.  B.  im  Quercitrin,  Rhanmetin, 
Naringin,   Datiscin  usw.   und   kann   daraus 
durch  Säuren  abgespalten  werden. 

Bildet  mit  Anilin  und  Eisessig  gefärbte 
Methylfurfurolamine.  Reduziert  Fehling- 
sche  Lösung,  wird  im  Organismus  relativ 
gut  verwertet,  auch  vom  Diabetiker,  eine 
Aufspeicherung  als  Glykogen  oder  Fett  ist 
nicht  nachzuweisen.  KristaUisiert  als  Rh  am  - 
nosehydrat  monoklin  aus  Wasser  oder 
Alkohol.  Fp.  beim  langsamen  Erhitzen  bei 
70",  beim  raschen  Erhitzen  bei  105".  Das 
Hydrat  ist  gut  löslich  in  kaltem  und  heißem 
Wasser,  ebenso  in  Alkohol.  Es  ist  auch  ziem- 
lich gut  löslich  in  Methyl-,  Amyl-,  Isobuthyl- 
alkohol.  Die  Drehung  ist  abhängig  von  der 
Konzentration,  vom  Alter  und  vom  Lösungs- 
mittel. Als  Erklärung  nimmt  man  drei 
verschiedene  Modifikationen  an.  Frische 
Lösungen  zeigen  anfangs  Linksdrehungen  und 
stellen  sich  schheßHch  auf  +  8,56°  konstant 
ein.  Mit  Ammoniak  und  Zn(0H)2  entsteht 
a-Methyhmidazol  und  /t-a-Dimethylimidazol. 
Das  Hydrat  verhert  sein  Molekül  Wasser 
bei  105"  bis  110"  und  kristallisiert  dann  aus 
Aceton  in  weißen  Nadeln  vom  Fp.  122"  bis 
126".      Nach  Fischer  findet  Multirotation 

statt,  und  zwar  schwankt  |a] '°  von  an- 
fänglich +  31,5"  bis  +  18,5". 

Die  drei  Modifikationen  sind: 

a- Rhamnose,  entsteht  beim  Fällen 
mit  Aether  aus  alkahsch  wässeriger  Lösung. 
Kristallinisch,     [a]  ^  =  —  7». 

/?-Rhamnose,  wird  aus  den  Mutterlau- 
gen von  a-Rhamnose  auf  Zusatz  von  mehr 
Aether  erhalten  [a]  ^  =  +  9,6". 


y-Rhamnose.  entsteht  beim  Erhitzen 
von  wasserhaltiger  p'- Rhamnose.  Die  Reduk- 
tion der  Rhamnose  ergibt  Rhamnit,  die 
Oxydation  mit  Brom  gibt  Rhamnonsäure 
resp.  deren  Lakton.  Bei  der  Oxydation 
mit  Silberoxyd  entsteht  Aldehyd  und  h]ssig- 
säure,  mit  Schwefelsäure  entsteht  d-Methyl- 
furol.  mit  HCl  entstehen  Humus-  und 
Ameisensäure.  Die  Rhamnose  zeigt  keine 
alkoholische  Gärung,  dagegen  wird  sie  zu 
d,  1-Milchsäure  und  Essigsäure  vergoren. 

Iso  rhamnose      CHO 
OH-C— H 

H— C— OH 
OH— C— H 

CH— OH 

I 
CH3 

kommt  in  der  Natur  nicht  vor,  entsteht 
durch  Erhitzen  des  Rhamnonsäurelactons 
mit  Pyridin  bei  150"  bis  160"  und  Reduktion 
des  entstandenen  Lactons  der  Isorhamnon- 
säure.  Süßer  Sirup,  leicht  löslich  in  Wasser 
und  Alkohol  [a]j;'  =  — 30". 

Chinovose 

CH3— (CH0H)4— COH-CgHi^Os 
kommt  als  Aethylchinovosid  vor,  wird  daraus 
mit  Säuren  abgespalten.  Süßlich-bitter 
schmeckender,  gelblicher  Sirup  mit  starker 
Rechtsdrehung,  löslich  in  Wasser  und  Alkohol, 
unlöshch  in  Aether,  reduziert  Fehlingsche 
Lösung. 

Rhodeose  CgHiaOs  kommt  als  Gluco- 
sid  im  Konvulvin  vor,  wird  durch  nachein- 
anderfolgende  alkalische  und  saure  Hydro- 
lyse frei  gemacht.  Nadeln  von  süßem  Ge- 
schmack, löslich  in  Wasser,   schwer  löslich 

in  Alkohol  [a]  ^  =  +  75,2",  reduziert  Feh- 
lingsehe  Lösung,  gibt  bei  der  Oxydation 
Rhodeonsäure. 

Isorhodeose  CgHijOs  kommt  ebenfalls 
im  Konvulvin  vor,  kann  durch  Reduktion 
des  Isorhoedeonsäurelactons  dargestellt  wer- 
den.    Sirup  von  [a]  Jj°  =  +  20,3". 

Antiarose  CcHiaOg.  Isomer  mit  der 
Rhamnose,  von  unbekannter  Konstitution, 
entsteht  bei  der  Hydrolyse  des  Antiarins. 
In  Wasser  und  Chloroform  leicht  löslicher 
Sirup. 

Digitalose  C7H14O5  entsteht  durch 
Hydrolyse  des  Digitahns,  ist  wahrscheinlich 
eine  Dimethj^lpentose.     Sirup, 

5.  Hexosen, 

A.  Aldosen. 

d  -  G 1  u  c  0  s  e 


Kolilehvdrate  oder  Zuckerarten 


r95 


CHO 

I 

H— C-OH 
HO— C— H 
H— C-OH 
H— C— OH 

CH,OH 

Vorkommen:  d-Glucose  ist  die  in  der 
Natur  verbreitetste  Hexose.  Sie  kommt 
frei  in  dem  Safte  vieler  Früchte  als  auch  in 
den  Pflanzen  selbst  vor.  Sie  ist  weiter  in 
fast  allen  Disacchariden  und  in  den  Gluco- 
siden  (vgl.  diese)  und  im  Tannin  enthalten. 
Sie  ist  auch  ständif;;  im  Blute  resp.  im  Blut- 
serum enthalten  in  einem  Prozentgehalt 
von  0,05  bis  0,11  und  tritt  bei  vielen  Er- 
krankungen (Diabetes,  Vergiftungen  mit 
HNO.,,  Nitrobenzol,  Phosphor,  nach  Be- 
handlung mit  Phlorhizin,  Plüoretin,  Phlorin, 
Adrenalin  und  bei  Rabies)  in  den  Harn  über. 
Fabrikmäßig  wird  sie  hergestellt  durch 
, .Verzuckerung"  der  Stärke  und  Zellulose 
mit  H2SO4  oder  mit  konzentrierter  HCl 
(Willstätter).  Auch  durch  die  im  Mais 
enthaltene  Amylo-Glucase,  sowie  durch 
Aspergillus  und  Mukorvarietäten  kann  die 
Stärke  verzuckert  werden. 

Nachweis  und  Bestimmungen: 

1.  Trommer  sehe  Probe:  Verdünnte 
Kupfersulfatlösung  wird  in  Gegenwart  von 
starken  Laugen  durch  die  Zuckerlösung 
beim  Erwärmen  entfärbt  und  es  scheidet 
sich  gelbrotes  Cuprooxyd  aus,  das  bei  der 

2.  Alli huschen  Probe  durch  Reduktion 
zu   Cu   quantitativ  bestimmt  werden  kann. 

3.  An  Stelle  von  NaOH  und  CUSO4  kann 
man  nach  Fehling  auch  eine  Lösung  von 
Seignettesalz  und  CuSO^  benutzen. 

4.  Nimmt  man  Wismutoxydsalze  (Al- 
men-Nylander),  so  erhält  man  ebenfalls 
Reduktion  unter  Abscheidung  von  scliwar- 
zeni  Wismutoxydul. 

5.  Gärungsprobe:  Man  versetzt  die  mit 
Weinsäure  schwach  angesäuerte  Lösung  mit 
etwas  frischer  Hefe  und  überläßt  sie  in  einem 

H    OH  OH    H 


Ca 


^CH.CHOH.CH.OH 


HO'  -^0 

Alkylenoxyd-Pentaphanring 


Gärungsröhrchen  bei  35^  sich  selbst.  Es 
erfolgt  Kohlensäureentwicklung,  durch  deren 
Menge  man  den  Traubenzuckergehalt  be- 
stimmen kann. 

6.  Bestimmung  nach  Bang:  Die  zucker- 
haltige Lösung  wird  mit  überschüssiger, 
Kaliumrhodanid  enthaltender  Kupferlösung 
gekocht  und  der  üeberschuß  mit  Hydroxyl- 
amin  zurücktitriert. 

7.  Titrierung  mit  Quecksilbercyanid 
nach  Kna])p. 

8.  Bestimmung  durch  Polarisatiou  auf 
Grund  der  optischen  Aktivität. 

Synthese:  Die  vollständige  Synthese 
gelang  Fischer  durch  Reduktion  von  syn- 
thetischem d-Gluconsäurelakton. 

Physikalische  und  chemische  Eigen- 
schaften: Der  Traubenzucker  kristallisiert 
bei  gewöhnlicher  Temperatur  aus  Wasser 
oder  Alkohol  mit  1  Mol.  H2O  in  Warzen, 
die  bei  86"  schmelzen  und  bei  110°  wasser- 
frei werden.  Bei  30  bis  35°  kristallisiert  er 
aus  konzentrierten  Lösungen  in  Wasser, 
Alkohol  oder  Methylalkohol  wasserfrei  in 
harten  Krusten,  die  bei  146°  schmelzen. 

Sein  optisches  Verhalten,  das  er  mit 
mehreren  Aldosen  gemeinsam  hat,  und  das 
man  als  Mutarotation  bezeichnet,  läßt 
sich  am  besten  durch  die  Annahme  mehrerer 
stereoisomerer  Formen  erklären.  Das  op- 
tische Drehungsvermögen  der  bei  gewöhn- 
licher Temperatur  frisch  gelösten  Substanz 
ändert  sich  nämlich  dauernd,  bis  es  einen 
gewissen  konstanten  Wert  erreicht  hat. 
Nimmt  man  nun  mit  To Ileus  eine  ringartige 
Bindung  von  4  C-Atomen  mit  einem  einzigen 
0-Atom  an.  so  kommt  man  zu  einem  Formel- 
bild, von  dem  aus  sich  alle  physikalischen 
Eigenschaften  der  Glucose  und  ihrer  Deri- 
vate erklären  lassen: 

H    OH  OH    H 


CH.CHOH.CH2OH. 


Die  Aldehydfunktion  der  Glucose  wird 
durch  folgende  Umlagern ngen  der  offenen 
Kette  bei  der  Hydrolyse  des  ,,Pentaphan"- 
ringes  erklärt. 

H  HO    OH  H 

/C  C. 

^C/  }Cti .  CHOH .  CH.,OH 

HO       \oH    HO/ 
Aldehvdhvdrat 


_H^         H 


Hx 


H    OH  OH  H 

\/        \/^ 
/C C\ 


*     0^' 


>CH.CHOH.CH.,OH. 


OH 


Aldehvd. 


796 


KiiliK'livdrate  oder  Zdckerarten 


Da.  diese  Keaktioneii  umkeliihar  sind,  so 
ist  die  Wirksamkeit  eines  typischen  Aldeliyd- 
reaf2;enzes  wie  die  des  l'henylliydrazins 
damit  zu  erkLären,  daß  es  durch  Ausfällen 
des  Aldehydanteiles  im  (ileichfiewicht  als 
unlösliche  Verbiiulunü;  dauernd  das  Gleich- 
gewicht  nach  dem  Aldehyd    zu    verschiebt. 

Die  geschlosseiu"  Ringl'orm  gibt  eine 
genügende  Aufklärung  für  die  Möglichkeit 
zweier  Isomere,  wobei  die  Bezeichnung  für 
die  (iruppierung  der  (ilukosen  willkürlich  ge- 
wählt ist: 

•OH 


HO^C— H 

H— C" 

/ 

/■ 

OH.C.H 

OH.C.H 

i           0 

OH.C.H 

OH.C.H 

\ 

\ 

CK 

CH 

CHOH 


CHOH 


CH.OH  CH.,OH 

a-Glucose  /i-Glucose 

Die   stereomeren   Alkylglucosidc,   Penta- 


acetylderivate  lassen  sich  leicht  ableiten  und 
die  ;'-(ilucose  kann  dann  als  eine  Mischuuf;' 
beider  angesehen  werden,  in  der  sich  die 
a-  und  /^-Modifikation  im  Gleichgewichts- 
zustand  befinden.  Beim  Konzentrieren 
einer  solchen  Lösung  wird  dann  ein  Punkt 
erreicht,  wo  nur  die  eine  der  beiden  Kompo- 
nenten aus  der  gesättigten  Lösung  auskristal- 
lisiert, während  sich  in  der  Lösung  selbst 
spontan  das  Gleichgewicht  wieder  herstellt. 
Nach  Low'ry  erfolgt  die  Lmlagernjig 
der  beiden  Modifikationen  über  das  Ghicose- 
hydrat,  dessen  Entstehung  in  Lösungen 
Fischer  ursprünglich  als  Grund  für  die 
Stereoisomerie  annahm,  da  die  ümwand- 
lungsgeschwindigkeit  a^/?  in  alkoholischen 
Lösungen,  die  beiiuihe  wasserfrei  sind, 
gering  ist,  bei  Zugabe  von  HoO  aber  zunimmt. 
Armstrong  nimmt  eine  Bildung  von  Oxo- 
niumhydrat  an,  das  bei  Wasserabgabe  eine 
ungesättigte  Verbindung  gibt,  aus  der  durch 
Hinzufügen  der  Elemente  des  Wassers  ein- 
mal die  beiden  Glucosen,  das  andere  Mal  das 
Hydrat  entstehen  können:  (im  Schema  ist 
mir  das  Skelett  des  Pentaphanringes  ge- 
zeichnet) 


C-C 

-C  *C< 
0 


( ihicose 


H.,0 
— -^ 


c— c 

I    i 
— c  *c 


/ 


OH 


\H 


H    OH 
Oxoniumhydrat 


(-H.,0) 


C— C 


-^C  ;ۥ 


OH 


H 

Ungesättigte  Verbinduni 


,       1     .'1    ,ÜH  \. 

b 

a-Glucose 
—  =  a-Bindung 

Die  Stereoisomerie  beruht  also  auf  einer 
gegenseitigen  Vertauschung  vom  Wasserstoff- 
atom mit  dem  Penta])han- Sauerstoff.  Sie 
erklärt  in  gleichem  Sinne  die  analogen  Um- 
setzungen der  (i-  und  /5-Acetohalogenglu- 
cosen,  sowie  die  der  Pentaacetylglucosen  und 
Methylglucoside. 

a-Glucose  kristallisiert  wasserhaltig  bei 
gewöhnlicher  Tem])eratur,  bei  hoher  Tempe- 
ratur wasserfrei.  Sofort  bestimmt  |aj^°  = 
+ 106".  Entsteht  aus  a-Methylglucosid 
durch  Hydrolyse  mit  Maltase.  Geht  all- 
mählich in  /?-(";iucose  über,  bemerkbar  durch 

Abnahme  der  Drehung  bis  +  53»  (= 


c    c 


-c  *c- 


.OH 
Ha 


D   —  ^ 

Erhitzeil 


ö2,5". 
von 


ge- 


daher  ,,Birotation"). 


•    =  |5-Bindung. 

/3-Glucose:  Durch  Erhifzeii  von  a- 
Glucose  auf  105°,  durch  Aufkochen  in  Pyri- 
dinlösung  oder  Behandeln  mit  Alkali,  aus 
/?-MethyIglucosid  durch  Emulsin.  Fp.  un- 
scharf 1480  bis  150".     lal 

/-(ilucose:    Durch 
schmolzener  Glucose    auf   110".     [a| ,",  =  -j- 
22,5",  steigend  bis  auf  +  52,5". 

Glucoseanhydrid  aus  absoluter  alko- 
holischer Lösung.     Fp.  146  bis  147". 

(ilucosehydrat:  Aus  Alkohol  in  sechs- 
seitigen, doppelbrechenden  Tafeln  vom  Fp. 
86".' 

Die  Glucose  ist  sehr  leicht  löslich  in  Was- 
ser, weniger  in  Alkohol  und  Aceton:  nidös- 
lich  in   ,\ether  und   Essigester.     Durch   Ke- 


Kohleliydrate  oder  Zuckerarten 


cluktion  in  saurer  Lösung  entsteht  d-Sorbit. 
Das  Auftreten  verschiedener  Oxydations- 
produlvte,  wie  z.  B.  Ameisen-,  Essig-,  Tar- 
trousäure  usw.  ist  von  der  Konzentration 
abhängig.  Durch  Wasserstoffsuperoxyd  und 
Ferriacetat  entsteht  d-Ghicoson. 

Acetol  CH3— CO— CH.,OH  erhält  man 
beim  Destillieren  aus  Traubenzucker  und 
KOH. 


Durch  Zinkhydroxydammoniak  wird  die 
Glucose  schon  in  der  Kälte  in  Methyl- 
imidazol  übergeführt.  Man  nimmt  an,  daß 
der  Traubenzucker  in  tllycerinaldehyd 
und  Formaldehyd  zerfällt,  welch  ersterer 
sich  in  Methvlglvoxal  umlagert  und  dann 
mit  NH;,  und"  dem  HCHO  sich  zu  Methyl- 
imidazol  oder  Meth  ylgl  yoxalin  kon- 
densiert: 


CH,.C() 


H.X 


H 


CH,.C— NH 


CHO        H,N         0 


In  Traubenzuckerlösungen  löst  sich  Cal- 
ciumhydroxyd,  wobei  gleichzeitig  Saccharin 
C«H,„0-  bezw.   Saccharinsäure 


// 


CH 


CH 


CH— N^ 
Methylimidazol 


CHoO— CH .  0— CHOH— C 


\ 


CHg 

OH 


—CO 


— 0 


entsteht. 

Die  Umlagerung  der  (llucose  zu  Ketosen 
und  zu  Mannose  wii'd  durch  alle  Alkalien 
bewirkt,  sie  beruht  also  auf  der  Wirkung  der 
<)H-Ionen.  Erhitzt  mau  Traubenzucker  zu 
gleichen  Teilen  mit  H2S04-Moifohydrat  und 
HoO,  so  entsteht  Furol. 

Mit  HCl  liefert  der  Traubenzucker  an- 
fänglich Lävulinsäure 

CHsC0.CH.,.CH2.C0()H 

die  Reaktion  geht  aber  meistens  bis  zur  Um- 
wandlung in  Humusstoffe  weiter.  Die  Wir- 
kung von  HCl  auch  in  sehr  verdünntem  Zu- 
stande ist  eine  viel  größere  als  diejenige  von 
H.,S04. 

Durch  die  oxydierende  Einwirkung  von 
HNO3  auf  Traubenzucker  erhält  man  d- 
Zuckersäure,  daneben  auch  Oxalsäure  und 
d- Weinsäure. 

Die  Gärung  des  Traubenzuckers  unter- 
liegt den  verschiedensten  Gärungsarten, 
und  zwar: 

1.  der  alkoholischen  Gärung,  die  durch 
das  spezifische  Enzym  der  Hefepilze  ver- 
ursacht wird.  Hierbei  treten  neben  Alkohol 
und  COo,  Glycerin,  Bernsteinsänre  und 
Fuselöle  auf.  Auch  durch  Hefepreßsaft 
gelang  es  Buchner  eine  alkoholische  Gärung 
einzuleiten; 

2.  der  Milch  säur egärung,  die  durch 
einen  Spaltpilz  verursacht  wird  und  als 
Hauptprodukt  Milchsäure  liefert; 

3.  der  Bu  ttersäuregäruug,  die  entsteht, 
wenn  man  einer  Traubenzuckerlösung,  die 
sich  in  Milchsäuregärung  befindet,  NaaCOg, 
ZnCOj  oder  CaCOg  hinzufügt.  Die  verläuft 
nach  dem  Schema 

CeHi  A  =  C4H8O,  +  2  CO.,  +  H^; 

4.  der  schleimigen  Gärung. 


a-Glucose-Pentaacetat:  Aus  Glu- 
cose und  Acetylchlorid  in  Chloroform  gelöst 
und  mit  NaoCOg  durchgeschüttelt,  Fp.  112 
bis  113".  Schmeckt  schwach  bitter,  ist  nicht 
hygroskopisch.  Wenig  löslich  in  kaltem, 
leicht  löslich  in  heißem  Wasser  und  CHCI3, 

CgHe,  CH/'OOH.    [al'°  =  +  101,75.     Star- 
kes Reduktionsvermögeu. 

/j  -  G 1 II  c  0  s  e  -  P  e  n  t  a  a  c  e  t  a  t :  Au s  wasser- 
freier Glucose  und  Essigsäureanhydrid  und 
wasserfreiem  Na-Acetat  auf  dem  Wasserbade 
oder  durch  Eintragen  in  Essigsäureanhvdrid 
und  Pyridin  bei  0».  Fp.  130  bis  131« . 
Schmeckt  bitter.  Unlöslich  in  kaltem  Wasser, 
Ligroin,  schwer  löslich  in  heißem  Wasser, 
CH3— COOH,     leicht    löslich     in     Alkohol, 

Aether.  CHCI3,  CeH«.  \(x^°  =  +  3,66.  Ver- 
wandelt sich  mit  ZnCls  in  die  a-Verbindung. 
V  -  G 1  u  c  0  s  e  -  P  e  n  t  a  a  c  e  t  a  t :  Wasserfreie 
Glukose  mit  Essigsäureanhydrid  und  Chlor- 
zink. Weiße  Nadeln  von  Fp.  86°,  sublimier- 
bar.  Leicht  löslich  in  Alkohol,  Aether, 
warmem  Wasser,     [a]  ^°  =  +  60". 

Acetochlor-Glucose.  Entsteht  aus 
Glucosepentaacetat  und  Acetylchlorid  beim 
Sättigen  bei  —20"  mit  Chlorwasserstoll'ujis. 

a-x\cetobrom- Glucose: 

,CHBr  '-^l- 

i\  '*  ^; 

CHOlCaHgO)*^ 

.     I  l 

0   CH0(C.,H30)'- 

^CH 

CHO(C..H,Oj 

I 
CHACHgO) 

Fp.  79  bis  80".     Leicht  zersetzlich. 

^-Acetobrom- Glucose:  Fp.  88  bis  89", 
zersetzt  sich  an  der  Luft.  Wenig  löslich  in 
Wasser,  Ligroin,  besser  löslich  in  Methyl- 
alkohol,   Aether,   leicht  löslich   in    Alkohol, 

Eisessig,     Benzol,     Chloroform.        [a]^  = 
+  198,10". 


v<. 


0 


798 


K(ihl<'livilrat<>  ddei-  Zuckei'ai'ti'ii 


i.l iK'Osido-Chloral  (('lihd-alosej 

CgHiiClgüe 

aus  (lliu'ose  und  Chloral  bei  100".    2  isomere 
Verbinduuf^eu,  a-  und  /j-Cli loralose. 
a  -  ( '  h  1 0  r  a.  lose 

CCI3CH  0        f 

CH„OH .  CHOH .  C .  OH— CH .  CH-^CHOH 

0' 
Weiße    Nadeln    vom    Fp.    ISO»,    schmeckt 
stark  bitter,  löst  sich  in  Wasser,  leichter  in 
Alkohol,  Aether  und  Eisessig,  [a]^  =  +19,4". 

/5-Chloralose:  (ilänzende  Blättchen 
vom  Fp.  230",  sublimierbar,  wenig  löslich 
in  Wasser,  leicht  löslich  in  Alkohol,  Aether 
und  Eisessig,  reduziert  nicht  und  zeigt  geringe 
Rechtsdrehung. 

G 1  u  c  0  s  e  -  p  h  e  n  V 1  h  v  d  r  ;i  z  o  n :  C5H11O5 
.CH  =  N.NH.C6H5.  Aus  Phenylhydrazin 
und  Traubenzucker  unter  Zusatz  von  Essig- 
säure. Farblose  Nadeln  oder  Tafeln  von 
Fp.  144  bis  146".     [a]J^°  =  ^  66,57"    (nach 

25  Minuten).  Schmeckt  bitter,  leicht  löslich 
in  Wasser  und  Alkohol  und  konzentrierter 
HCl,  nicht  löslich  in  Aether,  Benzol  und 
CHCl.  Existiert  in  2  stereoisomeren  Formen. 

Glucose-a-phenylhydrazon:  Fp. 
159  bis  160".     [aY°  =  ca.*  —  49,40". 

(ilucose-/)'-phenylhydrazon:  Farb- 
lose Nädelchen  vom  Fp.  140  bis  141". 

( i  1  u  c  0  s  e  -  p  h  e  n  y  1 0  s  a  z  0  n : 
CHoOH  .  (CHÖH)3 .  C  :  (NoHCrHs) 
.CH.(N3HCeH5) 

CH,OR 


Büschel  feiner,  gelber  Nadeln  vom  Fp.  205 
bis  207".    [alj;  =  — 0,50". 

d  -  G 1  u c 0  s a  m  i  n  (Aminoglucose ) 
CH2OH .  (CHOH),,.  CHNH,.  CHO 

wurde  als  erste  Kohlenhydratverbindung 
aus  tierischen  Gewebe  isoliert  (Led  der  hose, 
1878).  Wird  aus  Hummerschalen  durch 
Kochen  mit  konzentrierter  HCl  erhalten. 
Wurde  synthetisch  von  Fischer  und  Leuchs 
dargestellt,  indem  aus  d-Arabinose  und 
Ammoniumcyanid  die  d-(ilucosaminsäure 
erhalten  wurde,  deren  Lacton  bei  der  Reduk- 
tion Glucosamin  ergab.  Gibt  beim  Er- 
hitzen mit  Phenylhydrazin  Glucose])henyl- 
ozason.  Durch  salpetrige  Säure  entsteht 
Chitose  (vgl.  diese). 

Isogiucosamin:  CH20H.(CHOH)3.CO 
.  CHoNHg  wurde  von  Fischer  durch  Re- 
duktion von  Phenylglucosazon  dargestellt. 

Phosphorsäureester  der  Glucose: 
C6Hin04(P04H2)2  gibt  ein  Osazon  unter 
Austritt  eines  Mol.  Phosphorsäure.  Syn- 
thetisch wurde  von  Neuberg  ein  Phosphor- 
säureester der  Glucose  erhalten,  indem  er 
Phosphoroxychlorid  in  Gegenwart  von  CaCOa 
auf  Glucose  einwirken  ließ.  Zusammen- 
setzung CKH^iOs.O.POgCa,  läßt  sich  durch 
Hefe  nicht  vergären. 

Tannine:  Strecker  zeigte  1S52,  dalJ 
die  Tannine  Glucose  enthalten.  Fischer 
und  Freudenberg  erhielten  bei  der  Hydro- 
lyse von  sorgfältig  gereinigtem  Tannin  8% 
Crlucose.  Sie  schlössen  daraus,  daß  es  sich 
um  eine 

Pe  n  tad  ig  al  1 0  y  Igl  u  c  0  s  e 


\ 


CHOR 

! 
CH 

1 
CHOR 

1 
CHOR 


worin  R  =  —  CO . C«Ho(OH)_, .  O . CO . C6H5(OH)o 


^CHOR 
handle. 

Methylglucoside:  Sie 
von  E.  Fischer  entdeckt  und  bilden  den 
Prototyp  der  natürlichen  Glucoside  (vgl. 
diese).  Sie  existieren  in  2  isomeren  Formen, 
über  deren  endgültige  Konstitution  wohl 
durch  die  Untersuchung  von  Boeseken 
über  die  Leitfähigkeit  der  komplexen  Bor- 
säureverbindungen und  die  .Messungen  der 
Dissoziationskonstanten  durch  Michaelis 
dahin  entschieden  worden  ist,  daß  das  a- 
Glucosid  entgegen  den  hier  angegebenen 
Armstrongschen  Formeln  dasjenige  ist, 
das  die  ^lethoxyl-  resp.  bei  dem  freien 
Zucker  die  OH-Gruppe  des  l.C-Atoms  in  cis- 


Stellung    zur   ()H-Gruppe    des    2.    C-Atoms 
wurden    1893  enthält. 


CH3O— C— H 

HCOH 
I  0 

OHCH 

HC 

HCOH 

1 
CHoOH 

r/-Form 


H     C- 

/\ 

HCOH 


OCH. 


0 


OHCH 
HC 
H-C-OH 

CH.3OH 

/:?-Form. 


Kohli'hydmte  oder  Zuckerarton 


799 


a-Methylglucosid 
Fp.   104".      Kristallisiert  in   langen   Nadeln 
[(^j^°  =  _  330.       Wird    dnrch    das    Enzym 

der  Hefe  hydrolysiert. 

/^-Methylglucosid:  Rechtwinklige  Pris- 
men vom  Fp.  165«.  [a]l°  =  +  157".  Wird 
durch  Emulsin  gespalten. 

Bei  der  synthetischen  Darstellung  durch 
Auflösen  von'Glucose  in  kaltem  mit  trockener 
Salzsäure  gesättigtem  Methylalkohol  ent- 
steht eine  Mischung  von  77%  der  a-  und 
23*^0  der  /S-Form. 

'l-Glucose  CHO 

I 
OH— C-H 

H— C-OH 

OH— C— H 

i 
OH— C-H 

CH.3OH 
Kommt  im  Tierkörper  vor,  indem  sich  1-Man- 
nose  in  1-Olucose  umwandelt,  wird  durch 
Keduktion  der  1-Gluconsäure  dargestellt. 
Kleine  wasserfreie  Prismen  vom  Fp.  141 
bis  143".  Schmeckt  süß,  ist  leicht  löslich 
in    Wasser,    schwer    in    absolutem    Alkohol 

[af^  =—51,4.     Gärt  nicht. 

d,  1-Glucose:  Entsteht  teilweise  aus 
d,  1-Mannose  im  Tierkörper.  Sirup  von  süßem 
Geschmack,  löslich  in  Wasser,  schwer  löslich 
in  Alkohol,  dreht  nicht,  nur  die  Hälfte,  und 
zwar  der  Anteil  der  d-Glucose  Avird  vergoren. 

d  -  M  a  n  n  0  s  e 

CHO 

OH— C— H 

OH— C— H 

i 
H— C-OH 

1 
H-C— OH 

I 

CH2OH 
kommt  in  den  Melassen  von  Rohrzucker 
vor  und  als  anhydridartige  Kondensations- 
produkte in  Form  der  Mannane  in  der 
vegetabilischen  Steinnuß.  Man  erhält  sie 
durch  Oxydation  des  Mannits,  scheidet  sie 
als  Mannosehydrazon  ab  und  zerlegt  letzteres 
durch  Benzaldehyd.  Sie  wird  vom  mensch- 
lichen sowie  tierischen  Organismus  gut  ver- 
wertet. Rhombische  hvgroskopische  Kristalle 
vom  Fp.  132".  Schmeckt  süß,  ist  in  Wasser 
löslich,  schwer  in  absolutem  Alkohol,  unlös- 
lich in  Aether,  zeigt  starke  Multirotation. 
[aJJ^°  nach  3  Minuten  =  13,6",  nach  6  Stunden 
=  + 15,25",    wird     mit    Na-Amalgam    zu 


d-Mannit  reduziert,  mit  Br  oder  HNO3  ent- 
steht d-Mannonsäure  CsHioOt.  Besitzt  star- 
kes Reduktionsvermögen  und  vergärt  mit 
vielen  Hefearten. 

d  -  M  a  n  n  0  s  e  -  p  h  e  n  y  1  h  y  d  r  a  z  0  n :  Rho m - 
bische  Tafeln  vom  Fp.  186^  bis  188".  [a]'°  = 
+  26,66". 

1-Mannose         COH 

I  H-C-OH 

H— C— OH 

OH— C— H 

I 
OH— C  -H 

CH2OH 
Kommt  in  der  Natur  nicht  vor,  wird  bei 
der  Reduktion  durch  Na-Amalgam  in  saurer 
Lösung  aus  1-Mannonsäurelacton  erhalten, 
wird  im  Tierkörper  in  1-Glucose  umgewandelt. 
Sirup,  löslich  in  Wasser  und  Methylalkohol, 
schwer  löslich  in  absolutem  Alkohol.  Bei  der 
Reduktion  mit  Na-Amalgam  entsteht  1-Man- 
nit  CgHiiOB  und  bei  der  Oxydation  1-Mannon- 
säure,  gärt  nicht. 

1-Mannose -phenylhydrazon:  Farb- 
lose Kristalle  vom  Fp.  195". 

d,  1-Mannose:  Entsteht  durch  Reduk- 
tion der  d,  1-Mannonsäure.  Weiße  Kristalle 
vom  Fp.  132  bis  133".     Schmeckt  süß. 

d  -  ( 7  u  1 0  s  e : 

CHO 

I 
OH— C-H 

1 
OH-C— H 

H— C— OH 

OH— C-H 

CH.OH 
Entsteht  durch  Reduktion  von  d-Gulon- 
säurelacton  mittels  Na-Amalgam.  Ivristalle 
vom  Fp.  165".  Löslich  in  Wasser,  wenig 
löslich  in  Alkohol.  Durch  Reduktion  erhält 
man  d-Sorbit  und  durch  Oxydation  d-Zucker- 
-°  ^  ^  42,9".     (iärt  nicht. 


saure. 


1-Gulose: 


CHO 
I 
H— C-OH 

H^C~OH 

1    . 
OH— C-OH 

1 
H-C-OH 

CH,OH 


soo 


Kohlelivdiatc  oder  Ziicki'iaitcn 


a|-==~- 20,40. 


Kommt  in  derNatuf  nicht  vor,  wird  durch 
Reduktion  mit  Na-Amal^am  aus  l-dulon- 
säure  dargestellt.  Sirup  von  süßlichem  Ge- 
schmack, der  in  niissiü;er  Kult  zu  einer 
glasharten  Masse  erstarrt 
Gärt  nicht. 

d,  1-Gulose:  Kommt  in  tIerNatur  nicht 
vor,  wird  durch  Reduktion  mit  Na-Amalsam 
aus  d,  1-Gulonsäure  dar<,^estellt.  Farbloser 
Sirup. 

(1  - 1  d  0  s  e : 

CHO 

H-C-OH 

OH^C-H 

CH.,OH 

Kommt  ebenfalls  nicht  in  der  Natur  vor, 
entsteht  durch  Reduktion  des  d-Idonsäure- 
lactons  und  durch  Einwirken  von  Alkali  auf 
d-Gulose  und  tl-Sorbinose.  Farbloser  Sirup. 
Gärt  nicht. 

1-Idose:  CHO 

OH-C— H 
! 
H— C~OH 

OH    -C— H 

H    C--OH 

CH2OH 

Erhält    man     bei     der    Reduktion    des 
1-ldonsäurelactons     und     durch     Einwirken 
-Gulose   und  1-Sorbinose. 
kein     GärnuKSvermöoen. 


Galactose  ist.  Man  erhält  sie  durch  Hydro- 
lyse des  Milchzuckers: 

'  Ci2H,./)ai  +  H,0  =  CeHi,Oe  +  CeHi.,0« 
Milchzucker  Glucose  Galactose 

Sie  kann  nur  in  kleineren  Mengen  assimiliert 
werden.  Aus  Wasser  kristallwasserhaltige 
Prismen  oder  Nadeln  vom  Fp.  118  bis  120", 
aus  Alkohol  kristallwasserfreie  Tafeln  vom 
Fp.  161".  Leicht  löslich  in  heißem  Wasser, 
weniger  in  Weingeist,  sehr  wenig  in  absolutem 
Alkohol  und  Aether.  Zeigt  Birotation.  Der 
konstante  Wert   der  Drehung    ist   ca.   [af^ 

=  -1-  83,3".  Tanret  gibt  drei  verschiedene 
Galactosen  an  und  zwar  die  a-,  ß-  und 
ö-Galactose.  Bei  der  Reduktion  mit  Wasser- 
stoff erhält  man  in  der  Hauptsache  Dulcit. 
Halogene  liefern  d-Galactonsäure.  Durch 
Alkalien  entsteht  d-Talose  und  d-Tagatose. 
d-Galactose  gärt,  wenn  auch  langsamer  als 
d- Glucose. 

d-Galactose-phenylhvdrazon: 
CßHioOs.NaH.CßHs.    Nadeln  vom  Fp.  158", 


bzw.  160  bis  162".     [a] 


21,6". 


von  Alkalien  auf 
Farbloser     Sirup, 
[ar^°=  + 7,5". 
d-Galactose 


CHO 

1 


H— C— OH 

1 
OH— C-H 

OH— C     H 

H— C— OH 

i 
CH2OH 

Ist  in  glucosidartiger  Verbindung  ziem- 
lich verbreitet.  Entsteht  bei  der  Hydrolyse 
vieler  Polysaccharide,  wie  Milchzucker,  Raffi- 
nose,  Stachyose,  Lupeose  usw.  thier- 
felder  nimmt  an,  daß  der  im  Gehirn  vor- 
kommende Zucker,  Cerebiose  genannt,    d- 


d-  Galactose-phenylosazon.  Gelbe 
Nadeln  vom  Fp.  196  bis  197",  nach  Fischer 
Fp.  186".  [ajj;  in  Pyridin-Alkohol  =  +  0,48". 

1-Galactose        CHO 

OH-C-H 
H— C— OH 

H— C~OH 

I 

OH— C  -H 

CH.OH 
Kommt  in  der  Natur  nicht  vor.  Man  erhält 
sie  durch  Reduktion  mittels  Na-Amalgam  aus 
1-Galactousäurelacton  und  durch  Vergärung 
der  d,  1-Galactose  sowie  mittels  Alkali  aus 
d-Sorbose.  Weiße  Kristalle  vom  Fp.  162  bis 
163".  Löslich  in  Wasser,  Weingeist,  wenig 
in  absolutem  Alkohol  und  sehr  wenig  löslich 
in  Methylalkohol.  Nach  8  Minuten  [a]J°  = 
—  120",  konstant  [a]l°  =  —  73,6"  bis  74,7". 
Gärt  nicht. 

1  -  G  a  1  a  c  1 0  s  e  iJ  h  e  n  v  1  h  y  d  r  a  z  0  n ,  ivri- 
stalle  vom  Fp.  158  bis  160". 

d,  1-Galactose:  Farblose  Kristalle  vom 
Fp.  143  bis  144".  Vergoren  wird  nur  die 
d-KomjJonente,  man  kann  also  die  1-Kom- 
ponente  so  erhalten. 

d-Talose  (Formel  siehe  Tabelle  Seite  790): 
Durch  Reduktion  mit  Na-Amalgam  aus 
d-Talonsäurelakton  und  durch  Undageruug 
aus  Galaktose  mit  Alkali  oder  Bleioxyd- 
hydrat Sirup.  Durch  Oxydieren  erhält  nuui 
d-Talonsäure  V.H.Ah.  \af^"  =  +  13,95". 
Gärt  nicht. 


Kohlehydrate  oder  Zuckerarten 


801 


1-Talose  (Formel  siehe  Tabelle  Seite  790) : 
Kommt  in  der  Natur  nicht  vor,  und  es 
wurde  nur  ihr  Derivat,  die  1-Taloschleim- 
säure  bisher  hergestellt. 

d,  1-Talose:  Man  konnte  bisher  nur  den 
zugehörigen  Alkohol  d,  1-Talit  erhalten. 

d-Allose  (Formel  siehe  Tabelle  S.  790). 

d -Altrose.  Diese  letzten  beiden  Al- 
dosen,  deren  1-Formen  unbekannt  sind,  wurden 
durch  Anwendung  der  Cyanhydrin-  auf 
die  d-Ribose  erhalten.  Sirup.  Geben  das- 
selbe Phenylhydrazon. 

B.  Ke tosen. 

d-Fructose    (Lävulose,    Fruchtzucker, 
a-Acrose) 
CH.OH 


CO 

1 
OHCH 

! 

H.COH 
H.COH 


oder 


HOC 


HHO 


-CH 


CH,OH— C 


/CH.CH^OH 


^0^ 


OH 
j^-Oxydformel. 


CH2OH 

Kommt  sehr  verbreitet  im  Pflanzenreich 
vor  und  in  gebundener  Form  als  Inulin  usw., 
sowie  im  Honig.  Man  erhält  sie  aus  Invert- 
zucker. Der  menschliche  Organismus  ver- 
wertet sie  ebenso  wie  Glucose.  Sie  steigert 
den  Blutdruck  und  vermindert  die  Puls- 
frequenz. Seidenglänzende,  rhombische 
Nadeln,  oder  kugelige  Aggregate  vom  Fp. 
95".  Beim  Stehen  im  Vakuum  erhält  man 
aus  dem  Sirup  Fructosehydrat  (C6Hi206)2 
+  H2O.  Leicht  löslich  in  Wasser,  Weingeist, 
Glyzerin,  warmem  Alkohol  und  Methyl- 
alkohol.    Zeigt  Birotation. 

[a]J>  =  -92o. 

Durch  Reduzieren  mittels  Na-Amalgam  ent- 
stehen d-Sorbit  und  d-Mannit  und  zwar  zu 
gleichen  Teilen.  Mittels  Salpetersäure  erhält 
man  Ameisen-,  Oxal-,  Trauben-,  Mesowein-, 
Glycolsäure.  Reagiert  mit  HBr  in  ätherischer 
Lösung  unter  Bildung  von  Brommethyl- 
furfuraldehyd : 

CH=C(CH2Br). 

I  )o 

CH  =  C(CHO)/ 

Wird  ebenso  wie  d-Glukose,  auch  von  den- 
selben Heferassen  vergoren.  Fruktose  ruft 
Milchsäuregärung  hervor  und  wird  durch 
Zymase  vergoren. 

d-Fructose-phenylhydrazon:  CH2  — 
OH   —   (CH0H)3   —   C(NH  AH5)CH20H.  I 
Weiße  Nadeln. 

d  -  Fructosemethyl  -  phenylosazon:  I 

Gelbrote  Nadeln  vom  Fp.  159.  [af"  =  140«. 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


1-Fructose:         CH2OH 
C=0 
H— C— OH 
OH-C-H 

OH— C— H 

I 
CHoOH 

Kommt  in  der  Natur  nicht  vor.  Wird 
durch  Reduktion  des  1-Glucosons   erhalten. 

d,  1-Fructose:  War  zuerst  als  a-Akrose 
bekannt.  Weißer  Sirup.  Löslich  in  Wasser 
und  Alkohol.  Reduziert  und  vergärt  zur 
Hälfte,  und  zwar  nur  die  d-Komponente. 

d-Sorbinose,  d-Sorbose: 
CH2OH 

C-:0 

OH— C— H 

H— C— OH 

I 
OH— C— H 

CH2OH 

wird  mittels  Alkali  aus  d-Gulose,  d-Idose 
und  1-Galactose  dargestellt,  sowie  durch 
Vergärung  von  reinem  Mannit  mit  Bacterium 
xylinum.  Sie  wird  im  Organismus  nur  schwer 
verarbeitet.  Rhombische  Kristalle  vom  Fp, 
154°.     Löslich  in  Wasser,  schwer  löslich  in 

Alkohol.  [aJo  =-47,829.  Durch  Reduktion 
mit  Na-Amalgam  erhält  man  d-Sorbit  und 
d-Idit,  durch  Oxydation  mit  CT  oder  Ag20 
Glykolsäure.     Gärt  nicht. 

d-Sorbinose-phenylosazon:  Gelbe 
Nadeln  vom  Fp.  164°.     [a]^°  =  —  6°. 

1-Sorbinose,  ?w-Tagatose 
CHoOH 

c=o 

H— C— OH 

OH— C— H 

H— C— OH 

CH2OH 
optischer  Antipode  der  vorhergehenden,  ent- 
steht  aus    d-Galactose    durch    Umlagerung 
mit   KOH  bei   70°.      Rhombische   Kristalle 

vom  Fp.  154  bis  156°.  Schmeckt  süß.  [a]^^ 
—  -f-  42,3.  Durch  Reduzieren  mit  Na-Amal- 
gam erhält  man  1-Idit  und  1-Sorbit,  Gärt 
nicht  mit  Hefe. 

51 


802 


Kolilehydi'ate  oder.  Ziickerarten 


d,  1-Sorbinose:   Weiße.  Kristalle  vom 
Fp.  154«. 


/9-Rhainnohexose:  C7H14O6. 

6.  Heptosen.    Die  sämtlichen  bis  jetzt 


Glutose:  Wird  durch  Einwirken  ver-  bekannten  Heptosen  kommen  nicht  in  der 
dünnter  Alkalien  auf  d-Glucose,  d-Mannose  Natur  vor,  sondern  werden  synthetisch  aus 
und  d-Fructose  dargestellt.  Gelbe  amorphe  j  den  Lactonen  ihrer  entsprechenden  Säuren 
Masse,  die  sich  in  Wasser  löst.  durch  Reduktion  mit  Na-Amalgam  in  saurer 


d-Tagatose:       CH^OH 

I 

OH— C— H 
HO— C— H 

H— C— OH 

I 

CH2OH 
erhält  man  durch  Einwirkung  von  Alkalien 
aus  d-Galactose.  Weiße  Kristalle  vom  Fp. 
124«.  Schmeckt  süß.  Löslich  in  Wasser, 
schwer  löslich  in  Alkohol  und  Methylalkohol. 
\a\^  bei  22°  =  1«  und  bei  60»  =  2,6«.  Redu- 
ziert Fehlingsche  Lösung,  gärt  nicht. 

1-Tagatose:  CgHiaOg.  Wird  durch  Ein- 
wirken von  Alkalien  aus  d-Sorbinose  dar- 
gestellt. 

Chitose:  CgHioCg 

OH.CH  —  CH.OH 

!  i 

OH.CHo.CH        CH.CHO 


\ 


0^ 


Ist  in  der  Natur  nicht  vorhanden,  entsteht 
sekundär  durch  Säurehydrolyse  aus  dem 
Chitin,  dem  Hauptbestandteil  der  Insekten-, 
Krebs-  und  Hummerpanzer.  Durch  Behan- 
deln von  Glucosamin  mit  Calcium-,  Natrium- 
oder Silbernitrit  erhält  man  chitosehaltigen 
Sirup. 

Methylhexosen. 

a-Rhamnohexose  C7H14O6 
CHO 

OH— C— H 

H— C— OH 

H— C— OH 
OH— C— H 

CHOH 

I 

CH3 
Kommt  in  der  Natur  nicht  vor.  Entsteht 
durch  Reduktion  mit  Na-Amalgam  aus 
a-Rhamnosekarbonsäure  bei  saurer  Reaktion 
in  kalter  Lösung.  Farblose  Säulen  oder 
Tafeln  vom  Fp.  180  bis  181«.  Schmeckt 
süß,  löst  sich  in  warmem  Methylalkohol,  ist 
in  Alkohol  schwer  löslich,  [a]ß  =  —  61,4« 
nach  12  Stunden.  Gärt  nicht,  reduziert 
Fehlingsche  Lösung. 


Lösung  erhalten. 

a-Glucoheptose:  C■,l{l^O^ 

CHO 

•    1 
H— C— OH 

H— C— OH 

OH— C— H 

H— C— OH 

1 
H— C— OH 

CH2OH 
Entsteht  durch  Reduktion  des  a-Gluco- 
heptonsäurelaktons,  wird  im  Organismus 
schwer  resorbiert.  Trimetrische  Tafeln  vom 
Fp.  180  bis  190«.  Schmeckt  schwach  süß, 
löslich  in  warmem  Wasser,  sehr  wenig  lös- 
lich in  absolutem  Alkohol,  [a]^°  konstant 
=  —  19,7«.  Reduziert  ergibt  sie  a-Gluco- 
heptit  CyHißO,.  Durch  Oxydieren  mit  Brom 
erhält  man  a-Glucoheptonsäure.  Reduziert 
Fehlingsche  Lösung.  Gärt  nicht. 
^-Glucoheptose: 

CHO 

OH— C— H 

H— C— OH 

OH— C— H 

I 
H— C— OH 

I 
H— C— OH 

I 
CH2OH 

erhält   man   aus    /S-Glucoheptonsäurelacton. 
Amorpher   Körper,   der   bei   der   Oxydation 
/5-Pentoxypimelinsäure  ergibt. 
d-Mannoheptose: 

CHO 

I 
CH.OH 

I 
OH— C— H 

I 
OH— C— H 

I 
H— C— OH 

I 
H— C— OH 

I 
CH2OH 


Kohlehydi'ate  oder  Zuckerarten 


803 


Aus  dem  Lacton  der  a-Mannohepton- 
säure  oder  durch  Oxydation  des  Perseits 
(a-Mannolieptit).  Feine  Nadeln  vom  Fp.  134", 
schmecken  süß.  Löslich  in  Wasser  und  ver- 
dünntem Alkohol  [a]'°  =  68,64°.  Fermente 
wirken  nicht  ein. 

1-Mannoheptose:  Aus  dem  1-Manno- 
heptonsäurelakton.   Nicht  vergärbarer  Sirup. 

d,  1-Mannoheptose:  C-HuO;  entsteht 
aus  den  beiden  Komponenten. 

a-Galaheptose:  Aus  dem  a-Galaktose- 
karbonsäurelakton.  Süß  schmeckender  Sirup 
von  schwacher  Linksdrehung.  Löslich  in 
Wasser,  schwer  löslich  in  Alkohol.  Nicht 
gärungsfähig. 

^-Galaheptose:  Prismen  von  Fp.  190" 

bis  194".   [aJo  =  —  54,5". 

Volemose:  Der  zugehörige  Alkohol, 
Volemit,  ist  in  der  Natur  ziemlich  verbreitet. 
Durch  Oxydation  mit  Br  oder  HNOg  ent- 
steht die  Volemose,  die  als  solche  noch  nicht 
rein  dargestellt  ist. 

Rhamnoheptose  (Methylheptose) : 

C8H16O7 

Süßer,  in  Wasser  löslicher  Sirup.  [a]^°  =  8,4". 

7.  Octosen. 

Die  Zucker  dieser  Reihe  sind  ebenfalls 
nur  durch  Synthese  bekannt. 

a-Glucooctose:  Nadeln  mit  2  Mol, 
Wasser  vom  Fp.  93".    [af^  =  —  43,9". 

d-Mannooctose:  Sirupvon[a]^°    —  3,3". 

d-Galaoctose:  Blättchen  vom  Fp.  109 
bis  lll"und[a]j;=  — 40". 

8.  und  9.  Nonosen  und  Decosen.  Nur 
durch  Synthese  bekannt. 


a-Glucononose:  CgHigOg 
CHO 

I 
CH.OH 

I 
CH.OH 

H.C.OH 

H.C.OH 

I 
OH.C.H 

I 
OH.C.OH 

I 
H.C.OH 

I 

CH2OH 
Sirup  von  schwacher  Rechtsdrehung.     Gärt 
nicht. 

d-Mannononose: 

CHO 

I 
CH.OH 

i 
CH.OH 

I 
CH.OH 

I 
OH.CH 

I 
OH.CH 

I 
H.C.OH 

I 
H.C.OH 

I 

CH2OH 
Der  Glucose  ähnlich.  Kugelförmige  Aggregate 
aus  Alkohol  vom  Fp.  ca.  130".   [a]J^°=  +  50". 
Gärt  mit  Hefe. 

Glucodecose:  CioHosOiq. 

5.  Disaccharide.  Die  Disaccharide  sind 
Kohlenhydrate,  die  man  sich  durch  glukosid- 
artige  Bindung  zweier  Monosaccharide  unter 
Wasseraustritt  entstanden  denkt.  Die  Ver- 
bindungen der  beiden  Komponenten  können 
in  folgender  Weise  vor  sich  gehen  (an  Hexosen 
erläutert) : 


CHOH 

/cHOH 
0  1 
.  CHOH 

HO.CH2 

1 

CHOH 

CH:OH 

CH2OH 

CHOH 

HC. OH 

CHOH 

CHOH 

CHOH 

CH 

CHOH 

CH 

CHOH. 

1 

CHOH 

CHOH 

CHOH 

1 

CHOH 

1 

CH2OH 

CHO 
VM   la 

CH2OH 

Ib 

CHO 

51* 


804 


Xolileliv(lr;ite  odoi-  Zuckt 'rarten 


CHOH    OH.CH 

A     •/ 

'  CHOH        CHOH 


CHOH 

CH 

I 
CHOH 

I 
CH,OH 


CHOH 
\ 
CH 

I 
CHOH 


CH2OH 


Typ  IIa 


CH2OH 


Es  können  also  die  beiden  Zucker  mit- 
einander sich  verbinden,  so  daß  der  Wasser- 
austritt zwischen  zwei  in  Hydratform  befind- 
lichen Karbinolgruppen  erfolgt,  oder  es 
reagiert  eine  primäre  oder  sekundäre  Alkohol- 
gruppe mit  einer  in  Hydratform  befindlichen 
Karbinolgruppe.     Im  ersteren  Falle  ist  die 


Aldehyd-  oder  Ketongruppe  des  Zuckers 
(Typ  IIa  und  b)  verschwunden,  das  Di- 
saccharid  reduziert  also  nicht,  im  anderen 
Falle  bleibt  sie  erhalten,  der  Zucker  reduziert 
also  (Typ  la  und  b).  In  nachfolgender  Ta- 
belle sind  die  wächtigsten  Hexosedisaccharide 
zusammengestellt : 


Zucker 


Komponenten 


Optische  Drehung 
im  Wasser  [ajo 


Disaccharide. 

Typ  I.     Aldehydgruppe,  erhalten. 

Maltose 

Glucose-ß-glucosid 

+  1380 

Isomaltose 

Glucose-/J-glucosid 

? 

Gentiobiose 

Glucose-/3-glucosid 

+     9,6» 

Cellobiose 

Glucose-p'-ghicosid 

+  34,6» 

Lactose 

Glucose-^-galactosid 

+  52,5" 

Isolactose 

Glucose-galactosid    ■ 

p 

Melibiose 

Glucose-galactosid 

+  1430 

Turanose 

Glucose  und  Fructose 
Typ  IL     Keine  reduzierenden  Eigenschaften. 

+  7i,S» 

Rohrzucker 

Glucose  und  Fructose 

+   66,5» 

Trehalose 

Glucose  und  Glucose 
Trisaccharide. 

Typ  I. 

+  197" 

Mannotriose 

Glucose  +  Galactosc   +  Galactose 

+  1670 

Rhamninose 

Glucose  +  Rhamnose  +  Rhamnose 
Typ  IL 

+   41" 

Raffinose 

Galactose  +  Glucose  +  Fructose 

+  1040 

Gentianose 

Glucose     +  Glucose  +  Fructose 

+  33" 

Mclicitose 

Glucose     +  Glucose  +  Fructose 

Tefcrasacchaiid. 
Typ  IL 

+   88,5» 

Staehyose 

Fructose  +  Glucose  +  Galactose  +  Galactose 

-M4Ö° 

Die  meisten  Disaccharide  kommen  fertig  und  Armstrong  durch  Einwirkung  der  Na- 
gebildet  in  der  Natur  vor,  synthetisch  sind  Verbindung  eines  Zuckers  (Galactose)  auf 
einige  dargestellt  worden  z.  B.  von  Fischer  Azetochlorglucose. 


Kohlehydi'ate  oder  Zackerarten 


S05 


0 


CHCl 

CHOCCgHsO) 

1 
CHOCCaHgO) 

VI 
CH 

I 
CHO(C2H30) 


CH^OCCaHsO) 

Glucosidosralactose 


CH,-OH 


Auch  mittels  Enzymen  ist  es  gelungen,  Di- 
saccliaride  zu  synthetisieren  (Croft  Hill 
und  Bourquelot  und  Bridel). 

Chemische  Eigenschaften  der  Di- 
saccharide.  Die  reduzierenden  Disaccharide 
bilden  wenig  lösliche  Phenylosazone,  die 
sich  aber  schwer  reinigen  lassen  und  un- 
scharfe Schmelzpunkte  haben;  die  Hydra- 
zone, auch  asymmetrisch  disubstituierter 
Hydrazine,  sind  sehr  gut  löslich.  Weitergeben 
sie  die  Cyanhydrinreaktion  und  lassen  sich  j 
analog  den  Aldosen  mit  Brom  zu  Mono- 
karbonsäuren, den  Hexosidohexonsäuren,  oxy- 
dieren. Die  freie  Aldehydgruppe  reagiert 
auch  mit  einfachen  Alkoholen.  So  gelang  es 
Fischer  und  Armstrong  ein  a-Methyl- 
maltosid  zu  synthetisieren,  das  von  Emulsin 
in  Glucose  und  Methylalkohol,  von  Hefe- 
enzym in  Glucose  und  Methylglucosid  ge- 
spalten wurde.  Reagiert  an  Stelle  eines  ein- 
fachen Alkohols  ein  weiteres  Monosaccharid- 
molekül,so  entstehenDisaccharide  vom  Typus 
der  Raffinose. 


CH 


/; 


0 


CHOH 
>   CHOH 

CH         0 

I  i 

CHOH 

CH2OH    '- 
Galactose 


0 


CH 

CHOH 


\  CHOH 
CH 
CHOH 

CH2 

Glucose 


0 


0 


CHgOH 
-C 

CHOH 
CHOH 
CH 

CH2OH 

Fructose 


Raffinose. 

Die  Disaccharide  werden  von  Wasser  leicht, 
von  Alkohol  schwer,  von  Aether  gar  nicht 
gelöst.  Sie  werden  von  verdünnten  Säuren 
oder  durch  die  Einwirkung  spezifischer 
Enzj'me  unter  Wasseraufnahme  in  ihre 
Monosaccharidkomponenten  gespalten. 

Die  Einwirkung  der  Enzyme  gibt  ein 
bequemes  Mittel  an  die  Hand  zu  entscheiden, 
ob  es  sich  um  Disaccharide  a-  oder  /9-gluco- 
sidartiger  Struktur  handelt,  da  die  Maltase 
nur  a-Verbindungen,  das  Emulsin  nur  ß- 
Verbiiidungen    spalten.       Die    Wirksamkeit 


der  Säuren  bei  der  Hydrolyse  ist  generell, 
doch  nach  Säure  und  Disaccharid  verschieden. 
Die  Säurehydrolyse  erfolgt  nach  dem  be- 
kannten Wilhel mischen  Gesetz  (1850): 

K  =  1  .  in  .  --^-, 
t  a  —  X 

d.  h.  nach  der  Formel  für  die  monomole- 
kulare Reaktion.  Die  Fähigkeit  der  Säuren, 
den  Rohrzucker  zu  hydrolisieren,  ist  ihrer 
elektrischen  Leitfähigkeit  proportional  (Ost- 
wald 1884). 

1.  Tetrosenderivate. 

Glucoapiose:  CnHaoOio-  In  der  Peter- 
silie als  Glucosid  enthalten,  rein  noch  nicht 
dargestellt. 

2.  Pentosenderivate. 

Arabiose:  CjoHigOg.  Entsteht  bei  der 
Säurehydrolyse  aus  den  Zwischenprodukten 
der  Arabinsäure.  Hygroskopische  Masse 
vom  Fp.  75  bis  80».     [a]^°  =  198,8". 

Manno-Rhamnose  (Strophanthobiose): 
C1.2H22O10.  Kommt  in  den  Strophanthusarten 
als  Glucosid  vor.  Rein  noch  nicht  dargestellt. 

3.  Hexosenderivate. 
Rohrzucker   (Saccharose):    C12H22O11. 

Kommt  in  großen  Mengen  in  der  Zuckerrübe 
und  im  Zuckerrohr  vor.  Erstere  enthält 
frisch  bis  zu  90%  ihrer  Trockensubstanz 
an  Rohrzucker.  Zur  Darstellung  desselben 
extrahiert  man  die  sogenannten  ,,Rüben- 
schnitzel"  mit  warmem  Wasser,  scheidet 
aus  dem  Extrakt  die  Verunreinigungen  mit 
Kalk  ab  und  entfernt  den  Ueberschuß  an 
Kalk  durch  Kohlensäure;  das  Filtrat  wird 
mit  SO 2  gebleicht  und  im  Vakuum  mehr- 
mals zur  Ki'istallisation  eingedampft.  Aus  der 
nicht  mehr  kristallisierenden  Mutterlauge 
oder  der  ,, Melasse"  wird  mit  Kalk  oder 
Strontiumhydrat  noch  eine  weitere  Menge 
von  Zucker  abgeschieden  und  die  Saccha- 
rate  durch  CO 2  zerlegt.  Der  Rohrzucker 
wird  bestimmt  a)  durch  Gärung,  b)  durch 
Polarisation,  c)  durch  Inversion.  Unter 
,, Inversion"  versteht  man  die  Spaltung 
des  Rohrzuckers  in  Dextrose  und  Lävulose. 
Dieses  Spaltungsprodukt  bezeichnet  man  als 
,, Invertzucker".  In  gleicher  Weise  wird  der 
Rohrzucker  auch  durch  das  ,,Invertin",  ein 
Hefeenzym,  gespalten.  Der  Rohrzucker 
kristallisiert  gut  in  monoklinen  Kristallen 
vom  Fp.  160  bis  165".  Nicht  hygroskopisch, 
[a]^°  =  +  64,1".    Die  Drehung  ist  abhängig 

vom  Lösungsmittel  und  von  anorganischen 
Beimengungen.  Der  Rohi-zucker  reduziert 
weder  Fehlingsche  Lösung,  noch  zeigt  er 
Mutarotation,  gibt  keine  Verbindung  mit 
Phenylhydrazin  und  ist  widerstandsfähig 
gegen  Alkali,  seine  Konstitutionsformel  ist 
noch  nicht  sicher  festgestellt.  Fischer 
stellt  ihn  sich  als  gleichzeitiges  Glucosid 
und  Fructosid  vor: 


806 


KoUelivdi'ate  oder  Zuckerarten 


CH20H.C.(CHOH)2.CH.CH20HFructoserest 
CH.(CHOH)2.CH.CHOH.CH20H  Glucoserest 


Durch  starke  Oxydationsmittel  wird  er  voll- 
kommen zerstört,  durch  Brom  entsteht  neben 
Kohle  CO2  und  Bromoform.  Dauerndes 
Kochen  mit  HCl  zersetzt  ihn  in  Ameisensäure, 
Lävulinsäure  und  Humusstoffe. 

Rohrzucker  ist  erst  nach  der  Inversion 
der  alkoholischen  Gärung  fähig.  Ebenso  ver- 
hält er  sich  bei  der  Milchsäure-  und  Butter- 
säuregärung. 

Trehalose:  Ci2H,20ii+ 2  HgO.  Ist 
sehr  verbreitet  in  den  Fungusarten  und  im 
Mutterkorn.  Da  sie  weder  Fehlingsche 
Lösung  reduziert,  noch  ein  Phenylosazon 
bildet,  noch  mutarotiert,  so  ist  ihre  Formel 
wahrscheinlich 

I Ö i 

CH2OH .  CHOH .  CH .  CHOH .  CHOH .  CR 


CH2OH .  CHOH .  CH .  CHOH .  CHOH  .  CH 

! 0 1 


/' 


Rhombische  Prismen  vom  Fp.  96,5  bis 
97,5".  Kristallwasserfrei,  schmilzt  sie  bei 
200«.  Schmeckt  süß.   {a^^  =  +  178,3«.    Bei 

der  Hydrolyse,  die  erst  nach  längerem  Kochen 
mit  Säure  eintritt,  entsteht  nur  d-Glucose. 
Zeigt  keine  alkoholische  Gärung;  nur  ein 
besonderes  Enzym,  die  Trehalase,  welche 
man  aus  Aspergillus  niger-Kulturen  erhält, 
wirkt  vergärend. 

Turanose:  C12H22O11.  Ist  in  der  Melici- 
tose,  an  Glucose  gebunden,  enthalten  und 
wird  aus  ihr  durch  Inversion  dargestellt. 
Weiße,  amorphe,  hygroskopische  Masse, 
die  bei  65  bis  70«  schmilzt.    [a]^°  =  +  71,8«. 

Gärt  nicht,  reduziert  und  wird  von  Hefe  nur 
schwer  angegriffen. 


Gentiobiose:  Cj,H220,^.  Kommt  in 
der  Gentianose  neben  Fructose  vor  und  wird 
aus  ihr  durch  partielle  Hydrolyse  mit  In- 
vertin  oder  H2SO4  erhalten.  Kristalle  vom 
Fp.  190  bis  195«.  Zeigt  Mutarotation. 
[a]^°=9,61«.  Schmeckt  bitter,  reduziert 
Fehlingsche  Lösung. 

Cellobiose:  C12H22O11  kommt  in  der 
Natur  nicht  vor,  entsteht  bei  der  Acetylierung 
von  Cellulose  unter  geeigneten  Bedingungen 
alsCelluloseoctaacetat  und  wird  daraus  durch 
Hydrolyse  mit  Alkali  erhalten.  Mikrokristalli- 
nisches Pulver,  das  sich  bei  225«  unter  Bräu- 
nung zersetzt.  Sehmeckt  schwach  süß.  [0]!^°  = 

26,1«.  Reduziert  Fehlingschr  Lösung  und 
bildet  ein  Phenylosazon  und  Oson  genau 
wie  die  Maltose,  wird  durch  Emulsin  gespal- 
ten, ist  also  wohl  ein  ^-Glucosid.  Wird  von 
Hefeenzym  nicht  angegriffen,  wohl  aber  von 
Aspergillus  niger  und  Kephirlaktase. 

Maltose:  C|2H220j]+H20  sie  ist  weit 
verbreitet  im  Pflanzenreich:  im  Reis,  in  der 
Sojabohne,  in  den  Rüben,  wahrscheinlich  als 
ein  Spaltungsprodukt  der  Stärke,  aus  der  man 
sie  durch  die  Einwirkung  der  Diastase  dar- 
stellen kann.  Sie  wird  auch  aus  der  Glucose 
durch  die  Einwirkung  von  Emulsin  in  2  Mo- 
naten gebildet.  Zur  Bestimmung  benutzt 
man  ihre  Gärungsfähigkeit,  ihre  optische 
x\ktivität  und  ihre  Reduktionsfähigkeit.  Sie 
wird  vom  Organismus  schnell  resorbiert. 
Sie  kristallisiert  gewöhnlich  als  Hydrat, 
das  nur  unter  Zersetzung  sein  Kristallwasser 
abgibt  und  zeigt  steigende  Mutarotation. 

[a]^^  =  137,5«.  Verhält  sich  chemisch  der 
Glucose  ähnlich,  die  auch  durch  Inversion 
aus  ihr  entsteht.  Wird  nur  durch  starke 
Säurekonzentrationen  hydrolysiert.  Wird 
durch  Maltase  gespalten,  ist  also  ein  a-Gluco- 
sid.  Mit  Br  oxydiert  entsteht  Maltobionsäure. 
Die  Maltose  addiert  Cyanwasserstoff  und 
8  Acetylgruppen.    Wahrscheinliche  Formel: 


CH2 .  OH .  CHOH .  CH .  (CH0H)2 .  CH— 0 .  CH2 .  CHOH .  CH .  (CH0H)2 .  CHOH 


0 

Die  Maltose  zeigt  alkoholische,  Milchsäure- 
und  Buttersäuregärung. 

Maltosephenylhydrazon:  CisHa^OioN 
Feine  Nadeln  vom  Fp.  130«,  rechtsdrehend. 

Maltose  phenylosazon:  C24H32N1O9. 
Hellgelbe  Nadeln  vom  Fp.  202  bis  208«. 
[a&°=l,3«. 

Isomaltose:  Wurde  von  Fischer  künst- 
lich dargestellt  durch  Kondensation  der 
Glucose  mit  starken  Säuren  in  der  Kälte. 
Sie  soll  auch  im  tierischen  Organismus  vor- 
kommen. Croft  Hill  erhielt  sie  durch  Ein- 
wirkung  eines    Hefeextraktes,    der    Maltase 


0 

enthielt,  auf  Glucose  nach  3  Monaten. 
Glasige  oder  flockige  Masse,  hygroskopisch, 
von  süßem  Geschmack.  Löslich  in  Wasser, 
Alkohol,  Eisessig.    \af°  =  139«.    Bildet  ein 

Phenylosazon,  das  leichter  löslich  ist  als  das 
der  Maltose.  Sie  wird  nur  von  Emulsin 
gespalten,  dagegen  nicht  von  den  Enzymen 
der  Hefe. 

Laktose  (Milchzucker):  Kommt  im  Tier- 
reiche in  der  Milch  aller  Säugetiere  vor,  und 
zwar  in  einem  Prozentgehalt  von  1,5  bis  8%. 
Er  wird  aus  der  Milch  nach  dem  Ausfällen 
des    Eiweißes    durch    Eindampfen    des   Fil- 


Kohlehydrate  oder  Zuckerarten 


807 


trates  ,,der  Molken"  gewonnen.  Quantitativ 
wird  die  Laktose  durch  ihre  Drehung  oder 
durch  Reduktion  bestimmt.  Wird  vom 
Organismus  gut  verwertet.  Kommt  in  drei 
Isomeren  vor. 

a-Modifikation:  C12H22O11  +  H2O.  Mono- 
.  kline  oder  rhomboedrische  Kristalle,  die  bei 
145  bis  150  unter  Zersetzung  ihr  Kristall- 
wasser verheren.    [a]'°  =  +  52,5°.      Zeigt 

Mutarotation,  die  durch  Alkalien  aufgehoben 
wird. 

//-Modifikation:  KristaUisiert  wasser- 
frei.    [aY^  =  +  55«. 

j'-Modifikation:  Entsteht  durch  schnel- 
les Eindampfen  der  a-Modifikation  bei  108". 
[a]^°  =  +  34,5".     Wird  durch  Mineralsäuren 

in  Glucose  und  Galactose  gespalten,  reduziert 
Fehlingsche  Lösung,  bildet  ein  lösliches 
Phenylosazon,  gibt  bei  der  Oxydation  mit 
Brom  eine  Lactobionsäure.  Wird  durch  die 
Lactase  vergoren,  dagegen  wird  sie  w^der 
durch  Maltase,  Invertase  oder  Diastase  ge- 
spalten. Zeigt  Milchsäure-  und  Buttersäure- 
gärung. 

Lactose  phenylosazon:  Mikrosko- 
pische Prismen  vom  Fp.  200  bis  212". 

Isolactose:  Wurde  von  Fischer  und 
Armstrong  aus  d-Glukose  und  d-Galaktose 
durch  Einwirkung  der  Kephirlaktase  erhal- 
ten. Ist  nur  in  Form  ihres  Phenylosazons 
isoliert  worden. 

Meli bi ose:  Entsteht  neben  Fructose 
durch  Hydrolyse  der  Raffinose,  sowie  aus 
Glucose  und  Azetochlorgalactose.  Mono- 
kline  Kristalle  vom  Fp.  84  bis  85".  Wasser- 
frei schmilzt  sie  bei  93  bis  95".  Zeigt  Muta- 
rotation, [a]^  =  +  129  bis  142,9".     Durch 

Reduktion  mit  Natriumamalgam  entsteht 
Melibit.  Wird  durch  Emulsin  langsam  hydro- 
lysiert,  sowie  durch  die  Melibiase,  ein  Enzym 
der  untergärigen  Hefe,  sie  ist  also  ein 
/5-Galactosid. 

6.  Trisaccharide.  1.  Pentosenderi- 
vate.  Rhamninose:  Ci8H320i4.  Kommt 
als  Glucosid  in  den  Früchten  von  Rhamnus 
infectoria  vor.  Mit  Hilfe  eines  gleichfalls 
in  den  Beeren  vorkommenden  Enzyms,  der 
Rhamninase  wird  es  in  Rhamnetin  und 
Rhamninose  gespalten.  Weiße  Kristalle 
vom  Fp.  135  bis  140".  Geschmack  süß, 
löslich  in  Wasser,    [af^  =  —  41,0".     Bei  der 

Hydrolyse  mit  Säuren  entsteht  1  Mol. 
Glucose  und  2  Mol.  Rhamnose.  Reduziert 
Fehlingsche  Lösung.  Rhamninose  läßt 
sich  nicht  vergären,  auch  die  gewöhnlichen 
Enzyme  sind  wirkungslos. 

2.  Hexosenderivate.  Raffinose  (Me- 
litriose):  CigHaaGie  +  &  H2O.  Kommt  in 
den  Zuckerrüben,  im  Baumwollsamenkuchen 
und  in   Getreide  vor.     Feine,  weiße  Nadeln' 


!  vom  Fp.  118  bis  119".  [af^=  +  104".  Lös- 
;  lieh  in  Wasser,  unlöslich  in  Aether.  Reduziert 
nicht,  wird  durch  starke  Mineralsäuren  in 
Fructose,  Glucose  und  Galactose  gespalten. 
Verdünnte  Säuren  und  Invertase  spalten  sie 
in  Fruktose  und  Melibiose.  Untergärige 
Hefen  vermögen  die  Raffinose  vollständig 
zu  fermentieren. 

,  Melicitose:  CigHaaOig  +  2  H2O.  Kommt 
:  in  der  Manna  von  Pinus  larix  vor,  aus  der  sie 
mit  warmem  Wasser  ausgezogen  wird.  Kleine, 
rhombische  Nadeln,  vom  Zersetzungspunkt 
200".  Kristallwasserfrei  ist  der  Fp.  148  bis 
150",  schmeckt  schwach  süß.  Die  Drehung 
des  Anhydrits  ist  [af^  =  +  88,5".  Bei  der 
Hydrolyse  entsteht  Fructose  und  2  Mol. 
Glucose.  Gärt  nicht,  Hefe  ist  ohne  Einwirkung. 
Gentianose:  CigHasOie.  Kommt  in 
den  Enzianwurzeln  vor.  Süßliche,  farblose 
Platten  oder  Tafeln  vom  Fp.  209  bis  210", 
[a]^°  =  +  31,2".   Reduziert  nicht,  wird  durch 

Invertase  und  sehr  verdünnte  Säuren  in 
Fructose  und  Gentiobiose,  durch  starke 
Säuren  in  2  Mol.  Glucose  und  1  Mol.  Fructose 
gespalten. 

7.  Tetrasaccharide.  Stachyose:  €,4- 
H42O21  +  4  H2O.  Findet  sich  in  der  Manna- 
esche und  im  weißen  Jasmin.  Wahrscheinhch 
identisch  mit  der  von  Schulze  aus  den 
Lupinensamen  isolierten  Lupeose.  Die 
Stachyose  kristallisiert  in  glänzenden,  farb- 
losen Plättchen,  die  wasserfrei  bei  167  bis 
170"  schmelzen.  Schmeckt  sehr  süß.  [a]^°des 

Stachyosehydrates  =  +  132,8",  des  Stachy- 
oseanhydrits  =  +  147,9".  Alkahen  sind 
ohne  Einwirkung.  Fehlingsche  Lösung 
wird  nicht  reduziert.  Salpetersäure  oxydiert 
zu  Schleimsäure.  Essigsäure  und  Invertase 
spalten  in  Fructose  und  Mannotriose.  Schwe- 
felsäure hydrolysiert  zu  1  Mol.  Fructose, 
1  Mol.  Glucose  und  2  Mol.  Galactose.  Hefe- 
gärung tritt  nicht  ein,  Emulsin  und  Kephir- 
lactase  spalten. 

S.NichtkristallisierendePolysaccharide. 
Die  nichtkristallisierenden  Polysaccharide 
sind  in  der  einen  Gruppe  beim  Stoffwechsel 
der  Pflanzen  und  Tiere  von  der  größten 
Bedeutung,  nämlich  die  Stärke,  die  Dex- 
trine, das  Glykogen  und  das  Inulin.  In  der 
anderen  Gruppe  bilden  sie  den  Hauptbe- 
standtteil  der  Pflanzenmembranen:  die  Cellu- 
losen  und  Hemicellulosen.  Sie  sind  mehr 
oder  weniger  lösUche  Kolloide,  zum  Teil 
aber  gänzHch  unlösliche  Körper  von  neutraler 
Reaktion.  Alle  enthalten  nur  Kohlenstoff, 
Wasserstoff  und  Sauerstoff  und  zerfallen  beim 
Kochen  mit  Säuren  in  einfache  Zuckerarten. 

Stärke  (Amylum):  (CgHioOs).  Sie 
kommt  in  den  verschiedensten  Organen  der 
Pflanzen  in  w^echselnden  Mengen  in  Form 
von  Körnchen  und  KnöUchen  vor.  In  größerer 


808 


Kohlehydrate  oder  Zuckerarten 


Menge  häuft  sie  sich  in  den  Knollen  der  Kar- 
toffel und  in  Körnern  der  verschiedenen 
Getreidearten  an. 

Beim  Erwärmen  mit  Wasser  quellen  diese 
Körner  bei  50"  auf,  lösen  sich  teilweise  und 
bilden  eine  opalisierende,  filtrierbare  Lösung, 
die  den  polarisierenden  Lichtstrahl  nach  rechts 
dreht.  Der  lösliche  Teil  der  Stärke  wird  als 
Granulöse,  der  unlösliche  als  Stärkecellulose 
bezeichnet.  Aus  der  wässerigen  Lösung  fällt 
Alkohol  die  lösliche  Stärke  als  amorphes 
Pulver.  Die  wässerige  Stärkelösung,  der  so- 
genannte Stärkekleister,  wird  durch  Jod- 
jodkalium blau  gefärbt.  Die  Färbung  rührt 
von  der  Bildung  der  Jod  stärke,  einer 
komplexen  Verbindung,  her,  die  sich  beim 
Erhitzen  zersetzt.  Durch  Hj^drolyse  der 
Stärke  mit  verdünnten  Säuren  wird  dieselbe 
zunächst  in  Dextrin  und  weiter  in  d-Glucose 
gespalten.  (Verzuckerung,  Kirchhoff, 
181L)  Dieser  Prozeß  wird  in  den  Spiritus- 
brennereien und  Bierbrauereien  täglich  aus- 
geführt. Durch  Einwirkung  der  Malzdiastase 
tritt  nur  eine  partielle  Hydrolyse  ein.  Es 
bilden  sich  Maltose  und  Isomaltose.  Durch 
die  Einwirkung  von  Bacillus  macerans 
lassen  sich  kristallisierende  Kohlehydrate 
isolieren  (Schardinger,  Pringsheim).  Ein 
im  Mais  enthaltenes  Ferment,  die  Glucase, 
vermag  die  Stärke  zu  d-Glucose  abzubauen. 
Die  Stärke  wird  durch  Wasserstoffsuper- 
oxyd bei  37"  zunächst  in  Dextrin  und  dann 
in  Maltose  und  Oxalsäure  übergeführt.  Sal- 
petersäure oxydiert  zu  Zuckersäure  und 
Weinsäure.  Rauchende  Salpetersäure  wirkt 
nitrierend.  Einprozentige  Kalilauge  verwan- 
delt Stärke  in  die  lösliche  Form,  in  stärkerer 
Konzentration  wirkt  sie  hydrolysierend.  Durch 
Einwirkung  von  Schwefelkohlenstoff  in  Ge- 
genwart von  Natronlauge  entsteht  Stärke- 
xanthogenat. 

Lösliche  Stärke:  Entsteht  aus  Stärke 
durch  Erhitzen  mit  Wasser  unter  Druck 
oder  durch  sehr  verdünnte  Säuren.  [a]?°  = 
+  195  bis  202". 

Dextrine:  Unter  Dextrinen  versteht  man 
in  Wasser  leicht  löshche,  durch  Alkohol  fäll- 
bare Substanzen,  die  als  Zwischenprodukte 
bei  der  Umwandlung  der  Stärke  in  Maltose 
und  Dextrose  entstehen.  Es  gibt  verschiedene 
Modifikationen:  Amylodextrin,  Ery- 
throdextrin  und  Achroodextrin. 

Amylodextrin:  Bildet  kleine  Kriställ- 
chen  in  wässeriger  Lösung,  [aj^  =  +  193,4". 
Zeigt  kein  Reduktionsvermögen. 

Erythrodextrin:  Ebenfalls  in  Sphäro- 
kristallen  aus  heißem  Alkohol  erhältUch. 
[a]ß  =  +  196".  Reduktionsvermögen  vor- 
handen, ungefähr  =  3%  von  dem  der  Mal- 
tose. Die  Jodreaktion  ist  rein  rotbraun, 
daher  der  Name. 

Achroodextrin:   Kommt  vielleicht  im 


Honig  vor.  Sehr  zerfließliche  Sphärokristalle, 
schwach  süß  schmeckend.  Reduktions- 
vermögen =  10%  von  dem  der  Glucose. 
[<=  +  192". 

j        Inulin:  Findet  sich  in  Mengen  bis  zu 
45%    in    den    unterirdischen    Knollen    der 
Georginen,  der  Cichorie  und  der  Kompositen,  . 
Stärkeähnliches,  weißes  Pulber,  das  sich  aus 
alkoholischen  Lösungen  in   Sphärokristallen 

labscheidet.     [a]^°  =  —  38,8".      Wird  durch 

I  verdünnte  Säuren  in  Fructose  gespalten, 
i  Glykogen:  Stärkeähnliclies  Kohlehydrat, 
[  das  die  Rolle  der  Stärke  im  pflanzlichen  Orga- 
nismus bei  den  Tieren  spielt,  wird  jedoch 
auch  in  einigen  Pilzen  gefunden.  Es  wird 
aus  den  tierischen  Organen  nach  Pflüg  er 
durch  Kochen  mit  Kalilauge  und  Ausfällen 
mit  Alkohol  gewonnen.  Weißes,  in  Wasser 
mit  starker  Opaleszenz  kolloidal  lösliches 
Pulver,  gibt  mit  Jod  eine  charakteristische 
Braunfäi^ung.  [af^  =  +  196,5".  Wird 
durch  verdünnte  Säuren  in  Dextrin,  dann  in 
Maltose,  Isomaltose  und  schließlich  in  Dex- 
trose hydrolysiert.  Reduziert  Fehlingsche 
Lösung'  nicht,  Hefe  wirkt  nicht  vergärend. 
Gibt  mit  Salpetersäure  Nitroprodukte,  bildet 
eine  Dibenzoyl-  und  Triacetylverbindung. 

g.  Cellulosen.  Die  Cellulosen  sind 
resistenzfähige,  höhere  Kohlenhydrate,  welche 
die  Hauptbestandteile  der  Zellenwände  der 
Pflanze  bilden  und  organisierte  Struktur 
besitzen.  Im  jungen  Zustande  bestehen  die 
Zellmembranen  aus  fast  reiner  Cellulose, 
später  werden  sie  von  inkrustierenden  so- 
genannten ,,Ligninsubstanzen"  bedeckt.  Sie 
liefern  bei  der  Säurehydrolyse  zumeist  d- 
Glucose  als  Endprodukt. 

Man  unterscheidet  nach  C.  Schwalbe 
auf  Grund  der  Reduktionsfähigkeit  und  des 
Färbevermögens  für  basische  Farbstoffe: 

1.  Cellulosen  und  Hydrate:  Sehr  resi- 
stent, kein  oder  geringes  Reduktionsver- 
mögen, daher  keine"  aktive  Carbonylgruppe, 
minimales  Anfärbevermögen  durch  basische 
Farbstoffe. 

2.  Hydro  cellulosen  und  deren  even- 
tuelle Hydrate:  deutliches  Reduktions- 
vermögen," zum  Teil  leicht  hydrolysierbar 
(Hemicellulosen)  geringes  Anfärbevermögen. 

3.  Oxycellulosen  und  deren  Hydrate: 
starkes  Reduktionsvermögen,  iVldehyd-  und 
Ketongruppen,  leichtes  Färbevermögen  für 
basische  Farbstoffe. 

Cellulose  (CßHioOs),,.  Eine  exakte 
Konstitutionsformel  ist  noch  nicht  ermittelt 
worden.   Die  einfachste  stammt  von  Green: 


H-C.OH-CH-CHOH 


-i. 


>0 


H— C.OH-CH-CHj 


Kohlehydrate  oder  Zuckerarten 


809 


Darstellung:  Filtrierpapier  von  Schlei- 
cher und  Schüll  ist  fast  reine  Cellulose. 
Aus  Pflanzenfasern,  z.  B.  Watte,  wird  sie 
durch  Digerieren  mit  verdünnter  KOH,  ver- 
dünnter Salzsäure,  Wasser,  Alkohol  und 
Aether  als  weiße  amorphe  Masse  erhalten, 
wcährend  die  inkrustierenden  Beimengungen 
entzogenwerden.  Ebenso  entfernt  Erhitzen  mit 
Phenolen  und  Phenoläther  die  Ligninsubstan- 
zen.  Kieselsäurehaltige  Pflanzen,  z.  B.  Stroh, 
müssen  erst  mit  lU  prozentiger  Flußsäure 
behandelt  werden.  Im  großen  wird  sie  durch 
Erhitzen  von  Holz  mit  Calciumsulfitlösung 
unter  Druck  dargestellt  (Sulfitcellulose). 

Zur  Bestimmung  benutzt  Schwalbe 
die  ,, Kupferzahl",  d.  h.  das  Reduktionsver- 
mögen von  200  ccm  lV2prozentiger  Cellulose 
in  Wasser  angerührt  für  100  ccm  Fehling- 
scher  Lösung  nach  V2  stündigem  Kochen. 

Die  Cellulose  wird"^  vom  Organismus  der 
Pflanzenfresser  durch  Bakterien  abgebaut 
und  verwertet. 

Physikalische  und  chemische  Ei- 
genschaften: Die  Cellulose  ist  nur  im 
sogenannten  Schweizer  sehen  Reagens,  einer 
Kupferoxydammonialdösung,  lösHch  und  dar- 
aus bei  langsamem  Ausscheiden  in  Sphäro- 
kristallen  erhältlich.  Sie  wird  daraus  durch 
Säuren  und  Salze  als  Acidcellulose  ge- 
fällt. Eine  1  prozentige  Lösung  dreht  im  2-dm 
Rohr  etwa  —  20°.  Durch  Erhitzen  in  Gegen- 
wart von  Sauerstoff  wird  sie  teilweise  in  Oxy- 
cellulose  übergeführt.  Beim  Kochen  mit 
Wasser  gibt  sie  etwas  Zucker  ab,  während  sie 
bei  30  iVtm.  Druck  hydratisiert  wird.  Durch 
Alkahen  wird  die  Cellulose  mercerisiert, 
d.  h.  sie  erleidet  eine  chemische  und  struk- 
turelle Veränderung.  Die  Fäden  schrumpfen 
und  werden  dicker  und  von  größerer  Affinität 
für  Farbstoffe.  Säuren  in  starker  Konzen- 
tration wirken  zunächsthydratisierend,  später 
hydrolisierend.  Trockene  Cellulose  bildet 
mit  starker  H2SO4  ,, kolloide  Cellulose",  die 
mit  Wasser  vermischt  milchige  Lösungen 
ergibt.  Säuren  und  Salze  fällen  aus.  Bei 
der  totalen  Hydrolyse  mit  41proz.  HCl 
ergibt  sie  quantitativ  d-Glucose  (Will- 
stätter).  Schwache  Salpetersäure  wirkt 
hydratisierend,  konzentrierte  nitrierend. 

Hydro  cellulose:  Entsteht  durch  Ein- 
wirkung verdünnter  IVIineralsäuren  auf  ge- 
wöhnliche Cellulose.  Sie  ist  ein  leicht  zer- 
reibhches  sandiges  Pulver.  Löst  sich  leichter 
in  Essigsäureanhydrid,  reduziert  unter  ge- 
wissen Darstellungsbedingungen  Fehling- 
sche  und  ammoniakalische  Silberlösung. 
Kupferzahl  5,2  bis  5,8.  Beim  Eintauchen  von 
Cellulose  in  H2SO4,  die  mit  V4  Wasser  ver- 
dünnt ist,  bildet  sich  Pergament. 

Hydratcellulose:  Mercerisierte  Cellu- 
lose. Entsteht  durch  Wasseraufnahme  beim 
Behandeln  von  Cellulose  mit  Alkahen  in  der 
Kälte  oder  durch  Regeneration  von  Viscose. 


Kupferzahl  1,6  bis  1,9.  Läßt  sich  leichter 
acetylieren  als  gewöhnliche  Cellulose. 

Oxycellulosen:  Entstehen  durch  oxy- 
dative  Behandlung  von  Cellulose  mit  Alkalien 
oder  Säuren.  Reduzieren  stark,  Kupferzahl 
7,6  bis  7,9.  Geben  Verbindungen  mit  Phenyl- 
hydrazin. 

Nitrocellulosen:  Beim  Behandeln  von 
Cellulose  mit  Nitriersäuregemischen  werden 
4  bis  12  Nitrogruppen  auf  das  Mol  C24H40O20 
aufgenommen.  Sind  in  Aether,  x\lkohol  zum 
Teil  löshch  (Collodium),  vollständig  in 
Nitromethan  und  Aceton.  Reduzieren 
Fehlingsche  Lösung. 

Die  explosive  unlösliche  Sc  hießbau  m - 
wolle  ist  Cellulo  seh exani trat,  mit  Kamp- 
fer gemischt  ergibt  die  Nitrocellulose  das 
leicht  brennbare  Celluloid. 

Acetylcellulosen:  Zumeist  entstehen 
aus  den  Hydratcellulosen  Triacetate,  z.  B. 
mit  Essigsäureanhydrid  oder  Acetylchlorid 
mit  Zinkchlorid.  Bei  ungenügender  Ein- 
wirkung entstehen  Diacetate.  Leicht 
löslich  in  Chloroform,  Eisessig,  Nitrobenzol, 
unlöslich  in  Alkohol  und  Wasser. 

Cellulosexanthogenat  (Viscose). 
Entsteht  als  Na-Salz  durch  Behandeln  von 
Cellulose  mit  Natronlauge  und  Schwefel- 
kohlenstoff. Gibt  eine  wässerige,  schwach 
rechtsdrehende,  sehr  zähe  Lösung,  die  in 
der  Hitze  koaguliert. 

10.  Industrie  der  Kohlehydrate.  Die 
Kohlehydrate  in  ihren  verschiedenen  For- 
men sind  das  Rohmaterial  sehr  wichtiger 
und  großer  Industriegebiete.  Die  technische 
Darstellung  des  Rohrzuckers  aus  dem  Rohre 
oder  der  Rübe  zerfällt  in  drei  Teile:  Saft- 
gewinnung, Saftreinigung  und  Saft- 
konzentration. Den  Schnitzeln  wird  der 
Zucker  mit  Wasser  entzogen,  durch  ,,  Schei- 
den" mit  Kalk  und  Saturieren  mit  SO2  oder 
CO 2  wird  der  Zucker  gereinigt  und  in  luft- 
verdünntem Räume  der  ,, Dünnsaft"  zu 
,, Dicksaft"  konzentriert.  Nach  nochmaliger 
Saturation  wegen  der  durch  das  Konzen- 
trieren gestiegenen  Alkalität  wird  „auf 
Korn  verkocht"  und  die  ,, Füllmasse"  in 
Zentrifugen  von  dem  Sirup  getrennt. 

Die  Stärke  wird  für  die  Technik  aus 
Kartoffeln,  Weizen,  Reis  und  Mais  ab- 
geschieden und  durch  Verzuckerung  mit 
Schwefelsäure  in  Stärkezucker  oder  durch 
Erhitzen  in  Röstgummi  übergeführt. 

Die  Bedeutung  der  Cellulose  ergibt  sich 
durch  Aufzählung  der  Betriebe,  die  sie  ver- 
werten: Baumwolle  für  die  Textil-  und 
Färbereiindustrie,  ebenso  als  künsthche  Seide 
aus  Nitro-  oder  Acetatcellulose,  sowie  als 
Viscose.  Die  Papierindustrie  gebraucht  sie 
in  Form  des  Holzschliffes  und  der  Lumpen. 
Die  Nitro-  und  AcetylceUulose  werden  in 
der  photographischen  und  Filmindustrie 
verwertet. 


810 


Kohlehydrate  oder  Zuckerarten  —  Kohlen 


Ebenso  ist  das  Gärungsgewebe  (siehe 
dieses)  auf  die  Kohlehydrate  in  Form  der 
Kartoffeln  (Spiritus),  Reis  (Arak,  Sake),  die 
Gerste  (Bier)  usw.  angewiesen. 

II.  Physiologie  der  Kohlehydrate. 
Die  Kohleh^-'drate  bilden  neben  den  Eiweiß- 
stoffen die  wichtigsten  Körper  für  den  Stoff- 
wechsel der  lebenden  Zellen.  Sie  werden  in 
ihnen  meist  in  Form  der  höheren  Poly- 
saccharide (Glycogen,  Stärke)  aufgespeichert, 
nachdem  sie  in  den  Pflanzen  unter  dem 
Einfluß  der  strahlenden  Energie  durch  Ver- 
mittlung des  Chlorophylls  aus  Kohlensäure 
und  Wasser  entstanden  sind. 

Der  erste  Prozeß  ist  die  Bildung  von 
Formaklehyd,  eine  Reaktion,  die  von  Lob 
durch  die  Glimmentladung  nachgeahmt  wor- 
den ist.  Man  kann  wohl  als  gesichert  anneh- 
men, daß  durch  Aufnahme  von  NH3  aus  den 
Kohlenhydraten  in  den  Pflanzen  Proteine 
über  die  Aminozucker,  Aminolaldehyde, 
Aminosäuren  entstehen. 

Die  pflanzhchen  Kohlehydrate  werden 
vom  tierischen  Organismus  zu  den  Hexosen, 
d-Glucose,  d-Galactose  und  d-Fructose  (und 
in  selteneren  Fällen  auch  zu  Pentosen)  ab- 
gebaut. Er  ist  derjenige  Nährstoff,  über 
den  alle  zugeführten  anderen  Nahrungsmittel 
in  die  Blutbahn  zur  Aufspeicherung  oder 
zum  vollständigen  Abbau  übergehen.  Der 
größte  Teil  des  Zuckers  wird  in  der  Leber 
und  in  den  Muskeln  als  Glycogen  aufgespei- 
chert und  nur  bei  Hunger  oder  starker  Arbeit 
sowie  bei  Strychninwirkung  werden  diese 
Depots  angegriffen.  Bei  sehr  kohlehydrat- 
reicher Kost  findet  auch  eine  Umwandlung 
von  Zucker  in  Fett  statt.  Die  Bildung  von 
Eiweiß  aus  Zucker  ist  nicht  erwiesen,  da- 
gegen wissen  wir  durch  die  Untersuchungen 
von  Lusk,  Ringer,  Dakin,  Cremer,  daß 
im  diabetischen  Organismus  viele  Amino- 
säuren Zucker  geben. 

Im  endgültigen  Abbau  im  gesunden 
Organismus  wird  der  Zucker  zu  CO2  und  H2O 
umgewandelt.  Dieser  Abbau  geht  wohl 
zunächst  ohne  Aufnahme  von  Sauerstoff 
über  die  Milchsäure  und  dient  als  solcher  als 
Energiespender  für  die  Muskelarbeit.  Diese 
Fähigkeit  der  sauerstofflosen  Energieliefe- 
rung ist  wohl  die  wichtigste  Bedeutung  der 
Kohlehydrate  für  den  Stoffwechsel. 
Literatur.    Richter-Anschütz,   11.  Avfl.,  1909. 

—  F.  Beilstein,  Handbuch  der  orga7iischen 
Chemie.     Hamburg    und  Leipzig    1893    bis  1906. 

—  Emil  Abderhalden,  Biochemisches  Hand- 
lexikon,  II.  Band.  Berlin  1911.  —  E.  von 
JAppniann,  Die  Chemie  der  Zuckerarten,  1904. 

—  JB.  Tollens,  Kurzes  Handbuch  der  Kohlen- 
hydrate, 2.  Aufl.,  1898.  —  Meyer- Jacobsohn, 
Lehrbuch  der  organischen  Chemie,  I,  1893.  — 
-E  Fischer,  Untersuchungen  über  Kohlen- 
hydrate und  Fermente,  lS8i  bis  1908.  Berlin 
1909.  —  E.  F.  Armstrong,  Die  einfachen 
Zuckerartcn    und    Glucosidc.      Berlin    1913.    — 


li.  Maquenne,  Les  Sucres  et  leurs  principaux 
derivees.  Paris  1900.  —  F.  Böhmann,  Bio- 
chemie. Berlin  1908.  —  C.  Oppenheimer, 
Grundriß  der  Biochemie.  Leipzig  1912.  Aus 
der  großen  Zahl  der  Originalarbeiten  seien  die 
von  Fischer,  Tollens,  Armstrong,  Schwalbe, 
Neuberg  genannt. 

H,   Heinrich  Franck  und  H.  Grossmann. 


Kohlen. 

1.  Definition  und  Historisches.  2.  Chemisch- 
physikaHsche  Eigensc hafte n*  3.  Kohlenarten: 
a)  Nach  praktischen  Gesichtspunkten,  b)  Nach 
chemisch-physikaUschen  Gesichtspunkten.  c)Nach 
genetischen  Gesichtspunkten.  4.  Entstehung 
der  Kohlen:  a)  Historisches,  b)  Analoge  rezente 
Bildungen.  «)  Sapropel  (Faulschlamm)  und  Torf. 
ß)  Moortypen.  y)  Geographische  Verbreitung 
der  Moore,  c)  Kohlenlager  und  Vergleichspunkte 
mit  den  Torfmooren,  a)  Pflanzenreste  in  der  Kohle. 
ß)  Autochthonie  imd  Allochthonie.  y)  Geogra- 
pliisches  Vorkommen.  d)  Vegetationsverhält- 
nisse der  Steinkohlenflora.  d)  Mattkohlen- 
gruppe, e)  Kohlen,  die  eine  Mittelstellung 
zwischen  den  Kannelkohlen  und  Glanzkohlen 
(Humuskohlen)  einnehmen.  f)  Liptobiolithe. 
5.  Fremdkörper  in  der  Kohle,  a)  Autochthone 
Einschlüsse,  b)  AUochthone  Einschlüsse.  6.  Zer- 
setzungseischeinungen  der  Kohlen.  7.  Ver- 
wendung, ia)  Vorrat,  b)  Verbrauch  und  Er- 
zeugung (Statistisches). 

I.  Definition  und  Historisches.  Unter 
Kohlen  versteht  man  (Sedimentär-)  Ge- 
steine, ausschließlich  oder  vorwiegend  or- 
ganischer (fast  nur  pflanzlicher)  Herkunft 
von  sehr  verschiedenem  geologischem  Alter, 
mit  fester  bis  lockerer  Beschaffenheit,  die 
meist  schwarz  bis  braun  gefärbt  sind  und 
für  die  Praxis  als  Brennstoffe  brauchbar 
sind.  Die  Kohlen  bilden  einen  Teil  der  von 
Potonie  unter  der  Bezeichnung  Kausto- 
biolithe^)  zusammengefaßten  fossilen  Brenn- 
stoffe, zu  denen  außer  den  Kohlen  (und 
Torfen)  nach  ihm  noch  Petrolea  und  deren 
Derivate  und  die  Liptobiolithe  gehören 
(S.  830).  Reine  Kohlen,  d.  h.  solche,  die 
außer  dem  natürlichen  Aschengehalt  keine 
oder  nicht  nennenswerte  Beimengungen  frem- 
den Sediments  enthalten,  sind  nur  ein 
Extremfall  einer  in  der  Natur  lückenlos 
vorhandenen  Reihe,  die  von  bloßen  Kohlen- 
substanz enthaltenden  Sedimenten  (Brand- 
schiefer usw.)  zur  reinen  Kohle  führt.  Unter 
Umständen,  z.  B.  bei  Mangel  an  Kohlen 
in  einem  Lande,  lohnt  sich  auch  der  Abbau 
unreiner  Kohle  (die  Fünfkirchener  Lias- 
kohle  in  Ungarn  enthält  z.  B.  bis  22  %  Asche), 
die  vielleicht  in  anderen  Steinkohlenbecken 


,^)  Von  KCMo  brenne,  ßio-:  Leben  und  hd(K 
Stein,  also  wörtlich  brennbares,  aus  Lebewesen 
entstandenes  (organogenes)  Gestein. 


Kohlen 


811 


als  unbauwürdig  nicht  ausgenutzt  werden 
würde;  jedoch  sind  auch  die  z.  B.  in  den 
deutschen  Steinkohlenrevieren  gewonnenen 
Kohlen  von  sehr  verschiedener  Güte  und 
Reinheit.  Die  einzelnen  Kohlenarten  und 
-Sorten  werden  in  Abschnitt  3  und  4  näher 
betrachtet  werden. 

Historisches.  Die  Kohlen,  speziell  die  auf- 
iallendste  Art  dieser,  die  Steinkohlen,  und  äußer- 
lich ähnüche  sind  schon  sehr  lange  bekannt. 
Schon  The o p h r a s t(et\\  a 315  v.  Chr.) erwähnt  sie, 
und  nach  ihm  wurde  sie  schon  damals,  also  vor 
über  2000  Jahren,  von  Schmieden  und  Erzgießern 
benutzt.  Auch  in  China  war  die  Kohle  und  ihre 
Benutzbarkeit  nach  Marco  Polo  (etwa  1280 
n.  Chr.)  lange  bekannt.  Erst  etwa  1500  Jahre 
nach  Theophrast  machen  sich  in  Europa  die 
ersten  größeren  Versuche  zur  Ausnutzung  der 
Steinkolilen  bemerkbar,  hervorgerufen  durch  die 
sich  empfindhch  bemerkbar  machende  Preis- 
steigerung des  Brennholzes,  das  bis  dahin  allein 
zu  Schmelzprozessen,  zur  Schmiederei  usw. 
benutzt  wurde  und  daher  besonders  in  Gegenden 
mit  lebhafter  Metalhndustrie  immer  schwieriger 
zu  beschaffen  war.  Der  älteste  Steinkohlenberg- 
bau ist  vielleicht  der  Zwickauer,  der  bis  ins 
10.  Jahrhundert  zurückverlegt  wird  (Zwickau 
vielleicht  — Aue  desZwicz,  eines  slavischen  Feuer- 
gottes), 1348  aber  erst  urkundlich  erwähnt  wird. 

In  der  Aachener  Gegend  begannen  die  Aebte 
des  Augustinerklosters  Klosterrode  bereits  1113 
Steinkohlenbergbau,  den  sie  zu  hoher  Blüte 
brachten,  so  daß  ihre  Anlagen  oft  als  Vorbild 
galten.  1795  kam  er  mit  der  Aufhebung  des 
Klosters  zum  Erliegen.  Nicht  viel  später  oder 
gleichzeitig  begannen  die  Engländer  ihren  Kohlen- 
bergbau; um  1183  wurden  in  Sheffield  bereits 
Steinkohlen  zu  Schmiedezwecken  benutzt.  Um 
die  Wende  des  12.  und  13.  Jahrhunderts  begann 
auch  in  der  Lütticher  Gegend  die  Kohlen- 
benutzung, i)  Der  schlesische  Bergbau  ist  viel 
jünger;  in  der  Waldenburger  Gegend  wurden 
zwar  schon  vor  1594  Schmiedekohlen  gewonnen; 
dagegen  fehlt  jede  Kunde  davon  für  das  damals 
noch  sehr  holzreiche  Oberschlesien,  unser  zu- 
kunftsreichstes Steinkohlengebiet.  Ein  größerer 
Kohlenbergbau  begann  aber  erst  um  die  Mitte 
des  18.  Jahrhunderts,  jedoch  war  noch  um  die 
Mitte  des  vorigen  Jahrhunderts  die  gewonnene 
'  Kohlenmenge  durchaus  verschwindend  gegenüber 
der  heutigen,  sich  im  allgemeinen  noch  immer 
'  steigernden  Produktion  (vgl.  Abschnitt  S^b). 

2.  Chemisch -physikalische  Eigen- 

schaften. Chemisch  lassen  sich  die  Kohlen 
nicht  einheitlich  nach  einer  gewissen  Formel 
charakterisieren,  da  sie  ein  Gemenge  Sauer- 
stoff- und  wasserstoffarmer  fester  Kohlen- 
wasserstoffe sind.  Bei  dem  Prozeß  der 
Kohlenbildung,  der  nichts  weiter  als  ein 
Fortgehen  des  Vertorfungsprozesses  (s.  Ab- 
schnitt 4b)  auch  nach  Annahme  des  Kohlen- 


^)  Der  Sage  nach  soll  ein  fremder  eisgrauer 
Mann  einem  Schmied  namens  Hullos  dort  die 
Bedeutung  der  Steinkohle  gezeigt  haben:  von 
diesem  soll  der  französische  Name  für  Kohle 
HouiUe  herrühren. 


Charakters  im  Verlauf  der  geologischen 
Zeiträume  ist,  wird  von  den  Urmaterialien 
Wasserstoff  und  Sauerstoff  allmählich  immer 
mehr  in  Form  von  Wasser  abgegeben  und 
auf  diese  Weise  der  Kohlenstoff  ange- 
reichert. Bei  gewissen  Kohlenarten  bleibt 
ein  höherer  Gehalt  an  Wasserstoff  be- 
stehen, demgemäß  sie  mehr  (schwere)  Kohlen- 
wasserstoffe (z.  B.  die  Kannelkohlengruppe) 
ei)thalten  als  andere.  Nebenher  enthält  die 
Kohle  noch  Wasser,  die  Braunkohle  30  bis  60  %, 
die  Steinkohle  höchstens  7%.  Im  allgemeinen 
nimmt  der  Wassergehalt  mit  dem  Alter 
der  Kohle  ab  (ebenso  die  ihr  anhaftende 
,,Bergfeuehtigkeit").  Außerdem  enthalten 
die  Kohlen  noch  akzessorische  Mineralien, 
von  denen  in  Abschnitt  5  die  Rede  sein  wird. 

Sehr  wichtig  ist  die  Eigenschaft  gewisser 
Kohlen,  beim  Erhitzen  unter  Luftabschluß 
nach  Entfernung  der  flüchtigen  Kohlen- 
wasserstoffe eine  zusammenhängende,  po- 
röse, bis  auf  den  Aschengehalt  aus  reinem 
Kohlenstoff  bestehende  Gesteinsmasse  zu 
hinterlassen,  den  Koks.  Als  Koks  im 
weiteren  Sinne  bezeichnet  man  zwar  den 
Destinationsrückstand  der  Kohlen  überhaupt, 
der  also  durchaus  nicht  immer  die  blähige, 
poröse  Beschaffenheit  des  Kokses  im  engeren 
Sinne  hat;  unter  Kokskohlen  si^eziell  ver- 
steht man  jedoch  die  Kohlen,  die  den  eigent- 
lichen Koks  liefern.  Beim  Verkoken  schmilzt 
solche  Kohle  zunächst,  gibt  dann  die  Kohlen- 
wasserstoffe u.  a.  ab  (,, Koksgase"),  die  jetzt 
meist  in  mit  den  Kokereien  verbundenen 
chemischen  Fabriken  besonders  auf  Teer, 
Teeröle,  Benzol,  Ammoniak  usw.  ausgebeutet 
werden,  und  hinterläßt  als  Destillations- 
rückstand den  Koks.  Früher  wurden  die 
Koksgase  ohne  weitere  Verwertung  durch 
den  Schornstein  in  die  Luft  entlassen  und 
bildeten  w^egen  des  Gehaltes  an  Teerstoffen, 
Ammoniak  usw.  eine  wahre  Plage  für  die 
Umwohner.  Man  nennt  die  kokenden 
Kohlen  auch  Backkohlen,  da  der  Koks 
., zusammenbackt";  bei  nicht  backenden 
Kohlen  hinterbleibt  ein  pulveriger  oder 
gesinterter  (wenig  von  der  ursprünglichen 
Kohlenform  abweichender)  Koks.  Die 
prozentuale  Menge  des  hinterbleibenden  Koks 
bezeichnet  man  als  Koksausbeute. 

Ueber  den  Aschengehalt  der  Kohlen  war 
schon  oben  gesprochen  worden.  Gute  Stein- 
kohlen haben  bis  1%,  mittelgute  bis  15%, 
schlechte  mehr  als  15%  Asche. 

Weiteres  wird  noch  bei  Besprechung  der 
verschiedenen  Kohlenarten  mitzuteilen  sein. 
Die  folgenden  Tabellen  geben  über  das  im 
vorigen  Gesagte  des  Näheren  Auskunft 
(auf  aschefreie  Kohle  berechnet);  die  Ta- 
bellen entstammen  der  Broockmannschen 
Darstellung  in  ,,Ent\vickelung  des  nieder- 
rheinisch-westfälischen Bergbaues"  1903 
Bd.  I  S.  259). 


812 


Kolilen 


Zusammense 
C          H 

tzung 
0 

Wärme- 
einheiten 
theoretisch 

Koks- 
aus- 
beute 

Beschaffen- 
heit des 
Koks 

o 

c« 

Holz 

50 

6 

44 

4500 

15 

Strukturiert 

Torf 

55 

6 

39 

5000 

30 

Pulver 

60   . 

5 

35 

5700 

35 

j) 

Lignit 

65 

5 

30 

6000 

40 

,, 

Braunkohle  , 

70 

72 

5 
5 

25 

6200 

45 

,, 

23 

6400 

48 

„ 

CS 

Qj 

■r. 

o 

Co 

cc 

ci 
_^ 

C3 

O 

Co 

c 

o 

O 

74 

5 

21 

6800 

50 

Pulver 

76 

5 

19 

7100 

53 

oder 

78 

5 
5 

17 

7400 

55 

gesintert 

Flammkohle 

80 

15 

7600 

60 

gesintert 

Gaskohle 

82 

5 

13 

7800 

63 

gebacken 

84 

5 

11 

8000 

65 

)) 

Kokskohle 

86 

5 

9 

8300 

70 

n 

88 

5 

7 

8500 

75 

)) 

Magerkohle 

90 

5 

5 

4 

8800 

78 

)) 

92 

4 

8700 

80 

gesintert 

Anthrazit 

94 

3 

3 

8500 

90 

Pulver 

96 

2 

2 

1 

8400 

95 

)) 

98 

1 

8200 

98 

15 

Graphit 

100 

— 

— 

8100 

100 

" 

3.  Kohlenarten.  Man  unterscheidet  bei 
den  Kohlen  verschiedene  Arten  und  Sorten 
nach  sehr  verschiedenen  Gesichtspunkten. 
Man  teilt  die  Kohlen  ein  nach  praktischen, 
nach  chemisch-physikalischen  und  nach  ge- 
netischen Gesichtspunkten.  Da  sich  die  mit 
dem  einen  Prinzip  gewonnene  Kohlen- 
systematik zum  Teil  mit  der  auf  andere 
Weise  gewonnenen  deckt  oder  ihr  wenigstens 
entgegenkonynt,  so  ist  eine  scharfe  Scheidung 
dieser  Spezialgruppierungen  öfter  schwierig, 
was  sich  beim  Vergleichen  des  folgenden 
von  selbst  ergibt. 

3a)  Einteilung  nach  praktischen 
Gesichtspunkten,  Alt  ist  die  Einteilung 
der  Kohlen  in  Braunkohle  und  Steinkohle. 
Ursprünglich  ist  sie  eine  rein  bergmännische, 
in  zweiter  Linie  eine  geologische  Unter- 
scheidungsweise, jedoch  hat  sich  bei  den 
tatsächlich  vorhandenen  Schwierigkeiten  die 
Sachlage  insofern  verschoben,  als  man  die 
Entscheidung,  welche  von  beiden  Kohlen- 
sorten vorliegt,  ins  chemische  Gebiet  hinüber- 
gespielt  hat.      Die    beiden    Namen   spielen 


zunächst  auf  rein  äußerliche  Verhältnisse 
dieser  Kohlenarten  an;  im  ganzen  findet 
man  die  Steinkohlen  in  älteren  Formationen, 
die  Braunkohlen  in  jüngeren. 

Ueber  die  von  chemischer  Seite  be- 
nutzten Reaktionen  gibt  die  obere  Tabelle  auf 
Seite  813  Auskunft^ 

Die  Praktiker  unterscheiden  bei  der 
Steinkohle  (auch  bei  der  Braunkohle)  wieder 
verschiedene  Unterarten,  die  wesentlich  auf 
dem  Verhalten  des  Koksrückstandes  und  dem 
Gasreichtum  beruhen  und  neben  allgemeinen 
Namen  in  den  einzelnen  Steinkohlenbecken 
noch  besondere  Namen  führen,  die  oft  gleich- 
zeitig als  Namen  für  Teilhorizonte  des 
Karbons  der  betreffenden  Gegend  dienen, 
da  sich  gewisse  Kohlensorten  oft  auf  be- 
stimmte Horizonte  beschränken  und  die 
einzelnen  Kohlensorten  oft  in  gesetzmäßiger 
Reihenfolge  im  Profil  der  Ablagerungen  er- 
scheinen. Man  spricht  von  Sinterkohle, 
Backkohle  und  Sandkohle,  Namen,  die  auf 
die  Koksbeschaffenheit  anspielen  und  ohne 


Kohlen 


813 


Heiße   Kalilauge 
färbt  sich 

Verdünnte  Salpeter- 
säure färbt  sich 

Destillat 


Wasseraufnahme- 
fähigkeit (Hygro- 
skopizität) 

Strich 


Steinkohle      Braunkohle 


nicht 


kaum 


braun  bis 
dunkelbraun 

stärker  rot 


ammoniaka-  j    essigsäure- 
hsch  (basisch)  haltig  (sauer) 

miter  7%,    :    ^^^^  ^qo^ 
meist  nur     ^^^  ^^^^  2q% 
wenige  %    i 


schwarz  bis  1 
grau-schwarz 


braun 


weiteres  verständlich  sind.  Als  Beispiel  für 
ein  Kohlenbecken  mit  dem  Nacheinander- 
auftreten  der  genannten  Kohlenarten  kann 
das  Rnhrbecken  dienen;  die  oberste  Zeile 
entspricht  zngleich  den  geologisch  jungen 
Kohlen,  die  darunter  stehenden  sind  suk- 
zessive älter  (vgl.  die  untenstehende  Tabelle). 

Aus  der  Tabelle  (s.  auch  S.  812)  sieht  man 
weiterhin  durch  die  Rubrik  WE.  (Wärme- 
einheiten, Kalorien),  daß  unter  ähn- 
lichen Verhältnissen  der  Heizwert  der 
Kohle  mit  dem  Alter  zunimmt;  doch  ist 
dies  nur  mit  der  obigen  Beschränkung 
richtig,  da  z.  B.  Anthrazite  auch  in  viel 
jüngeren  Formationen  auftreten  und  selbst 
im  Tertiär  schon  Steinkohlen  oder  sehr 
steinkohlenähnliche  Kohlen  auftreten,  ande- 
rerseits selbst  im  Paläozoikum  (Rußland) 
gelegentlich  durchaus  braunkohlenähnliche 
Kohlen  vorhanden  sind.  Der  Heizwert  der 
Kohlen  wird  entweder  rechuerisch  (theo- 
retisch) oder  experimentell  im  Verbrennungs- 
kalorimeter ermittelt,  worauf  hier  nicht 
weiter  eingegangen  werden  kann.  In  der 
Praxis  ist  der  Heizwert  meist  bedeutend 
geringer. 

3b)  Einteilung  nach  chemisch-phy- 
sikalischen Gesichtspunkten.  Nach 
dem  im  vorigen  schon  Gesagten  (s.  auch 
Abschnitt  2)  sind  das  Wichtigste  hier  zu 
Besprechende  die  Beziehungen  zwischen 
Braunkohle  und  Steinkohle,  und  im  weiteren 
Sinne  diejenigen  zu  Torf  und  den  Urmate- 
rialien  im  frischen  Zustand.  Die  äußerlichen 
Unterschiede  zwischen  typischer  Stein-  und 


Braunkohle  sind  allbekannt,  sie  lassen  aber 
in  kritischen  Fällen  oft  im  Stich,  weil  es 
zum  großen  Teil  von  lokalen  Bedingungen 
abhängig  ist,  wie  die  Beschaffenheit  der  be- 
treffenden Kohlen  jetzt  ist.  Zum  großen 
Teil  hängt  sie  vom  Alter,  von  Gebirgs- 
bewegungen,  ferner  von  der  Einwirkung 
vulkanischer  Gesteine  ab,  die  den  Kohlungs- 
prozeß beschleunigen ,  modifizieren  und 
früher  dem  anthrazitisch-graphitischen  Sta- 
dium entgegenführen  können,  das  immer 
das  Ende  aller  dieser  Prozesse  bildet.  Man 
bezeichnet  diesen  langdauernden  Prozeß 
mit  Gümbel  als  Inkohlung;  er  kann  ge- 
wissermaßen als  ein  sehr  langsamer  Ver- 
kohlungsprozeß  bezeichnet  werden.  Als 
Verkohlung  bezeichnet  man  mit  P  0 1 0  n  i  e  die 
gewaltsame  und  meist  relativ  schnelle  Fort- 
führung der  flüchtigen  Bestandteile  durch 
Hitze  oder  vielleicht  noch  andere  Agenzien ; 
ein  Beispiel  bietet  die  Holzkohlenbereitung 
im  Kohlenmeiler,  auch  der  Koksprozeß  ist 
eine  Art  Verkohlung.  Er  wird  gelegentlich 
von  der  Natur  selbst  vorgenommen,  wenn 
Kohlen  mit  heißen  vulkanischen  Erguß- 
gesteinen in  Berührung  kommen.  In  diesem 
Fall  tritt  eine  Verkohlung,  iVnthrazitisierung 
oder  im  extremsten  Fall  sogar  eine  Graphi- 
tisierung  ein.  Beim  Inkohlungsprozeß  bleiben 
dagegen  die  durch  die  Selbstzersetzung  ge- 
bildeten flüchtigen  festen  oder  flüssigen 
Bestandteile  zum  großen  Teil  an  Ort  und 
Stelle  und  werden  weiter  modifiziert;  unter 
Bildung  von  Wasser  entweicht  ein  großer 
Teil  des  Sauerstoffs  und  Wasserstoffs,  und 
es  werden  auch  leichte  Kohlenwasserstoffe 
abgegeben,  besonders  Methan  (CH4),  das 
sich  von  den  ersten  Stadien  des  Kohlungs- 
prozesses an  (als  Sumpfgas  in  Schlamm,  Torf 
usw.)  bis  zum  Steinkohlenstadium  bildet 
und  die  von  dem  Bergmann  gefürchteten 
Schlagwetter  erzeugt,  indem  es  mit  der 
Luft  explosive  Gemenge  bildet.  Das  End- 
produkt bildet  auch  in  diesem  Fall  das 
anthrazitisch-graphitische  Stadium. 

Die  genannten  Verhältnisse  werden  durch 
die  beigegebenen  Tabellen  bequem  veran- 
schaulicht. 

In  Wirklichkeit  sind  die  Unterschiede 
zwischen  Braun-  und  Steinkohle  nicht  scharf, 
sondern  fließend.  Man  kann  trotz  der  von 
chemischer    Seite   dagegen   erhobenen    Ein- 


Kohlenart 

Koks 

Gasgehalt 

Kalorien 
(W.  E.)  ca. 

Gasflammkohle 

Gaskohle 

Fettkohle 

Magerkohle 

Anthrazit 

gesintert 
gebacken 

meist  gesintert 
Pulver 

Sinterkohle 
Backkohle 

meist  Sinterkohle 
Sandkohle 

35—45% 

33—35  (37)''/o 

20— 337„ 

unter  15°/o 

5-10% 

7600 
7800—8000 
8400 
8700 
8400 

814 


Kohlen 


wände  annehmen,  daß  die  in  der  Tabelle 
S.  812  erwähnten  Kohlenarten  nur  Stadien 
in  einem  und  demselben  fortlaufenden  Pro- 
zesse darstellen.  Donath  z.  B.  behauptet 
nämlich,  daß  Braunkohle,  d.  h.  die  jüngere 
meist  tertiäre  Braunkohle,  nicht  in  Stein- 
kohle übergehen  könne  (daß  also  umgekehrt 
die  Steinkohle  kein  Braunkohlenstadium 
durchgemacht  habe),  weil  Steinkohle  lignin- 
frei  (holzstoffrei)  sei,  Lignin  aber  in  der 
Braunkohle  wesentlich  und  leicht  nach- 
weisbar sei.  Er  schließt  daraus  auf  eine 
NichtVerholzung  der  Steinkohlenbäume  und 
auf  ein  prinzipiell  anderes  Urmaterial  von 
Stein-  und  Braunkohlen.  Bei  dieser  Be- 
hauptung erscheint  besonders  die  Annahme 
willkürhch,  daß  das  Lignin  ein  chemisch 
so  beständiger  Körper  sei,  daß  es  in  den 
undenklich  viel  älteren  Steinkohlen  noch 
ebenso  gut  und  viel  erhalten  sein  müsse  als 
in  den  Braunkohlen.  Ein  viel  wichtigerer 
prinzipieller  Unterschied  zwischen  paläo- 
zoischer Kohle  liegt  in  dem  starken  Gehalt 
der  Braunkohlen  an  Harz,  das  sogar  oft 
in  großen  Stücken  darin  sichtbar  ist;  dieses 
fehlt  den  Steinkohlen  meist  schon  aus  dem 
Grunde,  weil  es  nach  der  Anatomie  der 
Gewächse  der  Steinkohlenzeit  noch  nicht 
nennenswerte  Harzmengen  gab;  solche  finden 
sich  im  Paläozoikum  in  merkbarer  Menge 
höchstens  in  Sporen  und  Pollen  (s.  unter 
Liptobiolithe,  Abschnitt  4f).  Die  Unter- 
schiede zwischen  beiden  Kohlenarten  werden 
aber  u.  a.  fließend  besonders  durch  die 
Art  des  Auftretens  in  den  geologischen 
Formationen,  wovon  in  Abschnitt  4c  die 
Rede  sein  wird. 

Ueber  den  verschiedenen  Gasgehalt,  die 
Verkokbarkeit,  war  schon  früher  gesprochen 
worden.  Eine  Sonderstellung  nehmen  unter 
den  Kohlen  noch  die  Mattkohlen  der  Kannel- 
kohlengruppe  ein,  die  sich  durch  matte 
Farbe,  große  Zähigkeit  und  den  Gehalt  an 
schweren  Kohlenwasserstoffen  auszeichnen. 
Sie  werden  besser  in  einem  besonderen 
Abschnitt  behandelt  (S.  827),  ebenso  wie 
die  der  Entstehung  nach  ganz  verschiedenen 
Liptobiolithe  mit  infolge  von  Harz-  und 
Wachsbestandteilen  ähnlichem  chemischem 
Verhalten.  Dort  wird  auch  von  einigen 
eine  Sonderstellung  einnehmenden  Kohlen- 
arten, wie  Gagat  (Jet)  usw.  die  Rede  sein. 

3c)  Kohlenarten  nach  genetischen 
Gesichtspunkten.  Die  Gruppierung  der 
verschiedenen  Kohlenarten  nach  genetischen 
Gesichtspunkten  ist  die  wichtigste,  da  sie 
sich  auf  die  Verschiedenheit  und  die  Eigen- 
tümlichkeiten der  Urmaterialien  gründet  und 
auf  diese  Weise  Vergleiche  mit  den  jüngeren 
analogen  Bildungen  zuläßt,  deren  Ent- 
stehung aus  gewissen  Urmaterialien  wir  zum 
Teil  noch  heute  ante  oculos  zu  verfolgen 
in  der  Lage  sind.  Die  Aufgabe  des  Forschers, 


der  diesen  Weg  beschreiten  will,  besteht 
daher  zunächst  in  der  Beantwortung  der 
Frage,  aus  was  für  Material  die  Kohlen 
bestehen,  ferner,  was  für  Umwandlungs- 
prozesse dieses  Material  durchgemacht  hat 
bezw.  noch  durchmacht.  Zum  großen  Teil 
deckt  sich  dieses  Problem  also  mit  der 
Frage  nach  der  Entstehung  der  Kohlen. 
Wir  können  daher  dieses  Kapitel  am  besten 
und,  um  Wiederholungen  zu  vermeiden, 
im  Zusammenhang  mit  diesen  Fragen  im 
folgendeji  Abschnitt  abhandeln. i) 

4.  Entstehung  der  Kohlenlager.  4a)  Histo- 
risches über  die  Ansichten  zur  Entstehung  der 
Kohle.  Bei  dem  langen  Bekanntsein  der  Kohlen 
haben  sich  die  Forscher  auch  früh  die  Frage  nach 
deren  Bildungsweise  vorgelegt.  Es  können  hier 
natüi'lich  nur  einige  der  wichtigeren  genannt 
werden.  Agricola,  ein  Zeitgenosse  Luthers, 
erklärte  die  Steinkohle  für  verdichtetes  Erdöl, 
sein  Zeitgenosse  Yal.  Cordus  (f  1544)  dagegen 
nahm  schon  pflanzhchen  Ursprung  an,  wie  auch 
Balthasar  Klein  (1592)  die  Steinkohle  für  aus 
Holz  entstanden  ansah.  Obwohl  auch  spätere 
Autoren  wie  Scheuchzer  (1709),  Beroldingen 
(1778)  und  dessen  Zeitgenosse  de  Luc  sich  in 
gleichem  Sinne  aussprachen,  begegnen  wir  doch 
noch  weit  später  den  abenteuerhchsten  Anschau- 
ungen. Beroldingen,  ein  trefflicher  Beobachter 
der  Natur,  hatte  schon  die  Kohle  als  ehemaUgen 
Torf  angesprochen,  der  später  über  Braunkohle 
in  Steinkohle  übergegangen  sei;  de  Luc  hatte 
gleich  ihm  ferner  die  Ansicht  der  Entstehung 
der  Kohlen  in  situ  (Autochthonie)  bereits  an- 
genommen. Ebenso  oder  ähnhch  äußern  sich 
der  EngländerWilliams, später  der  geniale  Bota- 
1  niker  Ad.  Brongniart,  der  Vater  der  Paläo- 
j  botanik.  Demgegenüber  muten  andere  Anschau- 
ungen um  so  sonderbarer  an.  Bei  vielen  dieser 
!  bemerkt  man  die  hindernde  Verqiückung  der 
i  bibhschen  Sintflutsage  mit  unserer  Frage,  wie 
I  überhaupt  mit  der  Geologie.  Ein  unbekannter 
Autor  nahm  zwar  den  pflanzlichen  Ursprung  an, 
meinte  aber,  daß  aus  den  überlagernden  Massen 
eindringende  Schwefelsäure  die  Kohlung  be- 
sorgt hätte.  Patrin  nahm  an,  daß  die  ab- 
wechselnde Lagerung  von  Kohle,  Schiefer  usw. 
durch  abwechselnde  Eruptionen  von  bituminösen 
und  erdigen  Materialien  aus  submarinen  Vulkanen 
hervorgegangen  sei.  Die  SintflutvorsteUung 
;  brachte  auoh  verschiedene  Autoren  zu  der  An- 
i  schauung,  daß  die  Kohle  aus  zusammenge- 
schwemmten Materiahen  bestehe  (Kidd,  Cony- 
|beare,  Sternberg,  und  die  Hypothese  wurde 
;  später  durch  Lyell  und  durch  französischeForscher 
wie  Fayol,  Grand 'Eury  bis  in  unsere  Tage  zu 
hohem  Ansehen  gebracht.  Dagegen  vertritt 
Petzholdt  in  seinen  halb  vergessenen  Arbeiten 
den  Standpunkt  der  Entstehung  an  Ort  und 
Stelle  (Autochthonie).  Wichtig  sind  besonders 
dann  die  Arbeiten  der  Autoren,  die  an  der  Kohle 
selbst  nachzuweisen  suchten,  daß  sie  aus  Pflanzen- 


1)  Für  das  Folgende  vgl.  besonders  Potonie, 
Entstehung  der  Steinkohle.  5.  Aufl.  1910;  ferner 
Stevenson,  Formation  of  coal  beds  I — IV.  1911 
bis  1913.  Ferner  die  ebenfalls  hinten  angeführten 
Abhandlungen  von   Gümbel,  Bertrand  u.  a. 


Kohlen 


815 


resten  bestände,  sich  wie  stark  zersetzter  Torf  j 
verhalte.  Schon  Link  hatte  1838  auf  An- 
regung L.  von  Buchs  diesen  Nachweis  ge-  [ 
führt;  eine  umfangreiche  Abhandhing  veröffent- 
lichte dann  1848  H.  R.  Göppert  als  Preisschrift  ' 
der  holländischen  Akademie,  die  auf  Anerken- 
nung der  Torftheorie  unter  Berücksichtigung  zahl- 
reicher Details  hinauskam  und  den  geschulten 
Paläobotaniker  verrät;  auch  Dawson  gelangte 
zu  ähnlichen  Schlüssen.  Von  Bedeutung  sind  j 
weiter  die  Arbeiten  einiger  Amerikaner,  wie 
Logan  und  besonders  Rogers,  später  von  Les-  j 
quereux,  von  denen  die  beiden  ersten  zuerst 
die  Bedeutung  der  Underclays  (Stigmarienböden) 
im  Liegenden  der  Flöze  erkannten.  Ueberaus 
wertvoll  sind  dann  später  die  Untersuchungen 
C.  Eg.  Bertrands,  der  die  Kohlen  in  Dünn- 
schliffen untersuchte  und  zuerst  das  Wasser 
und  die  Zusammensetzung  der  Kännel-  und 
Bogheadkohlengruppe  erkannte.  Von  unvergäng- 
lichem Werte  ist  die  Abhandlung  C.  v.  Gümbels 
(Textur  der  Mineralkohlen,  1881),  der  für  die  da- 
mals wie  früher  akuten  Probleme  in  der  Kohlen- 
entstehungsfrage: ob  an  Ort  und  Stelle  entstanden 
oder  angeschwemmt,  die  allgemein  akzeptierten 
Ausdrücke  autochthon  und  allochthon  einführte. 
Während  die  Franzosen, auf  Fayols  und  Grand' 
Eurys  Anschauungen  fußend,  mit  Vorliebe  der 
AUochthonie  huldigten,  neigte  sich  das  Zünglein 
der  Wage  immer  mehr  auf  die  Seite  der  Auto- 
chthonisten.  Immerhin  tauchen  noch  um  die  Mitte 
des  19.  Jahrhunderts  und  später  mancherlei 
sonderbare  Ansichten  auf,  wie  die  Tangtheorie 
des  Chemikers  Mohr,  die  nur  durch  die  Außer- 
achtlassung der  Resultate  anderer  Forscher 
„verständlich"  erscheint,  und  die  „Barrentheorie" 
von  Ochsenius,  der  diese  von  ihm  auf  die  Ent- 
stehung der  Salzlager  angewandte  Hypothese 
auch  auf  die  Kohlenlager  ausdehnte.  In  neuerer 
Zeit  hat  besonders  Potonie  die  Frage  gefördert 
und  im  allgemeinen  den  Streit  zugunsten  der 
Autochthonisten  entschieden.  Er  gab  zuletzt  in 
seiner  „Entstehung  der  Steinkohlen"  (5.  Aufl. 
1910)  eine  zusammenfassende  Darstellung  des 
Gegenstandes  und  eine  auf  eigenen  und  den  Re- 
sultaten früherer  Forscher  beruhende  Klassifi- 
kation der  Kohlen,  die  wir  im  folgenden  kennen 
lernen  werden.  Des  weiteren  hat  Stevenson 
(1911  bis  1913)  eine  umfassendere  Abhandlung 
über  den  Stoff  geschrieben;  dieser  Autor  hat  auch 
das  Becken  von  Commentry,  auf  das  Fayol 
seine  Anschauung  über  die  allochthone  Entstehung 
der  Kohlen  in  Deltas  gegründet  hatte,  neu  unter- 
sucht und  auch  für  dieses  ,, Modell  eines  allo- 
chthonen  Kohlenbeckens"  im  allgemeinen  auto- 
chthone  Entstehung  ausgesprochen. 

Nachdem  nunmehr  also  die  Erkenntnis  vor- 
liegt, daß  mindestens  die  überwiegende  Anzahl 
der  fossilen  Kohlenlager  autochthon  sind  und  ihre 
Analoga  in  unseren  Torfmooren  zu  suchen  sind, 
werden  wir  die  Betrachtung  in  diesem  Sinne  vor- 
nehmen und  zunächst  einiges  über  die  rezenten 
analogen  Bildimgen  sagen,  dann  zu  den  fossilen 
übergehen  und  die  Vergleichspunkte  mit  den 
jüngeren,  direkt  kontrollierbaren  Bildungen 
herausholen. 

4b)  Analoge  recente  und  subfossile 
Bildungen.  Die  weite  Ausdehnung  vieler 
Kohlenlager  oder  Kohlenflöze,  wie  man 
gewöhnlich    sagt,    ihre    konljordante    Ein- 


lagerung in  die  darüber  und  darunter 
liegenden  Schiefer-  und  Sandsteinschichten, 
ihre  oft  große  Strecken  hindurch  relativ 
gleichförmige  Mächtigkeit^)  erinnern  un- 
gezwungen an  unsere  Torflagerstätten  und 
Torfmoore.  Torfmoore  sind  Gelände,  auf 
denen  Torf  in  größeren  Mengen  angehäuft 
wird.  Der  Torf  entsteht  dadurch,  daß  bei 
Gegenw^art  von  Wasser  die  niederfallenden 
und  absterbenden  Reste  der  an  Ort  und 
Stelle  wachsenden  Vegetation  eine  größere 
Anhäufung  von  Humusstoffen  verursachen, 
die  wir  als  Torf  bezeichnen.  Die  Pflanzen- 
teile bleiben  zunächst  mit  der  Luft  in  Be- 
rührung und  würden  also  vollständig  oder 
großenteils  verschwinden,  wenn  nicht  neue 
darauf  fallende  Pflanzenreste  und  das  Wasser 
sie  vor  w^eiterer  Verwesung  schützten.  Sie 
werden  zu  einer  braunen  bis  schwarzen 
mehr  und  mehr  homogen  werdenden  Masse 
umgewandelt,  die  wir  als  Torf  bezeichnen, 
den  Prozeß  als  Vertorfungsprozeß.  Das 
Wesen  dieses  Prozesses  ward  klarer,  wenn 
man  andere  verwandte  Prozesse  daneben 
setzt,  die  wir  ebenfalls  zum  Verständnis 
des  Gesamtproblems  benötigen.  Potonie 
hat  diese  in  einer  Tabelle  übersichtlich 
zusa2nmengestellt  und  für  die  einzelnen 
Prozesse  und  deren  Endprodukte  Namen 
geschaffen  oder  angenommen,  die  von  der 
Mehrzahl  der  deutschen  Geologischen 
Landesanstalten  zum  allgemeinen  Gebrauch 
akzeptiert  sind  und  die  wir  daher  im  folgen- 
den in  dem  Po  tonieschen  Sinne  gebrauchen 
werden.  xVn  Hand  dieser  Tabelle  können 
wir  auch  die  uns  speziell  interessierenden 
Fälle  näher  besprechen. 

Tabelle  auf  Seite  816. 

a)  Sapropel  (Faulschlamm)  und 
Torf.  Nennenswerte  Mengen  von  Material 
entstehen  nur  durch  die  in  der  Tabelle  als 
Vertorfung  und  Fäulnis  bezeichneten  Pro- 
zesse. Der  Vertorfungsprozeß,  der  im  Grunde 
nichts  weiter  als  ein  Inkohlungsprozeß  ist, 
war  oben  schon  kurz  charakterisiert  worden.  2) 
Der  Fäulnisprozeß  unterscheidet  sich  von 
diesem  dadurch,  daß  die  Materialien  sofort 
ganz  oder  weitgehend  vom  Luftsauerstoff 
abgeschlossen  werden,  und  also  im  ganzen 
nur  einen  Selbstzersetzungsprozeß  durch- 
machen. Diese  Bedingungen  sind  für  die 
meist  mikroskopischen  Wasserorganismen  in 


1)  Störungen  der  Gleichförmigkeit  der  Mäch- 
tigkeit sind  besonders  in  Binnenbecken  häufiger; 
Flözvertaubimgen  (oft  durch  Auswaschungen), 
„RiegeP'bildungen,  Verdrückungen  sind  nicht 
selten;  öfter  beobachtet  man  eine  allmähhche 
Mächtigkeitsabnahme  bis  zum  Verschwinden  des 
Flözes  (Auskeilen)  usw. 

*)  Ueber  die  sogenannten  Steinkohlenbak- 
terien s.  S.  820. 


816 


Kohlen 


Bezeichnung 
der  Prozesse 


Verhalten 
des  0 


Verhalten 
des  H„0 


Es  handelt  sich 
kurz 


Entstehende 
Gesteine 


Vel•^^•esung 
findet  statt 


Prozesse, 
denen  beson- 
ders Land- 
und  Sumpf- 
pflanzen aus- 
gesetzt sind: 


Vermoderung 
findet  statt 


Vertorfung 
findet  statt 


Prozeß,  dem 

besonders  die 

echten 
Wasserorga- 
nismen aus- 
gesezt  sind: 


Fäulnis 

findet  statt 


bei  voller 

Gegenwart 

von  0 


bei  Gegen- 
wart von 
weniger  0 


und  Vor- 
handensein 
von  Feuch- 
tigkeit 


zunächst  bei 

Gegenwart, 

sodann  bei 

Abschluß 

von  0 


bei  Abschluß 
von  0 


und zunächst 
bei  Gegen- 
wart von 
Feuchtigkeit, 
sodann  in 
stagnieren- 
dem Wasser 


um  eine  voll- 
ständige Oxydation 


und  in 

stagnieren- 
dem Wasser 


wesentlich 
um  De- 
stilla- 
tionen: 
Reduk- 
tionen 


Es  bleiben  keine 

brennbaren  C-haltigen 

Produkte  zurück, 

unter  Umständen 

höchstens 
Liptobiolithe 


Feste  Ver- 
bindungen, 
die  C-reiche 

Kohlen- 
wasserstoffe 

ergeben 


Feste  Verbin- 
dungen, die  C- 
ärmere  (H-rei- 
chere)  Kohlen- 
wasserstoffe 
liefern 


stehenden  oder  fast  stehenden  Gewässern 
erfüllt,  die  alsbald  nach  dem  Absterben  zu 
Boden  sinken  und  gemengt  mit  Besten 
höherer  Wasserpflanzen  und  durch  den  Wind 
zugetragener  Pollen  und  Sporen  höherer 
Gewächse  einen  Schlamm  bilden,  der  später 
durch  Auflagerung  anderer  Massen  oder  durch 
Schwund  des  aufliegenden  Wassers  fester 
wird,  zunächst  zu  einer  gelatinös-elastischen 
Masse,  später  zu  einem  steinfesten,  außer- 
ordentlich zähen  Material.  Den  Schlamm 
nennt  man  im  Anschluß  an  den  Fäulnis- 
prozeß Faulschlamm  oder  Sapropel,  das 
zweite  Stadium  Faulgallert  oder  Saprokoll. 
Die  Natur  der  Sache  bringt  es  mit  sich, 
daß  Torf-  und  Faulschlammbildungen  oft 
in  gesetzmäßiger  Folge  an  derselben  Stelle 
auftreten,  wie  wir  gleich  sehen  werden, 
und  so  sind  beide  Bildungen  oft  nicht 
unterschieden  und  als  Torf  bezeichnet 
worden.  Es  bestehen  jedoch  zwischen  ihnen 
nach  Maßgabe  des  verschiedenen  Urmaterials 
und  der  Verschiedenheit  der  Prozesse  sehr 
bedeutende  Unterschiede,  die  ebensowohl  an 
den  jungen,  eben  besprochenen  rezenten 
oder  subfossilen  Bildungen  wie  an  den  viel 
älteren  fossilen  Analoga,  an  diesen  sogar 
noch  viel  mehr,  zum  Ausdruck  kommen. 
Wir  wollen  diese  Beziehungen  ein  wenig 
näher  betrachten. 

Im  frischen  Zustande  bei  schlammiger 
Beschaffenheit  unterscheiden  sich  torfige  und 
faulschlammige  (sapropelitische)  Bildungen 
oft  nicht  sehr  voneinander,  die  Unterschiede 
treten     aber     sofort     hervor,     wenn     man 


lufttrockenes  oder  halbwegs  lufttrockenes 
Material  herstellt.  Der  Faulschlamm  und 
solche  Bildungen,  die  davon  in  größeren 
Mengen  enthalten,  trocknen  zu  einer  dunklen, 
matten  und  außerordentlich  zähen  Masse 
zusammen,  die  sich  nur  sehr  schwer  zer- 
kleinern läßt.  Diese  Zähigkeit  rührt  her 
von  den  vielen  gallertigen  Bestandteilen 
der  Mikrofauna  und  Mikroflora,  die  nament- 
lich das  Plankton  des  Wassers  dem  Faul- 
schlamm liefert.  In  chemischer  Beziehung 
zeigt  sich,  daß  faulschlammartige  Gesteine 
und  Bildungen  (Sapropelite)  bedeutend  mehr 
schwere  und  überhaupt  mehr  Kohlenwasser- 
stoffe enthalten  als  Torfgebilde.  Der  Grund 
hierfür  liegt  in  dem  Oelgehalt  vieler  der 
kleinen  Wasserorganismen,  von  denen  die 
Oel  tropfen  der  Diatomeen  ein  Beispiel 
bilden. 

Ganz  anders  verhalten  sich  auch  in 
physikalischer  Hinsicht  torfige  Bildungen, 
die  also  aus  höheren  und  fast  ausnahmslos 
größeren  wasser-  und  feuchtigkeitliebenden 
Pflanzen  hervorgehen.  Der  Torf  in  der 
reifsten  Form  liefert  nicht  ein  mattes  Produkt 
bei  Lufttrocknung  und  auch  keine  derartig 
hornartig  zähe  Masse,  wie  das  Sapropel. 
Der  Torf  in  reifster:  Form  ist  in  der  Natur 
nicht  gerade  häufig;  in  Nestern,  Ritzen  und 
Lagen  innerhalb  der  Torflager,  als  Absatz 
aus  den  durch  die  Humuslösungen  schwarz 
gefärbten  Torf  wassern  (Schwarz  wässern) 
findet  sich  das  unter  dem  Namen  Dopplerit 
bekannte  glänzend  schwarze,  fast  stein- 
kohlenähnliche,  sehr    brüchige   und    spröde 


Kohlen 


817 


Mineral,  das  wir  als  eine  Art  End- 
produkt des  Vertorfungsprozesses,  als  Torf 
in  reifster  Form,  ansehen  können.  Man  kann 
eine  derartige  Substanz  auch  leicht  künstlich 
herstellen,  indem  man  Torf  mit  Alkalien 
auslaugt  und  die  entstehende  braune  Lösung 
von  Humusverbindungen  mit  Salzscäure  aus- 
fällt, den  Niederschlag  auf  einem  Filter 
sammelt  und  trocknet. 

Ein  sehr  handgreiflicher  weiterer  che- 
mischer Unterschied  zwischen  Sapropeliten 
und  Humusablagerungen,  zu  denen  ja  auch 
die  Torflager  gehören,  Wcäre  noch  zu  erwähnen 
Die  Faulschlamme  wirken  reduzierend,  Torf- 
(Humus-)bildungen  oxydierend  auf  die  darin 
befindlichen  Stoffe.  So  wird  z.  B.  ein  ver- 
rosteter Eisengegenstand  in  Faulschlamm 
lagernd  des  Rostes  beraubt  bezw.  ein  blank 
hineingebrachter  hält  sich  unverändert;  in 
Torflagern  werden  Eisengegenstände  zer- 
stört. Man  kann  daher  bei  Sapropelbildungen 
geradezu  von  einer  konservierenden  Kraft 
sprechen.  Diese  bringt  es  mit  sich,  daß 
selbst  recht  empfindliche  Organismen  und 
ebenso  auch  chemische  Verbindungen  .sich 
erstaunlich  lange  in  solchen  Gesteinen  kon- 
servieren. Noch  ungeheuer  lange  nach 
der  Ablagerung,  z.  B.  noch  in  dem  gallertigen 
Stadium  (Saprokoll),  kann  man  nicht  nur 
die  äußeren  Formen  vieler  der  aufgehäuften 
Mikroorganismen  erkennen,  sondern  sogar 
das  Chlorophyll  der  Pflanzen,    insbesondere 


Wasser  durch  die  ständige  Sauerstoffzufuhr 
eine  Verwesung  und  damit  ein  Verschwinden 
der  zur  Ablagerung  kommenden  organischen 
Stoffe  bewirkt,  so  ist  es  verständlich,  daß 
besonders  feine  ton  ige  Bestandteile  mit 
ihnen  gemischt  auftreten,  die  schon  in 
wenig  bewegten  Wassern  fortgeführt  werden. 
Selten  dagegen  findet  man  sandige  Faul- 
schlammal3lagerungen,  und  wenn  dies  vor- 
kommt, ist  der  Gehalt  an  organischer 
Substanz  meistens  sehr  gering. 

Naturgemäß  sind  in  der  Natur  nicht 
bloß  die  erwähnten  beiden  Extreme  Torf 
und  Sapropel  vorhanden,  sondern  diese 
sind  durch  alle  möghchen  Uebergänge  mit- 
einander verknüpft,  die  man  auch  leicht 
durch  entsprechende  Namengebung  bezeich- 
nen kann  (Torfsapropel,  Saprokolltorf  usw.). 
Dieses  ist  um  so  mehr  der  Fall,  als,  wie  schon 
oben  erwähnt,  beide  Gruppen  oft  an  Ort 
und  Stelle  nacheinander  entstehen  und  auf 
diese  Weise  an  ein  und  derselben  Stelle  oft 
die  erwähnten  Zwischenstufen  sich  sehr  gut 
zeigen.  Am  einfachsten  läßt  sich  das  an 
dem  Beispiele  der  Verlandung  eines  nicht 
zu  tiefen  Binnensees  erläutern,  wie  wir  sie 
z.  B.  in  Norddeutschland  zahllos  vorfinden, 
mit  allen  möglichen  Stadien  des  Verlandungs- 
prozesses.  Vielfach  liegen  diese  wannen- 
artigen Seen  in  einem  kalkhaltigen  Gelände, 
womit  ein  weiterer  Faktor  in  Rechnung 
kommt,    den  wir  hier  gleich  mit  benutzen 


Fig.  1.  Schema  der  Verlan- 
dung eines  Sees  von  zwei 
Seiten  her.  Die  z^  deuten 
die  Ausbrei  tungsrichtung 
der  betreffenden  Moortypen 
an.  Die  Zahlen  oben  bezeich- 
nen die  sukzessive  auftre- 
tenden Moortypen  (Moor- 
stadien). 1  Flachmoor  (als 
Alnetum),  2  Zwischenmoor 
(als  Betuletum,  dinn  als 
Pinetum),  3  Hochmoor  mit 
der  charakteristischen  Auf- 
wölbung und  vereinzelten 
Krüppelkiefern. 


vieler  Algen  hält  sich.  Diese  letztere  frap- 
pierende Erscheinung  veranlaßte  bei  dem 
bekannten  Ehrenberg  die  Auffassung,  daß 
die  Berlin  an  verschiedenen  Stellen  unter- 
lagernden diatomeenhaltigen  Schlamme  noch 
lebende  Kieselalgen  enthielten.  Ja  selbst 
in  tertiären  Bildungen  dieser  Art  hat  man 
noch  Spuren  des  Chlorophylls  nachweisen 
können.  Wir  sahen  eben  schon,  daß  diese 
in  Mischung  mit  Kalk  und  Humusbildungen 
auftreten;  so  ist  es  auch  natürlich,  daß  sie 
mit  anderen  Mineralien  gemengt  vorkommen. 
Da  die  Faulschlammbildungen  sich  nur  in 
mehr  oder  weniger  ruhigen  Gewässern  oder  | 
Gewässerteilen     bilden,    indem     bewegteres  ■ 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


können,  weil  wir  auf  diese  Weise  das  voll- 
ständige Verlandungsprofil  eines  Sees  er- 
halten. Die  Verlandung  (Fig.  1)  geht  in 
der  Weise  vor  sich,  daß  vom  Ufer  her  die 
Wasserpf  lan  zen  wie  Schilf  und  andei  e  Röhricht- 
gewächse, etwas  weiter  vom  Ufer  entfernt 
die  tiefer  wurzelnden  und  zum  Teil  schwim- 
menden Wasserpflanzen  in  den  See  vor- 
dringen und  schließlich  am  Ufer  bereits  mit 
der  Bildung  eines  Torflagers  beginnen. 
Gleichzeitig  geht  im  Wasser  und  zwar  über 
den  ganzen  See  hin  die  Absetzung  der 
Planktonleichen  und  anderer  Wasserorga- 
nismen vor  sich,  denen  sich  Teile  von  größeren 
Wasserpflanzen    und    von    außen    her    zu- 

62 


818 


Kohlen 


fliegender  Blütenstaub  beimengen.  Ver- 
möge des  Kalkgehaltes  vermag  sich  in  dem 
Wasser  eine  ausgedehnte  Vegetation  kalk- 
absonderndor  Pflanzen  auszubreiten  (Arm- 
leuchtergewächse, Ohara  u.  a.);  daneben 
sorgen  für  die  Kalkab.scheidung  ifast  sämt- 
liche übrigen  im  Wasser  schwimmenden 
Pflanzen,  indem  sie  einen  Teil  der  Kohlen- 
säure des  im  Wasser  gelösten  doppeltkohlen- 
sauren Kalkes  assimilieren,  wodurch  der 
schwer  lösliche  einfach  kohlensaure  Kalk 
ausfällt.^)  Es  entsteht  so  an  Stellen  mit 
reicher  Wasserflora  eine  Ai't  ständig  zu 
Boden  sinkendes  Kalkgeriesel,  das  sich  am 
Grunde  des  Wassers  nebst  den  organischen 
Stoffen  gemischt  absetzt.  Wir  erhalten 
also  am  Boden  einen  faulschlammhaltigen 
Kalk  (Kalksapropel  oder  umgekehrt).  Im 
Laufe  der  Zeit  wird  der  Kalkgehalt  des 
Wassers  geringer,  zumal  die  Zufuhr  frischen 
Kalkes  durch  die  Schlammschicht  am  Boden 
behindert  ist;  der  sich  ablagernde  Schlamm 
wird  immer  kalkärmer,  bis  er  schheßlich 
in  reines  Sapropel  übergeht.  Dieses  häuft 
sich  ständig  weiter  an,  bis  die  Wasser- 
pflanzen über  den  ganzen  See  hin  in  der 
Lage  sind,  ihre  Wurzeln  hineinzusenden, 
alsdann  tritt  die  Torfbildung  in  stärkerem 
Maße  hinzu,  zunächst  entsteht  ein  Gemisch 
von  Sapropel  und  Torf,  in  dem  der  Torf 
ständig  weiter  zu  überwiegen  beginnt,  bis 
schheßlich  das  ganze  Sapropelitlager  des 
Sees  von  einer  Torfschicht  bedeckt  ist,  wo- 
mit die  Verlandung  im  Prinzip  beendet  ist 
und  nur  noch  durch  weitere  Aufhöhung  des 
Torfes  fortschreitet. 

Bei  uns  hört  die  Torfbildung  in  diesem 
Stadium  nicht  sobald  auf,  vielmehr  be- 
ginnt sie  mit  diesem  Stadium  erst  eigentlich. 
Ihr  Endziel  ist  in  unseren  Klimaten  in 
jedem  Fall  die  tlochmoorbildung.  Im 
folgenden  werden  die  wichtigsten  Moor- 
typen charakterisiert  werden. 

/^J  Verschiedene  Moortypen.  Man  teilt  die 
jetzigen  Moore  ein  in  Flachmoore  und  Hochmoore, 
zwischen  denen  als  vermittelndes  Stadium  die 
Zwischenraoore  stehen.  Wir  können  diese  ver- 
sf'hiedenen  Typen  oder,  vielleicht  besser  gesagt, 
Stadien  leicht  erläutern,  wenn  wir  das  Beispiel 
der  Verlmdung  eines  Sees  fortsetzen.  Das  Stadium 
der  Torfbildung,  in  dem  wir  vorhin  einen  vor- 
läufigen Abschluß  des  Verlandungsprozesses  ge- 
micht  hitten,  entspricht  der  Flachmoorbiklung. 
Darunter  versteht  man  also  Moorbildung  inner- 
halb des  nahrungsreichen  Grundwnssernivenns. 
Der  Reichtum  an  Nährstoffen  bringt  es  hiit  sich, 
d'ß  anspruchsvolle  nahrungsbedürftige  große 
Pflmzen  ihr  Fortkommen  finden,  große  Sauer- 
imd  Süßgräßer,   größere  Bäume  und  Sträucher. 


^)  Dies  ist  die  gewöhnliche  Darstellung  des 
Vorgmges,  der  in  Wirkhchkeit  aUerdings  in 
anderer  Weise  verlaufen  soll,  worauf  es  aber 
für  uns  nicht  weiter  ankommt. 


I  Man  kann  bei  den  Flachmooren  die  beiden  Typen 
[  des  Wiesenmoors  und  des  Waldmoors  imterschei- 
den.  UnternormalenVerhältnissen, z.B.  in  unserem 
Beispiel  des  verlandenden  Binnensees  findet  fast 
immer  Bewaldung  statt,  und  man  spricht  in  sol- 
chem I^ahe  von  einem  Waldfl  tchmoor.  Der 
Hauptbaum  der  Flachmoore  ist  bei  uns  die  Erle 
(Alnus  glutinosa),  die  sowohl  in  sehr  nassen 
als  auch  in  trot'keneren  Flachmooren  die  herr- 
schende Vegetation  dirstellt.  Je  nach  der  Ver- 
nässung  des  Bodens  ist  die  Begleitflora  verschie- 
den. Potonie  unterscheidet  bei  den  Flach- 
mooren Sumpfflachmoore  /mit  starker  Nässung 
des  Bodens  (die  AFoore  sind  daher  schlecht  be- 
gehbar) und  Standflachmoore,  d.  h.  sol(  he,  bei 
denen  der  Torfboden  fester  und  trockener  ist. 
Zuweilen  geht  dis  trockenere  Flachmoor  aus  dem 
nassen  durch  die  konsec[uente  Torfaufhöhung 
hervor,  gelegentlich  wird  aber  dis  Sumpfflach- 
moorst;idium  unterdrückt  oder  tritt  sehr  stark 
in  den  Hintergrund. 

Die  Bewaldung  der  sich  bei  der  Verlandimg 
bildenden  und  in  den  See  vorrückenden  Torf- 
decke findet  statt,  sobsld  diese  durch  die  Ver- 
filzung der  Gräser  usw.  die  nötige  Tragfähigkeit 
erlangt  hat.  Dies  ist  zuweilen  schon  recht  bald 
der  Fall  imd  so  beginnt  die  Besiedelung  durch  die 
Erle  bereits  ziemlich  bald.  Neben  der  Erle  kom- 
men aber  speziell  in  den  Standflachmooren  noch 
eine  Reihe  anderer  Bäume  (daher  Mischwald- 
flachmoor), wenn  auch  nur  nebenher,  in  Frage, 
wie  einzelne  Fichten,  Taxus,  einzelne  Eschen, 
Rhamnus  frangula,  Sambucus  u.  a.  und  ferner 
die  Strauchbirke  (Betula  pubescens),  die  aber  mehr 
als  Vorläufer  des  nächsten  Stadiums  aufzuf;issen 
ist.  Von  der  krautigen  Flora  sind  Urtica  dioica, 
Humulus  lupulus  zu  erwähnen,  sowie  eine  ganze 
Anzahl  Farnkräuter.  (Osmundi  regi.lis,  Aspidium 
filix  mis,  Asplenum  filix  femina  usw.).  Das 
Fortschreiten  der  Torfbildung  erhöht  das  Boden- 
niveau dauernd,  und  dadurch  wird  der  Boden 
allmähhch  beträchthch  über  den  Stand  des 
Grundwasserniveaus     emporgehoben.  Dieser 

Umstmd  bringt  es  mit  sich,  dvß  allmählich 
eine  Verarmung  des  Bodens  an  Nährstoffen  ein- 
tritt wodurch  natürlich  auch  ein  Vegetitions- 
wechsel  verursacht  wird.  Außerdem  bemerkt 
man,  wie  leicht  verständlich,  daß  der  Torfboden 
auffällig  trocken  wird.  Er  trägt  zwar  immer  noch 
recht  hohe  Bäume,  unter  denen  jedoch  die  Erle 
sehr  bald  ins  Hintertreffen  gerät.  Sie  tritt  die 
Herrschift  an  die  Strauchbirke  (Betula  pubescens) 
ab,  neben  der  andere  Bäume  zunächst  kaum  eine 
Rolle  spielen.  Die  Unterflora  dieses  Stadiums, 
auch  diejenige  trockenerer  Flachmoore  zeigt  viel 
Verwandtes  mit  der  gewöhnlichen  Wildflora. 
Das  Birkenmoorstadium  gehört  bereits  dem 
Zwischenmoorstadium  an  und  hit  im  Verhältnis 
zu  der  Dauer  des  Flachmoor-  und  des  b::ld  fol- 
genden Hochmoorst'diums  nur  eine  relativ  kurze 
Lebensdauer.  Zu  der  Birke  gesellen  sifh  bald 
die  ersten  Kiefern  (Pinus  silvestris),  die  b;^ld  die 
Oberhand  gewinnen  und  ihrerseits  ziemlich  große 
Bäume  bilden.  IMit  dem  Kiefernstulium  treten 
aber  alsb  Id  (he  ersten  Zeichen  der  zukünftigen 
Hochmoorbildung  auf:  die  Torfmoose  (Sph'^g- 
nen).  Zunächst  bildet  noch  unter  den  hohen 
Kiefern  eine  Ericaceenveget-ition  die  wichtigste 
Unterflora.  Die  sich  allmählich  ausbreitenden 
Sphagnen  bringen  bald  eine  neue  Vernässung  des 
Bodens   mit   sich,   wuchern  besonders  stark  im 


Kohlen 


819 


Schatten  der  Kiefern  und  schneiden  den  Wurzeln 
die  Luft  ab,  so  dvß  es  bald  zu  Erstickungs- 
erscheinungen kommt,  die  sich  äußerlich  durch 
beginnende  Verkümmerung  und  Verkrüppelung 
der  Kiefern  zu  erkennen  geben.  Die  Moorkiefern, 
wie  überhaupt  mit  Vorhebe  die  ]\Ioorbäume,  haben 
wagerecht  nach  allen  Seiten  ausstrahlende  Wur- 
zeln, um  der  atmosphärischen  Luft  möghchst 
nahe  zu  bleiben,  zum  Teil  auch  wohl  aus  statischen 
Gründen.  Jedoch  hilft  ihnen  diese  EigentümHch- 
keit  nur,  solange  ihnen  die  Sphagnen  keine 
Schwierigkeiten  machen.  Sobald  vermöge  des 
steigenden  Nahnmgsmangels  des  Bodens  diese 
größere  Ausbreitung  gewinnen,  ist  das  Schicksal 
der  Kiefern  besiegelt.  Sieht  man  von  der  Seite 
her  auf  einen  sich  an  das  Hochmoor  anschließen- 
den Zwischenmoorkiefernwald,  so  bemerkt  man 
sehr  schön  das  allmähli(  he  Kleinerwerden  und 
Auseinanderrücken  der  Kiefern,  die  schheßlich 
auf  dem  eigentlichen  Hochmoore  ganz  ver- 
schwinden oder  nur  in  einzelnen  traurigen  In- 
dividuen ihr  Dasein  fristen  (s.  auch  hierzu  Fig.  1). 

Wie  schon  aus  dem  vorigen  zu  entnehmen, 
bilden  die  Sphagnen  die  Hauptvegetation  der 
Hochmoore,  wenigstens  im  Falle  genügender 
Luftfeuchtigkeit.  Ist  diese  wie  z.  B.  in  Nord- 
westdeutschland groß  und  das  Hima  nieder- 
schlagsreich, so  wachsen  die  Sphngnen  so  üppig, 
daß  sie  jegHche  nennenswerte  Strauch-  und  Baum- 
vegetation unterdrücken  und  selbst  die  Klein- 
sträucher,  namentlich  die  anspruchslosen  Erica- 
ceen  kümmern  zum  Teil  während  sie  am  Ende 
des  Ziwisihenmoorst:  diums  ihre  besten  Vegeta- 
tionsbedingungen fanden.  Die  Sphagnen  kann 
man  treffend  vermöge  ihrer  Organisation,  als  an 
der  Luft  lebende  Wasserpflanzen  bezeichnen.  Ihr 
ganzer  Körper  ist  für  das  Aufsaugen  des  atmo- 
sphärischen Wassers  eingerichtet,  und  die  leben- 
den Zellen  dieser  Moose  nehmen  nur  einen  kleinen 
Teil  des  Gesamtkörpers  ein.  Allmählich  wachsen 
die  Sphagnen  ganz  bedeutend  über  das  FTach- 
moorniveau  hinaus  und  bilden  eine  urglasförmige 
Erhebung,  die  dem  Hochmoor  den  N;  men  ein- 
getragen hat.  Manche  Hochmoore  hegen  im 
Zentrum  mehrere  Bieter  (bis  8  m)  höher  als  das 
randhch  umgebende  Flachmoor.  Dadurch  kommt 
es,  daß  vom  Zentrum  des  Hochmoors  oft  bach- 
artige Rinnsale  herunterfheßen,  an  deren  Ufern 
sich  vermöge  des  höheren  Nährstoffgehaltes, 
den  die  stärkere  Zersetzung  durch  das  fließende 
Wasser  mit  sich  bringt,  also  anspruchsvollere 
Gewächse,  namenth  h  kleine  Birken,  Ideinere 
Sauer-  und  Süßgräser  ansiedeln. 

Auch  bei  den  Hochmooren  unterscheidet 
Potonie  zwei  Typen,  einen  kontinentden  und 
einen  ozeanis  hen,  die  er  als  Landklima-  und 
Seeklimahochmoore      bezeichnet.  Bei      den 

ersteren  erreicht  vermöge  der  größeren  Luft- 
trockenheit das  Sphagnenwachstum  nicht  ent- 
fernt eine  solche  Ueppigkeit  wie  in  dem  zweiten 
Falle,  so  diß  noch  größere  Bäume  und  Strauch- 
werk auf  dem  Moore  zu  wachsen  in  der  L?ge  sind; 
der  zweite  Fall  entspricht  mehr  oder  weniger 
dem  vorne  geschilderten  Verhältnis.  Die  Land- 
khmahochmoore  tragen  daher  mehr  Zwischen- 
moorcharakter  oder  den  der  sogenannten  toten 
Hochmoore,  d.  h.  solcher,  bei  denen  durch 
künstliche  Entwässerung  das  Sphagnenwachstum 
inhibiert  oder  geschwächt  wurde  wonach  dann 
Kiefern  und  Bäume  mit  ähnlichen  Ansprüchen  vor- 
trefflich darauf  gedeihen. 


Natürlich  brauchen  in  der  Natur  die  einzelnen 
Etappen  dieses  Normalmoorprofils  nicht  jedes- 
mal erfüllt  werden.  Unter  Umständen  bleibt 
ein  großer  Teil  davon  weg.  Um  ein  Beispiel  zu 
nennen,  sei  an  die  Verhältnisse  erinnert,  wie  sie 
zum  Teil  die  so  moorreiche  Lüneburger  Heide 
bietet.  Hier  findet  man  auf  dem  meist  ziemhch 
sterilen  Sande  Heidekrautvegetation,  die  auf  die 
Dauer  eine  Humusschicht  von  ziemhcher  Nah- 
rungsarmut erzeugt;  die  Nährstoffe  werden  durch 
die  häufigen  Regenfälle  dort  leicht  in  den  sehr 
durchlässigen  Boden  entführt.  Andererseits  ist 
die  Humusdecke  (Rohhumus  oder  Trockentorf, 
weil  es  sich  gewissermaßen  um  auf  dem  Trocknen 
entstandenen  Torf  handelt)  schheßlich  ziemhch 
dicht  und  daher  weniger  wasserdurchlässig  und 
bietet  bei  derhervorragenden  Luftfeuchtigkeit  den 
Sphagnen  oft  ohne  weiteres  zusagende  Standorte. 
Haben  sie  aber  erst  einmal  festen  Fuß  gefaßt, 
so  breiten  sie  sich  auch  ständig  weiter  aus,  die 
ganze  Gegend  mit  einem  ständig  an  Höhe  und 
Ausdehnung zimehmenden  Ilochmoormantelüber- 
ziehend,  der  die  Heide  und  etwa  sich  auf  dem 
Wege  findende  Waldvegetation  unter  sich  er- 
stickt und  so  die  ganze  Gegend  schheßhch 
unter  einer  riesigen  Hochmoorfläche  begräbt. 

y)GeographischeVerbreitungder 
Moore.     In  den   Lehrbüchern  findet  man 
über    diesen    Pnnkt    die    anch    noch    von 
Früh    nnd     Schröter    in     ihrem    großen 
Werk  über  die  Schweizer  Moore  vertretene 
Ansicht  vorgetragen,  daß  die  Moore  auf  die 
gemäßigten  Zonen  beschränkt  seien,  in  den 
Tropen  abgesehen  von  Vorkommnissen  auf 
höheren    Gebirgen   aber  fehlen.      Im   allge- 
meinen ist  dem  auch  so.     In  den  Tropen 
ist  die  Geschwindigkeit  der  Zersetzung  der 
Pflanzenstoffe  trotz  der  kolossalen  Material- 
produktion, die  ja  wegen  des  rapiden  Wachs- 
tums der  Gewächse  um  ein  Vielfaches  größer 
j  ist  als    bei  uns,   dennoch  so  groß,  daß  im 
[  allgemeinen  nennenswerte  Humnslager  nicht 
I  zustande    kommen,    die    man    mit    unseren 
i  Torflagern    vergleichen    kann.       Wie    aber 
[neuere  Untersuchungen,  besonders  von  Po- 
!  tonie  und  Koorders,  gelehrt  haben,  fehlen 
i  auch  in   der  Ebene  in  den   Tropen   Moore 
'nicht   vollständig;   so    ist   in    Sumatra   ein 
j  großes     Waldmoor    nachgewiesen     worden, 
j  dessen  Torf  von  schlammiger  Beschaffenheit 
:  ist,  sich  aber  sonst  im  Prinzip  von  unseren 
'Flachmoortorfen    nicht   unterscheidet^. auch 
j  von   Wichmann  sind   Stellen  mit  Torf  in 
I  den    Tropen    mehrfach    angegeben    worden. 
I  Daß  Torfablagerungen  in  den  Tropen  aber 
t  nicht  entfernt  die  Rolle  spielen,  wie  in  ge- 
j  mäßigten    Klimaten,  scheint  nach  wie   vor 
wahrscheinlich,  obwohl  sicher  noch  manche 
I  tropischen  Torfmoore,  die  sich  im  allgemeinen 
i  durch  außerordentlich  schwierige  Zugänglich- 
keit und  Passierbarkeit  auszuzeichnen  schei- 
nen, der  Entdeckung  harren.  Die  Tropenmoor- 
frage hat  ein  spezielles  Interesse  für  die  Genese 
j  der  Kohlenlager,  insbesondere  wegen  der  Frage 
nach   dem   Klima   und    den   Vegetationsbe- 
dingungen der  Steinkohlenpflanzenwelt. 

52* 


820 


Kohlen 


Danach' hätten  wir,  soweit  die  Vor- 
kommnisse in  der  Ebene  in  Frage  kommen, 
auf  der  Süd-  und  Nordhalbkugel  je  einen 
großen  rings  um  die  Erde  herumgehenden 
Moorgürte], ^)  der  zugleich  die  gemäßigten 
Zonen  im  großen  und  ganzen  kennzeichnet. 
Auch  diese  beiden  Moorgürtel  spielen  eine 
Eolle  für  die  Frage  der  Verbreitung 
der  Kohlenlager,  wie  wir  nachher  sehen 
werden.  Was  die  Verbreitung  der  Torfmoore 
innerhalb  der  gemäßigten  Zonen  selbst  an- 
geht, so  sind  die  Landstriche  die  bevor- 
zugten, die  sich  durch  ein  ozeanisches  Klima 
auszeichnen  und  dadurch  den  Torfmoosen 
die  besten  Vegetationsbedingungen  bieten. 
Sphagnenmoore  sind  in  den  Tropen  über- 
haupt kaum  bekannt,  abgesehen  von  hohen 
Gebirgslagen. 

4c)  Kohlenlager  und  Vergleichs- 
punkte mit  den  Torfmooren,  a)  Pflan- 
zenreste in  der  Kohle.  Daß  die  Kohlen- 
lager wie  die  Torflager  aus  Pflanzenresten 
bestehen,  davon  kann  man  sich  auf  ver- 
schiedenen Wegen  leicht  überzeugen;  man 
gewinnt  dann  einen  durchaus  ähnlichen 
Eindruck,  wie  ihn  Torfsubstanz  jungen  Alters 
bietet,  indem  man  bemerkt,  daß  die  Stein- 
kohle zum  Teil  aus  einer  mehr  oder  weniger 
strukturlosen  Grundmasse  besteht,  hervor- 
gegangen aus  der  vollständigen  Zersetzung 2) 
(Humifizierung  und  Inkohlung)  der  an- 
gehäuften Pflanzenteile,  und  einer  großen 
Anzahl  darin  verteilter  Gewebereste,  die 
den  verschiedenen  Typen  der  Steinkohlen- 
flora angehören.  Besonders  leicht  erhalten 
sich  die  Holzkörper  der  Steinkohlenbäume, 
von  denen  Bruchteile  oft  in  Form  von 
,, Holzkohle"  der  eigentlichen  glänzenden 
Steinkohle  eingelagert  sind.  Diese  Holz- 
kohle ist  auch  unter  den  Namen  Faser- 
kohle, mineralische  Holzkohle,  Araucaiiten- 
kohle  bekannt.  Zum  Teil  dürfte  sie 
durch  Branderscheinungen  im  Steiiikohlen- 
wald  (Blitzschläge  oder  dergleichen)  ent- 
standen   sein;    bei    ihrer    außerordentlichen 


^)  Auf  der  Südhemisphäre  tritt  dieser  leider 
wenig  in  die  Erscheinung,  da  in  den  betreffenden 
Breiten  keine  Festlandmassen  liegen. 

-)  Die  Annahme  B.  Renaults,  daß  bei  dem 
Kohlungsprozeß  Bakterien  eine  Rolle  spielten, 
die  sogenannten  Kohlenbakterien,  ist  wohl  heute 
von  allen  Forschern  veriassen.  Die  von  Renault 
als  solche  gedeuteten  Gebilde  sind  nach  Bert rand 
wohl  ausnahmslos  körnelige  Substanzen  mit 
Scheinstruktur,  zum  Teil  vielleicht  anorganische 
Beimeno;ungen  der  Kohle.  Wie  die  Verhältnisse 
der  Torfbildung  lehren,  kann  nur  in  den  ersten 
Anfängen  des  Vertorfungsprozesses  von  solchen 
Agenzien  die  Rede  sein,  da  schon  in  geringer 
Tiefe  im  Torf  sich  keineriei  Bakterien  mehr 
finden;  schon  die  antiseptischen  Eigenschaften 
der  Hnmuswässer  gestatten  keine  Existenz  von 
Bakterien. 


chemischen  Widerstandsfähigkeit  hat  sie 
späterhin  keine  nennenswerten  Veränderungen 
bis  auf  mechanische  Zerquetschung  durch 
Gebirgsdriick  usw.  mehr  durchgemacht.  Diese 
Holzkohle  zeigt  unter  der  Lupe,  noch  besser 
unter  dem  Mikroskop,  meist  ohne  weiteres 
noch  Struktureinzelheiten  der  Zellen  und 
gestattet  zuweilen  noch  nähere  iVngaben 
über  die  Herkunft  von  gewissen  Gewächsen 
(Calamiten,  Cordaiten  usw.).  An  der  Holz- 
kohle hatte  schon  1838  der  Beiliner  Bota.iiker 
Link  auf  Anregung  Leopolds  von  Buch 
die  Zusammensetzung  der  Steinkohle  aus 
höheren  Pflanzen  res  ten  nach  Art  des  Torfes 
behauptet,  ohne  daß  seine  Mitteilungen  vieler- 
seits   genügend  gewürdigt  wurden    (Fig.  2). 


Fig.  2.  Struktur- 
zeigende Pflanzen- 
reste aus  der  Stein- 
kohle. Aus  Poto- 
nie.  Nach  Link 
1838. 


Schwieriger  ist  es,  sich  von  dem  gleichen 
Verhältnis  bei  der  Glanzkohle  selbst  zu  über- 
zeugen, da  deren  Homogenität  und  Un- 
durchsichtigkeit  hindernd  im  Wege  steht. 
Man  kann  der  Kohle  durch  Dünnschliffe 
beikommen,  jedoch  ist  die  Herstellung  solcher 
aus  der  oft  bröckeligen  Glanzkohle  sehr 
schwierig,  und  man  nimmt  daher  am  besten 
zui'  Mazeration  seine  Zuflucht,  die  man  sehr 
passend  mit  der  Herstellung  von  Dünn- 
schliffen kombinieren  kann,  indem  man  die 
Kohlendünnschliffe  ihrerseits  mazerierender 
Behandlung  unterwirft.  Gewöhnlich  benutzt 
man  zu  dem  Zwecke  das  sogenannte  Seh  ulze- 
sche  Reagens  (HNOo+KClO.),  das  bleichend, 
oxydierend  und  auflockernd  wirkt.  Die 
Kohle  erhält  durch  die  Wiederzuführung 
des  Sauerstoffs  gewissermaßen  ihre  ehe- 
malige Torfnatur  zurück,  und  es  läßt  sich 
daher  aus  ihr  wie  aus  Torf  durch  Alkalien 
Humuslösung  ausziehen,  wobei  die  wider- 
standsfähigsten Gewebeteile  zurückbleiben. 
Bei  der  Glanzkohle  ist  aber  die  Inkohlung 
fast  durch  die  ganze  Masse  soweit  fort- 
geschritten, daß  bei  der  Alkalibehandlung 
(Ammoniak)  fast  alle  Gewebeteile  ver- 
schwinden. Gümbel,  dem  wir  eine  der 
wertvollsten  in  dieser  Richtung  ausgeführten 
Arbeiten  verdanken  (s.  Literaturverzeichnis), 
nahm  statt  des  Ammoniaks  absoluten  Alkohol 
und  konservierte  auf  diese  Weise  auch 
empfindlichere  Gewebeteile.  Oft.  kann  man 
auch  schon  ohne  Alkali  und  Ammoniak behand- 
lung  z.  B.  an  (mazerierten)  Dünnschliffen  das 
Nötige  beobachten.  Am  widerstandsfähigsten 


KohJen 


821 


zeigen  sich  im  allgemeinen  Sporen  und 
Pollen. 

Auch  makroskopisch  kann  man  gelegent- 
Hch  noch  in  der  bloßen  Steinkohle  Abdrücke 
von  Steinkohlenpt'lanzen  von  allerdings  meist 
schlechter  Erhaltnng  beobachten,  namenthch 
von  Rindenabdrücken  von  Lepidodendren, 
Sigillarien,  Calamiten,  Stigmarien  usw.,  die 
ihrerseits  ebenfalls  auf  die  Zusammensetzung 
der  Kohle  aus  Pflanzenteilen  hinweisen. 
Dasselbe  deuten  schließlich  auch  die  zahl- 
losen im  j^ebengestein  der  Kohlenlager 
(Hangenden  und  Liegenden)  sich  findenden 
Pflanzenabdrücke  an,  die  man  ja  von 
jeher  mit  den  Kohlenlagern  selbst  mit  Recht 
in  Verbindung  brachte. 

ß)  Autochthonie  und  Allochthonie. 
Eine  weitere  schon  äußerlich  außerordentlich 
in  die  Augen  fallende  Analogie  mit  den  Torf- 
lagern zeigen  die  Kohlenlager  durch  ihre 
allgemeine,  außerordentlich  weite  gleich- 
mäßige Erstreckung,  die  sich  oft  über  viele 
Quadratmeilen  verfolgen  läßt ;  in  dem  gleichen 
Sinne  versteht  sich  die  ebenfalls  oft  außer- 
ordentliche gleichmäßige  Mächtigkeit  der 
Kohlenlager.  Diese  äußerlichen  Vergleichs- 
punkte waren  es  zum  großen  Teil,  die  schon 
Bero klingen  und  de  Luc  im  18.  Jahr- 
hundert auf  die  richtige  Fährte  bezüglich 
der     Kohlenentstehung     brachten.  Eng 

verknüpft  mit  diesen  beiden  Erscheinungen 
ist  die  Frage  nach  der  xVutochthonie  und 
Allochthonie  der  Kohlenlager,  d.  h.  nach 
der  Frage,  ob  die  Kohlenlager  an  Ort  und 
Stelle  entstanden  sind  oder  nicht,  also  ob 
sie  aus  zusammengeschwemmten  und  trans- 
portierten Pflanzenresten  entstanden  sind, 
von  der  wir  schon  S.  815  knrz  gesprochen 
haben.  Die  genannten  beiden,  heute  den 
Geologen  sehr  geläufigen  Bezeichnungen 
rühren  von  Gümbel  her,  der  sich  seinerzeit 
im  allgemeinen  für  autochthone  Entstehung 
der  Kohlenlager  aussprach.  Bei  der  Wich- 
tigkeit und  der  noch  in  der  zweiten  Hälfte 
des  vorigen  Jahrhunderts  heftigen  Um- 
strittenheit dieser  Frage  müssen  wir  etwas 
dabei  verweilen.  Auße^  der  bereits  oben 
genannten,  oft  sehr  gleichförmigen  Er- 
streckung wurden  für  die  Autochthonie 
noch  eine  Anzahl  anderer  Umstände  an- 
geführt. Zunächst  seien  erwähnt  die  sich 
gelegentlich  im  Steinkohlengebirge  findenden 
aufrechtstehenden  und  sogar  zum  Teil  noch 
mit  Wurzeln  behafteten  Stämme,  die  z.  B. 
aus  dem  Karbon  von  Mittelfrankreich  von 
Grand'Eury  in  großer  Zahl  bekannt  gemacht 
wurden,  aber  sich  hier  und  da  auch  in  allen 
anderen  Steinkohlenbecken  finden.  Von 
den  AUochthonisten  wurde  diesem  Um- 
stände geringerer  Wert  beigemessen,  indem 
sie  diese  aufrechtstehenden  Stämme  mit 
den  z.  B.  von  Lyell  beschriebenen  ,, Lanzen" 
der   die    Urwälder   durchströmenden   Flüsse 


verglichen,  zum  Beispiel  des  Mississippi. 
Die  von  diesen  Flüssen  mitgenommenen 
Baumstämme  schwimmen  sehr  oft  nicht 
wagerecht  im  Fluß,  sondern  stehen  schräg 
aufrecht,  oft  infolge  der  Beschwerung  der 
Wurzeln  mit  Steinen  usw. ;  sie  bilden  zugleich 
eine  schlimme  Gefahr  für  die  Schiffahrt.  Die 
AUochthonisten  deuten  diese  Stämme  also 
in  ihrem  Sinne.  Daß  jedoch  eine  derartige 
Annahme  auch  für  die  aus  Frankreich  be- 
schriebenen Fälle  etwas  außerordentlich 
Gezwungenes  an  sich  hat,  lehrt  der  Vergleich 
solcher  Vorkommnisse  mit  dem  normalen 
Liegenden  vieler  Steinkohlenflöze.  Be- 
sonders in  paralischen  Steinkohlenbecken 
beobachtet  man  im  Liegenden  fast  jedes 
Steinkohlenflözes  den  sogenanntenUnderclay, 
von  dem  schon  vorn  S.  815  kurz  die  Rede 
war.  Im  Gegensatz  zum  Hangenden  der 
Flöze,  das  sich  bei  schiefriger  Beschaffenheit 
als  leicht  und  normal  spaltender  Tonschiefer 
zeigt,  bemerkt  man,  daß  das  Liegende  oft 
nicht  nach  der  Schichtfläche  spaltet,  sondern 
unregelmäßig  klüftet.  Der  Grund  hierfür  liegt 
in  zahllosen  glänzenden  kohligen  schmalen 
Bändern,  die  das  Liegende  kreuz  und  quer  in 
großer  Menge  durchziehen.  Bei  näherer  Unter- 
suchung zeigt  sich,  daß  diese  Bänder  die 
wurzelartigen  Anhänge  der  Stigmarien,  der 
Wurzelstöcke  der  großen  karbonischen  Le- 
pidophyten,  darstellen.  Sehr  häufig  findet 
man  noch  die  Stigmarien  selbst  im  Liegenden 
und  beobachtet  dann,  daß  von  diesen  die 
genannten  Bänder  ausgehen.  Ist  schon 
der  allgemeine  Eindruck  derartig,  als  ob 
diese  Wurzeln  noch  so  im  Gestein  stecken, 
wie  sie  ehemals  darin  gewachsen  sind,  so 
führen  weitere  Ueberlegungen  ebenfalls  zu 
demselben  Resultat.  Es  können  natürlich 
manchmal  auch  andere  Wurzeln  in  Frage 
kommen.  Wir  wissen  aus  der  Anatomie 
der  Stigmarienanhängsel,  daß  diese  außer- 
ordentlich hinfällige .  und  leicht  abreißende 
Gebilde  gewesen  sein  müssen.  Aus  diesem 
Grunde  erscheint  die  Annahme,  daß  etwa 
die  Stigmarien  nebst  ihren  Anhängseln 
mit  dem  Ton  sedimentiert  worden  seien, 
ausgeschlossen.  In  dem  Falle,  wo  wir  weiter 
transportierte  Steinkohlenpflanzenreste  fin- 
den, zeigen  sich  die  Stigmarien  stets  ohne 
die  Anhängsel,  also  bloß  als  die  bekannten 
benarbten  Wurzelstöcke  (s.  Bd.  VII,  S.  433). 
Der  Stigmarienboden  oder  Wurzelboden,  wie 
wir  ihn  allgemeiner  bezeichnen  können,  ist 
also  entschieden  als  autochthon  anzu- 
sprechen. 

Die  Bedeutung  des  Stigmarien bodens 
wurde  zuerst  von  einigen  Amerikanern, 
wie  schon  S.  815  erwähnt,  erkannt,  von 
Rogers  und  Logan,  Analoge  Erscheinungen 
finden  sich  im  Liegenden  jüngerer  Kohlen- 
flöze mit  Regelmäßigkeit  verbreitet.  Natür- 
lich sind  es  in  den  jüngeren  Formationen 


822 


Kohlen 


die  Wurzeln  anderer  Gewächse,  die  die  unter  Braunkohlenflözen  des  Tertiärs  hat 
"Wurzelböden  unter  den  Flözen  liefern,  man  Wurzelböden  nachgewiesen,  die  den- 
Unter  Steinkohlenflözen  des  Jura  und  auch  jenigen  im  Liegenden  unserer  jungen  Torf- 
lager sehr  ähnlich 
sehen,  in  denen  sie 
meist  von  Schilf  und 
Röhrichtgewächsen 
gebildet  werden.  Da 
wir  wissen,  daß  im 
Falle  des  Vorhanden- 
seins eines  solchen 
Wurzelbodens  das 
Torflager  entschie- 
den autochthoner 
Entstehung  ist,  so 
erscheint  der  Ana- 
logieschluß in  bezng 
auf  die  älteren 
Kohlenlager  von 
selbst  gegeben. 

Da  man  in  den 
Steinkohlenflözen 
se]bst,bei  der  großen 
Homogenität  der 
Kohle,  Einzelheiten 
nicht    mehr    wahr- 

Fig.   3.     Autochthone  Baumstümpfe  mit  Stigmarien  aus  einem  Stein-      neJimen     kann,     so 

hohlenwaldmoor    im  Victoria   Park    in   Glasgow.     Die    Stelle   wird    als      entzieht    sich    auch 

Natm-denkmal  erhalten.    Nach  Seward.  das     etwaige     Vor- 


D 


K 


Fig.   4.       iM«i,,,lx,,iiieiii<i.ilH'   (Tagtbaii)   Ijt^i    Gi.Uäschun  (2siedt'rlausiLzj.     D  Deckschichten  (Sand, 
Ton).     K  Kohle.     B  Sohle  mit  den  Stümpfen.    Nach  Potonie. 


Kohlen 


823 


handengewesensein  aufrechter  Stämme  in 
der  Kohle  der  Beurteiluns;.  Daß  solche 
aber  im  Nebengestein  der  Kohle  nicht  selten 
vorkommen,  wurde  schon  oben  gesagt. 
Eins  der  bekanntesten  Beispiele,  bei  dem 
man  noch  einen  Begriff  von  dem  ganzen 
Steinkolhenwald  selbst  bekommt,  sind  die 
in  Glasgow  erhaltenen  Stümpfe  des  Stein- 
kohlenwaldes  (Fig.  3).  In  den  Braun- 
kohlenflözen des  Tertiärs,  bei  denen  die 
Braunkohle  noch  zum  Teil  erdige  Be- 
schaffenheit besitzt,  wie  in  Norddeutsch- 
land,  sieht  man  vermöge  der  größeren 
chemischen  Widerstandsfähigkeit  des  Co- 
niferenholzes  Stämme  sehr  oft  erhalten 
und  kennt  auch  autochthone  Waldmoor- 
böden mit  aufrechtstehenden  Stämmen,  von 
denen  die  bekanntesten  die  oft  abgebildeten 
Braunkohlenstämme  von  Senftenberg  in  der 
Niederlausitz  sind  (Fig.  4).  Auch  hierfür 
bieten  sich  in  den  Torflagern  durchaus 
analoge  Erscheinungen,  indem,  wie  das 
bei  der  Art  des  S.  817  geschilderten  Moor- 
profils leicht  begreiflich  ist,  die  in  dem 
Moor  untergegangenen  ehemaligen  Wälder 
ebenfalls  aufrechte  Stümpfe  hinterlassen 
haben.  Es  scheint  jedoch,  als  ob  aufrechte 
Stämme  in  Braunkohlenflözen  keine  so 
allgemeine  Erscheinungen  sind,  wie  man 
vielleicht  annehmen  möchte.  Statt  der 
aufrechten  Stämme  beobachtet  man  oft  die 
obengenannten  AVurzelböden,  aber  auch  diese 
nicht  immer,  zumal  da  ein  Teil  unserer 
Braunkohlen  nachträglich,  zum  Teil  sogar 
noch  während  des  Diluviums  einen  Trans- 
port erlitten  hat,  also  zum  Teil  allochthon 
ist.  Mit  dieser  Frage  hat  sich  ebenfalls 
Potonie  näher  beschäftigt  und  versucht, 
gewisse  Leitlinien  für  die  Erkennung  auto- 
chthoner  Braunkohlenablagerungen  zu  ge- 
winnen. 

y)  Geographisches  Vorkommen. 
Schon  oben  bei  der  Besprechung  der  Ver- 
breitung von  Mooren  w\ir  darauf  hinge- 
wiesen worden,  daß  diese  in  einem  gewissen 
Einklang  mit  dem  geographischen  Vor- 
kommen der  Steinkohlenlager  steht.  In  der 
Tat,  betrachtet  man  die  Gebiete  der  Haupt- 
vorkommnisse von  Kohlen,  so  bekommt 
man  wenigstens  für  die  nördliche  Hemisphäre 
eine  der  Moorverbreitung  recht  ähnliche 
Konzentration  der  Kohlenlager.  Als  wich- 
tigste Kohlengebiete  seien  genannt  die 
englischen  Kohlenbecken,  an  die  sich  die 
nordfranzösischen,  belgischen,  rheinischen 
eng  zusammenhängenden  Vorkommnisse  an- 
schließen; nach  Osten  folgt  dann  das  schle- 
sische  Kohlengebiet  (kleinere  Vorkommnisse 
wie  das  Zwickauer  und  mittelböhmische 
Gebiet  seien  hier  fortgelassen).  In  Rußland 
finden  wir  dann  die  Vorkomnuiisse  am 
Don  und  einige  kleinere.  Unendlich  reich 
an  Steinkohlen  ist  Sibirien  und  China  und 


ungefähr  unter  denselben  Breiten  befinden 
sich  die  immensen  Kohlenschätze  der  Ver- 
einigten Staaten  von  Nordamerika.  In 
den  dem  Aequator  nahen  Gebieten  ist  der 
Kohlenreichtum  entschieden  gering  und 
verschwindend  gegen  die  Kohlenschätze  der 
genannten  Gebiete.  Es  erinnert  dies  Ver- 
hältnis an  das  heutige  der  Häufigkeit  der 
Moore  in  den  gemäßigten  und  tropischen 
Breiten.  Aus  der  Steinkohlenformation 
sind  in  den  Tropen  überhaupt  nur  sehr 
wenig  Kohlenlager  bekannt,  von  denen  die 
bedeutendsten  die  der  Gondwanaländer  (Ost- 
indien usw.)  sind.  Aus  dem  Jura  nennen 
wir  als  kohlenführend  in  den  Tropen  be- 
sonders die  Kohlenfelder  von  Tonkin  in 
Ostasien  und  als  tertiäre  Kohlen  in  den 
Tropen  seien  die  Kohlenfelder  von  Borneo 
genannt.  Im  allgemeinen  folgen  auch  die 
Braunkohlenflöze  dem  Schema  der  Ver- 
breitung der  ehemaligen  Steinkohlenmoore, 
und  diese  Beziehungen  sind  zu  auffällig, 
um  übersehen  werden  zu  können.  Wir 
werden  auf  diese  Verhältnisse  gleich  noch 
bei  der  Besprechung  der  ökologischen  Ver- 
hältnisse der  Steinkohlenflora  zurück- 
kommen. 

ö)  Vegetationsverhältnisse  der 
Steinkohlenpflanzen.  Die  Frage  nach 
dem  Klima  und  überhaupt  den  Bedingungen, 
die  die  Steinkohlenzeit  der  Pflanzenwelt  bot, 
ist  eine  oft  umstrittene,  die  auch  jetzt  noch 
nicht  zur  Ruhe  gekommen  ist.  Die  Menge 
der  Steinkohlenflöze,  die  in  manchen  Becken 
zu  Hunderten  übereinander  folgen,  durch 
mehr  oder  weniger  mächtige  Gesteins- 
zwischenlager getrennt,  die  Mächtigkeit  der 
einzelnen  Kohlenlager  selbst  erregte  früh 
das  Staunen  der  Forscher  über  die  Massen- 
haftigkeit  und  Ueppigkeit  der  Vegetation, 
die  derartige  Kohlenmassen  hat  hinterlassen 
können.  Dies  um  so  mehr,  als  man  sah, 
daß  mit  dem  Kohlungsprozeß  eine  ge- 
waltige Schrumpfung  verbanden  gewesen 
sein  müsse.  Im  Angesicht  dieser  Tatsache 
gewinnen  Flözmächtigkeiten  von  drei,  vier, 
sogar  zwölf  Metern,  wie  in  Oberschlesien, 
um  so  mehr  an  Bewunderungswürdigkeit.  Die 
Uebereinanderfolge  so  vieler  Steinkohlen- 
flöze erklärt  man  sich  durch  die  Annahme, 
daß  die  Steinkohlengebiete  große  Senkungs- 
gebiete darstellten,  die  die  abgelagerten 
Stein-  und  Kohlenmassen  ständig  in  die 
Tiefe  absinken  ließen  und  an  der  Oberfläche 
neue  Möghchkeiten  zur  Flözbildung  schufen, 
so  daß  in  manchen  Becken  über  5000  Meter 
mächtige  Ablagerungen  der  Steinkohlen- 
formation vorkommen.  Für  diese  Annahme 
der  Bodenbewegung  hat  man  aber  auch 
besonderen  Grund.  Es  ist  eine  ebenso 
merkwürdige  wie  unbestreitbare  Tatsache, 
daß  die  Zeiten  der  größten  Kohlenbildung 
mit  den  Zeiten  starker  Bewegungsvorgänge 


824 


Kohlen 


:\ 


.1 


in  der  Erdrinde  zusammenfallen.  Zur  Zeit 
des  Karbons  l'and  die  Aufrichtung  mehrerer 
großer  heute  nur  noch  in  Ueberresten  vor- 
handener Gebirgszüge  statt,  die  Mittel- 
europa durch  Deutschland  über  das  fran- 
zösische Zentralphiteau  und  den  Norden 
Frankreichs  bis  nach  Irhmd  durchzogen 
(variscisches  und  armorikanisches  Gebirge 
von  Sueß),  und  zur  Braunkohlenzeit  begann 
N^  (  oder  fand  die  Aufrichtung  der  heute  noch 
I  bedeutendsten  Gebirge  der  Erde  statt  wie 
der  Anden  in  Amerika,  der  Alpen  in  Europa, 
der  Himalaya-Ketten  in  Asien  usw. 

Vergleichen  wir  die  Lage  unserer  be- 
deutendsten mitteleuropäischen  Steinkohlen- 
lager mit  der  Erstreckung  dieser  Gebirge, 
so  erkennt  man  (Fig.  5),  daß  ein  Teil  davon 


Fig.  5.  Skizze  der  Lage  der  bedeutenderen  euro- 
päischen Steinkohlenbecken,  a  und  v  angenom- 
mene Grenze  des  armorikanischen  (a)  luid  varisci- 
schen  Gebirges  (v).  Schraffiert:  Binnen-(lim- 
nische)  Becken,  S  =  Saarbecken,  Z  =  Zwickauer 
Becken,  N  =Niederschlesisch-böhmisches  Becken, 
Bö  =  Böhmische  Binnenbecken,  C  =  Gebiet 
der  Becken  des  Französischen  Zentralplateaus, 
H  =  Becken  von  Eregli  (Heraclee).  —  Schwarz: 
Paralische  Becken,  E  —  Englische  Becken, 
FEAR  =  Nordfranzösisch  -  belgisch  -  aachener- 
Ruhrbecken,  0  =  Oberschlesisches  Becken, 
D  =  Donetzbecken. 


au  der  Nordabdachung  der  genannten  alt- 
karbonischen  Gebirge  lag,  wie  z.  B.  das 
oberschlesische,  die  rheinisch  -  belgisch- 
französischen und  die  englischen  Vorkomm- 
nisse. Die  genannten  Becken  haben  nun 
weiterhin  die  gemeinsame  Eigentümlichkeit, 
daß  als  Einlagerungen  in  den  ja  im  all- 
gemeinen terrestrischen  Ablagerungen  der 
Steinkohlenformation  dieser  Gebiete  Ein- 
schaltungen mit  marinen  Versteinerungen 
vorkommen,  die  zum  Teil  sich  in  demselben 
Horizont  über  ganz  bedeutende  Strecken 
verfolgen  lassen  und  dann  sehr  wichtige 
Leithorizonte  abgeben.  Diese  Einlagerungen 
sind  ein  Zeichen  dafür,  daß  das  offenbar 
nicht  in  großer  Entfernung  von  den  Stellen 
der  Steinkohlenablagerungen  sich  befindende 
Meer   infolge   der   dauernden    Landsenkung 


zeitAveise  die  Gebiete  überfluten  konnte  und 
die   Meeresorganismen   mit  zur   x\blagerung 
brachte.      Man  faßt  derartige   Steinkohlen- 
becken   unter   dem    Namen    paralische    zu- 
sammen    (von    TtccQcc    an     und     a/.^    Meer). 
Im    Gegensatz    zu    diesen    stehen    die    als 
limnische   oder   ßinnenbecken    bezeichneten 
Vorkommnisse,  die  sich  durch  den  Mangel 
jeglicher  mariner  Schichten  auszeichnen  und 
also  reine   Süßwasserbildungen  sind.      Ver- 
gleicht man  die  Lage  der  wichtigsten  euro- 
päischen Binnenbecken  mit  den  genannten 
alten    Gebirgszügen,  so   bemerkt  man,  daß 
I  sie   Ablagerungen   innerhalb  der  genannten 
!  Gebirge  darstellen,  daher  Binnen becken  ge- 
'  nannt.     Sie  lagen  weiter  innerhalb  des  kar- 
!  bonischen    Festlandes,    von    den     Küsten- 
mooren   oft    durch    Gebirgszüge    getrennt, 
und   erreichen   niemals   die   Bedeutung   der 
!  paralischen  Becken.  Die  wichtigsten  mitteleu- 
ropäischen Binnen  becken  sind  die  zahlreichen 
kleineren  oder  größeren  Steinkohlenlager  des 
französischen     Zentralplateaus,     das     Saar- 
becken, das  Zwickauer,  das  niederschlesisch- 
böhmische  Becken  und  die  mittelböhmischen 
Becken  der  Gegend  von  Pilsen,  Kladno  usw. 
Die    küstennahe    Lage    der    ehemaligen 
Steinkohlenmoore  paralischen  Charakters  gibt 
uns  einen  Fingerzeig  für  die  Beschaffenheit 
der  meteorologischen  Verhältnisse  dieser  Ge- 
biete, wobei  besonders  zu  berücksichtigen  ist, 
i  daß  im  Rücken  der  Steinkohlenebenen  die  va- 
;  riscisch-armorikanischen  Gebirgszüge  empor- 
!  ragten.    Die  feuchte,  vom  Ozean  kommende 
Luft  lud  wohl  einen  großen  Teil  ihrer  Feuch- 
tigkeit   an    den  Gebirgshängeu   ab,    so  daß 
wir    diese     Steinkohlengebiete     als     außer- 
;  ordentlich    niederschlagsreiche    Gebiete    be- 
!  trachten  können. 

I       Weitere    wichtige    Fingerzeige    für    ihre 
i  Wachstumsbedingungen  geben  die  Pflanzen 
der  Steinkohlenzeit  selbst.     Im  allgemeinen 
sind  es  zartblätterige  Farne  und  farnartige 
Gewächse,  die  keine  Spur  von  Anpassungen 
i  an    nennenswerte    Lufttrockenheit    zeigen. 
Auch  die  sonstigen  karbonischen  Gewächse 
i  machen    den    Eindruck    einer    im   feuchten 
!  Klima  emporgewachsenen  Vegetation.  Manche 
i  haben    hierbei    an    ähnliche    Wachstumsbe- 
I  dingungen   gedacht,   wie   sie   die   Mangrove 
!  der  Tropen  bietet,  und  haben  sogar  in  ge- 
I  wissen    Charakteren    mancher    Steinkohlen- 
I  pflanzen    eine    Art    Xerophytismus    sehen 
I  wollen,    den    sie    auf    den    Salzgehalt    des 
i  brackischen   oder  salzigen   Meerw-assers   zu- 
I  rückführten  (Kubart),  ob  jedoch  ein  solcher 
Vergleich    der    Richtigkeit    entspricht,    er- 
;  scheint  sehr  fraglich,  schon  da  bei  den  Stein- 
kohlenpflanzen  die  charakteristischen    Stel- 
zenwurzeln und  Atemwurzeln  der  Mangrove- 
pflanzen  unbekannt  sind.    Die  von  Potonie 
mit  solchen  Atemwurzeln  verglichenen   Ge- 
bilde sind  bei  ihrer  Seltenheit  und  mangel- 


Kohlen 


825 


haften  Erhaltung  wohl  kaum  zu  derartigen 
Vergleichen  benutzbar. 

Daß  wir  in  den  Steinkohlenbäumen  auf 
feuchtem  nassen  Gelände  wachsende  Pflanzen 
vor  uns  haben,  läßt  sich  auch  aus  ver- 
schiedenen Charakteren  der  Steinkohlen- 
pflanzen selbst  ableiten.  Die  horizontalen 
weitausladenden  Wurzelstöcke  der  Stig- 
marien erinnern  schon  äußerlich  an  die 
analogen  Horizontalwurzeln  unserer  Moor- 
bäume, von  denen  schon  oben  die  Rede 
war.  Aber  auch  die  Anatomie  der  Stig- 
marienanhängsel  weist  auf  dasselbe,  da 
diese  im  Innern  sehr  große  Lakunen  be- 
sitzen, wie  sie  viele  Wassergewächse  aus- 
zeichnen. Dasselbe  gilt  auch  von  den  Wurzeln 
der  Kalamiten  (f  Astromyelon).  Die  Kala- 
miten  machen  schon  äußerlich,  Avorauf  sie 
auch  durch  ihre  natürhche  Verwandtschaft 
hinweisen,  den  Eindruck  von  röhricht- 
ähnlichen Gewächsen,  und  nach  der  An- 
nahme von  Potonie  u.  a.  haben  wir  uns 
diese  Gewächse  als  in  röhrichtähnlichen 
Beständen  zusammen  auftretend  vorzu- 
stellen. Ganz  ähnliche  Schachtelhalm- 
röhriehte  finden  wir  auch  in  späteren  For- 
mationen, z.  B.  im  Jura  der  Küste  von 
Yorkshire.  Weiterhin  weisen  die  zahlr-eichen 
Baumfarne  der  Steinkohlenzeit  auch  auf 
große  Luftfeuchtigkeit  hin,  und  ebenso  tun 
dies  nach  Potonies  Annahme  die  nicht 
wenigen  lianenartigen  Farne  des  Steinkohlen- 
waldes, die  direkt  an  die  Verhältnisse  des 
feuchtwarmen  Regenwaldes  erinnern. 

Wenn  auch  nach  den  ganzen  Verhält- 
nissen der  Steinkohlenlager  selbst  wie  auch 
ihrer  Gewächse  an  der  Moornatur  der  Stein- 
kohlenflöze wohl  kein  Zweifel  möglich  ist,  so 
fragt  sich  doch  noch,  ob  die  Analogie  mit  den 
heutigen  Moorbildungen  soweit  geht,  daß 
auch  die  einzelnen  Moorstadien,  von  denen 
oben  die  Rede  war,  fossil  vertreten  sind ; 
die  gleiche  Fr-age  erhebt  sich  für  die  Kohlen- 
lager der  jüngeren  Perioden.  In  Abschnitt 
4d  werden  wir  sehen,  daß  den  Faulschlamm- 
bildungen Analoges  sehr  wohl  vorhanden  ist. 
indes  ist  vom  Tertiär  abwärts  noch  keine 
Andeutung  eines  fossilen  Hochmoors  ge- 
funden worden.  Daß  ein  prinzipieller  Wechsel 
der  Moorvegetation  während  der  Bildung 
eines  und  desselben  Kohlenflözes  nicht  statt- 
gefunden hat,  ergibt  sich  am  besten  daraus, 
daß  man  im  Hangenden  der  verschiedensten 
Kohlenflöze,  soweit  dieses  Pflanzenreste  be- 
herbergt, die  Flora  immer  von  relativ  dem- 
selben Charakter  findet:  immer  sind  es  die 
bekannten  Farne  oder  Lepidophyten,  Cala- 
miten,  Cordaiten  usw.  Es  kommen  zwar 
an  der  einen  Stelle  mit  Vorliebe  die  eine 
Gruppe,  an  einer  anderen  Stelle  auch  des- 
selben Flözes  andere  Gruppen  der  Stein- 
kohlenflora vorherrschend  vor,  jedoch  tragen 
alle  diese  auch  dadurch,  daß  sie  oft  in  enger 


Mischung  mit  einander  gefunden  werden,  so 
deutlich  durchweg  den  Charakter  von  Flach- 
moorgewächsen mit  vergleichsweise  ähnlichen 
Vegetationsbedingungen,  daß  von  dem  Platz- 
greifen einer  bedürfnisloseren  Vegetation, 
wie  sie  unsere  Hochmoore  aufweisen,  nicht 
die  Rede  sein  kann;  der  obige  Umstand 
läßt  sich  vielmehr  nur  als  ein  Wechsel  von 
Pflanzenassoziationen  ähnlicher  Bedürfnisse 
verstehen.  Die  Steinkohlenmoore,  wie  auch 
mindestens  die  Ueberzahl  der  mesozoischen 
und  späteren  Kohlenlager  sind  großenteils 
fossile  Waldmoore  gewesen,  deren  Analoga 
wir  also  in  unseren  Flachmoorwäldern  zu 
suchen  haben.  Man  darf  ja  auch  in  bezug 
auf  unsere  heimischen  Moore  durchaus  nicht 
nur  an  die  Moosmoore  von  Hochmoorcha- 
rakter denken,  die  bei  uns  allerdings  wegen 
ihrer  Mächtigkeit  und  Häufigkeit  die  auf- 
fallendsten Moore  oder  Moorformen  sind. 
Dies  geschieht  dennoch  sehr  häufig  und 
durchaus  nicht  nur  von  Laien,  die  den 
Begriff  Torfmoos  von  Torfmoor  nicht  trennen 
können.  Solche  Moosmoore  sucht  man 
natürlich  in  der  Steinkohlenformation  ver- 
gebens, aus  dem  einfachen  Grunde,  weil  es 
damals  noch  keine  Moose  gegeben  hat 
(s.  Bd.  VII  S.  413).  Dennoch  hört  man 
sogar  von  Fachgeologen  ähnlich  argumen- 
tieren, eine  Beweisführung,  die,  so  töricht 
sie  ist,  noch  in  neuerer  Zeit  wieder  einen 
Liebhaber  gefunden  hat. 

Ein  Problem,  das  schon  häufig  die 
Forscher  beschäftigt  hat  und  aufs  engste 
mit  den  Fragen  der  Vegetationsverhältnisse 
der  Stein kohlenflora  zusammenhängt,  ist  die 
Frage,  wie  das  Klima  der  Steinkohlenmoore 
sonst  beschaffen  gewesen  ist,  insbesondere 
wie  die  Temperaturverhältnisse  gewesen 
sein  mögen.  Hier  stehen  sich  verschiedene 
Ansichten  gegenüber.  Bei  der  großen 
Massenproduktion  an  vegetabilischen  Stoffen, 
die  die  Steinkohlenlager  offenbar  dokumen- 
tieren, hat  man  von  jeher  an  tropische 
Wärme  in  der  Steinkohlenzeit  gedacht. 
Hindernd  stand  dieser  Annahme  verschiedenes 
im  Wege,  wovon  nachher  die  Rede  sein 
wird.  Am  energischsten  wird  diese  An- 
nahme heute  von  Potonie  vertreten,  der 
dafür  eine  ganze  Anzahl  von  Eigentümlich- 
keiten der  Steinkohlenflora  selbst  anführt. 
Er  findet  in  den  Steinkohlenmooren  eine 
ganze  Anzahl  von  Charakteren  der  tropischen 
Regenwälder  vertreten,  wo  Jahr  aus  Jahr 
ein  etwa  dieselbe  Temperatur  herrscht  und 
ein  ständiges  Wachstum  der  Pflanzen  unter- 
brechungslos möglich  ist.  Von  solchen 
Charakteren  seien  genannt  die  schon  oben 
erwähnten  lianenartigen  Farne,  ferner  die 
Stammbürtigkeit  (Cauliflorie)  der  Blüten 
einer  ganzen  Anzahl  von  Steinkohlenge- 
wächsen, wie  der  Sigillarien,  Bothrodendren, 
und  schließlich  der  Mangel  jeglicher  „Jahres- 


826 


KoUen 


ringe"  oder  „Zinvachszonen"  bei  den- 
jenigen Steinkoldengewäclisoii,  die  mit  nacli- 
träglichem  Dickenwachstiini  begabt  sind. 
wie  Cordaiten,  Calaniiten  nsw.  Diesem 
letzteren  Charalvter  wird  von  mancher  Seite 
nicht  der  Wert  beigelegt,  den  z.  B.  Potonie, 
P.  Bertrand  und  auch  der  Verfasser  ihm 
beimessen;  man  behauptet,  daß  die  Stein- 
kohlenpflanzen als  alte  j^rimitivere  Gewächse 
gewissermaßen  noch  nicht  imstande  gewesen 
seien,  auf  Khmaschwankun2;en  periodischer 
Natur  in  derselben  Weise  zu  reagieren,  wie 
dies  analoge  Gewächse  der  späteren  Flora 
ohne  i\usnahme  tun.  Dieser  Einwand  ist 
aber  hinfällig,  da  sich  noch  in  neuerer  Zeit 
gezeigt  hat,  claß  in  den  Ländern,  die  von  der 
permischen  Vereisung  betroffen  wurden,  die 
Bäume  sehr  w^ohl  schon  damals  sich  in 
dieser  Richtung  ebenso  verhielten,  wie  heut- 
zutage (Halle,  Arber,  Gothan). 

In  neuester  Zeit  hat  Potonie  seine 
Annahme  weiter  zu  stützen  versucht  durch 
den  Nachweis  des  Vorhandenseins  von  Flach- 
mooren in  den  Tropen,  wovon  schon  S.  819 
die  Rede  war.  Ob  die  bisherigen  iVngaben 
über  das  Vorkommen  von  solchen  Mooren 
in  den  Tropen  genügen,  um  dem  Moor- 
reichtum unserer  Breiten  an  die  Seite  ge- 
stellt zu  werden,  erscheint  noch  sehr  fraglich. 
Immerhin  ist  der  Nachweis,  daß  es  über- 
haupt in  den  Tropen  unter  gewissen  Be- 
dingungen zur  Moorbildung  kommen  kann, 
gerade  für  unsere  Frage  interessant  genug. 

Andere  Forscher  führen  demgegenüber 
Gründe  ins  Feld,  nach  denen  sie  der  An- 
nahme eines  tropischen  Klimas  für  die 
Steinkohlenmoore  nicht  beipflichten  können. 
Einen  der  wichtigsten  Gründe  bildet  das 
geographische  Vorkommen  der  Hauptstein- 
kohlengebiete, die  sich  auf  der  Nordhalb- 
kugel befinden  und,  wie  man  sicherlich  nicht 
verkennen  kann,  in  einem  ähnlichen  Gürtel 
die  Nordhemisphäre  umziehen,  wie  es  heut- 
zutage die  Moore  tun;  auch  für  die  Braun- 
kohlenlager gilt  ähnliches.  Für  die  jurassi- 
schen Steinkohlenlager  ist  es  schwieriger, 
derartige  Betrachtungen  anzustellen,  da  nur 
in  gewissen  Teilen  der  Erde  es  zu  bedeutenden 
Kohlenbildungen  während  dieser  Periode 
gekommen  ist,  wie  z.  B.  in  China.  Aber 
auch  diese  Forscher  nehmen  wohl  alle  an, 
daß  das  Klima  der  Steinkohlengebiete  doch 
ein  feuchtwarmes  gewesen  ist,  bei  dem  von 
einem  Wechsel  von  Frost  und  Wärme  im 
Laufe  der  Jahreszeit  nicht  die  Rede  ge- 
wesen sei.  Eine  überaus  merkwürdige  Er- 
scheinung, die  auch  für  die  große  Aehnlich- 
keit  des  Klimas  an  recht  verschiedenen 
Punkten  der  Nordhemisphäre  spricht,  ist 
der  relativ  gleichförmige  Charakter  der 
Steinkohlenflora,  der  — ■  wenigstens  gilt  das 
für  die  unterkarbonische  Flora  — ■  selbst 
in  der  Breite  Spitzbergens  und  nach  neueren 


Funden  aus  Grönland  noch  unter  81"  n.  Br. 
einen  ähidichen  Ciuirakter  trägt,  wie  z.  B. 
die  gleichalterige  Flora  von  Schottland.  Es 
ist  für  uns  außerordentlich  schwer,  uns  Fak- 
toren vorzustellen  ,  die  die  abkühlende 
Wirkung  der  Polnähe  derartig  zurückhielten, 
daß  eine  solclie  Verbreitung  der  Steinkohlen- 
flora möglich  war.  Ein  ganz  ähnliches 
Problem  kehrt  und  vielleicht  in  noch 
schwierigerer  Fassung  zur  Tertiärzeit  wieder 
(Bd.  VII  S.  459). 

In  engem  Zusammenhange  mit  der  Frage 
nach  dem  Steinkohlenklima  steht  die  Frage 
des  lOimas  auf  der  Südhemisphäre  unserers 
Planeten,  oder  besser  gesagt,  derjenigen 
Gebiete  (Gondwanaländer),  die  von  der 
permo-karbonischen  Vereisung  betroffen 
wurden.  Seit  der  Entdeckung  dieser  heute 
wohl  allgemein  anerkannten  Tatsache  hat 
man  sich  bemüht,  auch  auf  der  Nordhemi- 
sphäre Spuren  einer  solchen  zu  finden,  und 
G.  Müller  und  nach  ihm  Frech  glauben 
einen  Hinweis  darauf  in  dem  Vorkommen 
gekritzter  Geschiebe  im  Rothegenden  des 
Ruhrbeckens  gefunden  zu  haben ;  sie  nehmen 
dann  an,  daß  auch  bei  uns  eine  allmähliche 
Abkühlung  des  Klimas  nach  "der  Rotliegend- 
zeit zu  eingetreten  sei,  wo  ja  auch  die  Stein- 
kohlenbildung rapide  abnimmt  und  schließlich 
aufhört.  In  China  sollen  allerdings  die 
bisher  als  der  oberen  Steinkohlenformation 
angehörig  betrachteten  Kohlenlager  (ab- 
gesehen von  den  mesozoischen)  großenteils 
nach  Frech  bereits  der  permischen  For- 
mation angehören,  wovon  sich  Verfasser, 
soweit  die  Pflanzenreste  in  Frage  kommen, 
noch  nicht  überführen  konnte. 

Die  Verschiedenheiten  und  Beziehungen 
der  so  gänzlich  verschiedenen  Floren  der 
Glossopterisgebiete  der  Gondwanaländer  sind 
schon  Bd.  VII,  S.  456  besprochen  worden, 
so  daß  wir  hier  nicht  weiter  darauf  einzu- 
gehen brauchen.  Auch  diese  Gebiete  ent- 
halten mehr  oder  weniger  reiche  Steinkohlen- 
schätze, die  sich  indes  an  Menge  und  Be- 
deutung nicht  von  ferne  mit  denjenigen 
der  Nordhemisphäre  messen  können. 

Eine  weitere  auffällige  Erscheinung  bietet 
das  geologische  Auftreten  der  Kohlenlager. 
Für  Europa  und  Nordamerika  jedenfalls  be- 
merkt man,  daß  die  Hauptkohlenbildung 
sich  auf  die  danach  benannte  Steinkohlen- 
zeit und  die  weit  spätere  Braunkohlenzeit 
konzentriert.  Für  manche  anderen  Gebiete 
der  Erde  kann  man  dies  Verhältnis  nicht 
ohne  weiteres  gleichsinnig  verallgemeinern, 
da  in  manchen  Gegenden,  wie  in  Ostasien, 
auch  die  Jm-aformation  einen  sehr  großen 
Anteil  an  der  Kohlenbildung  hat.  In  anderen 
Gebieten,  wie  in  den  westlichen  Vereinigten 
Staaten  und  Kanada  gibt  es  zahlreiche 
Kreidekohlen  usw.  Für  "die  auffällige  Ver- 
teilung der  Hauptkohlenbildung  bei  uns  hat 


Kohlen 


827 


man  nach  Erklärungen  gesucht,  die  sich 
besonders  an  den  Namen  von  Frech  knüpfen. 
Es  fällt  auf,  daß  diese  Kohlenbildungszeiten 
ungefähr  mit  den  Zeiten  der  Hauptgebirgs- 
bildung  in  den  betreffenden  (jebieten  und 
speziell  bei  uns  zusammenfallen.  In  Europa 
fällt  ja,  wie  schon  vorn  bemerkt,  die  Auf- 
richtung der  sogenannten'karbonischen  Alpen 
in  die  Steinkohlenzeit,  die  Aufrichtung  der 
jetzigen  Alpen,  Karpathen  usw.  in  die 
Braunkohlenzeit.  Frech  sprach  nun  die 
Ansicht  aus,  daß  die  großen  Kohlensäure- 
exhalationen,  die  die  Gebirgsbewegungen 
mit  sich  brachten,  der  Luft  einen  höheren 
Kohlensäuregehalt  gegeben  habe,  als  dieser 
z.  B.  jetzt  vorhanden  ist,  und  dieser  habe 
ein  viel  ausgiebigeres  Pflanzenwachstum  er- 
möglicht, als  dies  sonst  z.  B.  heute  unter 
ähnlichen  Bedingungen  der  Fall  ist.  Der 
Verbrauch  des  Kohlensäureüberflusses  und 
das  Aufhören  der  Kohlensäureausströmungen 
in  die  Luft  infolge  des  Aufhörens  der  vul- 
kanischen Tätigkeit  habe  dann  die  Stein- 
kohlenbildung wieder  zum  Stillstand  ge- 
bracht. Er  verknüpfte  dann  nun  weiterhin 
seine    Ansicht    mit    der    Entdeckung    von 

'  Arrhenius,  daß  ein  höherer  Kohlensäure- 
gehalt der  Luft  eine  stärkere  Erwärmung 
durch  die  Sonne,  eine  Abnahme  der  Kohlen- 

,   säure  eine  Abkühlung  mit  sich  bringt. 

Weiter  suchte  man  in  diesen  Verhält - 
iiissen  auch  die  Erklärung  des  Eintretens 
der  permischen  Vereisung.  Ganz  ähnlich 
sollen  sich  die  Verhältnisse  im  Tertiär  ab- 
gespielt haben,  wo  ja  auch  auf  die  Zeit  der 
Kohlenbildung  eine  Eiszeit  folgt. 

Dieser  Frech-Arrheniusschen  Hypo- 
these hat  man  ebenfalls  Einwände  entgegen- 
gehalten. Zunächst  fand  die  Haupteruptions- 
tätigkeit, die  von  Kohlensäureausstoßungen 
begleitet  sein  sollte,  nicht  zur  Zeit  der  Kohlen- 
bildung statt,  sondern  erst  nachher,  im  Rot- 
liegenden. Auch  im  Tertiär  liegt  die  Sache 
ähnlich;  die  Hauptbraunkohlenbildung  be- 
ginnt bereits  im  Oligozän,  geht  dann  durch 
das  Miozän  hindurch  und  flaut  im  Pliozän 
wieder  ab.  Die  Hauptaufrichtungsperiode 
der  tertiären  Gebirge  war  das  Miozän, 
während,  wie  gesagt,  die  Braunkohlenbildung 
bei  uns  schon  viel  früher  mit  Macht  einsetzte. 
Andererseits  würde  man  gerade  als  Folge 
solcher  Kohlensäureeruptionen  im  Pliozän 
erst  recht  eine  nachhaltige  Wirkung  auf  die 
Kohlenbildung  erwarten. 

4d)  Die  Mattkohlengruppe  oder 
Kannelkohlengruppe.  Es  ist  das  große 
Verdienst  von  Potonie,  auf  die  Beziehungen 
der  unter  diese  Gruppe  fallenden  Kohlen  zu 
den  vorne  geschilderten  Sapropelbildungen 
hingewiesen  zu  haben.  Bevor  wir  auf  sie 
näher  eingehen,  seien  die  Eigentünüichkeiten 
der  fossilen  Vertreter  dieser  Gruppe,  ins- 
besondere   der  paläozoischen   Kannelkohlen, 


näher  betrachtet.  Aeußerhch  unterscheiden 
sich  diese  Kohlen  von  den  bisher  besprochenen 
Glanzkohlen  schon  durch  die  matte  Farbe, 
die  sie  äußerUch  einem  matten  Schiefer- 
gestein von  Brandschiefercharakter  ähnlich 
macht,  wodurch  sie  von  Unkundigen  öfters 
übersehen  nnd  als  wertlos  fortgeworfeu 
wurden,  während  sie  in  Wirklichkeit  für 
manche  Zwecke  die  wertvollsten  Kohlen 
darstellen,  die  wir  haben.  Ihr  Bruch  ist 
muschelig,  in  typischen  Fällen  zeigen  die 
Bruchflächen  einen  seidigen  bis  sammet- 
artigen  Schimmer,  besonders  wenn  verun- 
reinigende Mineralsubstanz  nur  in  geringem 
Maße  beigemengt  ist.  Im  Gegensatz  zu  der 
Brüchigkeit  der  gewöhnliehen  Kohlen  be- 
sitzen die  Mattkohlen  eine  außerordentliche 
Zähigkeit  und  Kompaktheit,  die  sehr  oft 
gestattet,  sie  handwerksmäßig,  wie  hartes 
Holz  oder  Hörn  zu  bearbeiten,  zu  drehen  und 
zu  polieren,  also  allerhand  Gegenstände 
daraus  herzustellen.  In  chemischer  Bezie- 
hung zeichnet  sich  diese  Gruppe,  worin  für 
die  Praxis  ihre  Hauptbedeutung  besteht, 
durch  den  enormen  Gehalt  an  schweren 
Kohlenwasserstoffen  aus,  wovon  man  sich 
schon  durch  eine  Brennprobe  kleiner  Stücke 
in  einem  kleinen  Tiegel  leicht  überzeugen 
kann.  Durch  diesen  enormen  Gasgehalt 
sind  manche  Kannelkohlen  (vom  englischen 
candle,  Kerze,  wegen  der  leichten  Brenn- 
barkeit) so  wertvoll,  daß  im  Falle  massen- 
haften Vorkommens  trotz  der  durch  die 
Zähigkeit  sich  ergebenden  Gewinnungs- 
schwierigkeiten ein  Transport  in  ferne  Länder 
lohnt;  so  z.  B.  wird  von  der  austrahschen 
Kannelkohle  (diese  führt  übrigens  verschie- 
dene Lokalbezeichnungen,  wie  z.  B.  Wollon- 
gongit,  Keroseneshale)  Material  bis  nach 
Europa  verfrachtet  wird,  um  als  verbessernder 
Zusatz  zu  den  von  den  Gasanstalten  zur 
Gasfabrikation  benutzten  Steinkohlen  zu 
dienen.  Was  das  Vorkommen  dieser  Kohlen 
anbetrifft,  die  noch  unter  anderen  Namen 
bekannt  sind  (Bogheadkohle)^),  so  finden 
sie  sich  gewöhnlich  mit  Glanzkohlen  zusammen 
vorkommend,  meist  sogar  in  denselben 
Flözen,  von  denen  sie  dann  nur  einen  ge- 
ringen Prozentsatz  bilden.  Selten  kommen 
Flöze  vor,  die  bloß  aus  Kannelkohle  be- 
stehen. 

Ueber  die  mikroskopische  Beschaffenheit 
gewisser  Kannelkohlen  sind  wir  durch  die 
vortrefflichen  Untersuchungen  von  Renault 
und  Bertrand  unterrichtet  worden.  Diese 
untersuchten  besonders  die  Bogheadkohlen 
von  Autun  in  Frankreich  und  von  x\ustralien 
und  fanden  in  ihnen  eigentümliche  organisierte 
1  Körper,  die  sie  als  Algen  ansprachen  und  mit 


^)  C.  Eg.  Bertrand  bezeichnet  als  Bog- 
liead  nur  solche  Mattkohlen,  die  noch  die  Algen 
darin  erkennen  lassen   (fPiia,  fReinschia  usw.). 


828 


Kohlen 


besonderen  Namen  belegten.  Die  wichtigsten  t  gehört.  Höchst  auffallend  erweise  erscheinen 
dieser  Al2;eni)  sind  die  als  f  Pila  und  f  Rein-  [  sowohl  die  Stigniarien,  wie  die  Vertebrarien, 
schia  bezeichneten,  von  denen  die  zweite  j  wie  aucli  sonstige  Abdrücke  höherer  Pfh^nzen- 
aup  einer  Kolonie  von  Einzclindividuen  reste  in  der  Kannclkohle  als  Glanzkohle  und 
besteht  oder  aus  verschiedenen  Zellen  zu-  fallen  daher  dem  Auge  sehr  leicht  auf.  Es 
sammengesetzt  ist;  beide  haben  Ursprung-  ist  dies  von  Wichtigkeit,  weil  es  wieder 
Hch  annähernd  Kugelform  gehabt.  In  neuerer  darauf  hinweist,  daß  das  Endprodukt  des 
Zeit  ist  die  Algennatur  dieser  Gebilde  von  Kohlungsprozesses  "bei  höheren,  toifbilden- 
Jeffrey  angezweifelt  worden,  der  sie  für  den  Pflanzen  immer  eine  Glanzkohle  bildet, 
Sporen  oder  Pollen  erklärt.  Diese  x\.nnahmc  worauf  wir  besonders  schon  bei  der  Erwäh- 
lst aber  sicherlich  verfehlt,  da  Sporen  in  j  nung  des  Dopplerits  hingewiesen  hatten 
Kannelkohle  ganz  anders  aussehen  und  auch  !  (S.  816). 

nicht  eine  so  verschiedene  Größe  aufweisen  Vermöge  des  Gehaltes  an  schweren  Kohlen- 
können, wie  die  genannten  Algen  tun.  An  |  Wasserstoffen,  wegen  dessen  sie  die  Gas- 
anderen Kannelkohlen  kann  man  häufig  j  anstalten  so  hoch  schätzen,  wurden  in 
derartige  Gebilde  nicht  bemerken,  und  ein  1  gewissen  Gegenden  Kannelkohlen  zur  Fabri- 
großer  Teil  der  Kaunelkohlen  ist  mit  Sub-  j  kation  von  Brennölen  benutzt,  wie  z.  B.  in 
stanzen  der  Glanz- (Humus-)  Kohlen  gemischt,  j  Autun  in  Frankreich  und  Australien.    Diese 

Potonie  hat  für  die  durchaus  stein- 1  Industrie  kam  durch  die  übermächtige 
kohlenähnhchen,  meist  paläozoischen  (aber  j  Konkurrenz  des  amerikanischen  Petroleums 
auch  jüngeren)  Kannel-Bogheadkohlen  einen  ;  zum  Erliegen;  die  Autuner  Lagerstätten 
zusammenfassenden  Namen  angewandt,  -  sind  übrigens  bereits  abgebaut.  Diese  Destil- 
Sapanthrakone,  der  im  Worte  den  Zusammen- i  lationsindustrie  erinnert  lebhaft  an  die 
hang  mit  den  Sapropeliten  überhaupt  zeigt.  ]  gleiche  Verwendung,  die  in  Süddeutschland 
Das  (meist)  tertiäre,  oft  feinblättrige  Material,  von  dem  Posidonienschiefer  gemacht  wurde, 
meist  stark  tonhaltig,  wird  als  Saprodil  be- ;  aus  dem  ebenfalls  Oel  gewonnen  wurde.  Der 
zeichnet;  es  ist  sonst  namentlich  als  Dysodil  |  Gedanke,  daß  genetisch  zwischen  den  bitu- 
oder  Papierkohle  bekannt  und  enthält  oft  vor-  minösen  Gesteinen,  zu  denen  der  Posidonien- 
züglich  erhaltene  Reste  von  Fischen,  Insekten  |  schiefer  gehört,  ein  Zusammenhang  besteht, 
Kjebschen  u.  dgl.,  auch  Pilzhyphen  und  sehr  |  liegt  nahe,  und  in  der  Tat  erscheint  die  An- 
häufig Laubblätter.  Die  Feinblättrigkeit  |  schauung  von  Potonie,  der  die  Kannel- 
vieler  Dysodile  des  Tertiärs  (Siebengebirge,  i  kohlengruppe  nur  als  einen  Spezialfall  der 
Randecker  Maar,  Vogelsgebirge  usw.)  ist  bei  |  großen  Menge  bituminöser  Gesteine  faßt, 
rezenten  Faulschlammen  ebenfalls  bekannt;  i  durchaus  plausibel.  Wir  werden  hierauf 
sie  ist  keine  Schichtung,  sondern  eine  Schiefe- [  nachher  zu  sprechen  kommen,  zunächst  je- 
rung,  die  durch  die  auflagernden  Massen  bei  [  doch  die  Beziehungen  der  Kannelkohlen  zu 
Faulschlammbildungen   sehr   leicht   eintritt.  ^  den  Sapropeliten  weiter  besprechen. 

In  dem  Falle,  wo  die  Kannelkohle  und  |  Da,  wie  wir  oben  sahen,  mikroskopische 
Glanzkohle  zusammen  in  demselben  Flöz  j  Algen  beider  Bildung  der Bogheadkohlen  eine 
vorkommen,  bemerkt  man  gelegentlich,  daß  j  wesentliche  Rolle  spielten,  so  haben  wir 
die  Kannelkohle  ebenso  von  Stigmarien  |  damit  schon  einen  Berührungspunkt  zwischen 
durchzogen  ist,  wie  das  Liegende  der  Klotze,  |  Faulschlamm  und  Kannelkohle.  Daß  die 
daß  also  ihr  Urmaterial  ebenfalls  einen  Faulschlamme  bei  der  weiteren  Fossilisierung 
Vegetationsboden  für  die  Steinkohlenpflanzen  !  matte  Gebilde  liefern,  die  sich  durch  außer- 
abgegeben haben  muß,  wie  das  Liegende,  j  ordenthche  Zähigkeit  auszeichnen,  hatten 
An  austrahscher  Kannelkohle  bemerkt  man  |  wir  oben  S.  816  besonders  hervorgehoben, 
ähnliches,  nur  sind  es  hier  nicht  Stigmarien,  \  und  auch  damit  stimmen  sie  mit  den  Kannel- 
sondern  die  unter  dem  Namen  fVertebraria  '  kohlen  durchaus  überein.  Wie  Faulschlamm- 
bekannten Wurzeln  der  Glossopterisfarne,  i  bildungen  treten  die  Kannelkohlen  sehr  oft 
zu   deren   Verbreitungsgebiet   ja   Australien  j  im  Zusammenhang  mit   Glanzkohlenlagern, 

!  d.   h.   ehemaligen   Torflagern   auf,  und   wie 

^)  Die  auf  den  ersten  Blick  befremdende  Tat- 1  ^7\f  ^  jetzigen  Pflanzen,  die  Faulschkmrne 
Sache,  daß  sich  solche  Algen  durch  so  ungemessene  |  als  Vegetationsboden  des^daruber  sich  bdden- 
Zeiträv.me  in  den  Kohlen  erhalten,  verliert  von  den  Torilagers  benutzjf/sehen,  so  sandten  m 
ihrem  Aiiffdlenden  bedeutend,  wenn  wir  uns  der  Steinkohlenformat'on  die  Steinkohlen- 
erinneni,  daß  die  Sapropelitc  von  vornherein  pflanzen  ihre  Wurzeln,  die  Stigniarien  usw. 
der   Zersetzung   durch    den   Luftsauerstoff   und    jn    den    unterlagernden    Faulschlammboden 


durch  mechanische  Eingriffe  vermöge  der  Sta^ 
gnation  der  Bildungsstellen  entzogen  werden,  so 
daß  man  no^'h  lange  nicht  nur  die  äußere  Form, 
selbst  das  Chlorophyll  bei  Grünalgen  (s.  S.  817) 
u.  a.  wahrnehmen  kann;  selbst  bei  ter- 
tiärem Material  hat  man  es  noch  nachweisen 
können. 


Der  hohe  Gehalt  der  Kannelkohlengruppe 
an  schweren  Kohlenwasserstoffen  kehrt  eben- 
falls bei  den  P'aulschlammbildungen  wieder, 
wie  schon  oben  erwähnt.  Bei  der  Fossili- 
sierung  der  Sapropelbildungen  findet  ein 
etwas    anderer    Prozeß    als    der    Kohlungs- 


KoUen 


829 


prozeß  statt,  wovon  gleich  die  Rede  sein 
wird.  Dem  Torfpraktilier  ist  übrigens  die 
Eigentümlichkeit  der  sapropelitischen  Bil- 
dungen bezüglich  des  Brennwertes  sehr  wohl 
bekannt,  und  wo  ihm  solche  zur  Verfügung 
stehen,  mischt  er  sie  mit  der  gewöhnlichen 
Torfsubstanz  durch  Kneten  (Knettorf). 

Der  Prozeß,  den  die  Sapropelbildungen 
im  Laufe  der  Fossihsierung  durchmachen, 
wird  von  Potonie  als  Bituminierung 
bezeichnet,  weil  er  zur  Bildung  stark 
bituminöser  Gesteine  führt  (s.  auch  die  Ta- 
belle auf  S.  816).  Der  Bituminierungsprozeß 
unterscheidet  sich  von  dem  Kohlungs- 
prozeß dadurch,  daß  der  Wasserstoff  nicht 


in  so  hohem  Grade  abgegeben  wird,  wie 
dies  bei  den  gewöhnlichen  Kohlen  der  Fall 
ist,  so  daß  als  Endprodukt  eben  eine  sehr 
an  Kohlenwasserstoff  reiche  Kohle  heraus- 
kommt. Stremrae  und  Späte  haben  sich 
mit  diesem  Gegenstande  näher  beschäftigt 
und  in  einer  Tabelle  den  Verlauf  der  Bitumi- 
nierung an  verschiedenen  bituminösen  Ge- 
steinen ungleichen  geologischen  Alters  dar- 
gelegt. Während  bei  der  Inkohlung  das 
Verhältnis  von  C  zu  H  sich  stark  ändert, 
bleibt  es  bei  der  Bituminierung  durch  alle 
Formationen  annähernd  gleich  (s.  die  folgende 
Tabelle  nach  Stremme  Zeitschr.  Deutsch, 
Geol.  Ges.  59  1907  S.  161). 


Quartär  . 
Tertiär  .  . 
Mesozoisch 
Paläozoisch 


n  o  ■ 
^  /o 


Bituminierung 
(Sapropehte) 

I  I       H  für 

H%  C  =  100 


50—57 

65 
^9,5— 7(J 
75-83 


6-7 

8,5—9 

8,5-12 

7,5—10 


12 
13 
14 


C% 


Inkohlung 
(Humusgesteine) 

T-TO' 

J^i  ,0 


H  für 
C  =  100 


50 — 60  5 — 6  lo 

60—75  I  4—6  7,^ 

75—87  1  4—5  5,5 

80—95  I  1.5—6  4 


Wir  hatten  oben  schon  daraufhingewiesen, 
daß  nach  der  Anschauung  von  Potonie 
die  bituminösen  Gesteine  in  ihrer  verschieden- 
sten Gestalt,  die  Stinkschiefer,  Stinkkalke 
usw.,  ihrer  Bildungsweise  nach  mit  der 
Kannelkohlengruppe  in  Verbindung  zu  setzen 
sind.  Die  Gesamtheit  aller  dieser  jüngeren 
oder  älteren  Bildungen  gehört  daher  zu  den 
Sapropeliten.  In  der  Tat  erweisen  sie  sich 
chemisch^  bis  auf  den  dazukommenden 
Mineralgehalt,  dieser  Gruppe  außerordent- 
lich ähnlich.  Po  toniehält  für  das  Urmaterial 
dieser  Gesteine  diejenigen  Bildungen,  die 
wir  S.  817  als  Kalksapropel,  Sapropelton 
usw.  kennen  gelernt  hatten.  In  der  Tat, 
denkt  man  sich,  daß  das  organische  Material 
in  diesen  Schlammen  einen  ähnlichen  Um- 
wandlungsprozeß durchmacht,  wie  oben 
bei  der  Kannelkohlengruppe,  eben  die  Bitumi- 
nierung, so  erhalten  wir  ein  mit  Bitumen  er- 
fülltes Kalk-,  Tonschiefer-,  Ton-  usw.  Gestein, 
aus  dem  sich  dann  ebenso  wie  aus  den  reineren 
Kannelkohlen  die  schweren  Kohlenwasser- 
stoffe herausdestillieren  lassen.  Daß  dies 
früher  industriell  bei  dem  Posidonienschiefer 
geschah,  wurde  schon  erwähnt;  heutzutage 
geschieht  es  wohl  meist  nur  noch,  um  Oele 
zu  medizinischen  Zwecken  zu  gewinnen, 
wie  z.  B.  das  Ichthyol  in  Tirol  aus  dem 
Ichthyolschiefer,  bei  dessen  Benutzung  aber 
sicher  Aber-  und   Wunderglaube   mitspielt. 

Ebenso  wie  die  durch  Mineralzusätze 
„verunreinigten"  neuzeitlichen  Faulschlamm- 
bildungen weit  häufiger  sind  als  die  reinen 
oder  fast  reinen  Faulschlammbildungen, 
so  ist  es  auch  bei  den  fossilen  bituminösen 


Gesteinen.  In  unendlicher  Menge  und  ge- 
waltiger Mächtigkeit  treten  bituminöse  Kalke, 
Kalkschiefer,  Tonschiefer  in  allen  möglichen 
geologischen  Formationen  auf,  wogegen  die 
Kannelkohlen  selbst  sehr  zurücktreten.  Die 
Organismen,  die  als  organisches  Urmaterial 
die  bituminöse  Substanz  der  Gesteine  ge- 
liefert haben,  kann  man  meist  nicht  mehr, 
auch  nicht  mit  dem  Mikroskop  nachweisen, 
da,  wie  das  bei  der  Art  der  in  dem  heutigen 
Faulschlamm  befindlichen  Algen  und  Klein- 
fauna begreiflich  ist,  die  Uebermasse  der 
Kleinlebewelt  zu  hinfällig  und  leicht  zersetz- 
lich  ist,  um  eine  dauernde  Konservierung 
zu  gestatten.  Die  Algen  in  den  Boghead- 
kohlen  von  Autun  und  Australien  u.  a. 
bilden  eine  allerdings  um  so  willkommenere 
Ausnahme. 

Aus  den  genannten  bituminösen  Gesteinen 
soll  nach  der  Auffassung  Po to nies  auch  das 
in  der  Natur  vorkommende  Steinöl  (Petro- 
leum) stammen,  und  die  großen  Mengen, 
in  denen  dieses  Oel  sich  an  gewissen  Lokali- 
täten vorfindet,  verlangen  ebenfalls  den 
Nachweis  eines  massenhaften  Vorkommens 
der  Muttergesteine  des  Oels.  Oft  genug 
findet  man  ja  auch  in  Lücken  solcher  bitumi- 
nösen Gesteine  (z.  B.  in  Hohlräumen  von 
Fossilien)  Petroleum  ausgeschieden  und  eben- 
so kommen  in  solchen  gelegentlich  die 
Destillationsrückstände  und  Oxydations- 
produkte der  Petrolea  vor,  nämlich  Asphalt 
und  Erdwachs  (Ozokerit)  und  ähnliche  Bil- 
dungen. DaßAsphalt,  Erdpech,  Erdwachs  und 
Petroleum  genetisch  zusammengehören,  wird 
sowohl    durch    ihre    chemische    Verwandt- 


830 


Kolüen 


Schaft  wie  auch  durch  ihr  häufic^es  Zusammen- 
vorküuimeu  bewiesen;  das  tralizische  Petro- 
leumgcbiet  ist  z.  B.  zugleich  dasjenige  der 
bekannten  dortigen  Erdwachsvorkoninien. 
Ob  alle  Asphaltvorkonimnisse  aus  Saprope- 
liten  entstanden  zu  denken  sind,  ist  zweil'cl- 
hal't;  ebenso  wie  beim  Graphit  die  gang- 
l'örmigen  Vorkonunnisse  nicht  durch  Ent- 
stehung aus  Kohlenlagern  nach  Art  der  Flöze 
erklärt  werden  können,  so  mag  auch  wohl 
manches  gangförmige  yVsplialtvorkommen 
einen  anderen  Ursprung  haben. 

4e)  Kohlen,  die  eine  Mittelstellung 
zwischen  der  K  a  n  n  e  I  k  o  h  1  e  n  -  und 
Glanzkohleugruppe  einnehmen.  Ob- 
wohl derartige  Kohlen  nur  untergeordnet 
nachgewiesen  worden  sind,  müssen  sie  den- 
noch der  Vollständigkeit  wegen  hier  erwähnt 
werden,  um  so  mehr  als  das  Vorhandensein 
rezenter  Mittelbildungen  zwischen  Torf  und 
Sapropel  auch  die  Existenz  analoger  Fossilien 
fordert.  Aus  der  Steinkohlenformation  sei 
hier  die  Pseudokannelkohle  genannt.  Eine 
bezüglich  der  Zähigkeit,  (fes  Schimmers 
und  Glanzes  zwischen  der  Glanzkohlen-  und 
Mattkohlengruppe  stehende  halbmatte  Kohle, 
die  nach  neueren  Untersuchungen  auch  gene- 
tisch zwischen  beide  zu  stellen  ist;  auch 
bezüglich  des  Reichtums  an  Kohlenwasser- 
stoffen nimmt  sie  eine  solche  Stellung  ein. 
Sie  tritt  niemals  allein,  sondern  stets  im  Ver- 
band mit  Glanzkohle  auf  und  bildet  jeweils 
nur  einen  kleinen  Prozentsatz  der  Flöz- 
mächtigkeit. Es  scheint  jedoch,  daß  die  in 
der  Praxis  als  Pseudokannelkohle  bezeichneten 
Materialien  nicht  alle  derselben  Natur  sind, 
wie  wohl  dies  nach  dem  Aeußeren  den  Ein- 
druck macht,  da  eine  halbmatte  Kohle  aus 
Glanzkohle  auch  durch  Verunreinigung  mit 
feinen  Gesteinen  (Tonsediment)  zustande 
kommen  kann.  Eine  andere  derartige 
Kohle  kann  die  Streifen  kohlesein,  die  sehr 
verbreitet  ist  und  aus  abwechselnd  matten 
und  glänzenden  schmalen  Streifen  besteht. 
Die  matten  Streifen  können  durch  verschie- 
dene Umstände  zustande  kommen ;  in  unserem 
Falle  ist  solche  Streifenkohle  gemeint,  bei 
der  die  matten  Streifen  Kannelkohlennatur 
besitzen  oder  Mattkohlen  in  unserem  Sinne 
sind.  Solche  Streifenkohlen  hat  Potonie 
als  analoge  Bildungen  der  Streifentorfe  an- 
gesehen, bei  denen  rein  torfige  und  mehr 
sapropelitische  Lagen  abwechseln;  solche 
Torfe  sind  sehr  verbleitet. 

Eine  besondere  Art  Kohle,  die  zwar  wirt- 
schaftlich nur  eine  geringe  und  als  Brenn- 
material überhaupt  keine  Rolle  spielt,  muß 
hier  noch  erwähnt  werden,  da  von  ihr  in 
den  Lehrbüchern  und  auch  im  alltäglichen 
Leben  zuweilen  die  Rede  ist.  Es  ist  die 
als  Gagat  (englisch  jet;  französisch  jais), 
schwarzer  Bernstein,  schwarzer  Agtstein  und 
noch  anders  bezeichnete  glänzende,  sehr  feste 


und  zähe  sich  nur  in  einzelnen  Stücken 
innerhalb  bituminöser  Gesteine  findende 
Kohlenart.  Vorkommnisse  dieser  Kohle 
finden  sich  z,  B.  in  Yorbhiie,  Süddeutschland 
und  Spanien.  Dil  Kohle  be'-teht  ursprüng- 
lich aus  eingescliwemmten  Holzstücken,  die 
sich  in  emem  sehr  stark  zersetzten  Zustande 
befanden  und  in  fein  tonige  oder  kalkige 
SMpropelitische  Flach-eebildungen,  etwa  wie 
unser  Wattenmeerschlick,  hineingerieten.  Sie 
nahmen  einen  Teil  der  Sapropelbestandteüe 
im  Innern  auf  und  erlangten  insbesondere 
hierdurch  bei  der  späteren  Fossilisation  ihre 
enorme  Festigkeit  und  Zähigkeit  sowie  ihren 
großen  Reichtum  an  schweren  Kohlenwasser- 
stoffen, der  sie  fast  wie  Asphalt  brennen 
läßt.  Die  Festigkeit  übertrifft  noch  die  der 
Kannelkohle,  und  das  Material  ist  ausge- 
zeichnet zu  bearbeiten,  so  daß  daraus 
seit  langer  Zeit  allerhand  Schmucksachen 
(Jetschmuck)  gefertigt  werden.  Die  eng- 
lischen und  süddeutschen  Vorkommnisse 
liegen  in  demselben  Horizont  (Lias  Posi- 
donienschiefer). 

Mit  Gagat  werden  häufig  homogene, 
glänzende  Stücke  gewöhnlicher  Humus- 
kohle verwechselt,  für  die  man  wohl  auch 
den  Namen  ,, Pechkohle"  anwendet,  der  rein 
auf  das  AeußerHche  Rücksicht  nimmt.  Diese 
haben  jedoch  mit  dem  Jet  nichts  zu  tun; 
wenn  man  will,  kann  man  Gagat  als  eine 
ganz  bestimmte  Art  ,, Pechkohle"  ansehen. 
Die  Zwickauer  Bergleute  unterscheiden  die 
dortige  feste  Glanzkohle  als  ,,Pech"  von 
der  Rußkohle  (kurz  „Ruß"). 

4f)  Liptobiolithe.  Diese  besondere 
Gruppe  unter  den  Kohlengesteinen  ist  eben- 
falls von  Potonie  begründet  worden.  Es 
sind  diejenigen  Kohlen  und  kohlenähnlichen 
Gesteine,  die  sich  durch  einen  besonderen 
Reichtum  an  wachsigen  und  harzigen  Be- 
standteilen auszeichnen,  im  Extremfall  solche 
Harze  und  Wachse  selber  (Bernstein  und 
andere  mehr).  Man  kann  hier  zwei  Fälle 
unterscheiden:  1.  solche,  bei  denen  das 
Harz  oder  Wachs  in  Form  von  losen  größeren 
bis  kleineren  Stücken  erhalten  bezw.  der  Kohle 
eingesprengt  ist,  2.  solche,  bei  denen  das 
Wachs  usw.  an  gewisse  Teile  der  erhaltenen 
Pflanzenbestandteile  in  der  Kohle  gebunden 
ist.  Dies  letzte  ist  z.  B.  der  Fall  bei  den  an 
Sporen  und  Pollen  reichen  Kohlen,  wo  die 
Kohlen  an  sich  vielleicht  harzarm  sind,  durch 
den  Gehalt  an  Sporen  und  Pollen  aber  harz- 
reich werden.  Das  chemische  Verhalten  der 
beiden  Gruppen  ist  sehr  ähnlich  und  ähnelt 
zugleich  auch  dem  der  Sapropelite,  nämlich 
insofern  die  unter  unsere  Rubiik  fallenden 
Kohlenbildungen  ebenfalls  zahlreiche  schwere 
Kohlenwasserstoffe  liefern.  Der  Name 
Liptobiolithe  bedeutet  ,, übriggelassene  Ge- 
steinsbildungen" (von  Ifjtzwq  zurück- 
gelassen,   ßioQ    Leben,    hi)o<;    Stein)    und 


Kohlen 


831 


bezieht  sich  auf  die  Schwerverweslichkeit 
harziger  und  wachsiger  Körper.  Diese 
bringt  es  mit  sich,  daß  im  Falle  einer  Mengung 
von  Harzen  und  Wachsen  mit  leicht  verwes- 
lichem  Material  (namenthch  Humuskohlen) 
eine  eingreifende  Zersetzung  in  erster  Linie 
die  Humusbestandteile  in  Mitleidenschaft 
zieht,  die  so  mehr  oder  weniger  verschwinden 
können,  während  die  Harze  ,, übrig  bleiben" 
und  zugleich  angereichert  werden.  Ein 
großer  Teil  der  hierher  gehörigen  Materialien 
ist  industriell  von  größter  Bedeutung,  da 
auf  ihm  große  chemische  Industrien  (Paraffin, 
Teer,  Solaröl  und  andere  Oele,  Benzol  usw.) 
beruhen.  Im  folgenden  seien  einige  der 
wichtigsten  Liptobiohthe  genannt.  Die 
Schwelkohle  oder  Pyropissit  ist  eine  in  dem 
Hallisch-Zeitz-Weißenfelser  Braunkolilen- 
becken  verbreitete  rosafarbene  bis  hellbraune 
Kohle,  auf  der  die  dortige  Schwelindustrie 
beruht.  Der  eigenthche  Pyropissit  ist  bereits 
abgebaut,  und  jetzt  werden  zur  Schwelerei 
(Paraffin-,  Teerfabrikation  usw.)  die  so- 
genannten Schwelkohlen  benutzt,  die  von 
hell  bis  dunkler  bräunlicher  Farbe  sind; 
oft  sieht  man  in  ihnen  schon  mit  bloßem 
Auge  die  kleinen  gelben  bis  braunen,  oft 
glasglänzenden  Harzpartikel,  die  oft  auch 
in  größeren  Klumpen  gefunden  werden, 
gelegentlich  noch  im  Zusammenhang  mit 
Holz,  von  dem  das  Harz  ausgeschieden 
wurde.  Die  Gesamtheit  solcher  Harze  be- 
zeichnet man  wohl  als  Retinite,  doch  gibt 
es  eine  große  Menge  mehr  oder  weniger  von- 
einander abweichende,  hier  und  da  vor- 
kommende Harze  und  Wachse,  die  mit  den 
verschiedensten  Namen  belegt  worden  sind 
(z.  B.  Krantzit,  Siegburgit,  Rumänit,  Whee- 
lerit  usw.).  Der  Bernstein  ist  wie  auch  alle 
übrigen  in  Einzelstücken  in  fremden  Se- 
dimenten vorkommenden  Harze  von  seinem 
ursprünglichen  Ablagerungsorte  verschwemmt 
worden,  befindet  sich  also  an  zweiter  oder 
gar  an  dritter  Lagerstätte.  Daß  er  das  Harz 
ausgestoi  bener  Fichten  und  Kiefern  der 
oberen  Kreide  oder  älteren  Tertiärformation 
ist,  dürfte  wohl  allgemeiner  bekannt  sein. 
Ueber  die  Entstehung  der  vorn  genannten 
Schwelkohlen  scheint  noch  keine  völlige 
Klarheit  zu  herrschen;  Potonie  nimmt  im 
allgemeinen  eine  Umlagerung  an,  die  aucli  die 
Zersetzung  der  Humusstoffe  in  der  Kohle 
befördert  haben  kann. 

Ebenfalls  industriell  von  Bedeutung  ist 
die  zweite  Gruppe,  die  wir  oben  erwähnt 
hatten  und  als  Pollen-  und  SporenJvohlen 
bezeichnen  können.  Man  kennt  solche  so- 
wohl von  ganz  jungem  Alter,  wie  auch 
geologisch  sehr  alte  (Permformation).  Die 
jüngsten  derartigen  Bildungen  sind  die 
Pollentorfe,  die  sich  gelegentlich  innerhalb 
normaler  Torflager  finden  und  meist  aus  1 
zusammengeschwemmten    zahllosen    Betula- 


ceenpollen  (namentlich  Alnus)  bestehen.  Der- 
artige Torfe  sind  natürlich  allochthoner  Ent- 
stehung und  diese  selbst  so  zu  erklären, 
daß  in  Zeiten  eines  sehr  starken  Blüten- 
stau bfalls  (,, Schwefelregen")  dieser  durch 
Rinnsale  nnd  schwachströmende  Gewässer 
zusammengeschwemmt  wurde.  Den  Torf- 
bauern ist  die  vorzügUche  Brennbarkeit 
dieser  Pollentorfe  oder  Fimmenite  wohl 
bekannt,  und  stellenweise  wird  er  als  Leucht- 
torf bezeichnet.  Nur  selten  lohnt  seine 
Gewinnung  in  größerem  Maßstabe  zur 
Paraffinfabrikation  usw. 

Pollenbraunkohlen  sind,  wenn  auch  nur 
untergeordnet,  aus  dem  schlesischen  Tertiär 
bekannt  geworden;  bei  der  vermöge  der 
harzig-wachsigen  Stoffe  außerordentlichen 
chemischen  Widerstandsfähigkeit  der  Pollen 
und  Sporen  sind  sie  aber  noch  in  viel  älteren 
Kohlen  nachweisbar,  z.  B.  in  den  Glanz- 
und  Kannelkohlen,  in  kohlig  erhaltenen 
Sporangienresten  von  Steinkohlen-  und 
jüngeren  Farnen  usw.  Ein  Gestein  aus  dem 
Paläozoikum,  das  sich  mit  dem  Pollentorf 
direkt  vergleichen  läßt,  ist  der  Tasmanit 
aus  dem  Perm  Australiens,  ein  schiefriges, 
gänzlich  von  Sporen  erfülltes  Gestein,  das 
sogar  einer  industriellen  Ausnutzung  fähig 
ist.  In  dieselbe  Rubrik  gehören  auch  die 
von  Bertrand  und  Kidston  beschriebenen 
Sporenkohlen  aus  der  Steinkohlenformation, 
bei  denen  die  Sporen  ebenfalls  ausgezeichnet 
erhalten  sind;  sie  haben  allerdings  wohl 
nur  wissenschaftliches  Interesse. 

5.  Fremdkörper  in  den  Kohlen.  Nicht 
selten  findet  man  in  Stein-  wie  auch  in 
Braunkohle  fremde  Mineralien  und  Gesteine 
eingeschlossen,  die  sehr  verschiedener  Ent- 
stehung sind  nnd  besonders  wegen  der 
Eigenheiten  der  einen  Gruppe  einer  geson- 
derten Betrachtung  bedürfen.  Man  kann 
von  solchen  Flözeinschlüssen  zwei  Gruppen 
unterscheiden,  die  man  als  autochthone 
(Ausscheidungen  von  Mineralsubstanzen  aus 
in  der  Kohle  enthaltenen  oder  in  sie  hinein- 
gelangten Lösungen  verschiedenster  Art)  und 
allochthone  (solche,  die  in  der  heute  vor- 
liegenden Form  von  außen  her  durch  irgend- 
welche Agenzien  in  die  Kohle  hineintrans- 
portiert sind)  bezeichnen  kann. 

5a)  Autochthone  Einschlüsse.  Diese 
bestehen  teils  aus  gewöhnlichen,  meist  kristalli- 
nischen oder  kristallisierten  Mineralien  ver- 
schiedener Art,  die  auf  den  die  Kohle  durch- 
ziehenden ,, Lagen"  (Schlechten,  Absonde- 
rungsflächen) in  die  Kohle  teils  früher,  teils 
erst  nach  Erwerb  der  kohligen  Beschaffen- 
heit hineingedrungen  sind,  andernteils  sind 
es  mehr  konkretionäre  Bildungen  ohne  er- 
kennbare Kristallstruktur.  Von  den  ersteren 
seien  genannt  der  Kalkspat,  Schwers])at, 
Schwefelkies,  Gips,  Brauneisen,  Kupferkies 
u.  a.   Weit  wichtiger  sind  die  konkretionären 


832 


Kohlen 


Bildungen.  In  bestimmten  Flözen,  nament- 
lich (?  ausschließlich)  paralischer  Kohlen- 
becken findet  man  eigentümliche,  bald  runde, 
bald  längliche  Knollen,  die  meistens  aus 
einem  dolomitischen  Material  bestehen;  sie 
sind  von  einer  glänzenden  Kohlenschicht 
umhüllt  und  oft  mit  der  Kohle  sehr  eng  ver- 
bunden (,, angebacken,  angebrannt").  Am 
häufigsten  sind  diese  Dolomitknollen  in  den 
westlichen  paralischen  Steinkohlenbecken, 
wo  sie  bisher  im  Ruhrbecken  (Flöz  Katharina 
und  Fine-Frau),  im  Aachener  Kohlenbecken 
(Grube  Maria  Flöz  6)  gefunden  sind;  sie 
fehlen  bisher  in  den  belgisch-nordfranzösischen 
Vorkommen,  treten  aber  in  England  wieder 
in  großer  Menge  auf  (coal-balls) ;  außerdem 
sind  sie  neuerdings  im  Donetzbecken  in 
Südrußland  vonZalesskybeobachtetworden. 
Beim  Durchschlagen  dieser  Knollen  oder 
noch  besser  bei  der  Herstellung  von  Dünn- 
schhffen  daraus  beobachtet  man,  daß  sämt- 
liche Knollen  dicht  erfüllt  sind  mit  Massen 
von  echt  versteinerten  (s.  Bd.  VII  S.  411) 
Pflanzenresten  der  Steinkohlenformation,  die 
noch  in  wunderbarster  Weise  die  anato- 
mische Struktur  erkennen  lassen.  Die 
Knollen  sind  deswegen  von  unschätzbarem 
Werte  für  die  Wissenschaft  geworden, 
während  sie  beim  Auftreten  in  größeren 
Mengen  dem  Bergbau  Aergernis  bereiten. 
Figur  6  zeigt  einen  Querschliff   durch    eine 


Fig.    6.      Quersrhliff   durch   eine   Dolomitknolle 

(Torfdolorait,  Coal-ball)  aus  dem  Flöz  Catharina 

des  Ruhrbeckens.     Vergrößert. 


solche  Knolle.  Während  man  früher  daran 
dachte,  daß  diese  Knollen  abgerollt  seien 
und  also  als  Gerolle  in  die  Steinkohle  bezw. 
in  deren  Urmaterial  hineingeraten  seien, 
haben  neuere  Untersuchungen  zweifellos 
dargetan,  daß  es  sich  um  Ausscheidungen 


j  im  Flöze  an  Ort  und  Stelle  handelt  (Stopes 
I  und  Watson,  Kukuk).  Schon  das  Vorkom- 
men von  seminelförmigen  Knollen,  in  denen 
!  man  das  Durchgehen  derselben  Pflanzenreste 
!  von  der  einen  Knolle  in  die  andere  beobachtet, 
[  läßt  die  Geröllhypothese  unannehmbar  er- 
scheinen. Aber  auch  die  Pflanzenreste  in 
den  Knollen  selbst  können  nicht  als  ein- 
geschwemmt betrachtet  werden,  da  sie 
sonst  zweifellos  im  entrindeten  Zustande 
sich  finden  würden  und  empfindlichere  Teile 
zerstört  sein  müßten.  Die  Pflanzenreste  in 
den  Knollen  machen  vielmehr  den  Eindruck 
einer  Ablagerung  nach  Art  des  Torfes;  es 
liegen  oft  alle  mögMchen  kleinen  und  großen 
Pflanzenreste  durcheinander,  so  daß  auch 
von  einer  Separation  nichts  zu  spüren  ist, 
und  ferner  zeigen  sich  die  Pflanzenmassen 
kreuz  und  quer  durchzogen  von  den  Anhangs- 
organen der  Stigmarien,  wie  heutzutage  der 
Torf  von  den  Wurzeln  der  daraufwachsenden 
Pflanzen  durchzogen  wird.  Man  kann  also 
die  Dolomitknollen  geradezu  als  echt  ver- 
steinerten Torf  bezeichnen  und  Kukuk 
hat  dafür  mit  Recht  den  Namen  Torfdolomite 
vorgeschlagen.  Die  Entstehung  dieser  Aus- 
scheidungen ist  also  so  zu  denken,  daß  von 
oben  her  eine  die  betreffenden  Minerahen 
enthaltende  Lösung  das  Flöz  in  noch  torfigera 
Zustande  durchdrang,  daß  an  einzelnen 
Stellen  eine  Ausscheidung  der  dolomitischen 
Substanz  begann,  worauf  sich  um  dieses 
Niederschlagszentrum  ständig  mehr  Material 
niederschlug,  das  zugleich  die  betreffende 
Partie  des  Flözes  echt  versteinerte.  Bei 
der  späteren  Inkohlung  blieben  die  Knollen 
als  solche  unverändert  und  lassen  noch  jetzt 
die  primäre  Torfstruktur  erkennen,  die  der 
umgebenden  Kohle  längst  verloren  gegangen 
ist.  Sehr  eigenartig  bezüglich  des  Vorkommens 
dieser  Knollen  ist  die  Tatsache,  daß  sich 
über  dem  knollenführenden  Flöz  stets  eine 
Schicht  mit  marinenFossilienfindet(Muscheln, 
Goniatiten  usw.);  diese  marine  Schicht  ent- 
hält oft  ebenfalls  knollige  Ausscheidungen 
von  gewöhnhcher  konkretionärer  Beschaffen- 
heit. Es  ist  denkbar,  daß  das  Kalk-  und 
Magnesiamaterial  der  Muscheln  und  der 
marinen  Schichten  überhaupt  das  Mutter- 
material für  die  späteren  Torfdolomite  des 
darunter  liegenden  Steinkohlenflözes  ge- 
wesen ist. 

Auch  in  jüngeren  Formationen  hat  man 
neuerdings  in  der  Braunkohle  ähnliche 
Bildungen  kennen  gelernt,  nämhch  Sphäro- 
siderit^usscheidungen  in  der  tertiären  Braun- 
kohle des  Kölner  Reviers.  Hier  findet  sich 
jedoch  keine  marine  Schicht  über  dem  Flöz. 
In  Braunkohlenflözen  im  Braunschweigischen 
finden  sich  z.  B.  bei  Helmstedt  in  der  Kohle 
schwach  dolomitische  Kalkknollen,  die 
wenigstens  zum  Teil  echt  versteinerte 
Pflanzenreste  enthalten.    Da  sich  hier  über 


Kolüen 


833 


dem  Flöz  marines  Unteroligozän  findet,  so 
liegt  hier  vielleicht  ein  fast  vollkommenes 
Analogon  der  karbonischen  Torfdolomite 
vor;  in  jüngeren  Ablagernngen,  namentlich 
Torflagern,  hat  man  bisher  vergebens  nach 
ähnlichen  Bildnngen  gesucht.  ^Vm  ehesten 
darf  man  sie  in  den  zahlreichen  unterseeischen 
Torflagern,  erwarten,  die  aber  leider  einer 
Untersuchung  so  gut  wie  unzugänglich  sind. 

5b)  Allochthone  Einschlüsse.  Hin 
und  wieder  findet  man  in  der  Steinkohle 
ganz  unvermittelt  typisch  abgerollte  Stücke 
von  Granit,  Quarzit  und  anderen  Gesteinen, 
von  denen  der  Natur  nach  selbstverständlich 
ist,  daß  sie  von  außen  her  auf  irgendeine 
Weise  in  die  Kohle  hineingeschwemmt  sein 
müssen.  Von  den  Allochthonisten  wurde 
das  Vorkommen  solcher  GeröUe  mit  Vor- 
liebe als  ein  Beweis  für  die  Entstehung  der 
Kohlen  durch  Anschwemmung  angeführt; 
durchaus  mit  Unrecht,  denn  gerade  in  den 
zweifellos  antochthonen  Flözen  paralischer 
Becken,  wie  Oberschlesien,  Ruhr,  Belgien 
usw.  finden  sie  sich  mit  Vorliebe  mitten  in 
den  Flözen  mit  typischen  Stigmarienböden. 
Man  hat  daran  gedacht,  daß  die  Steine 
bei  Ueberschwemmungen  der  Steinkohlen- 
moore in  den  Wurzeln  ausgerissener  schwim- 
mender Bäume  mitgebracht  worden  seien; 
Potonie  hat  darauf  hingewiesen,  wie  die 
Tange  am  Meeresstrande  die  Steine,  an  denen 
sie  festgewachsen  sind,  mit  heraufnehmen 
können  und  anderswo  zur  Ablagerung 
bringen.  Da  es  gerade  von  den  paralischen 
Steinkohlenmooren  anzunehmen  ist,  daß  sie 
in  der  Nähe  des  Meeres  lagen,  so  ist  ein  solcher 
Gedanke  ebenfalls  diskutabel.  Die  Gerolle 
sind  übrigens  gelegentlich  auch  Stücke 
härterer  Kohle,  die  sich  in  abgerolltem  Zu- 
stande in  der  Steinkohle  eingebettet  finden, 
meist  aus  Kannelkohle  bestehend.  Ein  Rätsel 
bilden  jedoch  gewisse  Vorkommnisse  von 
durchaus  geröllähnlich  aussehenden  Kohlen- 
knollen im  Innern  von  Flözen,  deren  Kohlen- 
beschaffenheit mit  der  der  Knollen  durchaus 
übereinstimmt.  Am  bekanntesten  sind  die 
Vorkommnisse  von  Vasas  bei  Fünfkirchen 
in  Ungarn,  jedoch  treten  sie  gelegentlich  auch 
anderwärts  auf.  Die  Annahme,  daß  diese 
Kohlenknollen  bloß  durch  Druck  entstanden 
seien,  scheint  wenigstens  im  allgemeinen 
nicht  annehmbar.  Die  Frage  ist  vielmehr 
noch  durchaus  in  der  Schwebe. 

6.  Zersetzungserscheinungen  der 
Kohlen.  Die  Praxis  lehrt,  daß  die  Quahtät 
der  Kohlen  bei  längerem  Lagern  an  der  Luft 
sich  verändert,  d.  h.  verschlechtert;  es  tritt 
eine  Abnahme  des  Gasgehalts,  der  Kok- 
fähigkeit, der  Heizkraft,  des  Zusammen- 
haltes der  Stückkohlen  ein.  Man  beugt 
diesen  Schädigungen  vor  durch  Bespritzen 
der  Kohlen  mit  Kalk,  weit  besser  hat  sich 
jedoch  die  Lagerung  unter  Wasser  bewährt, 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


die  allerdings  umständlich  ist.  Außer  diesen 
in  das  Gebiet  der  Verwitterung  fallenden 
Vorgängen  ist  besonders  noch  die  Neigung 
mancher  Kohlen  und  bituminöser  Gesteine 
zur  Selbstentzündung  zu  erwähnen.  Es  ist 
bekannt,  daß  manche  Flöze  sich  von  selbst 
entzündet  haben,  sobald  durch  die  Ge- 
winnungsarbeiten der  Luftsauerstoff  Zutritt 
erhielt.  Solche  Flözbrände  sind  für  den  Berg- 
mann außerordentlich  unangenehme  Er- 
scheinungen, da  Löschungsversnche  oft  ver- 
geblich sind  und  nur  ein  Abdämmen  des 
Flözes,  d.  h.  vollständiger  Abschluß  der 
atmosphärischen  Luft  dem  Brande  ein  Ziel 
setzen  kann,  der  oft  nach  Jahren  erst  er- 
loschen ist;  während  dieser  Zeit  kann  in  dem 
betreffenden  Flöze  nicht  gebaut  werden. 
Mit  den  Flözbränden  lassen  sich  die  ebenfalls 
höchst  peinlichen  Brände  von  Kohlen- 
stapeln durch  Selbstentzündung  vergleichen. 
Nicht  nur  reine  Kohle,  sondern  auch  bitumi- 
nöse oder  kohlenhaltige  Gesteine  entzünden 
sich  bei  dichter  Lagerung  häufig  von  selbst; 
dieser  Umstand  ist  die  Ursache  der  für  die 
Umgegend  außerordentlich  unangenehmen 
Haldenbrände,  d.  h.  Brände  in  den  Auf- 
schüttungen des  aus  der  Grube  geförderten 
Nebengesteins  der  Kohlen.  Heutzutage  hört 
man  seltener  von  solchen  Haldenbränden, 
da  das  mitgewonnene  Nebengestein  in  der 
Grube  versetzt  wird  (d.  h.  in  die  durch  den 
Abbau  entstehenden  Hohh-äume  geschüttet 
wird).  Der  von  Goethe  geschilderte  brennende 
Berg  im  Saarbrückenschen  war  eine  solche 
brennende  Halde.  Berühmt  war  auch  der 
jetzt  erloschene  Flözbrand  im  Zwickauischen, 
der  den  Boden  dort  lange  Zeiten  hindurch 
an  einigen  Stellen  so  erwärmte,  daß  er  mit 
Vorteil  zur  Gemüsetreiberei  nach  Art  eines 
Treibhauses  ausgenutzt  wurde. 

Die  Ursache  der  Selbstentzündung  der 
Kohle  ist  noch  wenig  geklärt,  und  vielleicht 
sind  überhaupt  verschiedene  Ursachen  dafür 
maßgebend.  Früher  dachte  man  daran,  daß 
der  in  der  Kohle  fast  regelmäßig  vorhandene 
Schwefelkies  bei  der  Oxydation  eine  starke 
Erwärmung  und  schließlich  Entzündung  der 
Kohle  herbeiführen  könne.  Später  dachte 
man  an  die  oft  zahlreich  in  den  Flözen  vor- 
handene Faserkohle  (Rußkohle,  Holzkohle), 
die  nach  Art  der  künstlichen  Holzkohle 
Sauerstoff  zu  verdichten  imstande  ist  und 
daher  eine  stärkere  Oxydation  bewirken 
kann.  Zweifellos  spielen  bei  solchen  Selbst- 
entzündungen in  der  Kohle  enthaltene  leicht 
oxydierbare  Stoffe  eine  große  Rolle,  in  welcher 
Weise  dies  jedoch  in  den  einzebien  Fällen 
vor  sich  geht,  ist  noch  recht  ungewiß.  Bei 
der  oft  pulverigen  feinkörnigen  Braunkohle 
begreift  man  die  Selbstentzündungen  leichter, 
und  es  mögen  ähnliche  Vorgänge  dabei  mit- 
spielen, wie  bei  der  Selbstentzündung  anderer 
organischer  Körper,  wie  Heu,  Sägespäne  usw. 

53 


834 


Kolileii 


7.  Verwendung  und  Bedeutung  für  die 
Menschheit.  Die  außerordentlich  vielseitige  und 
massenhafte  Verwendung  der  Kohle  soll  hier  nur 
in  einigen  Grundzügen  angedeutet  worden.  Die 
Bedeutung  der  Kohle  für  die  Menschheit  kann 
dadurch  ermessen  werden,  daß  mit  dem  Ver- 
schwinden der  Kohlen  aus  unserem  Kulturleben 
dieses  selbst  einen  vollständigen  Stillstand  er- 
leben würde.  In  der  Tat  sind  Kohle  und  Eisen 
die  Grundlagen  auf  denen  die  gesamte  Technik 
und  überhaupt  das  heutige  Kulturleben  aufgebaut 
sind.  ;\Ian  kann  bei  der  Kohlenverwendung  die 
tlirekte  Ausnutzung  der  Kohlen  in  Form  von 
Brennstoff  unterscheiden  von  einer  indirekten, 
wie  dies  Kukuk  tut.  Die  direkte  Ausnutzung 
ist  die  augenfälHgste  und  im  alltäglichen  Leben  in 
der  mannigfachsten  Form  vorkommende  Be- 
nutzimgsweise.  Hier  ist  zunächst  die  Benutzung 
als  Heizmaterial  zur  Dampferzeugung,  ferner  für 
Heizzwecke,  besonders  aber  die  Benutzung  für 
metallurgische  Zwecke  zu  nennen.  Bei  diesen 
dient  die  Kohle  dazu,  aus  den  Erzen  durch  Re- 
duktion das  Metall  zu  gewinnen.  In  der  Hochofen- 
industrie wird  die  Kohle  fast  ausschließlich  in 
der  Form  des  Kokses  benutzt.  Das  Verbrennen 
der  Kohle  im  Haushalt  des  einzelnen  spielt  gegen- 
über den  ungeheueren  Mengen,  die  die  Metall- 
industrie verschlingt,  nur  eine  verschwindende 
Rolle,  und  besonders  gilt  das  für  die  Stein- 
kohle, da  in  vielen  Gegenden  gerade  in  Deutsch- 
land die  Bramikohle  in  der  Form  der  handlichen 
Briketts  fast  ausschließlich  als  Hausbrandkohle 
benutzt  wird. 

Als  Beispiele  für  die  indirekte  Benutzung  der 
Kohle,  bei  der  also  daraus  gewonnene  Produkte 
in  Gasform  das  eigentlich  ausgenutzte  ^Material 
darstellt,  seien  vor  allem  die  Erzeugung  des 
Leuchtgases  genannt,  das  außer  zur  Beleuchtung 
auch  als  Krafterzeuger  in  den  Gaskraftma sehinen 
benutzt  wird.  Es  gibt  noch  andere  aus  den  Kohlen 
gewonnene  Gasarten,  die  in  der  Technik  benutzt 
werden.  Von  diesen  seien  das  Wassergas  genannt, 
das  durch  Ueberleiten  von  Wasserdampf  über 
glühende  Kohlen  dargestellt  wird;  das  erzeugte 
Gas  ist  reich  an  Kohlenoxyd  (CO).  Ein  anderes 
sich  durch  die  Darstellungsweise  etwas  unter- 
scheidendes Gas  ist  z.  B.  das  Mondgas,  nach 
dem  Erfinder  genannt. 

Einige   Worte  seien  noch   der  industriell  ja 
außerordentlich    wichtigen     Kokerei    gewidmet. 
Ueber  die  Eigenschaften  der  Kokskohlen  und  ihre 
Brauchbarkeit  zum  Koksprozeß  war  schon  S.  81'2 
etwas  gesagt  worden.  Unter  Umständen  kann  man 
auch   nicht  backende    Kohlen   bei    der    Kokerei 
mitverwenden,  indem  man  sie  gewöhnlichen  Back- 
kohlen beimischt.     Die  Koksausbeute  oder  das  i 
Koksausbringen    ist    verschieden    und    beträgt ' 
z.  B.  für  eine  Fettkohle  des  Ruhrbeckens  (35 — 78°o- 
Sehr   wichtig   ist,    daß    zum    Verkokungsprozeß 
Feinkohle  benutzt  werden  kann,  die  früher  sich  ' 
einer   bedeutend   geringeren    Wertschätzung   er- 
freute    als    die    Stückkohle.       Im    allgemeinen 
werden  auf  den  mit  Kokerei  versehenen  Stein-  : 
kohlenbergwerken    die    Kohlen    nach    verschie- . 
denen    Stückgrößen   in   einer    Separationsanlage 
(Kohlenwäsche)    getrennt    und    dabei    zugleich  ; 
von    den    ,, Bergen"    (Verunreinigungen     durch 
das  Nebengestein)  befreit.    Die  Feinkohlen  sind 
es  in  erster  Linie,  die  dann  in  die  Kokerei  gehen. 

Der  Koksprozeß  selbst  wird  in  schmalen 
und  tiefen,  etwa  6 — 8 Tonnen  fassenden  Kammern 


aus  feuerfestem  Gestein  vorgenommen,  die  zu 
größeren  Koksbatterien  vereinigt  sind.  Die 
Einleitung  des  Koksprozesses  oder  der  Ver- 
I  brennung  wird  durch  brennende  Abgase  vor- 
genommen, die  beim  Koksprozeß  selbst  gewonnen 
werden.  Nach  Beendigung  des  Koksprozesses 
werden  die  Kammern  geöffnet  und  der  Koks 
durch  sogenannte  Ausdrückmaschinen  aus  den 
Kammern  herausgestoßen  und  mit  Wasser  ab- 
gelöscht. 

Die   neueren   Kokereien  arbeiten   meist   mit 
I  Gewinnung  der  sogenannten  Nebenprodukte  aus 
■  den  Koksabgasen.     Wo   dies  nicht  der  Fall  ist, 
wird  den  Destillationsgasen  der  Teer  entzogen  uncl 
;  das  dann  noch  übrige  Gas  zu  Ileizzwecken  für 
j  die    Koksöfen,    zur    Beleuchtung    usw.    wieder 
I  verwandt.    Bei  den  Kokereien  mit  Nebenproduk- 
tengewinnung findet  aber  eine  viel  weitere  Aus- 
I  nutzuug  der  Abgase  statt,  die  noch  ca.  4500  WE. 
.  enthalten.    Die  wichtigsten  Produkte  aus  diesen 
i  Gasen   sind   Ammoniak    und   Teere.      Aus   den 
ersteren  wird   das  als  Düngemittel  sehr  gesuchte 
'  schwefelsaure  Ammoniak  (NH4),S03   gewonnen. 
Der    Rohteer    wird    dann    einer    fraktionierten 
'  Destillation  unterworfen,    bei   der   die  verschie- 
denen    Teeröle     gewonnen     werden:     Leichtölc 
I  (Siedepunkt  bis  150"),    Mittelöle   (150  bis  220«), 
Schweröle  (220  bis  270")  und  Anthrazenöle  (bis 
400").     Den  Destillationsrückstand  bildet  Stein- 
kohlenpech.      Die    einzelnen    Destillate    werden 
wieder  durch   Sonderdestillation  behandelt  und 
z.   B.    aus    den   Leichtölen     Benzol   und   Toluol 
(diese   beiden  sind  auch   die   Ausgangsprodukte 
für  die  Anilinfarbenindustrie  u.  a.),  und  Xylol  ge- 
wonnen, aus  den  Mittelölen  wird  u.  a.   Karbol- 
säure,  Lysol  und  Naphthahn  hergestellt.      Die 
übrigen   Gele    dienen    als   Schmieröle,    zur    Im- 
prägnierung von  Holz  usw.   Einen  ganz  ähnhchen 
Nebenproduktenprozeß     findet     man     bei     der 
Leuchtgasfabrikation,  bei  der  ja  auch  Koks  er- 
zeugt wird,  der  allerdings  bedeutend  geringwerti- 
ger als  der  Kokereikoks  ist. 

An  die  Nebenproduktengewinnung  ans  der 
Steinkohle  erinnert  diejenige  aus  gewissen  Braim- 
kohlen, nämlich  denPyropissitkohlen  und  Schwel- 
kohlen des  Zeitz-Weißenfelser  Braunkohlen- 
reviers. Hier  wird  durch  einen  Destillations- 
prozeß ebenfalls  eine  Menge  von  Uelen  imd 
auch  von  festen  Kohlenwasserstoffen  gewonnen, 
von  denen  das  Paraffin  am  wichtigsten  ist. 

Trotz  seiner  weit  geringeren  Heizkraft  wird 
örtlich  auch  die  jüngste  .,Kohlenarf',  der  Torf, 
sowohl  als  Brennmaterial  wie  auch  zu  industriel- 
len Zwecken  ausgenutzt.  Am  wichtigsten  ist 
hier  die  Gründung  von  elektrischen  Ueberland- 
zentralen  in  Torfgebieten,  wie  solche  besonders 
im  Hannoverschen  schon  mehrfach  im  Betrieb 
sind.  Auch  Nebenprodukte  aus  den  Torfgasen 
versucht  man  neben  dem  Kraftgas  zu  gewimren. 
Ebenso  sind  Versuche,  den  Torf  zu  verkoken, 
vielfach  ausgeführt  worden,  so  z.  B.  wird  im 
Oldenburgischen  in  Elisabethfehn  Torf  mit  25°;, 
Wasser  in  Torfkoksöfen  verkokt  und  die  Abgase 
auf  Torfkreosotöl,  Torfgasöl,  Rohparaffin  und 
Pech  weiter  verarbeitet.  Diese  Versuche  der 
Torfausnutzimg  dürften  für  gewisse  Gegenden 
noch  eine  Zukunft  haben,  um  so  mehr,  da  inanche 
Anlagen  sehr  ökonomisch  arbeiten. 

7a)  Die  Steinkohlenvorräte  der  Erde 
und  die  Erschöpfungsfrage.  Bei  dem 
ungeheueren  und  noch  ständis:  steigenden  Ver- 


Kohlen 


835 


brauch  an  Kohlen  ist  für  einzelne  Gebiete  die 
Frage  der  Erschöpfung  der  Kohlenschätze  bereits 
in  fühlbare  Xähe  gerückt,  und  bei  der  \Yichtigkeit 
der  Kohle  hat  man  sich  auch  in  den  noch  mit 
reichen  Kohlenschätzen  versehenen  Steinkohlen- 
gebieten mit  der  Frage  beschäftigen  müssen,  wie 
lauge  man  unter  Annahme  einer  verhältnis- 
mäßigen Steigerung  des  Bedarfs,  wie  sie  ständig 
stattfindet,  in  den  einzelnen  Kohlengebieten 
noch  auf  die  Kohlengewinniuig  rechnen 
kann.  Lieber  die  gewonnenen  Kohlenmassen  und 
die  Beteiligung  der  einzelnen  Länder  der  Weg- 
geben die  Tabellen  am  Schluß  Auskünfte,  zu 
denen  weitere  Erläuterungen  überflüssig  sind. 
Einige  kleinere  Steinkohlenvorkommnisse  in 
Deutschland  und  auch  andei-wärts  sind  ja  bereits 
vollständig  abgebaut,  wie  z.  B.  die  Wettiner 
Kohlen  bei  Halle,  die  größeren  Vorkommnisse 
befinden  sich  jedoch  noch  im  Betrieb.  Was  die 
Kohlenvorräte  der  einzelnen  deutschen  Kohlen- 
becken anlangt,  so  ist  man  hier  natürhch  zum  Teil 
auf  Schätzungen  angewiesen,  die  auf  der  Er- 
schließung der  Kohlenbecken  durch  die  Gruben- 
baue und  Tiefbohrungen  beruhen.  Für  den  rechts- 
rheinisch-westfälischen Steinkohlenbezirk,  also  das 
eigentliche  Ruhrbecken,  beträgt  in  der  Tiefe  von 
0  bis  1000  m  die  abbauwürdige  Kohlenmenge 
nach  Kukuk  und  Mintrop  30,416  Millionen  cbm, 
bis  2000  m  Teufe  (37,416  Millionen  cbm.  Hier- 
nach würde  der  Kohlenvorrat  bis  1500  m  für  die 
(iasflamm-  und  Gaskohlen  im  ganzen  1300  bis 
2000  Jahre,  für  die  Fettkohlen  500  bis  700  Jahre, 
für  die  ^Magerkohlen  1000  bis  1800  Jahre  ausreichen. 
Frech  hatte  den  Kohlenvorrat  für  das  west- 
fähsche  Becken  1911  auf  über  1000  Jahre  an- 
genommen. Die  kolossalen  Kohlenmengen  des 
oberschlesischen  Beckens  sollen  nach  Michael 
allein  für  den  preußischen  Anteil  bis  1000  m  Tiefe 
60  [Milliarden  Tonnen  betragen  und  werden  bei 
der  noch  verhältnismäßig  geringen  Ausnutzung 
der  Kohlenschätze  dieses  Beckens  ebenfalls  auf 
über  1000  Jahre  noch  ausreichen.  Bedeutend 
schlechter  sind  die  Verhältnisse  in  den  kleineren 
deutschen  Steinkohlenbecken;  im  Königreich 
Sachsen  (Zwickau  und  Lugau)  kann  man  nur 
noch  auf  etwa  100  Jahre  Kohlenproduktion 
rechnen  und  äluilich  dürften  die  Verhältnisse 
in  Mittelböhmen  und  Zentralfrankreich  liegen. 
Nicht  viel  länger  ist  das  niederschlesische  Becken 
versorgt  (nach  Frech  ca.  150  Jahre),  während 
das  Saarbrückener  noch  auf  etwa  400  bis  500  Jahre 
Kohlen  hat. 


Der  Kohlenvorrat  Englands  vermindert  sich 
durch  die  ungeheuere  Produktion,  die  allerdings 
längst  durch  die  derVereinigtenStaaten  übertroffen 
ist.  zusehends.  Die  dort  vorhandene  Kohlen- 
menge wird  auf  100  Milliarden  Tonnen  geschätzt, 
die  jährliche  Ausbeute  auf  230  Milhonen 
Tonnen  und  hieraus  eine  dauernde  Kohlenproduk- 
tion von  ca.  600  Jahren  gefolgert.  Nach  Frech 
sollen  die  Verhältnisse  aber  bedeutend  ujigünstiger 
liegen  und  die  englischen  Ivohlen  schon  in  250 
bis  350  Jahren  erschöpft  sein.  Unter  Ueber- 
gehimg  weniger  wichtiger  Steinkohlengebiete, 
deren  Produktionszahlen  aus  den  Tabellen  am 
Schluß  >iohii-  wiiihtigi'smd,  sei  noch  auf  die  Kohlen- 
vorräte der  Vereinigten  Staaten  eingegangen, 
deren  Kohlenproduktion  bei  weitem  die  größte 
der  Welt  darstellt  (38,5°,,  im  Jahre  1911  gegen- 
über Großbritannien  mit  23,5 °o,  Deutschland 
mit  20,".iO%  und  der  Gesamtförderung  aller  übri- 
gen Länder  von  nur  18  "o  der  Weltproduktion j. 
Trotz  der  ganz  gewaltigen  Vorräte,  die  auf 
1 382  780  Millionen  Tonnen  geschätzt  werden, 
wird  die  Produktion  nur  noch  auf  etwas  über 
100  Jahre  reichen.  Bei  Annahme  einer  jährlichen 
Produktionssteigerung  von  7,36 °'o  gelangt  man 
zu  dem  Resultat  (nach  Frech),  daß  in  etwa  107 
Jahren  die  Steinkohlen  der  Vereinigten  Staaten 
verbraucht  sein  werden,  wobei  noch  besonders 
schwerwiegend  der  durch  den  raubbauartigen 
Abbau  entstehende  Abbauverlust  in  die  Wage 
fällt,  der  auf  fast  50%,  also  die  Hälfte  der  ge- 
winnbaren Kohlen    geschätzt  wird. 

Für  andere  steinliohlenreiche  Länder,  wie 
namentlich  China  und  Sibirien  ist  nur  eine  ganz 
ungewisse  Schätzung  möglich,  jedoch  sind  die 
Steinkohlenvorräte  in  diesen  Ländern  noch  ganz 
ungeheuer  und  es  ist  wohl  möglich,  daß  nach  der 
Erschöpfung  oder  mit  dem  Herannahen  dieser 
die  Industrie  eine  räumliche  Verschiebung  nach 
diesen  Gebieten  erfahren  wird,  wofern  nicht 
in  den  jetzigen  Ländern  der  Hauptkohlenproduk- 
tion bis  dahin  für  einen  Ersatz  der  Kohlen  durch 
andere  Mittel  gesorgt  ist.  Als  wichtigster  Kohlen- 
ersatz kommt  bisher  die  Wasserkraft  in  Frage, 
deren  Ausnutzung  ja  bei  uns  erst  in  den  Anfängen 
steckt  und  sich  mehr  auf  die  gebirgigen  Land- 
striche beschränkt. 

7I))  Tabellen  über  Steinkohlenproduktion, 
Verbrauch  usw.  (aus  dem  kleinem  Buch  von 
Kukuk  ,, Unsere  Kohlen"  meist  nach  dem  .Jahr- 
buch des  Essener  Bergbauvereins). 


Als  Beispiel  für  die  Entwickelung  des  Bergbaues  seit  Ende  des  18.  Jahrhunderts  sei  die  des  (Jber- 
J)ergamtsbezirks  Dortmund  von  1792  bis  1912  angeführt. 


Anzahl  der 
^^•erke 

Produktion  an 

Wert  der 

.Jahr 

Ivohle 

t 

Produktion 
Mk. 

Belegschaft 

1792 

154 

176  676 

683  607 

I  .",57 

1800 

158 

230  55^ 

I  039  015 

I  546 

1850 

198 

I  665  062 

10  385  094 

12  741 

1870 

220 

II  812  528 

67  626  048 

51  391 

1880 

202 

22  493  204 

102  953  856 

So  152 

1890 

177 

35  469  290 

282  441  997 

127  794 

1905 

175 

65373531 

548913  105 

267  798 

1909 

163 

82  803  67b 

823  000  272 

340  567 

1910 

165 

86  864  504 

849  204  000 

345  136 

1911 

162 

91  329  000 

888  360  000 

352  555 

1912 

164 

10025S413 

— 

371  095 

53* 


836  Kolilen 

Kokscrzeugung  der  wii-htigsteii  Külileiiproduktionsländer  in  lÜOO  t. 


1900 

1905 

1909 

1910 

'       1911 

Voreinigte  Staaten  .... 

l6  G28 

29  240 

35  t>öO 

37  S13 

32  255 

Deutscldand 

— 

16  491 

21  408 

23  600 

25410 

Großbritannien 

— 

17732 

19  170 

19  642 

— 

Rußland 

2244 

2  301 

2  630 

2750 

— 

Belgien 

2435 

2  239 

2973 

3  III 

3  161 

Frankreich 

2  289 

2268 

2472 

2  688 

2  900 

Oesterreich 

I  22  8 

I  400 

1985 

I  999 

2  058 

^^  elt  (insgesamt)      .... 

— 

76  000 

91  000 

97  OOü 

— 

Kohlengewinnung  der  Erde  von  1895  bis  1911  in  1000  t. 


Länder 


1895 


1900 


1905 


1909 


1910 


1911 


1. 


Ver.  Staaten  von  Nord- 
amerika       

(Iroßbritannien     .    .    . 

Deutschland 

(Braunkohlen)  .    .    .    . 
Oesterreich-Unga  ni 
(Braunkohlen)  .    .    .    . 

Frankreich 

(Braunkohlen)  .    .    .    . 

Rußland 

Belgien 

Japan     

China      

Australischer  Bund.    . 
Britisch-Indien     .    .    . 

Kanada  

Spanien      

14.  Transvaal 

15.  Neuseeland 

16.  Natal 

Niederlande 

Bosnien 

Italien 

Niederl.-lndieii      .    .    . 
Franz. -Indien    .    .    .    . 

Schweden 

Kapland 

Britisch-Borneo     .    .    . 


6. 

7. 

8. 

9. 
10. 
11. 
12. 
13. 


^75  193  I  244653 

192  705  I  228  795 

79  i6g  j  109  290 


10  791 

21  864 

27583 

437 

9099 

20  458 

4  811 

4360 
3  595 
3  156 
I  739 
I  028 

739 
161 
127 
199 
305 
131 
113 
224 

78 
41 


12  440 
26668 
23722 
683 
16  157 

23  4Ö3 
7489 

6487 
6  217 
5088 
2583 
459 
I  112 

245 
320 

395 

480 
206 

194 

252 

180 

51 


356272 
239  918 
121  299 

13673 
28  781 
35218 
709 
18668 
21  775 
II  542 

7617 

8553 

7  953 

3203 

2649 

I  611 

I  148 

495 

540 

413 

309 

297 

322 

149 

59 


411  806 

267  995 

148  788 

(68  658) 

14923 

(33  765) 

37253 

(719) 

25824 

23518 

15  213 

12  840 

12  300 

12  060 

10  904 

3310 

2  800 

I  741 

I  630 

I  100 

696 

555 

540 

365 

247 

160 

91 


455  025 

268  677 

152  828 

69531 

15  171 

32792 

37862 

708 

23927 

23  084 

15535 
14  591 


438  300 
276  200 
160  700 
7?>  700 
49  100 

39  300 

26  000 
23  100 


Insges.  Kohlengewinnung 
der  Welt  ......: 


582939  j  767218  1935854  I  II 10  010  I  I  152  000 


etwa 
I  165  000 


Als  Beispiel  titr  die  relativen  Verbrauchsmengen  der  einzehien  Gewerbe  diene  die  Statistik  der  in- 
ländischen Abnehmer  des  westfälischen  Kohlensyndikats  (1911). 


Es  wurden  verbraucht  von 


1911 


t 


Metallhütten  aller  Art,  Eisenhütten,  Herstellung  von  Eisen  und  Stahl  usw. 

Hausbedarf 

Eisenbahn-  und  Straßenbahn-Bau  und  -Betrieb 

Gewinnung  von  Steinkohlen  und  Koks,  Brikettherstellung 

Binnen-,    See-    und    Küstenschiffahrt,    Hocliseef ischerei,     Hafen-    und 

Lotsendienst,  Kriegsmarine 

Industrie  der  Steine  und  Erden 

Gasanstalten 

Textilindustrie,  Bekleidungs-  und  Reinigungsgewerbe 

Chemische  Industrie  .    .    ] 

Elektrische  Industrie      

Brauereien  und  Branntweinbrennereien 

Papierindustrie  und  polygraphische  Gewerbe 

Industrie  der  übrigen  Nahrungs-  und  Genußmittel 

Die  übrigen  Industrien  

Sa. 


28  249  869 
8  789  934 
7  926  090 
4  860  173 

3  fH2  954 
3233271 
2274513 
2  000  325 
2  022  015 

1  070  744 

734  690 
901  499 

046512 

2  153  520 


41,22 

12,83 

11,57 

7,09 

5,32 
4,72 
3,32 
2,92 

2,95 
1,56 
1,07 
1,32 
0.94 
3,17 


68526  115 


Kolilen  —  Kolilensäurederivate  und  Pmingruppe 


837 


Deutschlands  Kohlenförderung. 

Einfuhr  und  Ausfuhr  von 

1885  bis  1911 

Einfuhr  von  Kohle, 

Ausfuhr 

von  Kohle 

^ 

Koks  und  Briketts 

Koks  und 

Briketts 

Jahr 

Steinkohle 

Braunkohle  ' 

Steinkohle 

Braunkohle  '< 

Steinkohle 

i 

Braunkohle 

in 

in 

in 

in 

in 

1 

in 

1000  t 

1000  t 

1(100  t 

1000  t 

1000  t 

' 

1000  t 

1885 

5«  320 

15  355       i 

237^ 

3648 

8  956 

14 

1895 

79  i6q 

24788 

5  117 

7I8I 

10  361 

1 

19 

1905 

121  299 

52  512 

9400 

7945 

18  157 

20 

1910 

152  828 

09  105 

II  I9() 

7398 

24257 

(>2 

J911 

i()0  750 

7?>  7<'o 

10  914 

7009 

27  400 

58 

Literatur.  H.  Potonie,  Die  Eutslehunq  der 
Steirtko/ilc  idid  der  Kaiistohiolithe  iibcrhavpt. 
V.  Auß.,  1910.  —  J.  J.  Stevenson,  The  for- 
mation  of  coal  beds.  I — 71'.  Proceed.  Atner. 
philos.  Soc,  Vol.  50,  j).  1  —  116,  1911;  Vol. 
■10,  p.  519— G43,  1911;  Vol.  51,  p.  423—553, 
1912;  Vol.  52,  p.  31 — 162,  1913  mit  sehr  voll- 
ständiger Literatur.  Auch  andere  Schriften 
desselben  Verf.  (Coal  basin  of  Commentry  1910 
II.  a.).  —  Von  den  zahlreichen  Schriften  C  Eg. 
JBertrfinds  seien  genannt:  Ce  que  Ics  coupes 
minces  des  charbons  de  terre  nous  out  appris 
sur  leur  modes  de  formation.  Congri-s  internat. 
Jlmes,  Metall.,  Geologie  appliqiiee.  Lüttich  1905, 
44  TP-  >''nd  0  Doppeltafeln  (kurze  susammen- 
fassende  Darstellunq).  —  I^es  Bogheads  ä  Algues. 
'Bull.  Soc.  Beige  Geol.  Pcd.  Hydr.,  t.  Vif,  1S93, 
p.  45 — 81,  t.  IV,  V.  —  Gütnbel,  C.  v.,  Beiträge 
zur  Kenntnis  der  Texturverhältnisse  der  Jlinercd- 
kohlen.  Sitzgsb.  Kgl.  bayer.  Ak.  Wiss.  1883, 
S.  111  ff.  —  Als  neuere  zusammenfassende  Schrift 
auch:  «/.  Cornet,  La  formation  des  Charbons 
et  des  Petroles.  Geologie,  t.  III,  p.  1 — lOS,  Mons 
1913.  —  A,  Renier,  Les  methodes  paleontolo- 
giques  etc.  Rev.  univers.  mines,  melcdl.  etc. 
4^  Serie,  t.  XXI  &  XXII,  1908  u.  a.  Schriften 
desselben  Verf.  —  M.  C.  Stojies  und  D.  M.  S. 
Watson,  On  the  present  distribution  und  origine 
of  the  calcareous  concretions  in  coal-seams, 
knoivn  as  coal-bcüls,  Philos.  Transact.  Roy.  Soc. 
London,  Scr.  B,  Vol.  200,  p.  167 — 218,  t.  17—19, 
1907.  —  P.  KuTetik,  Unsere  Kohlen.  1913 
u.  a.  Schriften  desselben  Verf.  —  F.  Frech, 
Aus  der  Vorzeit  der  Erde.  V.  Steinkohle,  Wüsten 
und  Klima  der  Vorzeit.  2.  Aufl.  1911.  —  Ver- 
seihe, Die  Steinkohlenfelder  Deutschlands  1912, 
u.a.  Schriften  desselben  Verf. — Ferner  Schriften 
von  Kidston,  Göppert,  Grand' Eury,  Fayol, 
Petzholdt,  Sterzel ,  Dairson,  Arber, 
White   ii.su- . 

W.   Gothan. 


Kohlensäurederivate 
und  Puringrnppe. 

1.  Allgemeines.  2.  Ester  der  Kohlensäure. 
3.  Chloride  der  Kohlensäure.  4.  Schwefelhaltige 
Abkömmlinge  der  Kohlensäure.  5.  Amidderivate 
der  Kohlensäure  und  Thiokohlensäuren:  Carb- 
aminsäuren,  Urethane.  6.  Kohlensäurediamid, 
Carbamid  oder  Harnstoff:    c^)  Alkylverbinduiigen 


usw.  ß)  Sulfoharnstoff  usw.  7)  Nitro-,  Nitroso- 
und  Aminoderivate.  7.  Guanidin  usw.  8.  Ureide 
der  u)  Fettsäuren,  ß)  Kohlensäure,  7)  Oxysäuren, 
d)  Aldo-  und  Ketocarbonsäuren ,  t)  Dicarbon- 
säuren.  9.  Puringrnppe:  Harnsäure  (Purin), 
Xanthin,  Guanin,  Hypoxanthin,  Adenin, 
Methylxanthine ,  Purinalkaloide  (Theobromin. 
Theophyllin,  Coffein).  ' 

I.  Allgemeines.  Vom  Kohlendioxyd, 
CO2,  leiten  sich  theoretisch  zwei  Hydrate  ab, 
die  in  freiem  Zustand  nicht  erhalten  werden 
können:  die  gewöhnliche  oder  Metakohlen- 
sänre  und  die  Orthokohlensäure: 

CO2  ;^  CO(OH)o  Z  C(0H)4. 

Von  den  Derivaten  dieser  beiden  Säuren 
sind  besonders  die  der  gewöhnlichen  Kohlen- 
säure von  Bedeutung.  Die  Abkömmlinge 
der  Orthosäure  kommen  hier  nicht  in  Be- 
tracht. Ihre  Ester,  C(0R)4,  besitzen  nur 
theoretisches  Interesse.  Andere  Derivate,  wie 
Tetrachlorkohlenstoff,  CCI4,  Halogenpikrin, 
CCKNO.,).,  Tetranitromethan,  C(NÖ2)4  usw. 
sind  an"iinderer  Stelle  des  Werkes  behandelt 
(vgl.  die  Artikel  ,, Aliphatische  Kohlen- 
wasserstoffe", ,,  Nitro  Verbindungen" 
usw.).  Im  Nachfolgenden  werden  deshalb 
unter  Kohlensäurederivaten  stets  solche  der 
gewöhnlichen  oder Metakohlensäure,CO(OH)2, 
verstanden. 

Die  Kohlensäure  ist  die  einfachste 
Oxykarbonsäure;  sie  kann  als  Oxyameisen- 
säure,  HO.COOH,  angesehen  werden.  Vor 
anderen  Oxysäuren  ist  sie  durch  ihre  zwei- 
basische Natur  ausgezeichnet,  welche  sich 
in  der  Fähigkeit  zur  Bildung  zweier  Reihen 
von  Salzen  offenbart  (vgl.  den  ^Vrtikel 
,, Kohlenstoff").  In  analoger  Weise  leiten 
sich  von  der  Kohlensäure  auch  zwei  Reihen 
von  Estern,  Chloriden  und  Amiden  ab.  Er- 
setzt man  0-Atome  der  Kohlensäure  durch 
Schwefel,  so  gelangt  man  zu  Thio-  bezw. 
Sulfkohlensäuren ,  die  in  freiem  Zustand 
ebenfalls  nicht  beständig  sind.  Wie  die 
Kohlensäure  als  Verbindung  zwischen  COg 
und  HoO  anzusehen  ist,  sind  diese  Stoffe 
als  Kombinationen  von  CO2,  COS  und  CS.^ 
mit  H2S  oder  H2O  anzusprechen.  Als  Nitril 
der  Kohlensäure  kann  die  Cyansäure,  HO.CN, 
bezeichnet    werden,    während    die    Rhodan- 


838 


Koliloiisäurcdei'ivato  und   l'tiiiiiuruiijio 


wasscrstoffscäure,  HS.CN.  das  Nitril  der 
Thiokohlensäure,  HS.COOH,  repräsentiert. 
Die  Halogencyanverbiiidungen  sind  dement- 
sprechend Nitrile  von  Halogenderivaten  der 
Kohlensänre.  z.  B.  Chlorcyan,  Cl.CN,  das 
Nitril  der  Chlorkohlensäure,  CICOOH  usw. 
Gyanamid.  HoN.CN,  wäre  als  Nitril  der 
Carbaminsäure,  H2N.COOH,  aufzufassen  usw. 
Alle  diese  und  andere  ,,Cy  an  Verbin- 
dungen" sind  in  einem  besonderen  Artikel 
berücksichtigt. 

Das  wichtigste  Aniidderivat  der  Kohlen- 
säure ist  der  Harnstoff,  CO(NH2)2-  Von 
ihm,  der  selbst  hohes  physiologisches  In- 
teresse beansprucht,  leiten  sich  zahlreiche 
Verbindungen  ab,  die  als  Bausteine  des 
tierischen  und  pflanzlichen  Organismus  oder 
als  Stoffwechselprodukte  auftreten.  Manche 
von  ihnen  besitzen  auch  bemerkenswerte 
physiologische  Wirkungen.  Genannt  seien 
hier  nur  Guanidin,  HN:C(NH2)2,  und  seine 
Derivate  Kreatin  und  Kreatinin.  Ferner 
die  Ureide,  d.  h.  Verbindungen  von  Harn- 
stoff und  organischen  Säuren,  zu  denen 
unter  anderen  das  bekannte  Schlafmittel 
Veronal  zählt.  Endlich  die  Di  ureide, 
welche  den  Harnstoffrest  zweimal  enthalten. 
Unter  diesen  ragt  besonders  die  Gruppe  der 
Purine  hervor,  zu  welcher  Harnsäure  sowie 
die  Alkaloide  des  Kaffee,  Tee  und  Kakao, 
Coffein  und  Theobromin  gehören.  Anders 
Purinabkömmlinge  sind  wesenthche  Bestand- 
teile der  Nukleinsäuren,  die  ihrerseits  als  in- 
tegrierende Bausteine  der  Zellkernsubstanz 
anzusehen  sind.  In  diesen  hochkoraplizierten 
Produkten  treten  die  Purine  demnach  als 
Stoffe  auf,  an  welche  die  Lebensfunktionen 
geknüpft  sind. 

2.  Ester  der  Kohlensäure,  a)  saure 
Ester:  Existieren  frei  nur  bei  sehr  niederer 
Temperatur  und  entstehen  aus  flüssiger 
Kohlensäure,  CO2,  und  dem  betreffenden 
xVlkohol.  Die  Salze  können  durch  Einwirkung 
von  CO2  auf  Alkoholate  erhalten  werden. 
Sie  sind  an  sich  beständig,  werden  aber  durch 
AVasser  leicht  zersetzt.  Auch  Phenolate 
addieren  CO2  unter  Bildung  entsprechender 
Estersalze,  die  als  Zwischenprodukte  bei  der 
Synthese  aromatischer  Oxycarbonsäuren 
nach  Kolbe  von  hohem  technischen  Inter- 
esse sind  (vgl.  Salizylsäure  im  Artikel 
,,  Säuren"). 

ß)  Neutrale  Ester:  Können  auf  ver- 
schiedenen der  für  die  Estergewinnung  üb- 
lichen Wege  dargestellt  werden  (vgl.  den 
Artikel  ,, Ester").  Aetherisch  riechende 
Flüssigkeiten,  die  sich  leicht  hydrolysieren 
lassen.  Mit  Ammoniak  entstehen  erst  Carb- 
aminsäureester,  dann  Harnstoff.  Phosphor- 
pentachlorid  führt  in  Chlorameisensäureester 
über: 

CÜ(OR).,  +  PCI5  =  CICOOR  +  POCI3 
+  RCl. 


Von  theoretischer  Bedeutung  ist,  daß  auf 
verschiedenen  Wegen  bereitete  gemischte 
Ester  identisch  sind,  so  die  Produkte  aus 
Chlorameisensäure m e  t  h y  lester  und  Ae t h y  1  - 
alkohol  sowie  aus  Chlorameisensäure- 
äthylester und  Methylalkohol.  Es  ist  das 
ein  Hinweis  auf  gleichartige  Funktion  der 
beiden  OH-Gruppen  der  Kohlensäure.  Be- 
merkt sei  auch  die  leichte  Austauschbarkeit 
niederer  Alkyle  gegen  höhere,  z.  B.  von 
Methyl  gegen  Aethyl: 

CH3OCOOC2H5  +  C2H5(0H)  = 
CO(OC2H5)2  +  CH3(0H). 

Hinsichtlich  der  Orthokohlensäure- 
ester,  C(0R)4,  mag  erwähnt  werden,  daß 
sie  Umsetzungsprodukte  von  Natrium-Alko- 
holaten  mit  Chlorpikrin,  CCl3(N0o),  sind  und 
ebenfalls  aetherisch  riechende  Flüssigkeiten 
darstellen.  Mit  Ammoniak  entsteht  aus  ihnen 
Guanidin.  HN  -  C(NHo)o. 

3,  Chloride  der  Kohlensäure.  Von  den 
beiden  Chloriden  der  Kohlensäure  ist  das 
Monoderivat,  die  Chlorkohlensäure,  Cl.COOH, 
nur  in  Form  der  Ester  darstellbar.  Das 
Dichlorid,  COCU.  hingegen  ist  schon  seit 
1811  unter  der  Bezeichnung  Phosgen  be- 
kannt. 

Die  Chlorkohlensäureester  (oder 
Chlorameisensäureester),  CICOOR,  entstehen 
bei  Umsetzung  von  Alkoholen  mit  gekühltem 
Phosgen  und  sind  flüchtige,  heftig  riechende 
Substanzen.  Sie  reagieren  leicht  mit  Wasser, 
Ammoniak,  Alkohol,  organischen  Natrium- 
verbindungen, Magnesiumalkylhaloiden  usw. 
und  erinnern  in  dieser  Beziehung  durchaus 
an  das  Verhalten  von  Säurechloriden.  Wie 
diese  haben  sie  deshalb  synthetische  Bedeu- 
tung. Der  Methylester  siedet  bei  71,5°,  der 
Aethylester  bei  93°. 

Phosgen,  Kohlenoxychlorid,  Car- 
bonylehlorid,  COClo,  bildet  sich  a)  durch 
Vereinigung  von  CO  mit  CU  im  Licht  (Davy, 
1811)  oder"  bei  GegenAvart"  von  Kohle  (Pa- 
terno),  b)  durch  Oxydation  von  Chloroform, 
CHCI3,  c)  durch  Behandlung  von  Tetrachlor- 
kohlenstoff mit  sehr  viel  Anhydrid  ent- 
haltender Schwefelsäure  und  d)  beim  Durch- 
leiten von  CO  durch  Antimonpentachlorid, 
SbClg.  Phosgen  ist  ein  farbloses,  erstickend 
riechendes  Gas,  das  sich  durch  Abkühlen  leicht 
verdichten  läßt  und  bei  8°  siedet.  Es  ist 
löshch  in  organischen  Lösungsmitteln,  be- 
sonders in  Toluol.  Wasser  zersetzt  es  lang- 
sam. Infolge  der  Beweglichkeit  der  Chlor- 
atome ist  es  eine  sehr  reaktionsfähige  Sub- 
stanz. Mit  Alkoholen  entstehen  Chlorkohlen- 
säureester, mit  Ammoniak  Harnstoff;  Am- 
moniumchlorid liefert  mit  Phosgen  bei  400° 
sogenanntes  Harnstoffchlorid,  ClCONHo. 
Durch  Kondensation  von  Phosgen  mit  aro"- 
matischen  Kohlenwasserstoffen  und  deren 
Derivaten  nach  Fr i edel  und  Grafts  resul- 


Kohlensäurederivate  und  Puringruppe 


839 


tieren  Ketone  vom  Benzophenontyi).  Unter 
diesen  hat  besonders  das  Mi chl ersehe  Keton 
C0[C6H4N(CH3)2]2  für  die  Teerfarbindustrie 
Bedeutung".  Weitere  technische  Anwendung 
findet  Phosgen  bei  der  Darstelhmg  der 
arzneilich  gebrauchten  Urethane  (s.  unten). 

Von  Bromiden  der  Kohlensäure  ist  in 
neuerer  Zeit  die  Existenz  eines  Kohlenoxy- 
bromids,  COBro,  sichergestellt,  das  bei 
64,5"  siedet  und  dem  Phosgen  in  chemischer 
Hinsicht  ähnelt.    Jodide  sind  nicht  bekannt. 

4.  Schwefelhaltige  Abkömmlinge  der 
Kohlensäure.  Durch  Substitution  von 
Sauerstoff  durch  Schwefel  leiten  sich  von 
der  Kohlensäure  5  verschiedene  Säuren  ab, 
und  zwar: 

a)  HO.CO.SH,  Thiokohlensäure  oder 
Thiolkohlensäure, 

b)  HO. CS. OH,  Sulfkohlensäure  oder 
Thionkohlensäure. 

c)  HS.CO.SH,  Dithiokohlensäure  oder 
Dithiolkohlensäure, 

d)  HS. CS. OH,  Sulf-thiokohlensäure  oder 
Thion-thiolkohlensäure. 

e)  HS.CS.SH,  Sulf-dithiokohlensäure 
oder  Trithiokohlensäure. 

Die  Nomenklatur  dieser  Stoffe  gründet 
sich  auf  die  Bezeichnung  einfach  gebundenen 
Schwefels  mit  Thio-  oder  Thiol-,  doppelt 
gebundenen  Schwefels  mit  Sulf-  oder  Thion. 

Als  zugehörige  Anhydride  oder  Sulf- 
auhydride  sind  für  die  Säure  a  das  Kohlen- 
dioxyd, für  die  Säuren  a,  b  und  c  das  Kohlen- 
oxvsulfid.  COS,  und  für  d  und  e  der  Schwefel- 


aus CS2  und  CI2  erhalten  wird.  Hierbei  ent- 
steht zunächst  Perchlormethylmerkaptan, 
welches  mit  Zinnchlorür  reduziert  wird: 


L^On 


■>   CCI,S.C1   > 


sei. 


CSCL 


kohlenstoff,    CS,,    anzusehen. 


Bezüglich 


dieser  Stoffe  vgl.  den  Artikel  .,  Kohlen- 
stoff'-. 

Die  verschiedenen  Thio-  uiul  Sulfkohlen- 
säuren  sind  in  freiem  Zustand  sämtlich  nicht 
beständig.  Soweit  sie  Sulf- Schwefel  ent- 
halten, sind  sie  farbig  (gelb-rot)  und  leicht 
oxydierbar.  Ihre  Ester  und  Salze  bilden  sich 
nach  folgenden  allgemeinen  Reaktionen: 

a)  Umsetzung  von  COo,  COS  oder  CS., 
mit  Alkalisulfid  oder  Alkahmerkaptid,  z.  B. 

CO0  +  KSH^HO.CO.SK 
COS  +  KSR=  KO.CS.SR 

ß)  Vereinigung  von  COS  oder  CSo  mit 
Allvoholaten,  ferner 

y)  aus  den  Chloriden  COClg,  CSClo, 
CICOOR  usw.  mit  Alkoholen,  Alkoholaten, 
Merkaptanen,  Alkahmerkaptiden  usw. 

a)  Thiokohlensäure:  das  K-Salz  der 
Aethylestersäure,  sogenanntes  Bendersches 
Salz.'KS.COOCoHg,'  entsteht  aus  COS  und 
KOC2H5. 

b)  Sulfkohlensäure:  der  Aethylester 
wird  aus  CSCL  und  NaOCaH^  erhalten. 
Aetherisch  riechende  Flüssigkeit  vom  Sdp. 
161".  Gibt  mit  alkohohschem  Ammoniak 
Rhodanammon,  NH4NCS.  Das  Dichlorid  ist ; 
das  sogenannte  Thiophosgen,  CSCl,,  das 


Das    Thiophosgen    siedet    bei    73".       In 
chemischer  Hinsicht  ähnelt  es  dem  Phosgen, 
hat   aber   nicht   die   gleiche  technische  Be- 
I  deutung  wie  dieses. 

c)  Dithiokohlensäure:  Die  Ester  sind 
knoblauchartig  riechende  Stoffe.  Das  Me- 
thylderivat siedet  bei  169",  die  Aethyl- 
verbindung  bei  196". 

d)  Sulfthiokohlensäure:  Die  Salze 
der  Estersäure  oder  Xanthogensäure, 
ROCS.SMe,  entstehen  bei  Umsetzung  von 
Alkoholaten  mit  CSg.  Wichtig  ist  das  in 
gelben  Nadeln  kristallisierende  Kaliumsalz, 
welches  als  Mittel  gegen  die  Reblaus  benutzt 
wird.  Die  Kupferoxydulsalze  sind  intensiv 
gelb.  Dieser  Eigentümlichkeit  verdankt  die 
Säure  ihren  Namen  {iar.'t-ö^  =  gelb).  Beim 
Kochen  von  Alkali  Zellulose  mit  Schw^efel- 
kohlenstoff  bilden  sich  Zellulose-Xanthogenate, 
die  mit  Wasser  aufquellen  und  dann  die  so- 
genannte Viskose  liefern.  Diese  ist  für  die 
Papier-  und  Zeugfabrikation  von  Bedeutung, 
vor  allem  aber  auch  zur  Herstellung  von 
Kunstseide  (Viskoseseide). 

e)  Sulfdithiokohlensäure;  Trithio- 
kohlensäure, unbeständige,  rotbraune  Flüssig- 
keit (vgl.  auch  den  Artikel  ,,Thio-  und  Sul- 
fo  Verbindungen"). 

5.  Amidderivate  der  Kohlensäure  und 
der  Thiokohlensäuren.  Von  den  beiden 
Amidderivaten  der  Kohlensäure  ist  das  Mon- 
amid,  die  Carbaminsäure,  in  freiem  Zustand 
nicht  erhältlich.  Das  Diamid  ist  der  alt- 
bekannte Harnstoff.  Wegen  seiner  Wich- 
tigkeit wird  er  in  einem  besonderen  Ab- 
schnitt behandelt  werden. 

5a)  Carbaminsäure,  HO.CONHo, findet 
sich  als  Kaliumsalz  im  Blut  und  Harn  der 
Pferde,  seltener  im  menschhchen  Harn.  Das 
Ammoniumsalz  entsteht  durch  direkte  Ver- 
einigung von  2  Mol.  NH3  mit  1  Mol.  COo  und 
ist  ein  Bestandteil  des  käufhchen  Ammonium- 
carbonats.  Beim  Erwärmen  mit  Wasser  auf 
60"  geht  es  in  kohlensaures  Amnion  über. 
Eine  analoge  Umwandlung  erfahren  die  lös- 
lichen Carbaniinate  der  Erdalkalien,  ein 
Umstand,  der  bei  der  Abscheidung  von  Erd- 
alkalien mittels  gewöhnlichen  xVmmoncarbo- 
nats  zu  berücksichtigen  ist.  Beim  Erhitzen  von 
trockenem  carbaminsauren  i\jiimonium  auf 
130  bis  140"  wird  Harnstoff  erhalten: 

NH.,CO0NHr"'"~''>    NHo.CONH^+HA 
Salze  von  Carbaminosäuren  bilden  sich 
auch,  wenn  x\minosäuren  und  die  aus  diesen 
aufgebauten  Peptone,  Albumosen  und  Pro-  • 
teine  in  wässeriger  Lösung  bei    Gegenwart 


84(1 


Kulilcnsäurederivatc  und  Pnringrupjie 


von  iVlkalien  oder  Erdalkalion,  iiisbosondpre 
Barytwasser,  mit  COo  behandelt  werden.  Da 
die  entstehenden  Salze  nicht  nur  ziemlieh 
schwer  löslich  sind,  sondern  untereinander 
eine  scnügende  Differenz  im  Lüsunosver- 
mögen  zeigen,  so  kann  man  mit  ihrer  Hilfe 
die  genannten  Stoffe  nicht  nur  abscheiden 
und  reinigen,  sondern  auch  trennen.  Das 
Verfahren  ist  um  so  wertvoller,  als  die 
Aminosäuren  usw.  aus  den  Carbann'nosalzen 
leicht  regenerierbar  sind,  z.  B.  durch  Er- 
wiirmen  mit  Ammoncarbonat  (Siegfried). 
Der  Reaktionsmechanismus  ist  dieser: 

CH2NH0 

I  +  Ba(OH),  +  GO,  = 

COOH  "  "      • 

CH,— NH— CO  +  2H,0. 

I     ^  I 

COOBa  —  0 

Ebenso  unbeständig  wie  die  Carbamin- 
säure  sind  auch  deren  N-substituierte  Deri- 
vate, z. B. Phenylcarbaminsäure,  HO.CONH. 
CgHj.  Wohl  charakterisierte  Stoffe  sind 
aber  die  Poster  dieser  Säuren,  die  sogenannten 
Urethane  (siehe  unter  5b). 

An  geschwefelten  Carbaminsäuren  läßt 
die  Theorie  drei  voraussehen,  nämlich 

a)  HS.CO.NH2,  Thiolcarbaminsäure, 
ß)  HO.CS.NH2,   Sulfcarbaminsäure  und 
}')  HS.CS.NH2,  Dithiocarbaminsäure. 
Die  beiden  ersteren  sind  im  freien  Zu- 
stand nicht  bekannt.  DieDithiocarbamin- 
säure  (für  die  auch  die  Formel  (HN:)C(SH)2 
in  Betracht  kommt),  ist  ein  rötliches   Oel^  i 
das   sich   leicht   in    Rhodanwasserstoffsäure  j 
und  HgS  spaltet.  Mit  HgO  liefert  sie  Cyansäure 
imd  H2S.    Die  N-Alkylderivate  der  Dithio- 1 
carbaminsäure  entstehen  beim  Erhitzen  von 
CS,  mit  primären  oder  sekundären  Aminen, 
z.  B. 

CS2  +  H2NR  =  HS.CS.NHR. 

Bei  der  Oxydation  mit  Jod  liefern  diese 
Stoffe  Thiuramdisulfide  der  Formeln 
(— S.CS.NHR)2  bezw.  (— S.CS.NR^R,>2- 

5b)  Die  Carbaminsäureester  oder 
Urethane,  RO.CONR^R^,,  entstehen  auf 
verschiedene  Weise.  Wichtige  Bildungsarten  i 
sind  u.  a.  die  aus  Kohlensäureestern  oder 
Chlorkohlensäureestern  und  Ammoniak  oder 
Aminen  bei  gewöhnlicher  Temperatur,  sowie  ! 
die  aus  Harnstoffsalzen  und  Alkoholen,  z.  B. 

CI.COOC2H5  +  2NH3  =  H0NCOOC0H5  + 
NH4CI; 
C0(NH2)o,  HNO3  +  NaOCoHg  =  1 

H2NCOOC2H5  +  NaNOg  +  NH3.  ' 

Die  Urethane  sind  flüchtige  Substanzen, 
die  init  Ammoniak  oder  Aminen  Harnstoffe  ! 
liefer;i,  durch  Alkalien  aber  Verseifung  er- 
leiden.   Von  Bedeutung  ist  die  hypnotische 
Wirkung  der  Urethane.    Diese  steigt  mit  der 


Zahl  der  Kohlenstoffatome  im  Esteralkyl 
und  ist  bei  sekundären  Alkoholradikalen 
größer  als  bei  primären.  Die  schlafbringende 
Wirkung  ist  zwar  keine  sehr  sichere,  aber  die 
Benutzung  der  Substanzen  ist  meist  un- 
bedenklich, weil  siekeineschädigenden  Neben- 
wirkungen haben.  Der  Wasserstoff  der 
NHo- Gruppe  kann  durch  Alkyl,  Aryl  und 
Acyl  ersetzt  werden.  In  den  letzteren  Deri- 
vaten ist  der  dann  noch  verbleibende  H 
durch  Metall  substituierbar. 

Das  Urethan  selbst  ist  der  Aethylester 
der  Carbaminsäure.  Er  stellt  große  Tafeln 
dar,  die  bei  50"  schmelzen.  Der  Siedepunkt 
liegt  bei  184".  Von  Schlafmitteln  aus  der 
Klasse  der  Urethane  seine  folgende  genannt: 
Methvlpropylcarbinolurethan,  Hed on a  1 . 
'  NHo 
C0\        "  Fp.  76": 

0CH(CH3)C3H-, 
Chloralurethan,  Urali  n , 

NHCH(0H)CCl3 
CO.^  Fp.  103"; 

OC2H5, 
Amylenhydrat-Urethan,  A p  0  n  a  1 , 
NH, 
CO 

0C(CH3)2C2H5; 
Dichlorisopropvlurethan,  Aleudrin, 
.NH., 
C0< 

^0CH(CH2C1)2; 
Phenylurethan ,  E  u  p  h  0  r  i  n  e , 
/NHQH, 
C0(  Fp.  52«; 

^0C2H5, 
Phenacetin-Urethan,  Thermo  diu, 
,N(C0CH3)C6H4(0CoH5) 
CO^ 

OC2H5; 
Acetvl-Oxyphenylurethan,  Ne u r 0 diu, 
NHC6H4(0C0CH3) 
CO-''^  ,  usw. 

OC2H5 
Von  Interesse  sind  sodann  die  Nitroso- 
urethane,  NO.NR.COOR,  welche  aus  Al- 
kylurethanen  durch  Einwirkung  von  sal- 
petriger Säure  erhalten  werden.  Bei  der  Be- 
handlung mit  methylalkoholischem  Kali 
liefern  sie  D  i  a  z  0  p  a r  a  f  f  i  n  e  (v.  P  e  c  h  m a  n  u). 
So  ist  z.  B.  das  Nitrosomethvlurethan. 
C2H50C0N(N0)CH3,  Ausgangsprödukt  für 
das  hochinteressante  Diazomethan  N2:CH2. 
Erwähnt  seien  ferner  die  Ni  t  r  0  u r  e  t  h  a n  e, 
ROCONHNOo,  welche  durch  Umsetzung 
von  Urethanen  mit  starker  Salpetersäure 
oder  Aethylnitrat  erhalten  werden.  Nitro- 
urethan  selbst  ist  Ausgangssubstanz  bei  der 
(Jewinnung  des  merkwürdigen  Nitramids, 
NHo. NO.,  (Thiele;. 


Kolüensäurederivate  und  Punngi"up[)e 


841 


Tliiourethane  sind  gleichfalls  bekannt. 
Zu  nennen  sind  die  Dithiouretliane,  die 
Ester  der  Dithiocarbaminsäure,  HS .  CS .  NH.,. 
Sie  entstehen  u.  a.  durch  Umsetzung  des 
aus  CS2  und  alkoholischem  Ammoniak  er- 
hältlichen dithiocarbaminsauren  Ammoniums 
mit  Jodalkyl: 

2NU3     ^,  ,  SNH4     ^^,         /SR 

CS,  >   CS(  ^  CS/ 

^NHa     -^H,j       ^NH^ 

Benutzt  man  statt  Ammoniak  ein  Amin, 

.SR 
so  resultieren  Derivate  der  Formel  CS<^ 


SR 


?^HR 
Die  dialkylierten  Deri- 


bezw.  CS\ 

^NR,R„ 

vate  sind  beständig  gegen  Erhitzen,  die 
anderen  erleiden  Zerfall  in  Merkaptan  und 
Senföl  bezw.  Rhodanwasserstoff: 

/SR 

CS<  >    RSH+  RNCS; 

^NHR 

,SR 

>    RSH+HNCS. 


NH, 

Interessant  ist  die  Überführbarkeit  ge- 
eigneter Dithiourethane  in  Thiazold  er  i  vate 
zyklischer  Struktur.  So  liefern  z.  B.  die  Pro- 
dukte aus  CSo,  Aethylamin  und  a-Bromiso- 
buttersäureester  (a)  oder  aus  CSj,  Anilin  und 
Bromessigester  {ß)  beim  Erwärmen  nicht 
Merkaptane  und  Senföle  sondern  Thiazole: 
/NHC2H, 
a)  CS<^ 


SC(CH3).,COOCoH.3 

NCH,— CO 

+  C.,H5(0H); 


deckt  (Rouelle,  1773,  dw  ihn  als  extractum 
saponaceum  urinae  bezeichnete).  Sodann 
ist  Harnstoff  die  erste  ,, organische"'  Sub- 
stanz, deren  Synthese  aus  anorganischem 
Material  gelungen  ist  (L.  Wo  hier,  1828). 
Von  Darstellungsveriahren  seien  folgende 
genannt:  1.  Aus  Harn:  Man  fällt  aus  dem 
Harn  Phosphate,  Sulfate  usw.  mit  einer 
Mischung  von  Bariumnitrat  und  Baryt- 
wasser, filtriert  und  dampft  auf  ein  kleines 
Volumen  ein.  Durch  Zusatz  von  Alkohol 
werden  Salze  und  Extraktivstoffe  abge- 
schieden. Die  abfiltrierte  alkoholische  Lösung 
wird  möglichst  eingeengt,  der  Rückstand 
mit  Salpetersäure  verrieben  und  nach 
24  Stunden  filtriert.  Durch  Umsetzen  des 
salpetersauren  Harnstoffs  mit  Bariumcar- 
bonat  gewinnt  man  sclüießhch  den  reinen 
Harnstoff.  2.  Nach  Wo  hier  durch  Ein- 
dampfen einer  wässerigen  Lösung  äqui- 
valenter Mengen  Kaliumcyanat  und  Am- 
moniumsulfat. Dabei  bildet  sich  Ammonium- 
isocyanat,    das   sich  zu  Harnstoff  umlagert 


CS<^  I 

^S C(CH3), 

/NHC3H5 

ß)  cs< 

^SCH^COOCaHs 

/NCgHs— CO 
CS./  I       +  C2H5(OH).  (V.  Braun). 

"-^S CH2 

6.  Kohlensäurediamid,  Carbamid  oder 
Harnstoff  CO(NH2)2.  Dei'  t'^irch  tlen 
Eiweißstoffwechsel  "'  disponibel  werdende 
Stickstoff  wird  von  den  fleischfressenden 
Säugetieren  größtenteils  in  Form  von  Harn- 
stoff abgeschieden;  Harnstoff  findet  sich 
ferner  im  Harn  fleischfressender  Vögel  und 
Reptilien.  Von  anderen  Harnstoffvorkomm- 
uissen  seien  genannt:  ^luskeln,  Leber,  Blut, 
Milch,  Galle,  Speichel,  Lymphe,  Schweiß  usw. 

Auch  im  Pflanzenreiche  (Lycoperdon- 
arten)  ist  Harnstoff  aufgefunden.  Die  vom 
erwachsenen  Menschen  täglich  produzierte 
Menge  beträgt  etwa  28  bis  30  g.  Im  Menschen- 
harn ist  der  Harnstoff  denn  auch  zuerst  ent- 


NH.NCO 


C0(NH2 


Nebenher  entsteht  Kaliumsulfat,  von  dem 
der  gebildete  Harnstoff  durch  xVlkohol  ge- 
trennt werden  kann.  Bemerkt  sei,  daß  der 
Umlagerungsvorgang  auch  umkehrbar  ist, 
wenn  auch  nur  in  geringem  Maße.  3.  Weitere 
Synthesen,  aus  denen  sich  die  Konstitution 
des  Harnstoffs  eindeutig  ergibt,  benutzen 
die  Umsetzung  von  Urethanen,  Kohlen- 
säureestern, Chlorkohlensäureestern  sowie 
Harnstoffchlorid  und  Phosgen  mit  Ammo- 
niak. Weiterhin  geht  Ammoniumcarbaminat 
bei  130  bis  140"  in  Harnstoff  über,  desgleichen 
thiocarbaminsaures  Ammonium.  4.  Tech- 
nisch gewinnt  man  Harnstoff  durch  Ein- 
leiten von  iVmmoniak  in  geschmolzenes 
Phenylcarbonat :  COlOCeHä).^  +  2NH3  = 
C0(NHo)2  +  2C6H5(OH).  Das  Phenol  wird 
durch  Phosgen  wieder  in  Phenylcarbonat 
zurückverwandelt,  so  daß  der  Prozeß  sehr 
rationell  arbeitet  (Hentschel). 

Der  Harnstoff  bildet  große  rhombische 
Prismen  oder  Nadeln,  löst  sich  leicht  in 
Wasser  und  x\lkohol,  schwerer  in  Aether.  Er 
schmilzt  bei  132".  Sein  Geschmack  ist  eigen- 
artig kühlend.  Er  hat  schwach  basische 
Eigenschaften  und  bildet  mit  einem  Aequi- 
valent  Säure  Salze,  unter  denen  das  Nitrat 
und  Oxalat  wegen  Schwerlöslichkeit  und 
charakteristischer  Ki-istallform  bemerkens- 
wert sind.  Mit  Salzen  entstehen  Doppel- 
verbindungen, so  mit  Kochsalz  und  be- 
sonders mit  Merkurinitrat.  Diese  Queck- 
silberverbindungen sind  von  wechselnder  Zu- 
sammensetzung und  durch  Schwerlöslichkeit 
ausgezeichnet.  Der  Harnstoff  ist  keine  sehr 
beständige  Verbindung.  So  zerfällt  er  beim 
Erhitzen  auf  150  bis  160"  in  Ammoniak, 
Biuret  und  Cyansäure  (Cyanursäure): 


842 


Kolilensäuredeiivate  iind  Puringruppe 


2CO(NH2)2  -  H.NCONHCONHo  +  NH3; 
Biiiret 
3CO(NH)2  =  C3O3N3H3  +  3NH3. 
Cj'anursäure. 

Kochen  mit  Alkalien  oder  Säuren,  des- 
gleichen Erhitzen  mit  Wasser  über  100**  ver- 
seifen zu  CO2  und  NH3  (bezw.  Ammon- 
carbonat).  Im  faulenden  Urin  findet  in- 
folge Bakterien  (Ferment)-Wirkung  ein  ana- 
loger Prozeß  statt.  Oxydationsmittel  wie 
salpetrige  Säuren  oder  Hypochlorit-  bezw. 
bromit  führen  in  CO2,  N,  und  H2O  über: 
CO(NH2)2  +  30  =  002"+  2H2OV  N2. 

Der  Harnstoff  findet  zur  Herstellung 
mancher  .Vrzneimittel  beschränkte  technische 
Verwertung.  Solche  Arzneimittel  sind 
Ursol  =  salicylsaurer  Harnstoff,  Urol  oder 
Urocol  =  chinasaurer  Harnstoff  und  Uri- 
solvin  =  Mischung  von  Harnstoff  mit  Li- 
thiumcitrat.  Außerdem  ist  Harnstoff  als 
konservierender  Zusatz  zu  Nitrozellulose- 
pulvern empfohlen,  da  er  die  bei  deren 
eventueller  Zersetzung  freiwerdenden  nitrosen 
Gase  unschädlich  zu   machen    geeignet   ist. 

Bildung  des  Harnstoffs  im  Or- 
ganismus. Hierüber  sind  verschiedene 
Theorien  aufgestellt,  unter  denen  die  Oxy- 
dationstheorie von  Hofmeister  und  die 
Anhydridtheorie  von  Schmiede berg  die 
bemerkenswertesten  sind.  Nach  der  ersteren 
Ansicht  soll  sich  Harnstoff  aus  dem  durch 
Oxydation  von  NH3  entstandenen  Rest 
— NH.,  und  dem  gleichfalls  durch  Oxydation 
gebildeten  Komplex  — CONHo  bilden.  Tat- 
sächhch  schien  es  auch,  als  ob  die  Gruppe 
— CONH2  im  Organismus  disponibel  sei,  da 
verfütterte  Aminosäuren  wie  Taurin,  Ty- 
rosin  u.  a.  als  sogenannte  Uraminosäuren, 
d.  h.  als  Kondensationsprodukte  mit  Harn- 
stoff wieder  erschienen.  Da  aber  solche  Ur- 
aminosäuren sich  bei  Gegenwart  von  Alkalien 
leicht  aus  Aminosäuren  und  Harnstoff  bilden, 
andererseits  hinsichtlich  der  Herkunft  der 
Gruppe  — CONHafob  aus  Glycocoll,  HoNCHo. 
COOH,  durch  Oxydation  oder  aus  bereits 
gebildetem  Harnstoff)  Zweifel  bestehen,  so 
ist  zurzeit  ein  definitives  Urteil  noch  nicht 
möglich.  Hingegen  hat  die  Anhydridtheorie 
sehr  viel  Wahrscheinlichkeit  für  sich.  Sie 
nimmt  an,  daß  Eiweiß  zu  CO2,  NH3  und 
H2O  verbrannt  wird,  ebenso  wie  ja  auch 
Zucker  vollkommene  Oxydation  zu  CO2  und 
HoO  erfährt.  Aus  den  Eiweißendprodukten 
bilden  sich  Ammoniumcarbonat  und  Ammo- 
niumcarbaminat;  diese  liefern  dann  imter 
Wasserabspaltung  Harnstoff : 

C0(0NH,)2  ^:^  C0(0NH4)NH2 

—t  CO(NH2)2. 
Gestützt  wird  diese  Theorie  durch  die  Tat- 
sache, daß  die  überlebende  Leber  nicht  nur 


diese  beiden  Ammonsalze,  sondern  auch 
Ammon-acetat,  -formiat  und  -tartrat  in  Harn- 
stoff überzuführen  vermag  (v.  Schröder). 
Ebenso  lassen  sich  auch  Aminosäuren  in 
Harnstoff  umwandeln  (Salaskin). 

Ort  der  Harnstoffbildung  ist  nicht  allein 
die  Leber,  wie  man  lange  Zeit  anzunehmen 
geneigt  war.  Man  kann  z.  B.  die  Leberfunk- 
tion völlig  ausschalten,  ohne  daß  die  Harn- 
stoffbildung deshalb  aufgehoben  oder  auch 
nur  sehr  erheblich  herabgesetzt  würde.  Die 
Beobachtung,  daß  das  Verhältnis  Harnstoff: 
Ammoniak  etwas  zugunsten  des  letzteren 
verschoben  wird,  kann  auf  andere  Ursachen 
zurückgeführt  werden.  Er  liegt  jedenfalLs 
sehr  nahe,  die  Harnstoffbildung  als  eine  all- 
gemeine Eigenschaft  der  lebenden  Zellen  an- 
zusehen (v.  Fürth). 

Bedeutung  des  Harnstoffs  im  Stoff- 
wechsel des  Menschen.  Die  mittlere 
Harnstoffmenge  des  Harns  beträgt  beim  ge- 
sunden Menschen  und  bei  gemischter  Kost 
etwa  30  g  täglich.  Sie  schwankt  mit  der 
Ernährung  und  in  pathologischen  Fällen. 
Bei  Kindern  ist  sie  relativ  größer  als  bei  Er- 
wachsenen, etwa  das  doppelte  pro  1  kg 
Kör])ergewicht  berechnet. 

Das"  Verhältnis  des  Harnstoff- Stickstoffs 
zum  gesamten  Harn- Stickstoff  heißt  Oxy- 
dationskoeffizient. Der  Wert  desselben  be- 
trägt etwa  90  bis  93:100,  d.  h.  vom  Stickstoff 
des  Harnes  entfallen  allein  90  bis  93  %  auf 
den  Harnstoff.  Der  Rest  verteilt  sich  auf 
Ammoniak,  Harnsäure,  Ivreatin-Kreatinin, 
Hip])ursäure,  Purinbasen  usw.  Die  Be- 
stimmung des  Oxydationskoeffizienten  ge- 
währt also  einen  vorzüghchen  Einblick  in 
die  Stoffwechselvorgänge  und  erlaubt 
Schlüsse  von  erheblicher  Tragweite.  Auch 
die  Feststellung  der  absoluten  Harnstoff- 
[  menge  ist  von  Wichtigkeit,  da  sowohl 
'  pathologische  Vermehrnng  (Hyperazoturie) 
als  auch  Verminderung  (Hypazoturie) 
beobachtet  werden.  Erstere  findet  sich  bei 
solchen  Krankheiten,  die  Zerfall  von  Organ- 
eiweiß befördern:  die  letztere  hat  ihre 
Ursache  in  mangelhafter  Oxydation  der  Ei- 
weißstoffe. An  Stelle  von  Harnstoff  Averden 
dann  oft  Leucin  und  Tyrosin  beobachtet. 
Auch  bei  gewissen  Nierenleiden  ist  die  Harn- 
:  Stoff  menge  im  Harn  vermindert.  Alsdann 
kann  eventuell  Abscheidung  auf  anomalem 
Wege  erfolgen,  z.  B.  durch  den  Speichel. 

Nachweis  des  Harnstoffs  im  Harn: 
Hierfür  sind  eine  ganze  Reihe  von  Reak- 
tionen angegeben.  Besonders  wichtig  ist 
die  Abscheidung  in  Form  des  Nitrats  oder 
Oxalates.  Weiterhin  kommt  die  Biuret- 
probe  in  Betracht  (s.  Biuret  S.  848).  Ein 
schneller  Nachweis  ist  mittels  der  Schiff- 
schen  Furfurolprobe  möglich:  Zu  dem  kon- 
zentrierten Harn  (1  bis  2  Tropfen)  setzt  man 
1.,    ccm    gesättigten    Furfurolwassers    und 


Kolilensäurederivate  und  Puringruppe 


843 


einige  Tropfen  konzentrierter  Salzsäure.  Eine 
innerhalb  weniger  Minuten  eintretende 
])rächtig  purpurviolette  bis  rote  Färbung 
zeigt  Harnstoff  an.  Von  anderen  Harn- 
bestandteilen gibt  AUantoin  eine  ähnliehe, 
aber  schwächere  Reaktion.  Für  Menschen- 
harn, der  nur  Spuren  von  AUantoin  enthält, 
kommt  dieser  Umstand  aber  nicht  in  Be- 
tracht. Bei  Tierharn,  der  reich  an  AUantoin 
sein  kann,  ist  die  Probe  natürlich  unsicher. 

Quantitative  Bestimmung  des 
Harnstoffs  im  Harn.  1.  Nach  Liebig 
mittels  Merkurinitratlösung.  Diese  Be- 
stimmung hat  nur  noch  historisches  Inter- 
esse. 2.  Nach  Knop-Hüf]ier  u.  a.  durch 
Oxydation  des  Harnstoffs  mit  ..Bromnatron- 
lauge".  Hierbei  zerfällt  der  Harnstoff  ge- 
mäß: CO(NH2)2  +  30  =  CO2  +2H2O  +  N2; 
der  gebildete  Stickstoff  wird  gemessen.  Das 
Verfahren  leidet  an  dem  Uebelstande,  daß 
nicht  aller  Harnstoff  gemäß  dem  Schema 
oxydiert  wird  und  daß  andere  Harnbestand- 
teiie  wie"* Ammoniak,  Kreatinin,  Harnsäure 
usw.  weitgehend  mit  oxydiert  werden.  Die 
Methode  ist  deshalb  nur  bedingt  genau. 
3.  Nach  M  ö  r  n  e  r  -  S  j  ö  q  V  i  s  t  -  F  0 1  i  n  : 
Durch  Baryt  sowie  Alkohol-Aether  wird  ein 
Teil  der  störenden  N-haltigen  Stoffe  ab- 
geschieden, iniFiltrat  durch  Eindampfen  mit 
Magnesia  das  Ammoniak  vertrieben  und  dann 
durch  Salzsäure-Magnesiumehloridgemisch  bei 
150  bis  155''  hydrolysiert.  Unter  diesen  Be- 
dingungen bleiben  noch  vorhandene  Harn- 
säure und  Hippursäure  unverändert,  so  daß 
tatsächlich  das  gebildete  Ammoniak  nur  aus 
dem  Harnstoff  stammt.  Seine  Menge  wird 
durch  Alkalisieren  der  sauren  Reaktions- 
flüssigkeit und  Ueberdestillieren  in  titrierte 
Salzsäure  ermittelt. 

Die  von  der  Theorie  vorauszusehende 
Pseudoform  des  Harnstoffs 

/NH,>  /NH 

C0<        "  7 >    C(OHr 

^NH.3  NH, 

normaler  pseudo-Harnstoff 

ist  nur  in  Form  von  Derivaten  nachgewiesen. 
So  bildet  sich  z.  B.  der  Methylisoharn- 
stoff, der  auch  als  Amid  des  Iminokohlen- 
säuremethylesters  angesehen  werden  kann, 
bei  der  Umsetzung  von  Cyanamid  mit 
Methvlalkohol  in  Gegenwart  von  Salzsäure- 


CN.NHo  +  CHgfOH)  =  HN:C; 


OCH. 
NH.. 


Mono-,  Di-  usw.  Derivate.  Bei  den  Di-Ver- 
bindungen können  die  Substituenten  an 
einem  N  fixiert  (asymmetrische  Produkte) 
oder  auf  beide  N- Atome  verteilt  sein  (sym- 
metrische Produkte): 

CO  :  NH  +  RNH.,  =  RNHCONH«; 
CO  :  NH  +  R  R^^NH=  R  R  N.CONH,: 
CO  :  NR,  +  R,,NH.,  =  RNHCONHR   ; 
H2NCOCI  +]  RNH:  =  H.,NCONHR  + 
HCl  usw. 

Die  alkyl-  bezw.  arylsubstituierten  Harn- 
stoffe ähneln  der  Muttersubstanz  durchaus. 
Wie  diese  liefern  sie  mit  einem  Aequivalent 
Säure  salzartige  Verbindungen.  Zudem  sind 
sie  Aveiße  kristalhsierte  Substanzen.  Die 
monoalkyUerten  zerfallen  beim  Erhitzen  in 
Cyansäure  (Cyanursäure)  und  Amin.  Von 
den  zahlreichen  überhaupt  bekannten  Ver- 
tretern seien  nur  folgende  genannt: 

Methvlharnstoff,  Fp.  102«;  Aethylharn- 
stoff,  Fp.  920 :  as-Diäthylharnstoff,  Fp.  70": 
svmm.-Diäthvlharnstoff,  Fp.  112«:  Tetra- 
athylharnstoff,  Kp.  210  bis  215",  pfeffer- 
minzartig riechendes  Oel;  Phenylharnstoff, 
Fp.  144";  symm.  Diphenylharnstoff,  Car- 
banilid,  Fp.235";  auch  zyklische  Alkylenharn- 
stoffe  sind  bekannt,  z.  B.  ^lethvlenharnstoff. 

NH  ; 

C0<  /CH.,,     und     Aethvlidenharnstoff, 

NH^ 
NR 
C0\          ^CHCHg,  Fp.  154°.     Sie  entstehen 

^NH 
aus  Harnstoff  mit  Form-  bezw.  Acetaldehyd. 
ß)  Sulfoharnstoff,    Sulfoearbamid, 


Thioharnstoff,    Schwefelharnstoff.    CS 


NH, 


oder  C(SH) 


^ 


NH 
NH.' 


NH., 

Er  entsteht  durch  eine 


Derivate  des  Harnstoffs,  a)  Alkyl- 
und  x\rylderivate.  Solche  entstehen  bei 
der  Reaktion  von  Isocyanaten,  Isocyan- 
säureestern,  Harnstoffchlorid  und  Phosgen 
mit  primären  oder  sekundären  Aminen.  Je 
nach    Wahl    der    Komponenten    resultieren 


analoge  Reaktion  wie  der  gewöhnliche  Harn- 
stoff durch  Umlagerung  von  Rhodanammoni- 
um  (Reynolds^   1869): 

NH4NCS  ^  CSCNHo).,. 

Der  Prozeß  geht  bei  170  bis  180"  von- 
statten, bleibt  aber  unvollständig,  da  er  in 
weit  höherem  Maße  unüvehrbar  ist  als  die 
Umlagerung  von  Ammoniumisocyanat  in 
Harnstoff. 

Eine  andere  Bildungsweise  ist  die  aus 
Cyanamid  und  Schwefelwasserstoff  (in  Gegen- 
wart einer  Spur  Ammoniak):  CN.NH., -|- 
HgS  =  CS(NH2)2.  Der  Thioharnstoff  bildet 
rhombische  Prismen,  die  sich  leicht  in 
Wasser,  schwerer  in  Alkohol  lösen  und  bei 
172"  schmelzen.  Der  Geschmack  ist  bitter. 
In  bezug  auf  die  Reaktionen  ähnelt  er  in 
vieler  Hinsicht  dem  Harnstoff,  zeigt  aber 
auch  wieder  ein  ganz  andersartiges  Ver- 
halten.   Beim  Erhitzen  mit  AVasser  auf  140" 


844 


Kohlensäuivdeiivate  und  Puii 


•iim-niiiiie 


gibt  er  Rhodanammon.  Alkalien  und  Säuren 
spalten  gemäß:  CS(NH.,)o  +  2H.,0  =  CO,  + 
HgS  +  2NH3.  Bei  der"  Oxydation  mit  Kali- 
umpermanganat wird  Harnstoff  gebildet.  Mit 
Salpetersäure  oder  Wasserstoffsuperoxyd 
bilden  sich  Salze  eines  Disulfids 

HoNCl  :NH) .  S— S .  C(  :NH)NHo, 

die  sich  von  der  Isoform  des  Sulfoharnstoffs 
ableiten.  Metalloxyde  wie  PbO,  Hgü,  Ag-^O 
usw.  liefern  schon  bei  gewöhnlicher  Tempe- 
ratur mit  Thioharnstoff  Cyanamid: 

CS(NH2).,  +  PbO  =  CN.NH.,  +  PbS  +  H.,0. 

Mit  a-Chloraldehyden  und  a-Chlor- 
ketonen  findet  Kondensation  zu  Amido- 
thiazolen  statt.  Ketonalkohole,  wie  Ben- 
zoin,  reagieren  mit  Sulfoharnstoff  unter 
Glvoxalinbildung: 


SH      CICH, 


H.N.C4 


,S— CH 


NH     OC.CH3  ^N— CCH, 

a-Chlorketon    Amidothiazolder. 

+  HC1  +  H2O: 
.NH2  OC.CeHj 


HS.C 


% 


NH 


HO.CHCsHs 
Benzoin 


NH-C.C«H3 

HS.C4  II         +2H2O. 

■N       C.CHs 

a-p'-Diphenylglyoxalin-^-sulfhydrat. 

Aus  diesen  und  ähnlichen  Umsetzungen 
kann  gefolgert  werden,  daß  der  Thioharn- 
stoff nicht  nur  als  Diamid  der  Sulfkohlen- 
säure,  CS(NHo)o,  sondern  auch  als  Amid  der 

/SH 
Iminothiokohlensäure,    HN:C^         ,    ange- 

NHo 
sehen  werden  kann.  Von  dieser  letzteren, 
der  sogenannten  Pseudostruktur,  leiten  sich 
vielleicht  die  Salze  des  Sulfoharnstoffs  ab. 
Sicher  anzunehmen  ist  diese  Formel  aber  für 
Alkylderivate,  die  durch  Addition  von  Jod- 
alkylen    an    Thioharnstoff   entstehen,    z.    B. 

.NR 
für  CH3S . Cf  =  w-Methylthioharnstoff. 

^XH, 
Die   Konstitution  dieser  und  ähidieher  Ver- 
bindungen  ergibt  sich   aus   dem   Verhalten 
gegen  Ammoniak,  welches  in  Merkaptan  und 
Cuanidin  spaltet: 

.NH 

+  NH3  = 


Samens,  das  myronsaure  Kalium  oder  Si- 
nigrin  anzusehen,  dessen  Konstitution 
diese  ist: 


CH2  -  CH— CHa—N  =  C<^ 


OSO2.OK 


CHsS.C^ 


NH.2 
CH3SH+  HN:  C: 


NH, 
^NH, 


Als    Abkömmling    der    Iminothiokohlen- 
säure ist  übrigens  auch  das  Cdukosid  des  Senf- 


S.C«Hii05 
s.  ,,  Glukoside". 

Unter  dem  Einfluß  des  im  Senfsamen  ent- 
haltenen Fermentes  Myrosin  zerfällt  das 
Sinigrin  in  d-Glukose,  Allylsenföl  und  Kalium- 
bisulfat: 

CioH,ßNS.,0,K  +  H/)  =  C6H,.,0,  + 
C3H5NCS  +  KHSO4. 

Alkyl-  und  Arylderivate  des  nor- 
malen Thioharns'toffs  entstehen  nach 
mehreren  Reaktionen:  1.  Bei  Umsetzung  von 
Senfölen  (=  Isosulfocyansäureestern)  mit 
Ammoniak,  primären  und  sekundären  Aminen 
z.  B. 

RN:CS  +  NH3  =  RNHCS.NH,. 

2.  Beim  Erhitzen  von  primären  Aminen  mit 
Schwefelkohlenstoff  und  Kalihydrat.  Hier- 
bei entstehen  zunächst  Salze  von  Dithio- 
carbalkylaminsäuren ,  die  dann  HoS  ab- 
spalten : 

SNH3R 

CS2+2RNH,    >    CS. 

^NHR 
/NHR 

>   CS<  +  H,S. 

NHR 

Die  alkyl-  oder  arylsubstituierten  Thio- 
harnstoffe  spalten  beim  Erhitzen  mit  Phos- 
})horpentoxyd  oder  konzentrierter  Salzsäure 
leicht  Amin  ab  uiul  liefern  Senfüle: 
CS(NHR)2  =  RNCS  +  RNH.,. 

Der  Schwefel  ist  gegen  Sauerstoff  aus- 
tauschbar, was  z.  B.  durch  Erhitzen  mit 
Quecksilber-  oder  Bleioxyd  bewirkt  werden 
kann.  Diese  Reaktion  zeigen  aber  nur  die 
disubstituierten  Produkte.  Die  Monoderivate 
zerfallen  hierbei  in  substituierte  Cyanamide 
und  H2S: 

RNH.CS.NH,  +  HgO  =  RNH.CN  + 
HgS  +  H2O. 

Disubstituierte  Sulfoharnstoffe  liefern  mit 
HgO  und  NH3  oder  Aminen  Guanidine: 
(RNH),CS  +  NH3  +  HgO  =  (RNH).,C  :  NH 
+  HgS  +  HoO. 

Die  Sulfoharnstoffe  sind  farblose, 
neutrale  Substanzen :  Aethylsulfoharnstoff, 
Fp.  113";  Diäthylsulfoharnstoff,  Fp.  77»; 
Allylsulfoharnstoff  (Thiosinamin),  Fp.  74"; 
Phenylsulfoharnstoff  (Sulfocarbanilid),  Fp. 
154":  Diphenvlsulfoharnstoff  (Tiüocarb- 
auilid),  Fp.  151<'. 

y)  N-Nitroso-Nitro-Amino-  usw.-De- 
rivate  des   Harnstoffs.     Die  monoalky- 


Kohlensäurederivate  und  PuringTU[)i)e 


84;") 


Herten  Harnstoffe  gehen  unter  dem  Einfluß 
von  salpetriger  Säure  in  Nitrosoderivate 
über,  aus  denen  durch  Reduktion  Hydrazin- 
harnstoffe,  sogenannte  Semicarbazide, 
erhalten  werden: 


CH,NHCONH., 


CH, 
NHo 


rH3(NO)NCONH2 
>NCONHo. 


Xitroharnstoffe  werden  durch  Ein- 
tragen von  Harnstoffnitraten  in  konzen- 
trierte Schwefelsäure  erhalten.  Sie  sind 
starke  Säuren,  welche  Acetate  zerlegen.  Bei 
der  Reduktion  entstehen  wiederum  Semi- 
carbazide, so  insbesondere  aus  dem  Nitro- 
harnstoff,  NO-^NHCONH^,  selbst  das 

Semicarbazid,  NR^NHCONHa,  das 
auch  als  Hydrazid  der  Carbaminsäure  an- 
gesehen werden  kann.  Die  bei  96"  schmel- 
zende Substanz  ist  auch  auf  anderen  Wegen 
zugänglich.  Semicarbazid  hat  basische  Eigen- 
schaften und  bildet  mit  Säuren  gut  kristalli- 
sierende Salze.  Es  ist  ein  wichtiges  Reagens 
auf  Aldehyde  und  Ketone,  mit  denen  es  die 
sogenannten  Semicarbazone  liefert: 


aus  Hydrazinsulf  at  und  Rhodankahum: 
H2N.NH2  +  CSNH  =  NH2NHSCNH2.  Die 
Substanz  gibt  mit  Aldehyden  und  Ke'tonen 
ebenfalls  Semicarbazone,  die  mit  Queck- 
silber-, Silber-  und  Kupfersalzen  schwer  lös- 
liche Verbindungen  bilden,  welche  die 
Isolierung  der  Produkte  oft  sehr  erleichtern. 

7,  Guanidin  und  Derivate.  Das  schon 
mehrfach  erwähnte  Guanidin  ist  als  Imido- 
harnstoff  oder  Amidin  der  Carbaminsäure 
aufzufassen.  Es  ist  somit  ein  Analogon  des 
Pseudoharnstoffs  und  Pseudosulfoharnstoffs, 
die  als  Amidine  der  Kohlen-  und  Thiokohlen- 
säure  angesehen  werden  können: 

^NH  NH 


NH 

HoN.Cf  HO.  er  HS.C< 

^NHo  NH2  ^NH, 

Guanidin  ^'-Harnstoff         i/;-Sulfo- 


;uif( 

harnstoff. 


CßHsCHO 


(CH,)oCO 


->  CeHjCH  :  N.NH.CONH,; 
Benzalsemicarbazid 

■y  (CH3)2C:N.NH.CONH2 
Acetonsemicarbazon. 


Besonders  in  der  Terpenchemie  ist  das 
Semicarbazon  als  wertvolles  Reagens  sehr 
geschätzt.  Mit  Diketonen,  Ketocarbonsäiiren 
usw.  liefert  Semicarbazid  zvklische  Derivate, 
z.  B. 

CeH, .  C  0       HoN— CO       CeH  5( '  =  N-CO 

■   i    +     '       1    ==         !  1 

CßHa .  CO       H2N  .  NH      CeH.C  =  N— NH 

Benzil  as-Triazinderivat 

+  2H2O; 

CH3CO  H.,N 

!  +    "1 

CH2.COOC2H5  HN.CONHo 

Acetessigester 

CH3C  N^ 

=  1  ^N.CONH.>+H.,0 

CHo-CO 

+  C.,H5(0H). 
Pyrazolonderivat. 

Auch  die  aus  den  Nitrosoalkylharnstoffen 
erhälthchen  Alkylsemicarbazide,  H2N.NR. 
CONH2,  reagieren  mit  Aldehyden  und  Ke- 
tonen. 

Ein  Thiosemicarbazid  oder  Aminothio- 
harnstoff,  HaNNHCS.NH,,  Fp.  181«,  entsteht 


Guanidin  ist  zuerst  aus  dem  Guanin  des 
Guano  (vgl.  Abschnitt  9  ,, Purine")  durch 
Oxydation  erhalten  worden  (Strecker  1861). 
Es  findet  sich  auch  unter  den  Oxydations- 
produkten von  Eiweiß,  Kasein  und  Leim. 
Weiterhin  ist  es  im  Zuckerrübensaft  ent- 
halten. Seine  Bedeutung  beruht  auf  seinen 
Beziehungen  zu  wichtigen  Naturprodukten, 
so  zum  Kreatin  (s.  unten)  usw.  Die  Dar- 
stellung des  Guanidins  kann  nach  verschie- 
denen Methoden  erfolgen.  Sehr  bequem  er- 
hält man  es  aus  Rhodanammonium  durch  Er- 
hitzen. Dabei  entsteht  zunächst  Sulfoharn- 
stoff  (vgl.  S.  843),  der  dann  unter  HaS-Ab- 
spaltung  Guanidinrhodanat  liefert: 

2NH4NCS  — >►  2CS(NH.,).,  ->  HN:C(NH2)2, 
HNCS  +"  Ho^''- 

Es  entsteht  ferner  durch  Vereinigung  von 
Cyanamid  mit  Ammoniak :  CN .  NHo  +  NH3= 
HN:C(NH2)2-  Da  Cyanamid  jetzt  technisch 
im  großen  "gewonnen  wird  (das  Ca-Derivat 
entsteht  durch  Erhitzen  von  Calciumcarbid 
im  Stickstoffstrom),  so  ist  die  Reaktion  als 
Darstellungsmethode  für  Guanidin  sehr  ra- 
tionell. 

Das  Guanidin  bildet  in  Wasser  und  Al- 
kohol leicht  lösliche  Kristalle.     Es  ist  eine 
sehr  starke  einsäurige  Base,  die  sogar  Kohlen- 
säure   anzieht    und    dem    Aetznatron    nahe 
steht.  In  seinen  Lösungen  ist  ein  dissoziiertes 
•  Guanidoniumhydroxyd  HN:C(NH2)NH3(0H) 
anzunehmen,  das  dem  Ammoniumhydroxyd 
i  NH4(0H)  vergleichbar  ist.     Die   Salze  des 
\  Guanidoniurakomplexes    kristallisieren   sehr 
j  gut  und  sind  zum  Teil  schwer  löslich,  so  das 
I  Nitrat  und  das  Pikrat.  Die  fettsauren  Guani- 
I  dine  geben  beim  Erhitzen  sogenannte  Guan- 
a min e ,  welche  dem  Tricyan Wasserstoff  nahe 
stehen.    Mit  dem  Acetat  Verläuft  der  Prozeß 
folgendermaßen : 


846 


K'olilensäui'ederivate  viml   PuiinuTuppe 


CH.COOH.  HN  =--  C 


CH3COÜH,  HoN— C? 


// 


NH2 

nh" 

NHo 


CHX 


\ 


N^qNH, 
N-CCNH.,) 


// 


N  +  CH3COONH4 
-  2H.0. 


Guanidin    wie     aucli     (luaiiidiiK-arboiiat 
liefern  Melamin: 

NH 


3HN:C(NH2)5 


-3NHn  HN 


=C 
HN 


;C=NH 

'nh 

C  =  NH 

Beim  Erhitzen  mit  Barytwasser  wird 
Guanidin  in  Harnstoff  und  Ammoniak  ge- 
spalten. 

Alkyl-  und  Arylderivate  des  Guani- 
diiis  sind  leicht  darstellbar,  z.  B.  aus  Cyan- 
amid  und  primären  Aminen  bei  Gegenwart 
von  HCl: 

NH2.CN  +  HoNR  =  HoNC(:NH)NHR. 

NH3 
DasMethylguanidin,HN  =  C/ 

'  NHCH3' 
ist  ein  normaler  Bestandteil  des  Harnes  von 
Menschen,  Pferd  und  Hund.  Es  ist  ferner 
im  Fleisch  und  Fleischextrakt  nachge- 
wiesen. Ein  Guanidinderivat  ist  auch  das 
aus  Heringssperma  darstellbare  Agmatin, 
das  sich  durch  Vereinigung  von  Tetra- 
methylendiamin  und  Cyanamid  synthetisch 
darstellen  Läßt  und  als  ö-Aniinobutylguanidin 
zu  bezeichnen  ist: 


HN 


NHo 

NHCH., .  GH., .  CHo .  CHoNH.,' 


Nitroguanidin  entsteht  bei  der  Ein- 
wirkung von  Salpetersäure-Schwefelsäure- 
gemisch auf  Guanidin.  Bei  vorsichtiger  Re- 
duktion gibt  es  Nitrosoguanidin,  bei  stär- 
kerer Reduktion  aber  Aminoguanidin,  von 
welchem  sich  interessante  Produkte  ab- 
leiten, auf  die  hier  nicht  eingegangen  werden 
kann  (Thiele). 

Im  Anschluß  an  das  Guanidin  seien 
dessen  Kondensationsprodukte  mit  Säuren 
besprochen.  Es  sind  dies  die  sogenannten 
Guaneide,  welche  zu  den  im  8.  Abschnitt 
behandelten  Ureiden  in  naher  Beziehung 
stehen.  Unter  den  Guaneiden  sind  ebenso 
wie  unter  den  Ureiden  physiologisch  wächtige 
Stoffe. 

Die  Acylguaneide  oder  Guaneide  der 
Fettsäuren  bieten  kein  besonderes  Interesse. 
Mehr   schon   das    Guaneid   der    Kohlen- 


Kühlensäurc- 

Guanolin. 
Guanvlharn- 


säure,  dessen  Ester,  Amid,  Aniidin  und 
Nitril  als  Guanolin,  Guanylharnstoff , 
Biguanid  und  Hicyandianiid  (Cyan- 
guanidin)  bekannt  sind: 

HN  :  QNHojNHCOOH. 
guaneid,  unbekannt. 

HN  :  C(NH„)NHCOOC2H5, 

HN  :  C(NH;)NHC0NH2, 
Stoff,  Dicvandiamidin. 

HN  :  C(NHo)NHC(:NH)NH.,.    Biguanid. 

HN  :  C(NH2)NHCN,  Dicyandiamid. 

Dieses  letztere  wird  ausCalciumcyanamid, 
CaN.CN,  erhalten  und  schmilzt  bei  205". 
Es  nimmt  sehr  leicht  1  Mol.  HoO  auf.  dabei 
in  Dicyandiamidin  übergehend,  welches  in- 
teressante Metallderivate  liefert,  unter  denen 
die  Nickelverbindung  analytisches  Interesse 
bietet  (Großmann). 

Unter  den  Guaneiden  von  Oxy- 
säuren  sind  die  Glykolsäurederivate  Glyco- 
cyamin  und  Glycocyamidin  zu  nennen, 
deren  Bildung  derart  gedacht  werden  kann: 

NH,  COOK 

HN  :  C.         "  +  ! 


=  HN  :  C; 


NH2 

HO.CH2 

Glycol 

•^äure 

,NH., 
"^NH- 

CO(DH 
-CH2 

+  H 

Glycocyamin 
NH— CO 

HN  :  C 


2HoO. 


NH— CH2 
Glycocyamidin 
Synthetisch  werden  diese  Produkte  durch 
Addition  von   Glycocoll   an    Cyanamid    ge- 
wonnen : 

CN.NHo  +  H,N.CH.,COOH 
"  /NH."  COOH 

>   HN:C^       ^    1 

^NH— CH., 

^H.(.  NH-CO" 

'->    HN:C  i      . 

NH— CH.3 

Das  (ilycocyamidin  ist  also  das  innere 
Anhydrid  des  Glycocyamins,  das  auch  als 
Guanidinessigsäure  bezeichnet  werden  kann. 
Von  ungleich  größerer  Bedeutung  als  diese 
beiden  Stoffe  sind  ihre  Methylderivate 
Kreatin  und  Kreatinin,  von  denen  das  letztere 
wieder  inneres  Anhydrid  des  ersteren  ist: 


/NH2 

HN:(> 

N(CH3). 
Kreatin 
NH 
HN:C. 

■N(CH3) 
Kreatinin 


COOH 
CH. 

CO 
—CH.,. 


Kohlensäurederivate  und  Puringruppe 


847 


Kroatin,  Methylguanidinessigsäure,  Me- 
thylglycocyamin,  ist  von  Chevreul  1843  in 
der  Fleischbouillon  entdeckt  und  1847  von 
Liebig  genauer  untersucht.  Es  ist  normaler 
Bestandteil  des  Muskelsaftes  und  findet  sich 
in  geringer  Menge  auch  im  Harn.  Seine  Ge- 
winnung erfolgt  entweder  aus  Fleischextrakt 
oder  aus  frischem  Fleisch:  das  fein  zerhackte 
Fleisch  wird  mit  der  gleichen  Gewichtsmenge 
Wasser  bei  50  bis  öö*^  während  15  Minuten 
extrahiert,  dann  wird  kollert,  ausgepreßt  und 
nochmals  ausgezogen  (bei  60  bis  80").  Die 
vereinigten  Filtrate  werden  zur  Abschei- 
dung von  Eiweiß  aufgekocht,  mit  Bleiessig 
gefällt,  filtriert,  entbleit  und  schließhch  zum 
Syrup  eingeengt.  Das  sich  abscheidende 
Rohkreatin  läßt  sich  aus  heißem  Alkohol 
reinigen.  Die  Gewinnung  aus  Fleischextrakt 
ist  analog.  Sie  liefert  etwa  3"o  Ausbeute. 
Synthetisch  stellt  man  Kreatin  nach  einer 
1869  von  Volhard  angegebenen  Methode 
dar:  diese  besteht  in  der  Vereinigung  des 
1847  von  Liebig  unter  den  Zersetzungs- 
produkten des  Fleischsaftes  entdeckten  und 
1862  von  Volhard  synthetisch  gewonnenen 
Sarkosins  (Methylglycocolls)  mit  Cyanamid: 

CN.NH,  +  CH3NHCH0COOH  = 
/NHo 
HN:C< 

^N(CH3jCHoC00H 

Das  Kreatin  kristallisiert  mit  IHgO,  das 
bei  lOO**  ausgetrieben  werden  kann.  In 
Alkohol  ist  es  kaum  löslich,  etwas  besser  in 
Wasser.  Es  reagiert  neutral,  bildet  aber  mit 
einem  Aequivalent  Säure  Salze.  Der  Ge- 
schmack ist  bitter.  Barytwasser  zerlegt  in 
Harnstoff  und  Sarkosin:  beim  Erhitzen  mit 
Säuren  entsteht 


Kreatinin ,  Methylguanidinessigsäure- 
anhydrid  oder  Methylglycocyamidin.  Das 
Kreatinin  ist  ein  normaler  Bestandteil  des 
menschlichen  Harns.  Es  bildet  rhombische 
Prismen  und  ist  eine  starke  Base.  Mit 
einigen  Salzen  liefert  es  Doppelverbindungen, 
unter  denen  die  mit  Chlorzink  besonders 
schwer  löshch  ist.  Basen  führen  Kreatinin 
wieder  in  Kreatin  über.  Beim  Kochen  mit 
Baryt  findet  Abspaltung  von  Ammoniak 
unter  Bildung  von  /:^-Metiiylhydantoin  statt: 


HN:C 


/ 


NH 


CO 


N(CH3)— CH2 


NH  CO 

J!iL  oc.  I    +  NH3 

^  'N(CH3)— CH2 

/?-Methylhydantoin. 

Bezüglich  des  Vorkommens  von  Kreatin 
und  Kreatinin  im  menschlichen  Harn  sei 
erwähnt,  daß  das  erstere  sich  in  erheblich 
geringerer  Menge  findet  als  das  letztere,  ob- 
wohl gerade  Kreatin  als  das  primäre  Produkt 
angesehen  werden  muß.  Ursache  des  An- 
hydrisierungsprozesses  sind  anscheinend  Fer- 
mente. Harn-Kreatin  und  -Ivreatinin  sind 
teils  exogenen,  teils  endogenen  Ursprungs. 
Exogen  ist  die  mit  der  Nahrung  (Fleisch) 
aufgenommene  Menge,  endogen  die  durch 
Gewebszerfall  bei  Hunger,  Fieber,  körper- 
licher Arbeit.  Diabetes  usw.  entstehende 
Portion.  Quelle  dieses  Kreatins  scheint  ins- 
besondere das  ilrginin  zu  sein,  welches  als 
Eiweißspaltprodukt  infolge  Organautolyse 
leicht  entstehen  kann  und  dem  Kreatin 
konstitutiv  sehr  nahe  steht: 


HN:C< 


.NHo 


Oxydation 


NH— CH.^^CH, 

Argini  n   =  CH2 

Oianidin-Amino-      (iH(NH2) 
valeriansäure  | 

COOH 
(vgl.   den   Artikel  ,,Amino- 
säuren'M 


NHo 
>   HN:C 

NH.CHo.COOH 
Glycocyamin 


HN:C' 


Methylieruiig 

.NH. 

N(CH3)CH2.COOH 
Kreatin. 


Der  Nachweis  von  Kreatinin  im  Harn 
ist  leicht  zu  erbringen.  So  liefert  das  Kreatinin 
mit  Natriumnitroprussidlösung  bei  Alkali- 
zusatz eine  Rotfärbung,  die  bei  Essigsäure- 
zugabe wieder  verschwindet  (Weyl).  Ferner 
kann  es  an  seiner  Reduktionswirkung  er- 
kannt werden,  die  z.  B.  gegenüber  alkalischer 
Pikratlösung  sehr  deutlich  zum  Ausdruck 
kommt,  weil  das  gebildete  Pikraminat  eine 


viel  intensivere  Färbung  besitzt  als  das  Pikrat 
(Jaffe).  Durch  Vergleich  der  Farbintensi- 
täten nach  bestimmter  Vorschrift  herge- 
stellter Kaliumbichromatlösung  und  der  durch 
das  Kreatinin  reduzierten  Pikratflüssigkeit 
kann  der  Kreatiningehalt  eines  Harnes  leicht 
kolorimetrisch  ermittelt  werden  (Folin).  Die 
quantitative  Bestimmung  kann  übrigens  auch 
durch  Ueberführung  in  die  Chlorzinkdoppel- 


848 


KoUensäui'ederivate  und  ['nriiii;iu|i| 


Verbindung  geschehen  (Neubauei -Sal- 
kowski).  Die  normalerweise  vorhandene 
Kreatininmenge  beträgt  etwa  0.7  g  pro 
1 1  Harn,  ist  aber  von  verschiedenen  Faktoren 
abhängig.  Auffällige  Vermehrung  oder  Ver- 
minderung gestatten  wertvolle  Diagnosen. 
Will  num  Kreatinin  aus  Harn  gewinnen,  so 
benutzt  man  zweckmäßig  ein  von  Folin 
ausgearbeitetes  Verfahren,  das  auf  der  Ab- 
scheidung durch  Pikrinsäure  basiert.  Harn- 
kreatinin  und  Fleischkreatinin  sind  identisch. 


8.  Ureide.  Die  Wasserstoi'fatome  in  den 
Nlio-Gruppen  des  Harnstoffs  können  ebenso 
wie  in  denen  des  Guanidins  durch  Reste  von 
Säuron  ersetzt  werden.  Die  dabei  ent- 
stehenden, meist  araidartigen  Verbindungen 
heißen  Ureide.  Solche  können  offen  sein  wie 
Acetylharnstoff:  H0N.CO.NH.COCH3.  Es 
können  aber  durch  die  Natur  des  Säurerestes 
auch  Bedingungen  für  einen  Ringschluß  ge- 
geben sein,  was  dann  zu  ,, zyklischen"  Ureiden 
führt,  z.  B. 


C0< 


.NH.,      HO.  CO     ^H,(. 


->■    CO' 


.NHo  HO.CO 


^XH,      HO.CO     +H,o 


NH CO 

offenes  üreid 
oder  Ursäure 


-H,() 


-HoO 


C0<^ 


NH— CO 


NH— CO 
zvkl.  Treid. 


Besonders  diese  letzteren  beansjjruchen  großes 
Interesse.  Sie  haben  Säurecharakter  und 
ähneln  in  manclier  Hinsicht  den  Imiden  von 
Dikarbonsäuren.  Wie  diese  sind  sie  auch 
leicht  aufspaltbar;  dabei  resultiert  zunächst 
durch  Ringsprengung  die  zugehörige  offene 
Verbindung  (Ursäure),  die  dann  weiteren 
Zerfall  in  den  Komponenten  erleidet. 

Die  Bildungsmöglichkeiten  für  hierher 
gehörige  Stoffe  sind  sehr  zahlreich.  Berück- 
sichtigt sind  nur  die  wesentlichsten.  Für  die 
Besprechung  ist  folgende  Reihenfolge  ge- 
wählt: Ureide  der  a)  Fettsäuren,  ß)  Kohlen- 
säuren, 7)  Oxysäuren,  d)  Aldo-  und  Keto- 
monocarbonsäuren  und    e)  Dicarbonsäuren. 

a)  Ureide  der  Fettsäuren  entstehen 
durch  Umsetzung  von  Säure-Anhydriden 
oder   Säure-Chloriden  mit  Harnstoff,  z.   B. 

CH3COCI  +  H.>N.C0.NH2  - 
CH3CONHCÖCH3  -f  HCl. 

Sie  liefern  Metallderivate  und  werden  durch 
x\lkali  leicht  gespalten.  Zu  ihnen  gehören 
bekannte  Arzneimittel:  Formylharnstoff,  Fp. 
169«;  Acetylharnstoff,  Fp.  218";  Bromural 
(Hypnoticum)  =  Bromisovalerianylharnstoff, 
(CH3)2CH.CHBr.C0NHC0NH2;  Adalin 
(Hypnoticum)  =  Bromdiäthvlacetylharnstoff, 
(C.2H5)2CBrCONHCONH2;  ^  Jodival  (KJ- 
Ersatzmittel)  =  Jodisovalerianvlharnstoff, 
(CH3)2CHCHJCONHCONH2. 

/3)  Als  Ureid  der  Kohlensäure  ist  die 
Allophansäure,  HgNCONHCOOH,  zu  be- 
trachten, deren  Ester  bei  der  Umsetzung 
von  Chlorkohlensäureester  mit  Harnstoff  re- 
sultiert. Die  freie  Säure  ist  wie  das  ent- 
sprechende Guaneid(s.  dieses)  nicht  beständig; 
aus  dem  bei  191"  siedenden  xVethylester,  dem 
Analogon  des  Guanolins,  wird  durch  Ammo- 
niak bei  100"  das  AUophansäureamid  oder 
Biuret,  H2NCONHCONH2  +  HgO,  ge- 
bildet, welches  wasserfrei  bei  190"  schmilzt. 
Seine  Entstehung  aus  Harnstoff  war  schon 
früher  erwähnt.  Mit  einigen  Tropfen  sehr 
verdünnter     Kupfersulfatlösung     und     mit 


überschüssigem  Natron  geben  Biuretlösungen 
eine  purpurrote  bis  rotviolette  Färbung 
(Rose,  1833).  Diese  Farbreaktion  ist  nicht 
nur  dem  Biuret  eigen,  sondern  allen  Stoffen, 
welche  zwei  — CONHo,  — CSNH,,  — C(:NH). 
NHo  in  offener,  nicht  zyklischer  Bindung 
und  entweder  direkt  aneinander  oder  durch 
höchstens  ein  C- oder N- Atom  verbunden  ent- 
halten. Solche  Bedingungen  finden  sich  bei 
den  Eiweißkörpern,  zu  deren  Charakterisie- 
rung deshalb  die  ,,Biuretprobe"  wertvolle 
Dienste  leistet. 

Diev-Harnstoffäther,RO.C(:NH)NH,, 
geben  mit  Chlorkohlensäureester  0-Alkyl- 
aUophansäureester,  RO .  C(NH2) :  NCOOC2H5, 
mit  Isocyansäure 0-Alkylbiuret, R0.C(NH2): 
N.CONHo.  Beim  Erhitzen  mit  Salzsäure 
spalten  diese  Stoffe  Chloralkyl  ab  und  liefern 
Allophansäure  bezw.  Biuret. 

Thioharnstoff  reagiert  mit  Chlorkohlen- 
säureester unter  Bildung  von  Thio-^-AUo- 
phansäureester,  NH2C(:NH)S  .  COOC2H5, 
und  Thioallophansäureester,  NH2CS. 
NHCOOC..H5;  er  reagiert  also  zum  Teil  in 
der  normalen,  zum  Teil  in  der  Pseudoform. 

y)  Unter  den  Ureiden  der  Oxysäuren 
interessiert  vor  allem  das  Hydantoin,  das 
als  Glycolylharnstoff  aufzufassen  ist.  Seine 
Bildung  aus  Harnstoff  und  Glycolsäure 
kann  derart  versinnbildhcht  werden: 

/NH,      HO.CO 

C0<       "  +  I 

^NH.,      HO.CH, 

.NH— CO 


-•-»-';  cos 


^NH— CH2 

es  ist  also  ein  zyklisches  Ureid.  Synthetisch 
wird  es  aus  Bromacetylharnstoff  und  alko- 
holischem Ammoniak  bei  höherer  Temperatur 
erhalten.  Der  Fp.  beträgt  216".  Andere 
Bildungsweisen  sind  die  aus  AUantoin  und 
aus  Alioxan,  zwei  der  Harnsäure  nahestehen- 
den Produkten,  die  unter  Sd  und  s  abge- 


Kohlensäurederivato  und  I'uiiugruppe 


849 


handelt  sind.  Barytwasser  spaltet  Hydantoin 
zur  zugehörigen  Ürsäure  auf,  die  als  Gly- 
colursäure  oder  H  y  d  a  n  t  o  i  n  s  ä  u  r  e  , 
H2NCONHCH2COOH;  bezeichnet  wird.  Der 
bei  ISO"  schmelzende  Aethylester  kann  durch 
Umsetzen  von  GlycocoUesterchlorhydrat  mit 
Kaliumcyanat  leicht  erhalten  werden.  Beim 
Eindampfen  mit  Salzsäure  liefert  er  Hy- 
dantoin. 

Glycolursäure  und  Hydantoin  stehen 
zum  Glycocyamin  und  Glycocyamidin  (s.  7) 
in  luiher  Beziehung,  indem  letztere  als  Imino- 
derivate  der  beiden  ersteren  aufzufassen  sind. 
LTnter  den  Methylhydantoinen  ist  die 
p-Verbindung  (s.  die  obige  Formel)  wegen 
ihrer  Beziehung  zum  Kreatinin  von  Interesse. 

Die  Versuche  zur  Darstellung  eines  Thio- 
hydantoins  führten  nur  zur  Gewinnung 
von  Pseudothiohydantoin.  Denn  es  ent- 
standen gleiche  Produkte  aus  Sulfocarbamid 
und  Chloressigsäure  einerseits,  Thioglycol- 
säure  und  Cyanamid  andererseits.  Die  Um- 
setzungen sind  derart  zu  formulieren: 

SH  CI.CH., 

HN:C.  -I-  I 

^NHo      HO.  CO 
S        CH2 
-HN:C\  1     +HCI  +  H0O; 

^NH— CO 

/A^        Hs.cHo  /S — ca, 

C^  1  I     *■  _  HN:C  I 

^NHo      HO.  CO  '       NH-CO 

+  HoO. 

Das  i/;-Thiohydantoin  hat  Fp.  200"  und 
bildet  Nadeln.  Säuren  spalten  iVramoniak 
ab:  dabei  resultiert  die  sogenannte  Senföl- 
S-CH, 


Propionsäure,  CH3CH(CH0)C00H,)  sowie 
der  Acetessigsäure,  CHgCOCHoCOOH.  Die 
Ureide  dieser  letzteren  Säuren  bezeichnet 
man  alsUracile.  Diese  Substanzen  sind  durch 


den  Besitz  desPyrimidinkernes,  C 


/C^N^ 

r/ 


C, 


essigsaure,  CO 


/ 


.CO. 


NH 


d)  Ureide  der  Aldo-  und  Ketocarbon- 
säuren.  Zu  erwähnen  sind  hier  Ureide  der 
Glyoxalsäure,  CHO.COOH,  zu  denen  das 
wichtige  iVllantoin  zählt.  Ferner  die  Ureide 
einiger  ^ -Aldocarbonsäuren  (Formylessig- 
säure,     CH.3(CH0)C00H,     und     a-Formyl- 


C-N^ 

ausgezeichnet,  der  sich  auch  in  den  Purinen 
(s.  diese)  findet.  Neben  Purinen  sind 
Uracile  auch  als  Bausteine  der  Nncleine 
nachgewiesen.  Die  Nncleine  ihrerseits  sind 
Bestandteile  des  Zellkernes  und  liefern  bei 
geeigneter  Zerlegung  Eiweiß,  Zucker  und  so- 
genannte Nucleinsäuren ,  welche  sich  u.  a. 
aus  Fischsperma,  Hefe,  Pflanzenzellkernen, 
Thymusdrüse  usw.  isolieren  lassen.  Bei  der 
Hydrolyse  geben  die  Nucleinsäuren  neben 
Phosphorsäure  und  Kohlehydrat  Uracile  so- 
wie Purine. 

Als  Ureide  der  Glyoxalsäure  sind 
anzusehen:  Glyoxalylharnstoff  oder Allantur- 
säure. 

/NH-CO 


H.,NCONHCOCHO  bezw.  CO;  | 

^NH-CH(OH), 

AUantosäure  (NH.CONHl.^CHCOOH  und  Al- 
lantoin. 


H.,NCO— NH— CH 


\ 


.CO— NH 
NH— CO  ' 


Von  diesen  Stoffen  ist  das  Allantoin  am 
wichtigten.  Es  hat  Fp.  231"  und  findet  sich 
im  Harn  der  Säugetiere,  während  es  im  Men- 
schenharn nur  in  untergeordneter  Menge  auf- 
tritt (vgl.  den  Artikel  „Purinstoff- 
wechsel"  S.  856).  Es  findet  sich  ferner 
im  Rübensaft.  An  Darstellungsmethoden 
seien  die  aus  Glyoxalsäure  oder  aus  Mesoxal- 
säure,  HOOC.CO.COOH,  mit  Harnstoff  bei 
100",  sowie  die  aus  Hydantoin  mit  Brom  und 
Harnstoff  erwähnt.  In  den  ersteren  Fällen 
ist  Glyoxalylharnstoff  als  Zwischenprodukt 
anzunehmen,  der  wie  das  im  dritten  Fall 
intermediär  entstehende  y-Bromhydantoin 
mit  Harnstoff  weiter  reagiert: 


.NH— CO 
CO/  I 

NH— CH(OH) 

Glyoxalylharnstoff 

NH— CO 
CO  I 

NH-CHBr 
7-Brom-Hydantoin 


-i.  NH— CO 

CO;  I 

ro^^^^  NH— CHNHCONH, 

Allantoin 


Die   im    Säugetierorganismus   erfolgende   (PbO.,,    K3Fe(CN)6,    KMn04   usw.)    bewirkt 
Oxydation  von  Harnsäure  zu  Allantoin  kann  1  werden: 
auch   durch   verschiedene   Oxydationsmittel  i 

Handwörtprbufli  der  Naturwissenschaften.    Band  V.  54 


850 


Kolüensäuvederivato  iind  I*uriiigru}i 


NH— CO 
CO,  C-NH 

\        II         ;co 

NH— C— NH 
Harnsäure 

/NH., 

"  CO-NH, 


->    COC 


.CO 


^NH— CH— NH^ 
Allan  toin. 


Durt'li  Hydrolyse  liefert  Allantoin  die 
AUantosäure,  bei  der  Reduktion  mit  HJ 
Hydantoin.  Oxydation  mit  Salpetersäure 
führt  in  Allantursäure  über. 

Mit  Merkuriacetat  gibt  xMlantoin  in  neu- 
traler Lösung  (bei  gleichzeitiger  Anwesenheit 
von  Natriumacetat)  eine  Fällung,  welche  sich 
zu  seiner  quantitativen  Abscheidung  eignet. 
Handelt  es  sich,  wie  meist,  um  die  Be- 
stimmung des  Allantoins  im  Harn  (bei  Stoff- 
wechselversuchen), dann  müssen  vor  der 
Fällung  des  Allantoins  selbst  alle  durch 
Phosphorwolframsäure,  Bleiessig  und  Silber- 
acetat  fällbaren  Stoffe  beseitigt  werden 
(Wiechowski). 

Uracile.  Von  diesen  seien  genannt: 
Uracil,  Ureid  der  Formylessigsäure,  2,6- 
Dioxypyrimidin,  Fp.  335**  unter  Zersetzung. 
Die  Konstitution  entspricht  den  Formeln 


Substanzen  sind  als  Bestandteile  von  Nu- 
cleinsäuren  nachgewiesen  worden. 

Als  wichtiges  Ausgangsprodukt  für  die 
Synthese  der  Harnsäure  sei  schließlich  das 
Acetessigsäureureid  oder  das  4-Methyl- 
uracil  erwähnt,  eine  bei  320''  schmelzende 
Substanz,  lieber  die  Umwandlungen  dieses 
Stoffes  vgl.  bei  Harnsäure. 

e)  Ureide  von  Di  karbonsäuren.  Von 
Bedeutung  sind  die  Ureide  der  Oxalsäure. 
Malonsäure  und  Mesoxalsäure.  1.  Oxalylhani- 
stoff,  Parabansäure,  Fp.  243", 

.NH— CO 

C0<  1     ; 

NH— CO 

diese  Substanz  entsteht  aus  Harnsäure  oder 
Alloxan  (s.  dieses)  durch  verdünnte  Sal- 
petersäure sowie  aus  Oxalsäure  und  Harn- 
stoff mittels  Phosphoroxychlorids: 

NH-CO  NH— CO 


CO      C— NH 


CO— CO 


CO 


.CO— NH. 


CH 


^CH- 


>co 


-NH^ 


bezw.    CH 


C(OH)  -  N 


\, 


CH 


N 


C(OHj. 


Außer  durch  Hydrolyse  der  Nucleinsäuren  ist 
die  Substanz  aucli  synthetisch  auf  ver- 
schiedene Weise  zugänglich.  Ein  2-Oxy- 
6-Aminopyrimidin  ist  das  Cytosin,  Fp.  320 
bis  325";  ein  5-Methyluracil  bezw.  2,6-Dioxy- 
5-Methylpyrimidin  das  Thymin,  Fp.  3i8 
bis  321",  das  auch  als  Ureid  der  a-Formyl- 
propionsäure  angesehen  werden  kann.    Beide 


NH— C-NH  NH— CO 

Harnsäure  Alloxan 

NH-CO 

>   CO,  ! 

^NH— CO 
Parabansäure. 

Wie  scholl  der  Name  andeutet,  ist  die 
Substanz  eine  Säure.  Die  Salze  sind  aber 
nicht  beständig,  sondern  erfahren  leicht  Um- 
wandlung in  Salze  der  Oxalursäure. 
HoNCONHCOCOOH.  Diese  Substanz  ist 
ein  kristallinisches  Pulver,  das  beim  Kochen 
mit  Wasser  oder  Alkalien  in  Oxalsäure  und 
Harnstoff  gespalten  wird.  Phosphoroxy- 
chlorid  hingegen  führt  die  Oxalursäure  wieder 
in  Parabansäure  über. 

2.  Malonylharnstoff,  Barbit ursäure. 

NH— CO 
CO,  CH.,; 

NH— CO 

auch  diese  Substanz  kann  aus  Harnsäure 
erhalten  werden,  worüber  das  folgende  Be- 
aktionsschema  orientiert : 


T,          ■■             i»xv(l.       VI,                   ll-i         /-n/ 
Harnsaure   _^    Alloxan    ^    CO 


NH-CO 
NH-CO' 


H.SO  ., 


CO-NH 

XH.O.C(OH)  "^CO 


CO-NH 


Allüxantliin 


Barbitiiisäiire. 


Synthetisch  kann  die  Verbindung  durch  von   Natriuin-Malonestcr   mit    Hainstoff    in 

Kondensation  von  Malonsäure  und  Harnstoff  alkoholischer  Lösung. 

bei    100"    mittels    Pliosphoroxychlorids    ge-         Im   Malonylharnstoff  ist  die   Reaktiuiis- 

wonnen   werden;    außerdem    durch    Kochen  fähigkeit    der    Methylengruppe    des    Malon- 


Kohlensäurederivato  und  PuringTuppe 


851 


esters  erhalten  geblieben.  Von  besonderem 
Interesse  sind  die  C-alkylierteii  Barbitnr- 
säuren,  da  sich  unter  ihnen  ausgezeichnete 
Schlafmittel  befinden,  so  das  Veronal  = 
C-Diäthylbarbitursäure  und  das  Proponal  = 
C-Dipropylbarbitursäure.  Die  Darstellung 
solcher  Substanzen  erfolgt  auf  verschiedenen 
Wegen.  Weil  die  direkte  Alkjdierung  merk- 
würdigerweise nur  das  C-Dimethvlderivat  zu 


gewinnen    erlaubt,    setzt    man    Mono-    und 

üialkylmalonylchloride  oder  Mono-  und 
!  Dialkylmaloiiester  mit  Harnstoff  um,  wobei 
i  oft  Natrium-Alkoholat  als  Kondensatious- 
'<■  mittel  dienen  kann.  An  Stelle  von  Harnstoff 
j  können   auch    Thioharnstoff   und    Guanidin 

benutzt  werden.  Alsdann  ist  das  erhaltene 
;  Produkt   noch   zu    entschwefeln    bezw.    von 

seiner  Iminogruppe  zu  befreien  z.  B. 


CO-NH 
,v>>^r    (CoH^j^C.  CO 

,COOR         Ni4.,svH.,  CO-NH 

(C2H,),,C(  '- ->  (CoH-JoCr  )CS 


\r, 


COOK     \u^ 


(C,H5),C. 


CO— NH 
CO-NH. 

CO— NH 


/ 


C:NH 


Veronal.  Fp.  212",  hat  bitteren  Geschmack. 
Weiße  Kristalle.  Es  wirkt  in  Dosen  von 
0,5  bis  1,0  g.  Die  Hauptmenge  (75 ')o)  wird 
im  Harn  wiedergefunden.  Unvorsichtiger 
(Gebrauch  ist  oft  Veranlassung  zu  schweren 
Vergiftungen.  Proponal,  Fp.  145",  ähnelt 
dem  Veronal.  Wird  in  Dosen  von  0,15  bis 
0,5  g  verwandt. 

Behandelt  man  Barbitursäure  mit  rau- 
chender Salpetersäure,  so  resultiert  Nitro- 
barbitur  säure.  Einwirkung  von  sal- 
petriger   Säure    indes    führt    zur     Oximino- 


barbitursäure  oder  Violursäure,  die  ihren 
Namen  von  der  Farbigkeit  ihrer  Salze  hat. 
Bei  der  Reduktion  geben  beide  Säuren 
Ami  110 barbitursäure,  auch  Uramil,  Di- 
aluramid  oder  Murexan  genannt.  Diese  Sub- 
stanz steht,  worauf  auch  schon  ihre  ver- 
schiedenen Bezeichnungen  hinweisen,  zu 
anderen  Ureiden  in  naher  Beziehung,  so  zur 
Dialursäure,  einem  Reduktionsprodukt  des 
AUoxaus,  und  zum  Murexid.  Ueber  diese 
Verhältnisse  orientieren  folgende  Forniel- 
schemata: 


NH-CO. 


CO/ 


)CH(OH),  NH3 


^NH-CO' 
Dialiirsaures  Ammonium 


-H.0 


Diahiramid 


.NH-CO 


CO-NH 


C0(  ^C— N  =  Cx 

'NH-C(ONH,r  ^  CO-NH 

Murexid-aci-Barbiturvlimidoalloxan. 


CO 


^     .Afurexaii  —  Alloxan 


NH.,. 


o.    Mesoxalylhanistoff.    Alloxan, 

,C0— NH 
C0(  C0+4H.,0: 

CO-NH 

entsteht  aus  Harnsäure  durch  vorsichtige 
Oxydation.  Starke  Säure.  Gibt  mit  Eisen- 
oxydulsalzen indigoblaue  Färbung.  Mit 
Ammoniumcyanid  erfolgt  Zerfall  in  CO.^, 
Dialursäure  und  Oxalursäureamid.  Dieses 
letztere  scheidet  sich  als  ein  weißer  Nieder- 
schlag ab.  Dies  Verhalten  ist  für  Alloxan 
charakteristisch. 

Das  Alloxan  ist  eine  sehr  umwandlungs- 
fähige Substanz,  deren  zum  Teil  im  vor- 
stehenden schon  angedeutete  Metamor- 
phosen im  folgenden  Schema  nochmals  über- 


sichtlich zusammengestellt  sind;  außer  dem 
dort  angedeuteten  Verhalten  ist  noch  seine 
Fähigkeit  zur  Addition  von  Bisulfit,  zur 
Reaktion  mit  Ketonreagenzien,  zurümsetzung 
mit  Malonester,  mit  aromatischen  Aminen 
usw.  zu  erwähnen  (s.  das  Schema  auf  S.  852). 
Bezüglich  des  durch  gemäßigte  Reduktion 
von  Alloxan  entstehenden  Alloxanthins 
sei  bemerkt,  daß  es  Bestandteil  des  Convicins, 
eines  in  den  Saubohnen  und  in  den  Wicken 
enthaltenen  Glukosids  ist.  Beim  Erwärmen 
mit  Ammoniuin-carbonat  oder  -acetat  geht 
Alloxanthin  in  das  Ammoniumsalz  der 
Purpursäure,  das  sogennante  Murexid, 
über  (Formel  s.  0.).  Diese  Substanz  ent- 
I  steht  auch  aus  Harnsäure  bei  gemäßigter 
Oxydation  und   Uebergießen  des  aus   Allo- 

54* 


852 


U'ohlensäiu'edorivato  und  Pui-in^ru[i 


Keduktioii 
Allnxan  >- 

k;ilt 


Alloxaiitliin 


H.so, 


Barbit  ursäiue 


->    \'i()liiisäiü-e  Nitidbarbitursäure 


ParabansiUire 


Hydantoin       J  )ialursäui'e- 


Krliitzen  des  Aiinnoiiium- 


salzes 

xaiithiii  bestehenden  Eindampfrückstandes 
mit  Ammoniak  (Murexidprobe  zum  Nach- 
weis von  Harnsäure).  Ein  Tetramethyl- 
alloxanthin  ist.  die  Amalinsäure,  welche 
beim  Eindampfen  von  Coffein  u.  a.  mit  Sal- 
petersäure oder  Chlorwasser  gebildet  wird 
und  mit  Ammoniak  gleichfalls  ein  rotes 
Ammonsalz  liefert  (Nachweis  von  Coffein, 
Theobromin,  Theophyllin;  s.  diese). 

9.  Puringruppe.  Unter  den  Diureiden, 
von  denen  bereits  vorstehend  Allantosäure, 
Allantoin,  Alloxanthin,  Murexid  und  Amalin- 
säure Erwähnung  gefunden  haben,  gibt  es 
eine  besondere  Klasse,  die  nach  ihrem  wich- 
tigsten Vertreter,  der  Harnsäure,  als  Harn- 
säuregruppe bezeichnet  wurden.  Der  Harn- 
säure liegt  nun  eine  Substanz  zugrunde,  die 
als  Verknüpfung  eines  Pyrimidinrings  mit 
einem  Glyoxalin-(Imidazol-)ring  anzusehen 
ist.  Für  die  Wasserstoffverbindung  der  in 
Betracht  kommenden  Atomkombination,  das 
sogenannte  Purin  (von  purum  und  uricum), 
sind  folgende  Formeln  aufzustellen: 


Uramilsäure 


N  =  CH  N  =  CH 

I    1      6   !  j  I 

HC^     5C— NH         und  HC       C— 


-K 


%, 


CH. 


N  —  C 


N 


N 


I 


C— NH 
H 


Von  diesem  Purin  können  sämtliche 
Glieder  der  Harnsäuregruppe  abgeleitet 
werden,  was  eine  rationellere  Bezeichnung 
gestattet  als  bei  Beziehung  auf  die  Harn- 
säure selbst  möglich  wäre.  Deshalb  nennt 
man  die  Glieder  der  Harnsäuregruppe  neuer- 
dings Purine  (E.Fischer).  Der  Formulierung 
ist  das  Purinsymbol  I  zugrunde  gelegt. 
Die  übliche  Bezifferung  der  beim  Aufbau 
des  Ringsystems  beteiligten  Atome  ist  aus 
der  gleichen  Formel  ersichtlich.  Bemerkt 
sei,  daß  bei  der  rationellen  Benennung  Atom- 
kombinationen wie 

— CO.NH—  und  — C(OH):N—  oder 
— C(NH2):N—  und  — C(:NH).NH— 
als    gleichwertig    angenommen    sind.       Die 
genetischen  Beziehungen  der  einzelnen  Purine 
untereinander    ergeben    sich    aus    folgender 
Uebersicht: 


HN— CO 


N-CH 


HN— CO 


HC    C-NH 

II     II           x;CH 
N    C       W 

<- 

HC 

II 
N- 

C— NH. 

II           >CH 
~C--   N^ 

>- 

OC     C— NH, 

1     II         >co 
HN— C— NH^ 

Hvpoxanthin  =  6-0xv|)urin 

Purin 

Hanis 

iure  =  2.G.8-Tri(ixy|)itriii 

HN— C:NH 

HN- 

1 

-CO 

HN-CO 

HC    C— NH 

OC 
HN- 

C— NH 

II           ^CH 
-C W 

HN:C     C    NH 

II     II          >CH 
N— C---N^    , 

1      11           /^CH 
HN— C       W 

Adenin  =  6-Aminopuriii 

Xanthin  = 

2,G-DioxypuriH 

(iuanin 

==-  2-Aniino,  G-Oxypurin 

Monomethylxanthine : 
1.  Heteroxantlmi 
=  7-Methvlxanthin 


Dimethylxanthine :  Trimethylxanthine : 

1.  Theophyllin  1.  Coffein 

=  1,3-DimethylxaiiMiiii  =  1,3,7-Triniethylxaiitirni. 

2.  Theobromin 

=  3,7-Dimethylxanthiii 

3.  Paraxanthin 

=  1,7-Dimethylxanthiii 


Kolüensäurederivate  xuid  Puringruppe 


853 


Harnsäure.  Sie  wurde  177G  von 
Scheele  in  Harnsteinen  aufgefunden.  Sie 
ist  Bestandteil  der  Mu.skelflüssigkeit,  des 
Blutes  und  des  Harnes  der  Fleischfresser.  Im 
letzteren  wurde  sie  ebenfalls  von  Scheele 
entdeckt.  Die  Exkremente  der  Vögel  (Guano) 
sind  sehr  reich  an  Harnsäure  (Foucroy, 
Vauquelin).  Ebenso  bestehen  die  Ab- 
scheidujigen  der  Schlangen  (Prout),  Kroko- 
dile, Eidechsen,  Schildkröten  und  Insekten 
größtenteils  aus  Harnsäure.  Die  Blasen- 
steine  sind  häufig  aus  Harnsäure  gebildet, 
desgleichen  Nierensteine  und  Harnsedimente. 
Ablagerungen  von  Harnsäure  finden  sich 
ferner  bei  Gicht  in  den  (lelenken  (Gicht- 
knoten, Pearson). 

Die  Konstitution  der  Harnsäure  ist  vor- 
nehmlich durch  Arbeiten  von  Liebig  und 
AVöhler  (1826),  v.  Baeyer  (1863  bis  1864) 
und  Strecker  erkundet.  1875  stellte 
Medicus  die  noch  heute  übliche  Formel  der 
Harnsäure  auf,  die  dann  1882  durch  E. 
Fischer  gestützt  wurde.  Die*  ersten  Syn- 
thesen der  Harnsäure  sind  von  Horbac- 
zewski  (1882  bis  1887)  ausgeführt.  Durch- 
sichtigere Methoden  sind  von  Behrend  und 
Roosen  (1888),  E.  Fischer  und  Ach  (1895) 
und  W.  Traube  (1900)  aufgefunden. 

Die  Gewinnung  der  Harnsäure  erfolgt 
am  besten  aus  Schlangenexkrementen  oder 
aus  Guano.  Benutzt  man  erstere,  so  pulvert 
man  sie  und  kocht  mit  der  gleichen  Menge 
Aetzkali  unter  Zusatz  von  Wasser  (15  bis 
20  Teile)  bis  die  Ammoniakentwicklung  auf- 
hört. Dann  wird  filtriert  und  die  Harn- 
säure durch  Salzsäure  abgeschieden.  Die 
(Gewinnung  aus  (niano  erfolgt  durch  Aus- 
kochen desselben  mit  verdünnter  Salzsäure. 
Nach  dem  Erkalten  wird  filtriert  und 
der  Rückstand  —  Harnsäure  —  nochmals 
in  der  gleichen  Weise  behandelt.  Um  die  so 
erhaltene  rohe,  dunkel  gefärbte  Säure  zu 
reinigen,  wird  in  verdünnter  heißer  Natron- 
lauge gelöst  und  dann  fraktioniert  durch 
Salzsäure  gefällt.  Die  ersten  Anteile  ent- 
halten die  Verunreinigungen  und  werden 
für  sich  gesammelt. 

Die  Harnsäure  bildet  ein  weißes,  sandiges 
Pulver,  das  geruch-  und  geschmacklos  ist. 
Die  Kristalle  haben  verschiedene,  zum  Teil 
charakteristische  Formen,  unter  denen  wetz- 
steinartige (iebilde  besonders  auffallen.  Die 
Löslichkeit  der  Säure  wird  verschieden  an- 
gegeben. So  zu  1:39480  bei  18"  (His  und 
Th.  Paul)  und  1:10000  (Behrend  und 
Roosen).  W'ahrscheinlich  spielen  hier  struk- 
turelle Unterschiede  (tautomere  Formen 
[s.  unten]),  eventuell  auch  Hydratisierung 
eine  Rolle,  denn  Harnsäure  vermag  sich  mit 
2  Mol.  H2O  zu  vereinigen.  In  heißem  Wasser 
löst  sich  die  Säure  etwa  1:1800  (100»).  Die 
Lösungen  bleiben  lange  übersättigt,  wobei 
Salze   wie    Natriumphosphat,   auch    Borate. 


Acetate  und  Laktate  der  Alkalien  günstig 
wirken.  Harnsäure  ist  eine  schwache  zwei- 
basische Säure.  Sie  vermag  deshalb  zwei 
Reihen  von  Salzen  zu  bilden,  von  denen  die 
sogenannten  sauren  U  r  a  t  e  schwerer 
löslich  sind  als  die  neutralen.  Von  den 
sauren  Uraten  interessieren  das  Kalium-  und 
Natriumsalz,  weil  sie  oft  Bestandteile  von 
Harnsedimenten  und  Harnsteinen  sind. 
Ersteres  löst  sich  in  kaltem  Wasser  1:800, 
letzteres  1:1100.  Das  saure  Ammoniumsalz 
ist  Hauptbestandteil  der  h^xkremente  von 
Vögeln  und  Schlangen  und  findet  sich  eben- 
falls als  Harnsediment.  Die  Löslichkeit  ist 
1:1600.  Durch  größere  Löslichkeit  ist  das 
neutrale  Lithiumsalz  ausgezeichnet  (1:368 
bei  19°,  Lipowitz),  weshalb  man  Lithium 
enthaltende  Wässer  gegen  gichtische  Er- 
krankungen benutzt.  Noch  löslicher  sind 
das  Piperazinsalz  (1:50  bei  17",  Finkel- 
berg)unddasLysidinsalz(l:6,  Ladenburg). 
Piperazin  und  Lysidin  (Methylglyoxalidin) 
sind  Stoffe  der  Formeln 

,CHo.  GH,. 

HN<       "  >NH 

^CHo.CH/ 


CH, 


N. 


bzw.      I    "  ^CCHj. 

CHo— NH 

Obwohl  Harnsäure  aus  der  Lösung  in 
kalter  konzentrierter  Schwefelsäure  unver- 
ändert W'ieder  erhalten  werden  kann,  ist 
sie  doch  leicht  veränderlich.  Erhitzt  man  z.  B. 
die  schwefelsaure  Lösung,  so  bilden  sich 
CO,  CO2,  GlycocoU  und  verschiedene  kom- 
pliziertere Stoffe.  Beim  trockenen  Erhitzen 
gibt  die  Harnsäure  Ammoniak,  COo,  Harn- 
stoff und  Cyanursäure.  Oxydationsmittel 
greifen  leicht  an  imd  führen  in  verschiedene 
Produkte  über  (s.  unten).  Ebenso  leicht 
wirken  Phos))horchloride  ein,  wobei  reak- 
tionsfähige Chlorderivate  gebildet  werden. 
Zur  Erkennung  der  Harnsäure  dient  unter 
anderem  die  schon  erwähnte  Murexid- 
reaktion.  Man  stellt  diese  so  an,  daß  man 
die  auf  Harnsäure  zu  untersuchende  Probe 
mit  etwas  verdünnter  Salpetersäure  auf  dem 
Wasserbad  eindunstet.  Dabei  liinterbleibt 
ein  rötlicher  Rückstand,  der  mit  Ammoniak 
pur])urrot  wird. 

Die  Konstitution  der  Harnsäure  steht 
nicht  genau  fest,  da  die  übliche  Tricarbonyl- 
formel  I  Ausbildung  von  Nebenformen  vor- 
aussehen läßt;  diese  durch  Wasserstoff- 
wanderung bedingte  Veränderlichkeit  des 
Komplexes,  für  welche  Symbol  11  einen  Grenz- 
zustand angibt,  scheint  tatsächlich  vorhan- 
den zu  sein,  denn  statt  der  nach  I  zu  er- 
wartenden 4  Monomethylharnsäuren  sind 
deren  6  bekannt,  was  sich  nur  durch  Annahme 
von  Nebenformen  erklären  läßt. 


854 


Kohlensäurederivate  und  Puringruppe 


HN— CO 


N-C(OH) 


OC     C-NH.  (HO)C     C-NH^ 

'      "  >C0  li      II  \ 

/  AT        n  ATX 


HN— C— NH 
1 


N-C       N 
II 


C(OH) 


Solche  Met  hylli  am  säuren  entstehen 
unter  anderem  durch  Behandlung"  von  harn- 
saurem Blei  oder  Calcium  mit  Jodmethyl. 
Mehr  als  4  Methylgruppen  sind  auf  einmal 
nicht  einzuführen.  Diese  sitzen  anscheinend 
sämtlich  am  Stickstoff. 

Nach  Formel  I  wäre  die  Harnsäure  als 
bizyklisches  Diureid  der  hypothetischen  Tri- 
oxyacrylsäure,  C(0H)2  =  C(OH).COOH,  an- 
zusprechen. 

Oxydation  der  Harnsäure.  Es.  ent- 
stehen 1.  mit  HNOg!  Alloxan  und  Paraban- 
säure;  2.  mit  kalter  HNO3  oder  mit  KCIO3 
und  HCl:  Alloxan  und  Harnstoff;  3.  miit 
KMnO^  oder  J  und  KOH:  Allantoin:  4.  mit 
KMnO^  und  KOH  oder  Luft  und  KOH: 
Allantoin.  Uroxansäure  (I)iureidomalonsäure 


(NH2CONH)2C.(COOH)2?j    luul    Oxoiisäure 
(Aminoliydantoincarbonsäure, 

CO  -NH 

I  /C(NH2)C00H?); 

NH--C0^ 

5.  mit  H.,0.,:  Tetracarbonimid. 
NH~CO--NH 
CO.  /CO?;  usw. 

^NH--CO— NH 

Synthesen  der  Harnsäure.  Diese 
bilden  ein  Gegenstück  zu  anderen  Bemühungen 
zur  Darstellung  wichtiger  Naturprodukte, 
z.  B.  des  Indigo,  der  Alkaloide,  des  Kampfers 
usw.  Auf  Einzelheiten  kann  hier  nicht  ein- 
gegangen werden.  Es  seien  nur  die  Schemata 
der  verschiedenen  Bildungsprozesse  wieder- 
gegeben : 

a)  Nach  Horbaczewski:  durch  Zu- 
sammenschmelzen von  Harnstoff  und  Glyco- 
coll,  Trichlormilchsäure  oder  Trichlormilch- 
säureamid.  Mit  letzterem  ist  der  Prozeß 
derart  zu  formulieren: 


NH2         ClCCl.. 

I  I 

CO    +    HCOH 


H2N 
H,N 


\co 


NH- 

1 
->.  CO 


NH 


-NH 


/ 


CO 


-f  NH,C1  +  2HC1  J-  H2O 


NH2  H2N.CO 
2  Mol.  Harnstoff  +  1  Mol. 
Trichlormilchsäureamid 


NH— CO 
Harnsäure 


b)  Synthese  nach  Behrend  und  Ronsen  aus  Acetessigester: 
COÖCH.  NH-CO  NH— CO 


CH., 

I 
COCH3 

Acetessigester 

NH— CO 

I  I 

CO     C.NO., 

1         II 
NH— CH 

r)-Nitroui'acil 


(■<I.\H. 


CO     CH 

I         II 
NH— CCH, 

4-Methyluracil 
NH— CO 


HN".^^        CO     C.NO, 

NH— C.COOH 
5-Nitrouracilsäure 

NH— CO 


H'Mi.  ^         CO     C.NHo  HNOe^         CO     C(OH) 

^         I         II  ^         I         II 

NH— CH  NH— CH 

o-Aminouracil  5-Oxyura.cil 

NH— CO 

CO        CO  (OiNH.)..         ,j 

^^      ^^'  .-^      Harnsaure. 

NH— CH(OH) 

Isodialursäure 

c)  Synthese  aus.  Malonsäure  nach  E.   Fisclier  und  T..  Ach: 
COOH  NH— CO  NH--CO 


P.r, 


CH2 

COOH 
jMalonsäure 


'•'J'^H^,        CO     CH.,  w'si^.  CO     C=N(OH) 

^         1         I  ^         I  I 


—> 


NH— CO 
Barbitursäure 


NH    CO 

Violursäuie 


Kohlensäurederivate  und  Puringruppe  Söö 


NH— CO  NH.    CO 

CO      CH.NH,  Kcxo^         CO     CHNHCONH,  h,o^        HariHäuio. 

NH— CO  NH-CO 

Uramil  Pseiidohanisäure 

Die  hierbei  als  Zwischenprodukt  auf-  eine  synthetische  Beziehung  beschallen, 
tretende  Violursäure  kann  auch  aus  AUoxan  '  Unter  i.\nwendung  methjdierter  Alloxane  (aus 
durch  Einwirkung  von  Hydroxylaniin  er-  Methylharnstoff  und  Mesoxalsäure  erhält- 
halten werden.  Auf  diese  Weise  ist  zwischen  ;  hch)  führt  die  Fischer-Achsche  Synthese 
Harnsäure   und   ihrem    Spaltstück    Alloxan   zu  methylierten  Harnsäuren. 

d)  Synthese  aus  Cyanessigester  nach  W.  Traube: 

NHo"  C0H3OOC  NH— CO  NH-CO 

I   ■         "       r  !      I  I      ! 

CO        +  CHo    -<'=Ho(üH,     CO     CHo         ^■•■'<'l^  CO     CH  hxo.. 

!  I     "      ^        i  I      ■       ^         I  II  ^ 

NH,  CN  NHo  CN  NH-C.NH. 

Harnstoff         Cyanessigester  Cyanacetylharnstoff  4-Aminouracil 

NH— CO  NH-CO  NH— CO 

CO     C.NO         !"■''■       CO     C.NH.,     rwouu      cO      C.NHCOOR     '■^"^''";'    H-.rnsäure 
:        II  ^    !        11  ^     :        II 

NH-^C.NHo  NH— C.NH2  NH-C.NH. 

4-Amidü-,  4.ö-T)ianiinouracil  Urethan  des 

5-Nitrosouracil  4.5-Dianiinouracils 


Von    Modifikationen    des    Traubeschen 

Verfahrens  wird  später  öfters  zu  reden  sein. 

Puri  n  ist  eine  weiße,  bei  21 6"  schmelzende 


Substanz,  die  sowohl  saure  als  auch  basische 
Eigenschaften  aufweist.  Ihre  Synthese  kann 
aus  5-Nitrouracil  erfolgen: 


NH— CO  N  =  CH  N  =  CH 

CO     C.NO.       -^V       C      CNO.      — ^      CI.C       C.NO., 

I        II         "                        II        II  II        II 

NH— CH  N C.Cl  N      C.NHo 

5-Nitrouracil        2,4  -  Dichlor-  5-Nitropyrimidiu      2-Chlor-4-Amino- 

5-Nitropyrimidin 


N  =  CH  N— CH 

'         i  11 

HC       C.NH..      -lli-lll^^      HC     C.NHCHO      -—>      Purin. 


N       C.NH,  N— C.NH2 

4-5-Diamidopyrimidin  Formylderivat 

Auch  aus  Harnsäure  ist  Purin  darstellbar  1  für  die  Gewinnung  von  Purinderivateii  be- 
nacli   Methoden,    die   allgemeine   Bedeutung   sitzen.    Das  Schema  des  Prozesses  ist  dieses: 

N  =  C.C1  N=C.J 

Harnsäure    -!—>  CI.C       C— NH.  —>    J.C       C— NH  ^" "  "'>    Purin. 

II     II       >c.a   <-"        II      II       ^CH 

N     C        W  N  -    C       W 

2,6,8-Trichlorpurin  2,6-Dijodpurin  . 


An  dieser  Steile  sei  darauf  hingewiesen,  I  Xanthine  umwandeln  läßt.     Details  werden 
daß  sich  die  Harnsäure  außer  in  Purin  auch   später  mitgeteilt: 
in    alle    im    früheren    Schema    angeführten 


856 


Purin    -<- 


Kohlensäui-ederivate  und  Puiingruppe 
H  a-  r  11  s  ä  u  r  o    ^    (1.3-DimctIiyllianisäure)    >-    Theophyllin 


Adenin    >►    Hypoxaiithiii 


Guanin    ^    Xaiilhiii 


Theobroiiiin 


Coffein 


Wahre  Grundsubstanz  aller  Purine  ist 
demnach  in  praxi  die  Harnsäure,  wenn  sie 
auch  bezüglich  der  Nomenklatur  dem  Purin 
diese  Stellung  abgetreten  hat. 

Purinstoff  Wechsel,  Entstehung  und 
Schicksale  der  Harnsäure  im  Or- 
ganismus. Die  im  Säugetierorganismus  ge- 
bildete Harnsäure  entstammt  den  freien  und 
den  in  Nucleinsäuren  gebundenen  Purin- 
basen,  welche  einerseits  mit  der  Nahrung  zu- 
geführt werden  (exogener  Anteil),  anderer- 
seits aber  durch  Zellkernzerfall  oder  durch 
andere  Vorgänge  innerhalb  des  lebenden 
Organismus  aus  dem  Baumaterial  desselben 
in  Freiheit  gesetzt  werden  (endogener  An- 
teil). 

Im  Nucleinsäuremolekül  sind  unter  an- 
derem auch  Adenin  und  Guanin  enthalten. 
Diese  gehen  unter  dem  Einfluß  von  Fer- 
menten, sogenannten  ,,Desamidasen",  in 
Hypoxanthin  bezw.  in  Xanthin  über.  Diese 
beiden  wiederum  werden  durch  oxydierende 
Fermente  —  ,,Oxydasen"  —  in  Harnsäure 
umgewandelt  (oxydative  Harnsäurebildung), 

Der  chemischen  Umformung  der  Purin- 
basen  muß  ihre  Abspaltung  aus  dem  Nuclein- 
säuremolekül vorangehen.  Dies  erfolgt  für 
die  „exogenen"  Purine  dadurch,  daß  die  mit 
der  Nahrung  zugeführten  Nucleinsäuren  im 
Darm  unter  dem  Einfluß  von  Fermenten 
und  Bakterien  zerlegt  werden.  Der  Spalt- 
prozeß ist  sehr  variabel  und  sehr  kompli- 
ziert. Natürlich  ist  die  Menge  derart  in  Frei- 
heit gesetzter  Purine  von  der  Art  der  Nahrung 
in  hohem  Grade  abhängig. 

Die  Bildung  ,, endogener"  Purine  ist  als 
einfache  Folge  der  Zellabnutzung  anzusehen. 
Damit  steht  die  individuelle  Konstanz  des 
., endogenen" Purinan teils  im  Einklang.  Ferner 
der  Umstand,  daß  vermehrter  Stoffwechsel 
(z.  B.  beim  wachsenden  Organismus)  oder 
aber  vermehrter  Zellzerfall  (bei  Fieber, 
Phosphorvergiftung.       Leukämie,       Ikterus. 


/  \ 


Heteroxanthin       Paraxanthin 


Leberverödung,  Röntgenbestrahlung  usw.) 
die  Menge  der  ,, endogenen"  Purine  steigern. 

Für  eine  synthetische  Harnsäurebildung 
liegen  beim  Säugetier  und  beim  Menschen 
bislang  keine  Beweise  vor.  Wohl  aber  tritt 
eine  solche  bei  den  Vögeln,  bei  Reptilien 
und  bei  vielen  Wirbellosen  auf.  Der  ,,oxy- 
dativ"  gebildete  Harnsäureanteil  sinkt  dann 
ganz  erheblich.  Für  die  Vogelleber  ist  nach- 
gewiesen, daß  sie  aus  Ammonsalzen  und 
Aminosäuren  sowie  Harnstoff  Harnsäure  zu 
produzieren  vermag.  Es  wird  also  Eiweiß 
anscheinend  erst  zum  Harnstoff  abgebaut: 
und  dieser  nicht,  wie  bei  den  Säugern,  als 
solcher  abgeschieden,  sondern  — ■  sekundär  — ■ 
durch  Verknüpfung  zweier  ^Moleküle  mit 
einem  3-C-Komplex  zu  Harnsäure  um- 
gewandelt. Die  Natur  dieses  3-C-Komplexes 
ist  unklar.     Milchsäure  dürfte  es  nicht  sein. 

Es  unterliegt  indes  keinem  Zweifel,  daß 
auch  der  Säuger  Purine  zu  synthetisieren 
vermag,  aber  nicht,  um  den  im  Stoffwechsel- 
prozeß disponibel  werdenden  Stickstoff  in 
dieser  Form  abzuscheiden,  sondern  um  die 
gebildeten  Purine  zum  Aufbau  neuer  Nucleiii- 
säuremoleküle  zu  benutzen.  Die  Art  dieser 
i  Purinbildung  ist  völlig  ungeklärt. 

Die  im  menschlichen  Organismus  ge- 
bildete Harnsäure  wird  als  solche  mit  dem 
Harn  abgeschieden.  Nur  in  Krankheits- 
fällen (Gicht)  verbleibt  die  Harnsäure  im 
Blut  und  lagert  sich  dann  in  den  Gelenk- 
knorpeln ab  (Gichtknoten).  Eine  Zer- 
störung (Urikolyse)  der  gebildeten  Harn- 
säure scheint  —  mindestens  in  nennens- 
wertem Maße  —  nicht  stattzufinden.  Der 
Säugetierorganismus  hingegen  oxydiert  von 
ihm  gebildete  Harnsäure  fast  völlig  zu  Allan- 
toin,  das  dann  mit  dem  Harn  abgeschieden 
wird.  Während  also  beim  Menschen  die 
Harnsäureabscheidung  die  Hauptsache  ist. 
die  Allantoinproduktion  aber  ganz  unter- 
geordnet  bleibt,   liegen   beim    Säugetier  die 


Kohlensäurederivate  und  Puringruppe 


857 


Verhältnisse  gerade  umgekehrt.  Bei  ver- 
gleichenden Stoffwechselversuchen  ist  das 
wohl  zu  berücksichtigen.  Eingehende  Ver- 
suche haben  zudem  dargetan,  daß  der  mensch- 
liche Organismus  weder  imstande  ist,  Harn- 
säure zu  AUantoin  zu  oxydieren,  noch  ein- 
■geführtes  AUantoin  zu  verändern.  Bei 
Tieren  (Hund,  Kaninchen)  erscheint  einge- 
führte Harnsäure  hingegen  fast  völlig  als 
AUantoin  wieder.  Damit  stimmt  endlich 
überein,  daß  wohl  überlebende  Öäugetier- 
organe,  nicht  aber  menschliche  Organe  Harn- 
säure zu  AUantoin  oxydieren. 

Es  erhellt,  daß  die  ^lenge  der  vom  Men- 
schen mit  dem  Harn  abgeschiedenen  Harn- 
säure erheblichen  Schwankungen  unter- 
worfen sein  kann.  Bei  gemischter  Kost  be- 
trägt sie  normalerweise  etwa  0,6  bis  0,9  g  in 
24  Stunden.  Dabei  ist  das  Verhältnis  Harn- 
säure: Harnstoff  wie  1:50  bis  70.  Zuge- 
führtes Eiweiß  an  sich  vermehrt  die  Harn- 
säuremenge nicht;  nur  wenn  es  sich  um 
Nucleoproteide  und  Nucleine  handelt,  wird 
dies  von  Einfluß  sein  müssen.  Pflanzen- 
eiweiß wirkt  deshalb  weniger  als  Fleischkost. 
Letztere  kann  die  tägliche  Harnsäureproduk- 
tion auf  mehr  als  2  g  in  24  Stunden  steigern. 
PJine  Vermehrung  wird  auch  durch  Zufuhr 
freier  Purine  herlieigeführt,  also  beim  Genuß 
von  Kaffe,  Tee,  Kakao  usw.  Natürlich  tritt 
gesteigerte  Harnsäurebildung  auch  bei  ver- 
mehrten endogenen  Purinen  ein,  also  z.  B. 
bei  den  vorhin  angedeuteten  Krankheits- 
erscheinungen. Andererseits  wird  bei 
gichtischer  Veranlagung  die  Harnsäuremenge 
im  Harn  selbst  bei  vermehrter  Purinzufuhr 
'oder  bei  Vorhandensein  an  sich  Harnsäure- 
bildung begünstigender  —  pathologischer  — 
Momente  relativ  gering  bleiben.  Die  Be- 
stimmung der  Harnsäure  im  Harn  kann 
also  unter  Umständen  wertvolle  Aufschlüsse 
über  den  Zustand  des  betreffenden  Organis- 
mus liefern.  Die  hierfür  üblichen  Methoden 
basieren  auf  Abscheidung  der  Harnsäure  als 
Silbermagnesiumurat  oder  als  Ammonium- 
urat,  die  weitere  Behandlung  geht  dann  auf 
Isolierung  der  Harnsäure  und  ihre  gravi- 
metrischeoder  titrimetrische  Bestimmung  aus. 
Man  kann  auch  das  gereinigte  Ammonium- 
urat;  direkt  mit  Permanganat  titrieren  oder 
seinen  N-Gehalt  (bezw.  den  der  aus  ihm  frei- 
gemachten Harnsäure)  nach  Kjeldahl  be- 
stimmen. Diebesten  Harnsäurebestimmungs- 


methoden stammen  von  Salkowski-Lud- 
wig,  Polin -Shaffer.  Hopkins  und 
Wörner. 

Xanthine  :  Von  den  im  folgenden  zu  be- 
sprechenden Xanthinen  nehmen  Xanthin. 
Hypoxanthin,  Guanin  und  Adenin  eine  Son- 
derstellung ein,  da  sie  als  Bestandteile  der 
Nucleinsäuren  bezw.  der  Nucleoproteide 
integrierende  Bausteine  jedes  tierischen  und 
pflanzlichen  Organismus  darstellen.  Für 
die  Methylxanthine  trifft  dies  nicht  mehr  zu. 
So  ist  das  Vorkommen  von  Theobromin, 
Theophyllin  und  Coffein  nicht  nur  ein  ge- 
legentliches, sondern  auch  von  jeder  lebens- 
wichtigen Funktion  losgelöstes.  Die  be- 
treffenden Stoffe  finden  sich  nur  in  w^enigen 
Pflanzen,  sind  darin  fertig  vorhanden  und 
spielen  vollkommen  die  KoUe  von  Pflanzen- 
basen (Alkaloiden),  denen  sie  sich  ihren 
physiologischen  und  anderen  Eigenschaften 
nach  auch  durchaus  anreihen.  Sie  können 
somit  als  Pflanzen-  oder  Alkaloid-Purine  be- 
zeichnet werden.  Andere  Methylxanthine, 
so  Heteroxanthin,  1-Methylxanthin  und  Para- 
xanthin  sind  als  Harnpurine  anzusehen.  Sie 
finden  sich  nur  im  Harn  und  zwar  nach  Ge- 
nuß von  Pflanzenpurinen,  deren  im  Organis- 
mus erfolgender  Entmethylierung  sie  ihren 
Ursprung  verdanken.  Ueber  die  Entstehungs- 
weise eines  anderen  Harnpurins,  das  Epigua- 
nins  (vielleicht  identisch  mit  Episarkin, 
ebenfalls  aus  Harn),  ist  nichts  bekannt. 

Xan  thi  n  findet  sich  allerorts  im  tierischen 
Organismus,  so  im  Harn,  in  der  Leber,  Milz, 
dem  Gehirn,  Muskelfleisch  usw.  Ein  seltenes 
Vorkommen  ist  das  als  Harnstein.  In  einem 
solchen  wurde  es  1817  entdeckt  (Marcet). 
Weiterhin  ist  es  nachweisbar  im  Guano  und  in 
Faeces.  Pflanzliche  Vorkommen  sind  die  im 
Tee,  in  Kartoffeln,  im  Rübensaft  und  in 
Keimlingen  von  l^upine  und  Kürbis  sowie 
Sprossen  von  Ahorn  und  Platane.  Sein  Auf- 
treten ist  wahrscheinlich  vorgängiger  Spal- 
tung von  Nucleinsäuren  zu  verdanken. 

Zur  Darstelhing  behandelt  man  Harn- 
säure mit  Natronlauge  und  Chloroform  oder 
man  läßt  salpetrige  Säure  auf  das  aus  Guano 
erhältliche  Guanin  (s.  d.)  in  heißer  verdünnter 
Schwefelsäure  einwirken.  Beim  Erkalten 
scheidet  sich  dann  das  Xanthin  ab  (E. 
Fischer).  Die  synthetische  Darstellung  er- 
folgt aus  Trichlorpurin  über  das  Diäthoxy- 
chlorpurin  (E.  Fischer): 


CsHN.Clg 

Trichlorpurin 


•iXaOC.H, 

-> 


C5H(0C2H5)2N4C1 

Diaethoxychlorpurin 


fUlll. 


(".,H,N,0., 
Xanthin 


Ein    vollkommener    Aufbau    kann    nach   W.   Traube  aus    Guaiiidiii    und   Cyanessig- 
ester  erfolgen. 


858 


Kolilensäuredeiivate  und  Puiingruppe 


XH-CO 

HN :  C       GH.,       N"»^'''^ 

NH,  CN 
CyanacPtylguanidi  n 


NH-CO 

I  I 

11X:C        CHo 

NH— C:NH 

[midobarbitursäure 


NH^CO 

I  I 

HN:C        C.NHo      _Hrnuii 

i         II         "  ^ 

NH-C.NH. 

Diamidoderivat 


II N"^        HN:C 


NH-CO 

I         ! 
HN:C       C-NH 


NH— CO 

i  I 

CH. 


NH-C:N.NO 

Nitrosoverbiiiduiiu' 


Ked.  _ 


HNO. 


NH-C 


N' 


// 


CH 


Xanthiii. 


Guanin 


Weißes,  mikrokristallinisches  Pulver  oder 
Kristallschüppcheu.  die  sich  in  kaltem  Wasser 
außerordentlich  schwer  lösen  (1:42000).  Mit 
starken  Säuren  bildet  Xanthin  kristallisieren- 
de Salze:  auch  in  Alkalien  löst  es  sich,  hat 
also  amphoteren  Charakter.  Von  den  Salzen 
zeichnet  sich  das  Quecksilbersalz  durch 
Schwerlöslichkeit  aus  (1:30000).  Von  einiger 
Bedeutung  sind  ferner  das  gelatinöse  Silber- 
und das  kristallisierte  Bleisalz. 

Bei  der  Oxydation  mit  KCIO3  und  HCl 
gibt  Xanthin  Harnstoff  und  Alloxan.     Sal- 
petersäure führt  Xanthin  in  eine  gelbe  Sub- 
stanz   über.      Diese    Eigentümlichkeit    hat , 
dem    Xanthin     seiuen     Namen     verschafft : 
(Xanthic    oxyde     nach     Marcet,     w^oraus  i 
Gmelin  Xanthin  formte).    Zum  Unterschied  ! 
von   Harnsäure    gibt    der    gelbe   Rückstand  j 
mit  Ammoniak  keine  Purpurfärbung.    Kali- 1 
lauge   färbt   ihn    gelb,    beim    FJrhitzen    rot ! 
(Streckersche  Xanthinprobe).     Dampft! 
man  Xanthin  mit  Chlorwasser  ein,  so  zeigt  i 
der  Rückstand  beim  Zusammenbringen  mit 
Ammoniakdämpfen  rosenrote  Färbung  (Re- 
aktion von  Weidel  und  Kossei). 

Eine  Trennung  des  Xanthins  von  Harn-  [ 
säure  kann  mittels  Salzsäure  geschehen,  \ 
welche  die  letztere  nicht  löst.     Rauchende 


Salzsäure  spaltet  Xanthin  indes  in  Glycocoll, 
Ammoniak,  Kohlensäure  und  Ameisensäure. 

Dem  Xanthin  steht  hinsichtlich  der  Kon- 
stitution das  Guanin  sehr  nahe.  Dieses 
findet  sich  relativ  reichlich  im  Guano 
(0,75%).  Außerdem  ist  es  in  der  Ochsenleber, 
in  Fischschuppen  (besonders  des  Weißfisches), 
in  der  Haut  mancher  Reptilien  usw.  aufge- 
funden. Als  pathologische  Konkretion  ver- 
anlaßt es  die  sogenannte  Guaningicht  der 
Schweine  (Virchow).  Im  Menschenharn 
ist  es  sicher  noch  nicht  nachgewiesen,  wohl 
aber  in  den  Faeces. 

Darstellung  aus  Guano:  Man  erhitzt 
10  kg  Guano  mit  3  bis  4  kg  Aetzkalk  und 
viel  Wasser  3  bis  4  Stunden  lang,  filtriert 
dann  ab  und  wäscht  den  Rückstand  heiß 
aus.  Die  Filtrate  werden  mit  Salzsäure 
schw^ach  angesäuert:  der  sich  abscheidende 
Niederschlag  wird  nach  24  Stunden  gesammelt 
und  gewaschen.  Zwecks  Beseitigung  der 
Harnsäure  kocht  man  dann  mit  verdünnter 
Salzsäure  aus.  filtriert  vom  Ungelösten  (Harn- 
säure) ab  und  bringt  das  Filtrat  durch  Ein- 
engen zum  Kristallisieren.  Aus  dem  so  er- 
haltenen Guaninhydrochlorid  kann  die  Base 
durch  Ammoniak  in  Freiheit  gesetzt  werden. 
Die  synthetische  Darstellung  ist  vom  Oxydi- 
chlorpurin  aus  möglich  (E.  Fischer). 


XHrAlkohol  HJ 

C.HoN.OCL,  — '■ >  C.H,N-0C1  >►  C.H.N-O 

O  -         -4  ^  ^  :  no  O         -i         O  t",,  »^  d         o         o 


Oxydichlorpurin 


Cldorguanin 


Guanin. 


Ueber  den  synthetischen  Autbau  nach 
W.  Traube  vgl.  beim  Xanthin. 

Guanin  ist  ein  weißes,  amorphes,  in  Al- 
kohol, Aether  und  AVasser  fast  unlösliches 
Pulver.  Mit  Säuren  und  Basen  vereinigt  es 
sich  zu  kristallisierten  Verbindungen.  Sal- 
petrige Säure  führt  in  Xanthin  über,  ein 
Prozeß,  der  im  Organisnuis  durch  Organ- 
fermente (Desamidasen)  bewirkt  wird.  Es 
zeigt  die  Xanthinreaktion  von  Strecker, 
gibt  aber  die  Probe  von  Weidel  und  Kossei 
nicht. 

Hypo xanthin   oder   Sarkin   findet  sich 


neben  Xanthin  im  tierischen  und  pflanz- 
lichen Organismus.  Vor  allem  ist  es  im 
Sperma  des  Lachses,  im  Muskelfleisch  und 
in  der  Preßhefe  enthalten.  Ferner  ist  es  ein 
normaler  Harnbestandteil.  Sein  Vorkommen 
kann  präexistent  sein;  vielleicht  wird  es  aber 
auch  erst  durch  Spaltung  von  Nucleinen  bei 
den  zu  seiner  Isolierung  notwendigen  Ope- 
rationen gebildet.  Die  Darstellung  erfolgt 
am  besten  aus  Hefe,  die  mit  sehr  verdünnter 
(0,8%)  Schwefelsäure  längere  Zeit  gekocht 
wird.  Die  Schwefelsäure  wird  durch  Baryt 
abgeschieden,  das  Filtrat  eingedampft  und 
dann  mit  Ammoniak  und  Sibernitrat  gefällt. 


Kohlensäurederivate  und  Puringruppe 


859 


Dabei  scheiden  sich  die  Silbersalze  von  Xan-  kann  die  Base  leicht  durch  Schwefelwasser- 
thin   und   Hypoxanthin   ab,   die  sich   leicht   Stoff  in  Freiheit  gesetzt  werden, 
trennen  lassen,    da   ersteres  leichter  löslich:        Eine  Synthese  ist  vom  Trich 
ist.    Aus  dem  i^ereinioteii  Hypoxanthiiisilber   möglich  (E.  Fischer). 


■hU 


i[)uiiii  aus 


C.HN.Ch 


ii'iKUH 


C5H0N4CI0O 


H.l 


->   C,E,N,0 


Trichlorpurin         Dichlorhypoxanthin         Hypoxaiitliin. 


MikrokristaUinisches  weißes  Pulver,  schwer 
lösMch  in  kaltem  Wasser  (1:1400),  leichter 
löslich  beim  Erwärmen  (1:70).  Gibt  mit 
Säuren,  Basen  und  Salzen  kristallisierte  Ver- 
bindungen. Es  zeigt  weder  die  Strecker- 
sche  noch  die  Weidel-Kosselsche  Xanthin- 
proben. 

Im  gleichen  Verhältnis  wie  Xanthin  zum 


Guanin  steht  Hypoxanthin  zum  Adenin, 
einer  Base,  die  sich  im  Sperma  des  Karpfens, 
im  Thymus.  Pankreas,  in  der  Leber,  Milz, 
in  den  Nieren,  in  der  Hefe  und  im  Tee  findet. 
Ihre  Gewinnung  aus  all  diesen  Stoffen  ist 
sehr  mühsam.  Synthetisch  ist  die  Darstellung 
aus  Trichlorpurin  möglich  (E.  Fischer): 


CHNXL 


->   C,H,X,CU 


->    C,H.K 


Alkohol  "     "     "      -        ,11,11 

Trichlorjjurin  Amidodichlorpurin  Adenin. 


Von  Traube  ist  sodann  eine  Synthese 
aus  Methylencyanid.  CHo(CN)o,  und  Sulfo- 
harnstoff  ausgearbeitet,  die  nach  Belieben 
zum  Hypoxanthin  oder  Adeniii  führt.  lieber 
Einzelheiten  vgl.  x\nn.    d.  Chemie   331.  69. 

Adenin  bildet  Nadeln,  die  sich  in  Wasser 
schwer  lösen  (1 :  1090).  Bei  220"  sublimiert  es. 
Salpetrige  Säure  führt  in  Hypoxanthin  über, 
was  im  Organismus  durch  Fermente  besorgt 
wird.  Mit  HgCU,  AuClg,  PtCl^  usw.  bildet 
Adenin  Doppelverbindungen ,  mit  Silber- 
lösung und  Ammoniak  ein  kristallisiertes 
Silbersalz.  Interessant  ist  die  Fällbarkeit 
durch  ]Metaphosphorsäure.  Im  Ueberschuß 
des  Fällungsmittels  löst  sich  der  Nieder- 
schlag wieder  auf  (Unterschied  von  Guanin 
und  Hypoxanthin).  Die  Proben  nach  Strek- 
ker  sowie  Weidel-Kossel  fallen  negativ 
aus.  Eisenchlorid  gibt  mit  Adenin  Rotfär- 
bung. 

Heteroxanthin  (7-Methylxanthin)  fin- 
det sich  neben  1-Methylxanthin  und 
Paraxanthin  (Urotheobromin)  in  geringen 
Mengen  im  menschlichen  Harn.  Von  diesen 
Stoffen  bildet  das  Heteroxanthin  weiße 
glänzende  Nadeln,  die  dem  Xanthin  ähneln, 
sich  in  Wasser  aber  schon  im  Verhältnis  1:140 
lösen.  1-Methylxanthin  ist  ein  farbloses,  nicht 
glänzendes  Pulver,  Paraxanthin  hingegen 
stellt  farblose,  giasglänzende,  oft  sechs- 
seitige Tafeln  dar,  die  sich  in  24  Teilen 
heißen  Wassers  lösen  und  bei  294°  schmelzen. 
Die  Streckersche  Probe  fällt  bei  Hetero- 
und  Paraxanthin  negativ  aus,  während  die 
Weidel-Kosselsche  Reaktion  ein  positives 
Ergebnis  hat.  Mit  1-Methylxanthin  ge- 
lingen beide  Proben.  Sowohl  Hetero-  als 
auch  Paraxanthin  lassen  sich  aus  Theo- 
bromin  darstellen. 

Erwähnt  sei,  daß  im  Fleischextrakt  noch 


ein  als  Garnin  bezeichneter  Stoff  von  Purin- 
charakter  aufgefunden  ist.  welcher  durch 
Oxydationsmittel  (Bromwasser,  Salpeter- 
säure) in  Hypoxanthin  übergeht. 

Vorkommen  und  Bestimmung  der 
Xanthinbasen  im  Harn  :  Im  menschlichen 
Harn  finden  sich  von  Xanthinen  (Purinbasen. 
AUoxurbasen,  Nucleinbasen)  Xanthin,  Hypo- 
xanthin, Adenin.  Heteroxanthin,  1-Methyl- 
xanthin, Paraxanthin  und  das  Epiguanin. 
Ihre  Gesamtmenge  ist  nur  gering  und  beträgt 
16  bis  45  mg  in  der  Tagesmenge,  kann  aber 
durch  gesteigerte  Muskelarbeit,  durch  Ne- 
phritis, Leukämie.  Leberatrophie  usw.  be- 
trächtlich gesteigert  werden.  Normalerweise 
ist  das  Verhältnis  von  Harnsäure-N:  Purin- 
N  =  8  bis  12:1.  Die  Bestimmung  der  Purine 
ist  nicht  ganz  leicht.  Im  Prinzip  läuft  sie  auf 
eine  Abscheidung  mit  ammoniakalischer 
Silberlösung,  Phosphorwolframsäure  oder 
Kupfersulfat-Bisulfitgemisch  hinaus.  Dabei 
wird  aber  Harnsäure  mit  abgeschieden,  von 
der  durch  Behandlung  mit  Salzsäure  zu 
trennen  ist.  Die  Purinabscheidung  wird 
schließlich  nach  der  Methode  von  Kjeldahl 
weiter  behandelt.  Natürlich  kann  auch  aus 
dem  Silbergehalt  des  Purinsilbernieder- 
schlags  die  Menge  der  Purine  ermittelt  werden. 
Genaue  Resultate  sind  nur  von  geübten 
Analytikern  zu  erlangen. 

Pflanzen-  oder  Alkaloidpurine  (Pu- 
rinalkaloide):a)Theobromin  wurde  1841 
in  den  Kakaobohnen  (Samen  von  Theobroma 
Cacao)  entdeckt  (Woskresensky)  und  1847 
von  Glason  zuerst  untersucht.  Die  weitere 
I  Erforschung  erfolgte  durch  Maly  und 
Andreasch,  E.  Schmidt,  E.  Fischer  u.  a. 

Die  Menge  des  in  den  Kakaobohnen  ent- 
haltenen Theobromins  beträgt  im  Embryo 
1.4  bis  1.8%,  in  den  Schalen  O.ö  bis  1,3%. 


860 


Kolili'usäurederivate  und  Puiin,i;i'n|)i)o 


Der  Gehalt  dvv  Blätter  ist  Hchwankeiul  und 
nimmt  mit  zunehmendem  Alter  ab.  Zur 
Gewinnung  des  Theobromins  behandelt  man 
feins)ej)ulverte  und  enti'ettete  Kakaobohnen 
(bezw.  Kakaoniasse)  oder  auch  Schalen  mit 
Aetzkalk  und  kocht  dann  erschöpfend  mit 
80"(,  Alkohol  aus.  Die  Extrakte  werden  ver- 
einigt und  liefern  beim  Einengen  Theobromin, 
dessen  weitere  Reinigung  durch  Umlösen  aus 
heißem  Wasser  oder  80"„  Alkohol  erfolgt. 

Für  die  Synthese  des  Theobromins  stehen 
mehrere  Wege  zur  Verfügung.  So  kann  man 
durch  Erhitzen  von  Xantliinblei  mit  Jod- 
methyl auf  100^  Theobromin  erhalten  (E. 
Fischer).  Das  erforderliche  Xanthin  kann 
nach  Traube  dargestellt  werden  (s.  bei 
Xanthin).  Eine  technisch  brauchbare  Syn- 
these, die  von  der  Harnsäure  des  Guano 
ausgeht,  ist  bei  Coffein  mitgeteilt.  Auch  3- 
Methylharnsäure  kann  in  Theobromin  über- 
geführt werden  (E.  Fischer).  Weiterhin 
sei  erwähnt,  daß  Tlieobromin  nach  Verfütte- 
rung  von  Coffein  an  Hunde  in  deren  Harn 
auftritt. 

Theobromin  bildet  weiße,  mikroskopische 
Nadeln,  die  bitter  schmecken  und  bei  290° 
sublimieren.  In  Wasser  ist  es  schwer  löslich 
(kalt  1:3300,  heiß  1:150).  Die  Lösung  ist 
neutral  und  optisch  inaktiv.  Auch  in  Al- 
kohol, Aether,  Essigäther  usw.  löst  sich 
Theobromin  nur  spärlich,  am  besten  noch  in 
heißem  Alkohol  von  80%.  Mit  Alkalien  und 
Säuren  vereinigt  es  sich  leicht  zu  löslichen 
Produkten.  Oxydierende  Agentien  wirken 
energisch  ein,  desgleichen  Halogen. 

Die  physiologische  Wirkung  des  Theo- 
bromins äußert  sich  in  einer  gesteigerten  Er- 
regbarkeit des  zentralen  Nervensystems,  die 
bei  großen  Dosen  zu  Tetanus  führen  kann. 
Außerdem  ist  es  ein  sehr  wirkungsvolles  Diu- 
retikum. Beiden  Eigenschaften  verdankt  es 
arzneiliche  Anw'endung  über  seine  Rolle 
hinaus,  die  es  als  wirksames  Prinzip  des 
Kakao  und  der  Schokolade  an  sich  bereits 
spielt.  Bemerkt  sei  gleich  hier,  daß  Theophyl- 
lin (Theocin)  und  Coffein  (Thein)  analoge 
physiologische  Wirkungen,  und  zwar  ge- 
steigert, hervorbringen. 

Der  Nachweis  von  Theobromin  ist  nicht 
ganz  leicht  zu  erbringen,  da  es  mit  den  all- 
gemeinen Alkaloidfällungsreagentien  nur  in 
seinen  konzentrierteren  Lösungen  Abschei- 
dungen gibt.  Empfindlichere  Farbreagen- 
tien  sind  ebenfalls  nicht  bekannt.  Es  bleibt 
nur  übrig,  mit  Chlorw'asser  einzudam})fen  und 
den  rötlichen  Rückstand  mit  Ammoniak- 
dämpfen zu  behandeln.  Eine  rotviolette  | 
Färbung  würde  Vorliegen  eines  Purinalkaloids 
anzeigen,  da  Theophyllin  und  Coffein  die 
gleiche  Reaktion  geben.  Coffein  kann  indes 
durch  Behandeln  der  Pnrinlösung  mit  Alkali 
entfernt  Averden,  da  es  sich  mangels  enolisier- , 
barer  Gruppen  nicht  in  diesem  löst,  während 


Tiu'obromin  und  Theophyllin  diese  Fähigkeit 
haben.  Theo[)hillin  kann  vom  Theobromin 
allerdings  nicht  gut  getrennt  werden,  wenn 
nur  geringe  Mengen  zur  Verfügung  stehen. 
Ersteres  kann  aber  mit  Hilfe  von  Diazoreagens 
{—  diazolierter  Sulfanilsäure)  durch  eine  Rot- 
färbung erkannt  werden. 

Die  Bestimmung  des  Theobromins  in 
Kakao  und  Schokolade  beruht  auf  der  Ex- 
traktion einer  gewogenen  Menge  unter  Zusatz 
von  Magnesia.  Als  Extraktionsmittel  dient 
Chloroform  mit  einem  geringen  Zusatz  von 
Phenol.  Das  in  Lösung  gegangene  Theobro- 
min wird  nach  Vertreibung  des  Lösungsmittels 
direkt  gewogen. 

Von  den  arzneilich  in  Betracht  kommen- 
den neueren  Theobrominpräparaten  seien  ge- 
nannt: Diuretin  =  Theobrominnatrium- 
Natriumsalicylat;  Uropherin  =  Theo- 
brominlithium-Lithiumsalicylat.  Aehnliche 
Zusammenstellungen  sind  noch  Barutin, 
Anisotheobromin,  Theolactin,  Uro- 
citral,  Theophorin,  Eustenin,  Jodo- 
theo bromin  usw. 

b)  Theophyllin  (Theocin)  findet  sich 
neben  Coffein  in  geringer  Menge  im  Tee.  Als 
Umwandlungsprodukt  des  Coffeins  tritt  es 
auch  gelegentlich  im  Harn  auf.  Weißes 
Pulver,  dem  Theobromin  und  Coffein  sehr 
ähnlich.  Ueber  Nachweis  vgl.  beim  Theo- 
bromin, über  synthetische  Darstellung  vgl. 
Coffein.  Als  Euphyllin  =  Theopln^llin- 
Aethylendiamin  findet  es  arzneiliche  An- 
wendung (Diuretikum). 

c)  Coffein,  Thein,  Guaranin,  Caffein  ist 
fast  gleichzeitig  1820  von  Runge,  1821  von 
Robiquet  sowie  Pelletier  und  Caventou 
im  Kaffee  entdeckt  worden.  Seine  Identität 
mit  dem  Thein  des  Tees  (üudrv  1827. 
Günther  1837)  wiesen  1837  Mulder  uiul 
1838  J  0  b  s  t  nach.  Wenig  s päter  ( 1840)  wurde 
von  B  e  r  t  h  e  r  m  o  t  und  D  e  c  h  a s  t  e  l u  s  auch  das 
Guaranin  der  Guaranapaste  (Martins  1825) 
als  Coffein  erkannt.  Späterhin  ist  die  Sub- 
stanz dann  noch  im  Paraguaytee  (Stenhouse 
1843)  und  in  der  Colanuß ^Attfield  1868) 
aufgefunden. 

Außer  den  genannten  Forschern  haben 
sich  um  die  Aufklärung  der  Coffeinchemie 
bemüht  Liebig  und  Pfaff  (1832),  Strecker 
(1861),  dann  Maly,  Hinteregger,  Andre- 
asch, E.  Fischer,  E.  Schmidt,  Tafeln,  a. 

Der  (lehalt  der  verschiedenen  Pflanzen- 
produkte an  Coffein  ist  verschieden.  Gua- 
ranapaste (aus  den  Samen  von  Paullinia 
sorbilis)  enthält  2,8  bis  5%,  Kaffeebohnen 
(Samen  von  Coffea  arabica)  bis  2"„  und  zwar 
als  chlorogensaures  Kaliumcoffein  (Chloro- 
gensäure,  Cy^HasHiß,  ist  als  anhydridartige 
Kombimition  von  1  Mol.  Chinasäure  und 
1  Mol.  Kaffeesäure  anzusehen).  Das  Frucht- 
fleisch der  Kaffeebohnen,  ebenso  die  Blattei' 
des    Strauchs   enthalten   bis   1.25%   Coffein, 


Kolilensäiu'ederivate  und  PuiiDgruppe 


861 


Teeblätter  besitzen' 1,3  bis  4%,  Paraguaytee  Die  Synthese  des  Coffeins  ist  auf  ver- 
(Mate)  0,5  bis  l°o,  Colanüsse  2,4 ^n  usw.        schiedenen  Wegen  mösrlich: 

Die  Gewinnung  ^^i«l?t  dur^^^^  1.  Aus  Theobrominsilber  mit  Jodmethvl 

tion  der  lein  gemahlenen  Ivaifee^ohnen  odei  ,  ^^^.  ^^^o (Strecker), 
von   Teestaub  mit  siedendem  Wasser.     Das  I  ^  ^ 

Filtrat  wird  mit  Bleiessig  gefällt,  dann  mit  2.  Aus  Dimethylbarbitursäure  (zu  ge- 
H.,S  entbleit  und  eingedampft.  Dabei  resul-  winnen  durch  Kombination  von  symme- 
tiert  Rohcoffein,  das  aus  Wasser  oder  or-  Irischem  Dimethylharnstoff  mit  ]\Ialonsäure) 
iranischen  Solventien  umkristaUisiert  wird.       nach  E.  Fischer: 


HNO.. 

— > 

Hert.  HJ 


CH3N-CO 

CO  CH, 

CHaN—CO 

Dimethyl- 
barbitnrsäure 

Dimethvlharnsänre 


CH,N-CO 
I      ' 
CO  CHNH., 

CHgN-^CO 
Dimethvluramil 


CR'ÖN'H, 
> 


POCl 


>   Clilortheopiiyllin 


H.l 


CH3N-CO 

!         ! 

CO  CHNHCONH.,  n,o^ 

CH3N-CO 
Dimethylpseudoharnsäure 

MctlivlitM-nn-     ,,    „,.   . 

■>    Iheophyilin      >■      Coitem. 


Die    Reaktion    ist    eine    Variation    der  Harnsäure.     Quelle  dieser  Harnsäure  ist  der 

Fischer -Achschen  Synthese  der  Harnsäure.  Peruguano.   Der  einzuschlagende  Weg  ist  aus 

3.  Technisch  gewinnt  man  Coffein,  ebenso  folgender   Skizze  ersichtlich:  (C.   F.   Boeh- 

Theobromin  uncl  Theophyllin  (Theocin)  aus  ringer  u.  Söhne). 


NH-CO 

CO     C— NH^ 

I         II 
NH-C-NH 

Harnsäure 


CO 


rH.COi.o 
> 


NH-CO 

1 

CO    C-NH 


CH3N— CO 

i      I 

CO  C— NCH, 

CH3N— C— N 
Trichlorderivat 
des  1,3.7.8- 
Totramethvlxanthiiis 


K(»H  (lil. 


Coffein. 


.C.CH. 


I         II  ^ 

NH-C  -  W 

8-Methvlxaiithin 


Mftliy 
in  alka 


lierung  • 
lisfher  Lösuiii. 


cl,-, 
< 


1.3.7.8- 
Tetramethvlxanthin 


CH,N— CO 


CO  C-N.CHXl 


\r 


/.CCI3 

CH3N— C-N 
Tetrachlorderivat  des 
1.3  7.8-Tetramethvlxanthin> 


DiK.Salz 

>► 

+  CH3.T 


3,7,8- 
Trimethvlxanthiii 


NH-CO 
I          I 
CO     C--NCH. 


I  >.CCl3 

CH3N  -  C-N 

Trichlorderivat  des 
3,7,8-Triniethvlxanthins 


K(»H  ilil 


Tlieobromin. 


K(»H  (lil. 


I 

y 

Theopliyllin. 

Das  Coffein   bildet  lange  seidenglänzende   wasserfrei  und  sclimilzt  jann  ljt^i^340,  sub- 
Nadeln mit  -1  Mol.  HoO.     Bei  100"  wird  es   limiert  aber  schon   etwas   über   lUÜ".      Der 


862         Kohlensäiirederivate  tiihI  Purinuruppo —  Kühl('n.stoffsiu[)pe  (Kohlenstoff) 


Siedepunkt  beträgt  238*^  unter  Zersetzung.  ! 
Die  Löslichkeit  in  Wasser  ist  1:80  bei  l.ä*',  i 
1:2  bei  100'*.     Die  Lösung  ist  neutral  und 
optisch  inaktiv.     Der  Geschmack  ist  bitter. 
Alkohol   löst  1:50,   Aether   1:1500,    Chloro- 
form 1:9,  Essigester  1:88  usw. 

Durch  chemische  Agentien  erfährt  das 
Coffein  eine  Reihe  von  Umwandlungen;  be- 
sonders greifen  Oxydationsmittel  und  Halogen 
an.     Auch  Reduktion  ist  leicht  möglich. 

Coffein  bildet  leicht  Salze,  besitzt  aber 
nicht  die  Fähigkeit  zur  Lösung  in  Alkah.  Von 
den  sogenannten  Alkaloidfällungsreagentien 
wird  es  in  Lösung  1:1000  durch  einige  abge- 
schieden (Phosphormolybdänsäure,  Phosphor- 
wolframsäure, (lerbsäure  und  Wismutjodid- 
Jodkalium).  Andere  (Quecksilberjodid-Jod- 1 
kalium,  Jod-Jodkalium,  Platinchlorid  usw.)  \ 
fällen  nur  konzentrierte  Lösungen,  üeber 
den  Nachweis  vgl.  beim  Theobromin.  Die 
physiologische  Wirkung  des  Coffeins  ist 
stärker  als  bei  Theobromin  und  Theophyllin. 
Bei  Intoxikationen  mit  Kaffee  ist  indes  dem 
Kaffeeöl  ein  Teil  der  Wirkung  zuzuschreiben. 
Als  Symptome  reiner  (Joffeinvergiftung,  die 
bei  empfindlichen  Personen  (Herzkranken) 
schon  nach  0,2  g  eintreten  kann,  sind  be- 
sonders Herzklopfen,  Unruhe, '  Ohrensausen  ; 
und  Harnzwang  zu  nennen.  Der  Tod,  der  bei 
größeren  Gaben  (2  g  und  mehr)  erfolgen  kann, 
ist  auf  Herzlähmung  zurückzuführen. 

Coffein  und  seine  Salze  sind  wegen  der 
anregenden  und  diuretischen  Wirkung  ge- 
schätzte Arzneimittel.  Von  pharmazeutisch 
in  Betracht  kommenden  Präparaten  seien 
genannt:  Coffein-NatriumsaMcylat;  Coffein- 
Natriumcinnamylat  (He toi- Coffein);  Jod- 
wasserstoffsaures Jodcoffein  ( Jodocoffein); 
Südann  Coffeinsulfosaures  Natrium  (Sym- 
phorol  oder  Nasrol)  u.  a. 

Coffein  ist  auch  ein  Bestandteil  des  be- 
kannten x\ntipyretikums  Migränin,  eines 
Gemisches  von"^  Antipyrin  (89,4%),  Coffein 
(8,2%)  und  Zitronensäure  (0,56%). 

Die  Bestimmung  von  Coffein  im  Kaffee. 
Tee  usw.  erfolgt  durch  ein  Extraktionsver- 
fahren mit  Chloroform  unter  Zusatz  von 
etwas  Ammoniak.  Der  filtrierte  und  ge- 
reinigte Extrakt  wird  eingednnstet  und  das 
Coffein  gewogen. 

Literatur.  Zusainmenfasmmlc  JMuvtelluiK/eiiJindcn 
sieli  u.  a.  in  folgenden  Lehr-  und  irnndbüchcra 
der  organischen  Chemie :  F.  Beilslein,  3.  Avß. 
Hamburg  1893  bis  1906.  —  V.  Meyer  und 
P.  Jacobson,  2.  Avß.,  J,  ^,  S.  131,7  bi» 
1471.  Leipzig  1913.  —  llichler-Anschütz- 
Schröter,  U.  Avß.,  S.  471  bis  523;  t>30bis6ö0. 
Bonn  1909.  —  E.  Schmidt,  ö.  Avß.,  IL,  S44  bis 
S7G.  Braunschweig  J9J0JI1.  —  Üodann  wird 
über  alle  Arbeiten  im  ,, Chemischen  Ccniralblati" 
tniter  den  Stichwörtern  „Denvate  de?'  Kohlen- 
säure" und  ,, Harnsäure  und  Derivate"  eine 
halbjährliche  Zusamnunstcllung  publiziert.     Ueher 


phy.<<iologische  Einzelheilen  unterrichten  die 
Publikationen  im  „Biochemischen  Centralblatt" , 
der  „Biochemischen  Zeitschrift"  und  der  „Zcit- 
schriftfür  physiologische  Chemie".  —  Zusammen- 
stellungen der  wichtigsten  Ergebnisse  ßndeji  sich 
in  V,  Fürth,  Probleme  der  physiologischen  und 
pathologischen  Chemie,  2  Bde.,  Leipzig  1913: 
ferner  in  den  Lehr-  vnd  Handbüchern  über 
Hiirnmiter.siiclning,  von  denen  insbesondere  Neu- 
bauer-II  iippert,  2  Bde.,  Wiesbaden  1913, 
Spaeth,  4.  Avß.,  Leipzig  1912  und  Antenrielh, 
Tübingen  1911  genannt  seien. 

Johannes  Srheiher. 


Kohlenstoifgruppe. 

a)  Kohleiistüii.  bj  Siliciuru.  cj  Titan, 
d)  Germanium.  0)  Zirkonium,  f)  Zinn,  g)  Blei. 
h)  Thorium. 

a)    Kohlenstoff. 

Carbonicum.     C.  Atomgewicht  12,00. 

1.  Atomgewicht.  2.  Vorkommen.  :).  Ver- 
wendung. 4.  Stellung  im  periodischen  System 
und  Wertigkeit.  5.  Allgemeine  physikalische 
Eigenschaften.  0.  Allgemeine  chemische  Eigen- 
schaften. 7.  Analytisches.  8.  Vergleich  der  ver- 
schiedenen allotropen  Modifikationen,  a )  IJiamant. 
b)  Graphit,  c)  amorphe  Kohle.  9.  Ivohlenstoff 
und  Wasserstoff,  a)  Allgemeines  und  Stabilität 
der  Kohlenwasserstoffe,  b)  Spezielles,  c )  Leucht- 
gas, d)  Flamme.  10.  Kohlenstoff  und  Halogene. 
aj  Allgemeines,  b)  Spezielles.  11.  Hydroxyl- 
und  Sauerstoffderivate  der  Kohlenwasserstoffe. 
Organische  Chemie.  12.  Kohlenstoff  und  Sauer- 
stoff, a)  Kohlenoxyd,  b)  Kohlendioxyd,  c)  Andere 
Verbindungen.  d)  Beziehungen  zwischen  CO 
und  CO^,  Generatorgas,  Wassergas,  Brennstoff- 
elemente. 13.  Kohlenstoff,  Sauerstoff  und 
Halogene.  14.  Ivohlenstoff  und  Schwefel. 
15.  Kohlenstoff  und  Stickstoff,  a)  Cyan.  b)  Cyan- 
wasserstoff, c)  Cyan  mit  Sauerstoff  und  Wasser- 
stoff,    d)  Cyan   mit  Schwefel  und  Wasserstoff. 

I.  Atomgewicht.  Der  Kohlenstoff  ist 
eines  der  verbreitesten  und  wichtigsten  Ele- 
mente. Trotzdem  ist  sein  Atomgewicht  noch 
nicht  bis  zur  äußersten  Sicherheit  bestimmt. 
Die  Methoden  der  Bestimmung  sind  teils 
chemisch,  teils  physikalisch  und  beruhen 
im  ersten  Fall  auf  der  Verbrennung  von 
Diamant,  Graphit  und  Kohlenoxyd  und 
der  Wägung  des  gebildeten  Kohlendioxyds, 
auf  der  Analyse  von  Bleikarbonat,  oder 
organischer  Silbersalze  und  im  zweiten 
Fall  auf  dem  Vergleich  der  Dichten  von  Koh- 
lenoxyd. Kohlendioxyd  und  Sauerstoff.  Be- 
sonders die  letzten  Methoden  haben  nach 
Reduktion  der  Dichten  auf  den  idealen  Gas- 
zustand sehr  gut  übereinstimmende  Werte 
ergeben,  während  die  chemischen  Bestim- 
mungen etwas  größere  Schwankungen  zeigen. 
Bei   kritischer    Würdigung   von   34   Bestim- 


Kohlenstoffgruppe  (Kohlenstoff) 


863 


mungen  nimmt  Brauner  als  den  wahrschein- 
lichsten Wert 

C  =  12,002 
an  mit  einer  Tiisicherheit  von  einigen  Ein- 
heiten in  der  dritten  Dezimale.     Die  inter- 
nationale   Atomgewichtskommission    nimmt 
seit  ihrem  Bestehen  den  AVert  C  =  12,00  an. 

2.  Vorkommen.  Der  Kohlenstoff  findet 
sich  in  der  Natur,  sowohl  im  elementaren 
Zustand,  in  (lesteinen  und  Meteoriten,  als 
auch  in  Verbindungen.  Der  elementare 
Kohlenstoff  kommt  in  3  verschiedenen 
Modifikationen  vor,  von  denen  nur  der 
Diamant,  als  ein  einheitlicher  wohldefinierter 
Körper  aufzufassen  ist,  während  zu  den 
Graphiten  und  in  noch  stärkerem  Maße  zu 
den  amorphen  Kohlen  eine  Reihe  kohle- 
artiger Substanzen  gehören,  welche  aller- 
dings einige  gleiche  Klasseneigentümlich- 
keiten  haben,  deren  spezielle  Eigenschaften 
dagegen  häufig  große  Verschiedenheiten  auf- 
weisen. Besonders  die  amorphen  Kohlen 
sind  daher  besser  als  sehr  kohlenstoffreiche 
Verbindungeji  aufzufassen.  Die  bei  weitem 
größte  Menge  Kohlenstoff  findet  sich  auf 
der  Erde  in  Form  von  gasförmiger  Kohlen- 
säure und  von  Karbonaten  vor,  und  zwar 
entsprechen  nach  einer  Schätzung  Le 
Chateliers  je  einen  Quadratmeter  Erd- 
oberfläche 1,3  kg  Kohlenstoff  in  Form  von 
Kohlensäure  in  der  Atmosphäre,  75  kg 
Kohlenstoff  in  Form  von  Karbonaten  im 
Meerwasser.  300000  kg  in  Form  von  Kalk- 
stein in  der  festen  Erdkruste.  Dazu  kommen 
noch  verhältnismäßig  geringe  Mengen  Kohlen- 
stoff in  Form  von  Pflanzenstoffen,  welche 
etwa 20g pro  Quadratmeter  betragen,  während 
der  in  fossilen  Brennstoffen,  Torf,  Braun- 
kohle, Steinkohle  aufgespeicherte  Vorrat  ca. 
150  g  pro  Quadratmeter  beträgt.  Die  jähr- 
liche Gewinnung  der  Brennstoffe  beträgt 
etwa  eine  Milliarde  Tonnen  mit  einem  Durch- 
schnittswert von  8  Mk.  pro  Tonne.  Hier- 
gegen kommt  natürlich  die  Gewinnung  von 
110000 1  Graphit  mit  einem  Wert  von  120  Mk. 
und  von  etwa  500  kg  Diamant  mit  einem 
mittleren  Preis  von  120000  Mk.  für  das 
Kilogramm  des  ungeschliffenen  Materials 
nicht  in  Betracht. 

3.  Verwendung.  Die  hauptsächlichste 
Verwendung  des  Kohlenstoffs  beruht  auf 
seiner  Eigenschaft  mit  Sauerstoff  unter  Ent- 
bindung sehr  großer  Energiemengen  zu 
verbrennen.  Die  Kohlen  werden  daher  zur 
Erzeugung  von  Wärme  und  anderer  Energie- 
arten ausgenutzt  (als  festes,  flüssiges  und  gas- 
förmiges Heizmaterial)  oder  zur  Lösung 
von  Sauerstoffverbindungen  der  Metalle  in 
der  Metallurgie.  Eine  Reihe  physikalischer 
Eigenschaften  des  Kohlenstoffs  findet  Ver- 
wendung. Seine  ünschmelzbarkeit  macht 
ihn  geeignet  als  Gefäßmaterial  bei  chemischen 
Prozessen    bei    sehr    hohen    Temperaturen. 


In  einigen  Modifikationen  leitet  der  Kohlen- 
stoff gut  die  Elektrizität  und  stellt  dann 
ein  ausgezeichnetes  Elektrodenmaterial  dar; 
seine  Unangreifbarkeit  macht  ihn  bei  vielen 
elektrolytischen  Prozessen  unersetzlich.  Die 
Fähigkeit  gelöste  und  gasförmige  Stoffe  auf 
der  Oberfläche  zu  adsorbieren,  die  bei  einigen 
Kohlearten  besonders  ausgeprägt  ist,  wird 
vielfach  technisch  zu  Reinigungszwecken 
verwendet.  Mit  dieser  Oberflächenwirkung 
stehen  auvli  die  in  der  chemischen  Industrie 
mannigfach  ausgenutzten  katalytischen  Eigen- 
schaften der  Kohle  im  Zusammenhang. 

4.  Stellung  im  periodischen  System  und 
Wertigkeit.  Der  Kohlenstoff  ist  das  erste 
Glied  der  vierten  Reihe  des  periodischen 
Systems.  Der  chemische  Charakter  ist  undeut- 
lich der  eines  Metalloids.  Mit  steigendem 
Atomgewicht  nehmen  die  anderen  Elemente 
der  Gruppe:  Silicium  (28,5),  Germanium 
(72,5),  Zinn  (119),  Blei  (206,9)  immer  poso- 
tiveren  Charakter  an.  Der  Kohlenstoff  ist 
in  der  weitaus  größten  Zahl  seiner  Verbin- 
dungen vierwertig,  in  einigen  wenigen, 
unter  denen  das  Kohlenoxyd  das  wichtigste 
ist,  zweiwertig  und  neuerdings  ist  durch 
die  Entdeckung  von  Gomberg  eine  Körper- 
klasse erschlossen  worden,  in  der  er  drei- 
wertig auftritt.  Mit  der  Vierwertigkeit  des 
Kohlenstoff  sind  eine  Reihe  von  Eigentüm- 
lichkeiten der  Chemie  der  Kohlenstoff- 
verbindungen verknüpft,  welche  ihren  charak- 
teristischen Ausdruck  in  den  organischen 
Substanzen  finden.  Sie  sind  von  van't 
Hoff  in  5  Punkten  zusammengefaßt  worden: 

1.  Die  Vierwertigkeit  des  Kohlenstoffs 
bedingt  es,  daß  die  Derivatenzahl  der  Kohlen- 
stoffverbindungen eine  sehr  große  ist. 

2.  Iin  Zusammenhang  mit  der  hohen 
Valenz  vergrößert  die  Fähigkeit  der  Kohlen - 
stoffatome,  sich  untereinander  zu  verketten, 
die  Anzahl  der  möglichen  C-Verbindungen 
ganz  außerordentlich. 

3.  Die  Stellung  des  Kohlenstoffs  in  der 
Mitte  der  ersten  Horizontalieihe  des  perio- 
dischen Systems  Li,  Be,  B,  C,  N,  0,  F  läßt 
ihn  gleichs^am  am  Wendepunkt  der  Affinitäts- 
unterschiede stehen,  indem  rechts  von  ihm 
die  ausgesprochen  negativen,  links  die 
positiven  Elemente  stehen.  Diese  Eigen- 
schaft macht  ihn  befähigt  mit  fast  allen 
anderen  Elementen  VerJ3indungen  einzu- 
gehen. Auch  die  Verbindungsfälligkeit  mit 
gleichen  Atomen  erklärt  sich  hieraus.  Sauer- 
stoff und  Wasserstoff,  Stickstoff  und  Chlor 
hält  er  in  fast  gleich  energischer  Weise  fest. 
Aber  einmal  von  den  anderen  losgetrennt, 
wird  er  durch  seine  Selbstsättigung  einer  der 
inaktivsten  Körper.  Aus  dieser  fast  gleich- 
großen Neigung  zu  verschiedenen  Atomen  und 
Atomgruppen  folgt  auch  die  P'ähigkeit  der 
Kohlenstoffreaktionen  sich  abwechselnd  für 
Oxydations-    und    Reduktionsvorgänge    zu 


864 


Kolilenstoffgruiipe  ( K'ohlciistoff) 


eignen,    wie    sie    die    «gleichzeitige    Existenz 
einer  Tier-  und  Pflanzenwelt  erfordert. 

4.  Die  Indifferenz  des  Kohlenstoffs 
bringt  es  mit  sich,  daß  ein  mit  ihm  ver- 
bundenes Element  der  ganzen  Verbindung 
einen  neuen  Charakter  verleiht.  Es  entstehen 
so  kohlenstoffhaltige  Gruppen,  sogenannte 
Radikale,  welche  in  ihrem  chemischen  Ver- 
halten an  einfache  anorganische  Körper 
erinnern.  So  ist  die  Metliylgruppe  CH3  — ■ 
(und  noch  mehr  die  mehrfach  |ilienylierte 
Methylgruppe)  dem  Wasserstoff  vergleich- 
bar, die  ein  oder  mehrfach  nitrierte  Methyl- 
gruppe CHoCNOa)  —  den  Halogenen. 

5.  Eine  besonders  wichtige  Erscheinung 
ist  die  Trägheit,  mit  der  Reaktionen,  die  am 
Kohlenstoff  vor  sich  gehen  sich  abspielen. 
Die  Reaktionsträgheit  eines  Elementes  nimmt 
mit  zunehmender  Wertigkeit  zu  und  erreicht 
beim  vierwertigen  Kohlenstoff  einen  sehr 
hohen  Grad.  Diese  Langsamkeit  ist  natür- 
lich für  die  Lebensvorgänge  in  der  Tier- 
und  Pflanzenwelt  von  ungeheurer  Wichtig- 
keit. Durch  die  Trägheit  der  Kohlenstoff- 
bindung wird  es  möglich  eine  große  Energie- 
menge durch  verwickelten  Aufbau  des  Mole- 
küls anzuhäufen.  Durch  einen  Anstoß  von 
außen  kann  die  Umlagerung  in  eine  stabilere 
Lagerung  angeregt  werden,  die  dann  unter 
Entbindung  eines  Teiles  der  aufgespeicherten 
Energie  vor  sich  geht.  Kohlenstoffverbin- 
dungen sind  daher  geeignet  brauchbare 
Explosivstoffe  zu  bilden. 

Es  ist  durch  Experimente  festgestellt 
worden,  daß  die  vier  Valenzen  des  Kohlen- 
stoff untereinander  gleichwertig  sind,  daß 
es  also  nur  ein  monosubstituierstes 
Methan  gibt.  Mit  diesen  Bedingungen  wäre 
die  Anordnung  der  vier  Valenzen  um  das 
C-Atom  in  einer  Ebene  in  den  vier  Ecken  eines 
Quadrates  vereinbar  (Mononitromethan)  (I). 
Diese  Anordnung  müßte  aber  bedingen, 
daß  es  zwei  verschiedene  Dinitromethane 
gibt  (II)  und  (III).  Diese  konnten  jedoch 
nicht  aufgefunden  werden.    Der  Bedingung, 


NO; 


■NO, 


NO, 


H       (I) 


H      (U) 


NO, 


NO,     (111) 


daß  es  auch  nur  ein  disubstituiertes  Methan 
gibt,  genügt  die  Annahme  von  Le  Bei  und 
van't  Hoff,  daß  die  vier  Valenzen  im 
Raum  symmetrisch  um  das  Kernatom  ver- 
teilt sind,  van't  Hoff  stellte  sie  sich  ver- 
teilt vor,  wie  die  Ecken  einer  regelmäßigen 
Tetraeders  und  begründete  mit  dieser  Auf- 
fassung die  Stereochemie.  Wenn  alle  vier  Va- 
lenzen von  verschiedenen  Atomen  oder 
Atomgruppen  besetzt  sind,  ist  die  Existenz 


zweier  Isomerer  zu  erwarten.  Wie  aus  dem 
bloßen  Anblick  der  Formelbilder  (IV)  und 
(V)  hervorgeht,  werden  die  chemischen 
Eigenschaften  der  hier  schematisch  abge- 
bildeten Körper  die  gleichen  sein,  da  die 
einzelnen  Atome  in  ihnen  den  gleichen 
Abstand    voneinander    haben.       Sie    unter- 


scheiden sich  nur  dadurch,  daß  der  Weg 
zu  den  Atomen  in  einer  bestimmten  Reihen- 
folge, z.  B.  d— b— c  im  Sinne  des  Uhrzeigers, 
im  anderen  Fall  im  entgegengesetzten  Sinne 
verläuft.  Ein  solcher  Unterschied  kann  nur 
durch  einen  physikalischen  Bewegungs- 
vorgang, der  in  einer  bestimmten  Richtung 
verläuft,  wahrgenommen  werden,  und  in 
der  Tat  wird  die  Ebene  des  polarisierten 
Lichtes  von  den  beiden  Isomeren  einer 
asymmetrischen  Kohlenstoffverbindung  (weil 
sieh  durch  einen  derartigen  Tetraeder  keine 
Symmetrieebene  legen  läßt)  gleich  und  in 
entgegengesetzter  Richtung  gedreht. 

5.  Allgemeine  physikalische  Eigen- 
schaften des  Kohlenstoffs.  Der  Kohlen- 
stoff ist  praktisch  unschmelzbar.  Bei  der 
Temperatur  des  elektrischen  Flammenbogens 
tritt  anscheinend  ohne  vorherige  Schmelzung 
eine  Verdamjjfung  ein.  Dies  geht  aus  der 
Konstanz  der  Temperatur  des  Ivraters, 
die  auf  3600"  geschätzt  wird,  unter  verschie- 
denen elektrischen  Bedingungen  hervor.  Ueber 
die  Verdampfung  und  Schmelzung  des 
Kohlenstoffs  wurden  aus  den  allgemeinen 
Eigenschaften  der  Stoffe  Schätzungen  an- 
gestellt. Unter  Benutzung  der  Formel  von 
van  der  Waals  kann  man  dann  folgende 
Tabelle  aufstellen: 


T  (abs) 

3870° 
4000'» 
4400" 
5000» 
5800'' 


P  (Dampfdruck) 

Atm. 

1,00    Siedepunkt 

2,14 
16.6      Schmelzpunkt 
193 


2320 


kritischer  Punkt. 


Bei  tieferer  Temperatur  ist  eine  spuren- 
weise Verdampfung  des  Kohlenstoffs  zu 
beobachten,  wie  auch  aus  der  Bildung  eines 
schwarzen  Beschlags  auf  Kohlenfadenglüh- 
lampen nach  langem  Gebrauch  hervorgeht. 
Eine  Schmelzung  tritt  auch  unter  sehr 
starkem  Druck  nicht  ein.  Elektrochemisch 
ist  der  elementare  Kohlenstoff,  der  in  kom- 
plexen Verbindungen  sehr  häufig  im  lonen- 
zustand   vorhanden  ist,  äußerst  indifferent. 


KolilenstoffgTuppe  (Kolileustolf) 


865 


Die  für  eine  geringe  Elektroaffinität  sprechen- 
de schwache  Leitfähigkeit  von  Acetylen- 
lösungen  berulit  wahrscheinlich  auf  Verun- 
reinigungen. 

6.  Allgemeine  chemische  Eigenschaften 
des  Kohlenstoffs.  Kohlenstoff  hat  die  Eigen- 
schaft sich  mit  einer  großen  Anzalil  von 
Metallen  zu  Karbiden  zu  verbinden.  Diese 
lassen  sich  ganz  allgemein  in  zwei  große 
Gruppen  einteilen:  in  Karbide,  die  durch 
Wasser  zersetzt  werden  und  in  solche,  die 
dagegen  beständig  sind.  Diese  Gruppe  von 
Verbindungen  ist  besonders  von  Moissan 
unter  Anwendung  extrem  hoher  Tempraturen 
erschlossen  worden.  Dies  war  durch  Ein- 
führung des  elektrischen  Ofens  in  die  Labo- 
ratoriumstechnik möglich.  Der  Ofen  be- 
steht in  seiner  einfachsten  Gestalt  aus  einem 
möglichst  feuerfesten  Hohlraum  aus  Kalk 
oder  Magnesia,  in  welchem  zwischen  Kohle- 
elektroden ein  starker  elektrischer  Flammen- 
bogen erzeugt  wurde.  Moissan  verwendete 
Stromstärken  bis  3000 Ampere  und  Elektroden- 
spannungen bis  zu  200  Volt.  Mit  den  Alkali- 
metallen reagiert  der  Kohlenstoff  nicht  direkt, 
mit  Ausnahme  des  Lithiums,  mit  dem  er 
sich  unter  Wärmeentwiekelung  zu  dem  Karbid 
CoLio  verbindet.  Von  den  Erdalkalimetallen 
vereinigt  sich  nur  das  Calcium  direkt  mit 
Kohle.  Die  anderen  werden  nach  der  ganz 
allgemeinen  Methode  der  Reduktion  der 
Oxyde  mit  Kohle  im  elektrischen  Ofen  dar- 
gestellt. Sie  haben  die  Formel  CgM  und 
zersetzen  sich  wie  die  Karbide  der  Alkah- 
metalle  mit  Wasser  unter  Entwickelung  von 
Acetylen  unter  Zurücklassung  derMetalloxyde. 
Technisch  von  der  größten  Bedeutung  ist 
das  Calciumkarbid  zur  Erzeugung  des 
Acetylens.  Es  wird  in  großen  elektrischen 
Oefen  aus  Kalk  und  Kohle  dargestellt. 
Die  Karbide  der  seltenen  Erden  und  des 
Aluminiums  geben  bei  der  Zersetzung  mit 
Wasser  Methan.  Mangankarbid  gibt  Methan 
und  Wasserstoff,  während  ürankarbid  bei 
der  Zersetzung  eine  Menge  fester,  flüssiger 
und  gasförmiger  Kohlenwasserstoffe  liefert. 
Man  hat  auf  Grund  dieser  Tatsache  eine 
Hypothese  der  Entstehung  der  Petroleum- 
und  Erdharzvorräte  in  der  Erde  aufgestellt. 
Die  Karbide  des  Eisens,  Chrom,  Molybdän 
und  Wolfram  entstehen  direkt  durch  die 
Vereinigung  der  Elemente  und  sind  durch 
Wasser  nicht  zersetzhch.  Besonders  die 
Gegenwart  des  Eisenkarbids  oder  Cementit 
ist  für  die  Eigenschaften  der  verschiedenen 
Eisensorten  von  großer  Wichtigkeit.  In 
der  folgenden  Tabelle  sind  die  Karbide 
mit  ihren  Formeln  und  ihren  Zersetzungs- 
produkten mit  Wasser  zusammengestellt. 
Die  mit  einem  +  bezeichneten  können 
direkt  durch  Vereinigung  der  Elemente  ent- 
stehen. 

Durch  Wasser  nicht  zersetzliche  Karbide 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.   Band  V 


Eisenkarbid  + 
Chromkarbid  + 
Molybdänkarbid 
WoÜramkarbid  - 


FCgC 

MöoC 
W,C 


und  Cr,C 


Durch  Wasser  zersetzliche  Karbide 


Cäsiumkarbid 

Natriumkarbid 

Kaliumkarbid 

Rubidiumkarbid 

Lithiumkarbid  -}- 

Calciumkarbid  + 

Strontiumkarbicl 

Bariumkarbid 

Berylliumkarbid 

Aluminiumkarbid 

Ceriumkarbid 

Lanthankarbid 

Praseodymkarbid 

Neodymkarbid 

Samariumkarbid 

Yttriumkarbid 

Thoriumkarbid 

Urankarbid 

Manarankarbid 


Zersetzungspro- 
dukte 


Acetvlen 


v-/S2^--'2 

NagC, 
KaC," 
RboCo 

LigC.; 

i)ao^o 

+  "ffC.|Metha„ 

CeCj  ■ 

Prc; 

NdC., 
SmC; 
YC,  ' 
ThC, 
U.C." 
Mn,C  ' 


Gemenge   fester, 
flüssiger  und  gas- 
förmiger Kohlen- 
wasserstoffe 


Methan  +  Wasser- 
stoff 

Verbindungen  mit  Nichtmetallen. 
Der  Kohlenstoff  geht  mit  einer  Reihe  von 
Elementen  direkt  Verbindungen  ein.  Mit 
Wasserstoff  vereinigt  er  sich  direkt  im 
elektrischen  Flammenbogen  zu  Acetylen, 
bei  niederen  Temperaturen  zu  anderen 
Kohlenwasserstoffen.  Mit  dem  Halogen 
Fluor  verbinden  sich  alle  Modifikationen 
des  Kohlenstoffs,  die  amorphe  Kohle  bei 
gewöhnlicher  Temperatur,  Graphit  bei  Rot- 
glut und  Diamant  oberhalb  700".  Mit 
Chlor  entsteht  bei  der  Temperatur  des  elektri- 
schen Flammenbogens  aus  amorpher  Kohle 
Hexachlormethan  und  Hexachlorbenzol. 
Brom  und  Jod  vereinigen  sich  nicht  direkt. 
Die  Verbindungen  mit  Sauerstoff  Kohlen- 
oxyd und  Kohlendioxyd  sind  besonders 
wichtig.  Durch  direkte  Vereinigung  des 
Kohlenstoffs  mit  Schwefel  entstehen  mehrere 
Sulfide.  Die  Vereinigung  mit  Stickstoff 
im  elektrischen  Flammenbogen  ergibt  Cyan, 
bei  Gegenwart  von  Wasserstoff  entsteht 
Blausäure.  Bor  und  Silicium  vereinigen 
sich  im  elektrischen  Ofen  mit  Kohle  zu  den 
Karbiden  BgC  und  SiC. 

Die  Affinität  des  Kohlenstoffs  zum  Sauer- 
stoff ist  so  groß,  daß  er  denselben  besonders 
bei  hohen  Temperaturen  sehr  vielen  Verbin- 
dungen zu  entziehen  vermag,  er  wirkt  als 
starkes  Reduktionsmittel.  Eine  Anwendung 
hiervon  wurde  schon  seit  den  ältesten  Zeiten 
in  der  Metallurgie,  speziell  des  Eisens  gemacht. 
Eine  große  Anzahl  anderer  Metalloxyde 
Avird  durch  Kohlenstoff  bei  mehr  oder 
weniger  erhöhter  Temperatur  zu  den  Metallen 
reduziert. 

7.  Analytisches.     Die  allgemeinste  Art 

55 


866 


Kohlenstoffgrupiie  (Kolilenstoff) 


den  Kohlenstoff  frei  oder  in  irgendeiner 
Verbindnng  zu  bestimmen,  besteht  in  seiner 
Oxydation  zu  Kohlendioxyd  und  die  Bestim- 
mung desselben  auf  irgendeinem  Wege.  Dies 
kann  dureh  Aufnahme  in  starkem  Alkali 
und  Bestimmung  der  Gewichtszunahme  oder 
durch  Titration  von  Barytlauge  vor  und 
nach  der  Absorption  gescliclien.  Die  Art 
und  Weise  wie  man  den  Kohlenstoff  oxy- 
diert, richtet  sich  nach  der  jeweils  vorliegen- 
den Verbindung.  Am  bekanntesten  ist  die 
Oxydation  organischer  Stoffe  nach  der 
Methode  von  Liebig  durch  Ueberleiten  von 
Luft  oder  Sauerstoff  in  einem  rotglühenden 
Kohr  bei  Gegenwart  sauerstoffübertragender 
Stoffe,  wie  Kupferoxyd.  Zur  Wertbestim- 
mung von  Brennstoffen  ist  die  Kenntnis 
ihres  Heizwertes  von  größter  Wichtigkeit. 
Man  ermittelt  ihn  in  entsprechenden  A])pa- 
raten,  indem  man  die  von  einer  bestimmten 
Menge  desselben  bei  der  Verbrennung  mit 
Sauerstoff  entwickelte  Wärme  kalorimetrisch 
bestimmt. 

8.  Vergleich  der  verschiedenen  allo- 
tropen  Modifikationen,  Die  drei  Modi- 
fikationen des  Kohlenstoffs,  Diamant,  Graphit 
und  die  amorphe  Kohle,  haben  sehr  verschie- 
dene physikalische  Eigenschaften,  die  mehr 
voneinander  abweichen  als  bei  ganz  ver- 
schiedenen Elementen.  Die  chemische 
Identität  des  Diamanten  mit  der  schwarzen 
Kohle  wurde  erst  von  Lavoisier  durch 
den  Uebergang  in  Kohlensäure  bei  der  Ver- 
brennung nachgewiesen.  Der  Diamant  ist 
in  reinem  Zustand  farblos,  Graphit  hat 
eine  grauschwarze  Farbe  mit  metallischem 
Glanz  und  die  Farbe  der  amorphen  Kohle 
ist  ein  mattes  Schwarz.  Diamant  ist  als 
vollkommen  durchsichtiger  Körper  ein  Nicht- 
leiter der  Elektrizität,  dagegen  leitet  Graphit 
fast  wie  ein  Metall.  Da  die  amorphe  Kohle 
in  sich  nicht  homogen  ist,  hat  sie  kein  konstant 
definiertes  Leitvermögen.  Es  vergrößert 
sich  durch  Erw^ärmung  und  durch  Druck. 
Das  spezifische  (lewicht  beträgt  bei  Zimmer- 
temperatur für  Diamant  3,5,  für  Graphit 
2,25  und  für  amorphe  Kohle  1,4  bis  1,9. 
Die  spezifischen  Wärmen  zeigen  starke 
Unterschiede  und  zwar  betragen  sie  bei 
Zimmertemperatur  für  Diamant  0,1128,  für 
Graphit  0,1614  und  für  Kohle  0,204.  Dies 
entspricht  den  Atomwärmen  1,35,  1,93  und 
2,45.  Das  Dulong-Pe  titsche  Gesetz 
ist  also  beim  Kohlenstoff  durchaus  nicht 
erfüllt.  Die  Atomwärme  wächst  mit  steigen- 
der Temperatur.  Alle  drei  Modifikationen 
verbrennen  mit  Sauerstoff,  doch  ist  die 
Reaktionsgeschwindigkeit  eine  verschiedene. 
Die  Kohlensäureentwickelung  beginnt  beim 
Diamant  bei  720°,  beim  Graphit  bei  570" 
und  bei  der  Holzkohle  bei  200".  Auch  die 
bei  diesem  Vorgang  entwickelte  Wärme 
ist  verschieden.    Aeltere  J^estimmungen  von 


Berthelot  ergeben  pro  Grammatom  beim 
Diamant  94,31,  beim  Graphit  94,81  und  bei 
amorpher  Kohle  97,65  Cal.  Hiernach  wäre 
die  amorphe  Kohle  die  energiereichste  Kohlen- 
stoffmodifikation. Sie  würde  in  Graphit 
unter  Entwickelung  von  2,84  ("al,  in  Diamant 
unter  Entwickelung  von  3,34  Gal,  und  der 
Graphit  in  Diamant  unter  Entwickelung  von 
0,50Cal  übergehen.  Für  die  relative  Beständig- 
keit der  drei  Formen  sind  diese  Zahlen  neben 
den  s])ezifischen  Wärmen  von  Bedeutung. 
Sie  werden  jedoch  nachneuenUntersuchungen 
von  Koth  zu  modifiziereu  sein,  der  fand, 
daß  Graphit  dieselbe  Verbrennungswärme 
wie  Diamant  hat,  daß  also  die  L'mwandlungs- 
wärme  dieser  beiden  Stoffe  =  0  ist.  Auf 
Grund  der  älteren  Messungen  geht  unter 
Anwendung  des  Nernstschen  Wärme- 
theorems hervor,  daß  unterhalb  340"  Dianiaut 
stabiler  als  Graphit  ist,  oberhalb  dieser 
Temperatur  aber  gehen  alle  Kohlenstoff- 
modifikationen  in  Graphit  über.  Der  letzte 
Vorgang  wird  besonders  im  elektrischen 
Ofen  häufig  beobachtet,  der  erste  — •  wert- 
vollere —  die  Herstellung  des  Diamanten 
bei  tiefer  Temperatur  wegen  der  Reaktions- 
trägheit  des  Kohlenstoffs  dagegen  nicht. 
Die  Umwandlungstemperatur  steigt  aber 
mit  wachsendem  Druck.  Sie  kann  durch 
starke  Drucke  bis  zu  den  Temperaturen 
des  flüssigen  Eisens  erhöht  werden,  bei  denen 
auch  nach  Moissan  durch  starke  plötz- 
liche Abkühlung,  bei  denen  der  innere 
flüssige  Kern  unter  einem  Druck  von  ca. 
10000  Atmosphären  steht,  kleine  künst- 
liche Diamanten  entstehen  können. 

8a)  Diamant.  Die  hauptsächlichsten 
Fundstellen  des  Diamanten  sind  Indien, 
Brasilien,  der  Ural  und  Australien  und  die 
1867  entdeckten  ausgedehnten  Fundorte  in 
Südafrika.  Die  Bedingungen,  unter  denen 
er  entstanden  ist,  sind  aber  noch  nicht  auf- 
geklärt. Für  das  ursprüngliche  Mutter- 
gestein, der  amerikanischen  Diamanten  hält 
man  den  Itakolumit,  ein  schiefriger  aus 
Quarz  und  Glimmer  bestehendes  Gestein, 
in  dem  man  in  Brasilien  einige  Iiristallchen 
eingewachsen  gefunden  hat.  Die  Gewin- 
nung des  Diamanten  geschieht  durch  Aus- 
waschen aus  dem  ihn  begleitenden  Gesteiu. 
In  1000  kg  Gangart  befinden  sich  durch- 
schnittlich nur  0,16  g  Diamant.  Das  Gewicht 
wird  gewöhnlich  nach  Karat  berechnet  ==  0,2g. 
Der  Preis  des  Diamanten,  der  hauptsächlich 
als  Schmuckstein  Verwendung  findet,  ist 
natürlich  von  Größe,  Reinheit  und  Farbe 
abhängig.  Heute  kostet  ein  guter  als  Brilliant 
geschliffener  Stein  etwa  400  ]\lk.  pro  Karat. 
Den  Preis  für  größere  Steine  erhält  man  un- 
gefähr, wenn  man  den  Preis  für  ein  Iva  rat 
mit  dem  Quadrat  seines  Gewichtes  multi])li- 
ziert.  Die  (iesamtmenge  der  Diamanten, 
die    seit    ihrer    Entdeckung    bis    1899    auf- 


KolilenstoffgTuppe  (Kohlenstoff) 


867 


gefunclen  Avordeii  sind,  wird  von  Moissan 
auf  etwa  17000  kg  mit  einem  Wert  von 
2300000000  Mk.  geschätzt.  Der  Diamant 
kristallisiert  im  regulären  System  in  oktae- 
drisohen  und  kubischen  Formen.  Häufig 
sind  die  Flächen  gekrümmt. 

Neben  seiner  Verwendung  als  Schmuck- 
stein ist  die  technische  Verwertung  besonders 
der  unreinen  und  schwarzen  Modifikationen 
des  Diamanten,  des  Karbonados,  wichtig. 
Er  wird  wegen  seiner  Härte  in  Metallfassungen 


i  zum  Schneiden  und  zum  Schreiben  auf 
Glas  und  in  geeigneten  Instrumenten  zum 
Bohren    sehr    harten    Gesteins    verwendet. 

Der  Brechungsexponent  des  Diamanten  ist 
einer  der  höchsten  aller  bekannter  Körper. 
Diese  Tatsache  bedingt  die  Totalreflektion  auch 
unter  kleinen  Winkeln  auffallender  Lichtstrahlen 
und  verursacht  so  das  Funkeln  und  das  Farben- 
spiel der  geschliffenen  Diamanten.  Der  Bre- 
chungsexponent n  beträgt  für  einige  wichtige 
AVellenlängen  bei  14": 


313  3f>i  441  4''7  480  508  533  389         043  uu 

^•5254     2.4833     2,4478     2.4410     2,4370     2,4308     2,4233     2,4172     2.4109' 


Trotzdem  der  Diamant  regulär  kristallisiert 
zeigt  er  Doppelbrechung.  Bei  2,62,  4,12,  7,42  jt 
sind  Absorptionsstreifen  beobachtet  worden. 
Hierzu  kommt  noch  die  berechnete  F^igen- 
schwingung  im  Ultraviolett  bei  0,12456  u.  Der 
Diamant  fluoresziert  und  piiosphoresziert  stark. 
Unter  dem  F^influß  der  Kathoden-,  Köntgen- 
und  Radiumstrahlen  leuchtet  er  in  hellem  Licht. 
Es  ist  dies  ein  ^Mittel  zur  schnellen  Erkennung 
echter  Diamanten. 

Der  Diamant  ist  nächst  dem  Borkarbid  der 
härteste  bekannte  Stoff.  Er  hat  den  Härtegrad 
10  der  Mohr  sehen  Härteskala.  Da  er  eine  aus- 
gesprochene Spaltbarkeit  in  der  Richtung  der 
Oktaederflächen  hat,  ist  zum  Glasschneiden 
nur  eine  natürliche  Kristallkante  zu  verwenden, 
da   er   an   künstlich   angeschliffenen   zerbrechen 


würde.  —  Das  spezifische  (Jewicht  liegt  für  die 
farblosen  Arten  in  der  Nähe  von  3,5,  die  schwarzen 
haben  eine  etwas  geringere  Dichte.  Der  lineare 
Ausdehnungskoeffizient  ist  bei  40"  1,18.10—«, 
bei  .50"  1,32.10—8.  Die  spezifische  Wärme  des 
Diamanten  ist  besonders  deshalb  sehr  interessant, 
weil  sie  nach  den  neueren  Untersuchungen  von 
Nernst  ein  Beispiel  dafür  ist,  daß  schon  bei 
gar  nicht  so  niedrigen  Temperaturen  die  Wärme- 
kapazität und  somit  auch  der  Energieinhalt 
der  festen  Stoffe  verschwindend  klein  wird.  Für 
den  Diamanten  hört  bei  etwa  40"  abs.  der  Tem- 
peraturbegriff praktisch  auf.  Die  auf  Grund 
der  ^Quantentheorie  abgeleitete  Formel  schließt 
sich  den  von  Nernst  und  früheren  Beobachtern 
Sfefundenen  Werten  s:ut  an. 


l       30       42 
Cp     0.00    0,00 


92 
0,03 


105 

0,Ö2 


243 

2G2 

284 

3o(. 

^^^ 

3.5« 

41^   1169" 

0.95 

1,14 

1-35 

lö» 

1.84 

2,12 

2.06     5,4.5 

Aus  dem  Abfall  der  spezifischen  Wärme  bei 
tiefer  Temperatur  und  aus  den  Beziehungen 
dieser  F]rscheinung  mit  den  Atomschwingungen, 
die  in  der  erwähnten  Formel  zum  Ausdruck 
kommen,  schließt  Nernst ,  daß  der  Kohlenstoff 
im  Diamant  einatomig  ist. 

Das  Problem  künstliche  Diamanten  zu 
erzeugen  hat  von  jeher  die  Chemiker  beschäf- 
tigt. Die  P>folge  sind  bis  jetzt  gering  und 
unsicher.  Moissan  verwendete  die  Tat- 
sache, daß  Schmiedeeisen  beim  Erstarren 
sein  Volum  verringert,  wälirend  mit  Kohlen- 
stoff gesättigtes  Eisen  sein  Volum  ver- 
größert. Durch  Schmelzen  eines  schmiede- 
eisernen Zylinders,  der  innen  Kohlenpulver 
enthielt  und  schnelles  Abkühlen  waren  die 
Bedingungen  zur  Ausbildung  enormer  Drucke 
im  Innern  der  Masse  gegeben  und  in  der 
Tat  konnten  mikroskopische  Teilelien  nach 
dem  Auflösen  des  Eisens  erhalten  werden, 
die  als  Diamanten  identifiziert  werden 
konnten.  Bei  hohen  Temperaturen  wandelt 
sicli  Diamant  in  Graphit  um.  Näheres  über 
den  Diamant  vgl.  in  dem  Artikel  ,,Sc  hm  uck- 
steine". 

8b)  Graphit.  Der  Graphit  ist  in  der 
Natur  sehr  verbreitet.  Er  findet  sich  häufig 
im  kristallinen  Schiefer.  Auch  findet  man 
ihn    nicht   selten    in    <rrößeren    Massen    rein 


mit  blätteriger  und  strahliger  Struktur.  Die 
Fundstelleu  sind  besonders  Sibirien,  Ceylon, 
Spanien,  Borrowdale  in  England,  und  die 
Gegend  von  Passau,  Böhmen,  Mähren  und 
Steiermark.  Die  geologischen  Verhältnisse 
der  Graphitlagerstätten  sprechen  dafür,  daß 
aller  Graphit  organischen  Ursprungs  ist, 
und  daß  die  primär  vorhandene  Kohle  durch 
den  Druck  des  auflastenden  Gesteins  in 
Graphit  verwandelt  worden  ist.  Der  natür- 
liche Graphit  enthält  meistens  ziemlich 
beträchtliche  Mengen  von  Verunreinigungen. 
Die  Verwendung  des  Graphits  ist  durch 
seine  kristallographischen  Eigenschaften  be- 
gründet. Er  kristallisiert  aus  geschmolzenem 
Eisen  in  Form  sechsseitiger  Blättchen,  die 
dem  monoklenen  System  angehören.  Er 
spaltet  sich  leicht  nach  der  Basis  und  läßt 
sich  so  leicht  in  kleine  Schüjipchen  zerreiben. 
Hierauf  beruht  seine  Verwendung  in  der 
Bleistiftfabrikation  und  als  Schmiermittel, 
in  Fällen,  wo  die  Verwendung  von  Gelen  aus- 
geschlossen ist.  Die  feinen  Graphitteilchen 
schmiegen  sich  den  Unebenheiten  des 
Materials  an  und  vermitteln  durch  ihre 
glatte  Oberfläche  ein  leichteres  Gleiten.  Die 
gute  Leitfähigkeit  für  die  Elektrizität  und 
seine  Unangreifbarkeit  machen  ihn  zu  einem 
ausarezeichneten  Elektrodenmaterial.    Gefäße 


868 


Kolilenstoffgruppe  (Kohlenstoff) 


aus  Graphit  lassen  sich  bei  Luftabschluß 
bis  zu  den  höclisten  Temperaturen  er- 
hitzen. 

13ie  Farbe  des  Graphits  ist  ein  metallisches 
Grau  ähnlich  wie  Blei.  Häufig  zeigt  die  Ober- 
fläche starken  Metallglanz.  Er  ist  weich  und 
biegsam  und  fließt  unter  starkem  Druck  wie  eine 
Flüssigkeit.  Die  Dichte  reinen  Grapliits  ist 
2,25.  Der  lineare  Ausdehnungskoeffizient  ist 
7,86.10— ^  Die  Atomwärme  fällt  ebenso  wie 
die  des  Diamanten  stark  mit  sinkender  Tem- 
peratur. 

Tabs.  87  194  223  262  284  334  411  915  1250" 
Cp      0,49  1,33  1,37  1,73  1,93  2,39  3,03  5,33  5,60 

Die  elektrische  Leitfähigkeit  ist  bei  den  am 
besten  leitenden  Proben  imgefähr  ein  Drittel 
der  Leitfähigkeit  des  Quecksilbers. 

Alle  Kohlenmodifücationeu  gehen  bei 
hoher  Temperatur  in  Graphit  über.  Hierauf 
beruht  die  künstliche  Darstellung  des  Graphits 
im  elektrischen  Ofen  nach  dem  Acheson- 
verfahreii.  Bei  der  Darstellung  des  Karbo- 
rund  (CSi)  hatte  sich  gezeigt,  daß  bei  zu 
starkem  Erhitzen  im  Innern  des  Ofens 
Graphit  gebildet  war.  Das  primär  entstandene 
Karbid  hatte  sich  wieder  zersetzt,  und  bei 
dieser  Zersetzung  hatte  sich  die  Kohle  als 
Graphit  abgeschieden.  Man  setzt  daher  zu 
Beginn  der  elektrischen  Erhitzung  zu  den 
Anthracitkohlen  verunreinigende  Zuschläge 
von  Kalk,  Magnesia  und  Eisenoxyden.  Nach 
Beendigung  des  Erhitzen  ist  die  ganze 
Seele  des  Ofens  in  Graphit  umgewandelt, 
alle  Verunreinigungen  sind  fortsublimiert 
und  das  Material  ist  sehr  viel  reiner  als  die 
primär  angewandte  Kohle.  Der  künstliche 
Graphit  hat  besonders  nach  starker  Pressung 
aUe  Eigenschaften  des  natürlichen. 

Chemisch  verhält  sich  der  Graphit  etwas 
anders  wie  Diamant,  da  er  bei  der  Oxydation 
durch  Chlorate  bei  Gegenwart  von  Salpeter- 
säure oder  Schwefelsäure  in  hochmolekulare 
grüne  und  gelbe  unlösliche  organische  Massen 
übergeht,  w-elche  als  Graphitsäure  bezeichnet 
werden.  Man  kann  durch  diese  Reaktion 
den  Graphit  von  den  anderen  Kohlenarten 
unterscheiden.  Außerdem  zeigen  einige 
Graphitsorten  eine  verschiedene  Reaktion 
auf  rauchende  Salpetersäure.  Während  die 
Säure  in  der  Kälte  die  Masse  scheinbar 
unverändert  läßt,  bemerkt  man  bei  nach- 
folgender Erhitzung  ein  Aufscinvellen,  das 
bei  verschiedenen  Proben  verschieden  stark 
ist.  Der  Unterschied  steht  offenbar  mit 
physikalischen  Verschiedenheiten,  aber  nicht 
mit  chemischen  in  Zusammenhang. 

8c)  Amorphe  Kohle.  Unter  diesem 
Namen  werden  alle  Kohlenmodifikationen 
zusammengefaßt,  die  weder  die  Eigenschaften 
des  Graphits  noch  die  des  Diamanten  haben. 
Die  natürlichen  Kohlen  sind  als  Ueber- 
gangszustände  von  der  Substanz  des  Pflanzen- 
und  Tierkörper  bis  zum  reinen  Kohlenstoff 


anzusehen.  Sie  siiul  durcli  langsame  Zer- 
setzung fossiler  organischer  Reste  besonders 
von  Pflanzen  unter  Wasser  entstanden.  Die 
natürlichen  Kohlen  werden  je  nach  ihrem 
Gehalt  an  Kohlenstoff  und  ihrem  entsj)rechen- 
den  Wert  als  Heizmaterial  eingeteilt  in 
Torf,    Pechkohle,    Braunkohle,    Steinkolile. 

1.  Torf,  das  wenigst  gute  Brennmaterial. 
Er  ist  nicht  fossilen  Ursprungs,  sondern 
bildet  sich  durch  Zersetzung  der  verschieden- 
sten Pflanzen  bei  Gegenwart  von  Wasser. 
Der  Wassergehalt  eines  frischen  Torfes  ist 
sehr  hoch,  getrocknet  enthält  er  noch  meistens 
15  bis  20%  Wasser.  Die  Zusammensetzung 
der  Trockensubstanz  eines  bayrischen  Torfes 
ist:  55,6%  C,  5,87%  H,  32,7%  0,  0,85%  N, 
4,98%  Asche.  Er  wird  vorwiegend  am  Fund- 
ort verwertet.  Seine  nützliche  Verwendung 
in  der  Torfstreu  beruht  auf  den  adsorbieren- 
den Eigenschaften  der  Kohle. 

2.  Die  Pechkohle,  welche  einen  C- 
Gehait  von  höchstens  75%  hat,  ist  schw-arz. 
mit  muscheligem  Bruch  und  wird  zu  Schmuck- 
sachen (Jet)  verwendet. 

3.  Die  Braunkohlen  sind  in  der  Ver- 
kohlung noch  nicht  so  weit  fortgeschritten 
wie  die  Steinkohlen.  Sie  haben  eine  braune 
Farbe  und  lassen,  besonders  die  Lignite, 
noch  deutlich  die  Holzstruktur  erkennen. 
Bei  der  Destillation  liefern  die  Braunkohlen 
und  Pechkohlen  Paraffine  und  flüssige 
Brennstoffe. 

4.  Die  Steinkohle  ist  die  wichtigste  und 
wertvollste  Form  der  natürlichen  Kohlen. 
Man  teilt  sie  in  folgender  Weise  ein: 

a)  Anthracitkohlen  mit  einem  Ge- 
halt von  93  bis  95%  C.  Sie  brennen  ohne 
Flamme  und  Rauch.  Ihre  Entzündungs- 
temperatur liegt  bei  etwa  800".  Sie  bilden 
die  reinste  Form  der  Steinkohlen. 

b)  Magere  Kohlen  mit  90  bis  93%  C 
brennen  mit  kurzer  Flamme  und  sind  ein 
gutes  Heizmaterial. 

c)  Fette  Kohlen  mit  80  bis  90%  C. 
Es  sind  dies  diejenigen  Kohlen,  die  besonders 
bei  der  Destillation  zur  Gewinnung  des 
Leuchtgases  und  der  teerigen  und  flüssigen 
Destillationsprodukte  von  großem  Wert  sind. 
Sie  schmelzen  und  blähen  sich  im  Feuer 
auf  und  hinterlassen  einen  gut  zusammen- 
haftenden Koks.  Sie  brennen  mit  langer 
Flamme.  Ihr  Heizwert  ist  ziemlich  bedeutend. 

d)  Trockene  Kohlen  mit  75  bis  80%  C 
liefern  bei  der  Verbrennung  eine  große  Flamme 
und  viel  Rauch.  Bei  der  Destillation  ent- 
steht viel  nicht  gut  leuchtendes  Gas. 

Nur  die  Steinkohlen  mit  einem  Gehalt 
von  etwa  SA%  C  scheinen  Stoffe  mit  einer 
definierten  Zusammensetzung  zu  sein,  wie 
aus  Versuchen,  die  Kohlenbildung  künst- 
lich nachzuahmen,  hervorgeht.  Es  scheint 
demnach  hier  ein  Gleichgewichtszustand 
erreicht    zu    sein.       Durch    starken    Druck 


Kolilenstoögi'uppe  ( Kohlenstoff) 


869 


kann  sich  der  Kohlenstoff  nnter  Anthraeit- ' 
bildnng  anreichern.  Da  Zwischenstufen  vor- 
kommen, ist  die  Zusammensetzung;  der  i 
Kohlen  je  nach  dem  Fundort  verschieden. 
Eine  Saarsteinkohle  enthielt  z.  B.  83,63%  C. 
ö,190o  H.  0.60O,,  N,  9.090,3  ().  l.o2% 
Asche. 

Da  die  Steinkolden  sicJi  erst  in  geolo- 
gischen EpocJien  gebildet  haben  (auf  Grund 
künstlicher  Nachbildungsversuche  wird  die 
Zeit  auf  einige  Millionen  Jahre  geschätzt), 
sind  die  zurzeit  vorliegenden  Lager  begrenzt 
und  nicht  in  absehbarer  Zeit  zu  ergänzen. 
Es  erhebt  sich  daher  die  wiclitige  Frage  wie 
lange  der  Kohlenvorrat  der  Erde,  der  für 
unsere  ganze  Kultur  von  einschneidender 
Bedeutung  ist,  noch  reicht.  Nach  Schätzungen, 
die  natürlich  imr  mit  den  bis  jetzt  bekannten 
Kohlenlagern  und  einer  ähnlichen  Zunahme 
des  Verbrauchs  rechnen  können,  wie  er  bis 
jetzt  beobachtet  worden  ist,  werden  die 
Steinkohlenlager  der  heutigen  Kulturländer 
nach  200  bis  300  Jahren  erschö])ft  sein. 
Neuere  Schätzungen  ergeben  für  Deutsch- 
land allein  einen  Vorrat  von  ca.  400  Milliarden 
Tonnen.  Diese  sind  jedoch  in  den  verschie- 
denen Kohlendistrikten  verschieden  ver- 
teilt und  wachsen  z.  B.  in  Westfalen  mit  zu- 
nehmender Tiefe,  während  sie  in  Oberschlesien 
mit  der  Tiefe  abnehmen.  Nach  diesen 
Schätzungen  braucht  man  auch  bei  vor- 
sichtigster Beurteilung  in  Deutschland  noch 
für  manche  Jahrhunderte  keinerlei  Befürch- 
tungen hegen,  daß  die  Möglichkeit  der  Ver- 


sorgung  mit  einheimischen    Steinkohlen   in 
Frage  gestellt  wird. 

Der  Verkohlungsprozeß,  der  in  der  Natur 
bei  gewöhnlicher  Temperatur  in  geologischen 
Zeiträumen  stattfindet,  kann  durch  Er- 
wärmen künstlich  bedeutend  beschleunigt 
werden.  Die  so  hergestellten  künstlichen 
Kohlen  arten  finden  mannigfache  Ver- 
wendung. 

1.  Die  Holzkohle  wird  durch  Erhitzen 
von  Holz  unter  Luftabschluß  dargestellt. 
Es  geschieht  dies  entweder  im  Walde  selbst 
in  Meilern  oder  in  geschlossenen  Retorten, 
besonders  wenn  man  die  Destillationspro- 
dukte des  Holzes,  den  Holzessig  gewinnen 
will.  Die  Holzkohle  behält  die  Gestalt  des 
Holzes.  Da  die  Kohle  sehr  porös  ist  und  viel 
Gasraum  enthält,  macht  sie  den  Eindruck 
einer  sehr  leichten  Substanz.  Sie  ist  die 
reaktionsfähigste  Form  der  Kohle,  besonders 
Gasen  gegenüber.  Sie  wird  in  vielen  tech- 
nischen Betrieben  verwendet. 

2.  Bei  der  Destillation  der  Steinkohle 
unter  Luftabschluß  entstehen  Gase,  Teer  und 
wässerige  Produkte,  welche  sich  verflüchtigen, 
während  in  den  Retorten  ein  kohlenstoff- 
reicheres Produkt,  der  Koks,  zurückbleibt. 
Die  Verkokung  der  Kohlen  geschieht  in 
großen  besonderen  Oefen,  da  der  Koks 
besonders  für  metallurgische  Zwecke  fast 
ausschließlich  anstatt  der  Steinkohlen  Ver- 
wendung findet.  Bei  diesem  Vorgang  findet 
eine  xVnreicherung  des  Produktes  an  Kohlen- 
stoff statt,  wie  aus  der  folgenden  Tabelle 
hervorgeht: 


Vor  der  Verkokung: 
Nach  der  Verkokung: 


3.  Neben  dem  Koks  scheidet  sich  in 
den  Retorten  an  den  Wänden  Kohlenstoff 
in  fester  Form  und  dichten  Massen  ab,  die 
den  Namen  Retorten-  oder  Gaskohle  er- 
halten haben.  Diese  Modifikation  entsteht, 
durch  Zersetzung  der  gasförmigen  Destil- 
lationsprodukte an  den  heißen  Wänden  der 
Retorte.  Sie  ist  ziemlich  rein,  enthält  nur 
ca.  3%  Asche  und  unterscheidet  sich  dadurch 
von  den  anderen  Modifikationen  der  amor- 
phen Kohle,  daß  sie  sehr  hart,  daher  schwer 
zu  bearbeiten  ist,  und  die  Elektrizität  gut 
leitet.  Die  Dichte  ist  2  und  in  ihren  ganzen 
Eigenschaften  nähert  sie  sich  dem  Graphit. 

4.  Ruß  nennt  man  diejenige  Kohle,  die 
sich  aus  leuchtenden  Flammen  abscheidet, 
wenn  man  sie  durch  einen  kalten  Gegenstand 
abkühlt.  Es  ist  dies  der  Kohlenstoff,  der 
sich  aus  kohlenstoffreichen  Gasen  durch  die 


c 

H 

0 

N 

S 

Asche 

Wasser 

58,44 

3,75 

5,99 

1,08 

1,92 

10,05 

18,77% 

75,1 

0,49 

^,39 

0,58 

2,63 

19,77 

— 

Hitze  der  Verbrennung  abscheidet,  dabei 
ins  Glühen  gerät  und  so  die  Leuchtkraft  der 
Flammen  bedingt.  Technisch  stellt  man 
den  Ruß,  der  unter  anderem  als  Malerfarbe 
Verwendung  findet,  aus  aromatische  Ver- 
bindungen wie  Naphthalin  oder  durch  Zer- 
setzung von  Acetylen  dar. 

Die  physikalischen  und  chemischen  Eigen- 
schaften der  amorphen  Kohlen  sind  naturgemäß 
sehr  verschieden.  Wenn  man  nur  die  Formen, 
die  als  praktisch  reiner  Kohlenstoff  aufzufassen 
sind,  betrachtet,  so  findet  man,  daß  ihre  Dichte 
mit  der  Temperatur  wächst  bei  der  sie  sich  ge- 
bildet haben.  In  gleicher  Weise  nimmt  die 
Langsamkeit  zu,  mit  der  sie  in  chemische  Re- 
aktion eintreten. 

In  der  folgenden  Tabelle  ist  die  Entzün- 
dungstemperatur mit  der  Dichte  zusammen- 
gestellt: 


Holzkohle 

Lampenruß 

Zuckerkohle 

Retorteukohie 

Dichte 
Entzündungstemperatur 

1,45—1,7 
ca.  300° 

1,78 
370O 

1,8 
ca.  450» 

1,9 — 2 
hoch 

870 


Kolileu8toÜ'gTujj)K'  ( Kdlilonsloif) 


Die  spozifisclu'  Wärme  der  [lolzkohlc  l)ei  vorscIiii'doiuMi  'J\'inperatureii  ist: 

bei  435"  728»  923  1039  1197  1297» 

s  =  0.29«  0.32S  0,358  "i.S'^'-  "537^  Oi3^i 


Ik'i  den  anderen  Modifikationen  der  amorphen  ! 
Kohle  hat  die  spezifisehe  Wärme  natürlich  andere 
Werte  und  zwar  ist  sie  bei  den  dichteren  Arten 
kleiner.  | 

Für  Elektroden  und  Gefäße  wird  besonders 
Retortenkohle  verwendet.  Da  sie  in  ihrer 
ursprünj2;lichen  Form  zu  hart  ist.  um  direkt  i 
verarbeitet  werden  zu  können.  Avird  sie 
gepulvert  mit  Teer  zu  einei-  plastischen 
Masse  verarbeitet,  geformt  und  längere 
Zeit  auf  1200  bis  1400»  erhitzt. 

9.  Kohlenstoff  und  Wasserstoff  9a) 
Allgemeines  und  Stabilität  der 
Kohlenwasserstoffe.  In  den  Verbin- 
dungen mit  Wasserstoff  zeigt  sich  am  deut- 
lichsten die  schon  erwähnte  Eigenschaft  des 
Kohlenstoffs  sich  mit  gleichartigen  Atomen 
zu  langen  Ketten  zu  verbinden.  Es  sollen 
hier  nur  einige  allgemeine  Eigenschaften  der 
ivohlenwasserstoffe  besprochen  werden, 
spezieller  die  niedrigsten  Glieder  Methan, 
Aethj^len  und  Acetylen.  Die  Kohlenwasser- 
stoffe, die  sich  vom  Methan  durch  Ersatz 
eines  oder  mehrerer  Wasserstoffatome  durch 
die  Methylgruppe  CH3  ableiten,  haben  all- 
gemein die  Zusammensetzung  CnHon  +  o 
imd  heißen  gesättigte  Kohlenwasserstoffe. 
Wenn  die  einzelnen  Kohlenstoffatome  in 
einer  einfachen  Kette  angeordnet  sind, 
nennt  man  sie  normal,  z.  B.  normales  Butan 
CHg-CH.j-CHo-CHg,  wenn  die  Kette  verzweigt 
ist,  wird"  zum"  Namen  der  Znsatz  Iso-  gefügt, 
Isobutan  CH3-CH(CH3)-CH3.  Die  Kohlen- 
wasserstoffe der  Aethylenreihe  enthalten  zwei 
Kohlenstoffatome,  die  durch  eine  dojjpelte 
Bindung  verkettet  sind  HoC  =  CHo.  Sie 
haben  allgemein  die  Formel  dHon  und  wer- 
den als  ungesättigte  Kohlenwasserstoffe  be- 
zeichnet, weil  durch  Addition  von  Ho  an 
der  doppelten  Bindung  die  gesättigten  ent- 
stehen können.  Die  Kohlenwasserstoffe  der 
Acetylenreihe  haben  allgemein  die  Zu- 
sammensetzung C„H^„_.,  und  enthalten  eine 
dreifache  Bindung  zwischen  zwei  C-Atomen: 
CH  ~i  CH.  Sie  gehen  durch  Aufnahme  von 
zwei  Wasserstoffmolekülen  in  die  gesättigten 
Kohlenwasserstoffe  über.  Außer  zu  offenen 
Ketten  können  sich  auch  die  Kohlenstoff- 
atome zu  ringförmigen  Gebilden  verketten, 
unter  denen  das  Benzol  der  bekannteste 
Stoff  ist.  Die  Winkel,  in  denen  die  Valenzen 
des  Kohlenstoffs  nach  dem  Tetraedermodell 
zueinander  stehen,  begünstigen  besonders 
die  Bildung  von  o-  und  6  gliedrigen  Ringen. 
Ueber  die  Stabilität  der  verschiedenen 
Kohlenwasserstoffe  kann  man  sich  ein  Bild 
verschaffen,  wenn  man  annimmt,  daß  alle 

Daraus  ergibt  sich  bei     300" 
Prozent  CHj  9(^,90 

Prozent  II ^  3,10 


durch  direkte  Vereinigung  von  Kohlenstoff 
mul  W^asserstoff  gebildet  werden  können. 
J)ie  Vereinigung  hört  bei  Erreichung  eines 
Gleichgewichtszustandes  auf,  der  einen  be- 
stimmten Partialdruck  des  Wasserstoffs  ent- 
spricht. Durch  Anwendung  des  Nernst- 
schen  Wärmetheorems  ergibt  sich  nun,  daß 
der  Gleichgewichtsdruck  des  Wasserstoffs 
bei  der  Entstehung  des  Methans  am  gering- 
sten ist,  daß  also  bei  Gegenwart  von  Kohle 
alle  anderen  Kohlenwasserstoffe  in  Methan 
und  Kohlenstoff  übergehen.  Es  steht  dies 
mit  der  Bildung  immer  kohlenstoffreicherer 
Kohlen  aus  den  Kohlenstoff  und  Wasser- 
stoff enthaltenden  pflanzlichen  und  tierischen 
Stoffen  in  geologischen  Zeiträumen  im  Ein- 
klang und  erklärt  gleichfalls  das  Auftreten 
des  natürlichen  Gruben-  und  Sumpfgases 
Methan. 

9b)  Das  Methan  CH4  ist  der  einfachste 
Kohlenwasserstoff.  P]s  kommt  in  der  Natur 
als  Sumpfgas  im  Schlamm  der  Teiche  und 
Sümpfe  vor,  als  schlagende  Wetter  oder 
Grubengas  in  den  Steinkohlenbergwerken 
und  an  mehreren  Orten  strömt  es  aus  Erd- 
spalten. Die  Ursache  des  natürlichen  Vor- 
kommens ist  vor  allen  Dingen  ein  Fäulnis- 
prozeß organischer  Stoffe,  besonders  der 
Zellulose,  welcher  in  hervorragendem  Maße 
durch  die  Schlammfermente  ausgelöst  wird. 
Der  chemische  Vorgang  bei  der  Zersetzung 
der  Zellulose  ist  wahrscheinlich 

CgHioO,,  +  H.O  =  3  CH3  +  3  CO,,. 
Die  Gegenwart  des  Grubengases  in  den 
Kohlenbergwerken  bildet  eine  stete  Gefahr 
für  den  Betrieb.  P^ine  Probe  enthielt  95,48% 
Methan.  Das  aus  den  Spalten  ausströmende 
Gas  mischt  sich  mit  der  Luft  und  kann  ja 
nach  dem  Mischungsverhältnis  explosive 
oder  nichtexplosive  Gasgemische  geben.  Bei 
Gegenwart  von  ca.  6%  imd  mehr  Grubengas 
ist  das  Arbeiten  in  den  Gruben  gefährlich 
Es  müssen  dann  sehr  gute  Sicherheits- 
lampen verwendet  werden.  Die  Synthese 
des  Methans  aus  Kohlenstoff  und  Wasser- 
stoff führt  besonders  bei  relativ  niederen 
Temperaturen  zu  besserer  Ausbeute  als  bei 
hohen,  da  das  Gleichgewicht  sich  mit 
wachsender  Temperatur  zugunsten  der 
Zersetzungs Produkte  verschiebt.  Die  all- 
gemeine Gleichung  für  die  Abhängigkeit  der 
Gleichgewichtskonstante  von  der  Temperatur 
lautet : 

log  K  =   ^       ■  3,027  log  T    -  0.000G424  T 
+  4,617. 

im      Glei<'h2"e\vicht 


400" 

500" 

6000« 

300° 

800« 

86,16 

''2,53 

31,68 

11,07 

4,41 

13,84 

37,47 

68,32 

88,93 

95,59 

Kohlenstoffgruppe  (Kohlenstoff) 


871 


Die   direkte    Synthese   verläuft   nur   bei 
Anwendung   von   metallischen   Ni   oder   Co  | 
als  Katalysator  mit  meßbarer  Geschwindig- 1 
keit. 

Durch    direkte    Reduktion    des    Kohlen- ; 
oxyds   erhält  man  nach  der   Methode   von ' 
Sabatier    und    Senderens    Methan    und 
Wasser : 

CO  -f  3  Ho  =  CH4  +  HoO 
Aucii  bei  der  Reduktion  anderer  kohlenstoff- 
haltiger Stoffe  entsteht  Methan.  Durch 
Hydrolyse  unter  Mitwirkung  von  Fäulnis- 
bakterien  entsteht  nicht  nur  aus  Zellulose, 
sondern  auch  aus  einfacheren  Stoffen,  z.  B. 
Calciumacetat  Methan 
(C2H302)2Ca  +  2  H2O  =  (COgHläCa  +  2CH3. 

Durch  das  Licht  wird  iVceton  nach  folgender 
Gleichung  hydrolysiert. 

CH3COCH3  +  HoO  =  CH4  +  CH3COOH. 
Die  Bildung  von  Methan  durch  Zersetzung 
einiger  Karbide  ist  schon  erwähnt,  ebenso 
geben  metallorganische  Verbindungen  nach 
folgendem  Schema  den  Kohlenwasserstoff 
Zn(CH3)2  +  HoO  =  2  CH^  +  ZnO 

Methan  ist  ein  farbloses  und  geruchloses 
(ias,  das  bei  Atmosphärendruck  erst  bei  164" 
flüssig  wird.  Unter  80  mm  Druck  wird  das  Methan 
fest  und  bildet  bei  weiterer  Verminderung  des 
Druckes  eine  schneeartige  Masse.  Die  kritischen 
Daten  sind:  tk  =  —81,8,  pk  =  54,9  Atmo- 
sphären. Die  chemische  Konstante  nach  Nernst 
ist  2,5. 

Die  Dichte  des  Gases  ist  bei  0«  0,5576.  1  Liter 
wiegt  unter  Normalbedingungen  0,7260  g.  Die 
mittlere  spezifische  Wärme  ist  zwischen  18  und 
2080  0.5930.  Die  Verbrennungswärme  ist  +  211 900 
cal,  woraus  sich  die  Bildungswärme  (C:  Diamant) 
=  +21750  cal  berechnet.  IMethan  wird  etwas 
von  Wasser  gelöst  und  zwar  beträgt  der  Ab- 
sorptionskoeffizient bei  0«  0,05563,  bei  20« 
0.03308  und  bei  50«  0,02134. 

Bei  hoher  Temperatur  zersetzt  sich  Methan 
in  seine  Bestandteile.  Die  gleiche  Zersetzung 
findet  durch  den  elektrischen  Funken  statt. 
Mit  Sauerstoff  vereinigt  es  sich  unter  Bil- 
dung von  Kohledioxyd  und  Wasser.  Bei 
gewöhnlicher  Temperatur  findet  die  Reak- 
tion nur  unter  Einwirkung  der  elektrischen 
Entladung  statt.  Mit  Ozon  entsteht  langsam 
Formaldehyd  und  Ameisensäure.  Bei  Gegen- 
wart von  "Katalysatoren,  wie  fein  verteilte 
Platinmetalle  und  Gold  findet  die  Ver- 
brennung von  etwa  400"  an  statt.  Die  Bedin- 
gungen für  die  explosive  Vereinigung  von 
Methan  mit  Sauerstoff  sind  besonders  im 
Hinblick  auf  die  Schlagwettergefahr  von 
Wichtigkeit.  Die  Geschwindigkeit  der  Fort- 
pflanzung der  Explosion  in  Röhren  hat  ein 
Maximum  bei  einem  Gehalt  von  12,2% 
Methan  im  Luftgemisch.  Zur  Sicherung 
gegen  die  Explosionsgefahr  bedienen  sich  die 
Bergleute  in  nicht  elektrisch  erleuchteten 
Kohlengruben    der    von    Davv    erfundenen 


Sicherheitslampe.  Sie  besteht  aus  einer 
gewöhnlichen  Oeliampe,  die  von  einem  fein- 
maschigen Drahtgeflecht  umgeben  ist.  Be- 
Gegenwart schlagender  Wetter  finden  inner- 
halb des  Drahtgeflechts  Explosionen  statt. 
Diese  pflanzen  sich  jedoch  nicht  nach  außen 
fort.  Schon  bei  geringem  Methangehalt  der 
Grubenluft  deutet  eine  blaue  Aureole  um 
die  Flamme  der  Sicherheitslampe  auf  die 
Schlagwettergefahr  hin.  Noch  sicherer  und 
ungefährlicher  werden  Schlagwetter  durch 
einen  akustischen  Alarnuxpparat,  die  Gruben- 
pfeife, angezeigt.  Diese  wird  mit  der  bei 
Gegenwart  von  Methan  spezifisch  leichteren 
Grubenluft  angeblasen  und  ergibt  dann 
einen  anderen  Ton  als  eine  gleichzeitig 
mit  reiner  Luft  angeblasenen  Pfeife.  Deut- 
lich hörbare  Schwebungen  zeigen  die  Ge- 
fahr an. 

Ebenso  wie  mit  Sauerstoff  gibt  Methan 
auch  mit  Stickoxyd  ein  explosives  Gemenge. 
Chlor  wirkt  auf  Siethan  und  die  homologen 
Kohlenwasserstoffe  substituierend  ein  unter 
Chlorw'asserstoffbildung.  Die  Reaktion  ver- 
läuft bei  gewöhnlicher  Temperatur  nur  im 
Licht  mit  merklicher  Geschwindigkeit.  Im 
Sonnenlicht  sogar  explosionsartig. 

Methan  gibt  keine  charakteristischen  Re- 
aktionen. Es  wird  quantitativ  durch  Verbren- 
nung mit  Sauerstoff  bestimmt.  Die  gebildete 
Menge  Ivohlendioxyd  und  Wasser  wird  entweder 
gasvolumetrisch  öder  gewichtsanalytisch  er- 
mittelt. 

Aethylen  kommt  in  der  Natur  nicht 
vor.  Es  entsteht  durch  Austritt  von  einem 
Wasserstoffmolekiil  aus  Aethan  CH3— CH3 
=  C2H4  +  H.,.  Diese  Reaktion  tritt  aber 
erst 'bei  erhöhter  Temperatur  ein.  Bei 
gewöhnlicher  Temperatur  kann  mau  so 
verfahren,  daß  man  den  Substitutionspro- 
dukten der  gesättigten  Kohlenwasserstoffe, 
den  Alkoholen,  den  mono-  und  disubsti- 
tuierten  Halogenderivaten,  und  den  Säure- 
estern Gelegenheit  gibt,  Wasser,  Halogen, 
Säuren  abzuspalten.  Um  den  Alkoholen 
Wasser  zu  entziehen  bedient  man  sich  des 
Chlorzinks,  des  Phosphorpentoxyds  und  der 
konzentrierten  Schwefelsäure, 

Das  Aethylen  ist  bei  gewöhnlicher  Tempe- 
ratur ein  farbloses  Gas,  welches  sich  bei  0«  und 
40,2  Atmosphären  zur  Flüssigkeit  kondensieren 
läßt.  Es  erstarrt  bei  —181,4«  zu  einer  kristalli- 
nischen :\Iasse.  Bei  Atmosphärendruck  ist  der 
Siedepunkt  —103«.  bei  niederen  Drucken  viel 
tiefer.  Verflüssigtes  Aethylen,  das  unter  ver- 
mindertem Druck  siedet,  ist" daher  zur  Erzeugung 
tiefer  Temperaturen  geeignet.  Die  kritische 
Temperatur  ist  +  10«,  der  kritische  Druck  51,7 
Atmosphären.  Die  chemische  Konstante  ist 
=  2,8.  Die  Dichte  des  C.,H4  ist  unter  Normal- 
bedingungen =  0,9852.  1  Liter  Aethylen  wiegt 
1,2520  g.  Die  spezifische  Wärme  beträgt  zwischen 
10  und  220«  0,4040.  Die  Verbrennungswärmc 
333300  cal    und  die  Bildungswärme  —7200  cal. 


S!72 


Kolilenstoffgruppe  ( Kolilenstof f ) 


Der  Absorptionskoeffizient  des  Aethylens  durch 
Wasser  ist  bei  0°  0.226.  bei  15«  0.139  und  bei 
300  0,098. 

Die  Zersetzung'  des  Aethylens  in  seine 
Bestandteile  findet  nicht  so  glatt  statt, 
wie  beim  Methan.  Als  ungesättigter  Körper 
polymerisiert  es  sich  leicht  bei  erhöhter 
Temperatur.  Beim  Durchleiten  durch  eine 
rotglühendes  Kehr  entsteht  neben  Kohlen- 
stoff und  Wasserstoff  CH^,  CoHg,  C3H3, 
C4H3,  C4He,  Benzol,  Naphthalin  und  Antra- 
cen.  Der  leichte  Zerfall  des  Aethylens  in  der 
Hitze  in  andere  Kohlenwasserstoffe  und 
Kohlenstoff  ist  die  Ursache  für  die  stark 
leuchtende  Flamme  bei  der  Verbrennung. 
Die  fein  verteilte  fest  ausgeschiedene  Kohle 
wird  durch  die  Temperatur  der  brennenden 
Gase  zum  intensiven  Glühen  gebracht.  Bei 
Gegenwart  der  genügenden  Menge  Sauer- 
stoff erfolgt  die  Verbrennung  des  Aethylens 
explosionsartig.  — ■  Als  ungesättigte  Ver- 
bindung geht  das  Aethylen  unter  Wasser- 
stoffaufnahme leicht  in  Aethan  über.  Mit 
den  Halogenen  verbindet  es  sich  sehr  leicht 
unter  Wärmeentwickelung.  Der  Uebergang 
des  Gases  in  eine  schwere  Flüssigkeit  mit 
Brom  hat  ihm  den  Namen  ,, Ölbildendes  Gas" 
eingetragen.  Mit  anorganischen  Schwer- 
metallsalzen (Fe,  Hg,  Pt,  Ir)  verbindet  sich 
Aethylen  zu  komplexen  Doppelverbindungen. 

Aethylen  unterscheidet  sich  dadurch  von  den 
gesättigten  Kohlenwasserstoffen,  daß  es  von 
rauchender  Schwefelsäure  rasch  absorbiert  wird. 
Hierauf  ist  auch  diegasvolumetrische  Bestimmung 
begründet. 

Acetylen.  Das  Acetylen  ist  der  ein- 
fachste Vertreter  der  Kohlenwasserstoffe 
von  der  Zusammensetzung  CnHgn— o.  Es 
hat  die  Formel  C2H2  und  die  Konstitution 
HC  =  CH.  Bei  gewöhnlicher  Temperatur 
ist  es  sehr  unbeständig  und  kommt  daher 
in  der  Natur  nicht  frei  vor.  Als  endother- 
raische  Verbindung  wird  jedoch  seine  Be- 
ständigkeit mit  steigender  Temperatur  immer 
größer  und  man  kann  das  Gas  daher  bei 
den  hohen  Temperaturen  des  elektrischen 
Ofens  durch  Ueberleiten  von  Wasserstoff 
über  Kohle  erhalten.  Außerdem  entsteht 
es  bei  der  Zersetzung  organischer  Stoffe, 
wie  Alkohol  in  glühenden  Röhren  und  bei 
der  Einwirkung  des  elektrischen  Funken  auf 
andere  Kohlenwasserstoffe.  Acetylen  bildet 
sich  außerdem  bei  der  unvollständigen  Ver- 
brennung der  Kohlenwasserstoffe.  Daher 
tritt  beim  Zurückschlagen  eines  Bunsen- 
brenners der  Geruch  von  Acetylen  auf. 
Es  bildet  sich  durch  Entziehung  von  Halogen 
oder  Halogenwasserstoffsäuren  aus  Halogen- 
subs^tituierten  Kohlenwasserstoffen.  Die 
wichtigste  heute  ausschließlich  benutzte  Dar- 
stellungsmethode des  Acetylcns  ist  die  Zer- 
setzung des  Calciumkarbids  durch  Wasser. 
CaC,  +  HoO  =  CaO  +  CoH., 


Hierzu  wird  das  in  elektrischen  Oefen 
technisch  gewonnene  Calciumkarbid  in  ge- 
eigneten Generatoren  durch  einen  je  nach 
dem  Verbrauch  des  Gases  geregelten  Wasser- 
zufluß zersetzt.  Ein  Aufbewahren  und  Kom- 
primieren des  Gases  ist  wegen  der  Explosions- 
gefahr nicht  möglich  und  gesetzlich  ver- 
boten. 

Die  Hauptverwendung  des  Acetylens 
in  der  Technik  ist  durch  die  hohe  Leucht- 
kraft seiner  Flamme  bedingt.  Wenn  das 
Gas  aus  einem  weiten  Rohr  austretend 
brennt,  entsteht  eine  große  stark  rußende 
Flamme  und  die  Brenneröffnung  bedeckt 
sich  mit  Kohle.  Durch  geeignete  Brenner 
läßt  sich  dieser  Uebelstand  vermeiden.  Die- 
selben sind  so  konstruiert,  daß  mehrere 
Gasstrahlen  mit  großer  Geschwindigkeit 
aus  engen  Brenneröffnungen  gegeneinander 
strömen  und  sich  bei  der  Vereinigung  hem- 
men. An  dieser  Stelle  entsteht  bei  der  Ent- 
zündung eine  breite  ruhige  Flamme  des  in 
ausreichender  Weise  mit  Luft  gemischten 
Gases,  das  wegen  der  großen  Strömungs- 
geschwindigkeit nicht  nach  der  Brenner- 
öffnung zurückschlagen  kann,  welche  da- 
her nicht  durch  Kohle  verstopft  wird. 
Die  Eigentümlichkeit  der  Herstellung  des 
Gases  macht  die  Verwendung  für  kleine  An- 
lagen in  einzeln  stehenden  Häusern  und  für 
transportable  Gasbeleuchtung  in  Fahrzeug- 
laternen besonders  geeignet. 

Acetylen  ist  im  reinen  Zustand  ein  farbloses 
und  geruchloses  Gas,  welches  sich  bei  0**  schon 
unter  26  Atmosphären  Druck  zu  einer  Flüssigkeit 
kondensieren  läßt.  Beim  Schmelzpunkt  — 81" 
ist  der  Dampfdruck  1,25  Atmosphären,  so  daß 
bei  gewöhnlichem  Atmosphärendruck  nur  festes 
Acetylen  beständig  ist.  Sublimationstemperatur 
— 82,5".  Acetylen,  Kohlendioxyd  und  Siiicium- 
fluorid  sind  die  einzigen  Verbinclungen  mit  dieser 
Eigenschaft.  Beim  Acetylen  liegen  die  beiden 
Punkte  so  nahe  beieinander,  daß  man  in  einem 
Rohr  mit  festem  C2H2  dieses  durch  Verschließen 
mit  dem  Finger  schmelzen  und  durch  Wieder- 
öffnen erstarren  lassen  kann.  Die  kritische 
Temperatur  ist  +36,5"  und  der  ki-i tische  Druck 
61,6  Atmosphären.  Die  chemische  Konstante 
nach  Nernst  ist  3,2.  Die  Dichte  des  Acetylens 
ist  unter  Normalbedingungen  0,92.  1  Liter 
des  Gases  wiegt  1,1620.  Die  spezifische  Wärme 
des  flüssigen  Acetylens  hat  bei  ■ — 75"  den  außer- 
ordentlich  hohen   Wert   1,05.      Der   Ausdruck 


k 


Cp 
Cv 


für  das  Gas  ist  1.26.     Die  molekulare 


Verdampfungswärme  beträgt  für  flüssiges  Ace- 
tylen 5080  cal  und  für  festes  5490  cal.  Die 
Schmelzwärme  ergibt  sich  daher  aus  der  Diffe- 
renz dieser  beiden  Werte  =  410  cal,  während 
direkt  910  cal  beobachtet  wurden.  Die  Ver- 
brennungswärme beträgt  nach  Thomson  310000 
cal,  woraus  sich  die  Bildungswärme  — 48200  cal 
berechnet.  —  Acetylen  wird  von  Wasser  ziemlich 
reichlich  aufgenommen.  Der  Absorptions 
koeffizient  ist  bei  0"  1,73,  bei  10"  1,31,  bei  20 
1,03,  beiSO"  0.84.  Von  organischen  Lösungsmitteln 


KohlenstüffgTuppe  (Kohlenstoff) 


873 


wird  Acetylen  sehr  viel  stärker  gelöst  als  von 
Wasser.  Aceton  löst  bei  gewöhnlichem  Druck 
bei  Ib"  das  25 fache  seines  Volumens  an  Acetylen 
und  bei  12  Atmosphären  d;is  300  fache.  Bei 
—80«  wird  das  2000  bis  2500  fache  seines  Vo- 
lumens aufgenommen,  das  sich  dabei  um  das 
4  bis  Stäche  vergrößert.  In  einer  Acetonlösung 
lassen  sich  120  g  CH^  im  Liter  sicher  aufbewahren. 

Mit  der  Tatsache,  daß  Acetylen  eine  endo- 
thermische  Verbindung  ist,  steht  seine 
Zersetzlichkeit  bei  tiefer  Temperatur,  die 
sich  bis  zur  Explosion  steigern  kann,  im 
Einklang.  Die  Gefahr  wird  durch  Ver- 
größerung des  Druckes  verstärkt.  Bei 
gewöhnlichem  Druck  ist  das  Gas  weder 
durch  eine  Flamme  noch  durch  Knallqueck- 
silber zur  Explosion  zu  bringen.  In  einer 
geschlossenen  Stahlbombe  genügt  für  die 
letzte  Zündungsart  schon  ein  Ueberdruck 
von  17  cm  Hg.  In  engen  Röhren  und  in 
Gemischen  mit  anderen  Gasen  ist  die  Explo- 
sionsdruckgrenze höher.  Bei  der  Zersetzung 
scheidet  sich  der  Kohlenstoff  in  einer  sehr 
fein  verteilten  Form  als  Ruß  ab.  Acetylen 
hat  die  Eigenschaft  sich  zu  höher  molekularen 
Kohlenwasserstoffen  zu  polymerisieren.  Hier- 
bei können  besonders  bei  höheren  Tempe- 
raturen die  aromatischen  Kohlenwasser- 
stoffe Benzol,  Styrol,  Naphtlialin  und  Reten 
nachgewiesen  werden. 

Wasserstoff  und  die  Halogene  werden 
von  dem  Acetylen  als  ungesättigter  Ver- 
bindung leicht  unter  Bildung  der  entsprechen- 
den Verbindungen  addiert.  Wasser  wird 
unter  Bildung  von  Methylalkohol  an- 
gelagert. 

Die  Flamme,  welche  Acetylen  bei  der  Ver- 
brennung liefert,  ist  besonders  hellweiß  und 
das  Licht  enthält  mehr  blaue  und  violette 
Strahlen  als  das  gewöhnliche  Leuchtgas. 
Die  Temperatur  der  Acetylenflamme  ist  nach  ; 
thermoelektrischen  Messungen  etwa  1900*^, 
während  die  optischen  Messungen  2900**  er-  j 
gaben.  Die  Flamme  wird  bei  Ersatz  der  \ 
Luft  durch  Sauerstoff  bedeutend  heißer  und 
mit  einem  Acetylensauerstoffgebläse  können 
außerordentlich  hohe  Temperaturen  erhalten 
werden.  Auf  Grund  chemischer  Temperatur- 
bestimmungen wurden  dafür  2700°  berechnet. 
Die  Intensität  der  x\cetj^lenflamme  steht 
mit  der  hohen  Verbrennungswärme  und  der 
feinen  Verteilung  des  glühenden  Kohlenstoffs 
im  Zusammenhang.  Sie  ist  bei  gleichem 
Gasverbrauch  20  mal  größer  als  bei  einer 
gewöhnlichen  Leuchtgasflamme  und  6  mal 
größer  als  bei  Gasglühlicht.  Von  der  Gesamt- 
strahlungsenergie der  Flamme  werden  10,5% 
in  Form  von  Licht  verwertet  und  von  der 
gesamten  Verbrennungsenergie  2,36  °o,  die 
Lichtausbeute  ist  also  eine  sehr  gute.  Die 
Entzündungstemperatur  explosiver  Acetylen- 
luftgemenge  liegt  bei  ca.  510''. 

Die  Reduktionsenergie  des  Acetylens  ist 


sehr  groß.  So  wird  bei  Entzündung  eines 
Gemisches  von  Acetylen  mit  Kohlenoxyd 
oder  Kohlendioxyd  freier  Kohlenstoff  und 
I  Wasser  gebildet.  Hiermit  steht  es  im  Zu- 
I  sammenhang,  daß  Acetylen  durch  Oxyda- 
I  tionsmittel  momentan  oxydiert  wird.  "  So 
I  entsteht  mit  Permanganat  Oxalsäure  und 
i  Kohlensäure. 

Das  Acetylen  kann  in  wässeriger  Lösung 
als  schwache  Säure  aufgefaßt  werden  und 
die  Karbide,  die  sich  beim  Einleiten  des 
:  Gases  in  MetaUsalzlösungen  bilden  als  Salze 
dieser  Säure.  Es  liefern  unlösliche  Nieder- 
schläge in  sauerer  Lösung:  Gold  und  Osmium- 
salze (als  Metall),  Palladium,  Silber  und 
Quecksilbersalze  (als  Karbide),  inammoniaka- 
lischer  Lösung  die  Salze  des  Silbers  und 
Kupfers.  Letztere  fallen  als  explosive 
Niederschläge.  Keine  Fällungen  geben 
die  Salze  der  Thalliums,  Cadimum,  Platin. 
Iridium,  Rhodium  und  in  alkalischer  Lösung 
Blei. 

Der  empfindlichste  Nachweis  ist  die 
Entstehung  eines  roten  Niederschlags  mit 
Cuprosalzlösungen.  Zur  quantitativen  Be- 
stimmung löst  man  diesen  in  Säuren  und 
bestimmt  das  Kupfer. 
'  9c)  Leuchtgas.  Bei  der  trockenen 
Destillation  der  Steinkohlen  erhält  man 
verschiedene  flüssige  und  gasförmige  Pro- 
dukte, während  Koks  und  Retortenkohle 
zurückbleiben.  Die  Gase,  welche  aus  einem 
Gemisch  von  Wasserstoff,  Kohlenoxyd  und 
Kohlenwasserstoffen  bestehen,  werden  unter 
dem  Namen  Leuchtgas  zusammengefaßt. 
Die  weniger  flüchtigen  Anteile,  welche  sich 
bei  Kühlung  in  Vorlagen  verdichten,  sind 
der  Steinkohlenteer  und  das  Gaswasser.  Der 
Steinkohlenteer  ist  ein  Gemenge  von  ver- 
schiedenen Kohlenwasserstoffen  und  deren 
Derivaten,  unter  denen  besonders  die  aroma- 
tischen Verbindungen  vorherrschen.  Er 
ist  für  die  chemische  Industrie  der  organi- 
schen Substanzen  von  der  größten  Bedeu- 
tung. Das  Gaswasser  ist  im  wesentlichen 
als  eine  wässerige  Lösung  von  Ammonium- 
salzen zu  betrachten  und  bildet  die  Haupt- 
quelle für  diese  und  Ammoniak. 

Die  Zusammensetzung  des  Leuchtgases 
ist  je  nach  der  Art  der  Kohlen  und  der 
Temperatur  bei  der  Destillation  eine  ver- 
schiedene. Die  Hauptbestandteile  eines 
guten  Leuchtgases  sind  49  Vol  Prozent 
Wasserstoff,  34%  Methan,  8%  Kohlenoxyd, 
4%  schwere  Kohlenwasserstoffe,  1*^0  Kohlen- 
dioxyd und  4^0  Stickstoff. 

Die  moderne  Leuchtgasfabrikation  geschieht 
durch  Destillation  der  Kohlen  in  zylindrischer 
Schamottenretorten,  die  zu  5  bis  9  Stück  in 
einen  gemeinsamen  Ofen  eingemauert  sind. 
Zum  Heizen  dient  Generator-  oder  Wassergas, 
welches  in  einem  neben  oder  unter  den  Retorten- 
öfen  befindlichen    Gaserzeuger   aus   einem   Teil 


874 


KoIüenstoffgriiii|K'  ( Koldenstoff) 


des  gewomii'ncii  Koks  hergestellt  wird.  Um  die 
wertvollen  schweren  Kohlenwasserstoffe  mög- 
lichst vollständig  zu  gewinnen,  werden  die 
Gaseaus  den  l^etorten  schnell  abgesaugt. 
Trotzdem  findet  durch  ihre  Zersetzung  an  den 
Wänden  eine  starke  .Vbscheidung  vou  Ketnrten- 
kohle  statt.  Ans  den  i^etorten  gelangt  das  (ias 
in  Ivojidensatoren,  in  denen  durch  Luft  oder 
Wasserkühlung  der  Teer  kondensiert  wird. 
Uann  wird  in  Wäschern  und  Skrul)beni  durch 
Einspritzen  \on  Wasser  Ammoniak.  Kohlen- 
säure, etwas  Schwefel-,  Cyan-  und  Hhodan- 
wasserstoff  niedergeschlagen.  Zur  trockenen 
Reinigung  streicht  jetzt  das  Gas  über  in  eisernen 
Kästen  befindliche  Lamingsche  oder  Luxsche 
Masse,  weicht  durch  ihren  Eisengehalt  den 
Schwefelwasserstoff  zurückhält  nnd  Ammoniak 
und  Klausäure  zersetzt,  l^^twa  noch  \orhandener 
Schwefelkohlenstoff  wird  durch  gelöschten  Kalk 
zurückgehalten.  Das  Aufsammeln  des  Leucht- 
gases geschieht  in  großen  Glocken,  Gasometern 
von  10000  bis  100000  cbm  Inhalt,  die  über 
Wasser  schwimmen. 

Das  T^euchtgas  wird  besonders  zur  Be- 
leuchtung verwendet.  Die  Lichtemission  wird 
durch  das  Glühen  der  aus  den  schweren 
Kohlenwasserstoffen  abgeschiedenen  Kohle- 
teilchen bewirkt.  Die  Farbe  der  Flamme  ist 
gelblich.  Es  findet  eine  Verbesserung  der 
Lichtausbeute  statt,  wenn  mau  von  eii^- 
fachen  Lochbrennern  zu  Schnittbrennern, 
in   denen   die  Flamme  fächerförmig   ausge- 


breitet wird  uiul  zu  dem  in  einem  Zylinder 
breiinoudeii  Argaudbrenner  übergeht.  In 
diesem  brennt  das  Gas  aus  vielen  in  einem 
Kreis  angeordneten  Löchern.  Ein  anderer 
Weg,  eine  heller  leuchtende  Flamme  zu  er- 
halten, besteht  in  einer  Karburierung  des 
Gases  durcli  Ueberleiten  über  Benzol  oder 
Zumischen  von  Acetylen.  Erst  durch  die 
Erfindung  des  Gasglühlichtes  wurde  die 
Lichtausbeute  des  Leuchtgases  bei  gleichem 
Gasverbrauch  gegen  die  offene  Gasflamme 
um  das  10-fache  gesteigert.  Besonders 
durch  die  Konstruktion  des  hängenden 
Glühlichtes,  welches  nach  unten  keinerlei 
Schatten  des  Brenners  wirft,  konnte  die 
Gasbeleuchtung  mit  Erfolg  in  Konkurrenz 
mit  der  elektrischen  Beleuchtung  treten. 
Zur  Verwendung  in  Gasglühlichtbrennern, 
muß  das  Leuchtgas  entleuchtet  werden, 
die  Gegenwart  von  schweren  kohleabschei- 
denden Kohlenwasserstoffen  ist  also  nicht 
günstig.  Für  diese  Zwecke  können  aber 
auch  andere  billigere  oder  unter  Umständen 
bequemere  Brennstoffe,  wie  Wassergas. 
Generatorgas,  und  die  vergasten  flüssigen 
Brennstoffe  Spiritus  und  Petroleum  ver- 
wendet werden.  In  der  folgenden  Tabelle 
sind  einige  Lichtquellen  zum  Vergleich  zu- 
sammengestellt: 


Lichtquelle 

Kerzenstärke 

1  Kerzer 
verbraucht 

1  stunde 

kostet 

1  Brennstunde 
kostet 

Leuchtgas  Schnittbrenner 

20 

13,3  L.Gas 

0,21     PS. 

4,2  PS. 

,,          Argandbrenner 

20 

10,0       ,, 

0,16       ,, 

3,2     „ 

,,          Regenerativbrenner 

HO 

3,7       „ 

0,06       ,, 

ö,5      „ 

gew.  Auerlicht 

8o 

1-5 

0,024     ,, 

1,9      „ 

häng.  Auerlicht 

So 

1,1 

0,018     ,, 

1,5      „ 

Spiritusglühlicht 

Go 

25  Spiritus 

o;o7       ,, 

4,3      „ 

Acetylenlicht 

25 

0,1  L.  CoHo 

0,11 

2,7       ,- 

Petroleumlicht 

25 

33  Petr. 

0,07       ,, 

1,8      „ 

elektr.  Kohlenfadenglühlampe 

25 

3,2  Watt 

0,13 

3,1      „ 

Wolframlampe 

50 

1,1      ,, 

0,05 

2,2      ,, 

Bogenlicht 

1500 

0.3      ,, 

0.012     ,, 

18 

Außer  zur  Beleuchtung  wird  das  Leucht- 
gas zur  Heizung  und  durch  seine  Fähig- 
keit mit  Luft  explosive  Gemische  zu  bilden, 
in  den  Gasmaschinen  zur  Kraftgewinnung  ver- 
wendet (vgl.  auchdeuArtikel,, Leuchtgas"). 

gd)  Flamme.  Wenn  eine  chemische 
Reaktion  zwischen  gasförmigen  Stoffen 
schnell  unter  starker  Wärmeentwicklung  und 
Lichtemission  vor  sich  geht,  so  nennt  man 
diese  Erscheinung  eine  Flamme.  Die  bei 
dieser  Definition  ausgesprochene  Beschrän- 
kung auf  gasförmige  reagierende  Stoffe  ist 
wichtig,  denn  ein  fester  Körper,  der  mit 
einem  anderen  unter  starker  Wärmeentwicke- 
lung reagiert,  kann  ins  Glühen  geraten,  eine 
Flammenerscheinung  tritt  jedoch  dabei  nicht 
auf.      Beispiele    für    derartige    Giülierschei- 


nungen  sind  die  Verbrennung  der  festen 
Kohle  zu  Kohlenoxyd  und  die  Vereinigung 
fein  verteilten  Antimons  mit  Chlor.  Bei- 
spiele für  wahre  Flammen  sind  die  Verbren- 
nungen der  gasförmigen  Brennstoffe  und  die 
Vereinigung  von  Pluor  mit  Wasserstoff. 
Wenn  scheinbar  feste  Stoffe  mit  Flamme 
verbrennen,  so  hat  dies  stets  seinen  Grund 
darin,  daß  intermediär  sich  gas-  oder  dampf- 
förmige Produkte  bilden,  welche  dann  unter 
Flammenerscheinung  reagieren.  So  entstehen 
die  bei  der  Verbrennung  der  Kohle  auf- 
tretenden blauen  Flammen  durch  die  Ver- 
brennung des  Kohlenoxyds  zu  Kohlendioxyd. 
Die  Verbrennung  des  Schwefels,  Phosphors, 
Magnesiums  entspricht  der  Reaktion  zwischen 
Sauerstoff  und  den  entsprechenden  Dämpfen. 


KolüenstoffgTuppe  (Kohlenstoff) 


875 


die  durch  die  Reaktionswärme  des  einmal 
(hirch  die  Entzündiuifj;  eingeleiteten  Vor- 
gangs stets  nachgeliefert  werde.  In  dem 
Dochte  der  Kerzen  erfolgt  die  tiaserzeugung 
und  die  Verbrennung  gleichzeitig. 

Wenn  Leuchtgas  aus  einer  kreisförmigen 
Oeffnung  verbrennt,  so  besteht  die  Flamme 
aus  drei  deutlich  voneinander  getrennten 
Zonen.  Im  Innern  befindet  sich  ein  dunkler 
Kern,  in  dem  die  (iase  wegen  Sauerstoff- 
mangel zum  größten  Teil  unverändert  vor- 
handen sind.  Diesen  umgibt  ein  leuchtender 
Kegelmantel,  in  welche  die  partielle  Ver- 
einigung der  Gase  vor  sich  geht.  In  diesem 
Teil  findet  die  Zersetzung  der  ungesättigten 
und  Benzolkohlenwasserstoffe  unter  Ab- 
scheidung von  festem  Kohlenstoff  durch  die 
Hitze  der  Verbrennung  statt.  Der  Kohlen- 
stoff gerät  ins  Glühen  und  bewirkt  das 
Leuchten  der  Flamme.  In  einem  äußeren 
schwach  leuchtenden  Kegelmantel  findet 
schließlich  die  vollständige  Verbrennung 
zu  Kohlendioxyd  statt.  Zur  Verwendung 
in  den  Glasgülilichtbrennern,  bei  denen  die 
Strahlungsübertragung  nicht  durch  das  Glühen 
des  festen  Kohlenstoffs,  sondern  durch  die 
viel  ökonomischer  wirkenden  (iemische  von 
Thoroxyd  mit  geringen  Mengen  Ceroxyd 
geschieht,  ist  es  wichtig,  die  Flamme  nicht- 
leuchtend zu  machen.  Damit  ist  gleichzeitig 
ein  Gewinn  an  Wärmeenergie  verbunden, 
der  sonst  durch  die  Strahlung  des  schwarzen 
Kohlenstoffs  verloren  ginge.  Am  einfachsten 
ist  dies  durch  eine  Zumischung  von  Luft 
zu  dem  Gase  zu  erreichen,  so  daß  die  Ab- 
scheidung der  festen  Kohle,  welche  ja  einer 


unvollständigen  Verbrennung  entspricht,  ver- 
mieden wird.  Ein  hierzu  dienender  Brenner 
wurde  im  Jahre  1855  von  Bunsen  erfunden. 
Das  Gas  tritt  durch  eine  enge  Spitze  in  eine 
weite  Röhre  ein,  in  welcher  es  sich  mit 
gleichzeitig  eingesaugter  Luft  mischen  kann. 
Am  anderen  Ende  der  weiten  Röhre  wird 
das  (lasgemisch  entzündet,  und  verbrennt 
dort  mit  einer  bläulichen  heißen  nichtleuch- 
tenden Flamme.  Dieser  Bunsenbrenner 
wird  in  allen  Fällen  verwendet,  wo  Leucht- 
gas zu  Heizzwecken  in  irgendeiner  Weise 
gebraucht  werden  soll.  lieber  die  Gas- 
zusammensetzung und  die  Temperature)i 
in  den  einzelnen  Teilen  der  Bunsenflamme 
sind  wir  jetzt  gut  unterrichtet,  besonders 
nachdem  es  gelungen  ist,  die  Flamme  zu 
spalten  und  aus  dem  inneren  Teil  die  (iase 
zur  Untersuchung  abzusaugen.  Es  ergab 
sich  dadurch,  daß  im  Innern  der  Flamme 
keine  eigentliche  Verbrennung  stattfindet, 
daß  vielmehr  die  brennbaren  Gase  neben 
ihren  Verbrennungsprodukten  im  Verhältnis 
des  Wassergasgleichgewichts  zugegen  sind. 
Dieser  Teil  wird  von  zwei  Zonen  begrenzt, 
in  denen  die  eigentliche  Verbrennung  vor 
sich  geht.  Im  Innern  der  Flamme,  wo  Sauer- 
stoffmangel herrscht,  wirkt  die  Bunsenflamme 
chemisch  reduzierend,  im  äußeren  Saum 
in  Berührung  mit  der  Atmosphäre  oxydierend, 
was  für  chemisch  analytische  Zwecke  aus- 
genutzt wird.  In  der  folgenden  Tabelle  sind 
einige  Flammen tem])eraturen,  welche  auf 
verschiedene  Weise  bestimmt  worden  sind, 
zusammengestellt. 


Bunsenfhimme  (Leuchtgas)  volle  Luftzufuhr        1S71" 

halbe         .,  1813" 

(Tebläselampe  ..  (Sauerstoff)  2200*' 

(Wasserstoff)  ,,  2420" 

fiiinscnflnmme  (Acetvlen)  2548« 

(Alkohol)  18260 

(Alkohol  -r  50 '\,  Benzin)  2053« 

Wasserstoff  (frei  brennend)  1900" 

Alkohol  „  ,,  1705» 


In  einer  Bunsenflamme  brennt  ein  explo- 
sives Gasgemisch,  welches  aus  einer  Oeff- 
nung zuströmt.  Die  Form  der  Flammen- 
kegelmäntel ist  dadurch  gegeben,  daß  in 
ihnen  die  Geschwindigkeit  des  ausströmenden 
Gemisches  gleich  der  Fortpflanzung  der 
Explosion  nach  innen  ist.  Es  findet  in  diesen 
Zonen  eine  ,, stehende  Explosion"  statt. 
Wenn  man  die  Gas-Luftzufuhr  immer  lang- 
samer werden  läßt,  nähert  sich  der  Flammen- 
kegel immei-  mehr  der  Brenneröffnung  und 
kann  bei  geeignet  kleiner  Strömungsgeschwin- 
digkeit in  den  Brenner  hereinschlagen.  Man 
kann  die  Explosionsgeschwindigkeit  ver- 
ringern und  das  Hineinschlagen  in  die  Brenner- 
röhre verhindern,  indem  man  auf  die  Brenner- 
öffnunc     ein     dünnes    Drahtgeflecht    legt. 


Dieses  leitet  die  Wärme  schnell  nach  außen 
ab  und  bewirkt  so  eine  Abkühlung  der 
Flamme.  Dies  ist  auch  der  Grund,  warum 
die  Explosionen  explosiver  Grubengas-Luft- 
mischungen an  dem  Drahtmantel  der  Davy  • 
scheu  Sicherheitslampe  zum  Stillstand 
kommen,  so  daß  eine  Explosion  in  dem 
Außengas  verhindert  wird. 

10.  Kohlenstoff  und  Halogene.  Die 
Verbindungen  der  Halogene  mit  Kohlenstoff 
sind  nur  in  den  seltensten  Fällen  direkt  durch 
die  Vereinigung  der  beiden  Komponenten 
erhalten  worden.  Meistens  bilden  sie  sich 
durch  Reaktion  der  Halogene  mit  Kohlen- 
stoffverbindungen und  zwar  speziell  mit 
Kohlenwasserstoffen.  Es  sind  ziemlich 
indifferente    Substanzen,     welche     meistens 


876 


Kohlenstoffgrui  )pe  ( K olilen Stoff ) 


einen  aromatischen  Genicli  liaben.  Die  Einfüliruiit,^  der  verschiedenen  Halogene  mit 
Substitution  der  Wasserstofl'atome  des  wachseiulen  Atomf^c wicht  ist  bei  diesen 
Methans  kann  zu  einfach  oder  mehrfach :  Verbindujiü;en  besonders  deutlich.  Diese 
halogenisierten  Methanen  führen.  Die  all-  Beziehungen  sind  in  der  folgenden  Tabelle 
mähliche  Veränderung  der  Eigenschaften ,  zusammengestellt: 
durch  zunehmende  Substitution  und  durch  1 


Fluor 

• 

Chlor 

Urem 

Jod 

. 

n:  ^^ 

1      -4-i> 

-^ 

N  _^ 

,  ^ 

■1 

_i  ^ 

.  -^^ 

^ 

i 

0 

'Zi  ^ 

0    2 

-r 

s-s 

—  -^ 

" 

~ 

S-S 

Q 

1  -5^ 

X    C^ 

" 

JZ  "" 

:/:  c 

^ 

v:   "" 

v:  c- 

^ 

r.  "~" 

•71  c- 

OHoX 

_^ 

__ 

-7«" 

0,952 

—103,0 

~^i,7 

1,732  i 

__ 

4.5" 

2,334 

-4" 

42,«" 

CH2X., 

— 

— 

— 

1.37« 



41,6» 

2,493 



98.5" 

3,339 

+  4» 

180« 

CHX„ 

— 

— 

— 

1,526 

— 60.3 

61,3" 

2,834 

+  90 

146» 

4,ooS 

1190 

— 

CX, 

— 

-  — 

-15" 

1,595 

-23,8 

76,7» 

3.42 

92,5" 

189,5" 

4,32 

— 

— 

Tetrafluorkohlenstoff.  Die  Affinität 
zwischen  Ivohlenstoff  und  Fluor  ist  so  groß, 
daß  sich  beide  Elemente  direkt  vereinigen. 
Außerdem  bildet  es  sich  durch  Einwirkung  des 
Fluors  auf  alle  anderen  halogensubstituierten 
Methanderivate.  Es  ist  ein  Gas,  daß  Glas  unter 
Entwickelung  von  Kohlensäure  angreift. 

Tetrachlorkohlenstoff  bildet  sich  aus 
sehr  vielen  Kohlenstoffverbindungen  mit  Chlor 
bei  Gegenwart  von  Chlorüberträgern.  Technisch 
wird  die  Verbindung  aus  Schwefelkohlenstoff 
mit  Chlor  bei  Gegenwart  von  Aluminiumchlorid 
dargestellt.  Tetrachlorkohlenstoff  ist  bei  ge- 
wöhnlicher Temperatur  eine  farblose  ölige  Flüssig- 
keit, die  sich  nicht  mit  Wasser,  dagegen  mit  den 
meisten  organischen  Lösungsmitteln  mischt. 
Auf  dem  ausgesprochenen  Lösungsvermögen 
für  viele  organische  Verbindungen  beruht  die 
wesentliche  Verwendung  in  der  Technik.  Bei 
Abkühlung  erstarrt  die  Flüssigkeit.  Im  festen 
Zustand  ist  der  Tetrachlorkohlenstoff  trimorph. 
Den  drei  Modifikationen  kommen  die  Schmelz- 
punkte —28,6»,  -23,77»  und  —21,2"  zu.  Für 
gewöhnlich  erhält  man  den  Schmelzpunkt  der 
zweiten  Form.  Die  Verbrennungswärme,  deren 
Bestimmung  besonders  schwierig  ist,  ist  nach 
Thomson  75900  cal  und  die  Bildungswärme 
der  flüssigen  Verbindung  28200  cal.  Der  Bre- 
chungsexponent ist  für  die  D-Linie  1,4658. 
Bei  gewöhnlicher  Temperatur  ist  Tetrachlor- 
kohlenstoff sehr  indifferent,  bei  höherer  Tem- 
peratur zersetzt  er  sich  aber  unter  Bildung 
kohlenstoffreicherer  Kohlenstoffchloride. 

Tetrabromkohlenstoff  entsteht  auf  ana- 
loge Weise  wie  die  Chlorverbindung. 

Tetrajodkohlenstoff  entsteht  aus  der 
Chlorverbindung  durch  Jod  bei  Gegenwart  von 
Aluminiumjodid  als  Jodüberträger. 

Dijodacetylen  C.J.,  entsteht  aus  Calcium- 
karbid  durch  Jodjodkalium,  außerdem  durch 
Dissoziation  der  Verbindung  Tetrajodacetylen: 
C2J4  =  CoJ,  +  J,.  Es  ist  ein  weißer  kristalli- 
nischer Körper,  der  bei  740  schmilzt.  Das  Dijod- 
acetylen ist  deshalb  interessant,  weil  in  der  Ver- 
bindimg wahrscheinlich  ein  zweiwertiges  Kohlen- 
stoffatom enthalten  ist,  so  daß  ihr  die  K^onstitu-  j 
tion  JoC  ^  C  zukommt.  Die  chemischen  Eigen- 
schaften sind  mit  dieser  Annalimc  im  Ein- 
klang. 


11.  Hydroxyd-  und  Sauerstoffderivate 
der  Kohlenwasserstoffe.  Organische 
Chemie.  Wenn  die  einzelnen  Wasserstoff- 
atome der  Kohlenwasserstoffe  durch  die 
OH-Gruppe  ersetzt  werden,  so  entstehen 
Derivate,  welche  in  ihrem  ganzen  chemischen 
Verhalten  zum  Teil  als  typisch  organische 
Verbindungen  zu  bezeichnen  sind  und  an 
den  entsprechenden  Stellen  des  Buches  ab- 
gehandelt werden. 

12.  Kohlenstoff  und  Sauerstoff.  12a) 
Kohlenmonoxyd  ist  die  einfachste  Ver- 
bindung von  Kohlenstoff  und  Sauerstoff. 
Es  hat  die  Formel  CO  und  das  Molekular- 
gewicht 28.  Der  Kohlenstoff  muß  also  in 
dieser  Verbindung  zweiwertig  sein.  Das  Gas 
kommt  in  der  Natur  in  vulkanischen  Exha- 
lationen  vor.  Durch  die  unvollkommene 
Verbrennung  der  Brennmaterialien  findet 
sich  Kohlenoxyd  manchmal  in  geringer 
Menge  in  der  Atmosphäre  über  größeren 
Industriestädten  vor.  Es  bildet  sich  bei  der 
Reduktion  sauerstoffhaltiger  Verbindungen 
durch  Kohle  bei  erhöhter  Temperatur.  Bei 
der  Reduktion  des  Kohlendioxyds  im 
Generatorgas  und  in  fast  allen  metallur- 
gischen Prozessen  bei  der  Reduktion  der 
Metalloxyde.  Beim  P^rsatz  der  Kohle  durch 
die  noch  stärker  reduzierenden  Karbide, 
besonders  Calciumkarbid  entsteht  gleich- 
falls Kohlenoxyd.  Ebenso  bildet  es  sich 
bei  der  Zersetzung  organischer  Substanzen 
bei  hoher  Temperatur,  z.  B.  beim  Vorbei- 
leiten von  Alkoholdämpfen  am  Kohlelicht- 
bogen. 

Zur  DarstelluJig  im  großen  als  Brenngas 
wird  im  allgemeiiu^n  die  Reduktion  der  Kohlen- 
säure durch  glühende  Kohlen  im  Generator- 
prozeß benutzt,  falls  es  nicht  wie  bei  der  Ver- 
hüttung des  Eisens  als  Nebenprodukt  in  den 
Gichtgasen  zur  Verfügung  steht.  Im  Labora- 
torium, besonders  zur  Gewinnung  von  reinem 
Gas,  zersetzt  man  meistens  Ameisensäure  durch 
heiße  konzentrierte  Schwefelsäure  oder  man 
erwärint  ein  Gemisch  von  50  g  Xatriumformiat, 


Kolilenstoff gruppe  ( Kohlenstoff) 


877 


300  g  Schwefelsäure  und  150  g  Wasser.     Beim  |  schiedeiie    Moleküle    und    Molekülkomplexe 

Erhitzen     von     Oxalsäure     mit     Schwefelsäure ;  zu    addieren.      Es    verbindet   sich   mit   CU, 

erhält  man  gleiche  Volumina  Kohlenoxyd  und   besonders  schnell  im  Licht,  zu  Kohlenoxv- 

Kohlendioxyd  chlorid  COCl.,.    Mit  Schwefeldampf  entsteht 

HCOOH  =  CO  +  HJ.)  Kohlenoxysuifid    COS.       Mit    Alkalihydrid 

(Ameisensäure)  entsteht     unter     Abscheidung     von     Kohle 

CO„H  —  CO2H  =  CO  +  CO.,  +  H.>0  I  Formiat 

(•Oxalsäure)  !  2  CO  +  HK  =  HCOOK  +  C 


iJie  Kohlensäure  kann  durch  Absorption 
mittels  Alkali  entfernt  werden.  Diu-ch  Erhitzen 
von  80  g  reinen  Ferrocj'ankaliums  mit  360  g 
konzentrierter  Schwefelsäure  erzeugt  man  nach 
der  Gleichung 

K4Fe(CN)B  +  6H„0  +  6H,S04  =  6C0  +  2K0SO4 
+  FeSO^  +  3(CH4).S04 

einen  konstanten  Strom  von  Kohlenoxyd. 

Kohlenoxyd  ist  ein  farbloses  und  geruchloses 
sehr  giftiges  Gas.  Die  Dichte  unter  Normal- 
bedingungen ist  0,99702  und  1  Liter  wiegt 
1,2506  g.  Die  physikalischen  Eigenschaften, 
Ausdehnungskoeffizient ,  Diffusionskoeffizient 
usw.  sind  sehr  genau  bestimmt.  Die  Verflüssigung 
findet  erst  bei  sehr  niedriger  Temperatur  statt. 
Der  Siedepunkt  liegt  bei  —193».  Kohlenoxyd 
beginnt  bei  100  mm  Druck  und  —207"  zu  er- 
starren und  wird  bei  — 211"  zu  einem  weißen 
Schnee.  Die  kritische  Temperatur  ist  sehr  niedrig: 
—141,1"  und  der  kritische  Druck  35,9  Atmo- 
sphären. Die  chemische  Konstante  nach  Nernst 
ist  2,6.  Die  Älolekularwärme  ändert  sich  mit  der 
Temperatur  nach  der  Formel  Cp  =  6,5  +  0,0006  T. 
Die  Verbrennungswärme  zu  Kohlensäure  beträgt 
68200  cal  und  die  Bildungswärme  29000  ca!. 
Kohlenoxyd  wird  von  Wasser  nur  sehr  wenig 
gelöst.  i)er  Absorptionskoeffizient  ist  bei  0" 
0,03537,  bei  10"  0,02816,  bei  20"  0,02319,  bei 
30"  0,01998.  In  einer  Reihe  von  organischen 
Lösungsmitteln  ist  die  Löslichkeit  viel  größer. 
Kohlenoxyd  vermag  die  Verbrennung 
nicht  zu  unterhalten,  verbrennt  aber  selbst 
mit  Sauerstoff  mit  blauer  Flamme  zu 
Kohlendioxyd.  Dieser  Vorgang  soll  später 
eingehend  besprochen  werden.  Die  Flammen- 
temperatur ist  nicht  sehr  hoch,  etwa  1430'*. 
Die  bei  der  Kohlensäurebildung  stattfindende 
starke  Abnahme  der  freien  Energie,  welche 
das  Kohlenoxyd  zu  einem  ausgezeichneten 
Reduktionsmittel  macht,  wird  bei  hohen 
Temperaturen  bei  einer  Reihe  von  metallur- 
gischen Prozessen  technisch  verwertet.  Bei 
tiefen  Temperaturen,  sogar  noch  bei  —21" 
wird  Silberoxyd  zu  Metall  reduziert.  Die 
dabei  frei  werdende  COo  vereinigt  sich  mit 
dem  unzersetzten  Ag.^O  zu  Karbonat.  Ebenso 
findet  die  Reduktion  des  gelben  Queck- 
silberoxyds bei  gewöhnlicher  Temperatur 
statt.  Beim  Einleiten  von  CO  in  Salze  des 
Goldes  und  der  Platinmetalle  findet  schnelle 
Abscheidung  des  Metalles  statt.  Wenn  man 
Kohlenoxyd  in  Lösungen  von  Alkali  bei 
höherer  Temperatur  einleitet,  entsteht 
ameisensaures  Salz.  Bei  tiefer  Temperatur 
muß  gleichzeitig  Sauerstoff  in  die  Flüssig- 
keit eingeleitet  werden.  Als  ungesättigte 
Verbindung   vermag   des    Kohlenoxyd    ver- 


Mit  Alkoholaten  bilden  sich  entsprecheiul 
der  oben  erwähnten  Bildung  von  Ameisen- 
säure mit  Alkali  die  höheren  Homologen 
der  Ameisensäure.  Durch  Einwirkung  der 
stillen  elektrischen  Entladung  entstehen 
Gemische  höherer  Polymerisationsprodukte. 
Charakteristisch  ist  die  Eigenschaft  des 
Kohlenoxyds  von  Lösungen  einiger  Metall- 
salze unter  Bildung  komplexer  Verbindung 
aufgenommen  zu  werden.  Die  wichtigste  ist 
die  Verbindung  mit  Kupferchlorür  in  neu- 
traler und  ammoniakalischer  Lösung.  Unter 
günstigen  Bedingungen  der  Zusammen- 
setzung kann  die  Lösung  das  zwanzigfache 
ihres  Volumens  absorbieren.  Diese  Fähig- 
keit wird  gasanalytisch  zur  Bestimmung 
des  Kohlenoxyds  verwertet. 

Mit  Metallen  vereinigt  sich  Kohlenoxyd 
in  einigen  Fällen  zu  flüchtigen  Verbindungen, 
von  denen  die  wichtigste  das  Nickelkarbonyl 
Ni(CCJ)4  ist.  Die  Verbindung  zerfällt  bei 
hoher  Temperatur  unter  Abscheid ung  sehr 
fein  verteilten  Nickels,  in  welchem  Zustand 
es  sehr  starke  katalytische  Eigenschaften 
hat.  Auch  mit  Eisen  entstehen  ähnliche 
Stoffe.  Die  Verbindung  des  Kohlenoxyds 
mit  Kalium  war  bei  den  älteren  Darstellungen 
dieses  Metalles  durch  seine  explosiven  Eigen- 
schaften häufig  gefährlich. 

Das  Kohlenoxyd  ist  für  Menschen  und 
Tiere  ein  sehr  starkes  Gift.  Seine  Wirkung 
beruht  darauf,  daß  es  von  dem  Hämoglobin, 
welches  im  Blut  enthalten  ist,  unter  Ver- 
drängung des  Sauerstoffs  absorbiert  wird. 
Die  Sauerstoffverbindung  des  Hämoglobins 
ist  sehr  leicht  dissoziierbar.  Die  Kohlen- 
oxydverbindung  ist  viel  weniger  dissoziiert 
und  daher  viel  beständiger.  Die  Farbe  des 
Kohlenhämoglobins  ist  fast  dieselbe  wie  die 
des  Oxyhämoglobins.  Der  forensische  Nach- 
weis beruht  darauf,  daß  zwei  Absorptions- 
streifen, zwischen  D  und  E,  welche  bei 
40facher  Verdünnung  des  Blutes  deutlich 
werden,  durch  gelinde  Reduktionsmittel, 
wie  Schwefelammonium  oder  Ferrotartrat 
beim  Oxyhämoglobin  unter  Bildung:  von 
Hämoglobin  verschwinden,  beim  Kohlen- 
oxydhämoglobin  dagegen  nicht.  Auch  auf 
anorganische  Fermente  wirkt  Kohlenoxyd 
als  Gift. 

Zum  ciualitativen  Nachweis  des  Kohlenoxyds 
ist  diese  Blutprobe  brauchbar.  Sehr  empfindlich 
ist  auch  die  Reduktion  der  Metallsalzlösungen, 
unter  denen  man  meistens  Palladiumchlorür 
und  amraoniakalische  Silberlösungen  verwendet. 


878 


lvolüensto{fgTU})pe  (Kohlenstoff) 


Zur  quantitativen  Bestimmung  eignet  sich  am 
besten  die  gasanalytische  Bestimmung  durch 
Absorption  in  ammoniakalischer  Kupforchlon'ii- 
lösung. 

12b)  Kohleiulioxyd  ist  historiscli  des- 
lialb  wichtig,  weil  es  das  erste  Gas  gewesen 
ist,  welches  als  verschieden  von  der  Luft 
erkannt  worden  ist.  Van  Helmont  beob- 
achtete schon  im  Anfang  des  17.  Jahrhunderts, 
daß  ein  (ias,  welches  die  Atmung  nicht  unter- 
hielt, beim  Verbrennen  des  Holzes  entsteht, 
und  daß  dieselbe  Luftart  in  der  Hunds- 
grotte, in  Mineralwässern  und  bei  der  Ein- 
wirkung von  Essig  auf  Kalkstein  sich  bildete. 
Erst  Lavoisier  erkannte  im  Jahre  1781, 
in  welchen  Beziehungen  die  ,,fixe"  oder 
,, sauere"  Luft  zum  Sauerstoff  und  Kohlen- 
stoff stand,  und  daß  sie  als  ein  Oxydations- 
produkt des  Kohlenstoffs  aufzufassen  ist. 
Kohlendioxyd  hat  von  jeher  das  hohe  Inter- 
esse aller  Beobachter  in  Anspruch  genommen. 
Das  allgemein  verbreitete  Vorkommen  des 
Gases,  die  leichte  Darstellbarkeit  im  großen 
im  Laboratorium,  seine  charakteristischen 
physikalischen  und  chemischen  Eigenschaften 
brachten  es  mit  sich,  daß  neben  der  stets 
der  Untersuchung  zugänglichen  Luft,  das 
Kohlendioxyd  jenes  Gas  war,  an  dem  fast 
alle  Eigenschaften  der  Gase  aufgefunden 
und  am  eingehendsten  geprüft  worden  sind. 

In  freiem  Zustand  ist  die  Kohlensäure 
in  der  Luft  enthalten.  Der  Gehalt  schwankt 
zwischen  2,5  und  4  Vol.  in  10000  Vol. 
Die  annähernde  Konstanz  dieser  Menge  ist 
darin  begründet,  daß  die  Produktion  der 
Kohlensäure  durch  vulkanische  Tätigkeit 
und  durch  die  Verbrennung  kohlenstoff- 
haltiger Stoffe  ungefähr  gleich  dem  Ver- 
schwinden derselben  durch  Absorption  in 
den  grünen  Pflanzen  unter  Sauerstoffabgabe 
und  durch  die  Bildung  von  Karbonaten  ist. 
Als  ein  anderer  großer  Regulator  ist  das 
Meerwasser  zu  betrachten,  daß  eine  beträcht- 
liche Menge  Kohlendioxyd  zu  absorbieren 
vermag  und  außerdem  .das  darin  gelöste 
Calciumbikarbonat,  welches  beim  Zerfall  in 
Calciumkarbonat  mit  einer  bestimmten  Ten- 
sion des  Kohlendioxyds  im  Gleichgewicht  steht. 

Kohlendioxyd  CO2  ist  das  Produkt  der 
vollständigen  Verbrennung  des  Kohlenstoffs. 
Es  bildet  sich  daher  immer,  wenn  der  Kohlen- 
stoff und  Kohlenstoffverbindungen  Gelegen- 
heit zur  Verbrennung  haben.  Die  Zersetzung 
organischer  Substanzen  durch  chemische 
i^ingriffe,  durch  Vergärung  findet  häufig  unter 
COa-Entwickelung  statt.  Außerdem  ent- 
wickehi  Karbonate  mit  Säuren  Koldendioxvd. 


Alle  Biidungsweisen  des  Kohlendioxyds 
können  ausgenutzt  werden,  um  das  Gas  zu  ge- 
winnen und  der  Verwendung  zuzuführen.  Welche 
gewählt  wird,  richtet  sich  nach  den  Verhältnissen, 
nach  dem  Preis  der  Kohmaterialien  und  nach  der 
verlangten  Picinheit  des  Gases.  Im  Laborato- 
rium stellt  man  die  Kohlensäure  gewöhnlich 
aus  Marmor  und  Salzsäure  dar. 

CaCO.,  +  2HC1  =  CaCL  +  CÜ,  -r  ILn 

Die  Verwendung  von  Schwefelsäure  ist  un- 
vorteilhafter, weil  sich  dabei  unlösliches  Calcium- 
sulfat  bildet.  Auch  benutzt  man  die  verflüssigte 
Kohlensäure  des  Handels. 

Das  Kohlendioxyd  ist  unter  gewöhnlichen 
Bedingungen  ein  farbloses  und  geruchloses  (ias. 
Es  ist  schwerer  als  Luft,  und  man  kann  Kohlen- 
dioxyd wie  eine  Flüssigkeit  von  einem  Gefäß 
in  ein  anderes  gießen.  Die  Dichte  ist  unter 
Normalbedingungen  L52878.  1  Liter  wiegt 
1,965"2  g.  Der  thermische  Ausdehnungskoeffizient 
weicht  deutlich  von  dem  für  ideale  Gase  ab. 
Er  ist  häufig  bestimmt  worden.  Die  Viskosität, 
der  Diffusionskoeffizient,  die  Wärmeleitfähigkeit, 
die  Kompressibilität,  die  wegen  der  hohen 
kritischen  Temperatur  gleichfalls  Werte  gibt, 
die  von  Boyleschen  Gesetz  abweichen,  sind 
gut  bekannt,  l^esonders  die  zuletzt  erwähnten 
Abweichungen  sind  historisch  interessant,  weil  sie 
von  Andrews  in  seinen  berühmten  Abhand- 
lungen über  die  Kontinuität  des  gasförmigen 
und  flüssigen  Zustands  verwendet  wurden. 
Das  Studium  dieser  Tatsachen  führte  zu  der 
Entdeckung  des  kritischen  Zustandes  und  der 
wichtigen  Beobachtung,  daß  es  möglich  ist.  beim 
Durchlaufen  eines  Kresprozesses  die  Kohlen- 
säure kontinuierlich  aus  dem  flüssigen  in  den  gas- 
förmigen Zustand  überzuführen  und  umgekehrt. 
Die  Verflüssigung  des  Kohlendioxyds  wurde 
zuerst  von  Faraday  beobachtet.  Die  flüssige 
Kohlensäure  ist  ein  sehr  bequemes  ^littel  ge- 
worden, tiefe  Temperaturen  herzustellen.  Sie 
wird  durch  große  Kompressoren  in  Stalil- 
flaschen  verdichtet  in  den  Handel  gebracht. 
Beim  Ausfließen  aus  dem  Ventil  verdampft 
sie  rapide  an  der  Atmosphäre  und  kühlt  .sich 
dabei  so  stark  ab,  daß  sie  zu  einer  weißen  Masse, 
dem  Kohlensäureschnee  erstarrt.  Dieser  ver- 
dunstet relativ  langsam  und  bildet  besonders, 
wenn  man  ihn  in  Lösungsmitteln  wie  Aether 
suspendiert,  ein  sehr  bequemes  Kühlmittel. 
Der  Sublimationspunkt  der  festeji  Kohlensäure 
hegt  bei  — 78,2".  Er  ist  tiefer  als  der  Schmelz- 
punkt bei  — 56,4",  bei  dem  feste  flüssige  Ivohlen- 
säure  mit  dem  tias  bei  einem  Druck  von  5,11 
Atmosphären  im  (ileichgewicht  steht.  Flüssiges 
Kohlendioxyd  ist  demnach  nicht  bei  Atmo- 
s|)liärendruck  beständig.  Bei  — 30"  ist  die  Tension 
14.31  Atmosphären,  bei  0"  34.3.  bei  20"  58,84  und 
bei  der  kritischen  Temperatur  31,9"  77  Atmo- 
sphären. Die  Tensionen  der  flüssigen  und  festen 
Kohlensäure  lassen  sicli  (hncii  folgende  (Ilei- 
chuniren  darstellen. 


,                         4970       ,    .  „.  ,      ,,,        0,03239  ,,,       .,  .„ 
log  pfi.       ^  ^  ^^^-^,    +  l,7o  log  1 ^^_  -  1  -  3,17 


4,571 


,  6000       ,   ,  _  ,      „, 

log  Pf, -i      —    ,  ^  r^iy    -^  l,7olog  1 

4,0  il  1 


0^09982^  T  -^  3  17 
4,571 


Kohlenstoftgruppe  (Kohlenstoff) 


879 


Der  feste  Kohlensäureschiiee  wird  am  besten 
bereitet,  indem  man  das  Ventil  der  Bombe 
mit  einem  Tuchsack  lose  verbindet  und  in  um- 
gekehrter Lage  die  flüssige  Kohlensäure  in  den 
Sack  eintreten  läßt.  Dieser  füllt  sich  dabei 
mit  dem  festen  Schnee  an.  Der  Schnee  erzeugt 
auf  der  Haut  kein  Kältegefühl,  da  er  von  ihr 
durch  eine  wärmeisolierende  Gashaut  getrennt  ist, 
erst  beim  Zerdrücken  entstehen  schmerzhafte 
Verletzungen.  Wenn  man  die  feste  Kohlensäure 
mit  Aether  mischt,  erhält  man  eine  konstante 
Temperatur  von  —80«,  mit  :\Iethylchlorid  —85», 
beim  Durchleiten  von  Luft,  wodurch  die  Ver- 
dunstung beschleunigt  wird,  —90".  mit  Aceton 
sogar  — 110". 

Die  spezifische  Wärme  des  gasförmigen  Kohlen- 
dioxyds nimmt  mit  der  Temperatur  stark  zu. 
Die  Formel,  welche  die  Abhängigkeit  von  der 
Temperatur  darstellt,  ist  für  die  mittlere  spezi- 
fische  Wärme  bei  konstantem  Druck: 

s   =  0,2010   +  0  0000742  t  —  0,000000018  t^ 

und  für  die  wahre  Molekularwärme 

cp  =  8,85  +  0,00653  t  — 0,0000024  t^ 

Die  bei  der  Entstehung  der  Kohlensäure 
durch  Verbrennen  des  Kohlenstoffs  auftretende 
Wärmemenge  ist  eine  der  wichtigsten  thermo- 
chemischen  Konstanten.  Auf  diesem  Wert 
beruhen  die  Berechnungen  der  Bildungswärmen 
aller  organischer  Substanzen  und  sie  bildet  die 
Grundlage  aller  technischen  und  physiologischen 
Energieberechnimgen.  D'e  betreffenden  Zahlen 
sind  schon  bei  der  Besprechung  über  die  Energie- 
differenz der  verschiedenen  Kohlestoffmodi- 
fikationen mitgeteilt  worden. 

lieber  die  optischen  Konstanten  des  Kohlen- 
dioxvds.  den  Brechungsexponenten,  das  Ab- 
sorptionsspektrum und  die  Dielektrizita^tskon- 
stante  liegen  exakte  ^Messungen  vor.  Kohlen- 
säure ist  in  Wasser  ziemlich  leicht  löslich.  Der 
Absorptionskoeffizient  beträgt  bei  0»  1,713,  bei 
10«  1,194,  bei  20"  0,878,  bei  30«  0,665.  Die  Lös- 
lichkeit wird  durch  die  Gegenwart  vom  Elektro- 
lyten beeinflußt.  L'nter  starkem  Druck  bildet 
sich  aus  Kohlendioxyd  und  Wasser  ein  Hydrat 
CO.,.8H.O,  das  unter  gewöhnlichem  Druck 
instabil  ist.  Die  Löslichkeit  des  Gases  iu  Alkohol 
und  anderen  nichtwässerigen  Lösungsmitteln  ist 
vielfach  größer  als  in  Wasser. 

Die  Lösung  in  Wasser  enthält  nicht  nur 
unverändertes  COg,  sondern  es  bildet  sich 
dabei  auch  teilweise  die  sehr  schwache 
Säure  Kohlensäure  CO3H0.  Sie  bildet  mit 
den  Oxvden  der  Metalle  Salze,  Ivarbonate, 
die  mit"  Ausnahme  der  Alkaliverbindungen 
in  Wasser  schwer  löslich  sind.  Durch  Säuren 
kann  die  schwache  Kohlensäure  aus  den 
Karbonaten  ausgetrieben  werden,  die  dann 
zum  größten  Teil  in  Kohlendioxyd  und 
Wasser  zerfällt  H0CO3  =  CO.,  +  Hob.  Man 
bezeichnet  daher  auch  häufig  das  Gas 
als  Kohlensäure.  Die  elektrolytische  Disso- 
ziation der  w^ässerigen  Lösung  ist  sehr  gering. 
Lackmus  wird  nur  weinrot  gefärbt.  Als 
zweibasische  Säure  kann  die  Kohlensäure 
in  verschiedener  Weise  in   Ionen  zerfallen: 


L  HoCOg  =  CO3"  +  2  H- 

2.  HXOa  =  HCO'  +  H- 

3.  HCO3'  =  CO3"  +  H- 

Die  Dissoziation  findet  vorwiegend  im  Sinne 
der  Gleichung  (2)  statt,  und  die  dieser 
Reaktion  entsprechenden  ( lleichgewichts- 
konstante.  die  als  die  erste  Dissoziations- 
konstante der  Kohlensäure  bezeichnet  wird, 
ist 

HJICOa'    _  .  , 

^'^-    RSM,    --^"-i^-l^      • 

Die  der  Gleichung  (o)  entsprechende  zweite 
Dissoziationskonstante  der  Kohlensäure 


k„  = 


H-CO'' 


1,295.10   11 


HCO3' 
ist  mehr  als  20000mal  kleiner. 

Der  Wert  von  kj  stellt  die  Kohlensäure  an 
die  erste  Stelle  der  sehr  schwachen  Säuren. 
Sie  ist  60  mal  schwächer  als  Essigsäure,  aber  die 
Dissoziationskonstante  des  Schwefelwasserstoffs 
ist  570.10-1",  der  Borsäure  17.10-",  der 
Cyanwasserstoffsäure  13.10-1«,  ^^n^i  des  Phenols 
1,3.10-1".  \iit  der  schwachen  Säurenatur 
stehen  auch  einige  Eigenschaften  der  Lösungen 
der  Karbonate  im  Zusammenhang,  z.  B.  ihre 
Hydrolvse  und  alkalische  Reaktion.  Die  geringe 
Wasserstoffionenk(mzentration  der  Kohlensäure 
bedingt  auch  daß  außer  dem  stark  elektro- 
positiven  Magnesium  die  Metalle  nicht  unter 
Wasserstoffentwicklung  zu  Karbonaten  gelöst 
werden.  Bei  der  Neutralisation  der  Kohlen- 
säure durch  starkes  Alkali  werden  10100  cal 
pro  Aeciuivalent  frei. 

Kohlendioxyd  vermag  als  vollständig 
gesättigter  Körper  keine  Additionsreak- 
tionen einzugehen.  Bei  niederer  Temperatur 
vermag  es  die  Verbrennung  nicht  zu  unter- 
halten.^ bei  höherer  dagegen  können  sich  die 
Verhältnisse  innkehren  und  bei  1000"  kann 
man  von  einer  Verbrennung  der  Kohle 
in  Kohlendioxyd  unter  Entwickelung  von 
Kohlenoxyd  sprechen.  Die  Reduktion  des 
Kohlendiöxyds  zu  Kohlenoxyd  wird  weiter 
unten  besprochen. 

Mit  den  Metalloxyden  vereinigt  sich  CO2 
zu  den  Karbonaten  unter  starker  Wärme- 
entwiekelung.  Die  Dissoziation  wird  erst 
bei  höherer  Temperatur  merklich.  Mit 
den  Alkalihvdriden  entstehen  ameisensaure 
Salze.  Durch  Wasserstoff  kann  das  Gas 
mit  Hilfe  geeigneter  Katalysatoren  zu  Methan 
reduziert  werden.  Sehr  wichtig  ist  die 
Reduktion  des  Kohlendioxyds  der  xVtmo- 
sphäre  durch  die  Assimilationstätigkeit  der 
grünen  Pflanzen  im  Licht.  Dieser  photo- 
chemische  Vorgang  ist  in  den  Artikeln 
„Photochemie"  und  „Photosynthese" 
besprochen.  Der  Assimilationsvorgang  führt 
zu  Sauerstoff  ärmeren  organischen  Stoffen, 
unter  denen  die  Stärke  der  erste  chemisch 
faßbare  ist.  Die  Reduktion  findet  unter 
Aufnahme    von     Strahlungsenergie  aus  der 


880 


Kohlenstoffg-nipi"'  ( Kulilonstofi) 


Sonne  nnd  unter  L'niwandung'  derselben  in 
chemische  Energie  statt,  die  bei  der  Ver- 
wendung der  ptlanzliclien  Nahrungsmittel 
in  den  tierischen  Organismen  durch  Oxyda- 
tion durch  den  Atmungssauerstoff  wieder 
frei  wird  und  nutzbar  verwertet  wird.  Im 
Laufe  langer  Zeiträume  verändern  sich  die 
pflanzlichen  Stoffe  in  der  auf  S.  868 
erwähnten  Weise  und  liefern  die  verschie- 
denen Brennmaterialien.  Die  bei  deren 
Verbrennung  frei  werdenden  Energiemengen 
werden  in  unseren  Maschinen  ausgenutzt. 
Die  bei  der  Atmung  und  Verbrennung  frei 
werdende  Kohlendioxydmengen  werden 
wieder  der  Atmosphäre  zugeführt,  wodurch 
der  Kreislauf  des  Kohlenstoffs,  in  dem  die 
Sonnenenergie  für  die  Bewohner  der  Erde  nutz- 
bar gemacht  wird,  wieder  geschlossen  Avird. 

Der  qualitative  Nachweis  des  Kohlendioxyds 
geschieht  durch  Einleiten  des  Gases  in  Baryt- 
oder Kalkwasser.  Es  entsteht  dann  ein  weißer 
Niederschlag  der  Karbonate.  Die  quantitative 
Bestimmung  von  Karbonaten  kann  gewichts- 
analytisch geschehen  durch  Bestimmung  des 
Gewichtsverlustes,  den  die  Substanz  beim  Aus- 
treiben der  Kohlensäure  durch  Glühen  oder  durch 
Zersetzung  mit  Säuren  erleidet,  oder  durch 
Bestimmung  der  Gewichtszunahme,  die  bei  der 
Absorption  des  ausgetriebenen  Kohlendioxyds 
in  starker  Alkalilauge  stattfindet.  Die  letzte 
Bestimmungsart,  die  auch  zur  Ermittelung  des 
Kohlensäuregehaltes  von  Gasgemischen  geeignet 
ist,  ist  durch  die  Verwendung  handlicher  Ab- 
sorptionsgefäße, der  sogenannten  ,, Kaliapparate" 
sehr  bequem.  Außerdem  kann  man  das  Kohlen- 
dioxyd durch  Wägung  gefällten  Bariumkarbonats, 
titrimetrisch  unter  Anwendung  von  Phenol- 
phtalein  oder  Methylorange  als  Indikator  oder 
gasanalytisch  bestimmen. 

12 c)  Andere  Verbindungen  von  C 
und  0.  In  neuerer  Zeit  ist  durch  Wasser- 
entziehung aus  einer  organischen  Säure,  der 
Malonsäure  eine  Verbindung  von  Kohlen- 
stoff gewonnen  worden,  welche  noch  weniger 
0  enthält  als  das  Kohlenmonoxyd,  das 
Kohlensuboxyd 

CH2(C00H),  =  C3O.,  +  2  H2O 

Die  wahlscheinlichste  Konstitution  ist 
OC  =  C  =  CO. 

Die  Substanz  ist  bei  gewöhnlicher  Temperatur 
eine  farblose  lichtbrechende  Flüssigkeit  mit 
heftigem  reizendem  Geruch.  Sie  hat  große 
Neigung  sich  bei  höherer  Temperatur  zu  poly- 
merisieren.  Mit  Wasser  vereinigt  sie  sich  wieder 
zu  Malonsäure. 

Bei  der  Elektrolyse  konzentrierter  Lö- 
sungen von  Kaliumkarbonat  entsteht  das 
schwerlösliche  KaMumperkarbonat  K^CoOg, 
das  Kaliumsalz  der  sehr  leicht  zersetzlichen 
Ueber  kohlen  säure  HaCoOg,  deren  Kon- 
stitution man  sich  in  folgender  Weise  vor- 
stellen kann  OC(OH)0-OC(OH)0.  Sie  zer- 
fällt leicht  in  Wasserstoffsuperoxyd  und 
Kohlendioxyd. 


i2dj  Beziehungen  des  Kohlenstoffs 
und  der  verschiedenen  Oxydations- 
stufen zueinander.  Die  Verbrennung 
des  Kohlenstoffs  zu  Kohlenoxyd  und  Kohlen- 
dioxyd und  die  Oxydation  des  Kohlenoxyds 
gehören  zu  den  wichtigsten  technischen 
Prozessen.  Sie  verlaufen  unter  Abnahme  der 
Energie  und  hierin  ist  der  Grund  für  die 
wichtige  Rolle  zu  suchen,  welche  die  Vor- 
gänge bei  der  Lockerung  fester  chemischer 
Bindungen,  speziell  bei  der  Reduktion  der 
Metalloxyde  spielen. 

Die  Reduktionsenergie  der  Kohle  ist 
schon  seit  den  ältesten  Zeiten  bekannt,  und 
wurde  schon  frühzeitig  empirisch  in  ökono- 
mischer und  richtiger  W'eise  ausgenutzt. 
Die  wissenschaftliche  Behandlung  der  Frage 
mit  den  modernsten  Mitteln  der  physika- 
lischen Chemie  ist  erst  in  der  neuesten  Zeit 
in  Angriff  genommen  und  hat  schon  in  vielen 
Fällen  teils  die  Erklärung  für  eine  Reihe 
technisch  bekannter  Erscheinungen  gegeben, 
teils  die  Wege  zu  neuen  Verwendungsarten 
gewiesen.  In  folgenden  sollen  einige  dieser 
Vorgänge  im  Zusammenhang  besprochen 
werden.       Die    wichtigsten    Prozesse    sind: 

1.  Die  Verbrennung  des  Kohlenoxyds 
und  das  Dissoziationsgleichgewicht  der  Reak- 
tion 2  C02^2  CO  +  O2. 

2.  Der  Generatorgasprozeß  und  das  Gleich- 
gewicht zwischen  Kohlenstoff,  Kohlenoxyd 
und  Kohlendioxyd  2  CO  ^  C  +  COo. 

3.  Die  Verbrennung  der  Kohle  zu  Kohlen- 
dioxyd 0  +  0^  =  COo. 

4.  Die  Verbrennung  der  Kohle  zu  Kohlen- 
oxyd 2  C  -f  O2  =  2  CO. 

5.  Die  Bedingungen  der  technischen 
Wassergasbildung  beim  Leiten  von  Wasser- 
dampf über  glühende  Kohlen  und  das  Wasser- 
glasgeichgewicht  CO  +  HoO  ^  COo  +  H.. 

6.  C  +  H2O  =  CO  +  H2. 

7.  C  +  2  H2O  =  CO2  +  2  H... 

Die  Reaktion  (1)  ist  entweder  von  links 
nach  rechts  als  ein  Zerfall  des  Kohlendioxyds, 
oder  von  rechts  nach  links  als  Kohlenoxyd- 
verbrennung  zu  behandeln.  Während  bei 
der  ersten  Betrachtungsweise  speziell  das 
Dissoziationsgleichgewicht  und  seine  Ver- 
schiebung durch  Druck  und  Temperatur 
interessiert,  ist  im  zweiten  Fall  die  Ge- 
schwindigkeit, mit  der  das  Gleichgewicht 
erreicht  wird  und  der  dabei  zu  erzielende 
Gewinn  an  freier  Energie  von  Wichtigkeit. 
Die  neuesten  Bestimmungen  des  Disso- 
ziationsgleichgewiehtes  sind  unter  Ver- 
besserung der  von  Ste  Ciaire  Deville  ein- 
geführten Methodik  des  kalt-warmen  Rohrs 
ausgeführt  worden.  Unter  Anwendung  der 
Thermodynamik  konnte  eine  Formel  auf- 
gestellt werden,  die  die  Dissoziation  unter 
verschiedenen    Bedingungen    zu    berechnen 


Kolilenstoffgruppe  (Kohlenstoff) 


881 


gestattet.      Die  folgende   Tabelle  gibt  eine  [  zenten  bei  verschiedenen  Temperaturen  und 
Uebersicht    über    die    Dissoziation    in    Pro-   Drucken: 


T  (abs.) 


10  Atm. 


P  =  1,0  Atm. 


P  =  0,1  Atm. 


P  =  0,01  Atm. 


lOOO 

1500 

2000 

2500 


7,31.-" 

1,88.  IO-- 

0,818 

7,08 


1,58.10-5 
4,06. 10—2 

1,77 

15,8 


3,4- 10    " 
8,72. 10  -- 

3,73 
30,7 


7,31. 
0,1 8i 
7,88 
53 


Man  ersieht  daraus,  daß  bei  1727"  C 
(T  abs.  =  2000")  die  Dissoziation  bei  Atmo- 
sphärendruck schon  fast  2%  beträgt.  Die 
experimentelle  Ermittelung  dieser  Werte 
ist  deshalb  von  Interesse,  weil  sie  unter  An- 
wendung fast  aller  Methoden  durchgeführt 
ist,  welche  überhaupt  zur  Bestimmung  von 
Gasgleichgewichten  in  Betracht  kommen. 
(Vgl.  hierzu  die  unten  angefülirte  Literatur.) 
Durch  den  elektrischen  Funken,  die  stille 
elektrische  Entladung,  ultraviolette  Strahlen 
und  Radiumstrahlen  zerfällt  Kohlendioxyd 
in  Kohlenoxyd  und  Sauerstoff.  Die  erste 
Wirkung  ist  offenbar  auf  die  hohe  Tempe- 
ratur des  Funkens  zurückzuführen,  während 
bei  den  anderen  eine  Umwandlung  von  Strah- 
lungsenergie in  chemische  Energie  statt- 
findet. 

Die  Vereinigung  von  Kohlenoxyd  j 
und  Sauerstoff  kann  entweder  langsam} 
oder  explosiv  sein.  Trotzdem  die  dabei 
freiwerdende  Energie  sehr  groß  ist,  findet 
der  Vorgang  bei  gewöhnlicher  Temperatur 
nicht  von  selbst  statt.  Bei  höherer  Tempe- 
ratur nimmt  die  Vereinigungsgeschwindigkeit 
sehr  schnell  zu.  Es  ist  jedoch  die  Gegenwart 
von  Wasserdampf  nötig.  Absolut  trockenes 
Kohlenoxydknallgas,  wie  man  das  in  stöchio- 
metrischen  Verhältnissen  gemischte  Gas  [ 
nennt,  vereinigt  sich  nicht  und  ist  auch  ■ 
durch  einen  elektrischen  Funken  nur  schwer 
zur  Explosion  zu  bringen.  Die  blaue  Flamme 
des  Kohlenoxyds  verlöscht,  wenn  man  nach 
der  Entzündung  trockene  Luft  zuführt. 
Auch  auf  die  Fortpflanzungsgeschwindigkeit 
der  Explosion  des  Kohlenoxydknallgases 
hat  der  Feuchtigkeitsgehalt  einen  großen 
Einfluß.  Hierauf  ist  demnach  stets  bei 
Geschwindigkeitsmessungen  Rücksicht  zu 
nehmen.  Die       Entzündungstemperatur 

schwankt  je  nach  der  Zusammensetzung  des 
explosiven  Gemenges  zwischen  630°  und 
725°.  Sie  ist  natürlich  von  einer  Reihe 
sekundärer  Verhältnisse  abhängig.  Sehr 
wichtig  sind  die  besonders  am  Beispiel  des 
Kohlenoxydknallgas  abgeleiteten  allgemeinen 
Regelmäßigkeiten  bei  Explosionen.  Wenn 
ein  in  einem  Rohr  befindliches  explosives 
Gasgemenge  an  einem  Ende  entzündet  wird, 
so  pfhxnztsich  die  Verbrennung  durch  Wärme- 
leitung von  Schicht  zu  Schicht  fort.  In 
diesem  Anfangsstadium  ist  die  Fortpflanzungs- 
Handwörterbuch  der  Katurwissenschatten     Band  V 


geschwnidigkeit  der  Explosion  eine  relativ 
langsame.  Plötzlich  findet  aber  eine  außer- 
ordentlich starke  Vergrößerung  der  Ge- 
schwindigkeit statt,  es  bildet  sich  die  eigent- 
liche Explosionswelle  aus.  Die  Volum- 
vergrößerung des  explodierenden  Gemenges 
übt  nämlich  einen  Druck  auf  die  noch  un- 
verbrannten Teile  aus  und  durch  die  adiaba- 
tische Kompression  wird  deren  Temperatur 
vergrößert.  Wenn  dadurch  der  Entzündungs- 
punkt erreicht  wird,  so  pflanzt  sich  die 
Explosion  mit  der  Fortpflanzungsgeschwin- 
digkeit dieser  Druckwelle  fort  und  nicht 
mehr  durch  den  langsamen  Uebergang 
von  Schicht  zu  Schicht.  Auf  diese  Tatsachen 
ist  bei  der  Konstruktion  der  Explosions- 
kraftmaschinen Rücksicht  zu  nehmen.  Die 
Zylinder  müssen  so  bemessen  sein,  daß  keine 
Explosionswelle  entstehen  kann,  da  sonst 
die  Materialien  dem  Stoß  nicht  Stand  halten 
würden. 

Der  Generatorgasprozeß  CO^  +  C 
^  2  CO  (2)  ist  reversibel  und  bestimmten 
Temperaturen  entsprechen  daher  bestimmte 
Partialdrucke  der  beiden  Gase.  Der  tech- 
nische Wert  dieser  Reaktion  besteht  darin, 
daß  es  möglich  ist  einen  Teilder  Verbrennungs- 
energie der  festen  Kohlen  in  gasförmigen 
Heizstoffen  aufzuspeichern  und  sie  so  be- 
quemer verwendbar  zu  machen. 

Das  Prinzip  der  technischen  Durchführung 
besteht  darin,  daß  in  einem  hohen  mit  Kohle 
angefüllten  Ofen,  dem  Generator,  von  unten 
Luft  zugeführt  wird,  die  zur  vollständigen 
Verbrennung  der  ganzen  Kohle  nicht  ausreicht. 
Die  in  den  unteren  Teilen  bei  der  Verbrennung 
gebildete  Kohlensäure  wird  in  den  oberen  Kohle- 
schichten zu  Kohlenoxyd  reduziert.  Dieser 
letzte  Peoteß  verläuft  unter  Wärmeabsorption, 
so  daß  zur  Aufrechterhaltung  der  günstigen 
Temperatur,  die  bei  der  primären  Verbrennung 
der  Kohle  in  dem  unteren  Teil  gewonnene  Wärme- 
menge verwertet  wird.  Die,, Vergasung  der  Kohle" 
ist  technisch  wertvoll,  trotzdem  natürlich  weniger 
Energie  bei  der  Verbrennung  des  Kohlenoxyds 
gewonnen  werden  kann  als  bei  der  Verbrennung 
der  entsprechenden  ^lenge  Kohle.  Denn  die 
Ausnutzung  der  Wärme  in  den  Gasmaschinen 
ist  eine  bedeutend  günstigere  als  in  den  Dampf- 
maschinen,  welche    mit  fester   Kohle   arbeiten. 

Da  die  Bildung  des  Kohlenoxyds  in  der 
Generatorgasreaktion  ein  endothermischer 
Prozeß   ist.    ist   die    Ausbeute    bei    höherer 

56 


882 


Kohlenstoffgruppe  (Kolüenstot'f) 


Temperatur  eine  i^rößere.  Bei  der  Reaktion 
2  CO  ^  C  +  COo  beträgt  die  Gleichgewichts- 
konzentration des  Kolilenoxyds  bei  550" 
10%  und  schon  bei  800«  93%.  Beim  tech- 
nischen Generatorprozeß,  bei  welchem  der 
verdünnende  Luftstickstoft  zugegen  ist,  be- 
trägt die  xVusbeute  bei  800"  31,1%  und  steigt 
nicht  über  33%.  Diese  Gleichgewichts- 
messungen sind  nicht  nur  wegen  der  tech- 
nischen Verwendung  von  Wert,  sie  sind  auch 
wissenschaftlich  von  Interesse,  da  es  mit 
ihrer  Hilfe  möglich  ist  die  Gleichgewichts- 
bedingungen bei  den  oben  unter  (3)  und  (4) 
verzeichneten  Kohlenstoffverbrennnngen  zu 
ermitteln. 

Die  Reaktionswärmen  bei  den  3  für  die 
Energiegewinnung  in  Betracht  kommenden 
Reaktionen  sind 


CO-fO  =CO.  +  68000cal  =  CO,-f-Ai(l) 
C  +02=  CO;  +  97  650  cal  =  COg  +  Ag  (3) 
C    +  0   =  CO  +  29650  cal  =  CO  +  A^  (4) 

Die  Faktoren  A^,  A,,  A4  bedeuten  die 
bei  den  Reaktionen  zu  gewinnenden  Arbeits- 
werte. Da  A,  durch  die  Dissoziationsmes- 
sungen bekannt  ist  und  außerdem  die  ent- 
sprechenden Daten  für  die  Generatorgas- 
reaktion (2)  C  +  C02^2  CO  +  Ao  vor- 
handen sind,  kann  man  durch  Addition 
von  2  Aj  und  Ao  den  Zahlenwert  von  A3  er- 
halten. Auf  analoge  Weise  lernt  man  aus 
A3 — -Ai  den  Zahlenwert  von  A4  kennen. 
Zum  Vergleich  sind  die  Zahlenwerte  von 
A  für  die  Reaktionen  (1),  (3),  (4)  in  der  folgen- 
den Tabelle,  bezogen  auf  je  ein  Atom  Kohlen- 
stoff, zusammengestellt. 


A3(C0  -^  COo) 


Ao(C  -*  CO,) 


A,(C  ->  CO) 


17» 

500 

1000 

1250 

1500 


61  SSo  cal 

96  635  cal 

34  757  C'il 

51405  ,, 

94940  ,, 

43  540  „ 

40565  ,, 

93  190  „ 

52030  ,, 

35320  „ 

92320  „ 

56995  ,, 

30  115  „ 

91450  „ 

61330  „ 

Man  ersieht  aus  dieser  Tabelle,  daß  die 
Reduktionsenergie  der  Kohle  bei  ihrem 
Uebergang  in  Kohlenoxyd,  mit  steigender 
Temperatur  immer  mehr  wächst,  während 
die  reduzierenden  Wirkungen  des  Kohlen- 
oxyds selbst  immer  schwächer  werden. 
Erst  bei  hohen  Temperaturen  werden  die 
zur  Verwertung  der  Reaktionen  günstigen 
großen  Reaktionsgeschwindigkeiten  erreicht, 
so  daß  der  Vorgang  (4)  metallurgisch  be- 
sonders in  Frage  kommt. 

Bei  den  letzten  Berechnungen  wurden 
die  Affinitäten  bei  Atmosphärendruck  der 
beteiligten  Gase  berechnet.  Wenn  man  aber 
den  Sauerstoff  nicht  frei  verwendet,  son- 
dern ihn  erst  durch  Dissoziation  des  Wassers 
entstehen  läßt,  kommt  für  den  Sauerstoff 
der  Dissoziationsdruck  des  Wassers  in  Be- 


tracht. Man  kann  daher  durch  Kombi- 
nationen der  Werte  von  A,,  A3  und  A4 
mit  der  Energie,  die  bei  der  Wasserbildung 
frei  wird:  2  Hg  +  0.^  =  2  H^O  +  Aw,  die  bei 
dem  Ablauf  der  verschiedenen  Wassergas- 
reaktionen zu  gewinnenden  Arbeitswerte 
berechnen : 


CO  +  H.O  =  CO2+  H2  =  As  = 
C    +H2O-CO  +H,  =  A3  = 


2A-Aw 


(5) 


a^i A-v; 


(6) 


C  +  2H2O  =  CO2  +  2H2  =  A7  =  A3  +  Aw  (7 ) 

In  der  folgenden  Tabelle  sind  die  ent- 
sprechenden Zahlenwerte  von  A  bei  ver- 
schiedenen Temperaturen  zusammengestellt 


AsCCO.H^O  ->  COo,  Hg)    AeCC,  ILO  ->  CO,  H 


A^CCHoO^COa.  Hj 


170 

500 

1000 

1250 

1500 


+  7970  cal 
+  3750    „ 

—  630    „ 

—  2790    ,, 

—  4895    „ 


Der  technische  Wert  dieser  Reaktionen 
ist  speziell  der,  aus  fester  Kohle  ein  mög- 
lichst hochwertiges  brennbares  Gasgemisch 
zu  erhalten.  Der  Prozeß  (6),  bei  dem  zwei 
brennbare  Gase  entstehen,  ist  daher  wert- 
voller, als  der  Prozeß  (7),  bei  dem  mit  Kohlen- 
dioxyd verdünnter  AVasserstoff  sich  bildet. 


— 19  150  cal 
—  4  140  ,, 
+  II  310    ,, 

+  18  910  ,, 
+  26  010    ,, 


—  II  200  eal 

—  388  ,, 
+  10  700  ,, 
-I-  16  150  ,, 
-f-  21  190  •„ 


Wie  aus  der  Tabelle  hervorgeht,  wird  mit 
steigender  Temperatur  des  Generators  das 
nach  (6)  erhaltene  Gas  w'ertvoller,  da  die 
Abnahme  der  freien  Energie  im  Vergleich  zu 
(7)  schneller  wächst. 

Der    technische    Wasseigasprozeß    wird    so 
durchgeführt,    daß    man    nach    dem  Verfahren 


Kohlenstoffgruppe  (Kohlenstoff) 


883 


von  Dellwik-Fleischer  durch  einen  Schacht 
glühender  Kohlen  abwechselnd  Luft  und  Wasser- 
dampf hindurchbläst.  Der  Vorgang  des  Luft- 
blasens,  bei  welchem  unter  großer  Wärmeent- 
wickelung vorwiegend  Kohlendioxyd  entsteht, 
bewirkt  starke  Weißglut  der  Kohlen.  Beim 
]<2inblasen  von  Wasserdampf  wird  in  einem 
endothermischen  Prozeß  Wassergas  erzeugt, 
bei  dem  die  Kohlen  sich  wieder  abkühlen. 

Brennstoffelemente.  Wie  aus  der  Tabelle 
Seite  882  hervorgeht,  ist  die  bei  der  vollständigen 
Verbrennung  der  Kohle  zu  Kohlensäure  zu  ge- 
winnende Energie  am  grüßten,  wenn  der  Vor- 
gang bei  gewöhnlicher  Temperatur  möglichst 
isotherm  und  reversibel  geleitet  wird.  Dies  ist 
praktisch  in  einer  galvanischen  Kombination 
denkbar.  Es  wurde  daher  von  vielen  Seiten 
versucht,  die  Verbrennungsenergie  der  flohle 
elektromotorisch  wirksam  zu  machen.  Die  Ver- 
suche, ein  technisch  brauchbares  Brennstoff- 
element zu  konstruieren,  haben  jedoch  bis  jetzt 
noch  zu  keinem  praktischen  Resultat  geführt. 
Nach  neueren  Versuchen  hat  scheinbar  nur  eine 
solche  Ivonstruktion  Aussicht  auf  Erfolg,  welche 
mit  gasförmigen  Brennstoffen  arbeitet  unter 
Verwendung  geeigneter  Ueberträger  für  den 
Luftsauerstoff. 

13.  Kohlenstoff,  Sauerstoff  und  Halo- 
gene. Kohlenoxyd  Chlorid  COCL>  ist  als 
das  Chlorid  der  Kohlensäure  C0(0H)2  auf- 
zufassen. Das  einfache  Chlorid,  die  Chlor- 
kohlensäure ist  in  freiem  Zustand  nicht 
bekannt,  sondern  nur  ihre  Ester.  Chlor- 
kohlenoxyd entsteht  durch  direkte  Ver- 
einigung von  Ivohlenoxyd  und  Chlor  bei  er- 
höhter Temperatur  oder  bei  niedriger  bei 
Gegenwart  eines  Katalysators.  Als  solcher 
kann  das  Licht  dienen,  wie  Davy  beob- 
achtete, als  er  ein  Gemisch  von  gleichen 
Teilen  Kohlenoxyd  und  Chlor  bestrahlen 
ließ.  Kohlenoxydchlorid  erhielt  daher  den 
Namen  ., Phosgen".  Andere  Bildungs- 
weisen des  Phosgens  beruhen  auf  der  Oxy- 
dation   von     Chlorkohlenstoff  Verbindungen 

Das  Phosgen  ist  bei  gewöhnlicher  Temperatur 
ein  farbloses  Gas  von  stark  zu  Tränen  reizendem 
beißendem  Geruch  und  Geschmack.  Die  Dichte 
ist  unter  Normalbedingungen  .3,505.  Durch 
Abkühlen  ist  das  Gas  leicht  zu  einer  Flüssigkeit 
zu  kondensieren,  die  bei  8,2"  siedet  und  bei 
0"  die  Dichte  1,432  hat.  Der  Erstarrungspunkt 
liegt  bei  — 118".  Die  Verbrennungswärme 
beträgt  41000  cal,  die  Bildungswärme  aus  den 
Elementen  55140  cal  und  die  Wärmetönung 
bei  der  Entstehung  aus  CO  imd  CL  +  26140  cal. 
In  kaltem  Wasser  ist  Phosgen  etwas  löslich, 
die  Lösung  zersetzt  sich  jedoch  leicht  unter 
Bildung  von  Kohlendioxyd  und  Salzsäure. 
In  organischen  Lösungsmitteln,  speziell  Toluol, 
ist  es  reichlich  löslich  und  kommt  als  Toluol- 
lösung  in  den  Handel,  da  für  manche  Zwecke 
das  flüssige  reine  Kohlenoxychlorid  wegen  seines 
niedrigen  Siedepunktes  unbequem  ist. 

Die  Bildung  aus  Kohlenoxyd  und  Chlor 
ist  umkehrbar.  Daher  ist  das  Gas  bei  503" 
zu  67%,  bei  603"  zu  92%  in  seine  Kompo- 
nenten  dissoziiert.      Beide  entgegengesetzte 


Reaktionen  sind  durch  das  Licht  zu  be- 
schleunigen. Bei  gewöhnlicher  Temperatur 
wird  Kohlenoxychlorid  durch  ultraviolette 
Strahlen  schon  merklich  in  seine  Bestand- 
teile gespalten. 

Die  wichtigsten  chemischen  Reaktionen 
des  Phosgens  sind  durch  die  für  Säure- 
chloride charakteristische  Eigenschaft  be- 
dingt, ihr  Chlor  gegen  andere  Gruppen  aus- 
zutauschen. Dadurch  wird  das  Chlorkohlen- 
oxyd in  der  organischen  synthetischen  Chemie 
zu  einem  äußerst  wertvollen  Reagens. 

Der  Nachweis  des  Phosgens  kann  durch 
seine  Eigenschaften,  besonders  durch  den  äußerst 
charakteristischen  Geruch  ziemlich  scharf  ge- 
schehen. Die  ciuantitative  Bestimmung  kann 
nach  der  Hydrolyse  auf  irgendeine  Bestimmungs- 
art der  Chlor-  oder  Wasserstoffionen  zurück- 
geführt werden. 

Kohlenoxybromid  entsteht  nicht  so  leicht 
wie  das  Chorid  und  kann  nur  auf  Umwegen 
erhalten  werden.  Es  ist  eine  farblose,  schwere, 
an  der  Luft  rauchende  Flüssigkeit.  Die  Dichte 
ist  bei  15"  2,45,  der  Siedepimkt  64  bis  65". 
Von  Wasser  wird  die  Substanz  in  analoger  Weise 
wie  Phosgen  zersetzt. 

14.  Kohlenstoff  und  Schwefel.  Die  Ver- 
bindungen Schwefelkohlenstoff  CSo  nnd 
Kohlenoxysulfid  COS  sind  schon  beim 
Artikel    ,,Sehwefer'    beschrieben    worden. 

15.  Kohlenstoff  und  Stickstoff.  15a) 
Cyan.  Kohlenstoff  und  Stickstoff  können 
sich  in  äquimolekularen  Verhältnissen  zu 
einer  gasförmigen  Verbindung  Cyan  ver- 
einigen, die  nach  ihrer  Dampfdichte  die 
Zusammensetzung  CoN.,  und  das  Molekular- 
gewicht 52  hat.  Bei  ihrer  Reduktion  geht 
die  Verbindung  in  das  Aethylendiamin 
über,  in  der  die  beiden  Kohlenstoffatome 
miteinander  verbunden  sind.  Daraus  ist 
zu  sclüießen,  daß  die  Muttersubstanz,  das 
Cyan,  die  Konstitution  NC — -CN  hat.  Cyan 
entsteht  aus  den  Elementen  unter  starker 
V^ärmeabsorption.  Die  direkte  Bildung  ist 
daher  nur  bei  sehr  hohen  Temperaturen 
zu  erwarten.  Es  entsteht  daher  auch  im 
elektrischen  Kohlenbogen.  xVußerdem  bildet 
es  sich  bei  der  Zersetzung  organischer  stick- 
stoffenthaltender Stoffe.  Zur  Darstellung  er- 
hitzt man  Quecksilbercyanid,  das  dann  nach 
der  Gleichung  Hg(CN);  =  Hg  +  2C2N2  zer- 
fällt. Außerdem  kann"  man  es  auch  durch 
die  Zersetzung  anderer  Cyanide   gewinnen. 

Cyan  ist  bei  gewöhnlicher  Temperatur  ein 
farbloses  Gas.  Die  Dichte  beträgt  unter  Normal- 
bedingungen 1,80395  und  ein  Liter  wiegt  2,3261  g. 
Das  Gas  ist  ziemlich  leicht  zu  kondensieren. 
Der  Dampfdruck  beträgt  bei  — 20,7"  1  Atmo- 
sphäre, bei  0"  2,37  und  bei  15"  4,04  Atmosphären. 
Die  kritische  Temperatur  ist  124"  und  der  kritische 
Druck  61,7  Atmosphären.  Beim  Abkühlen 
unter  — 35"  erstarrt  das  flüssige  Cyan  zu  einer 
farblosen  strahlig  kristallinischen  Masse,  deren 
Schmelzpunkt  bei  — 34,4"  liegt.     Die  Verdamp- 

56* 


884 


Kolilenstoffgruppe  (Kolilenstoff) 


fungswärme  des  flüssigen  Cyans  beträgt  5360  cal 
lind  die  Verbrennungswärme  259600  cal.  Danach 
ist  die  Bildungswärme  — 70000  cal,  Cyan  ist 
also  eine  ausgesprochene  endotherme  Ver- 
bindung. 

Wasser  nimmt  ungefähr  das  4,5 fache  seines 
N'olumens  an  Cviin  auf.  Die  Lösungen  sind  sehr 
unbeständig  und  färben  sich  beim  Stehen  unter 
Zersetzung  dunkel. 

Das  Dissoziationsgleicligewicht  C2N2 
:^  2  C  +  N,  ändert  sich  mit  wachsender 
Temperatur  zugunsten  der  Bildung  des 
Cyans.  Wenn  trotzdem  bei  den  hohen 
Temperaturen  des  elektrischen  Ofens  nur 
spurenweise  Cyan  ansteht,  so  hat  dies 
seinen  Grund  darin,  daß  sieh  bei  Gegenwart 
der  geringsten  Spuren  Wasser  Cyanwasser- 
stoff bildet.  Das  Cyan  geht  besonders  bei 
erhöhter  Temperatur  leicht  in  eine  feste 
polymere  Modifikation,  dasParacyan,  über. 
Beim  Erhitzen  spaltet  sich  dieser  Stoff 
wieder  in  Cyangas.  Er  zeigt  viele  Reaktionen 
des  Cyans,  nur  finden  sie  viel  langsamer 
statt.  Die  Molekulargröße  und  die  Konstitu- 
tion des  Polymeren  ist  noch  nicht  aufgeklärt. 

Cyangas  verbrennt  an  der  Luft  mit  einer 
pfirsichblütenfarbigen  Flamme,  die  von  einem 
bläulichen  Saum  umgeben  ist.  Der  innere 
Kern  entspricht  der  Verbrennung  zu  Kohlen- 
oxyd, während  in  dem  äußer-en  Saum  Kohlen- 
säure entsteht.  Die  Verbrennung  des  Cyans 
zu  Kohlenoxyd  ist  unabhängig  von  dem 
Feuchtigkeitsgehalt  der  Luft,  so  daß  bei 
Anwendung  trockener  Luft  bei  einer  ge- 
spaltenen Flamme  der  blaue  äußere  Teil 
der  Flamme  verschwindet.  Die  Explosion 
von  Cyan-Sauerstoffgemischen  wurde  sehr  ein- 
gehend untersucht. 

Cyan  vereinigt  sich  mit  Fluor,  Chlor  und 
Wasserstoff.  In  wässerigen  Lörungen  findet 
Verseifung  zu  organischen  Säuren  statt,  so 
bildet  sich  aus  CoNg  die  Oxalsäure  (COOH),. 

Cyan  ist  ein  sehr  giftiges  Gas,  dessen 
Wirkung  ähnlich  ist  wie  die  der  Blausäure. 

Die  Erkennung  des  Cyans  geschieht  durch 
seine  physiologischen  Eigenschaften  und  spek- 
troskopisch sehr  charakteristisch  durch  die 
Beobachtung  der  Flamme.  Die  quantitative 
Bestimmung  geschieht  nach  den  Methoden  der 
organischen  Elementaranalyse. 

15b)  Cyanwasserstoff  ist  eine  Ver- 
bindung aus  äquimolekularen  Teilen  C,  N 
und  H,  welche  nach  ihrer  Analyse  und  Dampf- 
dichtel3estimmiingen  die  Formel  CNH  hat. 

Die  Konstitution  dieser  Verbindung  kann 
entweder  die  eines  Nitrils  der  Ameisensäure 
sein,  (I.  h.  der  Wasserstoff  ist  direkt  mit 
dem  Kohlenstoff  verbunden:  H— C::t  N,  oder 
eines  Imids  des  Kohlenoxyds.  In  letzterem 
Falle  ist  der  Wasserstoff  niit  dem  Stickstoff- 
atom verbunden  und  der  Kohlenstoff  tritt 
in  der  Verbindung  zweiwertig  auf  H  — N  =  C. 
Es  ist  nur  eine  Form  des  Cyanwasserstoffs 
bekannt,  während  seine  Derivate,  besonders 


die  Ester  in  den  beiden  verschiedenen  Formen 
zu  existieren  vermögen.  Da  die  direkten 
Abkömmlinge  der  Cyanwasserstoffsäure,  die 
Cyanide,  durch  behandeln  mit  den  Halogen- 
alkylen  sowohl  in  der  einen,  wie  in  der 
anderen  Richtung  zu  reagieren  vermögen, 
so  muß  man  annehmen,  daß  die  Mutter- 
substanz tautomer  ist,  d.  h.  daß  das  Wasser- 
stoffatom nicht  an  eine  feste  Stellung  ge- 
bunden ist,  und  zwischen  der  Nitrilform  mit 
vierwertigen  Kohlenstoff  und  der  Amidform 
mit    zweiwertigen    Kohlenstoff    schwingt. 

Cyanwasserstoff  findet  sich  in  Verbin- 
dung mit  Zuckern  als  Glykoside,  und  auch 
im  freien  Zustand  in  Pflanzen  vor.  Das 
bekannteste  Glykosid  ist  das  in  den  bitteren 
Mandeln  enthaltene  Amygdalin.  Cyanwasser- 
stoff bildet  sich  häufig  aus  stickstoffhaltigen 
organischen  Stoffen  bei  erhöhter  Temperatur. 
Besonders  leicht  findet  diese  Zersetzung 
bei  Gegenwart  von  metallischem  Kalium 
statt,  welches  dabei  in  Cyanid  übergeht. 
Diese  Reaktion  wird  als  empfindlicher  Nach- 
weis des  Stickstoffs  in  organischen  Stoffen 
benutzt,  da  die  Cyangruppe  nach  Ueber- 
führung  in  Ferrocyanid  durch  die  Berliner- 
blaureaktion sehr  leicht  nachgewiesen  werden 
kann.  Kohlenstoff  geht  bei  der  Temperatur 
des  elektrischen  Flammenbogens  in  Cyan- 
wasserstoff über,  wenn  man  Stickstoff' mit 
Wasserstoffverbindungen  oder  Ammoniak 
zuführt.  Auch  wenn  der  Kohlenstoff  schon 
mit  Wasserstoff  verbunden  ist,  wie  es  im 
Acetylen  und  Methan  der  Fall  ist,  entsteht 
im  Kohlenbogen  mit  Stickstoff  oder  Ammoniak 
Jeicht  Cyanwasserstoff.  Die  Darstellung 
geschieht  am  besten  durch  Zersetzung  der 
Cyanide,     besonders     der     Blutlaugensalze. 

Cyanwasserstoff  ist  bei  gewöhnlicher  Tem- 
peratur eine  farblose  Flüssigkeit  von  betäubendem 
bittermandelölartigem  Geruch  und  außerordent- 
licher Giftigkeit.  Die  Dichte  ist  bei  0"  0,7115. 
Der  Siedepunkt  bei  Atmosphärendruck  liegt 
bei  26,5",  aber  auch  schon  bei  4,5"  beträgt  der 
Dampfdruck  schon  eine  halbe  Atmosphäre. 
Das  Arbeiten  mit  der  wasserfreien  Säuren  ist  also 
sehr  gefährlich.  Bei  — 15"  erstarrt  der  Cyan- 
wasserstoff zu  einer  weißen  faserigen  Masse. 
Der  Schmelzpunkt  wird  durch  Druck  erhöht 
und  beträgt  bei  4000"  schon  50,1". 

Die  Verdampfungswärme  ist  5700  cal.  Die 
Verbrennungswärme  158600  und  die  Bildungs- 
wärme — 30200  cal.  Die  chemische  Konstante 
nach  Nernst  ist  4,425.  Die  Dielektrizitäts- 
konstante des  flüssigen  Cyanwasserstoffs  ist  höher 
als  Wasser.  Sie  hat  mit  etwa  95  den  höchsten 
Wert  aller  bis  jetzt  untersuchter  Substanzen. 
Hiermit  stehen  auch  die  Eigenschaften  als 
Lösungs-  und  lonisierungsmittel  im  Einklang, 
denn  die  elektrolytische  Dissoziation  einer  großen 
Anzahl  von  organischen  und  anorganischen 
Stoffen  wurde  größer  als  beim  Wasser  ge- 
funden. 

Cyanwasserstoff  mischt  sich  mit  Wassei'. 
Alkohol  und  Aether  in  jedem  Verhältnis.  Die 


KolilenstotTgrui)i)e  (Kohlenstoff) 


«85 


Lösung  in  Wasser  hat  die  Eigenschaft  einer 
schwachen  Säure,  welche  auch  als  Blau- 
säure bezeichnet  wird  (wegen  ihrer  Dar- 
stellung aus  Berlinerblau).  Die  Blausäure  ist 
mit  der  Dissoziationskonstante  13,2  10—^'' 
die  schwächste  aller  anorganischer  Säuren. 
Die  geringe  Stärke  zeigt  sich  auch  in  ihrem 
Verhalten  gegen  Indikatoren.  Die  Blau-, 
säure  wird  durch  jede  andere  Säure,  auch 
Kohlensäure,  aus  ihren  Salzen  ausgetrieben, 
welche  daher  an  COa-haltiger  Luft  nach 
Blausäure  riechen.  Die  Cyanide  der  Alkalien 
sind  in  ihrer  wässerigen  Lösung  weitgehend 
hydrolysiert.  Die  elektrolytische  Disso- 
ziation unter  Abspaltung  von  Cyanions  CN' 
ist  ziemlich  beträchtlich.  Das  Ion  verhält 
sich  in  vielen  Punkten  ähnlich  wie  die 
Halogenionen,  z.  B.  bildet  es  mit  Silberion  ] 
eine  unlösliche  Verbindung  AgCN. 

Die  Neigung  zur  Bildung  von  Komplexen 
ist  beim  schwachen  Cyanion  äußerst  stark 
ausgebildet,  so  vereinigt  es  sich  sehr  begierig 
mit  Neutralteilen  wie  AgCN  zu  dem  stärkeren 
komplexen  Anion  Ag(CN)2'.  Mit  Eisen 
bildet  es  sehr  wichtige  komplexe  Anionen, 
das  Ferrocyanion  Fe(CN)ß"",  und  das  Ferri- 
cyanion  Fe(CN)6"',  welche  im  gelben  und 
roten  Blutlaugensalz  vorkommen.  Cyan- 
wasserstoff verbrennt  an  der  Luft  mit 
schwach  leuchtender  violetter  Flamme.  Mit 
den  Halogenen  vereinigt  er  sich  unter  Bildung 
der  entsprechenden  Halogencyanverbin- 
dungen  Chlorcyan  CNCl,  Bromcyan  CNBr 
und  Jodcyan  CNJ. 

Blausäure  ist  eines  der  heftigsten  Gifte. 
Etwa  0,00001  des  Blutgewichtes  reicht  aus, 
einen  Hund  zu  töten.  Für  Menschen  sind 
im  allgemeinen  schon  0,05  g  tödlich.  Die 
sehr  schnell  aufeinander  erfolgenden  Symp- 
tome der  Blausäurevergiftungen  sind  kon- 
vulsivische Zuckungen  und  Krämpfe,  Emp- 
findungslosigkeit, Aufhören  der  Atmung  und 
der  Herztätigkeit. 

Uer  Nachweis  der  Cyanwasserstoffsäure  ge- 
schieht durch  die  Berlinerblauprobe.  Die  Me- 
thode ist  noch  bei  einer  Verdünnung  auf  ^/soooo 
anwendbar.  Noch  empfindlicher,  bis  ^/4ooonoo5 
ist  die  Ueberführung  des  Cyanions  in  ühodanion 
durch  Sehwefelammonium  und  Versetzen  mit 
Ferrisalz,  wobei  eine  blutrote  Färbung  entsteht. 
Die  quantitative  Bestimmung  kann  entweder 
gewichtsanalytisch  oder  maßanalytisch  ge- 
schehen. 

Die  Eigenschaften  der  erwähnten  Halo- 
gen c  y  a  n  v  e  r  b  i  n  d  u  n  g  e  n ,  die  allgemein  aus 
Cyanwasserstoff  oder  den  Cyaniden  durch 
Einwirkung  der  Halogene  entstehen,  sind 
in  der  folgenden  Tabelle  zusammengestellt. 

CNCl  CNBr  CNJ 

Siedepunkt         +12,7"         61,3«  über  100» 

Schmelzpunkt      —6"  +52»  +146,5» 

Durch  Reduktionsmittel  gehen  die  Ver- 
bindungen wieder  leicht  in  Cvanwasserstoff 


über.  Sie  sind  in  ganz  reinem  Zustand  be- 
ständig, polymerisieren  sich  aber,  besonders 
leicht  bei  Gegenwart  von  Wasserstoffion  zu 
wahrscheinlich  trimolekularen  Produkten, 
den  Cyanurhalogeniden  C3N3X3.  In 
ihrem  chemischen  Verhalten  sind  die  Halogen- 
cyanverbindungen  einander  sehr  ähnlich.  Es 
sind  sehr  reaktionsfähige  Stoffe,  die  in  der 
synthetischen  organischen  Chemie  Verwen- 
dung finden. 

15c)  Cyan  mit  Sauerstoff  und 
Wasserstoff.  Die  Cyansäure  NCOH 
bildet  sich  bei  der  Zersetzung  der  Cyanate 
oder  bei  der  Kondensation  der  Dämpfe  der 
Cyanursäure  bei  möglichst  tiefer  Tempe- 
ratur. Die  freie  Säure  hat  wahrscheinlich  die 
Konstitution  (3  =  C  =  N  —  H,  ist  also  eine 
Isosäure.  Die  normale  Säure  N  --  C  — •  OH 
scheint  nicht  existenzfähig  zu  sein. 

Die  Cyansäure  ist  eine  sehr  flüchtige 
Flüssigkeit,  die  sich  in  Wasser  unter  Bildung 
einer  sauren  Lösung  löst,  w^elche  das  Cyanat- 
ion  CON'  enthält.  Sie  ist  außerordentlich 
zersetzlich  und  geht  mit  Wasser  in  Ammo- 
niumbikarbonat über: 

CONH  +    2H,0  =  (NH4)HC03 

Nur  der  undissoziierte  Anteil  zersetzt 
sich  in  dieser  Weise,  so  daß  verdünnte 
Lösungen  beständiger  sind  als  konzeiitrierte. 
Durch  Wasserstoftionen  wird  die  Disso- 
ziation zurückgedrängt  und  dadurch  die 
Zersetzung  befördert.  Auf  Zusatz  von  Säuren 
entwickeln  daher  Cyanate  Kohlendioxyd  wie 
Karbonate.  Ammoniumcyanat  ist  wegen 
seiner  Uinwandlung  in  Harnstoff  historisch 
interessant.  Diese  Umwandlung,  die  Wöhler 
im  Jahre  1828  entdeckte,  erregte  großes 
Aufsehen,  denn  sie  stellte  den  ersten  Weg 
dar,  um  von  einer  anorganischen  Verbindung 
direkt  zu  einer  Substanz  zu  gelangen,  die  ein 
charakteristisches  Produkt  des  tierischen 
Stoffwechsels  wai. 

Eine  wichtige  Reaktion  der  Cyansäure 
ist  ihre  Polymerisation  zu  Cyamelid  und 
Cyanursäure.  Wenn  man  den  Dampf 
der  Cyansäure  auf  tiefe  Temperatur  ab- 
kühlt, so  entsteht  flüssige  Cyansäure.  Ober- 
halb 1500  entsteht  Cyansäure  und  unterhalb 
dieser  Temperatur  Cyamelid 

Der  qualitative  Nachweis  der  Cyan- 
säure beruht  auf  dem  Eintreten  der  COo-Ent- 
wickelung  beim  Versetzen  mit  Säuren.  Gleich- 
zeitig bildet  sich  das  Ammoniumsalz  del-  an- 
gewandten Säure.  Die  quantitative  Bestimmung 
erfolgt  über  das  flockige  Silbersalz. 

Cyamelid  (CONH)  entsteht  aus  flüssiger 
Cyansäure  bei  Temperaturen  über  0"  unter 
Wärme  und  Lichtentwickelung.  Es  bildet 
ein  amorphes  unlösliches  Pulver.  Da  es 
nicht  unzersetzt  in  Dampfform  übergeht, 
ist  das  Molekulargewicht  noch  nicht  bekannt. 

Cyanursäure    ist    sehr    wahrscheinlich 


886 


KolilenstoffgTuiJpe  (Kolüenstolf  —  Siliciuin) 


trimolekulare  Cyansäure  C3O3N3H3.  Man 
stellt  sich  die  Substanz  als  ein  ringförmiges 
Trikarbonimid  vor 

/NH— OC 

0C<  >NH 

Zur  Darstellung  unterwirft  man  Harnstoff 
einer  immer  mehr  über  seinen  Schmelzpunkt 
hinaus  gesteigerten  Temperatur,  solange  noch 
Ammoniak  entweicht. 

3CO(NH2),  =  (CONH),  +  SNH^. 

Die  Löslichkeit  in  Wasser  ist  bei  8"  0,15  "/o 
Die  wässerige  Lösung  hat  schwach  saure  Eigen- 
schaften. Als  dreibasische  Säure  vermag  die 
Cyanursäure  ein  neutrales  und  zwei  saure  Salze 
zu  bilden. 

Knallsäure  ist  eine  der  Cyansäure 
isomere  Verbindung,  welche  die  Konstitu- 
tion eines  Oxims  des  Kohlenoxyds  hat. 
C  =  N — OH.  Sie  wird  durch  Zersetzung 
des  Quecksilbersalzes  gewonnen,  welches 
durch  Zufügen  von  iVlkohol  zu  einer  Lösung 
von  Quecksilber  in  überschüssiger  Salpeter- 
säure dargestellt  wird.  Die  Knallsäure  und 
das  Quecksilbersalz  sind  äußerst  explosive  j 
Verbindungen.  ! 

Das  Knallquecksilber  Hg(CNO)o 
+  14  HyO  explodiert  durch  Stoß  und  Schlag 
mit  großer  Heftigkeit  und  findet  als  Initial- 
zündmasse für  andere  Sprengstoffe  ausge- 
dehnte Verwendung.  Bei  der  Zersetzung  des 
Salzes  werden  161000  cal  frei,  was  seine 
große  Unbeständigkeit  erklärt. 

i5d)  Cyan  mit  Schwefel  und  Wasser- 
stoff, Rhodanwasserstoffsäure  CNSH 
ist  das  Schwefelanaloge  der  Cyansäure  und 
entsteht  aus  den  Cyaniden  durch  Behand- 
lung mit  schwefelhaltigen  Substanzen.  Die 
Säure  ist  ebenso  wie  die  Cyansäure  tautomer, 
da  von  ihr  wahre  Ester  dargestellt  werden 
können,  welche  sich  von  der  Formel  NC — SH 
ableiten  und  Senföle,  welche  die  Isocyan- 
säure  SC  =  NH  zur  Muttersubstanz  haben. 

Die  Rhodanwasserstoffsäure,  die  durch  Zer- 
setzung der  Rhodanide  mit  Säuren  frei  dar- 
gestellt werden  kann,  bildet  bei  gewöhnlicher 
Temperatureine  wasserhelle,  ölige,  scharf  riechende 
Flüssigkeit,  die  beim  Abkühlen  zu  einer  bei  5" 
schmelzenden  Kristallmasse  erstarrt.  Die  Bil- 
dungswärme aus  den  Elementen  beträgt  — 19000 
cal,  aus  C,N„  S  und  H  +17200  cal  und  aus 
IICN  und  S  +5800  cal. 

Die  wässerige  Lösung  hat  sauere  Eigen- 
schaften. Sie  enthält  das  einwertige  Anion 
CNS',  welches  in  vieler  Hinsicht,  denHalogen- 
und  Cyanionen  ähnelt.  Rhodanwasser- 
stoffsäure ist  eine  fast  ebenso  starke  Säure 
wie  die  Halogenwasserstoffsäuren  und  ist 
in  wässeriger  T^ösung  sehr  weitgehend  disso- 
ziiert. Die  Dissoziationskonstante  ist  bei 
25"  4,81.  In  verdünnter  wässeriger  Lösung 
ist  die  Säure  ziemlich  gut  haltbar,  während 
die    wasserfreie    Substanz    sich    schon    bei 


geringer  Erwärmung  stürmisch  unter  Bildung 
von  Cyanwasserstoff,  eines  Polymerisations- 
produktes der  Isopersulfocyansäure  und 
anderer  Produkte  zersetzt. 

Der  Nachweis  des  Rhodanions  geschieht  durch 
die  intensiv  blutrote  Färbung  des  Ferrisalzes. 
Die  quantitative  Bestimmung  geschieht  am  ein- 
fachsten titrimetrisch  nach  Yolhard  mit  Silber- 
nitrat unter  Anwendung  der  roten  Eisenfärbung 
als  Indikator. 

Literatur.  Bcrguis,  Xachbildung  der  Ent- 
Ktchntnjxprozessc  der  Steinkohle.  Halle  1913.  — 
Fercl.  Fischer,  Lehrbuch  der  chemischen  Techno- 
logie. Leipzig  190o.  —  Haber,  Thermodynamik 
technischer  Gasreaktionen.  ilünchen-Berlin  190.'>. 
—  tT.  H.  van't  Hoff,  Ansichten  über  die  or- 
ganische Chemie.  Braunschiveigl88l.  —  Moissan, 
Chimie  minerale.  Paris.  Le  Cliatelier,  Vorn 
Kohlenstoff.  Halle  1918.  —  Nernst,  Theoretische 
Chemie.  Stuttgart  1913.  ■ —  Ost,  Chemische 
Technologie,  1903.  —  Pollitzer,  Nernstsches 
Wärmet heorcin.  Stuttgart  191 J.  —  Smith,  An- 
organische Chemie.  Karlsruhe  1913.  —  Weigert, 
Kohlenstoff  in  Aheggs  Handbuch  der  anorga- 
nischen Chemie.     I^eipzig  1909. 

Fritz   Weigert. 


b)   Silicium. 
Si-     Atomgewicht  28,30. 

1.  Vorkommen.  2.  Geschichte.  3.  Dar- 
stellung. 4.  Eigenschaften.  5.  Verwendung. 
6.  Analytische  Chemie.  7.  Spezielle  Chemie. 
8.  Thermochemie.     9.  Kolloidchemie. 

1,  Vorkommen.  Das  Silicium  ist  eines 
der  verbreitetsten  Elemente  auf  der  PJrde. 
In  freiem  Zustande  kommt  es  in  der  Natur 
nicht  vor,  aber  in  Verbindung  mit  Sauerstoff 
bildet  es  als  Kieselsäureanhydrid  einen 
wichtigen  Bestandteil  vieler  Gesteine.  Außer- 
ordentlich groß  ist  auch  die  Zahl  und  Masse 
der  in  der  Natur  vorhandenen  kieselsauren 
Salze,  der  Silikate.  Auch  fast  alle  Pflanzen 
enthalten  Kieselsäure  als  unentbehrlichen 
Bestandteil,  besonders  reich  an  Kieselsäure 
sind  die  CIräser,  Schachtelhalme,  das  Stroh 
der  Getreidearten  und  die  Panzer  der 
Diatomeen.  Im  tierischen  Organismus 
findet  man  ebenfalls  geringe  Mengen  Kiesel- 
säure. Spektralanalytisch  ließ  sich  die 
Anwesenheit  des  Siliciums  auf  der  Sonne 
und  vielen  Sternen  nachweisen. 

2.  Geschichte,  Das  elementare,  amorphe 
Silicium  wurde  im  Jahre  1823  von  Ber- 
zelins  entdeckt,  w-elcher  ihm  den  Nanu^i 
„Kiesel"  gab.  Diese  Bezeichnung  hat  sich 
bis  heute  in  den  Namen  Kieselsäure,  Kiesel- 
fluorwasserstoffsäure usw.  erhalten,  dagegen 

j  wird  das  Element  selbst  und  in  seinen 
t  Halogenverbindungen  ,,Sibcium"  genannt. 
j  Sehr  frühzeitig  ist  der  Mensch  mit  den  Ver- 
I  bindungen  des  Siliciums,  vor  allem  mit  dem 
Kieselsäureanhydrid     (Feuerstein)     bekannt 


K(  ihlenstoffgruppe  (Silicium) 


887 


geworden,  aus  welchem  er  die  verschiedensten 
Gegenstände,  besonders  Waffen,  verfertigte. 
In  der  Entwickehmgsgeschichte  der  Mensch- 
heit wird  mit  dem  Namen  ,,  Steinzeit"  die 
Periode  bezeichnet,  während  welcher  aus- 
schließlich der  Stein  (Feuerstein)  das  Material 
war.  aus  dem  Werkzeuge,  Waffen  und 
Schmuck  verfertigt  wurde.  Das  kristallisierte 
Silicium  wurde  zuerst  im  Jahre  1854  gleich- 
zeitig von  St.  Claire-Deville  und  Wöhler 
dargestellt. 

3.  Darstellung,  3a)  Von  amorphem 
Silicium.  AVährend  man  früher  durch 
Reduktion  von  Siliciumchlorid  oder  -fluorid 
mit  Kalium  oder  Natrium,  ferner  auch  durch 
Reduktion  von  Kieselfluornatrium  mit  diesen 
Metallen  ein  unreines  amorphes  Silicium 
darstellte,  reduziert  man  jetzt  Silicium- 
dioxyd  ( Quarzsand)  mit  Magnesium.  Die 
Reaktion  verläuft  nach  der  Gleichung: 

SiO,  +  2Mg  =  Si  +  2MgO. 

Bei  Verwendung  der  dieser  Gleichung  ent- 
sprechenden Mengen  Quarzsand  und  Magne- 
sium wird  die  Reaktion  außerordentlich 
heftig  und  es  entsteht  neben  Silicium  auch 
Magnesiumsilicid.  Man  setzt  deshalb  den 
nach  obiger  Gleichung  berechneten  Mengen 
noch  ein  Viertel  Magnesiumoxyd  zu  und 
stellt  den  mit  diesem  Gemisch  gefüllten 
Tiegel  in  einen  vorher  zur  Rotglut  erhitzten 
Ferro tschen  Ofen,  worauf  nach  2  bis  3  Mi- 
nuten lebhafte  Reaktion  eintritt.  Nach  dem 
Erkalten  wird  die  Masse  mit  Wasser  und 
verdünnter  Salzsäure  behandelt  und  das 
amorphe  Silicium  sorgfältig  damit  gewaschen 
und  schließlich  im  Wasserstoffstrom  zu 
schwacher  Rotglut  erhitzt.  Auf  diese  Weise 
erhält  man  ein  96-  bis  97proz.  amorphes 
Silicium.  Noch  reiner  erhält  man  es  bei 
Verwendung  von  gefällter  Kieselsäure  und 
chemisch  reinem  Magnesium. 

3b)  Von  kristallisiertem  Silicium. 
Verschiedene  Metalle  wie  Silber,  Zinn  und 
vor  allem  Aluminium  und  Zink  lösen, 
wenn  sie  geschmolzen  sind,  amorphes  Silicium 
auf  und  beim  Erkalten  scheidet  sich  das 
Silicium  zum  größten  Teil,  und  zwar  in 
kristallisierter  Form  wieder  aus.  Durch 
Zusammenschmelzen  von  amorphem  Sili- 
cium mit  einem  dieser  Metalle  gelingt  also 
die  Ueberführung  in  kristallisiertes  Silicium. 
Es  ist  aber  nicht  nötig,  zuerst  amorphes 
Silicium  herzustellen,  vielmehr  erhält  man 
kristallisiertes  Silicium  direkt  durch  Re- 
duktion von  Kaliumsiliciumfluorid  mit  über- 
schüssigem Aluminium  oder  mit  Natrium 
und  Zink.  Am  besten  schmilzt  man  40  g 
Kaliumsiliciumfluorid  mit  120  g  Alumininm 
im  Eisentiegel  eine  halbe  Stunde  im  Ferro t- 
schen  Ofen.  Nach  dem  Erkalten  wird  das 
Aluminium  in  Salzsäure  gelöst  und  es 
hinterbleibt  kristallisiertes   Silicium.      Auch 


nach  dem  Gold schmid tschen  Verfahren 
läßt  sich  kristallisiertes  Silicium  herstellen, 
wenn  man  ein  Gemisch  von  400  g  Aluminium, 
360  g  Siliciumdioxyd  und  500  g  Schwefel 
durch  eine  Zündkirsche  entzündet. 

4.  Eigenschaften.  4a)  Des  amorphen 
Siliciums.  Amorphes  Silicium  ist  ein  braunes 
in  Wasser  unlösliches  Pulver  vom  spezifischen 
Gewicht  2,35  bei  15".  Es  zieht  aus  der 
Luft  Wasser  au,  welches  es  erst  bei  Rotglut 
vollständig  wieder  abgibt.  Die  spezifische 
Wärme,  welche  bei  21"  zu  0,214  gefunden 
wurde,  ist  größer  als  die  des  kristallisierten 
Siliciums.  Im  Gebläse  läßt  sich  amorphes 
Silicium  leicht  schmelzen,  im  elektrischen 
Ofen  verdampft  es. 

4b)  Des  kristallisierten  Siliciums. 
Kristallisiertes  Silicium  bildet  schwarze, 
stark  metallisch  glänzende  reguläre  Oktaeder 
oder  Blättchen,  die  wie  Graphit  aussehen. 
Es  ist  sehr  spröde  und  hart,  Härte  7,  und 
ritzt  Glas.  Spezifisches  Gewicht  DjIJ  =  2,39. 
Die  spezifische  Wärme  ist  bei  niedrigeren 
Temperaturen  stark  abhängig  von  der  Tem- 
peratur, erst  bei  250"  erreicht  sie  einen 
nahezu  konstanten  Grenzwert.  Bei  —184" 
wurde  sie  zu  0,0876,  bei  —39,7«  zu  0.136, 
zwischen  12"  und  100"  zu  0,176  und  bei 
252"  zu  0,203  bestimmt.  Die  Atomwärme 
ist  bei  300"  gleich  5,75,  also  nur  wenig  kleiner 
als  das  Du  long-  und  Fe  titsche  Gesetz 
verlangt.  Von  allen  Elementen  hat  das 
Silicium  die  kleinste  Kompressibilität,  näm- 
lich 0,16.10—'^  pro  Mcgabar.  Kj'istaUisiertes 
Silicium  leitet  die  Elektrizität  wie  Graphit 
und  es  tritt  beim  Durchgang  des  Stromes 
Erwärmung  ein.  Mit  steigender  Temperatur 
wird  der  Widerstand  geringer,  bei  800"  ist 
er  auf  das  0,4-fache  des  Widerstandes  bei 
0"  gesunken. 

Das  Silicium  tritt  in  seinen  Verbindungen 
ausschließlich  vierwertig  auf.  Einige  Ver- 
bindungen, die  auf  eine  niedrigere  Valenz 
hindeuten,  lassen  sich  ebenfalls  unter  der 
Annahme  konstanter  Vierwertigkeit  des  Si- 
liciums konstitutiv  erklären.  Im  periodischen 
System  steht  das  Silicium  mit  dem  Atom- 
gewicht 28  in  der  zweiten  Horizontalreihe 
und  in  der  vierten  Gruppe.  Nicht  nur 
mit  den  Elementen  derselben  Gruppe,  son- 
dern vor  allem  auch  mit  dem  Bor,  dem  ersten 
Element  der  dritten  Gruppe,  zeigt  das 
Silicium  eine  gewisse  Aehnlichkeit.  Die 
Analogie  mit  dem  Kohlenstoff  ist  erkennbar 
in  der  Existenz  verschiedener  allotroper 
Modifikationen  des  Siliciums  und  in  dem 
physikalisch  und  chemisch  ähnlichen  Ver- 
halten der  Wasserstoff-  und  Halogenver- 
bindnngen.  Auch  vermag  es,  als  Zentral- 
atom mit  vier  verschiedenen  Radikalen 
verbunden,  optisch  aktive  Verbindungen 
zu   bilden:   dagegen   hat   das    Siliciumatom 


888 


Kohlonstoft'g-riip|n'  (Silieiiini) 


nicht  mehr  die  hervorragende  Eigenschaft 
des  Kohlenwasserstoffatonis,  sich  mit  sieh 
selbst  zu  längeren  Ketten  zu  verbinden. 
In  der  großen  Neigung  zur  Bildung  komplexer 
sauerstoffhaltiger  Verbindungen  (der  Poly- 
kieselsäuren)  zeigt  sich  die  Aehnlichkeit  des 
Siliciums  mit  dem  Bor,  während  durch  den 
leichten  Ucbergang  verschiedener  Ilydroxyl- 
verbindungeu  in  den  kolloidalen  Zustand 
und  die  Existenz  der  Kieselfluorwasserstoff- 
säure die  Analogie  des  Siliciums  mit  den 
übrigen  Elementen  der  vierten  Gruppe 
deutlich  zutage  tritt.  Die  Tendenz  zur 
lonenbildung  ist  sehr  gering  und  nur  in- 
direkt daran  zu  erkennen,  daß  aus  den 
Siliciumhalogeniden  auf  Zusatz  von  Wasser 
Hydroxylverbindungen  entstehen.  Hin- 
gegen sind  komplexe  Anionen,  die  durch 
Anlagerung  anderer  Ionen  an  Siliciumionen 
entstehen,  in  großer  Zahl  bekannt. 

5.  Verwendung.  Elementares  Silicium 
wird  dem  Stahl  und  Schmiedeeisen  zu- 
gesetzt, um  deren  Festigkeit  zu  erhöhen. 
Es  verbindet  sich  mit  dem  Eisen  und  be- 
einflußt die  Eigenschaften  derselben  ebenso 
wie  Kohlenstoff,  wenn  auch  bedeutend 
schwächer.  Von  den  Verbindungen  des 
Siliciums  findet  vor  allem  das  Dioxyd 
ausgedehnte  Verwendung.  Als  Quarz  dient 
es  wegen  seiner  Durchlässigkeit  für  ultra- 
violettes Licht  zur  Herstellung  von  Linsen 
und  Prismen  für  optische  Instrumente. 
Aus  geschmolzenem  Quarz,  dem  Quarzglas, 
werden  für  chemische  Zwecke  Apparate 
fabriziert,  die  sich  durch  große  Indifferenz 
gegen  Temperaturveränderungen  und  Wider- 
standsfähigkeit gegen  chemische  iVngriffe 
auszeichnen.  Kieselgur  dient  zur  Herstellung 
von  Wassergla'S,  Emaille,  Ultramarin  und 
bei  der  Fabrikation  von  Dynamit  zum 
Aufsaugen  des  flüssigen  Nitroglyzerins.  Auch 
Silikate  werden  vielfach  verwandt,  so  zur 
Herstellung  von  Tonwaren,  Glas,  Zement 
usw.  Die  Verbindung  des  Siliciums  mit 
Kohlenstoff,  Carborundum  genannt,  ist 
wegen  ihrer  außerordentlichen  Härte  ein 
geschätztes  Schleifmaterial,  das  sogar  den 
Diamantstaub  ersetzen  kann. 

6.  Analytische  Chemie.  Qualitativ 
läßt  sich  das  Silicium  bezw.  die  Kieselsäure 
am  besten  auf  trockenem  Wege  nachweisen. 
Bringt  man  die  auf  Kieselsäure  zu  prüfende 
Substanz  als  grobes  Pulver  in  eine  ge- 
schmolzene Phosphorsalzperle,  so  lösen  sich 
nur  die  basischen  Bestandteile  auf,  während 
die  Kieselsäure  als  weiße,  gallertartige  Masse 
(Kieselskelet)  in  der  Perle  suspendiert 
bleibt.  Es  ist  aber  zu  beachten,  daß  viele 
Silikate,  vor  allem  die  Zeolithe,  sich  voll- 
ständig klar  in  der  Perle  auflösen,  während 
andere  Mineralien,  die  keine  Kieselsäure 
enthalten,  das  Skelett  geben.  Deshalb  ist 
es  zweckmäßig,  die  auf  Kieselsäure  zu  prü- 


fende Substanz  zuerst  mit  Soda  zu  sclnnelzen, 
die  Schmelze  mit  Salzsäure  einzudamj)fen 
und  den  dann  in  Wasser  unlöslichen  Rück- 
stand in  der  Phosphorsalzperle  zu  prüfen 
Quantitativ  wird  das  Silicium  fast 
immer  als  Siliciumdioxyd  bestimmt.  Es 
handelt  sich  aber  meistens  darum,  die 
Kieselsäure  von  basischen  Bestandteilen  zu 
trennen.  Hierfür  gibt  es  verschiedene 
Methoden: 

1.  Durch  Behandeln  mit  konzentrierter 
Salzsäure  auf  dem  Wasserbade  lassen  sich 
die  Zeolithe  aufschließen.  Das  fein  gepulverte 
Mineral  wird  mit  konzentrierter  Salzsäure 
zur  staubigen  Trockne  verdampft  und  der 
Rückstand  mit  Salzsäure  aufgenommen. 
Die  unlöslich  gewordene  Kieselsäure  wird 
nun  abfiltriert  und  das  Filtrat  nochmals 
zur  Trockne  verdampft,  da  es  noch  merkliche 
Mengen  Kieselsäure  enthalten  kann.  Nach- 
dem die  eventuell  noch  abgeschiedene  Kiesel- 
säure ebenfalls  filtriert  und  gewaschen  ist, 
wird  das  Filter  im  Platintiegel  naß  ver- 
brannt und  die  vor  dem  Gebläse  geglühte 
Kieselsäure    nach    dem    Erkalten    gewogen. 

2.  Durch  Schmelzen  mit  einem  Gemisch 
gleicher  Teile  Natrium-  und  Kaliumkarbonat 
werden  alle  nach  der  vorigen  Methode 
nicht  aufschließbaren  Silikate  aufgeschlossen 
und  die  Kieselsäure  in  lösliches  Alkali- 
silikat übergeführt.  Die  Schmelze  behandelt 
man  nach  dem  Erkalten  mit  Wasser  und 
Salzsäure,  dampft  die  erhaltene  Lösung 
auf  dem  Wasserbade  ein,  um  die  Kiesel- 
säure unlöslich  zu  machen,  und  verfährt 
dann  ebenso  wie  oben  beschrieben. 

3.  Das  Aufschließen  mit  Flußsäure  und 
verdünnter  Schwefelsäure  wird  angewandt, 
wenn  es  sich  um  die  Bestimmung  von  Alkalien 
in  Sihkaten  handelt. 

Eine  vollständige,  exakte  Silikatanalyse 
gehört  zu  den  schwierigsten  Operationen  der 
analytischen  Chemie  und  es  sind  sehr  viele 
Methoden  dafür  im  Gebrauch  je  nach  der 
Natur  und  Zusammensetzung  des  Silikates. 
Eine  ausgezeichnete  Beschreibung  von  Silikat- 
analysen findet  man  in:  F.  P.  Treadwell, 
Kurzes  Lehrbuch  der  analvtischen  Chemie. 
Bd.  IL 

7.  Spezielle  Chemie.  Sihcium  löst  sich 
in  vielen  geschmolzenen  Metallen,  z.  B. 
Zink,  Aluminium,  Zinn,  Blei,  Kadmium. 
Gold,  Silber,  auf  und  scheidet  sich  beim 
Erkalten  der  Metalle  fast  vollständig  wieder 
aus. 

100  Teile  Zink  lösen  bei: 

600»    650«    730"    800«    850» 

0,06    0,15    0,57     0,92     1,62  Teile  Sihcium. 

Mit  anderen  Metallen,  wie  den  Erd- 
alkalien. Magnesium,  Mangan,  Kupfer,  h]isen, 
Nickel,  Platin  u.  a.  bildet  es  chemische 
Verbindungen,  die  Silicide. 


!\  i )lilenstof fgruppe  (Silicium ) 


889 


Amorphes  wie  kristallisiertes  Silicium 
verbindet  sich  beim  Erhitzen  mit  Wasser- 
stoff zu  SiH4:  in  Sauerstoff  verbrennt 
Silicium  bei  400",  mit  Stickstoff  verbindet 
es  sich  in  der  Glühhitze.  Von  den  Halogenen 
greift  Fluor  schon  in  der  Kälte,  die  übrigen 
beim  Erwärmen  an.  Auch  die  Halogen- 
wasserstoffe reagieren  beim  Erhitzen  mit 
Silicium.  Wässerige  Säuren,  einschließlich 
Flußsäure,  wirken  nicht  ein,  dagegen  werden 
beide  Modifikationen  des  Siliciums  leicht 
von  verdünnten  Alkalien  gelöst. 

Verbindungen  mit  Wasserstoff. 

Silicon!  ethan,  SiH4.  Durch  Ein- 
wirkung von  konzentrierter  Salzsäure  auf 
Magnesiumsilicid,  SiMgo,  w^elches  durch  Er- 
hitzen von  gepulvertem,  trockenem  Quarz- 
sand mit  Magnesium  entsteht,  erhält  man 
ein  an  der  Luft  selbstentzündliches  Gas, 
welches  Wasserstoff,  Silicomethan  und  Silico- 
äthan  enthält.  Kühlt  man  dieses  Gemisch 
durch  flüssige  Luft  ab,  so  werden  nur  die 
beiden  Siliciumwasserstoffe  verflüssigt  nnd, 
wenn  man  dann  wieder  langsam  auf  Zimmer- 
temperatur erwärmt,  so  erhält  man  gas- 
förmiges Silicomethan  und  das  bei  gewöhn- 
licher Temperatur  flüssige  Silicoäthan  bleibt 
zurück.  Durch  wiederholtes  Fraktionieren 
erhält  man  dann  reines  Silicomethan. 

Sofort  rein  erhält  man  es  beim  Erwärmen 
des  aus  absolutem  Alkohol  und  Silico- 
chloroform  dargestellten  Orthosilicoameisen- 
säureäthylesters  mit  Natrium. 

4SiH(OC2H5)3  =   SiH^  +  SSiCOCgH,,)^. 

Das  Natrium  wird  bei  der  Reaktion 
nicht  verändert.  Man  fängt  das  Gas  über 
Quecksilber  auf.  Silicomethan  ist  farblos 
und  an  der  Luft  nicht  selbstentzündlich. 
Durch  gelindes  Erwärmen  und  durch  Druck- 
erniedrigung aber  tritt  Entzündung  ein. 
Bei  — 200"  erstarrt  das  verflüssigte  Gas. 
Der  kritische  Punkt  liegt  nahe  bei  0". 

Beim  Durchschlagen  elektrischer  Funken 
durch  das  Gas  entsteht  unter  Wasserstoff- 
entwickelung fester  Siliciumwasserstoff 
SioHg.  Dieser  ist  gelb  gefärbt  und  entzündet 
sich  durch  Stoß. 

Silicoäthan,  Si-^Hg,  wird  aus  Magnesium- 
silicid, wie  oben  beschrieben,  hergestellt. 
Es  ist  eine  farblose,  an  der  Luft  selbstent- 
zündliche Flüssigkeit,  die  bei  -t-52"  siedet 
und  schwerer  ist  als  Wasser.  Durch  Ab- 
kühlen mit  flüssiger  Luft  entstehen  Kristalle, 
die  bei  — -138"  schmelzen.  Bei  Luftabschluß 
erhitzt,  zersetzt  es  sich  erst  über  100". 

S  i  1  i  c  i  u  m  a  1  k  y  1 V  e  r  b  i  n  d  u  n  g  e  n .  In 

diesen  Verbindungen  tritt  die  Analogie 
des  Siliciums  mit  dem  Kohlenstoff  deutlich 
hervor,  denn  sie  verhalten  sich  bei  vielen 
Reaktionen  ganz  wie  die  entsprechenden 
Kohlenwasserstoffe.  So  entstehen  durch 
Einwirkung  von  Chlor  Substitutionspro- 
dukte, die  sich  wie  Alkylchloride  verhalten, 


indem  sie  mit  Wasser  siliciumhaltige  Alkohole 
und  mit  Natriumacetat  Essigsäureester 
liefern. 

Dargestellt  werden  die  Siliciumalkyle 
durch  Einwirkung  von  Zinkalkylen  auf 
Siliciumhaloide,  z.  B. 

SiSU  +  2Zn(CH3)2  =  Si(CH3)4  +  2ZnCL. 

2SiHCl3  +  2Zn(C3H7)2  =  2SiH(C3H-)3  + 
SZnClo. 

SQ,  +  SZnCCsHs)^  =  8\,{C,R,\  + 
SZnJg. 

Auch  durch  Einwirkung  von  Natrium 
auf  Siliciumhaloide  und  Alkylchloride  in 
ätherischer  Lösung  entstehen  Siliciumalkyle: 

SiCl4  +  4C2H5CI  +  8Na  =  SilCaHg)^  +NaCl, 

eine  Reaktion,  die  ebenso,  entsprechend  der 
Fittigschen  Synthese,  zur  Darstellung  von 
S  i  1  i  c  i  u  m  a  r  y  1 V  e  r  b  i  n  d  u  n  g  e  n  d  ie n  t . 

SiCl^  +  4C6H5CI  +  8Na  =  Si(C,H5)4  +  SNaCl. 

Die  Siliciumalkyle  sind  beständige,  in 
W^asser  unlösliche,  in  organischen  Lösungs- 
mitteln lösliche  Flüssigkeiten.  Die  Silicium- 
aryle  dagegen  sind  meist  feste  kristallisierte 
Substanzen. 

Verbindungen  mit  den  Halogenen. 

Siliciumfluorid,  SiF4,  wird  meistens 
durch  Erwärmen  eines  (iemisches  von  Sand 
und  Flußspat  mit  Schwefelsäure  hergestellt. 

SiOa  +  2CaF.,  +  2H0SO4  =  SiF^  +  2CaS04 
+  2H.,0. 

Es  enthält  dann  stets  geringe  Mengen 
Fluorwasserstoff,  von  dem  es  durch  Ueber- 
leiten  über  erhitzte  Glaswolle  und  nach- 
folgendes Abkühlen  auf  — 60"  befreit  werden 
kann.  Bei  der  Darstellung  und  Reinigung 
ist  jede  Spur  von  Feuchtigkeit  au^szu- 
schließen. 

Sehr  reines  Siliciumfluorid  erhält  man 
durch  Erhitzen  von  gut  getrocknetem  Ba- 
riumsiliciumfluorid,  BaSiFg. 

Es  ist  ein  farbloses,  stechend  riechendes 
und  an  der  Luft  stark  rauchendes  Gas, 
welches  über  Quecksilber  aufgefangen  werden 
muß.  Der  kritische  Punkt  liegt  bei  —1,5". 
Beim  Abkühlen  unter  Atmosphärendruck 
verdichtet  es  sich  bei  —97"  zu  einer  festen 
amorphen  Masse,  die  beim  Erwärmen  direkt 
in  den  Gaszustand  übergeht.  Siliciumfluorid 
ist  sehr  beständig  und  wird  auch  beim 
Durchschlagen  elektrischer  Funken  nicht 
zersetzt.  Konzentrierte,  wässerige  Fluß- 
säure absorbiert  das  Gas  ohne  Abscheidung 
von  Kieselsäure  unter  Bildung  von  Kiesel- 

j  fluorwasserstoffsäure.      Beim  Einleiten   von 

j  Siliciumfluorid  in  Wasser  entsteht  unter  Ab- 
scheidung    von     Kieselsäure     und     starker 

I  Wärmeentwickelung    ebenfalls     Kieselfluor- 

'  wasserstoffsäure. 

3SiF4  +  4H.,0  =  2H2SiF6  +  H^SiOj. 


890 


Kolilenstof fgru] )pe  ( Silicium) 


K  i  e  s  e  I  f  1  uo  r  w  a  s  s  e  r  s  1 0  i  f  s  ä  u  r  e ,  Hg  SiFß 
Die  wasserfreie  Verbindung  ist  nicht  be- 
kannt. Wässerige  Lösungen  entstehen 
beim  Aullösen  von  Kieselsäure  in  wässeriger 
Flußsäure. 

SiOg  +  6HF  =  HgSiFe  +  2H2O. 

Gewöhnlich  aber  stellt  man  die  Säure 
durch  Einleiten  von  Siliciumfluorid,  welches 
aus  Sand,  Plußspat  und  Schwefelsäure 
entwickelt  wird,  in  Wasser  her  (siehe  oben). 
Um  eine  Verstopfung  der  Gaszuleitungsröhre 
durch  ausgeschiedene  Kieselsäure  zu  ver- 
meiden, läßt  man  das  Gas  unter  Quecksilber 
austreten,  über  dem  sich  Wasser  befindet. 
Es  entstehen  so  verdünnte  Lösungen,  die 
zwar  konzentriert  werden  können,  doch 
bleibt  dann  das  Verhältnis  SiF4:HF  im 
allgemeinen  nicht  mehr  1:2.  Beim  Kochen 
konzentrierterer  als  13,3prozentiger  Lö- 
sungen (720  mm  Druck)  ist  der  Dampf 
reicher  an  SiF4  als  an  HF.  Die  zurück- 
bleibende Lösung  reichert  sich  demnach 
an  Flußsäure  an  und  vermag  Glas  zu  ätzen. 
Ist  umgekehrt  die  Lösung  verdünnter  als 
13,3prozentig,  so  enthält  der  Dampf  mehr 
HF  als  SiF4  und  es  entsteht  in  der  Lösung 
Kieselsäure,  die  zunächst  kolloidal  gelöst 
bleibt    und    erst   nach    und    nach    ausfällt. 

Spez.  Gewicht  1,0161  1,0491  1,0834  1,119  1,1941 
Prozentgphalt      2  6  10        14       22 

Molekulare  Leitfähigkeit  A  bei  25". 

V        2        4        8       16       64     256    1024 
z/     216    260    281    304    342     377     495 

Die  Säure  ist  also  ziemlich  stark,  doch 
läßt  die  enorme  Zunahme  des  molekularen 
Leitvermögens  erkennen,  daß  in  verdünnten 
Lösungen  Hydrolyse  eintritt.  Die  Beweg- 
lichkeit des  Anions  SiFg"  ist  bei  22o  54,7. 
Verdünnte  Avässerige  Lösungen  lassen  sich 
in  Glasgefäßen  aufbewahren. 

Beim  Abkühlen  konzentrierter  Lösungen 
entstehen  die  Hydrate  HoSiFg.2HoO  und 
H2SiF6.4H.O. 

Silicofluoroforiri,  SiHFg,  entsteht 
beim  Erhitzen  von  Silicochloroform  mit 
Zinntetrafluorid  in  einer  Kupferbombe  bei 
220"  oder  mit  Titantetrafluorid  bei  120". 
Es  ist  ein  farbloses  Gas,  welches  sich  durch 
Abkühlen  zu  einer  bei  —80"  siedenden 
Flüssigkeit  verdichten  läßt.  Durch  weitere 
Abkühlung  erhält  man  bei  —110"  schmelzende 
Kristalle.  Silicofluoroform  ist  brennbar  und 
bildet  mit  Luft  ein  explosives  Gemenge. 
\'on  Wasser  wird  es  in  Kieselsäure,  Fluß- 
säure und  Wasserstoff  zersetzt. 

Siliciumtetrachlorid,  SiCl4,  kann 
durch  Erhitzen  von  Silicium  oder  eines 
Gemisches  von  geglühter  Kieselsäure  und 
Kohle  im  Chlorstrom  dargestellt  werden. 
Durch  Schütteln  mit  Quecksilber  wird  es 
von  überschüssiirem  Chlor  befreit  und  durch 


Destillation  gereinigt.  Auch  durch  Er- 
hitzen des  Reaktionsproduktes  aus  Kiesel- 
säure und  Magnesium  im  Chlorstrom  läßt 
es  sich  bequem  darstellen.  Bei  dieser  Re- 
aktion entsteht  auch  Si.^Clg,  von  dem  es 
durch  fraktionierte  Destillation  getrennt 
wird.  Es  ist  eine  wasserhelle  Flüssigkeit, 
welche  bei  57  bis  58"  siedet  und  bei  —89" 
erstarrt.  Die  kritische  Temperatur  liegt 
bei  230".  Spezifisches  Gewicht  des  flüssigen 
Tetrachlorids  U^^^  =  1,493.  Es  dissoziiert 
nicht  beim  Erhitzen  auf  hohe  Temperatur. 
Beim  Durchleiten  eines  Gemisches  von 
Siliciumtetrachlorid  und  Luft  durch  ein 
glühendes  Porzellanrohr  entstehen  Sili- 
ciumoxy  Chloride.  Siliciumtetrachlorid 
kann  über  Natrium  oder  Kalium  destilliert 
werden,  da  die  Alkalimetalle  es  auch  bei 
200"  nicht  zersetzen.  Bei  Rotglut  dagegen 
tritt  heftige  Reduktion  zu  amorphen  Silicium 
ein.  Ebenso  reduzieren  bei  Rotglut  Zink 
und  Silber.  Von  Wasser  wird  es  in  der  Kälte 
sofort  unter  Abscheidung  von  Kieselsäure 
zersetzt. 

SiCl4  +  4H2O  =  Si(0H)4  +  4HC1. 

Wirkt  Wasserdampf  bei  Rotglut  ein,  so 
entsteht  kristallisiertes  Siliciumdioxyd.  Alle 
Metalloxyde,  reagieren  mit  SiCl4  unter  Bildung 
von  SiOo  oder  Silikaten  und  Metallchloriden. 
Bei  Einwirkung  von  Alkoholen  entstehen 
Kieselsäureester. 

A  d  d  i  t i  0  n  s  V  e  r  b  i  n  d  u  n  g  e  n.  SiCl4 .  6NH3 
bildet  sich  durch  Einwirkung  von  Ammoniak 
auf  SiCl4.  Mit  Phosphorwasserstoff  entstehen 
nur  bei  tiefer  Temperatur  beständige  Ver- 
bindungen. 

Siliciumhexachlorid,  Si.,Cl6,  auch 
Siliciumtrichlorid  oder  Siliciumsesquichlorid 
genannt,  wird  durch  Einwirkung  von  Chlor 
oder  Quecksilberchlorid  auf  eine  Lösung 
von  SioJß  in  Schwefelkohlenstoff  dargestellt. 
Es  ist  eine  farblose,  an  der  Luft  rauchende 
Flüssigkeit,  die  bei  146  bis  148"  siedet  und 
bei  —14"  zu  weißen,  bei  —1"  schmelzenden 
Kristallblättern  erstarrt.  Spezifisches  Ge- 
wicht bei  0"  1,58.  Von  Wasser  wird  es 
zersetzt,  bei  0"  entsteht  dabei  Silicooxal- 
säure. 

Siliciumoktochlorid,  SigClg,  entsteht 
in  geringer  Menge  bei  der  Chlorierung  von 
Silicium  bei  300".  Es  ist  eine  bei  210  bis  215" 
siedende  Flüssigkeit,  die  durch  Wasser 
unter  Bildung  von  Silicomesoxalsäure  zersetzt 
wird. 

Silicochloroform,  SiHCl.,.  Durch 
direkte  Substitution  kann  es  aus  dem 
Silicomethan  nicht  erhalten  werden.  Zur 
Darstellung  erhitzt  man  (nicht  bis  zur  Rot- 
glut) kristallisiertes  Silicium  im  trockenen 
Salzsäurestrom.  Durch  Fraktionierung  wird 
es  vom  gleichzeitig  entstehenden  Silicium- 
tetrachlorid getrennt.    Auch  durch  Erhitzen 


Kohlenstoff gruppe  (Silicium ) 


891 


des  Reaktionsproduktes  aus  Siliciumdioxyd 
und  Magnesium  im  Salzsäurestrom  kann 
Silicochloroform  dargestellt  werden,  wenn 
man  das  Reaktionsprodukt  zuvor  zur  Ent- 
fernung des  ^lagnesiumoxyds  mit  verdünnter 
Salzsäure  behandelt  und  trocknet.  Es  ist 
eine  farblose,  leicht  bewegliche  Flüssigkeit, 
die  bei  33°  siedet  und  bei  — -134°  erstarrt. 
Spezifisches  Gewicht  bei  lö''  1,3438. 

Das  Erhitzen  des  Gases  in  einer  in- 
differenten Atmosphäre  führt  zu  dem  Gleich- 
gewicht: 4SiHCl3  ^  3SiCl4  +  2H2  +  Si.  An 
der  Luft  verbrennt  es  leicht.  Durch  Wasser  j 
wird  es  unter  starker  Wärmeentwickelung 
und  Abscheidung  von  Kieselsäure  zersetzt. 
Bei  0'^  entsteht  mit  Wasser  Silicoameisen 
Säureanhydrid.  In  vielen  organischen  Lö- 
sungsmitteln ist  es  unzersetzt  löslich.  Durch 
Halogene  bilden  sich  unter  Abspaltung 
von  Halogenwasserstoff  Tetrahalogenverbin- 
dungen. Mit  absolutem  Alkohol  entsteht 
Ortho  silicoameisen  Säureäthylester. 

Siliciumoxychlorid,  81.20014,  kann 
durch  Ueberleiten  von  Chlor  und  Sauerstoff 
über  kristallisiertes  Silicium  unterhalb  800*^ 
oder  beim  Durchleiten  von  Siliciumtetra- 
chlorid  und  Luft  durch  ein  auf  Weißglut 
erhitztes  Porzellanrohr  dargestellt  werden. 
Es  ist  eine  bei  138*^  siedende  Flüssigkeit. 
Siliciumtetrabromid,  SiBr4,wird,  ent- 
s])rechend  dem  Chlorid,  durch  Erhitzen 
von  Kieselsäure  und  Kohle  im  Bromstrom 
oder  aus  dem  Reaktionsprodukt  von  Kiesel- 
säure und  Magnesium  mit  Brom  dargestellt. 
Bei  dem  letzten  Verfahren  entsteht  auch 
Silicobromoform,  von  dem  es  durch  frak- 
tionierte Destillation  getrennt  wird.  Es 
ist  eine  farblose  Flüssigkeit,  die  an  der 
Luft  stark  raucht  und  bei  153  bis  154*^  siedet. 
Spezifisches  Gewicht  bei  0"  2,81.  Von  Wasser 
wird  es  zersetzt.  Im  Gegensatz  zum  Chlorid 
verpufft  es  mit  Kalium  heftig.  Mit  Ammoniak 
entsteht  eine  Ad ditions Verbindung  SiBr4 
.7NH3. 

Silicium  he  xabromid,  Si.^Brg,  stellt 
man  durch  Einwirkung  von  Brom  auf  in 
Schwefelkohlenstoff  gelöstes  Siliciumhexa- 
jodid  her.  Es  ist  eine  bei  240"  siedende 
Flüssigkeit,  die  durch  Spuren  von  Feuchtig- 
keit zersetzt  wird. 

Siliciumbromoform,  SiHBrg,  entsteht 
neben  Si-^Br^  wie  oben  angegeben.  Farblose, 
an  der  Luft  rauchende  und  selbstentzünd- 
liche Flüssigkeit,  die  bei  115  bis  117"  siedet. 
Spezifisches  Gewicht  2,7.  Von  Wasser  wird 
es  sofort  zersetzt. 

S  i  1  i  c  i  u  m  c  h  1 0  r  0  b  r  0  m  i  d  e ,  SiClgBr, 
SiCloBr^  und  SiClBrg  können  aus  Brom- 
Avasserstoffgas  und  Siliciumtetrachlorid  bei 
Rotglut  dargestellt  werden. 

Siliciumtetrajodid,  SiJ4,  wird  ent- 
sprechend dem  Chlorid  und  Bromid  dar- 
gestellt.       Es    ist    in     Schwefelkohlenstoff 


löslich  und  kristallisiert  daraus  in  farblosen, 
regulären  Oktaedern,  die  mit  dem  Kohlen- 
stofftetrajodid  isomorph  sind  und  bei  120" 
schmelzen.      Von  Wasser  wird  es  zersetzt. 

Siliciumhexajodid,  SigJe,  ist  das  Aus- 
gangsmaterial für  "die  Darstellung  der  ent- 
sprechenden Chlor-  und  Bromverbindungen. 
Es  entsteht  aus  dem  Tetrajodid  beim  Er- 
hitzen desselben  mit  fein  verteiltem  Silber 
auf  300".  Die  Reaktionsmasse  wird  mit 
heißem  Schwefelkohlenstoff  extrahiert  und 
das  Hexajodid  durch  Umkristallisieren  aus 
Schwefelkohlenstoff  gereinigt.  100  Teile 
CSa  lösen  bei  27"  26  Teile  "&u.\. 

Es  bildet  farblose,  doppelbrechende,  sechs- 
seitige Säulen,  die  an  der  Luft  rauchen  und 
von  Wasser  zersetzt  werden. 

Silicojodoform,  SiHJg,  wird  durch 
Ueberleiten  von  Jodwasserstoff  und  Wasser- 
stoff über  erhitztes  kristallisiertes  Silicium 
dargestellt.  Es  ist  eine  farblose  Flüssigkeit, 
die  sich  unter  vermindertem  Druck  unzersetzt 
destiUieren  läßt.  Sie  siedet  unter  22  mm  Druck 
bei  106".  Von  Wasser  wird  Silicojodoform 
zersetzt,  mit  Schwefelkohlenstoff  und  Benzol 
ist  es  in  jedem  Verhältnis  mischbar.  Spezi- 
fisches Gewicht  bei  23"  3,286. 

Auch  Chloro  Jodide  und  Bromo- 
jodide  des  Siliciums  sind  bekannt. 

Siliciumrhodanid,  Si(CNS)4,  entsteht 
beim  Erhitzen  von  Bleirhodanid  mit  Silicium- 
tetrachlorid oder  durch  Erhitzen  von  Blei- 
rhodanid mit  einer  Lösung  von  Silicium- 
tetrachlorid in  Benzol  am  Rückflußkühler. 
Es  bildet  weiße  Nadeln,  die  bei  142  bis  144" 
schmelzen  und  von  Wasser  zersetzt  werden. 

Siliciumdioxyd,  Kieselsäureanhy- 
drid,  SiOo,  kommt  in  der  Natur  kristallisiert 
als  Quarz  und  seinen  Varietäten  Berg- 
kristall,  x\methyst,  Rauchtopas,  Chal- 
c  e  d  0  n  usw.  vor ;  als  T r  i  d  y  m  i  t ,  als  Christo- 
balit  und  amorph  als  Opal  und  Hyalith. 
Diese  letzten  beiden  Minerahen  enthalten 
meistens  noch  Wasser,  dessen  Menge  aber 
weder  für  dieselbe  Varietät  noch  an  dem- 
selben Ort  konstant  ist.  Wahrscheinlich 
ist  der  Opal  eine  durch  Zersetzung  von 
Silikaten  natürlich  gebildete  und  allmählich 
erstarrte  Kieselgallerte,  die  bald  mehr, 
bald  weniger  oder  fast  gar  kein  Wasser 
enthalten  kann. 

Künstlich  erhält  man  Siliciumdioxyd 
durch  Verbrennen  von  Silicium  oder  durch 
Glühen  der  Kieselsäurehydrate,  und  zwar  je 
nach  der  Temperatur  amorph  oder  kristalli- 
siert. Auch  durch  Einwirkung  von  Wasser- 
dampf auf  Siliciumtetrachlorid  oder  aus 
gelatinöser  Kieselsäure  mit  Spuren  von 
Salzsäure  bei  350"  würde  kristallisiertes 
Siliciumdioxyd  hergestellt.  Von  großer 
Bedeutung  ist  die  Umwandlung  amorpher 
Kieselsäure  in  kristallisierte  für  die  künstliche 
Mineralsvnthese. 


892 


Kulüenstoffg•l^lppe  (Silicium) 


Q  u  a  r  z  kristallisiert  hexagonal-tetar- 
toodrisch-trapczoedrisclK  er  ist  die  unter- 
halb 900"  stabile  Modifikation  des  Silicium- ' 
dioxj^ds.  Spezifisches  C.ewicht  D4-"  =  2,G8, 
Härte  7.  Der  Ausdehnungskoeffizient  bei 
20»  istin  Eichtungder  Hauptachse  7,485 .  10-«,  j 
senkrecht  zur  Hauptachse  13,72 .  10-«.  Bei 
etwa  550°  tritt  plötzliche  starke  Ausdelmung  [ 
ein,  deshalb  zerspringen  Quarzkristalle  oft 
bei  dieser  Temperatur.  Der  Quarz  ist 
doppelbrechend.  Die  Brechungsexponenten 
bei  15"  gegen  Luft  für  den  ordentlichen 
und  den  außerordentlichen  Strahl  sind  für 
Natriumlicht  (f.ijii  =  589,3)  Uo  =  1,54426  und 
Uco  =  1,55337.  Der  Quarz  besitzt  die 
Fähigkeit,  die  Polarisationsebene  derStrahlen, 
welche  parallel  zur  optischen  Achse  hindurch- 
gehen, zu  drehen.  Die  Stärke  der  Drehung 
ist  abhängig  von  der  Dicke  der  durch- 
strahlten Schicht,  von  der  Wellenlänge  des 
Lichtes  und  von  der  Temperatur.  Die 
Drehung  einer  1  mm  dicken,  senkrecht  zur 
optischen  Achse  geschnittenen  Quarzplatte 
beträgt  für  Natriumlicht  {/au  =  589,3)  ± 
21,723°.  Die  Drehungsrichtung  steht  im 
Zusammenhang  mit  der  Enantiomorphie 
der  I{j-istalle.  Bei  den  rechtsdrehenden 
Kristallen  liegen  die  Rhombenflächen  rechts, 
bei  den  linksdrehenden  Kristallen  links  über 
den  Trapezflächen.  Man  unterscheidet  dem- 
nach Rechtsquarze  von  Linksquarzen. 

Der  Tridymit  ist  die  oberhalb  1000° 
stabile  Modifikation  des  Siliciumdioxyds. 
Während  Quarz  bei  hoher  Temperatur  in 
Tridymit  übergeht,  findet  umgekehrt  die 
Umwandlung  von  Tridymit  in  Quarz  nicht 
statt.  Tridymit  hat  das  spezifische  Gewicht 
2,30,  seine  Härte  ist  ungefähr  gleich  der 
des  Quarzes.  Er  kristallisiert  rhombisch,  | 
bei  130°  wird  er  hexagonal. 

Christobalit  steht  dem  Quarz  näher 
als  dem  Tridymit.  Er  kristallisiert  quadra- 
tisch, bei  75°  wird  er  optisch  regulär. 

Amorphes  Siliciumdioxyd  entsteht  durch 
Glühen  der  aus  Silikaten  mittels  Säuren 
abgeschiedenen  Kieselsäurehydrate.  Es  ist 
ein  weißes,  in  Wasser  und  Säuren,  mit 
Ausnahme  der  Flußsäure,  unlösliches  Pulver, 
dessen  Härte  geringer  ist  als  die  des  Quarzes. 
Spezifisches  Gewicht  bei  20"  2,22. 

Quarzglas.  Erhitzt  man  kristallisiertes 
oder  amorphes  Siliciumdioxyd  in  der  Kuall- 
gasflamme  oder  im  elektrischen  Ofen,  so 
wird  es  zunächst  bei  1600°  zähflüssig  und 
dann  bei  1750°  dünnflüssig.  Der  Aus- 
dehnungskoeffizient des  geschmolzenen  und 
wieder  erkalteten  Siliciumdioxyds,  des  so- 
genannten Quarzglases,  ist  außerordentlich 
klein,  zwischen  Ö°  und  1000°  =  5,4.10-7. 
Deshalb  verwendet  man  das  Quarzglas 
neuerdings  vielfach  zu  rHerstellung  chemischer 


Api)arate  und  Geräte.  Das  in  der  Knall- 
gasflamme zähflüssige  Siliciumdioxyd  läßt 
sich  wie  Glas  verarbeiten.  Ausgezeichnet 
sind  solche  aus  Quarzglas  verfertigten  Appa- 
rate dadurch,  daß  sie  vollständig  unemp- 
findlich gegen  Temperaturschwankungen  sind . 
Man  kann  sie  auf  Rotglut  erhitzen  und 
sofort  in  Wasser  tauchen,  ohne  daß  sie  zer- 
springen. Quarzgefäße  sind  auch  sehr  wider- 
standsfähig gegen  Säuren  (ausgenommen 
Flußsäure)  und  Salzlösungen  und  man 
benutzt  sie  daher  sehr  oft  an  Stelle  der 
teuren  Platingefäße.  Von  alkalischen  Flüssig- 
keiten dagegen  werden  die  Quarzgefäße 
leicht  angegriffen.  Wegen  •  der  großen 
Durchlässigkeit  für  ultraviolettes  Licht  wird 
das  Quarzglas  zur  Herstellung  von  Queck- 
silberlampen verwandt,  durch  welche  starke 
photochemische  Wirkungen  erzielt  werden 
können. 

Kieselsäure.  Vom  Siliciumdioxyd  kennt 
man  zahlreiche  Hydrate,  doch  sind  dieselben 
wohl  nicht  als  chemische  Individuen  an- 
zusehen, denn  sie  geben  beim  Erwärmen 
leicht  Wasser  ab,  und  zwar  kontinuierlich. 
Es  läßt  sich  also  kein  bestimmter  Punkt 
feststellen,  bei  dem  das  eine  Hydrat  in  das 
andere  übergeht. 

Bei  der  Einwirkung  von  Wasser  auf 
Siliciumtetrachlorid  oder  Siliciumfluorid  ent- 
steht ein  gallertartiger,  weißer  Niederschlag 

SiCl4  +  4H2O  =  Si(0H)4 

und  auch  beim  Zersetzen  von  Alkalisilikaten 
mit    Säuren    entsteht    der    gleiche    Nieder- 
schlag 
NaoSiOg  +  2HC1  +  HoO  =  Si(0H)4  +  2NaCl. 

Wird  der  Niederschlag  nach  dem  Auswaschen 
mit  Aether  und  Benzol  behandelt,  so  hat 
er  annähernd  die  Zusammensetzung  Si(0H)4. 
Diesem  Hydrat,  welches  als  Orthokiesel- 
säure  anzusprechen  wäre,  wird  aber  durch 
Alkohol  Wasser  entzogen  und  ebenso  verliert 
es  Wasser  durch  längeres  Pressen  zwischen 
Fließpapier.  Die  lufttrockene  Kieselsäure 
enthält  etwa  16,65  Proz.  Wasser,  also  weniger 
als  der  Formel  für  die  Metakie seisäure 
HaSiOo  entspricht.  Der  Wassergehalt  ist 
jedoch  abhängig  von  der  Art  und  Dauer  des 
Trocknens. 

Von  dem   Hydrat    Si(0H)4,   der   Ortho - 
!  kieselsaure,  läßt"^  sich  nach  der  allgemeinen 
Formel 

m.Si(0H)4  — n.HoO 

die  außerordentlich  große  Zahl  der  Poly- 
kie seisäuren  ableiten.  Wenngleich  diese 
;  Polykieselsäuren  frei  nicht  hergestellt  werden 
j  können,  so  sind  doch  zahlreiche  natürlich 
j  vorkommende  und  künstlich  darstellbare 
I  Silikate  als  Salze  dieser  Säuren  anzu- 
sehen. 


Kolilenstoffgruppe  (Silicium) 


893 


Die  Kieselsäure  gehört  zu  den  schwäcli- 
sten  anorganischen  Säuren.  Nur  die  Allvali- 
salze  sind  in  Wasser  löslich  und  darin  weit- 
gehend hydrolysiert.  Trotzdem  Messungen 
über  die  Elektroaffinität  ihrer  Ionen  nicht 
ausgeführt  sind,  läßt  sich  die  geringe  Stärke 
der  Kieselsäure  daran  erkennen,  claß  selbst 
die  schwache  Kohlensäure  aus  den  Lösungen 
der  Alkalisilikate  Kieselsäure  abzuscheiden 
vermag  und  daß  ein  Ammoniumsilikat 
nicht  darstellbar  ist.  Aus  thermochemischen 
Messungen  folgt,  daß  die  Kieselsäure,  im 
Gegensatz  zu  allen  anderen  Säuren,  keine 
bestimmte  Basizität  besitzt,  wodurch  sich 
auch  die  außerordentlich  verschiedene  Zu- 
sammensetzung der  natürlichen  Silikate  er- 
klärt. Bei  hoher  Temperatur  erscheint  die 
Kieselsäure,  hauptsächlich  weil  das  Oxyd 
schwer  flüchtig  ist,  viel  stärker  als  in  wässe- 
riger Lösung.  Beim  Zusammenschmelzen 
von  Alkalikarbonaten  mit  Kieselsäure  wird 
Kohlensäure  ausgetrieben.  ^ 

S  i  1  i  c  i  u  m  0  X  y  h  y  d  r  i  d  e . 
Silicoameisensäureanhydrid,H.3Si20o, 
bildet  sich,  wenn  reines  Silicochloroform 
in  Wasser  von  0"  destilliert  wird.  Der  ent- 
standene Niederschlag  wird  mit  Eiswasser 
gewaschen,  im  Vakuum  über  Schwefelsäure 
getrocknet  und  dann  auf  150"  erhitzt. 
Diese  Bildungsweise  entspricht  ganz  der 
Entstehung  der  Ameisensäure  aus  Chloroform 
und  Wasser,  nur  spaltet  die  frei  nicht 
existenzfähige  Silicoameisensäure  Wasser  ab 
und  geht  in  das  Anhydrid  über.  Da  keine 
Salze  der  Säure  bezw.  ihres  Anhydrides 
existieren,  so  nimmt  man  an,  daß  der  Wasser- 
stoff direkt  an  Silicium  gebunden  ist  und 
schreibt    dem    Anhydrid    die    Konstitution 

H~Si— 0— Si— H 


0 


0 


zu.  Bis  300"^  ist  das  Anhydrid  beständig, 
bei  höherem  Erhitzen  entweicht  Wasser  und 
Silicomethan  und  es  bleibt  Siliciumdioxyd 
zurück,  das  durch  gleichzeitig  entstandenes 
Silicium  braun  gefärbt  ist.  Wird  es  an  der 
Luft  hoch  erhitzt,  so  verbrennt  es.  Fluß- 
säure und  wässerige  alkalische  Lösungen 
lösen  es  unter  Wasserstoffentwickelung,  gegen 
andere  Säuren  ist  es  sehr  beständig.  Es 
wirkt  stark  reduzierend;  so  wird  Kalium- 
permanganat entfärbt,  Silber-  und  Goldsalze 
werden  zu  den  Metallen,  Schwefeldioxyd  zu 
Schwefel  reduziert. 

Silicooxalsäure,  HaSiaO.j.  Läßt  man 
Siliciumhexachlorid  längere"  Zeit  in  einer 
mit  Eis  gekühlten  Platinschale  stehen, 
so  entsteht  durch  den  Wasserdampf  der 
Luft  eine  feste,  weiße,  salzsäurehaltigo  Masse. 
Durch  Zerreiben,  Behandeln  mit  Eiswasser 
und  Trocknen  im  Vakuum  erhält  man  daraus 
Silicooxalsäure  von  96  bis  97  Prozent. 


Die  Säure  ist  ziemlich  explosiv.  Auf 
dem  Platinblech  erhitzt  tritt  unter  Funken- 
sprühen lebhafte  Verpuffung  ein.  Auch 
beim  Reiben  der  Substanz  mit  einem  harten 
Gegenstand  kann  Verpuffung  eintreten.  Li 
wässerigen  Alkalihydroxj^dlösungen  löst  sich 
die  Säure,  ohne  selbst  Salze  zu  bilden,  untei- 
Wasserstof  f  entwickeln  ng.  Silicooxalsäure 

wirkt  ebenfalls  reduzierend. 

Silicomesoxalsäure,  H,jSi306,  ent- 
steht durch  Einwirkung  der  Luftfeuchtigkeit 
auf  Siliciumoctochlorid  bei  starker  Eis- 
kühlung. Die  Säure  ist  sehr  leicht  zersetz- 
hch,  schon  die  Berührung  mit  einem  Tuche 
kann  den  Zerfall  unter  Funkensprühen 
verursachen.  In  Wasser  ist  die  Säure  un- 
löslich, in  Alkalien  löst  sie  sich  unter  Wasser- 
stoffentwickelung. 

Verbindungen  des  Siliciums  mit 
Schw^efel. 

Siliciumdi Sulfid,  SiSo,  erhält  man 
am  besten  durch  Erhitzen  von  reinem 
amorphen  Silicium  mit  der  dreifachen  Menge 
Schwefel  auf  Rotglut  im  hessischen  Tiegel. 
Das  Rohprodukt  wird  durch  Sublimation 
unter  vermindertem  Druck  gereinigt  und  es 
bildet  dann  farblose,  seideglänzende  Nadeln. 
An  der  Luft  erhitzt,  verbrennt  es  zu  SiO.^ 
und  SOg.  Von  Wasser  wird  es  unter  Ab- 
scheidung von  Kieselsäure  und  Entwickelung 
von  Schwefelwasserstoff  zersetzt. 

Siliciummonosulfid,  SiS,  wird  durch 
Erhitzen  eines  Gemisches  von  1  Teil  Ferro- 
silicium  mit  2  Teilen  Schwefel  durch  einen 
Strom  von  80  Ampere  hergestellt  und  durch 
Sublimation  gereinigt.  Es  ist  eine  kompakte 
schwarze  Masse  vom  spezifischen  Gewicht 
D  i^''  =  1,835  oder  pulverförmig  und  gelb. 
Die  gelbe  Form  ist  nur  über  1000°  beständig, 
doch  gelingt  es  durch  schnelle  Abkühlung 
der  Dämpfe,  die  gelbe  Form  auch  bei  ge- 
wöhnlicher Temperatur  zu  erhalten.  Beide 
Formen  werden  durch  Wasser  zersetzt. 

Siliciumchlorosulfid,  SiSClg,  entstellt 
beim  Erhitzen  von  Siliciumdisulfid  im  Chlor- 
strom und  wird  durch  Umkristallisieren  aus 
Schwefelkohlenstoff  gereinigt.  Es  bildet 
große  farblose  Prismen,  die  bei  74  bis  75" 
schmelzen.  Von  feuchter  Luft  wird  es  zer- 
setzt, mit  Wasser  reagiert  es  stürmisch  unter 
Abscheidung  von  Kieselsäure  und  Entwicke- 
lung von  Schwefelwasserstoff  und  Salz- 
säure. 

Siliciumchlorohydrosulfid,Si.Cl3SH, 
entsteht  beim  Durchleiten  von  SiCl4-Darapf 
und  Schwefelwasserstoff  durch  ein  glühendes 
Porzellanrohr.  Vom  unveränderten  Silicium- 
tetrachlorid  wird  es  durch  fraktionierte 
Destillation  getrennt.  Es  ist  eine  farblose, 
unangenehm  riechende  Flüssigkeit,  die  bei 
96''  siedet.    Von  Wasser  wird  es  zersetzt,  mit 


894 


Kohlenstoffgruppe  (Silicium) 


.\lkohol  entsteht  die  Verbiiidmiti;  Si(()C„Hr,).; 
.SH.  ^    ■ 

Siliciuinsulfobroiiiid,  SiSBr.,.  Beim 
Einleiten  von  trockenem  Schwefelwasser- 
stoff in  Silicinmtetrabromid,  dem  ein  Körn- 
chen Ahiminiumbromid  zugesetzt  wurde, 
tritt  bei  150"  stürmische  Reaktion  ein.  Das 
dabei  in  einer  Ausbeute  von  20  Prozent 
entstandene  Siliciumsulfobromid  wird  durch 
fraktionierte  Destillation  vom  unveränderten 
Silicinmtetrabromid  getrennt.  Es  bildet 
große  farblose,  tafelförmige  Kristalle  vom 
Schmelzpunkt  93".  Siedepunkt  150"  bei 
18  mm  Hg.  An  feuchter  Luft  rauchen  die 
Kristalle  stark,  von  Wasser  werden  sie 
explosionsartig  zersetzt. 

Silicosulfoharn  Stoff,  SiS(NH2)2, 
gleicht  nur  in  der  Zusammensetzung,  nicht 
aber   in   seinem   chemischen   Verhalten   der  j 
entsprechenden  Kohlenstoffverbindung,  dem 
Sulfoharnstoff.       Silicosulfoharnstoff    bildet 
sich    bei    der    Einwirkung    von    flüssigem  i 
Ammoniak  auf  in  Benzol  gelöstes  Silicium- 
sulfobromid   bei    starker    Kühlung.        Das  i 
gleichzeitig   entstandene    Ammoniumbromid 
wird    durch    flüssiges    iVmmoniak    entfernt. 
Silicosulfoharnstoff   ist   ein    weißes    Pulver, 
das    allmählich    Ammoniak    und    Schwefel-  j 
Wasserstoff   abgibt.      Von   Wasser   wird   es 
viel  leichter  zersetzt  als  Thioharnstoff. 

Verbindungen  des  Siliciums  mit 
Stickstoff. 

Siliciumnitrid,  8i^^^.     Wird  Silicium  | 
im    Stickstoffstrom    auf    Weißglut    erhitzt, 
so    vereinigen    sich    beide    Elemente.       Es : 
entsteht  auf  diese  Weise  das  Nitrid   Si3N4, 
welches   aber   meistens   mit    Siliciumdioxyd 
verunreinigt   ist.      Es   entsteht   auch    beim  j 
Erhitzen   von    Silicam    in    einer    Stickstoff- 
atmosphäre auf  1200  bis  1300". 

Siliciumamid,  Si(NHo)4,  entsteht  durch 
Einwirkung  von  flüssigeni  Ammoniak  auf 
Siliciumtetrachlorid,  wobei  die  Temperatur  i 
nicht  über  0"  steigen  darf.  Das  gleichzeitig 
entstandene  Ammonchlorid  wird  durch  • 
Waschen  mit  flüssigem  Ammoniak  entfernt. 
Das  weiße  Siliciumamid  ist  nur  unterhalb 
0"  und  bei  Ausschluß  von  Feuchtigkeit  be- 
ständig. 

Siliciumimid,  Si(NH).2,  entsteht  unter 
Ammoniakabspaltung  aus  dem  Amid  über  0". 
Das    weiße    Pulver    ist    bei    gewöhnlicher ; 
Temperatur    an    trockener    Luft    beständig. 

Silicam,  S  i  1  i  c  i  u  m  s  t  i  c  k  s  t  o  f  f  i  m  i  d , 
SiaNgHo.  Wird  Siliciumimid  in  Stickstoff  i 
auf  900"  erhitzt,  so  Inldet  sich  daraus  unter 
Animoniakabspaltung  Silicam.  Es  ist  ein 
weißes  Pulver,  das  durch  Wasser  nicht  zersetzt 
wird. 

Siliciumstickstoffhydrid,  SiNH, 
konnte    nur   in    unreinem  *  Zustand    bei   der 


Einwirkung  von  flüssigem  Ammoniak  auf 
Silicochloroform  bei  starker  Abkühlung  und 
absolutem  Ausschluß  von  Feuchtigkeit  und 
Luft  erhalten  werden.  Denn  bei  der  Rei- 
nigung vom  gleichzeitig  entstandenen  Am- 
monchlorid durch  flüssiges  Ammoniak  bleiben 
nur  85  Proz.  der  Verbindung  unzersetzt. 
Siliciumstickstoffhydrid  verhält  sich  ähnlich 
wie  das  Silicoameisensäureanhydrid.  Es 
wirkt  wie  dieses  stark  reduzierend  und  wird 
von  Wasser  und  Alkalihydroxyden  leicht 
zersetzt. 

Siliciumkarbid,  SiC.  Amorphes 
Siliciunikarbid  entsteht  beim  Erhitzen  eines 
Gemisches  von  einem  Teil  kristallisierten 
Silicium  mit  zwei  Teilen  Siliciumdioxyd  in 
einem  gut  schließenden  Tiegel  aus  Retorten- 
kohle auf  Rotglut.  Dieser  Tiegel  steht  in 
einem  weiteren  aus  feuerfestem  Ton  her- 
gestellten Tiegel  und  dieser  wiederum  in 
einem  dritten  Tiegel.  Zwischen  diesen  Tiegeln 
befindet  sich  Ruß.  Das  so  erhaltene  grüne, 
amorphe  Karbid  muß  zur  Entfernung  des 
Siliciumoxyds  mit  Flußsäure  behandelt 
werden. 

Kristallisiertes  Siliciumkarbid  oder 
Carborundum  kann  chemisch  rein  durch 
direkte  Vereinigung  von  Silicium  mit  Kohlen- 
stoff im  Gebläseofen  bei  1200  bis  1400"  dar- 
gestellt werden.  Bei  der  Reduktion  von 
Siliciumdioxyd  mit  Kohle  im  elektrischen 
Ofen  entsteht  bei  Anwendung  chemisch 
reiner  Substanzen  ein  fast  farbloses  Karbid. 

Technisch  wird  Carborundum  in  großen 
Mengen  nach  dem  Verfahren  von  Acheson 
durch  Erhitzen  eines  Gemisches  von  Sili- 
ciumdioxyd mit  Koks,  Tonerde  und  Koch- 
salz im  elektrischen  Ofen  hergestellt.  Hierbei 
entsteht  auch  amorphes  Karbid,  das  tech- 
nisch wertlos  ist.  Wegen  seiner  außer- 
ordentlich großen  Härte  dient  das  kristalli- 
sierte Karbid  als  Schmirgelersatz  zur  Her- 
stellung von  Schleifrädern. 

Siliciumkarbid  kristallisiert  in  hexago- 
nalen  Tafeln,  die  fast  so  hart  sind  wie  Diamant. 
Härte  9,5.  Sie  ritzen  Stahl  und  Rubin  leicht. 
Spezifisches  Gewicht  3,12.  Das  kristallisierte 
Karbid  ist  eine  außerordentlich  beständige 
Verbindung.  Die  Kristalle  können  vor  dem 
Gebläse  geglüht  werden,  ohne  daß  auch 
nur  spurenweise  Oxydation  eintritt.  Sauer- 
stoff wirkt  bei  lOOO"  noch  nicht  ein,  Chlor 
bei  600"  nur  oberflächlich.  Ein  Gemiscli 
von  rauchender  Salpetersäure  und  Flußsäure, 
welches  kristallisiertes  Silicium  löst,  wirkt 
ebenso  wie  andere  Mineralsäuren  nicht  ein. 
Durch  geschmolzenes  Aetzkali  wird  das 
Karbid  unter  Bildung  von  Alkalisilikat  und 
Alkalikarbonat  zersetzt. 

S  i  1  i  c  i  u  m  d  i  k  a  r  b  i  d ,  SiCg,  entsteht,  wenn 
Aethylen  über  auf  AVeißglut  erhitztes  Silicium 
geleitet  wird. 


Kohlen  Stoff  gruppe  (Süicium  —  Titan) 


895 


Silo xikon  ist  ein  Gemisch  verschiedener 
Siliciumkarbidoxyde,  das  ähnlich  wie  das 
Carborundum  durch  Erhitzen  eines  Gemisches 
von  Sand,  zerstoßenem  Koks  und  Säge- 
spänen im  elektrischen  Ofen  dargestellt 
wird.  Es  bildet  sich  wahrscheinlich  nach  der 
Gleichung: 

2Si02  +  5C  =  SioC.O  +  SCO. 

Siloxikon  wird  im  großen  hergestellt  und 
dient  zur  Herstellung  feuerfester  Geräte. 
Von  sauren  und  basischen  Lösungen,  von 
Feuergasen  und  flüssigen  Metallen  wird  es 
nicht  angegriffen. 

S i  1  i c 0 p h 0  s p h 0 r s äu r e ,  SiOo .  PoOg, 
bildet  sich  beim  Zusammenschmelzen  von 
getrockneter  Kieselsäuregallerte  mit  Meta- 
phosphorsäure  oder  bei  cler  Einwirkung  von 
Siliciumtetrachlorid  auf  Orthophosphorsäure. 
Die  farblosen,  durchsichtigen  Oktaeder  sind 
in  kochendem  Wasser  nicht  löslich. 

8.  Thermochemie.     Bildungswärmen. 


Sikrist.  +  2H2gasf. 
Sikrist.  +  2Fogasf. 
Sikrist.  +  2Cl2gasf. 
Sikrist.  +  Oggasf. 
Sikrist.  +       C-amorph. 


SiH^gasf.  +    24.8  Cal. 

SiF^gasf.  +  239,8     „ 

SiCl^gasf.  +  122,0     „ 

SiOafest  +  191 

SiCkrist.  +      2,0     „ 


9.  Kolloidchemie.  FAn  Silicium- 
hydrosol  entsteht,  wenn  äußerst  fein  zer- 
riebenes Siliciuin  abwechselnd  mit  ver- 
dünnten Säuren  und  Alkalien  behandelt 
und  zwischen  jeder  Operation  mit  destilliertem 
Wasser  gewaschen  wird.  Auf  diese  Weise 
erhält  man  ein  braunes  Hydrosol  des  Sili- 
ciums,  das  durch  vorsichtigen  Zusatz  eines 
Elektrolyten  (NH4CI)  in  ein  plastisches  Gel 
umgewandelt  werden  kann.  Dieses  Gel  wird 
zur  Herstellung  von  Glühfäden  für  elektrische 
Lampen  benutzt. 

Hydrosol  und  Hydrogel  der  Kiesel- 
säure. Versetzt  man  eine  Lösung  von 
Natriumsilikat  mit  überschüssiger  verdünnter 
Salzsäure,  so  bleibt  alle  Kieselsäure  kolloidal 
gelöst.  Dialysiert  man  die  Lösung  gegen 
destilliertes  Wasser,  so  diffundieren  durch 
die  aus  Pergamentpapier  bestehende  Scheide- 
wand Kochsalz  und  Salzsäure  und  man 
erhält  nach  einigen  Tagen  eine  Lösung,  die 
keine  Chlorreaktion  mehr  gibt  und  die 
durch  Kochen  bis  auf  12  Prozent  Kieselsäure 
konzentriert  werden  kann,  ohne  daß  sich 
Gel  ausscheidet.  Die  Lösung  enthält  immer 
noch  etwas  Alkali,  von  dem  sie  nicht  befreit 
werden  kann. 

Reiner  erhält  man  eine  Lösung  kolloidaler 
Kieselsäure,  wenn  man  den  mit  einem 
trockenen  indifferenten  Gase  verdünnten 
Dampf  von  Siliciumtetrachlorid  durch  Ein- 
leiten in  Wasser  unter  Umrühren  hydrolysiert. 
Die  entstandene  Salzsäure  wird  durch  Dia- 
lyse entfernt  und  man  erhält  eine  klare 
Lösung,  die  ohne  Gelabscheidung  bis  zu 
9  Prozent  im  Vakuum  konzentrierbar  ist. 


Das  Kieselsäurehydrosol  besitzt  bei  alka- 
lischer oder  sehr  schwach  saurer  Reaktion 
negative  Ladung,  bei  stärker  saurer  Reaktion 
hingegen  positive  Ladung.  Es  wandert  also 
beim  Stromdurchgang  im  ersten  Falle  nach 
der  Anode,  im  zweiten  nach  der  Kathode. 
Das  Hydrosol  ist  isoelektrisch  bei  äußerst 
schwach  saurer  Reaktion  und  dann  wenig 
empfindhch  gegen  Zusatz  von  Elektrolvtcn. 
Da  mehrwertige  Kationen  auf  negative 
Hydrosole,  mehrwertige  Anionen  dagegen 
auf  positive  Hydrosole  besonders  stark 
fällend  wirken,  so  wird  das  Siliciumhydrosol 
bei  Gegenwart  von  Ammoniak  durch  Barium- 
chlorid,  bei  Gegenwart  von  Salzsäure  durch 
Kaliumsulfat  augenblicklich  gefällt.  Das 
Gel  der  Kieselsäure  vermag  in  Lösung 
befindliche  kleine  Mengen  von  Alkalien 
fast  vollkommen  zu  adsorbieren.  Größere 
Mengen  von  Alkalien,  auch  Ammoniak, 
peptisieren  das  Gel.  Kohlensaure  Salze 
werden  vom  Gel  zum  Teil  zersetzt,  es  wird 
Alkali  aufgenommen  und  eine  diesem  äqui- 
valente Menge  Bikarbonat  geht  in  Lösung. 
Sogar  Calciumkarbonat  wird  auf  diese  Weise 
zersetzt.  Die  Löslichkeit  des  Kieselsäure- 
gels ist  abhängig  von  der  Art  der  Herstellung, 
vom  x\lter  des  Gels  und  von  der  Art  der 
Entwässerung  derart,  daß  aus  verdünnter 
Lösung  frisch  dargestelltes  Gel  und  nicht 
getrocknetes  leichter  lösHch  ist  als  aus  kon- 
zentrierter Lösung  hergestelltes,  älteres  und 
getrocknetes. 

Literatur.  Abeggs  Handbuch  der  anorganiiichen 
Chemie,  Bd.  III,  Abtlg.  2.  —  Gmeltn- Krauts 
Handbuch  der  anorganischen  Chemie,  Bd.  III, 
Abtlg.  1. 

Julius  Geii'ecke. 


c)    Titan. 
Ti.  Atomgewicht  48,1. 

1.  Atomgewicht.  2.  Voikomiuen.  3.  Geschicht- 
liches. 4.  Aufschluß  der  Titanmineralien.  5. 
Darstellung  und  Eigenschaften  des  j\Ietalles. 
6.  Allgemeine  Charakteristik.  7.  Nachweis  und 
Bestimmung.  8.  Verwendung.  9.  Verbindungen 
des  zweiwertigen  Titans.  10.  Verbindungen  des 
dreiwertigen  Titans.  11.  Verbindungen  des 
vierwertigen  Titans.  12.  Verbindungen  mit 
Kohlenstoff. 

I.  Atomgewicht.  Die  internationale 
Atomgewichtskommission  führt  seit  1899 
für  Titan  das  Atomgewicht  48,1  an.  B.  Brau- 
ner befürwortet  in  Abeggs  Handbuch  der 
anorganischen  Chemie  den  Wert  Ti  =  48,08 
und  schätzt  seine  Unsicherheit  nicht  höher 
als  einige  Einheiten  der  zweiten  Dezimal- 
stelle. Das  Atomgewicht  steht  im  Einklang 
mit  der  Regel  von  Avogadro,  der  Lehre  vom 
Isomorphismus,    dem    periodischen     Gesetz 


89G 


Kolüenstoffgruppe  (Titan) 


(lor  Elemente  und  nnsetähr  mit  der   Regel 
von  Du  long -Petit. 

2.  Vorkommen.  Titanverbindungen  sind 
im  Mineralreich  überaus  verbreitet,  treten 
aber  fast  immer  nur  in  kleineren  Mengen 
und  meist  mit  Eisenerzen  vergesellschaftet 
(Ferrotitanat  +  Ferrioxyd)  auf.  Titan  ist 
ein  häufiger  Bestandteil  des  Ackerbodens  und 
wird  von  vielen  Pflanzen  assimiliert.  Das 
wichtigste  und  häufigste  Titanerz  ist  der 
tetragonale  Rutil,  TiO.,,  der  mit  Zinnstein, 
Polianit,  Plattnerit,  thorit  und  Zirkon 
isomorph  ist.  TiOo  kommt  ferner  noch  in 
einer  rhombischen  Form  als  Brookit  und 
in  einer  zweiten  tetragonalen  Form  als 
Anatas  vor. 

3.  Geschichtliches.  Das  Oxyd  des  Titans 
wurde  zuerst  um  das  Ende  des  18.  Jahr- 
hunderts unabhängig  von  Gregor  und  von 
Klaproth  aus  verschiedenen  mineralischen 
Gemengen  isoliert  und  von  letzterem  als 
Titanerde  bezeichnet.  Die  Reindarstellung 
der  Titansäure  gelang  Rose.  Infolge  der 
hohen  Beständigkeit  der  Kohlenstoff-Stick- 
stoffverbindungen des  Titans,  die  leicht  im 
Hochofen  (,,Hochofenwürfel")  entstehen, 
wurden  diese  lange  für  das  freie  Metall 
gehalten.  Diesbezügliche  Aufklärung  brach- 
ten erst  Untersuchungen  von  Berzelius 
im  Jahre  1825,  die  jedoch  unbeachtet  blieben, 
und  von  Wo  hier  im  Jahre  1849.  Einiger- 
maßen reines  Titan  ist  erst  von  Moissan  mit 
Hilfe  des  elektrischen  Ofens  gewonnen  wor- 
den. Die  Darstellung  ganz  reinen  Metalles 
hat  sich  als  überaus  schwierig  herausgestellt, 
soll  aber  neuerdings  gelungen  sein. 

4.  Aufschluß  der  Titanmineralien.  Die 
Gewinnung  der  Titanverbindungen  aus  den 
Mineralien  läuft  meist  auf  die  Ueberführung 
in  Titanate  durch  Schmelzen  mit  Kalium- 
karbonat und  die  Trennung  vom  Eisen  hinaus. 
Letztere  kann  durch  Lösen  der  Schmelze 
in  heißer  verdünnter  Flußsäure  erfolgen; 
beim  Erkalten  kristallisiert  schwer  lösliches 
Kaliumfluotitanat  aus,  das  leicht  durch 
Umkristallisieren  gereinigt  und  durch  Fällen 
der  Lösung  mit  Ammoniak  in  Titansäure 
übergeführt  w'erden  kann.  Nach  einem  neuen 
Verfahren  schmilzt  man  die  Erze  im  elek- 
trischen Ofen  mit  Kohle  zusammen  und  führt 
das  so  gebildete  Karbid  durch  Erhitzen  im 
Chlorstrom  in  TiClj  über,  das  abdestilliert. 

5.  Darstellung  und  Eigenschaften  des 
Metalles.  Bei  der  Einwirkung  von  Kalium 
oder  Natrium  auf  Kaliumtitanfluorid  ent- 
steht unter  heftiger  Reaktion  das  so- 
genannte amorphe  Titan,  ein  unreines, 
dunkles,  pulverförmiges  Produkt.  Nach 
Moissan  im  elektrischen  Ofen  dargestelltes 
Metall  ist  stets  noch  C-haltig,  es  zeigt  glän- 
zend weißen  Bruch  und  ist  sehr  spröde. 
Ganz  reines  Metall  soll  nach  Hunter  zu 
erhalten  sein,  wenn  man  TiCl4  mit  Natrium 


unter  Ausschluß  von  Sauerstoff  in  einer  Eisen- 
bombe auf  Rotglut  erhitzt.  Das  reine  Metall 
gleicht  im  Aussehen  dem  polierten  Stahl, 
ist  in  der  Kälte  hart  und  spröde,  bei  Rot- 
glut schmiedbar.  Der  Schmelzpunkt 
liegt  zwischen  1800  und  1850«,  die  Dichte 
bei  17,5"  ist  4,50,  die  mittlere  spezifische 
Wärme  zwischen  0  und  100°  0,1462,  die 
Atom  war  nie  somit  7,03.  Der  Siedepunkt 
liegt  sehr  hoch;  im  elektrischen  Ofen  läßt 
sich  das  Metall  destiUieren. 

Titan  ist  bei  niederer  Temperatur  sehr 
luftbeständig,  bei  höherer  verbrennt  es  zu 
TiO 2-  Durch  Einwirkung  der  Halogene 
bei  mäßigem  Erhitzen  entstehen  die  ent- 
sprechenden Tetrahalogenverbindungen.  Im 
Stick  Stoff  Strom  bildet  sich  bei  800°  leicht 
Nitrid,  bei  gleichzeitiger  Gegenwart  von 
Kohlenstoff  bei  hoher  Temperatur  unter 
starker  Lichtentwickelung  Ko  hlensto  ff  Stick- 
stoff titan;  mit  Kohle  allein  entsteht  Karbid. 
Titan  vermag  mit  vielen  Metallen  Legierun- 
gen zu  liefern. 

Von  verdünnter  Salzsäure  wird  Titan 
gar  nicht,  von  konzentrierter  langsam,  rascher 
beim  Erw^ärmen  zu  Titano-  oder  Titanisalz 
gelöst.  Aehnlich  verhält  sich  verdünnte 
Schwefelsäure.  Heiße  konzentrierte  Salpeter- 
säure liefert  unlöshche  y5-Titansäure. 

6.  Allgemeine  Charakteristik.  Titan 
bildet  drei  Verbindungsreihen,  die  sich  von 
dem  zweiw'ertigen  Titano-Ion  (Ti"),  dem 
dreiwertigen  Titani-Ion  (Ti"")  und  dem 
vierwertigen  Titan-Ion  (T — )  herleiten. 
Ti"  •  -Verbindungen  sind  wenig  beständig 
und  ähneln  den  zweiwertigen  Verbindungen 
des  V,  Cr  (d.  i.  seinen  rechten  Nachbar- 
elementen im  periodischen  System)  und  Fe. 
Das  dreiwertige  Titan  zeigt  x\nalogien  zu 
den  dreiwertigen  Verbindungen  der  gleichen 
Elemente  (Titanalaune). 

Die  beständigste  Oxydationsstufe,  in 
welche  die  beiden  vorgenannten  unter  Aus- 
übung stark  reduzierender  Wirkungen  über- 
gehen, ist  die  des  vierwertigen  Titans.  Dieses 
nimmt  in  seinem  allgemeinen  Verhalten 
eine  Mittelstellung  zwischen  Silicium  und 
Zirkon  ein.  TiOa  ist  schwächer  sauer  als 
SiOg  und  zeigt  bereits  geringe  basische  Eigen- 
schaften. Dennoch  ist  die  Neigung  des  Ti  1^' 
zur  Bildung  positiv  vierwertiger  Kationen 
noch  eine  sehr  geringe,  wie  aus  der  Komplex- 
bildung und  Hydrolyse  der  Salze  folgt. 

Ueber  das  elektrochemische  Verhalten 
des  metallischen  Titans  ist  wenig  bekannt. 
Nach  seinem  Verhalten  in  Säuren  scheint 
es  unedler  als  Wasserstoff  zu  sein. 

7.  Nachweis  und  Bestimmung.  Die 
farblosen  Verbindungen  des  vierwertigen 
Titans  werden  in  wässeriger  Lösung  durch 
Reduktion  mit  Zink  und  Säure  oder 
hydroschweflige  Säure  in  blaue  oder  vio- 
lette    Lüsunueii     des     dreiwertigen     Titans 


Kohlenstoffgi-uppe  (Titan) 


897 


übergeführt,  die  an  der  Luft  infolge  von 
Oxydation  allmählich  wieder  farblos  werden. 
Zum  Nachweis  sehr  geringer  Spuren  von 
Titan  eignet  sich  die  intensive  Gelbfärbung 
(TiOs),  die  Wasserstoffsuperoxyd  in 
schwach  saurer  Lösung  hervorruft.  Die 
Borax-  oder  Phosphorsalzperle  ist  bei 
(legenwart  von  Titan  in  der  Oxydations- 
flamme farblos;  in  der  Reduktionsflamme 
erhitzt,  erscheint  die  noch  heiße  Perle  gelb, 
nach  dem  Erkalten  violett. 

Zur  quantitativen  Bestimmung  wird 
das  Titan  mit  Ammoniak  als  Hydroxyd 
gefällt  und  durch  Glühen  in  TiOg  übergeführt. 
Die  Gelbfärbung  mit  HoO.,  kann  zur  kolori- 
luetrischen  Bestimmung  kleiner  Mengen 
dienen. 

8.  Verwendung.  Titanverbindungen 
dienen  als  Beizmittel  in  der  Wollfärberei, 
Baumwollfärberei  und  zum  Färben  von 
Leder.  Die  niederen  Oxydationsstufen  des 
Metalles  können  als  Reduktionsmittel  dienen. 
Es  ist  versucht  worden,  die  hohe  Neigung 
des  Titans,  mit  Luftstickstoff  Nitrid  zu 
bilden,  und  dessen  Zersetzung  durch  Wasser- 
dampf der  Ammoniakdarstellung  nutzbar 
zu  machen. 

9.  Verbindungen  des  zweiwertigen 
Titans,  Titanoverbindungen.  Sie  sind  noch 
wenig  erforscht  und  infolge  ihres  hohen 
Reduktionsvermögens  sehr  unbeständig.  Mit 
TiCl4  in  salzsaurer  Lösung  liefern  sie  sofort 
eine  charakteristische  Violettfärbung  infolge 
von  Trichloridbildung. 

Titanochlorid,  TiCla,  bleibt  als  tief- 
schwarzes, in  geringem  Maße  durch  metal- 
lisches Titan  verunreinigtes  Pulver  zurück, 
wenn  man  TiCla  im  H 2- Strom  erhitzt: 

2TiCl3;!:TiC]., +  TiCl4. 

Das  entstehende  Tetrachlorid  wird  von  dem  { 
indifferenten    Gasstrom    fortgeführt.      TiCL 
'  neigt  dazu,   an  der  Luft  explosionsartig   zu 
verpuffen.    Mit  verdünnten  Säuren  liefert  es  i 
farblose  Lösungen  von  Ti"-Salz,  die  sich  an! 
der    Luft   braun,    dann   violett  färben  und  \ 
schließhch     wieder    farblos    (Ti^V)    werden, ' 
während    etwas    Titanmetall    als    schwarzes 
Pulver  zurückbleibt. 

Titano  Jodid,  TiJ,,  wird  bei  der  Re- 1 
duktion  von  TiJ4  mit  Ag  oder  Hg  erhalten. 
Schwarze,  glänzende,  unschmelzbare,  sehr 
hygroskopische  Blättchen  von  der  Dichte 
4,3  bei  20",  die  von  wässerigen  Alkalien  zer- 
setzt, von  Salzsäure  in  der  Siedehitze  zu 
einer  blauen  Flüssigkeit  gelöst  werden. 

Titanohydroxyd,  Ti(0H)2,  entsteht 
aus  Ti" -Lösungen  durch  Fällung  mit  Alkali 
als  schwarzer  Niederschlag,  der  durch  Oxy- 
dation an  der  Luft  erst  blau,  dann  weiß  wird. 
Das  entsprechende  Oxyd  ist  in  reinem  Zu- 
stande noch  nicht  mit  Sicherheit  erhalten 
worden. 

Handwörterbuch  der  Katurwissenschaften.    Band  V 


10.  Verbindungen  des  dreiwertigen  Ti- 
tans, Titaniverbindungen,  werden  bei  der 
Reduktiou  der  Verbindungen  des  vierwertigen 
Titans  mit  Zink  und  Salzsäure  oder  mit 
Wasserstoff  bei  Gegenwart  von  Platin  oder 
auf  elektrolytischem  Wege  erhalten.  Die 
Lösungen  oxydieren  sich  leicht  und  vermögen 
die  Ionen  Au-,  Ag-,  Hg-,  Hg,--  zu  Metall, 
die  Ionen  Cu"  und  Fe---  zu  den  niederen 
Oxjalationsstufen,  Nitroverbindungen  zu 
Aminen  usw.  zu  reduzieren.  Ti----Ionen 
neigen  zur  Komplexbildung  und  Hydrolyse, 
aber  in  geringerem  Maße  als  Ti----;  "die 
Farbe  der  Lösungen  ist  je  nach  der  Natur 
der  Komplexverbindungen  violett  oder  grün, 

Titanichlorid,  TiClg,  wird  durch  Re- 
duktion von  TiCl4  mit  Wasserstoff  erhalten: 

2TiCl4  +  H2  ^  2TiCl3  +  2HC1. 
Nach  Stähler  und  Bachran  leitet  man 
zweckmäßig  einen  mit  TiCl4-Dampf  be- 
ladenen  Ho-Strom  durch  ein  mit  Wasser 
gekühltes  Kupferrohr,  in  dessen  Innern  sich 
ein  elektrisch  zur  iiellen  Rotglut  erhitzter 
Silundumstab  befindet  (Prinzip  der  kalt- 
warmen Röhre).  Das  Trichlorid  setzt  sich 
dann  als  rotviolettes  Pulver  an  der  Innen- 
wand des  Kupferrohres  fest.  Zum  Schutz 
vor  Zersetzung  muß  es  in  trockner  Kohlen- 
dioxydatmosphäre  aufbewahrt  werden.  Es 
zerfällt  schon  bei  gewöhnlicher  Temperatur 
nach 

2TiCl3  ^  TiCl4  +  TiClo. 
Aus  wässerigen  Lösungen  des  Salzes  werden 
zwei  verschiedene  6-Hydrate,  ein  violettes 
und  ein  grünes  erhalten  (ähnlich  wie  beim 
Chromchloridj. 

Titanihydroxyd,  Ti(OH)3.xHoO,  wird 
sowohl  als  schwarzer,  wie  als  kirschroter, 
braunroter  oder  blauer  Niederschlag  be- 
schrieben. Beim  Schütteln  seiner  wässerigen 
Aufschwemmung  mit  Luft  oxydiert  er  sich 
unter  Bildung  von  je  1  Mol.  H2O2  auf  1  vom 
Ti  aufgenommenes  0-Atom. 

Titanioxyd,  Tio03,  ist  mit  FeoOg 
isomorph. 

Titannitride  entstehen  bei  allen  Re- 
duktionen von  Titanverbindungen,  wenn  der 
Luftstickstoff  nicht  peinlich  ausgeschlossen 
ist.  Das  Nitrid  TiN  wird  in  reiner  Form 
beim  längeren  Erhitzen  von  Titanchlorid- 
ammoniakat  im  Ammoniakstrom  als  schön 
bronzefarbene  Masse  von  der  Dichte  5,17 
bei  18»  erhalten.  Beim  Erhitzen  mit  Alkalien 
oder  Wasserdampf  spaltet  das  Nitrid  Am- 
moniak ab.  —  Auch  ein  höheres  Nitrid, 
Ti3N4,  ist  bekannt,  das  beim  Erhitzen  leicht 
in  3TiN  +  N  zerfällt. 

Titanischwefelsäureverbindunge  n. 
Werden  schwefelsaure  Titansalzlösungen  elek- 
trolytisch reduziert,  so  nehmen  sie  zuerst 
tintenartige  Färbung,  schließlich  aber  vio- 
lettes, durchsichtiges  Aussehen  an.     In  der 

57 


898 


Kohlenstoffen iiipt'  (Titan) 


Lösung  entstehen  Gemische  schwefelsaurer 
Ti"^-  und  Ti'^'- Verbindungen  komplexer 
Art;  an  platten  Platinelektroden  (Ueber- 
spannung!)  läßt  sich  die  Reduktion  vollstcändig 
bis  zur  Tii"-Stufe  durchführen,  nicht  aber 
an  platiniertem  Platin. 

In  festem  Zustande  wurden  u.  a.  iso- 
liert die  Verbindungen  Ti,(S04)3,  die  so- 
genannte Titani  schwefelsaure  Ti  311(804)5 
.  I2I2H2O  und  deren  NH4-  und  Rb- 
Salz,'sowie  die  Salze  CsTi(S04),.12H20  und 
RbTi(S04),.12H20  vom  Alauntypus. 

II.  Verbindungen  des  vierwertigen  Ti- 
tans, Titanverbindungen,  bilden  sich  leicht 
aus  allen  anderen  Wertigkeitsstufen  des 
Metalles.  In  ihren  Lösungen  ist  das  Titan 
—  allerdings  wohl  nur  zum  kleinen  Teil  — 
in  Form  von  Ti-----Kationen  enthalten,  viel- 
fach jedoch  in  Form  von  komplexen  Anionen, 
z.  B.  mit  Weinsäure.  Oxalsäure.  Fluorwasser- 
stoff. 

Titantetrafluorid,  Tih\,  ist  ein  sehr 
hygroskopisches  Pulver,  das  sich  in  Wasser 
unter  starker  Wärmeentwickelung  auflöst. 
Die  Lösung  erleidet  beim  wiederholten  Ein- 
dampfen Hjxlrolyse  und  scheidet  dann 
basisches  Salz  ab. 

Titanfluorwasserstoffsäure(H2TiF6?) 
ist  nur  in  wässeriger  Lösung  beständig,  gas- 
förmiger oder  verflüssigter  Fluorwasserstoff 
ist  ohne  Einwirkung  auf  Tih\.  Die  Fluo- 
titanate  entsprechen  im  allgemeinen  dem 
Typus  MeaTiFß  und  sind  zum  Teil  isomorph 
mit  den  entsprechenden  Verbindungen  von 
Si  und  8n.  Sie  werden  durch  Auflösen 
der  betreffenden  Metalloxyde  oder  -karbo- 
nate  in  stark  HF-haltigen  fitansäurelösungen 
erhalten. 

Titantetrachlorid,  TiCl4,  entsteht  bei 
der  Einwirkung  von  Chlor  auf  metallisches, 
auch  Ohaltigers  Titan  oberhalb  300".  In 
reinem  Zustande  ist  es  eine  wasserhelle 
Flüssigkeit  von  der  Dichte  1,760  bei  0"  und 
dem  Siedei)unkt  136,41"  unter  Normaldruck. 
Die  Dampfdichte  entspricht  nahezu  dem  von 
der  Formel  TiClj  geforderten  Wert. 

Es  raucht  an  feuchter  Luft  und  besitzt 
stechenden  (ieruch.  In  Wasser  löst  es  sich 
mit  lebhafter  Wärmeentwickelung.  Seine 
hydrolytische  Spaltung  ist  in  mäljig  ver- 
dünnter Lösung  bedeutend,  wird  aber  erst 
beim  Erhitzen  auf  Siedetemperatur  voll- 
ständig. 

Es  sind  einige  Salze  der  Titanchlor- 
wasserstoffsäure, HoTiClß,  bekannt. 

Bei  der  Einwirkung  von  konzentrierter 
Salzsäure  auf  TiC^  sollen  die  Oxvchloride 
TiClyOH,  TiCl2(OH)2.  TiChOH)^  zu  erhalten 
sein. 

Titanchlorid  vernuig  eine  Reihe  von 
Stoffen,  wie  Ammoniak,  Pyridin.  Phosphor- 
oxychlorid,  Nitrosyk-hlorid  u.  a..  unter  Bil- 


dung von  A  d  d  i  t i  1 0  n  s  V  e  r  b  i  11  d  u  n  g  e  n  a  11- 
zulagern. 

Titantetrabromid  und  -Jodid  ver- 
halten sich  ähnlich  wie  das  (^hlorid. 

Titandioxyd,  TiOa.  lieber  das  natür- 
liche Vorkommen  s.  0.  Die  drei  natürlichen 
Formen  lassen  sich  auch  künstlich  auf 
pvrochemischem  Wege  gewinnen.  Oberhalb 
1Ö400  scheint  Rutil,  von  1040  bis  860» 
Brookit  und  darunter  Anatas  die  stabile 
Form  zu  sein. 

Amorphes  Dioxyd  entsteht  beim  Glühen 
des  Hydroxydes  oder  anderer  Verbindungen 
mit  flüchtigen  Bestandteilen.  Es  ist  ein 
weißes,  in  der  Hitze  gelbes  Pulver. 

Spezifisches    Gewicht    des    Anatas 
3,60  bis  3,95.  des  Brookit  4,12  bis  4,23,  des 
Rutil  4,18  bis  4,25,   des   amorphen   Oxyds 
nach  dem    Glühen  bei   600"  3,89   bis  3,95, 
nach  dem  Glühen  bei  1000  bis  1200»  4,25. 
Der    Schmelzpunkt    der    kristallinischen 
'  Modifikationen   liegt  bei  1560^*.     Die  mole- 
kulare Bildungswärme  beträgt  218,4  Cal. 
Titanhvdroxyd,      Titansäure, 
Ti(0H)4.xH,Ö,    zeigt   ähnlich   wie    Zirkon- 
und    Zinnsäure   je    nach   den   Darstellungs- 
bedingungen verschiedenes  Verhalten.    Eine 
frisch    bereitete,    nicht    aufgekochte    Titan- 
i  Salzlösung  liefert,  mit  Ammoniak  oder  Al- 
I  kalien  in  der   Kälte  gefällt,   einen  weißen, 
j  voluminösen   Niederschlag  der   sogenannten 
a-Titansäure.   der   in   Wasser   und    Alkohol 
unlöslich,    in  verdünnten   Säuren   schon   in 
der  Kälte  löshch  ist.     Dagegen  erhält  man 
beim    Kochen    einer    verclüJinten    schwefel- 
sauren Lösung  oder  Fällen  mit  OH'  in  der 
Hitze    oder    beim    heißen    Auswaschen    der 
a-Säure  die  in  den  meisten  Säuren  praktisch 
unlöshche,  in  Wasser  kolloid  löshche  ß-Titan- 
säure.      Zwischen   beiden   Formen   bestehen 
kontinuierliche  üebergänge.    Wahrscheinlich 
handelt  es  sich  nur  um   Verschiedenheiten 
I  in  der  Gelstruktur  der  Niederschläge. 

Titanate.      a-Titausäure  ist  in  Alkali- 
lösungen etwas  lösHch,   worin  die  schwach 
saure  Natur  des  Titanhydroxydes  zum  Aus- 
i  druck  kommt.     Aus  wässeriger  Lösung  sind 
nur  Titanate  der  Alkalimetalle  zu  erhalten, 
so  z.  B.  die  Metatitanate  KoTi03.4H20 
lund  Na2Ti03.4H20.     Die  meisten  Titanate 
I  sind  ausschließhch  auf  feuerflüssigeni  Wege 
i  zu  gewinnen.     In  der  Natur  findet  sich  der 
Perowskit,    d.  i.   Calciumtitanat,  CaTiOg. 
der  Menaccanit,  FeTiOg  u.  a.  Der  Titanit 
(Sphenj,  CaO.TiOa.  Si02,  ist  ein  Sincotitanat. 
Pertitansäure,  TiOg.aq.    Neutrale  und 
saure  Titansalzlösungen  werden  durch  Was- 
serstoffsuperoxyd stark  gelb  gefärbt  infolge 
Bildung  eines  "Peroxyds.      Auf  Zusatz  von 
Alkali   oder   beim    Behandeln   von   Ti(0H)4 
!  mit    H2O0    wird    das    Peroxyd    als    gelber 
Niederschlag  erhalten.    Das  Peroxyd  besitzt 


KohlenstoögTuppe  (Titan  —  «Toniianiuiu) 


^^90 


saure  Eigenschaften;  es  ist  eine  Reihe  von 
Pertitanaten  bekannt. 

Titanschwefelsäuren.  Lösungen  der 
Titansäure  in  Schwefelsäure  enthalten 
schwach  komplexe  Titanschwefelsäure- 
anionen.  Von  den  in  festem  Zustande  isolierten 
Verbindungen  sind  die  Titanylschwefel- 
säure,  TiOS04,  und  ihre  Hydrate  am 
stabilsten.  Von  der  Titanschwefelsäure 
H2Ti( 804)0  sind  wohl  definierte  Salze  be- 
kannt. 

Auch  Salze  von  T i  t a n  p  h  0 s  p  h 0 r s  äu r e n 
und  Titan  Oxalsäuren  sind  in  kristallini- 
schem Zustande  gewonnen  worden. 

Titanweinsäure,  Ti(C4H406)2.4HoO, 
ist  durch  hohe  spezifische  Drehung 
(Md  =  140,8"  in  1,5  proz.  Liisung)  aus- 
gezeichnet. 

12.  Verbindungen  mit  Kohlenstoff. 
Titancarbid,  TiC,  wird  im  Moissanofen 
aus  einem  (iemenge  von  Titansäure  und 
Kohlenstoff  erhalten.  Sein  spezifisches  Ge- 
wicht ist  4,25.  Es  ist  dem  metalhschen 
Titan  sehr  ähnlich,  löst  sich  aber  nicht  in 
Salzsäure. 

Ko hie n s tof f s tick stoffti tan  entsteht 
immer  dann,  wenn  bei  der  Reduktion  von 
Titanverbindungen  außer  Stickstoff  auch 
Kohlenstoff  zugegen  ist,  daher  auch  bei  der 
Hochofenverhüttung  titanhaltiger  Eisenerze 
(Hochofenwürfel).  Seine  Zusammensetzung 
ist  sehr  schwankend;  es  enthält  60  bis 
80%  Ti.  Kupferrote,  glänzende  Würfel  von 
der  Dichte  4,1  bis  5,1,  die  wie  das  Nitrid 
anfänglich  für  elementares  Titan  gehalten 
wurden. 

Literatur.      Jacuby    in    Abrcjijs  HaniJbuch  der 
(inoryunischen   Chemie,   Bd.  3,   2,  1009. 

H.  Pick. 


d)   Germanium. 
Ge.  Atomgewicht  72,5. 

1.  Atomgewicht.  2.  Vorkommen.  3.  Geschicht- 
liches. 4.  Darstellung  und  Eigenschaften  des 
Metalles.  5.  Allgemeine  Charaktciistik.  6. 
Verbindungen  des  zweiwertigen  Germaniums. 
7.  Verbindungen  des  vierwertigen  Germaniums. 

1.  Atomgewicht.  Die  internationale 
Atomgewichtskommission  führt  seit  1903  für 
Germanium  das  Atomgewicht  72,5  an.  Die 
Einheiten  der  ersten  Dezimalstelle  sind  un- 
sicher. Das  Atomgewicht  steht  im  Einklang 
mit  der  Regel  von  Avogadro,  dem  Iso- 
morphiegesetz,  der  Stellung  des  Germaniums 
im  periodischen  System  (vgl.  weiter  unten) 
und  annähernd  mit  der  Regel  von  Duloug- 
Petit. 

2.  Vorkommen.  Germanium  findet  sich 
als  Sulfid  neben  Silbersulfid  hauptsächlich 
im  Argyrodit  (Freiberg  i.  S.)  und  Canfiel- 
dit  (Bolivien),  die  beide  etwa  6  bis  7"o  Ger- 
manium enthalten  und  nur  äußerst  selten 
vorkommen.  Ihre  Zusammensetzung  ist 
nahezu  die  gleiche  und  entspricht  ungefähr 
der  Formel  4Ag2S.  GeSa.  Sehr  kleine  Mengen 
von  Germanium  sind  in  zahlreichen  Blen- 
den verschiedenster  Herkunft  nachgewiesen 
worden. 

3.  Geschichtliches.  Germanium  wurde 
im  Jahre  1886  von  Clemens  Winkler  bei 
der  Analyse  des  .Vrgyrodits  entdeckt.  Die 
Auffindung  und  Untersuchung  dieses  Ele- 
mentes hat  dadurch  besonderes  Interesse 
hervorgerufen,  daß  es  sich  mit  dem  von 
Mendelejew  im  Jahre  1871  auf  Grund  des 
periodischen  Systems  vorhergesagten  ,,Eka- 
silicium"  als  identisch  erwies.  Wie  weit- 
gehend einige  Voraussagen  Mendelejews 
mit  der  Erfahrung  übereinstimmen,  geht 
aus  der  folgenden  Vergleichstabelle  her- 
vor : 


Ekasilicium  Es 
von  Mendelejew  vorausgesagt 

Atomgewicht  73,0. 
Spez.  Gewicht  5,5. 
Es  müssen  Alkylverbindungen  vorhanden  sein. 

Es(C^H5)4  wird  den  Siedepunkt  leO»  und  das 

spez.  Gew.  0,96  haben. 
EsO.,  wird  leicht  reduzierbar  sein. 

EsSo  wird  in  Ammoniumsulfid  lüshch  sein. 
EsCl«  wird  flüssig  sein,   unterhalb   lOOo  sieden 

und  das  spez.  Gew.  1,9  besitzen. 
KoEsFb  wird  löshcher  als  K.,SiFr  sein. 


Germanium  Ge 
von  Winkler  gefunden 

Atomgewicht  72,5. 
Spez.  Gewicht  5,469  bei  20". 
Ge(C2H5)4    ist    erhalten    worden.     Siedepunkt 
bei  160";  spez.  Gew.  etwas  kleiner  als  1. 

GeO^  wird  beim  Erhitzen  mit  C  oder  Ho  leicht 

zu  Metall  reduziert. 
GeSo  ist  in  Ammoniumsulfid  leicht  lüshch. 
GeCli  ist  flüssig,  siedet  bei   86"  und  hat  das 

spez.  Gew.  1,887. 
KoGeFg  löst   sich   bei  18»  in    der   180  fachen, 

KoSiF«    bei    100"   in    der   rund    4000  fachen 

Menge  Wasser. 


4.  Darstellung  und  Eigenschaften  des  ,  ins  Gxyd  übergeführt,  dieses  zur  Reinigung 


Metalles.       Der    Argyrodit    wird    zur    Ab 
Scheidung  des   Silbers,  mit   Soda  und    Sal- 
peter gemengt,  geschmolzen,  das  Germanium 


in  Flußsäure  gelöst  und  aus  der  Lösung  durch 
Zusatz  von  KF  als  KoGeFg  gelallt,  das 
Doppelsalz  ins  Sulfid  übergeführt  und  dieses 

57* 


900 


K ohleii Stoff mi  1 1 ) I >• '  •(Germanium ) 


schließlich    durch    Rösten    mit     11, SO,    zu 
GeO,  oxydiert.     Das  Oxyd  wird  durcli  Er- 
hitzen im   Ho-Strom   oder   jnit    Kohle   zum  i 
Metall  reduziert.  j 

Germaniummetall  bildet  grauweiße,   nie-  i 
tallglänzende  Oktaeder  vom   spezifischen  i 
Gewicht  d'°  5,469.     Der  Schmelzpunkt! 
von  etwas  sauerstoffhaltigem  ^letali  wurde  i 
in    einer  Stickstoffatmosphäre   bei  916",    in  j 
einer    Wasserstoffatmosphäre    bei    958«    be- 1 
obachtet.  Die  mittlere  s p e z i f  i  s c  h e  W ä r m e 
zwischen  0  und  100«  ist  0,0773,  die  Atom- 
wärme danach  5,34,  also  um  eine  Einheit 
kleiner,  als  die   Regel  von  Dulong-Petit 
fordert.    Das  regulinische  Metall  ist  an  der 
Luft  beständig,   pulverförmiges  gerät  beim 
Erwärmen    ins   Glimmen.     Germanium   löst 
sich  leicht  in   Königswasser,   nicht  aber  in 
Salzsäure.    Salpetersäure  liefert  GeO 2  in  der 
Hitze;  Schwefelsäure  wird  zu  SO.  reduziert. 
5.  Allgemeine  Charakteristik.     Germa- 
nium nimmt  in  seinem  allgemeinen  Verhalten 
eine   Mittelstellung   zwischen   seinen   beiden 
nächsten  Analogen  im  periodischen  System, 
dem    Silicium    und    dem    Zinn^),    ein.    Wie ! 
letzteres  tritt  es  in  zwei  Wertigkeitsstufen,  i 
nämlich    zwei-    und    vierwertig    auf.      Die  j 
Neigung  zur  Kationenbildung  ist  in  beiden  1 
Verbindungsreihen  nur  gering,  die  Neigung 
zur   Komplexbildnng   bei    Ge^^'   etwa  gleich  | 
der  des  Siliciums.     Die  beiden  Oxyde  GeO  j 
und    GeOo    besitzen    schwach   saure  Eigen-' 
schalten.  '  Das     Sulfid     GeSo    liefert    mit  | 
Schwefelammonium  ähnhch  wie  die  Sulfide  : 
des  Sn,  Sb,  As  komplexes  Sulfosalz. 

Die  Stellung  des  Metalles  in  der  elektri- 
schen  Spannungsreihe   ist  nicht  genau   be- 
kannt.   Zink  wirkt  fällend  auf  (fermanium- 1 
salze;  Ge  ist  danach  edler  als  Zu.  j 

6.     Verbindungen     des     zweiwertigen  \ 
Germaniums,  Germanoverbindungen.    Be- 
kannt sind  das  Fluorür,  GeFa,  das  Chlorür,  j 
GeCla,  das  Oxydul,  GeO,  das  Hydroxydul, , 
Ge(0H)2,  das  Sulfür,  GeS.  ; 

Germaniumchlorür,  (ieCL,  ist  eine] 
farblose  Flüssigkeit,  die  sich  mit  Wasser  ] 
leicht  hydrolytisch  zersetzt  und  infolgedessen  j 
an  feuchter  Luft  stark  rancht. 

Germaniumhydroxydul,  Ge(0H)2, 
wird  wegen  seiner"  schwach  sauren  Eigen- 
schaften und  seiner  hydrolytischen  Bildung 
aus  Germaniumchloroform,  GeHCU, 

GeHCla  +  2H,0  ->  GeO.Hs  +  3HC1 

auch  alsAnalogon  derAmeisensäure(HCOOH), 
als  Germaiiiumameisensäure,  HGeOOH, 
aufgefaßt.  Bei  der  Zersetzung  von  GeCla 
mit  wässerigen  Alkalilösungen  fällt  das 
Hydroxydul  zunäciist  als  gelber  Niederschlag, 


1)  Ti  und    Zr  gehören   der  aiHleicu  Unter- 
gruppe der  vierten  Gruppe  an! 


nimmt  aber  beim  Kochen  der  Lösung  rost- 
rote Farbe  an.  Vielleicht  ist  für  den  gelben 
Stoff  die  Hydroxyd t'ornu4  G"(0H)2,  für  den 
roten  die  Formel  HG^^OOH  auzunelimen. 
In  Auflösungen  des  Hydroxyduls  in  Alkali 
ist  durch  Leitfähigkeitsmessungen  merkliche 
Salzbildung  nachgewiesen.  HGeOOH  scheint 
eine  schwächere  Säure  als  Essigsäure  zu 
sein. 

Germaniumsulfür,  GeS,  wird  erhalten 
beim  Erhitzen  von  GeSo  mit  pulverförmigem 
Germaniummetall  im  COj-Strom  oder  be- 
sonders schön  kristallinisch  beim  langsamen 
Erhitzen  von  GeS,  im  Ho- Strom.  Es  bildet 
im  auffallenden  Lichte  grauschwarze,  im 
durchfallenden  Lichte  lebhaft  rote,  doppel- 
brechende Tafeln,  die  zu  einer  dunkeln 
Flüssigkeit  schmelzen  und  sich  unzersetzt 
verdampfen  lassen.  —  Es  ist  die  am  besten 
definierte  Verbindung  des  zweiwertigen  Ger- 
maniums. 

7.  Verbindungen  des  vierwertigen  Ger- 
maniums, Germaniverbindungen.  Be- 
kannt sind  der  Germanium  Wasserstoff. 
;  GeH4,  Germaniumäthyl,  Ge(C2H5)4,  die 
i  Halogenverbindungen  GeFj,  HaGeF«, 
1  KaGeFß,  GeCl4,  GeHClg,  GeBr4,  GeJ^,  das 
jOxyd  GeOa,  das  Hydroxyd  Ge(0H)4(?), 
'  das"  Sulfid  GeS2  und  die  ammoniakalische 
Lösung  einer  Sulfosänre  (HaGeSa?). 
i  Germaniumfluorid  ist  am  besten  als 
i  Trihydrat,  GeF4.3H20,  bekannt,  das  aus 
'  der  Lösung  von  GeO 2  in  Flußsäure  erhalten 
!  "»vird. 

;        Kaliumgermaniumfluorid,    K2GeFe. 

wird  aus  der  Lösung  von  GeO,  in  Flußsäure 

durch  Zusatz  von  KCl  oder  KHF,  gewonnen. 

Weiße,  hexagonale,  optisch  einachsige   Kri- 

I  stalle,   die   mit  (NH4)2SiFB   völlig   isomorph 

I  und  in  Wasser  wenig,  in  Alkohol  so  gut  wie 

;  gar  nicht  löslich  sind. 

G  e  r  m  a  n  i  n  m  c  h  1 0  r  i  d .  GeC'l,.  entsteht 
i  u.  a.  durch  direkte  Vereinigung  der  Elemente 
unter  Feuererscheinuug.  Dünne,  farblose 
Flüssigkeit  vom  Siedepunkt  86«,  die  schon 
bei  Zimmertemperatur  rasch  verdunstet.  Die 
Dampfdichte  liegt  nach  Messungen  bei  301" 
und  739«  dem  theoretischen  Werte  7,40 
(bezogen  auf  Luft  =  1)  sehr  nahe. 

G e r m a n i  u  m c h  1 0 r 0 f  0 r m ,  GeHOL,,  ent- 
steht analog  dem  Siliciumchloroform  beim 
Ueberleiten  von  HCl- Gas  über  schwach 
erhitztes,  pulverförmiges  Germanium: 

Ge  +  3HCl->GeHCl3  +  H2. 

Es  bildet  eine  farblose  Flüssigkeit,  die  bei 
etwa  72«  siedet  und  an  der  Luft  infolge  der 
Bildung  von  Oxychlorid  milchiges  Aussehen 
annimmt. 

Gernianiumoxyd,  (ie02,  entsteht  bei 
der  Verbrennung  des  Elementes  in  Sauer- 
stoff, beim  Rösten  des  Sulfids,  bei  der  Oxy- 
dation des  Oxyds  mit  HNO3  usw.     Es  ist 


Kolileiistofl'gTuppe  ((iermaniuin  —  /ii-kuniutn) 


901 


ein  weißes  Pulver  von  der  Dichte  4,703  bei  | 
18".  In  Wasser  ist  es  bei  i^jewöhiilicher  Tempe- 
ratur etwas  löslich,   bedeutend  mehr  bei  er- 
höhter Temperatur.     Es  neigt  zur  Bildung 
kolloider   Lösungen.      Lösungen    von   GeOa  | 
reagieren   deutlich   sauer,   was  auf   die   Bil- ! 
düng  von  Säureanionen.  wie  GeOg"  o.  dgl.,  ; 
deutet.     Dementsprechend  ist  das  Oxyd  in  | 
Alkalien   leicht   löslich.      Da   es   auch   in 
Säuren   löslich   ist,    muß   ihm   amphoterer  i 
Charakter  zugeschrieben  werden.  | 

Ciermaniumsulfid,  GeSa,  kommt  neben  ! 
AgaS  im  Argyrodit  vor.  Es  entsteht  kiinst- 1 
lieh  bei  der  Fällung  einer  Lösung  von  (leOa  | 
mitHäS  als  voluminöser,  weißer  Niederschlag,  j 
In  Wasser  ist  es  etwas  löslich,  jedenfalls! 
löslicher  als  die  Sulfide  von  As,  Sb,  Sn,  | 
vielleicht  allerdings  nur  infolge  seiner  Nei- : 
gung  zur  hydrolytischen  Spaltung  in  Geü., ; 
und  HoS.  In  Alkalien  und  in  gelbem  Schwefel- 
ammonium löst  es  sich  unter  Sulfosalz- ; 
bildung. 

Literatur.     Rmlorf   in  Abrqga  Hundhucli    der\ 
anorganischen  ('hemie.   Bd.  3,   2.   1U09. 

H.   Pick.       i 


e)    Zirkonium. 
Zr.    Atomgewicht  90,6. 

1.  Atomgewicht.  2.  Vorkoninien.  3.  Geschicht- 
liches. 4.  Aufschluß  der  Zirkonniinerahen.  5. 
Darstellung  und  Eigenschaften  des  Metalles. 
6.  Allgemeine  Charakteristik.  7.  Nachw^^is  und 
Bestimmung.  S.  Verwendung.  9.  ^>rbindnngen 
des  Zirkoniums. 

1.  Atomgewicht.  Die  internationale 
Atomgewichtskommission  führt  seit  1899 
für  Zirkonium  das  Atomgewicht  90,6  an. 
Der  Wert  besitzt  eine  Unsicherheit  von 
wenigstens  einer  Einheit  der  ersten  Dezimal- 
stelle. Das  Atomgewicht  steht  im  Einklang 
mit  der  Regel  von  Avogadro,  mit  der  Stel- 
lung des  Zirkoniums  im  i)eriodischen  System 
und  ungefähr  mit  der  Regel  von  Dulong- 
Petit. 

2.  Vorkommen.  Zirkonium  ist  ein  in 
(icstalt  seiner  Verbindungen  sehr  verbreitetes 
Element,  tritt  aber  nur  vereinzelt  in  größeren 
Mengen  auf.  Es  kommt  u.  a.  in  Form  seines 
Dioxyds  als  ßaddeleyit  (Brazilit,  Zirkon- 
erde)  und  als  Silikat,  ZrSiO^,  Zirkon, 
vor.  Z  i  r  k  0  n  e  r  d  e  findet  sich  in  ver- 
schiedenen Varietäten  und  in  großen  Mengen 
in  Brasilien;  sie  kommt  als  gelbes  oder 
braunes  Pulver  in  den  Handel  und  enthält 
neben  Zirkondioxyd  Kieselsäure,  Eisen-  und 
Titanoxyd  sowie  kleine  Mengen  seltener 
Erden  und  anderer  Oxyde.  Der  Zirkon 
ist  ein  äußerst  verbreitetes  Mineral.  Er 
kristallisiert  in   mannigfach  gefärbten    Kri- 


stallen des  tetragoiialen  Systems,  isomorph 
mit  Zinnstein,  Rutil,  Polianit,  Thorit.  Durch- 
sichtige orangogelbe  oder  rote  Varietäten  des 
Zirkons  werden  als  Hyacinthe  bezeichnet 
und  finden  als  Halbedelsteine  Verwendung. 
Zirkonium  findet  sich  auch  in  vielen  anderen 
Mineralien,  namentlich  in  denen  der  seltenen 
Erden. 

3.  Geschichtliches.  Zirkondioxj'd  wurde 
zuerst  von  Klaproth  im  Jahre  1789  aus 
dem  Zirkon  von  Ceylon,  einige  Jahre  später 
aus  dem  Hyacinth  abgeschieden.  Die  nähere 
Kenntnis  der  einzelnen  Verbindungen  des 
Zirkoniums  und  die  erste  Darstellung  des 
—  allerdings  noch  stark  verunreinigten  — 
Metalles  ist  auf  Untersuchungen  von  Ber- 
zelius  in  den  Jahren  1824  bis  1835  zurück- 
zuführen. Die  Reindarstellung  des  metalli- 
schen Zirkoniums  ist  erst  neuerdings  Weiß 
und  Neu  mann  gelungen. 

4.  Aufschluß  der  Zirkonmineralien. 
Natürliche  Zirkonerde  läßt  sich  leicht  durch 
Schmelzen  mit  Kaliumhydrofluorid  oder 
Natriumbisulfat  in  lösliche  Form  bringen  und 
durch  Fällung  mit  Ammoniak  in  Zirkon- 
säurehydrat  überführen.  Die  Zersetzung 
des  Zirkons,  der  früher  meist  als  Ausgangs- 
stoff diente,  erfolgt  durch  Schmelzen  mit 
Alkalien  oder  Alkalikarbonaten,  mit  Fluo- 
riden, mit  Kahumbisulfat  oder  durch  Ver- 
dampfung der  Kieselsäure  im  elektrischen 
Lichtbogen.  Aus  der  Schmelze  mit  Kalium- 
fluorid  läßt  sich  leicht  Kaliumfluozirkonat 
in  reiner  Form  erhalten.  Im  allgemeinen 
liefert  der  Aufschluß  der  Zirkonmineralien 
eisenhaltige  Produkte,  die  noch  einem  Reini- 
gungsverfahren unterworfen  werden  müssen. 

5.  Darstellung  und  Eigenschaften  des 
Metalles.  Zirkonnietall  ist  in  amorpher 
und  in  kristallisierter  Form  bekannt.  Ber- 
zelius  erhielt  bei  der  Reduktion  von  Kalium- 
zirkonfluorid  durch  metallisches  Kalium 
amorphes  Metall  als  schwarzes,  kohleähn- 
liches Pulver.  Andere  Darstellungsver- 
fahren des  Zirkonmetalls  sind  auf  die  Reduk- 
tion von  Kaliumfluozirkonat  durch  Alu- 
minium oder  die  Reduktion  von  Zirkon- 
dioxyd mittels  Magnesium: 

ZrO.,  +  2Mg  ^  Zr  +  2MgO 

gegründet.  Auch  die  Reduktion  des  Zirkon- 
dioxyds  durch  Kohle  im  elektrischen  Licht- 
bogen liefert  bei  Innehaltung  gewisser  Be- 
dingungen einen  Regulus  des  Metalls.  Alle 
diese  Verfahren  führen  zu  mehr  oder  weniger 
durch  Kohlenstoff-,  Sauerstoff-  und  Stick- 
stoffverbindungen oder  durch  das  zur  Reduk- 
tion dienende  Metall  verunreinigten  Zirkon- 
produkten.  Praktisch  reines  Zirkonnietall 
wurde  erst  in  neuester  Zeit  erhalten,  indem 
man  einen  elektrischen  Lichtbogen  zwischen 
Elektrodenstiften  aus  käuflichem  Zirkon- 
metall  in  einer  Atmosphäre  von  verdünntem 


902 


K ülilenstof fgi'uppe  (Zii  l^on im 1 1  j 


Wasserstoff   (10   nirn)   übergelien   ließ;   das 
reine  Metall  scliiiiolz  dabei  in  Tropfen  ab. 

Reines,  geschmolzenes  Zirkoninm  zeigt 
Anlanffarben,  im  Brnch  lebhaften  Metall- 
glanz. Seine  Härte  liegt  zwischen  der  des 
Qnarz  nnd  Topas  (7  und  8);  die  Dichte 
bei  18°  ist  6,4,  die  spezifische  AVärme 
0,0804,  die  Atomwärme  also  7,3. 

Zirkonmetall  ist  gegen  die  meisten  vSäu- 
ren,  auch  in  der  Wärme,  sehr  widerstands- 
fähig. Nur  von  Königswasser  und  Flußsäure- 
lösungen wird  es  leicht  gelöst.  Mit  Sauer- 
stoff verbrennt  es,  je  nachdem  es  kristaUi- 
siert,  gepulvert  oder  amorph  ist,  erst  bei 
Weißglut  oder  bereits  unterhalb  der  Rotglut 
zu  Oxydgemengen. 

Kolloide  Lösungen  des  metallischen 
Zirkoniums  sind  auf  verschiedenen  Wegen 
dargestellt  Avorden,  z.  B.  durch  abwechselnde 
Behandlung  des  fein  verteilten  Metalls  mit 
saureii  und  alkalischen  Flüssigkeiten  und 
ausgiebige  Waschungen  mit  Wasser.  Solche 
Lösungen  dienten  ~  allerdings  nur  vorüber- 
gehend —  zur  Herstellung  von  Fäden  für 
elektrische  (xlühlamjjen. 

6.     Allgemeine    Charakteristik,        Zir- 1 
konium  tritt  in  seinen  Verbindungen  stets 
vi  er  wert  ig    auf.       Die    Existenz    niederer 
Oxyde  ist  nicht  ganz  sicher  erwiesen.    Seine  \ 
Vierwertigkeit  und   das  sonstige  chemische 
Verhalten  entsprechen  vollkommen  dem  ihm 
durch    sein    Atomgewicht    im    periodischen  j 
System  angewiesenen  Platz  in  der  4.  (Iruppe  : 
und  5.  Reihe.    Seinem  chemischen  Verhalten  j 
nach  ist  es  mit  Titan  und  Thorium  in  die  j 
elektropositivere  Untergruppe  der  4.  Gruppe 
einzuordnen.      Gleich  dem  Titan  besitzt  es 
eine  hohe  Affinität  zum   Sauerstoff,   Stick- 
stoff,   Kohlenstoff    und    die    Fähigkeit   zur  i 
Legierung  mit  anderen  Metallen.    Die  sauren 
Eigenschaften  seines  Dioxyds  scheinen  noch 
schwächer  ausgeprägt  zu   sein   als   die   des  [ 
Titandioxyds.     Andererseits  nähert  es  sich  j 
hinsichtlich    seiner    basenbildenden    Eigen-  { 
schaffen  bereits  den  seltenen  Erden,  ist  aber 
noch  schwächer  basisch  als  diese,    wie   die  , 
bedeutende    Hydrolyse    seiner    Salze    lehrt,  i 
Von  den  Elementen  der  seltenen  Erden  unter- 1 
scheidet  es  sich  gleich  dem  Thorium  durch  I 
die  Unfähigkeit  zur  Bildung  niederer  Wertig- ; 
keitsstufen,  während  jene  in  ihrer  stabilsten  j 
Form  sämtlich  dreiwertig  sind.  Überhaupt  ist  i 
Zirkonium  dem  Thorium  in  seinem  ganzen  \ 
chemischen    Verhalten    sehr    ähnlicli    und 
neigt  nur  in  seinen  Salzen  (Oxalat,  Fluorid) 
etwas  mehr  zur  Komplexbildung  als  letzteres. 
Wie  die  meisten  Elemente  der  4.    Gruppe 
hat  auch  das  Zirkonium  eine  ausgesprochene 
Neigung    zur    Bildung    von    Doppelsalzen, 
insbesondere  von  Do])i)elflu(iriden  des  Ty])us  ! 
MCaZrFg,    die  zum  Teil  den  entsprechenden 
Verbindungen   des   Titans   und    Zinns   weit- i 
gehend  isomorph  sind. 


7.  Nachweis  und  Bestimmung.  Zir- 
konium folgt  in  seinem  analytischen  Ver- 
halten im  allgemeinen  den  Elementen  der  sel- 
tenen Erden,  namentlich  aber  dem  Thorium. 
Es  unterscheidet  sich  von  diesem  durch  die 
Löslichkeit  seines  Oxalates  in  überschüssiger 
Oxalsäure  und  die  Löslichkeit  des  Fluorides 
in  Flußsäure  und  Alkalifluoridlösungen.  Die 
Fällungsreaktionen  des  Zirkons  versagen  zum 
Teil  in  Gegenwart  von  Sulfaten  (Komplex- 
bildung). 

Die  quantitative  Bestimmung  erfolgt 
durch  Fällung  des  Hydroxyds  mit  Ammoniak 
bei  Siedehitze;  der  Niederschlag  wird  durch 
Glühen  in  ZrO.,  übergeführt  und  gewogen. 

8.  Verwendung.  Das  Ox3^d  des  Zirkons, 
die  Zirkonerde,  findet  Avegen  seiner  Eigen- 
schaft, in  der  Hitze  blendend  Aveiß  zu  strah- 
len, und  dank  seiner  Feuerbeständigkeit 
A'erschiedenfache  technische  AuAAendung. 
Zirkonerde  Avurde  früher,  ähnlich  wie  der 
Kalk  im  Drummond sehen  Kalklicht,  zur 
Erzeugung  von  Intensivbeleuchtungen  in 
Stiftform  der  Gebläsehitze  ausgesetzt.  Gegen- 
Avärtig  dient  es  im  Gemisch  mit  Yttererden 
zur  Herstellung  der  Stifte  für  Nernst- 
lampen.  Derartige  Stäbchen,  deren  Haupt- 
bestandteil die  Zirkonerde  bildet.  Averden. 
durch  VorAvärmung  auf  erhöhte  Temperatur 
gebracht,  zu  verhältnismäßig  guten  Leitern 
des  elektrischen  Stromes  und  erstrahlen  bei 
seinem  Durchgange  in  hellem  (Uanz.  Bei  der 
Herstellung  der  Gasglühlichtstrümpfe  hat 
die  Zirkonerde  nur  vorübergehend  AnAvendung 
gefunden;  auch  in  der  Metallfadenindustrie 
scheint  das  Zirkonium  keine  bleibende  Be- 
deutung gewonnen  zu  haben. 

Erfolgreicher  gestaltet  sich  die  Herstellung 
von  Gefäßen  für  den  chemischen 
Laboratoriumsgebrauch  aus  Zirkonerde. 
Aehnlich  den  Quarzgefäßen  vertragen  solche 
Zirkongeräte  sehr  hohe  Erhitzung  und 
rasche  Abkühlung.  Wegen  des  hohen 
Schmelzpunktes  der  Zirkonerde  können  in 
Zirkonerdetiegeln  Quarz  nnd  Platin  ge- 
schmolzen werden.  Ein  Zusatz  von  0,5  bis 
1*^/0  ZrOa  zum  Quarz  hält  die  Entglasung 
desselben  hintan  und  macht  die  Quarz- 
gläser chemisch  Aviderstandsfähiger  (,,Z-Sil- 
oxyd").  Zirkonerde  AA'ird  ferner  zur  Aus- 
fütterung von  Bessemer-,  Siemens-,  Martin- 
und  Elektrostahlöfen  benutzt. 

Zirkonerde  wird  neuerdings  auch  als  Er- 
satz für  Zinnoxyd  zur  Trübung  von 
Emaillen  A^erwandt.  Bei  der  Röntgen- 
diagnostik der  Magen-  und  Darmerkran- 
kungen wird  es  als  schattengebendes  Mitte! 
an  Stelle  von  Wismutbrei  eingegeben  und 
dürfte  vor  diesem  den  Vorzug  völliger  L^n- 
giftigkeit  haben. 

Zirkonoxyd  und  Zirkonkarbid  werden  als 
Schleifmittel  empfohlen.  Das  Karbid 
schneidet  (das  ähnlich  wie  Diamant. 


KoklenstoffgTuppe  (Zirkonium ) 


903 


Wie  es  scheint,  sucht  die  Industrie  bisher 
noch  nach  einem  größeren  Absatzfeld  für 
Zirkonerde.  da  diese  bei  der  Gewinnung 
der  seltenen  Erden  zur  (ilühstrumpfher- 
stelhing  in  großen  Mengen  als  Nebenprodukt 
abfällt. 

9.  Verbindungen  des  Zirkoniums.  Ha- 
1 0  g  e  n  V  e  r  b  i  n  d  n  n  g  e  n.  Z  i  r  k  0  n  i  u  m  f  1  u  0  - 
rid.  ZrFj.  entsteht  in  wasserfreiem  Zustande 
beim  Erhitzen  von  Zirkondioxyd  mit  Ani- 
mo niumhydrofluorid  als  farblose,  weiße, 
kristallinische,  sublimierbare  Masse,  die,  in 
Wasser  gelöst,  beim  Erwärmen  Hydroxyd 
abscheidet.  Aus  der  flußsauren  Lösung  wird 
ein  Hydrat  ZrFj.SH^O  erhalten.  Beim 
Zufügen  von  Metalloxyden  oder  -karbonaten 
zur  schwach  flußsauren  Lösung  bilden  sich 
gut  kristallisierende  Doppelfluoride,  die  als 
Salze  einer  Zirkoniumfluorwasserstoffsäure 
(Fluozirkonate)  aufzufassen  sind.  Die 
Kaliumsalze  KaZrF«  (rhombische  Prismen) 
und  KaZrF^  (reguläre  Oktaeder)  sind  von 
Bedeutung  für  die  Reingewinnung  der  Zir- 
konverbindungen.  Das  Zink-  und  das  Nickel- 
salz vom  Typus  Me"ZrF6.6H.,0  zeigen  voll- 
kommene Isomorphie  mit  den  entsprechenden 
Fluosilikaten,  Fluotitanaten  und  Fluostan- 
naten. 

Zirkoniumchlorid,  ZrCU,  neigt  stark 
zum  hydrolytischen  Zerfall  und  ist  daher 
nur  auf  trockenem  Wege,  z.  B.  durch  Ein- 
wirkung von  Chlor  auf  ein  zur  Rotglut 
erhitztes  Gemisch  von  Kohle  mit  Zirkon- 
mineral  oder  auf  Zirkonkarbid,  zu  erhalten. 
Es  bildet  sich  als  w^eißes,  kristallinisches 
Sublimat.  Seine  Dampfdichte  bei  440*"  be- 
trägt 8,15  (Luft  =  1),  entspricht  also  der 
Formel  ZrCl4. 

Mit  Ammoniak  und  einigen  organischen 
Verbindungen,  z.  B.  Benzoesäureäthylester, 
bildet  ZrCli  Doppelverbindungen,  des- 
gleichen mit  den  Chlorhydraten  organischer 
Basen,  z.  B.  des  Pyridins.  Mit  Wasser 
reagiert  es  heftig  unter  hydrolytischer  Spal- 
tung. Aus  stark  salzsaurer  Lösung  wird  das 
Oxychlorid  ZrOCL.SHoO  erhalten,  das  in 
wässeriger  Lösung  hvdrolytisch  weiter  zer- 
fällt. 

Zirkonium bromid  und  -Jodid  werden 
entsprechend  dem  Chlorid  erhalten  und  zeigen 
ähnliche  Hydrolyse-  und  Komplexbildungs- 
verhältnisse. 

Zirkoniumhydroxyd  (Zirkonsäure) 
und  Zirkonate.  Zirkoniumhydroxyd  fällt 
aus  Lösungen  der  Zirkonsalze  auf  Zusatz  von 
Ammoniak  oder  Alkalihydroxyden  als  gela- 
tinöser, weißer,  im  durchfallenden  Licht  ganz 
schwach  gelblichbräunlicher  Niederschlag  aus. 
Beim  Erhitzen  gibt  es  sein  Wasser  ab  und 
geht  in  ZrOa  über.  Bei  300°  tritt  ein  lebhaftes 
Erglimmen  ein,  das  auf  einer  Aenderung  im 
Bau  des  Gels  beruht.  Die  Löslichkeit  in 
Säuren  nimmt  durch  Erhitzen  ab. 


Bei  der  Dialyse  von  Lösungen  des  Zirkon- 
oxychlorids,  ZrÖCL-SHaO,  entsteht  ein  voll- 
kommen klares  Sol  der  Zirkonsäure,  das 
durch  Elektrolyte  oder  durch  Eindampfen 
in  ein  durchsichtiges,  in  starken  Mineral- 
säuren lösliches  Gel  übergeht.  Unterwirft 
man  dagegen  eine  durch  längeres  Eindampfen 
hydrolytisch  stark  veränderte  Lösung  des 
Oxychlorides  der  Dialyse,  so  erhält  man 
ein  milchiges  Hydrosol  der  sogenannten 
Metazirkonsäure,  deren  Gel  die  oben 
erwähnte  Glüherscheinung  beim  Erhitzen 
nicht  zeigt  und  sich  auch  in  anderen  Eigen- 
schaften von  der  gewöhnlichen  Zirkonsäure 
unterscheidet.  Aehnlich  wie  bei  der  a-  und 
/i'-Zinnsäure  handelt  es  sich  auch  hier  nur 
um  Verschiedenheiten  im  kolloiden  Bau  der 
Niederschläge:  die  Annahme  verschiedener 
Modifikationen  ist  überflüssig. 

Zirkoniumhydroxyd  ist  in  Alkalilösungen 
etwas  löslich,  besitzt  also  —  allerdings  sehr 
geringe  —  Neigung,  sich  als  Säure  zu  betä- 
tigen. Durch  Behandeln  mit  konzentrierter 
Alkalilauge  werden  keine  einheitlichen  Salze 
erhalten,  dagegen  scheint  die  Darstellung 
einiger  definierter  Zirkonate,  z.  B.  CaZrOg, 
auf  schmelzflüssigem  Wege  gelungen  zu 
sein. 

Zirkoniumoxyd,  ZrOa,  entsteht  beim 
Glühen  des  Hydroxyds,  Sulfats,  Nitrats, 
Oxalats  als  weißes,  feines  Pulver.  Seine 
Dichte  wechselt  etwas  mit  der  Vorgeschichte : 
d^^.^  des  ungeschmolzenen  ZrO,  5,4824,  d^^ 
des  geschmolzenen  5,75.  Der  lineare  Aus- 
dehnungskoeffizient des  geschmolzenen  Oxyds 
ist  0,00000084,  also  fast  so  klein  wie  der  der 
geschmolzenen  Kieselsäure  (0,0000007).  Ge- 
schmolzenes Zirkonoxyd  ist  dementsprechend 
gegen  rasche  Temperaturänderungen  ebenso 
unempfindlich  wie  geschmolzene  Kiesel- 
säure; glühende  Stücke  des  Oxyds  können 
in  Wasser  geworfen  werden,  ohne  zu  zer- 
springen. 

Der  Schmelzpunkt  des  reinen  Zirkon- 
oxyds  liegt  sehr  hoch,  etwa  bei  2500°,  bereits 
nahe  seinem  Siedepunkt.  Die  Schmelzung 
von  rohßni  Zirkonoxyd  gelingt  schon  im 
Blaugas-O 2- Gebläse,  die  des  reinen  erst 
bei  der  Einwirkung  eines  elektromagnetischen 
Gebläses  auf  dünne,  vorgeglühte  Zirkon- 
oxydstifte. 

Aus  Zirkonoxyd,  Alkalien  und  Kiesel- 
säure lassen  sich  (n.b.  kalkfreie)  Gläser 
erschmelzen.  Vgl.  auch  den  Abschnitt  8 
,, Verwendung". 

Zirkoniumperoxyd  fällt  auf  Zusatz 
von  Wasserstoffsuperoxyd  zu  neutralen  Lö- 
sungen von  Zirkoniumsulfat  oder  -acetat  als 
gelatinöser  Niederschlag. 

Zirkoniumnitride  entstehen  u.  a.  beim 
Erhitzen  von  metalhschem  Zirkonium  in 
Stickstoff  oder  Ammoniak,  ferner  bei  der 
Reduktion  von  Zirkonerde  durch  Magnesium, 


904 


Kolilenstoffgruppe  (Zii-konium  —  Zinn) 


wenn  die  Luft  nicht  vollständig"  ausgeschlos- 
sen ist.  Die  Affinität  des  Zirkoniums  zum 
Stickstoff  ist  eine  sehr  cjroße.  Es  werden 
die  Verbinduuü^en  ZrgNg,  Zr^N.^  und  Zr^N, 
besehrieben.  Das  letztgenannte  Nitrid  dürfte 
am  besten  definiert  sein;  es  zeigt  noch  bis 
1100°  keinen  merklichen  Dissoziationsdruck. 

Zirkoniumkarbid,  ZrC,  wird  beim 
Erhitzen  von  ZrO.,  mit  Kohle,  unabhängig 
vom  angewandten  Mengenverhältnis  der 
Bestandteile,  erhalten.  Es  ist  ein  gnter 
Elektrizitätsleiter.  Seine  Härte  liegt  zwischen 
der  des  Quarzes  und  des  Rubins.  Von  den 
Halogenen  wird  es  schon  bei  250  bis  400" 
leicht  in  die  entsprechenden  Zirkonhaloide 
übergeführt. 

Zirkoniumsulfate.  Durch  Abrauchen 
von  ZrO 2  mit  konzentrierter  Schwefelsäure 
wird  wasserfreies,  neutrales  Zirkoniumsulfat 
erhalten.  Aus  seiner  schwefelsauren  Lösung 
scheidet  sich  das  Hydrat  Zr(S04)2.4H20 
ab,  das  jedoch  im  allgemeinen  mit  Rück- 
sicht auf  das  Verhalten  seiner  Lösungen  als 
Zirkonylschwefelsäure,  ZrOS04.H2S04 
.3H2O  formuliert  wird.  In  der  Lösung  des 
Salzes  bleibt  die  Fällung  des  Zr  mit  Oxal- 
säure oder  Ammoniumoxalat  aus;  das  gleiche 
gilt  für  Lösungen  des'  Zirkonchlorides,  denen 
Schwefelsäure  oder  Alkalisulfat  zugesetzt 
ist.  Danach  ist  in  diesen  Lösungen  das  Zirkon 
nicht  im  wesentlichen  in  Form  von  Zr""- 
Kationen,  sondern  als  komplexes  Anion 
einer  Zirkonschwefelsäure,  vielleicht  der 
Zirkonylschwefelsäure,  enthalten.  In  der 
Tat  wandert  das  Zirkon  in  der  Lösung  bei 
Gegenwart  von  Schwefelsäure  unter  dem 
Einfluß  des  elektrischen  Stromes  nicht  zur 
Kathode,  sondern  zur  Anode.  Neben  der 
Komplexbildung  spielen  in  Zirkonsulfat- 
lösungen  verwickelte  hydrolytische  Um- 
setzungen eine  Rolle. 

Unter  Innehaltung  bestimmter  Bedin- 
gungen werden  aus  der  Lösung  die  basi- 
schen Sulfate  4Zr02.3SOs  mit  15  und 
7H2O  und  2ZrOo.3SO3.5H2d  erhalten.  Auf 
Zusatz  von  Alkalisulfaten  (K,  Rb,  Cs)  fallen 
Komplexsalze  vom  Typus  Zr203(S04Mei)2 
.xHoO  aus. 

Zirkoniumnitrat,  Zr(N03)4  .öHaO, 
kristallisiert  aus  der  salpetersauren  Lösung 
des  Hydroxyds  beim  Eindunsten  über  Schwe- 
felsäure und  Aetznatron  in  großen  wasser- 
klaren Kristallen  aus.  Die  im  Handel  be- 
findlichen Präparate  von  Zirkonnitrat  sind 
basische  Produkte  wechselnder  Zusammen- 
setzung. 

Z  i  r  k  0  n  i  u  m  0  x  al  a  te.  Zirkoniumsalz- 
lösungen werden  -  außer  bei  Gegenwart 
von  Sulfaten  oder  Schwefelsäure  —  durch 
Oxalsäure  oder  Ammoniumoxalat  gefällt. 
Der  Niederschlag  ist  im  Ueberschuß  des 
Fällungsmittels  unter  Komplexbildung  lös- 
lich.   Das  neutrale  Oxalat  ist  nicht  bekannt: 


meist  wird  das  Zirkonyloxalat,  ZrOC204 
mit  1  oder  4H2O  erhalten.  Dagegen  kennt 
man  Komplexverbindungen  des  neutralen 
Zirkonoxalates  mit  Alkalioxalaten. 

Auch  mit  Weinsäure  und  anderen 
organischen  Säuren  liefert  das  Zirkonium 
Komplexverbindungen.  Lösungen  der  Zir- 
kontartrates  sind  durch  hohes  spezifisches 
Drehungsvermögen  ausgezeichnet. 

Literatur.     B.  J.   Meyer   in  Abeggs  Hand/iuc/i 
der  anorganisclien    Chemie,   Bd.  3,  2,   1909. 

H.  Pick. 


f)    Zinn. 
Stannum.     Sn.     Atomgewicht  119,05. 

1.  Vorkommen.  2.  Geschichte.  3.  Dar- 
stellung. 4.  Eigenschaften.  5.  Elektrochemie. 
6.  Analytische  Chemie.  7.  Spezielle  ("heniio. 
8.  Thermochemie.     9.  Kolloidchemie. 

1.  Vorkommen.  Gediegenes  Zinn  kommt 
in  der  Natur  nur  in  sehr  geringen  Mengen 
vor.  Das  Avichtigste  Zinnerz  ist  der  Zinn- 
stein, SnOg,  der  auf  primärer  Lagerstätte 
in  granitiscflem  Gestein  eingesprengt  oder 
in  Gängen  und  Stöcken  sich  findet.  Auf 
sekundärer  Lagerstätte  kommt  er  ebenfalls 
in  großen  Mengen  vor  als  ,, Zinnseifen'". 
Der  Zinnstein  ist  meistens  mit  wenig  Eisen- 
oxyd, Kieselsäure,  Manganoxyd  und  Tautal- 
und  Wolframsäure  verunreinigt.  Gefunden 
wird  der  Zinnstein  im  sächsisch-böhmischen 
Erzgebirge,  in  Cornwall  und  Devonshire. 
Frankreich,  Spanien  und  Portugal;  ferner 
in  außereuropäischen  Ländern  in  China. 
Japan,  Mexiko,  Alaska,  Banka,  Malakka  usw. 
Der  Gehalt  der  Erze  an  metallischem  Zinn 
ist  ziemlich  gering  und  schwankt  zwischen 
0,2  bis  2  Prozent  in  Sachsen  und  Böhmen. 
0,7  bis  1,5  Prozent  in  England,  0,2  bis  2  Pro- 
zent in  Banka. 

Außer  als  Zinnstein  kommt  das  Zinn 
seltener  als  Zinnkies  (eine  isonu)rphe 
Mischung  von  SnS  mit  FeS,  ZnS,  CugS) 
und  in  geringer  Menge  in  manchen  Mineral- 
wässern vor. 

2.  Geschichte.  Daß  das  Zinn  bereits 
vor  6000  Jahren  den  alten  Aegy])tern 
bekannt  war,  beweisen  die  Broiizefunde  in 
den  alten  Gräbern  am  Nil.  In  prähistorische)- 
Zeit  spielte  es  für  sich  oder  mit  Kui)fei' 
legiert  als  Bronze  eine  große  Rolle.  In  den 
Pfahlbauten  der  Schweiz  fand  man  Nadeln. 
Knöpfe  und  Ki)ige  aus  Zinn  und  mit  Stanniol 
belegte  Tongefäße.  In  China  und  Indien 
war  es  bereits  1800  Jahre  v.  Chr.  bekannt. 
Auch  im  Altertum  war  die  Verwendung 
des  Zinns  eine  sehr  mannigfaltige,  doch 
wurde  es  vielfach  mit  dem  Blei  verwechselt. 
Plinius  unterscheidet  das  Zinn  als  plumbuni 


Kolilenstoffgruppe  (Zinn) 


905 


album    vom    Blei,    dem    phimbum    nigrum. ' 
Der  Araber   Geber  (765  ii.   Chr.)  erwähnt] 
bereits  das  ,,  Schreien"  des  Zinns.  Im  16.  Jahr- ' 
hundert  entdec]i:te  man  die  Verwendung  der 
Zinnfolie    als    Spiegelbelag;    und    sehr    bald ; 
wurden    auch    Zinnsalze    in    der    P^ärberei 
benutzt.      Im   17.    Jahrhundert   wurde   das 
Verzinnen  des  Eisenblechs  erfunden  und  im  18. 
Jahrhundert  stand  die  Zinngießerei  in  Deutsch- 
land. p]ngland  und  Frankreich  in  hoher  Blüte. 
3.  Darstellung.     Das  Ausgangsmaterial 
für  die  Gewinnung  des  Zinns  ist  der  Zinn- 
stein,  welcher  leicht  durch    Reduktion   mit 
Kohle  das  Metall  liefert. 

SnOo  +  2C  ==  Sn  +  2CÜ. 


Man  röstet  das  Erz  vor  der  Reduktion, 
um  es  von  Schwefel  und  Arsen  zu  befreien, 
auch  behandelt  man  es  wohl  zuvor  mit 
Salzsäure  und  Soda,  um  Wismut  und  Wolfram 
zu  entfernen.  Das  so  gewonnene  Werkzinn 
enthält  noch  Verunreinigungen,  z.  B.  Eisen 
und  Kupfer,  die  durch  Saigern  und  Polen 
beseitigt  werden,  worauf  es  in  Formen 
gegossen  wird  und  als  Blockzinn,  ,, Schiff- 
chen", in  den  Handel  kommt.  Das  Banka- 
zinn  ist  nach  der  Reduktion  des  Zinnsteins 
so  rein,  daß  es  ohne  weitere  Reinigung 
direkt  zum  Versand  kommt. 


Zum  Vergleich  seien  zwei  Analysen  angeführt: 
Bankazinn  99,95  "/o  Sn.        0,02«/ 

Rohzinn  vDin  Schlaekenwald  94.54  .,     ..  .        1.96  .. 


0,006"  „  Cm. 
2.55    ..     .,  . 


0.012  ö/o  Pb. 
0.13     ..     „ . 


Neuerdings  wurden  große  Mengen  von 
Zinn  auf  elektrolytischem  Wege  ans  W'eiß- 
blechabfällen  wiedergewonnen.  ^lan  be- 
nutzt Aetznatron  oder  Zinnsalzlösungen  zum 
Auslaugen  der  Abfälle  und  gewinnt  durch 
Elektrolyse  dieser  Lösungen  reines,  kristalli- 
siertes Zinn.  xVuf  diese  Weise  werden  jähr- 
lich etwa  30000  Tonnen  Abfälle  verarbeitet 
und  daraus  6  bis  9  Tonnen  Zinn  hergestellt. 

Außerordentlich  mannigfaltig  ist  die  Ver- 
wendung des  Zinns.  In  Legierung  mit 
Kupfer,  als  Bronze,  dient  es  zur  Herstellung 
von  Kunstgegenständen  und  Glocken.  Mit 
wenig  Kupfer  legiert  wird  es  als  ,,K ays er- 
zin n"  ebenfalls  zur  Herstellung  von  Kunst- 
gegenständen verwandt.  Reine  Zinnfolie 
( Stanniol)  wird  zum  Verpacken  von  Nahrungs- 
und Genußmitteln  benutzt.  Im  Laborato- 
rium werden  vielfach  Destillationsgefäße 
für  Wasser  und  Kondensationsapparate  aus 
Zinn  gebraucht.  Auch  zu  Reduktionen 
organischer  Verbindungen  wird  das  Metall 
bezw.  der  aus  ihm  und  Salzsäure  entwickelte 
Wasserstoff  und  das  Zinnchlorür  viel  be- 
nutzt. Die  größten  Mengen  von  Zinn  aber 
werden  zur  Herstellung  von  Weißblech 
(verzinntes  Eisenblech)  gebraucht.  Von  den 
Verbindungen  des  Zinns  werden  die  beiden 
Chloride  in  der  Färberei  als  Beizmittel 
und  als  Beschwerungsmittel  angewandt. 
Das  Zinnoxyd  wird  bei  der  Fabrikation  von 
Milchglas  und  Emaille  benutzt. 

4.  Eigenschaften.  Vom  Zinn  kennt  man 
drei  allotrope  ^lodifikationen:  graues,  weißes 
tetragonales  und  weißes  rhombisches  Zinn, 
die  nur  innerhalb  bestimmter  Temperatur- 
grenzen beständig  sind.  Das  graue  Zinn 
befindet  sich  unterhalb  18",  das  tetragonale 
zwischen  18°  und  161"  und  das  rhombische 
oberhalb  161"  im  stabilen  Zustand.  Folgendes 
Schema  gibt  eine  Uebersicht  über  das  Ver- 
halten des  Zinns: 


graues  Zinn 
tetragonales  Zinn 
rhombisches  Zinn 


tetragonales  Zinn, 
rhombisches  Zinn, 
geschmolzenes  Zinn. 


Es  ist  schon  lange  unter  dem  Namen 
,, Zinnpest"  die  Erscheinung  bekannt,  daß 
Zinngegenstände  ohne  sichtbare  äußere  Ver- 
anlassung sich  mit  warzenähnlichen  Auf- 
blähungen bedecken  und  daß  nach  einiger 
Zeit  die  Warzen  zerbröckeln  und  Löcher 
entstehen,  ja,  daß  der  ganze  Gegenstand 
zu    einem    feinen,    grauen    Pulver    zerfällt. 

Diese  Erscheinung  findet  ihre  F^rklärung 
darin,  daß  das  gewöhnliche  weiße  Zinn  sich 
unterhalb  18"  im  metastabilen  Zustand 
befindet,  also  eigentlich  nur  an  warmen 
Tagen  beständig  ist.  Wenn  trotzdem  die 
Gegenstände  aus  weißem  Zinn  sich  auch  bei 
niedrigeren  Temperaturen  gut  halten,  so 
liegt  das  daran,  daß  die  Umwandlungs- 
geschwindigkeit, weißes  Zinn  -*  graues 
Zinn  sehr  klein  ist.  Haben  sieh  dagegen  auf 
dem  weißen  Zinn  erst  einmal  Spuren  von 
grauem  Zinn  gebildet,  so  wirken  diese  be- 
schleunigend auf  die  weitere  Umwandlung. 
Man  spricht  deshalb  auch  von  einer  ,, In- 
fektion" des  Zinns. 

Graues  Zinn  entsteht,  wie  gesagt,  aus 
weißem  Zinn.  Es  hat  bei  15"  das  spezifische 
Gewicht  5,8.       < 

Rhombisches  Zinn  entsteht  bei  lang- 
samem Erkalten  von  geschmolzenem  Zinn. 
Spezifisches  Gewicht  bei  15,8"  6,53  bis  6.55. 
Es  ist  sehr  spröde  und  brüchig. 

Weißes,  tetragonales  Zinn  bildet 
sich  unter  gewöhnlichen  Umständen  beim 
Abkühlen  geschmolzenen  Zinns.  Es  ist  ein 
silberweißes  Metall,  dessen  Farbe  sich  um 
so  mehr  der  des  Silbers  nähert,  je  reiner  es  ist. 
Beim  Biegen  eines  Stabes  hört  man  ein  eigen- 
artiges,  knirschendes    Geräusch,   das   durch 


906 


Kullloustdtt'liTllppL'   (Ziuii) 


Fi  CT.  1. 


Fig.  2. 

Die  Figuren  1  und  2   zeigen   von 

der  Zinnpest  befallene  Münzen  aus 

dem  Jahre  1692. 


Fig.  3. 


Fig.  4. 

In  Figur  3  ist  ein  Stück  einer  Orgelpfeife  aus  der  Schlül:ii\irche  zu  Seitz. 
in  Figur  4  ein  ebensolches  aus  der  Orgel  der  Stadt  Ohlau  abgebildet. 


^  -^r."  i-^  <r.  *^  c^.  X.'^-e  -• 


Fig.  6. 


Fig.  7. 

Figur  6  zeigt  ein  mit  grauem  Zinn  infiziertes 

Stück    weißes    Zinn,    Figur   7    dasselbe    Stück 

8   Jahre  später.      Man   ersieht  daraus    deutlich 

den  Fortschritt  der  Erkrankung. 


Fig.  5.     Auch  Eßgeschirre  werden  von  der  Ziun- 
pest    ergriffen,    doch    weniger    leicht,    weil    sie 
wiederholt    erwärmt    und    dadurch    besser    ge- 
schützt werden. 


Kolüonstoflgrupiie  (Zinn) 


907 


die  gegenseitige  Reibung  der  Kristalle  an- 
einander verursacht  wird  und  das  seit 
langem  als  „Zinugeschrei"  bekannt  ist. 
Es    hat    bei    18°    das    spezifische    Gewicht 


Dl«   =   7,^ 


Beim    Schmelzen   dehnt  es 


sich  aus:  D4226.5  ^  7^335  fcr  festes,  l)/26,5 
=  6,988  für  flüssiges  Metall.  Ausdehnungs- 
koeffizient zwischen  0"  und  100»  0,00002296. 
Für  reinstes  englisches  Zinn,  das  nur  Spuren 
von  Eisen,  Arsen  und  Phosphor  enthielt, 
wurde  der  Schmelzpunkt  230,9''  gefunden. 
Latente  Schmelzwtärme  14  cal.  Die  ITm- 
wandlungswärme  des  weißen  Zinns  in  graues 
wird  zu  9,55  cal.  angegeben.  Spezifische 
Wärme  bei  18»  0,0524  cal.,  bei  100°  0,0564  cal. 
Die  Atomwärme  ergibt  sich  hieraus  zu  0,2. 

Amalgamierungswärme:  Beim  Auflösen 
von  einem  Grammatom  Zinn  in  sehr  viel 
Quecksilber  werden  3,0  cal.  Wärme  absorbiert. 

Die  lonisierungswärme  wurde  zu  an- 
nähernd 1,0  cal.  pro  Valenz  berechnet. 

Für  die  Diffusionskonstante  des  Zinns 
in  Quecksilber  fand  man  bei  10.7"  17,7.10-« 


Elektrische  Leitfähigkeit  bei  0»  =  14,01, 
bei  12,750  ^  13  57  (^giiber  =  100).  Leit- 
fähigkeit in  reziproken  Ohm:  bei  0"  9,99.10*, 
bei  92,9"  6,03.10*. 

Mit  Kupfer  zum  Thermoelement  ver- 
einigt, fließt  an  der  erwärmten  Lötstelle 
ein  Strom  vom  Zinn  zum  Kupfer  mit  einer 
elektromotorischen  Kraft  von  725,3  Millivolt 
bei  einer  Temperaturdifferenz  von  200". 

P  h  y  s  i  0 1 0 g  i  s  c  h  e  W  i  r  k  u  n  g.  Metallisches 
Zinn  übt,  wenn  es  in  den  Verdauungstraktus 
kommt,  keine  schädigende  Wirkung  auf  den 
Organismus  aus.  Gelangen  jedoch  lösliche 
Zinnverbindungen  in  den  Körper,  so  können 
sie  akute,  aber  meistens  leichte  Verdauungs- 
störungen verursachen.  Chronische  Zinn- 
vergiftungen durch  die  Mengen,  welche  in 
Konserveji  nach  längerer  Zeit  aufgenommen 
werden  können,  sind  niemals  an  Menschen 
beobachtet.  Vorsicht  ist  nur  geboten,  wenn 
es  sich  um  ältere,  iVepfel-,  Wein-  oder 
Zitronensäure  enthaltende  Konserven  handelt. 

5.  Elektrochemie.  Das  Zinn  bildet 
zwei-  und  vierwertige  Ionen,  die  beide 
farblos  sind  und  als  Stanno-  und  Stanniionen 
bezeichnet  werden. 

Für  die  Tendenz  des  metallischen  Zinns 
in  das  Stannoion  überzugehen  ergab  sich 
aus  Potentialmessungen  an  der  Kette: 
Zinn  —  Zinnchlorürlösung  — Wasserstoffelek- 
trode Ehzn  ^  zn  •  =  —  0,192  Volt.  Für 
Zinnnitratlösungen  wurde  im  Mittel 
Ehzii  ^  Zn  •  =  — ■  0,16  Volt  gefunden.  Da 
die  Ionisation  des  Nitrats  annähernd  normal 
sein  dürfte,  so  ist  dieser  Wert  wohl  der 
richtigere,  doch  wird  er  sicher  durch  Hydro- 
lyse iDeeinflußt.     In  der  Voltaschen  Span- 


nungsreihe steht  das  Zinn  zwischen  Nickel 
und  Wasserstoff. 

Die  Neigung  zur  Kationenbildung  ist 
in  den  Stannoverbindungen  größer  als  in  den 
Stanniverbindungcn.  Ueber  den  Disso- 
ziationszustand der  Stanno-  und  Stannisalze 
in  Lösungen  ist  bis  jetzt  noch  nichts  Sicheres 
bekannt. 

Stannosalze  gehen  außerordentlich  leicht 
in  Stannisalze  über  und  finden  deshalb 
ausgedehnte  Verwendung  als  Reduktions- 
mittel. 

6.  Analytische  Chemie.  Spuren  von 
Zinn  färben  die  durch  Kupfer  schwach 
blau  gefärbte  Boraxperle  in  der  Reduktions- 
flamme durchsichtig  rubinrot. 

Goldchlorid  wird  von  einer  verdünnten, 
sauren  Zinnchlorürlösnng  zu  metallischem, 
purpurfarbigem  Gold  reduziert.  Cassius' 
Goldpurpur.      Sehr  empfindliche  Reaktion! 

Schwefelwasserstoff  fällt  aus  nicht 
zu  saurer  Stannosalzlösung  braunes  Stanno- 
sulfid 

SnCla  +  H2S  =  SnS  +  2HC1. 
Es    löst    sich    leicht   in    starker    Salzsäure. 
Von  gelbem  Schwefelammon  wird  es  unter 
Bildung  von  Ammoniumsulfostannat  gelöst. 

SnS  +  (NH^)^  S,  =  (NH^l.SnSg. 

Aus    dieser    Lösung    fällt   durch    verdünnte 

Salzsäure  gelbes  Stannisulfid. 

(NHJ.SnSg    +   2HC1   =    SnS.,   +   2NH4CI 

+  H2S. 

Aus  Stannisalzlösungen  wird  durch  Schwe- 
felwasserstoff   gelbes     Zinndisulfid     gefällt, 

SnCl4  -f  2E.ß  =  SnSo  +  4HC1, 
das  in  starker   Salzsäure  und   in  farblosem 
Schwefelammon  löslich  ist 

(NH4)oS  +  SnS.  =  (NH^j^SnS,. 

Beide  Sulfide  sind  unlöslich  in  Ammon- 
karbonat.     Unterschied  von  xVrsen! 

Merkurichlorid,  Sublimat,  erzeugt 
in  Stannosalzlösungen  eine  weiße  Fällung 
von  Kalomel 

2HgCl2  +  SnCL  =  SnCl4  +  HgoCl,. 
Ist    sehr    viel    Zinnchlorür    vorhanden,    so 
wird  das  Quecksilberchlorür  weiter  zu  grauem 
Quecksilber  reduziert. 

HgaCla  +  SnCU  =  SnClj  +  2Hg. 
In   den    Stannisalzlösungen    entsteht   durch 
Sublimat  keine  Fällung. 

Das  geglühte,  in  Säuren  unlösliche  Zinn- 
dioxyd wird  durch  Schmelzen  mit  Cyan- 
kalium  zu  Metall  reduziert,  worauf  dieses 
in  Salzsäure  gelöst  und  identifiziert  werden 
kann. 

Die  Fällungen  mit  Goldchlorid  und  mit 
Sublimat  werden  auch  beim  mikrochemischen 
Nachweis  des  Zinns  gebraucht.  Grenze 
0,07  mg  Zinn. 

Quantitativ   wird   das   Zinn   aus   ver- 


908 


Kohlenstoffgruppe  (Zinn) 


dünnter  Lösung  durch  Schwefelwasserstoff 
als  Stanno-  oder  Stannisulfid  abgeschieden 
und  dieses,  nach  dem  Waschen  mit  Annnon- 
nitrat-haltigem Wasser,  durch  vorsichtiges 
(ilühen  in  Zinndioxyd  übergeführt  und 
gewogen. 

Elektrolytisch  läßt  sich  das  Zinn  aus- 
gezeichnet aus  der  Lösung  des  Ammonium- 
doppeloxalates  bestimmen,  wenn  dafür  ge- 
sorgt wird,  daß  stets  freie  Oxalsäure  und 
genügend  überschüssiges  Ammonoxalat  vor- 
handen ist. 

Liegt  das  Zinn  als  Legierung  vor,  so 
behandelt  man  dieselbe  mit  Salpetersäure, 
wäscht  das  entstandene,  unlösliche  Zinu- 
dioxyd  mit  heißem  Wasser,  trocknet,  glüht 
und  wägt  es.  Da  das  Oxyd  stets  größere 
Mengen  anderer  Oxyde  enthält,  so  wird 
ein  aliquoter  Teil  mit  Soda  und  Schwefel 
geschmolzen,  aus  der  in  Wasser  gelösten 
Schmelze  (die  Sulfide  anderer  Metalle  lösen 
sich  nicht)  durch  Essigsäure  Zinndisulfid 
abgeschieden  und  dieses  nach  dem  Waschen 
durch  Glühen  in  Oxyd  übergeführt. 

7.  Spezielle  Chemie.  Bei  gewöhnlicher 
Temperatur  wird  metallisches  Zinn  an  der 
Luft  nicht  verändert,  beim  h>hitzen  ent- 
steht oberflächlich  eine  weiße  Oxydschicht. 
Von  verdünnten  Säuren  wird  es  nur  wenig 
angegriffen.  Konzentrierte  Salzsäure  löst 
es  unter  Wasserstoffentwickelung  zu   Zinn- 


chlorür,  bei  Berührung  des  Zinns  mit  Kupfer. 
Silber  oder  Platin  oder  auf  Zusatz  eines 
Kupfer-  oder  Platinsalzes  erfolgt  die  Auf- 
lösung bedeutend  schneller.  Salpetersäure 
oxydiert  das  Zinn  zu  unlöslicher  Zinnsäure. 

Verbindungen  des  zweiwertigen 
Zinns,   S t a n  n 0  v e r b i  n d  u  n g e  n. 

Stannofluorid,  Zinnfluorür,  SnF.^. 
entsteht  durch  Auflösen  von  Zinn  oder 
Stannooxyd  in  Flußsäure.  Es  bildet  in 
Wasser  unlösliche,  weiße,  monokline  Prismen. 

Stannochlorid,  Zinnchlor ür,  SnCU, 
bildet  sich  beim  Erwärmen  von  Zinn 
in  Chlorwasserstoffgas.  Es  ist  eine  weiße, 
durchscheinende  Masse,  die  bei  250"  schmilzt 
und  bei  606"  siedet.  In  Wasser  löst  es  sich 
klar  auf,  wenn  es  nicht  oxydiert  ist,  anderen- 
falls ist  die  Lösung  trübe.  Zusatz  von 
Salzsäure  vermindert  zunächst  die  Löslich- 
keit des  Salzes,  durch  größere  Salzsäure- 
konzentration wird  sie  jedoch  infolge  Koni- 
plexbildung  erhöht. 

Hydrate  desZinnchlorürs.  Das  unter 
dem  Namen  ,, Zinnsalz"  in  den  Handel 
kommende  Bihydrat,  SnCl2.2HoO,  kri- 
stallisiert aus  einer  Lösung  von  Zinn  in 
Salzsäure  in  nu)noklinen  Säulen.  Es  ist 
in  Wasser  leicht  löslich.  JOO  g  HoO  lösen 
bei  150  269,8  g  Salz. 

Spezifisches  Gewicht  wässeriger  Lösnimen 
bei  L3": 


lOO  Teile  Lösung  enthalten 

5  10  20  40 

Spez.   Gew.  1,033     1,068    1,144    1,330 


60  80    vr  SnCl„.2Ho() 

1.582     1.946 


Zinnsalz  ist  ein  kräftiges  Reduktions- 
mittel, besonders  in  alkalischer  Lösung 
(Eh  =  — 5,5  Volt).  Es  wird  deshalb  vielfach 
zu  Reduktionen  organischer  Verbindungen 
verwandt.  Li  der  Maßanalyse  dient  es  zur 
Reduktion  der  Ferrisalze. 

2FeCl3  +  SnCla  =  2FeCl2  +  SnCl^. 

Außer  dem  beschriebenen  Bihydrat  exi- 
stiert noch  ein  Monohydrat,  SnCL.HoO, 
und  ein  Tetrahydrat,  SnC1.2.4H20. 

Komplexe  Verbindungen.  Die  kom- 
plexe Säure  HSnClg.BH.^O  entsteht  bei 
der  Einwirkung  von  trockenem  Chlorwasser- 
stoff bei  0"  auf  das  Bihvdrat.  Sie  schmilzt 
bei  —27". 

M  0  n  0  k  a  1  i  u  m  c  h  1 0  r  0  s  t  a  n  n  i  t .  K  SnClg . 
HgO,  bildet  sich  aus  Jvaliumchlorid  und 
überschüssiger  Zinjichlorürlösung.  Von  Wasser 
wird  es  zersetzt.  Löst  man  dieses  Salz  in 
heißer  Salzsäure  oder  Chlorkaliumlösung,  so 
entsteht  beim  Abkühlen  das  Dikalium- 
chlorostaiinit,  KoSnCl4.2H.^O.  Ferner 
kennt  man  die  Sa]ze"('NH4)oSnCl4.2HoO  und 
BaSuCl4.4H20. 

Stannobromid,  Zinnhnmiür,  SnBr.,, 
entsteht   durch    Auflösen    von    ge|)ulvertem 


Zinn  in  konzentrierter  Bromwasserstoffsäure. 
Die  kristallinische,  schwach  gelbliche  Masse 
schmilzt    bei    215,5"    und    siedet    bei    619". 

Das  Hydrat  SnBra.H^O  kristallisiert 
in  farblosen  Nadeln  aus  einer  Auflösung 
von  Zinn  in  überschüssiger,  warmer,  konzen- 
trierter Bromwasserstoffsäure. 

Komplexe  Salze  können  aus  den 
gemischten  Lösungen  der  Komponenten 
erhalten  werden,  z.  B.  KSnBrg.HoO: 
K2SnBr4.2H20;  (NH4).3SnBrj.H20  u.  a? 

S  t  a  n  n  0  i  0  d  i  d ,  Z  i  n  n  j  0  d  ü  r ,  Sn  ,1.,.  bildet 
sich  beim  Zusatz  von  Zinnchlorür  zu  einer 
wässerigen  Jodkaliundösung,  oder  aus  Zinn 
und  Jodwasserstoffsänre.  Das  Salz  ist  löslich 
in  Aether  und  Schwefelkohlenstoff  und 
kristallisiert  daraus  in  orangeroten  Oktaedern 
vom  Schmelz])unkt  246".  Siedepunkt  295". 
In    Wasser   ist   es   ziemlich    schwer   löslich. 

100  g  Lösung  entlialten  bei  20«  0.96,  bei 
97,30  3,70  g  Sn.I,. 

In  wässerigen  ,Iodwasserst()ft'l(")sungen  ist 
es  infolge  Komplexbildung  erheblich  hislicher. 

Bei  h^inwirkung  von  Ammoniak  auf  SnJ.^ 
ejitsteht  das  Ammoniakat  SnJo.2NH2. 

Komplexe  Salze:  NaSnJg.SH.^O  und 
KSnJ.>..SH,0    bilden    sich    beim    xüif  lösen 


Kolilenstoffgruppe  (Ziiin) 


909 


von  Natrium-  oder  Kaliumjodid  in  Wcässeriger 
Zinnchlorürlösung. 

Stanuooxyd,  Zinnoxydul,  SnO,  wird 
dargestellt  durch  Zusammenreiben  von  Zinn- 
chlorür  mit  einem  geringen  Ueberschuß  von  ■ 
Soda,  Erhitzen  der  flüssig  gewordenen  Masse 
auf  dem  Wasserbade,  bis  sie  schwarz  ge- 
worden ist,  und  Auswaschen  des  Oxyduls  j 
mit  heißem  Wasser.  Zinnoxydul  ist  schiefer- 
farbig oder  blauschwarz. 

Stannohydroxyd, Zinnhydroxydul, 
2SnO.H20,  "entstellt  durch  Fällen  einer 
Zinnchlorürlösung  mit  Soda  als  weißer  | 
Niederschlag,  der  sich  beim  Erwärmen  der  i 
Lösung  über  80"  schnell  in  Zinnoxydul  ver- 
wandelt. Es  ist  in  Wasser  sehr  schwer  löslich, 
ein  Liter  löst  bei  20»  0,0039  g. Zinnhydr- 
oxydul reagiert  amphoter.  Es  löst  sich  in 
Säuren  zu  den  entsprechenden  Stannosalzen. 
In  Alkalien  löst  es  sich  ebenfalls,  und  zwar 
in  verdünnten  z.  B.  in  verdünnter  Natron- 
lauge zu  dem  Mononatriumsalz  NaHSnOo. 
Sind  dagegen  größere  Mengen  Natronlauge 
vorhanden,  so  entsteht  auch  das  Salz 
Na-^SnOa. 

"Nimmt  man  eine  Dissoziation  Sn(OH).>  ^ 
SnOoH'  +  H-  an,  so  ist  die  Affinitätskon- 
stante dieser  Säure  5,1.10~5. 

Stannosulfid,  Zinnsulf ür.  SnS,  wird 
durch  wiederholtes  Zusammenschmelzen  von 
Zinnfeile  mit  Schwefel  dargestellt  und  kann 
durch  Sublimation  im  AVasserstoffstrom  ge- 
reinigt werden.  Es  bildet  rautenförmige 
Kristalle,  die  einen  dem  Bleiglanz  ähnlichen 
Metallglanz  besitzen.  Schmelzpunkt  950  bis 
1000".'  Siedepunkt  1090".  Fulverförmiges 
Zinnsulfür  zersetzt  sich  beim  Erhitzen 

2SnS  =  SnSo  -|-  Sn. 

Chlorwasserstoff  greift  bei  gewöhnlicher 
Temperatur  nicht  an,  beim  Erhitzen  bildet 
sich    Zinnchlorür    und    Schwefelwasserstoff. 

Stannosulfat,  SnSO^,  erhält  man  beJm 
Lösen  von  Zinn  in  einem  Gemisch  von  1  Vol. 
Schwefelsäure,  2  Vol.  Salpetersäure  und 
n  Vol.  Wasser.  Es  kristallisiert  in  weißen, 
in  Wasser  leicht  löslichen  Nadeln. 

Stannonitrat,  Sn(NO3).,.20H,,(),  wird 
durch  Auflösen  von  Zinnoxydul  in  abgekühlter 
Salpetersäure  vom  spezifischen  (iewicht  1,2 
hergestellt.  Bei  -20"  kristallisiert  das  Salz 
in  weißen  Blättchen  aus,  die  leicht  an  feuchter 
Luft  zerfließen.  Metallisches  Zinn  löst  sich 
in  Salpetersäure  unter  Bildung  von  Stanno- 
und  Stanninitrat  auf.  deren  relative  Mengen 
von  der  Temperatur  und  Konzentration  der 
Säure  abhängen. 

Verbindungen  des  vierwertigen 
Zinns.     Stanni  Verbindungen. 

Stannifluorid,  Zinutetrafluorid, 
SnF4.  wird  durch  Erhitzen  von  Zinntetra- 
chlorid mit  Fluorwasserstoff  auf  Rotglut 
erhalten.       Es    sublimiert   dabei    und    setzt 


sich  als  strahlig  kristallinische  Masse  ab. 
Es  ist  sehr  hygroskopisch  und  löst  sich  in 
Wasser  unter  Zischen  und  Erwärmen,  wobei 
die  Lösung  klar  bleibt.  Beim  Erhitzen  der 
Lösung  hydrolysiert  das  Salz  unter  Abschei- 
dung von  SnOg. 

Komplexe  Salze.  Es  sind  viele  kom- 
plexe Salze  dargestellt,  die  man  als  Ab- 
kömmlinge der  Zinnfluorwasserstoffsäure 
HoSnFß  auffassen  kann,  z.  B.  NaoSnFg; 
KoSnFg .  H..() :  BafSr.CajSnFg .  2HoO ;  MnSnFg 
u.  a. 

S  t  a  n  n  i  c  h  1 0  r  i  d ,  Z  i  n  n  t  e  t  r  a  c  h  1  o  r  i  d , 
SnCl4,  auch  Liquor  oder  Spiritus  fu maus 
Libavii  genannt,  entsteht  in  wässeriger 
Lösung  beim  Behandeln  von  Zinn  mit 
Königswasser.  Rein  erhält  man  es  durch 
Ueberleiten  von  Chlor  über  Zinngranalien. 
Auf  diese  Weise  hergestellt,  ist  das  Produkt 
sofort  frei  von  Chlor.  Zinntetrachlorid  ist 
eine  farblose,  an  der  Luft  stark  rauchende 
Flüssigkeit.  Dp*  =  2,2788.  Schmelzpunkt 
-33",  Siedepunkt  bei  760  mm  114,1".  Mit 
!  Schwefelkohlenstoff  und  Brom  mischt  es  sich 
in  jedem  Verhältnis. 

Reines  Zinntetrachlorid  und  eine  frisch 
hergestellte  wässerige  Lösung  leiten  den 
elektrischen  Strom  sehr  schlecht,  ein  Beweis 
;  dafür,  daß  nur  wenige  Stanniionen,  Sn"" , 
'  vorhanden  sind.  Nach  einiger  Zeit  hydro- 
I  lysiert  die  wässerige  Lösung  und  verhält 
'  sich,  wenn  sie  verdünnt  ist,  wie  ein  Gemisch 
;  von  Zinnsäure  und  Salzsäure.  In  verdünnten 
''  Lösungen  ist  die  Hydrolyse  lange  vor  Eintritt 
I  der  Fällung  von  Zinnsäure  vollendet. 

Für  das  Leitvermögen  von  in  Acetessig 


ester  gelöstem  SnCl^  ergab  sich: 


2,02 

1,08 


4,13 

1,71 


8,76 
2,37 


Je  nach  der  Art  des  verwendeten  Lö- 
sungsmittels ist  die  Ionisation  größer  oder 
geringer. 

Fünf  Hydrate  des  Zinnchlorids  sind 
bekannt,  und  zwar  mit  3,  4,  .5,  8  und  9  Mole- 
külen Kristallwasser.  In  Berührung  mit 
der  gesättigten  Lösung  ist  jedes  dieser 
Hydrate  nur  innerhalb  bestimmter  Tem- 
])e'raturgrenzen  stabil.  Folgendes  Schema 
gibt  eine  Uebersicht  über  die  Beständigkeit 
der  Hydrate: 

unterhalb  19"  SiiCl4.8H.,0  — >►  SnCl^.öH./) 
—>  SnCl4.4H.,0  —>  SnCl4.3H.2O   bis  83". 

Das  im  Handel  befindliche  Pentahydrat, 
SnCl4.5H.2O,  wird  unter  dem  Namen  „Zinn- 
solution" "  oder  „Rosiersalz"  zum  Beizen 
und  iVvivieren  in  der  Färberei  verwandt. 

Komplexe  Verbindungen.  Zinn- 
chloridchlorwasserstoffsäure, HaSn- 
CI6.6H2O,  entsteht  beim  Sättigen  des  kri- 
stallisierten   SnCl4.5HoO    mit    gasförmiger 


910 


KoliliMislott^riippt'  (Zum) 


Salzsäure  in  blättoriiiCJi  Kristallen,  die  bei 
20"  schmelzen. 

Zahlreiche  Salze  dieser  Säure  sind  eben- 
falls dargestellt  worden. 

Das  Natriumchlorostaiina  t ,  Xa.^Sn- 
Clg-öHoO.  welches  tabrikmätSiu,"  hergestellt 
wird,  findet  in  der  Kattundruckerei  xuv.] 
Färberei  Verwendung.  Es  läßt  sich  durch 
Erhitzen  von  Zinnchloridlösung  luit  Koch- 
salz herstellen  und  kristallisiert  in  zerfließ- 
lichen  Prismen. 

A  m  m  0  n  i  u  m  c  h  1 0  r  0  s  t  a  n  n  a  t .  P  i  n  k  - 
salz,  (NH4)2SnCle,  wird  ebenfalls  im  großen 
hergestellt  und  in  der  Färberei  gebraucht. 
Es  kristallisiert  in  regulären  Oktaedern, 
die  in  Wasser  leicht  löslich  sind :  1  Teil  in 
3  Teilen  Wasser. 

Reines  Zinnchlorid  verbindet  sich  mit 
den  verschiedensten  Stoffen  zu  Avohl  charak- 
terisierten Verbindungen. 

Zinn c hlo r i d am m o n i ak ,  SnCl4 . 2NH3, 
entsteht  bei  der  Einwirkung  von  trockenem 
Ammoniak  auf  SnCl4  als  weißes  Pulver. 

Zinnchlorid  -  Schwefeltetrachlorid, 
SnCl4.2SCl4,  bildet  sich  bei  Einwirkung 
von  Chlor  auf  Stannisulfid  bei  niedriger 
Temperatur.  Gelbe  Rhomboedei'.  die  bei 
30''  sublimieren. 

Z  i  n  n  c  h  1 0  r  i  d  -P  h  (j  s  p  h  0  r  p  e  n  t  a  c  h  1 0  r  i  d , 
SnCl4.PCl5.  entsteht  durch  Erhitzen  von 
Zinnchlorid  mit  Phosj)horpentachlorid  auf 
160». 

Zinnchlorid  -  Phosphorwasserstoff, 
3SnCl4.2PHo,  ein  gelbes  Pulver,  bildet  sich 
beim  p]inleiten  von  Phosphorwasserstoff  in 
Zinnchlorid. 

Auch  mit  Stickstoffdioxyd,  Nitrosyl- 
chlorid  und  Blausäure  bildet  das  Zinn- 
chlorid Doppelverbindungen. 

S  t  a  n  n  i  b  r  0  ni  i  d .  Z  i  n  n  t  e  t  r  a  b  r  0  m  i  d . 
SnBr4,  wird  durch  Einwirkung  von  Brom 
auf  überschüssiges  Zinn  und  Destillation 
des  erhaltenen  Produktes  hergestellt.  Die 
weißen  Kristalle  sind  stark  doppelbrechend. 
Schmelzpunkt  33".     Siedepunkt  203,3". 

Das  Hydrat  SnBr4.4HoO  entsteht  beim 
Eindampfen  über  Schwefelsäure  einer  Lo- 
sung von  Zinntetrabromid  in  Wasser. 

Komplexe  Verbindungen  sind  nur 
wenige  bekannt,  z.  B.  die  Zinnbromid- 
brom  Wasserstoff  säure,    H.^SnBrg.TH.^O. 

Stannijodid,  Zinntetrajodid,  SnJ4, 
wird  am  besten  durch  Einwirkung  von  in 
Schwefelkohlenstoff  gelöstem  Jod  auf  Zinn 
dargestellt.  Es  löst  sich  dann  nur  SnJ4 
im  Schwefelkohlenstoff  und  kein  Jodür. 
Auch  durch  Fällen  einer  konzentrierten 
Zinntetrachloridlüsung  mit  Jodkalium  läßt 
es  sich  herstellen.  Es  kristallisiert  in  gelb- 
braunen reguläreji  Oktaedern,  die  bei  146" 
schmelzen.  Von  Wasser  wird  es  zersetzt, 
dagegen  löst  es  sich  unzersetzt  in  organischen 
Lösungsmitteln  wie  Alkohol,  Aetlier.  Benzol, 


Toluol  usw.  Durch  .Vuflösen  des  Ziuutetra- 
jodids  in  ^Methylenjodid  entsteht  eine  Flüssig- 
keit vom  spezifisclien  (Gewicht  3,481  bei 
10",  welche  zur  Bestimmung  des  spezifischen 
dewichts  nach  der  Schwobeniethode  benutzt 
wird. 

Ammoniakate  entstehen  bei  der  Ein- 
wirkung von  Ammoniak  auf  in  Aether 
gelöstes  Zinnchlorid.  Man  erhielt  so  die 
Verbindungen:  SnJ4.3NH3:  SnJ4.4NH3: 
SnJ4.6NH3  und  SnJ4.8NH3. 

Komplexe  Verbindungen  können  aus 
wässeriger  Lösung  nicht  erhalten  werden. 
Aus  alkoholischer  Lösung  stellte  man  das 
Pyridinsalz  der  Zinnjodidjodwasser- 
stoffsäure  (CgH^NjoHaSiiJe  dar. 

Stannioxyd,  Zinnoxyd.  SnO^,  ist 
trimorph.  Es  kristallisiert  tetragonal,  hexa- 
gonal  und  rhombisch.  Es  kommt  kristallisiert 
in  der  Natur  als  Zinnstein  vor.  Der  reine 
Zinnstein  ist  durchsichtig  und  diamant- 
glänzend, meistens  ist  er  aber  durch  Ver- 
unreinigungen gelb  bis  schwarz  gefärbt. 
Künstlich  erhält  man  kristallisiertes  Zinnoxyd, 
wenn  Dämjife  von  Zinntetrachlorid  und 
Wasserdampf  durch  eine  rotglühende  Por- 
zellanröhre geleitet  werden.  Spezifisches 
(lewicht  6,72.  Kristallisiertes  Zinnoxyd  ritzt 
Glas,  es  hat  die  Härte  6  bis  7. 

Amorphes  Zinnoxyd  entsteht  beim  Er- 
hitzen von  Zinnsäure  als  weißes  Pulvei'. 
Auch  Stanno-  und  Stannisulfid  geben  beim 
Erhitzen  an  der  Luft  amorphes  Stannioxyd. 
Durch  Kohle  und  Cyankalium  wird  es  in 
der  Hitze  leicht  zu  Metall  reduziert.  In 
konzentrierter  Salzsäure  und  Salpetersäure 
ist  es  löslich. 

Zinnsäuren.  Es  existieren  drei  Hydrate 
des  Zinndioxyds,  von  denen  zwei  die  gleiche 
chemische  Zusammensetzung,  aber  verschie- 
dene Eigenschaften  besitzen.  Man  unter- 
scheidet diese  beiden  Hydrate  als  a-Zinn- 
säure  und  b-Zinnsäure.  Die  b-Zinnsäure 
wird  auch  Metazinnsäure  genannt.  Das 
dritte  Hydrat  des  Zinndioxyds  wird  als 
Parazinnsäure  bezeichnet. 

a-Zinnsäure,  H4Sn04.  Durch  Fällen 
von  Stannichlorid  mit  Ammoniak  oder  von 
Stannaten  mit  Salzsäure  entsteht  ein  weißer 
Niederschlag,  der  nach  dem  Auswaschen 
und  Trocknen  an  der  Luft  annähernd  die 
Zusammensetzung  Sn(0H)4  hat.  Im  Va- 
kuum oder  bei  100"  entweicht  ein  Molekül 
Wasser  und  die  Säure  hat  dann  die  Zu- 
sammensetzung HgSnOg.  Beim  Trocknen 
an  der  Luft  geht  ein  Teil  der  a-Zinnsäure 
in  die  b-Zinnsäure  über,  es  ist  deshalb  nicht 
möglich,  trockejie  reine  a-Zinnsäure  her- 
zustellen. 

Die  frisch  gefällte  a-Zinnsäure  ist  in 
verdünnten  Mineralsäuren  und  in  Alkali- 
lösungen löslich.  Die  Lösung  in  Natronlauge 
wird   durch    überschüssige   Lauge   nicht  ge- 


Kuhlenstoffui'U|)[»e  (Zürn) 


911 


fällt,  zum  Unterschied  von  der  b-Zinn- 
säure. 

Die  Alkalilüsungen  enthalten  die  Salze 
der  a-Zinnsäure,  die  Stannate,  welche 
auch  kristallisiert  dargestellt  werden  können. 
Sie  entsprechen  der  Formel  Me^oSnOg-oHaO 
und  sind  isomorph  mit  K2[Pt(OH)6]  und 
K2[Pb(OH)6]  und  deshalb  faßt  man  sie  auch 
wohl  als  Salze  der  noch  nicht  hergestellten 
Hexaoxyzinnsäure  Ho[Sn(0H)6]  auf  und 
schreibt  ihnen  die  Formel  Meio[Sn(OH)g]  zu. 

b-Zinnsäure,  Metazinnsäure,  (H^- 
Sn04)x.  Bei  der  Einwirkung  von  Salpeter- 
säure auf  metallisches  Zinn  entsteht  ein 
Gemisch  von  a-Zinnsäure  und  b-Zinnsäure. 
Zur  Reindarstellung  der  b-Zinnsäure  löst 
man  das  entstandene  Gemisch  zuerst  in 
wenig  Natronlauge  und  setzt  dann  über- 
schüssige, konzentrierte  Lauge  zu,  wodurch 
das  b-Stannat  (Metastannat  gefällt  wird, 
während  das  a-Natriumstannat  in  Lösung 
bleibt. 

Durch  Zersetzen  des  ausgefallenen  b- 
Natriumstannats  mit  Säuren  erhält  man  dann 
die  reine,  gallertartige  b-Zinnsäure.  Die 
in  einem  trockenen  Luftstrom  getrocknete 
Säure  hat  die  gleiche  Zusammensetzung 
H4Sn04  wie  die  a-Zinnsäure  und  sie  verliert 
wie  diese  im  Vakuum  ein  Molekül  Wasser 
und  geht  in  H^SnOg  über.  Aus  der  Zusammen- 
setzung der  Metastannate  ergibt  sich  für 
diese  Säure  die  Formel  (HoSuOgjj.  Die  im 
Vakuum  getrocknete  Säure  bildet  ein  weißes 
Pulver,  das  in  Wasser,  Ammoniak  und  ver- 
dünnten Säuren,  ausgenommen  Salzsäure, 
unlöslich  ist.  Wenig  Salzsäure  löst  es  auf, 
überschüssige  Salzsäure  fällt  aus  der  Lösung 
Metastannylchlorid,  Sn504Cl2.4H2Ü. 
Mit  Basen  entstehen  die  Metastannate  von 
der   allgemeinen  Formel  Me^g'^i^sOn-'iHoO. 

Parazinnsäure,  HoSn5Öii.2H20,  ent- 
steht durch  mehrstündiges  Kochen  von  reiner 
b-Zinnsäure  mit  Wasser  und  hat  nach  dem 
Trocknen  im  Vakuum  die  angegebene  Zu- 
sammensetzung. 

Zinndisulf id,  SnSo.  Amorphes  Zinn- 
disulfid  entsteht  als  gelber  Niederschlag 
beim  Einleiten  von  Schwefelwasserstoff  in 
eine  schwach  saure  Lösung  von  Zinntetra- 
chlorid. Der  Niederschlag,  welcher  feucht 
der  Zusammensetzung  SnS2  entspricht,  zer- 
setzt sich  beim  Trocknen  und  enthält  dann 
weniger  Schwefel.  In  verdünnten  Säuren 
ist  es  unlöslich,  in  heißer  Salzsäure  löst  es 
sich  auf,  im  Gegensatz  zum  kristallisierten 
Zinndisulfid. 

Kristallisiertes  Zinn  Sulfid  kann  nicht 
durch  Zusammenschmelzen  von  Zinn  mit 
Schwefel  hergestellt  werden,  es  entsteht 
hierbei  infolge  der  hohen  Reaktionswärme 
stets  das  beständigere  Stannosulfid.  Da- 
gegen geht  der  durch  Sättigen  einer  Lösung 
von  4  Teilen  kristallisiertem  Zinnchlorür  in 


20  Teilen  Wasser  und  einem  Teil  Schwefel- 

j  säure  mit  schwefliger  Säure  gefällte  amorphe 
Niederschlag  nach  dem  Auswaschen  und 
Trocknen  in  kristallisiertes  Zinnsulfid  über. 
Auch  durch  Erhitzen  von  12  Teilen  Zinn, 
6  Teilen  Quecksilber,  7  Teilen  Schwefel 
und   6  Teilen  Ammonchlorid   bis  zur   Rot- 

j  glut  im  bedeckten  Tiegel  kann  es  dargestellt 

j  werden. 

Es    kristallisiert    in    hexagonalen,    gold- 

'  farbenen  Schuppen,  die-  sich  weich  und 
fettig  wie    Graphit   anfühlen.      Früher  war 

!  es  eine  unter  dem  Namen  Mussivgold  be- 
kannte und  geschätzte  Malerfarbe. 

Von  Salzsäure  und  Salpetersäure  wird 
es  nicht  angegriffen,  dagegen  von  Königs- 
wasser gelöst.  Von  Schwefelalkalien  wird 
es  unter  Bildung  von  Sulfostannaten  gelöst. 

SnSa  +  KoS  =  lüSnSg. 

Ebenso   lösen   Alkalien   und   es  entsteht 

ein  Gemisch  von  Stannat  und  Sulfostannat. 

3SnS.,  +  6NaOH  --  2Na2SnS3  +  NaoSnOg 

+  3H2d. 

Die  Sulfo stannate  sind  gut  charak- 
terisierte Verbindungen,  die  größtenteils 
kristallisiert  erhalten  werden  können.  Die 
Sulfostannate  der  Alkalien  und  Erdalkalien 
sind  farblos  oder  gelblich.  Mineralsäuren 
fällen  aus  ihren  Lösungen  Zinndisulfid. 
NaaSnSg  -f  2HC1  =  SnSg  +  2NaCl  +  S. 

gtannisulfat,  Sn(S04)2.2H20,  bildet 
sich  beim  Eindampfen  einer  Lö^sung  von 
frisch  gefällter  Zinnsäure  in  verdünnter 
Schwefelsäure. 

Stanninitrat  scheidet  sich  aus  einer 
Lösung  von  frisch  gefällter  Zinnsäure  in 
starker  Salpetersäure  in  seideglänzenden 
Schuppen  aus.  Das  Salz  hydrolysiert  außer- 
ordentlich leicht. 

M  e  t  all  0  r  g  a  n  i  s  c  h  e  \"  e  r  bi  nd  u  ng  e  n 
des  Zinns  können  aus  Zinn-Natrium-Le- 
gierungen mit  Halogenalkylen  oder  nach 
der  Griguard  sehen  Reaktion  (vgl.  den 
iVrtikel  ,, Metallorganische  Verbin- 
dungen") dargestellt  werden.  Außer  mit 
vier  kann  das  Zinn  sich  auch  mit  einem, 
zwei  oder  drei  Alkylen  vereinigen  und  die 
dadurch  entstehenden  ungesättigten  Ver- 
bindungen bilden  Oxyde,  Hydroxyde  und 
salzartige  Verbindungen  wie:  Sr(C.,H5)20; 
(CH3)3SnOH;  Sn(CH3)Br.5:  Sn(C.,H5)oCL; 
Sn(CH3)3J  u.  a. 

Ueber  die  Darstellung  des  d-Methyl- 
äthvl-n-propvlzinn  Jodids, 

H3C.  C3H, 

/SnC 


H,C..'' 


J 


einer  optiscij  aktiven  Zinnverbindiuig.  geben 
folgende  Gleichungen  Aufschluß: 

1.   2Sn(CH.;)3J  +  Zn(C.,H5).,-Sn((:H3)3 
.CoHg  +  ZnJ." 


912 


KolilenstüffgTuji|i<'  (Zinn  —  Blei) 


2.  Sn(CH3)3.C2H5  +  Jo  =  SnCCHg)., 
.CHg.J  +  CHaJ. 

\  2Sn(CH3)2.CoH5J    +    ZulCaH;).,    = 
2Sn(CH3)2.C2H5.C3"H7  +  ZnJg. 

4.  Sn(CH3)2.C2H5.C3H.  +  Jo  =  Sn.CHg 

.CoHg.CoH^.J    +    CHgJ. 

Es  ist  ein  in  Wasser  fast  unlösliches 
gelbes  Oel,  das  bei  270*^  siedet.  Durch  Um- 
setzung mit  Silber-d-kani])i'ersulionat  erhält 
man  die  entsprechende  optische  aktive  Ver- 
bindung. 

8.  Thermochemie.     Bildungswärmen: 

Su  +  2HC1,  Aq.=SnCl2,  Aq.+H2+2,51  Cal. 

Sn  +  Cla  =  SnCU  +  80,79  Cal. 

Sn  +  2CI2  =  SnCl^  -f  127,25  Cal. 

Sn  -f  0  =  SnO  +  67,6  Cal. 

Sn  +  02=  Sn02krist.  -f  137,5  Cal. 

Sn  +  O2  +  HoO  =  HaSnOg  +  133,5  Cal. 

9.  Kolloidchemie.  Bringt  man  unter 
Methylalkohol  zwischen  Elektroden  aus  Eisen 
elektrolytisch  gewonnenes  Zinn  und  legt 
einen  Strom  von  110  Volt  an,  so  zerstäubt 
das  Zinn  unter  lebhafter  Bewegung  und 
Funkenbildung  und  es  entsteht  ein  tief  braun 
gefärbtes  Methylalkosol.  Die  spezifische 
Leitfähigkeit  dieses  Sols  ist  12,5. 10-^ 
die  Zinnteilchen  wandern  im  Potential- 
gefälle nach  der  Kathode.  Auf  gleiche  Weise 
wurde  auch  ein  Aethylalkosol  und  ein 
Aetherosol  des  Zinns  dargestellt. 

Kolloide  Zinnsäure.  Beim  Eingießen 
einer  sehr  verdünnten  Lösung  von  SnCl4 
in  verdünntes  wässeriges  Ammoniak  ent- 
steht zunächst  ein  gallertartiger  weißer 
Niederschlag,  der  sich  durch  weiteren  Zusatz 
von  Wasser  klar  auflöst.  Durch  Dialyse 
dieser  Lösung  erhält  man  das  reine  Hydrosol 
der  a-Zinnsäure,  das  durch  Natronlauge 
und  viele  Salze  in  das  gallertartige  Gel 
übergeführt  wird.  Auch  durch  verdünnte 
Schwefelsäure  und  größere  Mengen  Salpeter- 
säure tritt  Gelbildung  ein,  dagegen  nicht 
durch  Salzsäure.  Das  Gel  kann  durch 
geringe  Mengen  iVmmoniak  peptisier  twerden. 
Das  durch  Dialyse  einer  mit  Salzsäure  an- 
gesäuerten Kaliumstaniuitlösung  hergestellte 
Hydrosol  der  a-Zinnsäure  geht  beim  Kochen 
in  das  Hydrosol  der  b-Zinnsäure  über. 
Im  elektrischen  Potentialgefälle  wandert 
das  SnOg  an  die  Anode. 

Kolloides  Zinndisulf id  entsteht,  wenn 
Schwefelwasserstoff  in  Zinnsäurehydrosol  ge- 
leitet und  die  Lösung  erhitzt  wird.   . 

Literatur.  Abeggs  Hurulbuch  der  anorcjunischini 
Chemie  Bd.  111  Abtlg.  2.  —  Gniel in- Krauts 
Handbuch  der  nnorfitmischen  Cheinie  Bd.  IV 
Abiig.  1. 

•Jtilhis  iirwechc. 


g)  Blei. 
Plumbum.    Pb.   Atomgewicht  207,10. 

1.  Vorkoinmcn.  2.  Geschichte.  3.  Gewin- 
nung. 4.  Verwendung.  5.  Eigenschaften.  6.  Elek- 
trochemie. 7.  Analytische  Chemie.  8.  Spezielle 
Chemie.     9.  Thermochemie.    10.  Kolloides  Blei. 

1.  Vorkommen.  Das  Blei  kommt  haupt- 
sächlich in  Verbindung  mit  Schwefel  als 
Bleiglanz.  PbS,  vor.  Das  Mineral  ist  weit 
verbreitet  in  der  Natur  und  ist  das  wichtigste 
für  die  Gewinnung  des  Bleies.  Der  Bleiglanz 
findet  sich  in  allen  europäischen  Ländern; 
in  Deutschland  im  sächsischen  Erzgebirge 
im  Harz,  in  Oberschlesien  usw.  Ferner  be- 
finden sich  reiche  Lager  von  Bleiglanz  in 
Nordamerika,  vor  allem  in  den  Staaten 
New  York,  Illinois,  Utah,  ferner  in  Mexiko 
und  Brasilien.  In  Asien  findet  man  ihn  am 
Altai  und  in  Vorderindien ;  in  Mrika  in  Algier 
und  Tunis:  in  Australien  in  Queenstown, 
Neusüdwales  usw. 

Von  anderen  Bleimineralien  seien  er- 
w^ähnt  das  Vitriolbleierz  oder  Anglesit, 
PbSOj,  das  Weißbleierz  oder  Cerussit, 
PbCOo,  welches  mit  Ton  gemengt,  auch 
Bleierde  genannt  wird.  Diese  Erze,  sowie 
der  Pvromorphit,  SPbgfPOJ^ .  PbCl.,,  und 
Minnetesit,  SPbglAsOJo  .  PbCla,  sind 
aus  Bleiglanz  entstanden.  Seltener  findet 
man  das  Rotbleierz,  PbCr04,  das  Gelb- 
bleierz, PbMo04,  und  das  Scheelbleierz, 
PbW04;  auch  kommen  diese  Erze  für  die 
Gewinnung  des  Bleis  nicht  in  Frage. 

2.  Geschichte.  Vor  mehr  als  drei  Jahr 
tausenden  war  bereits  das  Blei  den  alten 
Aegyptern  bekannt.  Im  Altertum  wurde 
das  Blei  vielfach  mit  dem  Zinn  verwechselt 
und  erst  Plinius  unterscheidet  scharf  das 
Blei  als  plumbum  nigrum  vom  Zinn, 
dem  plumbum  album.  Von  den  Römern 
wurde  das  Blei  schon  zu  Wasserleitungs- 
röhren verwandt  und  auch  viele  Verbin- 
dungen des  Bleis  waren  den  Alten  bekannt 
z.  B.  das  Bleioxyd,  die  Mennige,  das  Blei- 
weiß und  der  Bleiglanz. 

3.  Gewinnung.  Wie  schon  erwähnt,  wird 
vor  allem  der  Bleiglanz  verhüttet  und  zwar 
geschieht  dies  nach  drei  verschiedenen  Ver- 
fahren, welche  man  als  Niederschlagsarbeit, 

;  Röstreaktionsarbeit     und      Röstreduktions- 
arbeit  bezeichnet. 

Die  Niederschlagsarbeit  ist  nur  bei 
reinen  Bleierzen  anwendbar,  sie  wird  im 
Oberharz,  in  Spanien  und  Nordamerika  aus- 
geführt und  beruht  darauf,  daß  das  Blei 
aus    dem    Bleiglanz    durch    Eisen    nieder- 

■  geschlagen  wird. 

PbS  +  Fe  =  FeS  +  Pb. 

Man  nimmt  jedoch  Eisengranalien  mir 
dann,  wenn  die  Niederschlagsarbeit  in  nie- 
drigen Schacht-  oder  Flammöfen  ausgeführt 


Kohlenstoff gruppe  (Blei) 


913 


wird.  Meistens  verwendet  man  Kiesabbrände 
oder  eisenoxydhaltige  Schlacke,  welche  mit 
Koks    gemischt    dem    Bleigianz    zugesetzt 
werden.  Im  Hochofen  entsteht  dann  zunächst  j 
schwammiges  Eisen,   welches  infolge  seiner  i 
feinen   Verteilung   sehr   energisch   einwirkt. ! 
Stets  aber  bleibt  ein  Teil  des  Bleiglanzes  un- 
verändert und  bildet  mit  Schwefeleisen  den 
Bleistein,  der  7  bis   15%   Blei  enthalten 
und  nur  durch  sehr  hohe  Temperaturen  blei- 
arm gemacht  werden  kann. 

Die     Röstreaktionsarbeit    wird    bei 
reinen,  kieselsäurearmen  Bleierzen  angewandt 
Die  Erze  werden  in  großen   Oefen  längere 
Zeit  unter  Luftzutritt  bei  beginnender  Rot- ! 
glut  geröstet,  wobei    Schwefeldioxyd,   Blei- 1 
oxyd  und  Bleisulfat  entsteht. 

2PbS+302  =  2PbO  +  2SOa  j.  .  ^ 

PbS  +  202  =  PbS04        I  ^ostperioüe. 

Wenn  ungefähr  zwei  Drittel  des  angewand- 1 
ten  Bleiglanzes  oxydiert  sind,  so  wird  bei 
Luftabschluß  stärker  erhitzt  und  es  reagiert 
dann  das  unveränderte  Bleisulfid  mit  dem 
Bleioxyd  bezw.  Bleisulfat  derart,  daß  Blei 
und  Schwefeldioxyd  entsteht: 

PbS  +  2PbO  =  3Pb+SO,      \  Reaktions- 
PbS  +  PbS04  =  2Pb  +  2S'02/      periode 

Die  verbleibenden  Rückstände,  welche 
bis  zu  50%  Blei  enthalten  können,  werden 
in  Schachtöfen  zugute  gemacht. 

Die  Röstreduktionsarbeit  eignet  sich 
für  alle  Bleierze.      Sie  wird  aber  meistens 
bei  Erzen  angewandt,  die  viel   Kieselsäure 
und  Sulfide  anderer  Metalle,  z.  B.  CauS,  ZnS, 
AS2S3,   SbgSg  enthalten.     Die  Erze^werden 
zunächst  dadurch  aufbereitet,  daß  man  sie 
pocht  und  dann  in  Setzmaschinen  auf  Rüttel- 
sieben unter  Wasser  nach  dem  spezifischen 
Gewichtsondert.  Die  so  erhaltenen,, Schliche" 
werden  dann  unter  fortwährendem  Umrühren 
möglichst  vollständig  geröstet.    Da  sich  aber  : 
hierbei  stets  auch  Bleisulfat  bildet,  so  gibt ' 
man,  um  dieses  zu  zersetzen,  gegen  Ende  der 
Röstung  quarzhaltige  Zuschläge  hinzu.     Es 
entsteht    dann    Bleisilikat    und     Schwefel- 
dioxyd: 
2PbS04  +  2Si02  =  2PbSiO,,  +  2SO2  +  Oo 
(Schlackenrösten). 

Neuerdings  setzt  man  den  zu  röstenden 
Erzen  Kalk  zu  und  erreicht  dadurch  eine 
glattere  Ueberführung  in  Bleioxyd. 

Das  Röstgut,  welches  im  wesentlichen  aus 
Bleioxyd  und  Bleisilikat  besteht,  wird  zer- 
schlagen, mit  Koks,  eisenoxydulhaltigen  Zu- 
schlägen und  Kalkstein  oder  Schlacken  ver- 
mischt und  im  Hochofen  niedergeschmolzen,  i 
Der  Zusatz  von  Eisenoxydul  ist  notwendig, 
um  das  Bleisilikat  in  Bleioxyd  überzuführen. ' 
Vorhandenes  CuS  geht  in  Cu.,S  über  und 
bildet  mit  dem  Schwefeleisen  und  wenig  Blei- 
sulfid den  Bleistein,  welcher  sich  im  Gestell 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.     Band  V 


des  Ofens  über  dem  Blei  sammelt,  während 
die  Schlacke  dauernd  abfließt.  Blei  und  Blei- 
stein werden  in  eiserne  Herde  abgestochen, 
wo  der  zuerst  erstarrende  Bleistein  von  dem 
noch  flüssigen  Blei  abgehoben  wird.  Der 
Bleistein  wird  eventuell  auf  Kupfer  weiter 
verarbeitet. 

Das  nach  einem  der  drei  beschriebenen 
Verfahren  gewonnene  Blei  wird  Werkblei 
genannt.  Es  enthält  stets  kleine  Mengen 
anderer  Metalle. 

Die  Analyse  eines  Werkbleis  aus  Clausthal 
ergab:  98,29%  Pb,  0,186°/o  Ca,  0,7203%  Sb, 
0,0064  %As,  0,0048%  Bi,  0,1412%  Ag,  0,0064% 
Fe,  0,0028%  Zn,  0,0023%  Ni. 

Um  das  Werkblei  von  diesen  Beimen- 
gungen, welche  die  Eigenschaften  derselben 
zum  Teil  sehr  stark  beeinflussen,  zu  befreien 
wird  es  einer  Raffinade  unterworfen.  Man 
schmilzt  das  Werkblei  bei  Luftzutritt  auf 
einem  Herde,  wobei  sich  nacheinander  Blei- 
stannat,  Bleiarsenat  und  Bleiantimonat  auf 
der  Oberfläche  bilden  und  abgezogen  werden. 
In  das  Blei  werden  dann  nach  Parkes 
2%  Zink  eingerührt,  welches  sich  beim 
ruhigen  Erkalten  wieder  oben  auf  dem  Blei 
als  Zinkschaum  sammelt  und  welches  neben 
Blei  alles  Kupfer,  Silber  und  Gold  enthält. 
Das  im  Blei  verbleibende  Zink,  Eisen  und 
Nickel  lassen  sich  durch  Einleiten  von  Wasser- 
dampf in  das  geschmolzene  Metall  oxydieren. 

In  Nordamerika  reinigt  man  das  Werk- 
blei auch  elektrolytisch  und  gewinnt  ein 
Reinblei,  das  nur  noch  Spuren  von  Ver- 
unreinigungen enthält. 

Will  man  für  den  Laboratoriumsbedarf 
absolut  reines  Blei  herstellen,  so  stellt  man 
zuerst  dünne  Bleiplatten  einige  Stunden  in 
eine  warme  Bleiacetatlösung,  um  etwa  vor- 
handenes Kupfer  und  Silber  abzuscheiden. 
Dann  fällt  man  die  filtrierte  Lösung  mit  ver- 
dünnter Schwefelsäure,  führt  das  gefällte 
Bleisulfat  durch  Ammonkarbonat  in  Blei- 
karbonat und  dieses  durch  Glühen  in  Oxyd 
über.  Das  Bleioxyd  endlieh  wird  durch 
Schmelzen  mit  Cyankalium  zu  Blei  reduziert. 

4.  Verwendung.  Das  Metall  wird  zu 
Wasserleitungsröhren  und  in  den  Schwefel- 
säurefabriken zum  Auskleiden  der  Schwefel- 
säurekammern  und  Türme  und  zu  Konzen- 
trationsgefäßen für  die  Schwefelsäure  ge- 
braucht. Ferner  wird  es  zur  Herstellung  von 
Geschossen  und  Geschoßkernen  benutzt  und 
vor  allem  wichtig  ist  die  Verwendung  des  Bleis 
in  den  Akkumulatoren. 

Durch  Zusatz  anderer  Metalle  lassen  sich 
die  Eigenschaften  des  Bleis  stark  verändern 
und  es  werden  deshalb  auch  die  Bleilegie- 
rungen vieKach  benutzt,  so  die  Legierung 
von  Blei  mit  Antimon,  das  Hartblei,  zu 
Buchdrucklettern;  eine  Legierung  von  Blei, 
iVntimon  und  Zinn  als  Lagermetall.  Blei 
mit  50%  Zinn  legiert,  bildet  das  Schnellot, 

58 


914 


Kohlenstoffgruppe  (ßlei) 


mit  einem  Gehalt  von  U%  -^scn  wird  es 
zur  Herstellunii"  von   Schrot  verwandt. 

Von  den  Bleiverbindungen  sind  viele 
geschätzte  Mineralfarben  z.  B.  das  Bleiweiß 
(TbCO.;),  das  Bleichromat,  Chromgelb 
(PbCrÖ4)  u.  a.  In  der  Glasfabrikation  werden 
durch  Zusatz  von  Bleioxyd  zur  Glasmasse 
die  stark  lichtbrechenden,  leicht  schmelz- 
baren Gläser  (Flintgläser,  Kristallgläser)  her- 
gestellt. 

5.  Eigenschaften.  Das  Blei  ist  dimorph 
und  zwar  kristallisiert  es  regulär  und  mono- 
klin.  Meistens  erhält  man  es  in  regulären 
Formen,  wie  beimErstarren  des  geschmolzenen 
Bleis  oder  bei  der  Ausfällung  aus  Lösungen 
durch  Zink.  Die  frische  Schnittfläche  am 
Blei  zeigt  es  als  bläulichweißes,  stark  glänzen- 
des Metall.  Infolge  von  Oxydation  verliert 
es  den  Glanz  an  der  Luft  sehr  rasch  und  es 
überzieht  sich  mit  einer  dünnen,  mattgrauen 
Schicht  von  Bleisuboxyd.  Das  spezifische 
Gewicht  für  gegossenes  Blei  ist  D^"*  =  11,352, 
für  gewalztes  D^"  =  11,358—65.    Das  spezi- 


fische Gewicht  beim  Schmelzpunkt  des  Bleis 
ist  D^^  =  11,005,  wenn  es  noch  fest, 
j)325  _  11^645,  wenn  es  flüssig  ist.  Die  Härte 
des  Bleis  ist  1,5  ^Diamant  =  10),  es  ist  das 
weichste  aller  Schwermetalle  und  deshalb 
leicht  zu  verarbeiten.  Blättchen  von  Blei 
können  unter  2000  Atmosphären  Druck  zu 
einer  kompakten  Masse  vereinigt  werden. 
Bei  einer  Zugkraft  von  0,3  kg  pro  mm^  er- 
leidet das  Blei  eine  eben  merkliche  Aende- 
rung.  Elastizitätsmodul  bei  20°  =  1656 
kg/inm".  Torsionsmodul  bei  20"  =  550. 
Schmelzpunkt  =  327,5°.  Im  Vakuum  des 
grünen  Kathodenlichtes  siedet  es  bei  1140  bis 
1173°.  Aus  Dampfdichtebestimmungen  bei 
1870°  folgt,  daß  der  Bleidampf  einatomig  ist. 
Ebenso  ist  das  im  Queeksillser  gelöste  Blei 
darin  einatomig.  Die  Schmelzwärme  ist 
gleich  5,32—5,37  Kai.  pro  kg.  Die  spezifische 
Wärme  des  festen  Metalls  ist  bei  18°  0,02993, 
die  Atomwärme  6,2  d.  h.  das  Blei  gehorcht 
dem  Dulong-Petitschen  Gesetz.  Das 
spezifische    Leitvermögen  ist  bei 


-183» 
16,6 


-78» 
7," 


0« 
4,91—5,2 


100» 
3,60—3,64 


Schmelzpunkt 

1,98  1,04.10'' 

fest  flüssig 


Physiologische  Wirkung.  Alle  Blei- 
verbindungen sind,  auch  wenn  sie  in  geringer 
Menge  genossen  werden,  äußerst  giftig.  Da 
das  aufgenommene  Blei  nicht  wieder  vom 
Organismus  ausgeschieden  w'ird,  sondern 
sich  darin  ansammelt,  so  verursachen  auch 
ganz  geringe  Spuren  von  Blei  bei  dauernder 
Aufnahme  schwere  Erkrankungen.  Besonders 
die  Arbeiter  in  den  Bleiwerken  und  die 
Setzer  in  den  Druckereien  haben  darunter 
zu  leiden  und  müssen  vor  der  Aufnahme 
staubförmiger  Bleiverbindungen  geschützt 
werden.  Auch  durch  Verwendung  von  blei- 
haltigen Eß-  und  Kochgeschirren  können 
Vergiftungen  hervorgerufen  w^erden.  Legie- 
rungen, die  zu  diesem  Zwecke  hergestellt 
werden,  dürfen  in  Deutschland  nur  bis  zu 
10%  Blei  enthalten.  Auch  der  Gehalt  des 
durch  Bleiröhren  fheßenden  Trinkwassers  an 
Blei  ist  von  großer  hygienischer  Bedeutung. 

6.  Elektrochemie.  Das  Blei  tritt  in 
seinen  Verbindungen  zwei-  und  vierwertig 
auf.  Einwertig  ist  es  anscheinend  nur  in 
der  Verbindung  mit  Sauerstoff,  dem  Blei- 
suboxyd, PbgO,  und  es  ist  noch  nicht  sicher 
festgestellt,  ob  es  auch  einwertige  Ionen 
zu  bilden  vermag.  Sowohl  das  Ion  des  zwei- 
wertigen Bleis,  das  Plumboion  Pb",  als 
auch  das  des  vierwertigen,  das  Plumbiion 
Pb"",  ist  farblos.  Die  Wanderungsgeschwin- 
digkeit des  Plumboions  ist  bei  18°  l^p  =  61,1. 
Die  Plumbosalze  sind  in  verdünnten  Lö- 
sungen weitgehend  und  zwar  ternär  ioni- 
siert.    In  den  Lösungen  der  Plumbisalze  ist 


dagegen    die     Konzentration    der    Plumbi- 
ionen  nur  gering.  Das  Plumbiion  ist  im  Gegen- 
satz zum  Plumboion  nur  sehr  schwach  elektro- 
positiv  und  die  Neigung  in  das  Plumboion 
überzugehen  ist  groß.     Aus  Messungen  des 
Oxydationspotentials   mit   PbOg  gesättigter 
Plumbinitratlösung    ergab    sich    unter    der 
:  Annahme,  daß  diese  Lösung  gleichviel  Plum- 
bo-  und  Plumbiionen  enthält,  für  die  Tendenz 
des  Ueberganges  der  einen  lonenart  in  die 
andere  der  Wert  Eh  Pb  ■•  ^  Pb  ■••■  =  1,8  Volt. 
Für  die  Bildung  von  Plumbiionen  als  metal- 
lischem Blei  würde  daraus  folgen  Eh  Pb  ^  Pb  •••• 
=  +  0»8  Volt.    Für  die  Tendenz  des  metah 
!  lischen  Bleis  in  das  Plumboion  überzugehen 
I  ergab  sich  aus  Potentialmessungen  an  Blei- 
I  nitratlösungen    gegen    die    Normal-Wasser- 
stoffelektrode   EhPbfjPb-  =   —0,12  Volt- 
Das  Blei  ist  demnach  nur  wenig  unedler  als 
der  Wasserstoff.      In  einer  n.  Pb"-Lösung, 
die  n.  H'  enthält,  müßte  sich  an  metallischem 
I  Blei   bei  0,12  Volt  Wasserstoff  entwickeln. 
j  Dies  tritt  jedoch  nicht  ein,   vielmehr  wird 
1  erst  mit  0,64  Volt  Ueberspannung  Wasser- 
stoff   abgeschieden.       Die    Ueberspannung 
kann  man  jedoch  durch  Berührung  des  Bleis 
mit  einer  Platinspitze  aufheben.    Da  infolge 
der  Ueberspannung  der  an  einer  Bleielektrode 
entwickelte  Wasserstoff  im  Entstehen  hohen 
Druck  besitzt,  so  ist  das  Blei  ein  geeignetes 
Elektrodenniaterial  für  elektrolytische  Reduk- 
tionen.    Durch   Z'nk   und   Eisen    wird   das 
Blei  aus  seinen  Lösungen  gefällt. 
Z-,  ^Pb-  =Zn"  +  Pb. 


Kolilenstoffgrnppe  (Blei) 


915 


Stellt  man  einen  Zinkstab  in  eine  Bleisalz- 
lösung, so  scheidet  sich  an  ihm  das  Blei 
als  verzweigte  Kristallmasse,  als  .,Blei- 
baiim"  ab. 

Mit  dem  Atomgewicht  207,1  gehurt  das 
Blei  in  die  vierte  Grnp}3e  des  periodischen 
Systems.  Die  Aehnlichkeit  des  Bleis  mit  den 
in  gleicher  Horizontalreihe  stehenden  Ele- 
menten Thallium  und  Wismut  wird  besonders 
deutlich  beim  Vergleich  des  metallischen 
Bleis  mit  dem  metallischen  Thallium.  Beide 
Elemente  besitzen  ein  hohes  spezifisches 
Gewicht,  geringe  Härte  und  beide  werden 
leicht  oxydiert.  Weit  größer  sind  die  Ana- 
logien, durch  die  das  Blei  in  Beziehung  tritt 
zu  den  in  gleicher  Vertikalreihe  stehenden 
Elementen  Germanium  und  Zinn.  Alle  drei 
Elemente  treten  in  Verbindungen  zwei-  und 
vierwertig  auf.  Das  Bleihydroxyd  reagiert 
amphoter  wie  die  Hydroxyde  des  Germa- 
niums und  Zinns  und  das  Blei  bildet  wie  diese 
Elemente  auch  Organo Verbindungen. 

7.  Analytische  Chemie.  Alle  Bleiver- 
bindungen geben,  mit  Soda  auf  der  Kohle 
erhitzt,  ein  duktiles  Metallkorn  und  einen 
gelben  Oxydbeschlag.  Bleiionen  bilden  mit 
den  Anionen  des  Schwefelwasserstoffs,  der 
Schwefelscäure,  Chromsäure,  Kohlensäure  und 
Phosphorsäure  schwerlösliche  Salze. 

SchAvefehvasserstoff  fällt  auch  aus 
verdünntesten  sauren  oder  alkalischen  Lö- 
sungen schwarzes  Bleisulfid.  Aus  salzsäure- 
haltigen Lösungen  kann  zuerst  orangerotes 
Bleisulfochlorid  entstehen,  das  durch  mehr 
Schwefelwasserstoff  in  Bleisulfid  übergeht. 
Bleisulfid  löst  sich  in  kochender  doppelt- 
normaler Salpetersäure  unter  Abscheidung 
von  Schwefel: 

3  PbS  +  8HNO3  =  3Pb(N03)2  +  2N0  +  3  S. 

Dadurch,  daß  meistens  ein  Teil  des  Schwefels 
zu  Schwefelsäure  oxydiert  wird,  entsteht  auch 
schwerlösliches  Bleisulfat.  Je  konzentrierter 
die  Salpetersäure  ist,  um  so  mehr  Bleisulfat 
wird  gebildet. 

Schwefelsäure  fällt  weißes  Bleisulfat. 
Es  ist  unlöslich  in  verdünnter  Schwefelsäure 
und  Salpetersäure,  löslich  in  konzentrierter 
heißer  Salzsäure  und  in  Lösungen  von 
Ammonacetat  und  ammoniakalischem  Am- 
nion tar  trat. 

Alkalichromate  und  Alkalibichro- 
mate  geben  eine  gelbe_^Fällung  von  Blei- 
chromat 

Pb(N03)o  +  K^CrO,  =  PbCrO^  +  2KNO3 

2Pb(CoHoO,).,  +  K,Cr.,0,  +  H.O 
=  2PbCrO,j"+'  2CH3COÖK"'+  2CH;C00H. 

Bleichromat  ist  unlöslich  in  Essigsäure,  lös- 
lich in  Salpetersäure  und  Alkalilauge. 

Durch  Salzsäure  und  lösliche  Chlo- 
ride wird  aus  nicht  zu  verdünnten  Bleisalz- 
lösungen in  kaltem  Wasser  ziemlich  schwer, 


in  heißem  leichter  lösliches  Bleichlorid 
geällt. 

J  0  d  k  a  1  i  u  m  fäll  t  gelbem  Bleij odid .  Beim 
Abkühlen  einer  kochenden,  mit  Bleijodid 
gesättigten  Lösung  scheidet  es  sich  in  gold- 
gelben Blättchen  aus. 

Löslichkeit  der  analytisch  wichtigen  Blei- 
saJze: 

Bleisulfid  ist  in  Wasser  unlöslich. 

1  Teil  Bleisulfat  löst  sich  in  23809  Teilen 
H.,0  bei  15«. 

In  schwefelsäurehaltigem  Wasser  ist  es 
noch  schwerer  löslich,  in  Alkohol  ganz  un- 
löslich. 

1  Teil  Bleichlorid  löst  sich  in  135  Teilen 
kochendem  HoO. 

1  Teil  Blefjodid  löst  sich  in  194  Teilen 
kochendem  HnO. 

Quantitativ  wird  das  Blei  als  Blei- 
sulfat und  elektrolytisch  als  Bleisuperoxyd 
bestimmt.  Mittels  verdünnter  Schwefelsäure 
läßt  es  sich  von  Metallen,  deren  Sulfate  lös- 
lich sind,  trennen.  Das  gefällte  Bleisulfat 
wird  über  einem  Goochtiegel  filtriert,  zu- 
nächst mit  verdünnter  Schwefelsäure,  dann 
mit  Alkohol  gewaschen  und  schwach  er- 
hitzt. 

Zur  quantitativen  Trennung  benutzt 
man  auch  die  Fällung  als  Sulfid  und  die  Lös- 
lichkeit desselben  in  Salpetersäure. 

Elektrolytisch  bestimmt  man  das  Blei 
aus  einer  Lösung,  die  auf  150  bis  200  ccm 
20  bis  30  ccm  konzentrierte  Salpetersäure 
und  nicht  mehr  als  0,5  g  Bleinitrat  enthält. 
Durch  einen  Strom  von  0,5  Ampere  wird 
das  Blei  als  Bleisuperoxydhydrat  anodisch 
an  einer  mattierten  Platinschale  abgeschieden. 
Nach  dem  Auswaschen  ohne  Stromunter- 
brechung und  Trocknen  wird  es  durch  ge- 
lindes Glühen  in  Bleioxyd  übergeführt  und 
gew^ogen. 

8.  Spezielle  Chemie.  Das  Blei  ist  ein 
ziemlich  unedles  Metall,  das  von  Sauerstoff, 
den  Halogenen  und  Säuren  leicht  angegriffen 
wird.  In  vielen  Fällen  bleibt  der  Angriff 
nur  ein  oberflächlicher,  weil  sich  das  Metall 
infolge  der  Schwerlöslichkeit  der  entstehenden 
Verbindungen  mit  einer  schützenden  Deck- 
schicht überzieht.  Bei  gewöhnlicher  Tempe- 
ratur greift  Sauerstoff  das  Blei  nur  oberfläch- 
lich an,  beim  Schmelzen  an  der  Luft  entstehen 
auf  dem  Metall  bunte  Anlauffarben  und  es 
bedeckt  sich  langsam  mit  der  sogenannten 
Bleiasche,  die  wesentHch  aus  Bleisuboxyd 
besteht.  Bei  Rotglut  entsteht  Bleioxyd  und 
bei  höherem  Erhitzen  (bis  550")  Mennige. 
Das  bei  der  Reduktion  von  Bleitartrat  ge- 
bildete fein  verteilte  Blei  entzündet  sich  an 
der  Luft.  Von  den  Halogenen  greift  Fluor 
am  stärksten,  Jod  am  schwächsten  an.  Im 
Schwefeldampf  entsteht  BleisuKid.  Fluß- 
säure greift,  wegen  der  Bildung  von  unlös- 
lichem Bleifluorid,  das   Blei  nur  oberfläch- 

58* 


91G 


Külüonstoffuruppe  (Blei) 


lieh  an  und  kann  daher  in  Bleigefäßen  auf- 
bewahrt werden.  Infoliie  der  Unhislichkeit 
des  Bleisulfats  läßt  sich  das  Blei  in  den 
Schwefelsäurefabriken  auch  zu  Konzentra- 
tionsapparaten verwenden.  Man  konzentriert 
die  Schwefelsäure  in  Bleipfannen  bis  auf 
60°  Beaume.  Unreines  Metall  wird  von  der 
Säure  leichter  angegriffen  als  chemisch 
reines.  Während  konzentrierte  Salzsäure 
nur  langsam  auf  Blei  einwirkt,  wird  es  von 
Salpetersäure  glatt  unter  Entwickelung  von 
Stickoxyden  gelöst.  Verdünnte,  schwache 
Säuren  Avie  Essigsäure  lösen  das  Blei  nur 
bei  Luft-  bezw.  Sauerstoffzutritt. 

Von  großer  hygienischer  Bedeutung  ist 
die  Einwirkung  von  luft-  und  kohlensäure- 
haltigem Wasser  auf  das  Blei,  da  die  Trink- 
wässer diese  Stoffe  enthalten  und  vielfach  j 
durch  Bleiröhren  fortgeleitet  werden.  Reines, 
lufthaltiges  destilliertes  Wasser  kann,  seinem 
Sauerstoffgehalt  entsprechend,  bis  zu  140  mg 
Blei  pro  Liter  lösen.  Bei  Gegenwart  von 
Kohlensäure  im  Wasser  werden  infolge  der 
Bildung  des  schwerlöslichen  Karbonats  weit 
geringere  Mengen  Blei  gelöst;  etwa  14  mg 
pro  Liter  bei  einem  Gehalt  von  Sauerstoff 
und  Kohlensäure  im  Verhältnis  1  :  5.  Größere 
Mengen  ungebundener  Kohlensäure  erhöhen 
die  Löslichkeit  des  Bleis,  Anwesenheit  von 
Bikarbonat  vermindert  sie. 

Bleisuboxyd,  PhgO,  entsteht  bei  mög- 
lichst schwachem  Erhitzen  von  Bleioxalat  im 
Kohlensäurestrom.  Es  ist  im  grauschwarzes, 
in  Wasser  unlösliches  Pulver.  Von  Säuren 
wird  es  unter  Bildung  vonPlumbosalz  und  Ab- 
scheidung von  Blei  zersetzt. 

Verbindungen  des  zweiwertigen 
Bleis,    Plumbo  verbin  düngen. 

Bleifluorid,  PbFo,  erhält  man  bei  Ein- 
wirkung von  wässeriger  Flußsäure  auf  Blei- 
karbonat oder  Bleihydroxyd  als  weißes,  in 
Wasser  und  Flnßsäure  wenig  lösliches  Pulver. 

Bleichlorid,  PbCL,  entsteht  durch 
Fällen  von  gelöstem  Bleinitrat  oder  -acetat 
mit  Salzsäure  oder  gelösten  Chloriden.  Es 
kristallisiert  in  weißen,  seideglänzenden  rhom- 
bischen Kristallen  vom  spezifischen  Gewicht 
5,802.  Schmelzpunkt  50^".  Das  geschmolzene 
Bleichlorid  ist  zum  Teil  in  Ionen  gespalten. 
Im  Kohlensäurestrom  läßt  es  sich  unzersetzt 
destillieren.  Wasserdampf  wirkt  bei  HO** 
und  höherer  Temperatur  unter  Bildun,'^  von 
Salzsäure  und  Oxychlorid  ein.  Deshalb  wird 
auch  das  Bleichlorid  beim  Erhitzen  an 
feuchter  Luft  hydrolysiert.  Durch  Wasser- 
stoff wird  es  schon  unterhalb  des  Schmelz- 
punktes reduziert. 

In  1  1  Lösung  sind  enthalten: 
bei    8»    12,5»    18»    25»    100» 

7,o    7,41    9,34    10,8    33,4  g  PbCla- 

Durch  Zusatz  verdünnter  Salzsäure  wird 
die  Löslichkeit  infolge  des  Dissoziationsrück- 
ganges stark  vermindert. 


In  1  1  Lösung  sind  gelöst  bei  25": 
bei  Zusatz  von      0,5    1,0    2,0      6      10  g    HCl 
9,0    7,6    6,0    3,1    1,8  g  PbClj 

In  konzentriert  salzsauren  Lösungen  ist 
dagegen  die  Löslichkeit  infolge  von  Komplex- 
bildung erhebhch  größer. 

Aequivalent  Leitfähigkeit  .1  in  reziproken 
Ohm  bei  25": 

v  18      36        72       14-4      288      576      1152 
A8i,6   91,6    103,3    III, I    113,3    117,4    121,9 

Die  Dissoziation  des  gelösten  Bleichlorids 
erfolgt  beim  Verdünnen  in  zwei  Stufen 


1.  PbCls 

2.  PbCl- 


PbCl- 
Pb- 


Cl' und 


Cl. 


Die  Ionisation  1,  welche  ungefähr  so 
stark  ist  wie  bei  Kochsalzlösungen  gleicher 
Konzentration,  wird  durch  die  Ionisation  2 
beeinflußt.  Für  die  Dissoziation  einer  bei 
25,3"  gesättigten  Bleichloridlösung  erhielt 
man  folgende  Werte:  undissoziiertes  PbClg 
6,2%,  PbCl--Ionen  43,7%,  Pb"-Ionen  50,1  «o- 

Basische  Bleichloride.  Die  beiden 
Salze  PbCla .  PbO  und  PbCU  .  2PbO  kommen 
in  der  Natur  vor.  Künstlich  erhält  man  sie 
durch  Zusammenschmelzen  der  Komponenten. 

Pattinsons  Blei  weiß,  PbClo. PbO.  H2O, 
das  als  Malerfarbe  in  den  Handel  kommt, 
wird  technisch  durch  unvollständige  FäUung 
von  Bleichloridlösung  mit  Kalkwasser  dar- 
gestellt. 

Doppelsalze  des  Bleichlorids  sind 
in  großer  Zahl  bekannt.  Sie  entstehen  durch 
Zusammenschmelzen  der  Komponenten,  z.  B. 
das  PbClg .  2KC1,  oder  auf  nassem  Wege, 
wenn  man  kaltgesättigte  Chloridlösungen  in 
der  Hitze  mit  Bleichlorid  sättigt  und  erkalten 
läßt,  z.  B.  2PbClo.NH4Cl:  PbClg.RbCl; 
PbCL.2MgCl2.13H.,Ö  u.  a. 

Bleibromid,  PbBra,  wird  analog  wie 
Bleichlorid  hergestellt.  Es  kristallisiert  in 
weißen,  rhombischen  Nadeln.  Am  Licht 
schwärzt  es  sich  durch  Abscheidung  von 
Blei.  Spezifisches  Gewicht  6,630.  Schmelz- 
punkt 489".  Das  geschmolzene  Salz  leitet 
den  elektrischen  Strom.  Von  Wasserstoff 
wird  es  in  der  Hitze  reduziert. 

1  1  H.,0  löst  bei 

0»       15»      25»       55»       70»      100» 
4.554  7,305  9,744  21,376  33,43  47,51  g  PbErj. 

Durch  Zusatz  von  Bromwasserstoffsäure 
wird  die  Löslichkeit  stark  herabgesetzt,  bei 
sehr  hohen  Säurekonzentrationen  dagegen 
erhöht. 

PbBr.,.3HoO  scheidet  sich  beim  Zusatz 
von  HBr'in  großem  Ueberschuß  zu  einer 
%%igen  Bleibromidlösung  in  seideglänzen- 
den Nadeln  aus. 

Von  basischen  Bleibromiden  sind 
bekannt:  PbBro.PbO.2H2O;  PbBr.,PbO 
.  H^O.     Doppelsalze  des  Bleibromids  lassen 


Kohlenstüffgruppe  (Blei) 


917 


sich  analog  denen  des  Bleichlorids  erhalten, 
z.B.  PbBr^ .  2KBr .  H.>0 ;  PbBr.-,  2NH4BrH,0 ; 
PbBi-a .  2  MgBi-o .  6  H./)  u.  a." 

Bleijodid,  Pb  Jn,  fällt  aus  Bleisalzlösungen 
auf  Zusatz  von  Jodwasserstoffsäure  oder 
löslichen  Jodiden  als  gelber  kristaUinischer 
Niederschlag.  Aus  heißem  Wasser  um- 
kristallisiert, bildet  es  lebhaft  schillernde, 
sechsseitige,  goldglänzende  Blättchen. 
Schmelzpunkt  383*^.  Wenig  über  den  Schmelz- 
punkt erhitzt,  gibt  es  Jod  ab.  Geschmolzenes 
Bleijodid  leitet  den  elektrischen  Strom. 

1  1  Wasser  löst  bei 

0»       15»      250       550      80»     100« 
0,442   0,613   0,764    1,755    3,023   4,36  g    PbJo 

Infolge  von  Komplexbildung  ist  die  Lös- 
lichkeit in  konzentrierten  Alkalijodidlösungen 
erheblich  größer. 

Doppelsalze:  PbJo.  KJ.  2HoO;  PbJg. 
2MgJ.,;  3PbJ2.2AlJ,.lDH^O  u.  a. 

Bleicy  an id,Pb(CN)o.  entsteht  als  weißer, 
in  AVasser  wenig  löslicher  Niederschlag  beim 
Zusatz  von  Blausäure  oder  Alkalicyanid  zu 
Bleisalzlösungen. 

Bleirhodanid,  PKCNS),,  bildet  sich  in 
gelben  Ki'istallen  beim  Schütteln  von  Blei- 
acetatlösung  mit  einer  Lösung  von  Rhodan- 
kalium.  Es  löst  sich  nur  wenig  in  Wasser, 
von  kochendem  Wasser  wird  es  zersetzt. 
Chlor  u]k1  Salpetersäure  wirken  heftig  auf 
das  Salz  ein,  letztere  oxydiert  es  zu  Blei- 
sulfat. 

Bleioxyd,  Bleiglätte,  PbO,  existiert 
in  verschiedenen  Modifikationen.  Gelbes 
Bleioxyd  entsteht  beim  Kochen  von  Blei- 
hydroxyd mit  10%iger  Natronlauge.  Nach 
dem  Waschen  und  Trocknen  ist  es  ein 
gelblichgrüner,  kristaUinischer  Körper,  vom 
spezifischen  Gewicht  D^-*'  =  9,5.  Durch 
Reiben  nimmt  es  die  gelblichbraune  Farbe 
des  käuflichen  Bleioxyds  an.  Bei  gewöhn- 
licher Temperatur  ist  die  gelbe  Modifikation 
instabil,  doch  ist  die  Umwandlungsgeschwin- 
digkeit in  die  stabile,  rote  Modifikation  sehr 
gering.  Rotes  Bleioxyd  erhält  man  bei 
längerem  Erhitzen  von  Bleihydroxyd  mit 
konzentrierter  Natronlauge.  Das  gelbe 
Bleioxyd  ist  etwas  löslicher  in  Wasser  als 
das  rote ;  für  jenes  fand  man  bei  22°  1,10. 10-* 
Grammäquivalent  pro  Liter,  für  dieses 
0,56.10-*.  Außer  diesen  beiden  gibt  es 
noch  andere  Bleioxydprodukte.  Technisch 
stellt  man  Bleioxyd  durch  Oxydation  von 
Blei  an  der  Luft  her.  Aus  geschmolzenem 
Blei  entsteht  unterhalb  der  Schmelztempe- 
ratur des  Oxyds  bei  Luftzutritt  ein  gelbes 
Pulver,  auch  Massicot  genannt.  Steigt 
die  Temperatur  über  den  Schmelzpunkt  des 
Oxyds,  wie  bei  der  Bleientsilberung,  so 
fließt  die  geschmolzene  Bleiglätte  vom 
Treibherd  in  eiserne  Kästen  ab,  in  denen  es 
erstarrt.      Es   bildet  sich   dann   durch   den 


Zerfall  der  erstarrten  Masse  in  Schuppen  die 
,, Schuppenglätte",  die  gelblich  und  röt- 
lich ausfallen  kann  und  demgemäß  als 
Silberglätte  oder  Goldglätte  bezeichnet 
wird.  Der  Schmelzpunkt  des  Oxyds  liegt 
etwa  bei  875".  Von  Wasserstoff,  Kohle, 
Kohlenoxyd  und  Cyankalium  wird  es  in  der 
Hitze  leicht  zu  Metall  reduziert.  Bleioxyd 
löst  sich  in  Säuren  und  Basen.  Die  wässerige 
Lösung  des  Oxyds  greift  Glas  an  unter 
Bildung  von  Bleisilikat.  Aus  Ammon- 
chlorid  macht  es  Ammoniak  frei: 

PbO  -I-  NH4CI  =  Pb(OH)Cl  +  NH3. 

Es  wird  zur  Darstellung  von  Firnis  ver- 
wandt, da  es  das  Eintrocknen  des  Leinöls 
an  der  Luft  beschleunigt. 

Bleihydroxyd.  Es  sind  verschiedene 
Hydrate  des  Bleioxyds  bekannt. 

2PbO  .  H2O  entsteht  durch  Fällen  von 
Bleiacetat  mit  Kalilauge. 

3PbO.H20  scheidet  sich  beim  Stehen- 
lassen einer  Mischung  von  gesättigter  Blei- 
acetatlösung  mit  Ammoniak  in  geschlossenen 
Gefäßen  in  glänzenden  Oktaedern  ab.  Es 
ist  in  Wasser  etwas  löslich  und  bläut  rotes 
Lackmuspapier.  Bei  130°  gibt  es  Wasser 
ab  und  geht  in  Bleioxyd  über. 

Bleihydroxyd  ist  amphoter.  Das  gelöste 
Hydroxyd  ionisiert  in  zwei  Stufen 

1.  Pb(OH).,  ^  PbOH-  +  OH' 

2.  PbOH-^Pb-  +  OH'> 

von  denen  die  erste  überwiegt.  Genaues  über 
die  Stärke  der  Base  Pb(OH)o  läßt  sich  nicht 
sagen. 

Bleihydroxyd  löst  sieh  in  Alkalien  unter 
Bildung  von  Alkaliplumbiten 
Pb(0H)2  +  2NaOH  =  Pb(0Na)2  +  2H2O, 
es    zeigt    also    auch    saure    Eigenschaften. 
Demnach  wäre  auch  eine  Dissoziation  nach 

1.  Pb(OH),  ^  PbOgH'  +  H-  und 

2.  PbOaH'"^  PbOg"  +  H 

möglich.  In  verdünnten  Laugen,  z.  B.  von 
NaOH,  entsteht  wohl  das  Mononatrium- 
plumbit,  in  konzentrierteren  reagiert  das 
Hydroxyd  wie  eine  zweibasische  Säure. 
Alkaliplumbite  werden  als  Beizen  bei  der 
WolLfärbung  verwandt. 

Bleisuifid,  PbS,  wird  dargestellt  durch 
Erhitzen  von  Blei  in  Schwefeldampf  oder  durch 
Fällen  gelöster  Bleisalze  mit  Schwefelwasser- 
stoff oder  löslichen  Sulfiden.  In  der  Natur 
findet  es  sich  als  Bleiglanz  in  großen, 
regulären  Kristallen,  die  starken  Metallglanz 
besitzen.  Das  aus  essigsaurer  Lösung  ge- 
fällte Schwefelblei  ist  amorph,  das  aus  stark 
salpetersaurerLösung  gefällte  regulär  kristalli- 
siert. Amorphes  Bleisulfid  ist  braunschwarz, 
kristallinisches  bleigrau.  Schmelzpunkt 
1120".  Im  Vakuum  sublimiert  es  oberhalb 
600".  Amorphes  Bleisulfid  leitet  die  Elektri- 
zität  schlecht,    kristallisiertes    dagegen   gut 


918 


l\uliloiist(itii;iii|ipo  (HK'i) 


und  zwar  ohne  daß  es  dabei  zersetzt  wird ;  j 
der  Widerstand  steigt  mit  steigender  Tempe- 
ratur, In  Wasser  ist  es  praktisch  unlöslich. 
Beim  Erhitzen  an  der  Lult  wird  es  zu  Oxyd 
und  Sulfat  oxydiert.  Konzentrierte  Salpeter- 
säure wirkt  heftig  ein  unter  Bildung  von 
Bleinitrat,  Bleisulfat  und  x\bscheidung  von 
Schwefel.  Mit  konzentrierter  Salzsäure  ent- 
steht Bleichlorid  und  Schwefelwasserstoff. 
Es  ist  unlöslich  in  einfach  Schwefelammon. 
Ein  Gemisch  von  Bleisulfid  und  Bleinitrat 
beginnt  bei  40  bis  50"  zu  brennen. 

Bleisulf  ochlorid,  PbS.PbCU,  ent- 
steht durch  Fällen  einer  Lösung  von  Blei- 
chlorid in  Salzsäure  mit  Schwefelwasserstoff 
als  roter  Niederschlag.  Es  ist  ein  wenig 
beständiges  Salz. 

Bleiselenid,  PbSe.  kann  durch  Zu- 
sammenschmelzen von  Blei  mit  Selen  oder 
durch  Fällen  von  Bleisalzlösungen  mit 
Selenwasserstoff  dargestellt  werden.  Das 
natürlich  vorkommende  Selenid  heißt 
„Clausthalit". 

Bleitellurid,  PbTe,  wird  analog  dar- 
gestellt. 

Bleiazid,  Pb(N3)2,  fällt  bei  Zusatz  von 
Bleiacetat  zu  einer  Lösung  von  Natrium- 
azid  als  weißer  Niederschlag,  der  im  Ueber- 
schuß  von  Bleiacetat  löslich  ist.  Es  bildet 
farblose,  glänzende  Nadeln,  die  beim  ge- 
hnden  Erwärmen  heftig  explodieren. 

Verbindungen  des  Bleis  mit  Phosphor, 
Ai'sen,  Kohlenstoff  und  Silicium  scheinen  nicht 
zu  existieren. 

Bleichlorit,  Pb(C10.,)o,  entsteht  beim 
Fällen  von  Bleinitratlösung  mit  Kalium- 
chlorit.  Die  gelben  foistallschuppen  explo- 
dieren beim  Erhitzen. 

Bleichlorat,  Pb(C103)2,  wird  durch 
Behandeln  von  Bleioxyd  mit  der  berechneten 
Menge  Chlorsäure  hergestellt  und  durch 
Alkoholzusatz  und  Abkühlen  zum  Kristalli- 
sieren gebracht.  Es  bildet  weiße,  glänzende, 
monokline  Prismen.  100  g  HgO  lösen  bei 
25.3»  254,7  g  Bleichlorat. 

Bleiperchlorat,  PMCIO^).,,  3HoO,  ist 
aus  Bleioxyd  und  Ueberchlorsäure  zu  er- 
halten. Es  bildet  weiße,  leicht  lösliche 
Nadeln. 

Bleibromat,  Pb(Br03)2.H20,  wurde 
aus  Bromsäure  und  Bleikarbonat  hergestellt. 
Monokline,  glänzende  Kj-istalle. 

Bleijodat,  PKJOa).^,  fällt  als  weißes, 
sehr  schwer  lösliches  Salz  auf  Zusatz  von 
Jodsäure  zu  einer  Bleinitratlösung. 

Bleithio Sulfat,  PbS.Pa,  entsteht  als 
weißer  Niederschlag  auf  Zusatz  von  Natrium- 
thiosulfatlösung  zu  einer  Bleinitratlösimg. 
Beim  Erwärmen  schwärzt  es  sich  unter  Zer- 
setzung. Es  ist  in  Wasser  wenig  löshch, 
dagegen  leichter  in  Alkalithiosulfatlösungen 


infolge  Bildung  komplexer  Salze,  z.  B.  von 
PbSaOg.Li.^SaOa;    PbS203.2Na2S.,03    u.   a. 

Bleisulfit,  PbSOg,  entsteht  aus  Blei- 
nitratlösung und  Alkalisulfit  als  weißes, 
schwer  lösliches  Salz,  das  leicht  durch  Säuren 
zersetzt  wird. 

Bleisulfat,  PbS04,  kommt  als  Vitriol- 
bleierz in  der  Natur  in  großen,  rhombischen 
Kristallen  vor,  die  isomorph  sind  mit  Schwer- 
spat und  Arragonit.  Künstlich  erhält  man 
es  als  weißes,  kleinkristallinisches  Pulver 
durch  Fällen  von  Bleisalzlösungen  mit 
verdünnter  Schwefelsäure.  Schmelzpunkt 
über  1100".  Von  Wasserstoff  und  Kohle 
wird  es  leicht  zu  Metall  reduziert.  Ein  Liter 
Wasser  löst  bei  18"  0,0382  g  PbSOi.  In 
Alkohol-Wassergemischen  ist  das  Bleisulfat 
schwerer  löslich.  In  verdünnter  Schwefel- 
säure ist  es  ebenfalls  schwerer,  in  konzentrier- 
ter dagegen  leichter  löslich. 

Bei  IS"  löst  sich  im  Liter 
bei  1%      29%       64%       86%     99%  H,S04. 
0,027     0,012     0,046     0,197     0,72  g  PbSOi 

Leicht  löslich  ist  das  Bleisulfat  in  iVmmon- 
und  Natriumacetatlösung,  sowie  in  einer 
ammoniakalischen  Weinsäurelösung,  ein  Ver- 
halten, das  für  die  .\nalyse  von  großer 
Bedeutung  ist. 

Bei  lOQo  löst  sich  im  Liter  bei  einem  Gehalt 
von 

2S0  320  370  450  gNH4C2H302 

71,2     98,8     105,3     111,0  g  PbS04. 

Die    basischen    Sulfate   PbS04.PbO, 

PbS04.2PbO   und    PbS04.3PbO   entstehen 

I  aus  einer  Schmelze  von  PbS04  mit  PbO. 

!        Bleipersulfat,      PbSoOy.SHaO,      wird 

\  durch  Neutralisation  von  Ueberschwefelsäure 

]  mit  Bleikarbonat  hergestellt.    Es  bildet  zer- 

[  fließliche,    in    Wasser    sehr    leicht    lösliche 

j  Kristalle.     Es  ist  isomer  mit  Plumbisulfat. 

!        Bleidithionat,    PbS206.4H20,     erhält 

man   durch   Auflösen   von    Bleikarbonat  in 

wässeriger  Dithionsäure.    Das  Salz  entsteht 

dagegen  nicht  aus  in  Wasser  suspendiertem 

PbOo   und   Schwefeldioxyd.     Die   farblosen 

hexagonalen  Kristalle  siiid  leicht  in  Wasser 

löslich. 

Bleiselen at,  PbSeO^,  ist  ebenfalls  ein 
weißes,  schwer  lösliches  Salz. 

Bleinitrit,  Pb(N02)2.H20,  wird  durch 
Vermischen  äquivalenter  Mengen  gesättigter 
Silbernitrit-  und  Bleichloridlösungen  herge- 
stellt. Nach  Filtration  des  gebildeten 
Chlorsilbers  wird  Ve  tles  Wassergehaltes  der 
Lösung  durch  Ausfrieren  entfernt  und  der 
verbleibende  Rest  über  Schwefelsäure  kon- 
zentriert. Bleinitrit  bildet  bernsteingelbe, 
prismatische  Kristalle,  die  in  Wasser  sehr 
leicht  löslich  und  sehr  leicht  zersetzlich  sind. 
Für  die  Aequivalentleitfähigkeit  A  wurden 
bei  25"  folgende  Werte  gefunden: 


Koliieiistoffgruppe  (Blei) 


919 


V  i6    32   64   128   256   512   1024    I 
-^59,4  7^,i     85,5  98,9  111,3  122,1  129,7  ^j 

Bleiiiitrit  ist  weniger  ionisiert  als  Bleichlorid. 

Mit  den  Alkalinitriten  bildet  das  Blei- 
nitrit Doppelsalze,  die  etwas  bestandiger 
sind  als  Bleinitrit  selbst,  z.  B.  2Pb(N0o)o. 
SKNO^.xHoO;  Pb(N02)2.CsN02.HoO  u:  a. 

Bleinitrat,  Pb(N03)2,  entstellt  durch 
Aullösen  von  Blei,  Bleioxyd  oder  Blei- 
karbonat in  verdünnter,  warmer  Salpeter- 
säure. Es  kristallisiert  in  Oktaedern  des 
regulären  Systems.  Beim  Erhitzen  zersetzt 
es  sich  nach: 

2Pb(N03)2  =  2PbO  +  4NO2  +  02- 
Bleinitrat  ist  in  Wasser  leicht  löslich. 

100  g  H2O  lösen  bei 
Qo     10«"  20«     40«     60«     80»  100» 
38.8  48,3  56,5  75,0  95,0  115  138,5  g  Pb(N03).,. 

Durch  Zusatz  von  Salpetersäure  wird  die 
Löslichkeit  stark  vermindert.  Spezifisches 
Gewicht  wässeriger  Lösungen  bei  17,5*^ 

%Pb(N03),   2         6       10       20        28         36 

j)i7,5    ^    1,016   1,050   1.087    1,190     1,288     1,400 

Gefrierpunktserniedrigungen  ^ 

gSalzinlOOgHoO    16,6     2,555    0,57490,09285 
A  1,500»  0,325«  0,0815»  0,0145» 

In  verdünnten  Lösungen  ist  das  Salz 
ternär  dissoziiert. 

Aequivalentleitfähigkeiten  A  bei  18" 

VI  2        5        10       20        50       100 
A     42,0     53,2     67,4     77,3      86,4      97,0      103,5 

Y    200     500     1000    5000    10  000 

A     108,7      i^BjS      116, 1      119,9      120,7 
100  u-  absol.   Methylalkohol  lösen  bei  20,5« 

0'04  g  Pb(N03)<„ 
100  g  absol.   Aethylalkohol  lösen   bei  20,5" 

1,37  g  Pb(N03)2. 

Basische  Nitrate  entstehen  beim  Be- 
handeln von  Bleinitratlösung  mit  Bleioxyd 
oder  Ammoniak,  z.  B.  Pb(N03)o.PbO.H<,0 
und  Pb(N03)o.5PbO.H20. 

Bleihy pophos phit,  Pb(H2P0._j)2,  er- 
hält man  durch  Lösen  von  Bleioxyd  in 
unterphosphoriger  Säure.  Rhombische  foi- 
stalle,  die  in  heißem  Wasser  leicht,  in  kaltem 
schwier  löslich  sind. 

Bleiphosphit,  PbHPOg,  entsteht  beim 
Zusatz  von  AlkaUphosphitlösung  zu  Blei- 
salzlüsung  als  weißes  Pulver,  das  stark 
reduzierend  wirkt. 

Bleiorthophosphat,  Pb3(P04)2.  Man 
versetzt  eine  kochende  Lösung  von  Dina- 
triumphosphat  mit  einer  kochenden,  schwach 
essigsauren  Lösung  von  Bleiacetat.  Es  ist 
ein  gelbes,  amorphes  Pulver.  Beim  FäUen 
in  der  Kälte  entsteht  hauptsächlich  sekun- 
däres    Bleiphosphat,    PbHP04,    ein    in 


Wasser  schwer  lösliches,  in  monoklinen 
Prismen  kristallisierendes  Salz. 

Primäres  Bleiphosphat,  PbfHoPOJg, 
entsteht  beim  Erkalten  einer  Auflösung  von 
sekundärem  Bleiphosphat  in  heißer  90%iger 
Phosphorsäure. 

Das  in  der  Natur  als  Pyromorphit, 
3Pb3(P04)2.PbCl2  vorkommende  Salz  läßt 
sich  auch  künstlich  darstellen  durch  Er- 
hitzen von  Bleiphosphat  mit  Bleichlorid  auf 
250".  Es  bildet  hellgelbe,  durchsichtige, 
hexagonale  Kristalle. 

Bleipyrophosphat,  PbaPoO,,  entsteht 
als  weißer,  amorpher  Niederschlag  beim 
Fällen  einer  Bleisalzlösung  mit  Alkali- 
pyrophosphatlösung. 

Bleiorthoarsenat,  Pb3(As04)2,  wird 
durch  Fällen  von  Bleiacetatlösung  mit 
Natriumarsen at  dargestellt.  Es  ist  ein 
weißes,  in  Wasser  schwer  lösliches  Pulver. 
Bleikarbonat,  PbC03,  erhält  man  durch 
Fällen  einer  Bleinitrat-  oder  Acetatlösung 
mit  überschüssigem  Alkalikarbonat  in  der 
Kälte.  Es  bildet  weiße,  durchsichtige 
Kristalle.     Beim  Erhitzen  zersetzt  es  sich. 

PbCOs  =  PbO+COa. 

In  Wasser  ist  es  nur  sehr  wenig  löslich.  Ein 
Liter  Wasser  löst  bei  18"  0,0021  g.  In  kohlen- 
säurehaltigem Wasser  ist  es  bedeutend  leichter 
löslich.  Die  Löslichkeit  des  Karbonats  ver- 
hält sich  zu  der  des  Sulfats  wie  1 :  600. 
Bei  gewöhnlicher  Temperatur  wird  es  von 
Wasser  nicht  in  basisches  Salz  verwandelt, 
erst  bei  70"  beginnt  die  Hydrolyse  und  es 
bildet  sich  das  2PbC03:Pb(OH)2  beim 
Kochen  und  Durchleiten  von  kohlensäure- 
freier Luft. 

Basisches  Bleikarbonat,  2PbC03. 
Pb(0H)2,  ist  eines  der  wichtigsten  Bleisalze, 
denn  es  ist  der  Hauptbestandteil  des  Blei- 
weißes, einer  geschätzten  weißen  Farbe 
von  außerordentlicher  Deckkraft.  Das 
Salz  obiger  Zusammensetzung  wird  erhalten 
durch  Schütteln  von  in  Wasser  suspendiertem 
Bleikarbonat  mit  Bleihydroxyd. 

Für  die  Darstellung  des  Bleiweißes, 
welches  schon  Plinius  bekannt  war,  kommen 
hauptsächhch  zwei  Verfahren,  das  hollän- 
dische und  das  deutsche,  in  Betracht.  Beide 
Verfahren  beruhen  auf  der  primären  Oxy- 
dation des  Bleis  durch  den  Sauerstoff  der 
Luft  und  nachfolgenden  Ueberführung  in 
Karbonat  durch  Kohlensäure. 

Nach  dem  ältesten,  holländischen  Ver- 
fahren werden  spiralförmig  aufgerollte  Blei- 
platten in  glasierte,  teilweise  mit  Bieressig 
gefüllte  Tontöpfe  gestellt  und  die  Gefäße 
in  lose  Haufen  von  Pferdemist  eingebettet. 
Durch  die  bei  der  Gährung  des  Mistes  ent- 
wickelte Wärme,  durch  den  Luftsauerstoff 
und  die  ebenfalls  bei  der  Gährung  ent- 
stehende  Kohlensäure  wird  dann  das   Blei 


920 


KolüenstoffgTuppe  (Blei) 


in  Bleiweiß  übergeführt.  Nach  einigen 
Wochen  wird  das  Produkt  mit  kochendem 
Wasser  gewaschen,  um  Bleiacetat  zu  ent- 
fernen, dann  naß  gemahlen  und  getrocknet. 

Bei  dem  deutschen  Verfahren  werden 
winkelförmig  gebogene  Bleiplatten  in  ge- 
heizte Kammern  gehängt,  auf  deren  Boden 
sich  Lohe  und  Essig  befindet.  Durch  Ein- 
führung von  Kohlensäure  in  die  Kammern 
wird  dann  das  Bleiweiß  gebildet.  Der 
Vorteil  des  deutschen  Verfahrens  gegenüber 
dem  holländischen  besteht  darin,  daß  Miß- 
farben, die  durch  Entwicklung  von  Schwefel- 
wasserstoff aus  dem  Mist  entstehen  können, 
vermieden  werden.  Doch  soll  das  deutsche 
Produkt  eine  etwas  geringere  Deckkraft  be- 
sitzen als  das  holländische. 

Auch  auf  elektrolytischem  Wege  wird 
neuerdings  Bleiweiß  hergestellt,  aber  diese 
Produkte  sollen  nicht  die  Deckkraft  der 
vorhin  beschriebenen  erreichen. 

Bleisilikate  von  verschiedener  Zu- 
sammensetzung entstehen  beim  Zusammen- 
schmelzen von  Bleioxyd  und  Kieselsäure. 
Sehr  wichtig  sind  die  Alkali-Blei-Doppel- 
silikate (Flintgläser),  die  wegen  ihres 
großen  Lichtbrechungsvermögens  zur  Her- 
stellung optischer  Gläser  und  künstlicher 
Edelsteine  benutzt  werden  (siehe  auch  den 
Artikel  „Glas"). 

Bleimetaborat,  Pb(B0.,)2.H.^0,  bildet 
sich  als  weißer  Niederschlag  bei  Zusatz 
von  Boraxlösung  zu  Bleinitratlösung. 

Blei  Chromat,  PbCr04,  entsteht  als 
amorphes,  orangegelbes  Pulver  beim  Fällen 
von  Bleisalzlösungen  mit  Kaliumehromat 
oder  Kaliumbichromat.  ly-istallisiert  und 
zwar  monoklin  erhält  man  es  bei  langsamer 
Fällung.  Es  ist  in  Wasser  schwer  löslich, 
leicht  löslich  in  Salpetersäure  und  Alkalien. 
Unter  dem  Namen  „Chromgelb"  kommt 
es  als  wichtigste  gelbe  Farbe  in  den  Handel. 

Basisches  Bleichromat,  2PbO.Cr03, 
das  durch  Einwirkung  von  Alkalien  oder 
von  Bleioxyd  auf  Bleichromat  entsteht, 
kommt  auch  als  ,,Chronirot"  in  den 
Handel. 

Bleiformiat,  Pb(HC00)2,  erhält  man 
durch  Auflösen  von  Bleioxyd"  in  Ameisen- 
säure. Es  bildet  glänzende,  rhombische 
Kristalle. 

Bleiacetat,  Bleizucker,  Pb(CH3COO)2 
.SHoO,  wird  durch  Auflösen  von  Bleiglätte 
in  Essigsäure  hergestellt.  Es  kristallisiert 
in  farblosen,  monoklinen  Kristallen.  Schmelz- 
punkt 75**.  Es  schmeckt  zuerst  intensiv 
süß,  dann  unangenehm  zusammenziehend 
metallisch.  In  größeren  Mengen  wirkt  es 
giftig. 

100  g  Wasser  lösen  bei       25"    40"    100» 

50    100    200  g  Salz. 
100  g  Alkohol    lösen  bei  25"  3,3  g  Salz 
100  g  Glyzerin  lösen  bei  15"  2Ö  g  Salz 


Aequivalentleitfähigkeiten  ä  bei  25° 

V      2        8         32      64       128      256      512     1024 
A  10,4  22,45  37,63  46,98  57,40  68,23  79,09  89,29 

Die  Ionisation  verläuft  wie  bei  den 
anderen  ternären  Bleisalzen  in  zwei  Stufen. 

Basische  Acetate  entstehen  durch 
Auflösen  von  Bleioxyd  in  Bleiacetatlösungen, 
z.  B.  Pb(CH3C00)0H  und  Pb(CH3C00)o. 
2Pb(OH)2. 

Unter  dem  Namen  Bleiessig  finden 
basische  Bleiacetatlösungen  in  der  Medizin 
Verwendung. 

Doppelsalze  sind  infolge  der  großen 
Tendenz  des  Bleiacetats  zur  Komplex- 
bildung in  großer  Zahl  bekannt  und  werden 
aus  den  Komponenten  unter  verschiedenen 
Bedingungen  erhalten,  z.  B.  Pb(CH3C00)2. 
CHgCOONa.SHoO;    Pb(CH3COO)2KJ  u.   a. 

Bleioxalat,"PbC204,  entsteht  als  weißer, 
in  Wasser  schwer  löslicher  Niederschlag  aus 
Bleiacetatlösung  und  Oxalsäure. 

Blei t artrat,  PbC4H406,  wird  als  kri- 
stallinisches Pulver  aus  Bleisalzlösungen  und 
Weinsäure  erhalten.  Es  ist  wenig  löslich  in 
Wasser,  leicht  löslich  in  Weinsäure,  Alkalien 
und  Ammonsalzen. 

Verbindungen  des  vierwertigen 
Bleies,  Plumbiverbindungen. 

Während  Bleitetrafluorid  nicht  bekannt 
ist,  erhält  man  das  T r  i  k  a  1  i  u  m  m  0  n  0  h y  d  r  0- 
fluoroplumbat,  PbF^.SKF.HF,  aus  blei- 
saurem Kalium  und  starker  Flußsäure.  Die 
nadeiförmigen  Kristalle  sind  isomorph  mit 
denen  der  analogen  Stanniverbindung.  Beim 
Erhitzen  zersetzt  es  sich: 
PbF4.3KF.HF  =  PbF2+3Iff+HF+F2. 

Bleitetrachlorid,  PbCl4,  entsteht  in 
Lösung  bei  Einwirkung  von  Chlor  auf  in 
Salzsäure  suspendiertes  Bleichlorid.  Auf 
Zusatz  von  Ammonchlorid  bildet  sich  das 
Doppelsalz  (NH4)2PbCle,  welches  beim  Be- 
handeln mit  abgekühlter  Schwefelsäure  das 
Bleitetrachlorid  als  schwere  gelbe  Flüssigkeit 
abscheidet.  Spez.  Gewicht  bei  0°  =  3,18. 
Bei  — 15"  erstarrt  die  Flüssigkeit  zu  einer 
gelben  kristallinischen  Masse. 

Beständiger  als  das  Plumbichlorid  sind 
seine  Doppelsalze  K2PbCl6,  RbaPhClg  u.  a., 
die  ebenso  wie  das  (NH4)oPbC]6"'  hergestellt 
werden. 

Bleisuperoxyd,  Plumbioxyd,  PbOa, 
bildet  sich  bei  Einwirkung  von  Chlor,  Brom 
oder  Wasserstoffsuperoxyd  auf  alkalische 
Bleisalzlösungen,  ferner  durch  Behandeln  von 
Meninge  mit  verdünnter  Salpetersäure  oder 
Alkalien. 
Pb304+4HN03=PbOo+2Pb(N03)2+2H20. 

Auf  diese   Weise  wird   es   technisch   herge- 
stellt.       Allgemein    entsteht    PbOo    durch 
Hydrolyse  der  Plumbisalze. 
"  Es   ist   ein    braunes   kristallines    Pulver, 


K  olil  enstof f gTuppe  (Blei) 


921 


welches  in  Wasser  äußerst  schwer  löslich  ist 
und  welches  stark  oxydierend  wirkt.  Wird 
roter  Phosphor  oder  Schwefel  mit  PbOo 
zusammengerieben,  so  tritt  Entzündung  ein. 
Man  verwendet  deshalb  Bleisuperoxyd  bei 
der  Fabrikation  schwedischer  Zündhölzer. 
Beim  Ueberleiten  von  Schwefelwasserstoff 
über  PbO.,  entzündet  sich  das  Gas.  Mit 
schwefliger  Säure  bildet  sich  Bleisulfat.  Aus 
Jodkaliumlösung  macht  PbOo  Jod  frei.  Mit 
Wasserstoffsuperoxyd  entwickelt  sich  in 
saurer  Lösung  Sauerstoff 

PbO.,+HoO.+2HN03  =  Pb(N03)2 
"  +2H2O-I-O2, 

eine  Reaktion,  die  zur  Bestimmung  des 
aktiven  Sauerstoffs  im  Bleisuperoxyd  und 
in  der  Mennige  dienen  kann. 

Eine  sehr  wichtige  Rolle  spielt  das  Blei- 
superoxyd im  Bleiakkumulator. 

Bleisuperoxyd  ist  wie  das  Bleioxyd  ein 
amphoteres  Oxyd,  bei  dem  jedoch  die  sauren 
Eigenschaften  stärker  hervortreten.  Es 
existieren  drei  Arten  von  bleisauren  Salzen, 
die  sich  von  den  Säuren:  H4Pb04,  Ortho- 
bleisäure ;  HoPbOg,  Metableisäure  und  HoPb- 
(0H)6,  Hexaoxypiumbisäure  ableiten. 

Die  Orthobleisäure  ist  als  solche  nicht 
bekannt,  dagegen  bildet  sich  das  Calcium- 
orthoplumbat,  CaPbO^,  beim  Erhitzen 
von  Calciumkarbonat  oder  Aetzkalk  mit 
Bleioxyd  bei  Luftzutritt. 

4CaC03  +  2PbO  +  03-=  2Ca2Pb04  +  4CO2. 

Auf  der  Bildung  und  Zersetzung  dieses 
Salzes  beruht  das  Kassnersche  Verfahren 
zur  Herstellung  von  Sauerstoff. 

/^>Pb 
Mennige,  PboO,  =  Pb<n  kann 

\g>Pb 

man  als  das  Bleisalz  der  Orthobleisäure  auf- 
fassen. Es  entsteht  beim  Erhitzen  von  Bleioxyd 
an  der  Luft  auf  etwa  500**  und  ist  ein  intensiv 
rotes  Pulver,  das  in  Wasser  sehr  wenig  löslich 
ist.  Beim  Erhitzen  wird  die  Farbe  zunächst 
intensiver  rot,  dann  violett  und  schließlich 
schwarz.  Beim  Erkalten  tritt  die  ursprüng- 
liche Farbe  wieder  auf.  Schmelzpunkt  830'". 
Von  400°  an  tritt  merkliche  Dissoziation 
in  Bleioxyd  und  Sauerstoff  ein,  bei  550° 
erreicht  der  Dissoziationsdruck  den  Wert 
von  183  mm.  Hg.  Bei  vielen  Reaktionen 
verhält  sich  die  Mennige  wie  ein  Gemisch 
von  Bleisuperoxyd  und  Bleioxyd. 

Das  technische  Produkt  enthält  meistens 
weniger  PbOg  (ca.  26%)  als  der  Formel 
PbgOj  (34,9%)  entspricht.  Vielfach  wird 
Mennige  auch  mit  Schwerspat  und  Farb- 
stoffen verfälscht.  Sie  wird  zur  Darstellung 
von  Anstrichfarbe  (besonders  für  Eisen). 
zur  Färbung  von  Glasflüssen  und  bei  der 
Zündholzfabrikation  benutzt. 


Metableisäure,  Bleis  u  peroxydhy- 
drat,  HäPbO-j,  entsteht  bei  der  Elektrolyse 
schwach  alkalischer  Bleinatriumtartratlösung 
an  der  Anode  als  glänzend  schwarzer  Körper. 

Bleimetaplumbat,  Bleisesquioxyd, 

PbaOo^  0=Pb<      )Pb,    entsteht    durch 

^0^ 
Umsetzung  von  Kaliumplumbat  mit  Blei- 
acetat,  oder  durch  vorsichtiges  Erhitzen  von 
Bleisuperoxyd  auf  350°.  Es  ist  ein  gelbliches 
Pulver,  das  sich  bei  vielen  Reaktionen  wie 
ein  Gemisch  von  Bleisuperoxyd  und  Blei- 
oxyd verhält. 

'Das  Oxyd  Pb507.3H._,0  entsteht  als 
orangefarbener  Niederschlag",  wenn  eine  Blei- 
nitratlösung mit  Wasserstoffsuperoxyd  und 
Kalilauge  versetzt  wird. 

Das  Kaliumsalz  der  Hexaoxypium- 
bisäure, KoPKOHJe,  bildet  sich  beim  Zu- 
sammenschmelzen von  Bleisuperoxyd  mit 
überschüssigem  Aetzkali.  Die  Schmelze 
wird  in  Wasser  gelöst  und  die  Lösung  im 
Vakuum  konzentrieit.  Das  Salz  ist  isomorph 
mit  Kaliumstannat  und  Kaliumplatinat.  In 
wässeriger  Lösung  ist  das  Salz  weitgehend 
hydrolytisch  gespalten. 

Plumbisulfat,  Pb(S04)2,  ^'i^"d  durch 
Elektrolyse  von  Schwefelsäure  vom  spez. 
Gewicht  1,7—1,8  zwischen  Bleiplatten  er- 
halten. Man  elektrolysiert  unter  Anwendung 
einer  Tonzelle  bei  30°  mit  einem  Strom 
von  2^6  Ampere  pro  Quadratdezimeter. 
Plumbisulfat  ist  ein  weißes  Pulver,  das 
sich  nicht  vollständig  von  anhaftender 
Schwefelsäure  trennen  läßt.  Von  Wasser 
wird  es  sofort  unter  Abscheidung  von  Blei- 
superoxyd zersetzt.  Es  ist  eins  der  stärksten 
Oxydationsmittel. 

Bleitetra  acetat,  Plumbiacetat, 
Pb(CH3C00)4,  erhält  man  in  nadeKörmigen 
Kristallen  beim  Erwärmen  von  Mennige  mit 
Eisessig.  Von  dem  zugleich  entstehenden 
Plumboacetat  wird  es  durch  Einleiten  von 
Chlor  getrennt: 

2Pb(CH3COO)2+Cl,=:PbCl2+Pb(CH3COO)4, 

denn  das  Bleichlorid  ist  in  Essigsäure  schwer 
löslich.     Von  Wasser  wird  es  zersetzt. 

Auch  Plumbisalze  anderer  organischer 
Säuren  wurden  auf  ähnliche  Weise  hergestellt. 

Metallorganische  Verbindungen  des 
vierwertigen  Bleis  entstehen  aus  Plum- 
bosalzen  unter  Bedingungen,  die  eigentlich 
die  Bildung  metallorganischer  Verbindungen 
des  zweiwertigen  Bleis  erwarten  lassen.  Es 
tritt  aber  unter  Abscheidung  von  Blei  eine 
innere  Oxydation  und  Reduktion  ein: 
2Pbii  =  Pb^^+Pb.  woraus  zu  ersehen  ist, 
daß  die  Neigung  des  Bleis,  in  den  vier- 
wertigen Zustand  überzugehen,  groß  ist,  wenn 
nur  die  entstehende  Plumbiverbindung  nicht 
ionisiert. 


022 


l\olilriist()ffgriipi)e   (Blei  —  Thüriuin) 


Bleitetramethyl,  Pb(CH3)4,  wird  aus 
Bleichlorid   und  Zinkmethyl  hergestellt. 

2PbCl,+2Zn(CH3)2=Pb(CH3)4-l-ZnCl2+Pb. 

Es  ist  eine  bei  110"  siedende  Flüssigkeit. 
Bleitetraäthyl,  Pb(C2H5)4,  entsteht 
in  analoger  Weise,  oder  nach  der  Grignard- 
schen  Reaktion  aus  Bleichlorid,  Jodäthyl  und 
Magnesium  in     ätherischer  Lösung. 

2PbCl.,+4C.3H5Mg  J  =  Pb(C,H5),+ 
4MgClJ+Pb 

Es  ist  ein  farbloses,  sehr  zersetzliches  Oel. 
Siedepunkt    152»  bei  190  mm  Druck. 

Mit  Chlorwasserstoff  bildet  es  in  Alkohol 
und  Aether  leicht  lösliche  Nadeln  von  Blei- 
triäthylchlorid,  Pb(C2H5)3Cl. 

Bleitetraphenyl,  Pb(CßH5)4,  kann  eben- 
falls nach  der  Grignardschen  Reaktion  her- 
gestellt werden.  Es  bildet  weiße  Nadeln 
vom    Schmelzpunkt  224  bis  225". 

9.  Thermochemie.    Bildungswärmen: 

Pbfest  +  Ciagast.  =  PbClafest  +  82,77  Cal. 
Pbfset  +  Brafi.    =  PbBrafest  +  64,45    „        ' 

Pbfest  +  Jafest     =PbJ2fest     +39,8        „  < 

Pbfest +Ogasf.      =PbOfest       +50,3        „  | 

Die  molekulare  Bildungswärme  des   aus  i 
wässeriger  Lösung  gefällten  Bleisulfids,  wenn  ! 
es  sich  aus  den  Elementen  bildet,  ist  gleich 
20,43  Cal. 

Neutralisationswärme  des  Bleioxyds: 

PbO,  2HC]    aq.  mit  Fällung  +  22,19  Cal. 

„  ,  2HBr     „  „          „  '   +  25,75  „ 

V  ,  2HJ       „  „          „      +  31,82  „ 

,,  ,  H2SO4   ,,  ,,          ,,      +  23,38  „ 


2HN0. 


+  25,38 


10.  Kolloides  Blei.  Wird  ein  Lichtbogen 
zwischen  Eisendrähten  erzeugt,  von  denen 
die  Kathode  elektrolytisch  mit  Blei  überzogen 
wurde,  so  entsteht  ein  Bleihydrosol  von 
brauner  Farbe.  Die  spezifische  Leitfähigkeit 
des  Bleihydrosols  ist  15,0. 10^".  Das  Blei 
im  Hydrosol  wandert  im  elektrischen  Po- 
tentialgefälle nach  der  Kathode  mit  einer 
Geschwindigkeit  von  12,0.10—^  cm  in  der 
Sekunde  bei  einem  Spannungsabfall  von 
1  Volt  pro  cm. 

Auch  ein  Methyl-  und  Aethylalkosol  wurde 
auf  ähnliche  Weise  hergestellt. 

Literatur.  Abepgs  Handbuch  der  anorganischen 
Chemie.  Bd.  III,  Abteilung  IL  —  Gmelin- 
Kvauts  Handbuch  der  anorganischen  Chemie. 
Bd.   IV,  Abl.lg.  2. 

tTitliiis  Gewecke. 


h)    Thorium. 
Th.   Atomgewicht  232,4. 
1.   xVtomgewicht.      2.   Vorkommen.      3.    Ge- 
schichte.    4.  Darstellung  und  Verwendung.     5. 


Formarten.  6.  Elektrochemie.  7.  Analytische 
Chemie.  8.  Spezielle  Chemie.  9.  Photochemie. 
10.  Kolloidchemie. 

1.  Atomgewicht.  Auf  Grund  des  Iso- 
morphismus der  Thorerde  mit  dem  Zinn- 
oxyd, SnO,  und  dem  Rutil,  TiOa  und  der 
Analogie  der  Kaliumthoriumfluoride  mit 
den  Fluozirkonaten  schreibt  man  dem  Tho- 
riumoxyd die  Formel  ThOj  zu  und  gibt 
dem  Atomgewicht  des  Thoriums  die  Größen- 
ordnung 230,  welche  Zahl  mit  der  Dampf- 
dichte des  Thoriumchloriddampfes,  der  Atom- 
wärme des  elementaren  Thoriums  und  der 
Stellung  des  Thoriums  im  periodischen 
System  der  Elemente  als  Endglied  der 
IV.  Gruppe,  im  besten  Einklänge  steht. 

Die  genauesten  Bestimmungen  des  Atom- 
gewichtes des  Thoriums  sind  zurzeit  die- 
jenigen von  Krüss  und  Nilson,  die  wasser- 
freies Thoriumsulfat  Th(S04)2  in  Thorium- 
dioxyd überführten.  Aus  dem  gefundenen 
Verhältnis:  Th02:2S03  ergibt  sich  das 
Atomgewicht  des  Thoriums  im  Mittel  zu 
232,49  ±  0,03. 

Die  ,, Atomgewichtskommission"  für  1913 
nahm  das  Atomgewicht  des  Thoriums  zu 
232,4  au. 

2.  Vorkommen.  Das  Thorium  kommt  in 
geringen  Mengen  fast  in  allen  Mineralien, 
die  seltene  Erden  enthalten,  vor.  —  Thorium- 
mineralien, die  Thorium  als  Hauptbestandteil 
enthalten,  sind  selten. 

Orangit  ist  durch  Wasseraufnahme  und 
Verlust  an  Thorium  verändertes  Thorium- 
solikat  ThSi04  und  stellt  orangefarbene  bis 
braune  Kristalle  dar  mit  einem  Thorium- 
gehalt von  etwa  70%  ThOo. 

Thorit  ist  eine  weniger  reine  Abart 
des  Orangites,  ist  schwarz,  kristallisiert 
quadratisch,  isomorph  mit  Zirkon,  Rutil, 
Kassiterit  und  enthält  etwa  50%  ThOg.  — 
Da  sich  ThO,  und  UO2  isomorph  gegenseitig 
in  wechselnder  Menge  vertreten  können, 
enthalten  Orangit  und  Thorit  oft  wesent- 
liche Mengen  Uran;  Thorit  bisweilen  bis 
etwa  10%  UO2.  Man  nennt  solche  uranreiche 
Thorite  ,,Uranothorite".  Diese  Thorium- 
silikate sind  durch  Salzsäure  leicht  auf- 
schließbar. Sie  enthalten  stets  geringe 
Mengen  von  Blei.  Dies  steht  damit  im  Zu- 
sammenhang, daß  —  ebenso  wie  beim  Uran 
—  auch  das  Endglied  der  radioaktiven  Zer- 
fallsreihe des  Thoriums  ein  mit  dem  Blei 
identisches  Element  sein  dürfte. 

Thorianit,  ein  erst  vor  kurzer  Zeit  in 
Ceylon  entdecktes  Mineral  stellt  kubische 
schwarze  Kristalle  dar  und  ist  ein  iso- 
morphes Gemisch  von  UOo  und  Th02  und 
ist  ein  Analogo n  des  thoriumarmen  Uran- 
pecherzes und  kommt  wie  dieses  primär 
in  Pegmatitgängen,  häufig  aber  sekundär 
in  Flußbetten  vor.    Der  Thoriumgehalt  liegt 


Kolilenstoffgruppe  (Tliorium) 


923 


zwischen  70  und  80%  ThOa.  Stets  sind 
einige  Prozente  Blei  darin  vorhanden, 
was  —  ebenso  wie  der  nicht  unerhebliche 
Gehalt  an  Helium  (9,5  ccm  pro  1  g  Mineral) 
—  mit  unseren  Anschauungen  über  die  End- 
produkte der  radioaktiven  Zersetzung  des 
Uran-  bzw.  Thoriumatoms  in  bestem  Ein- 
klang steht. 

Monazit  ist  im  wesentlichen  ein  Ortho- 
phosphat  der  Ceriterden  CeP04,  worin  das 
Cer  durch  wechselnde  Mengen  von  Neodym, 
Praseodym,  Lanthan,  Samarium  vertreten 
ist.  In  kleineren  Beträgen  sind  auch  Ytter- 
erden  im  Monazit  enthalten.  Stets  enthält 
Monazit  Thorium  und  meistens  auch  Kiesel- 
säure. Da  es  aber  auch  thoriumhaltige  ganz 
kieselsäurefreie  Monazite  gibt,  so  ist  die 
oft  ausgesprochene  Vermutung,  der  Thorium- 
gehalt der  Monazite  beruhe  auf  einer  Verun- 
reinigung an  Thorit,  vermutlich  nicht  zu- 
treffend, und  das  Thorium  ist  wahrschein- 
lich auch  im  Monazit  wenigstens  zum  Teil 
an  Phosphorsäure  gebunden.  Es  läßt  sich 
auch  durch  Aufschließung  mit  Salzsäure 
nie  alles  Thorium  aus  Monazit  in  lösliche 
Form  bringen,  was  der  Fall  sein  müßte, 
wenn  alles  Thorium  in  Form  von  Thorit 
darin  vorläge.  Der  Thoriumgehalt  des  Mon- 
azits schwankt  zwischen  1  und  20proz.  ThOa- 
Der  Monazit  kommt  primär  als  akzessorischer 
Bestandteil  in  Graniten  und  Dioriten  vor, 
bildet  honigfarbene  Kristalle  von  hohem 
spezifischen  Gewicht  (4,9 — 5,3).  Der  Monazit 
ist  weit  verbreitet  und  findet  sich  in  beson- 
ders großen  Mengen  an  sekundärer  Lager- 
stätte im  Schwemmland  von  Flüssen  und 
am  Meere  in  solchen  Gegenden,  in  denen  das 
den  Monazit  führende  Gestein  ruhig  hat  zer- 
fallen können  und  nicht  durch  prähistorische 
Gletscher  abgeschliffen  wurde.  Solche 
Monazitsand-Lagerstätten  sind  besonders  in 
Brasilien  in  den  Provinzen  Bahia  und  Minas 
Geraes  und  in  den  Vereinigten  Staaten  in 
Nord-  und  Süd-Karolina.  Auch  in  Australien 
und  im  Ural  finden  sich  ausgedehnte,  aber 
weniger  bedeutsame  Monazitsandlager.  Wäh- 
rend früher  die  Darstellung  des  Thoriums 
im  Großbetriebe  fast  ausschließlich  aus 
Thorit  (aus  Norw^egen)  geschah,  deckt  heute 
die  Gasglühlichtindustrie  ihren  gewaltigen 
Bedarf  an  Thoriumnitrat  fast  ausschließlich 
aus  Monazitsand.  Der  Monazitsand  ist  nach 
dem  Zerfall  der  monazitführenden  Gesteine 
durch  Wasser  von  seiner  ursprünglichen 
Lagerstätte  entfernt  worden  und  dabei  durch 
das  fließende  Wasser  der  Flüsse  oder  durch 
die  Meeresbrandung  einem  natürlichen 
Schlemmprozeß  unterworfen  worden,  als 
dessen  Folge  unter  Wegschwemmung  der 
leichteren  Mineralbestandteile  die  schw-eren 
Monazitkörner  mit  anderen  schweren  Mine- 
ralien insbesondere  Magneteisen,  Titaneisen, 
Rutil,    Brookit,     Granat,    Chromeisenstein, 


I  Hornblende  u.   a.   m.   zurückblieben.      Der 
I  Gehalt    an    Monazit    schwankt    in    diesen 
natürlichen    Sauden    zwischen    Spuren    und 
etwa  2%.     Durch  mechanische  Konzentra- 
tionsprozesse aller  Art  und  durch  magnetische 
Anreicherungsverfahren  wird  der   Sand  auf 
einen  Gehalt  von  etwa  70%  Monazit  gebracht 
und  in  diesem  Zustand  verschifft.     Dieses 
!  Handelsprodukt  soll  nicht  weniger  als  4  bis 
i5%  ThOa  enthalten.    Die  Körner  des  Mon- 
'  azits  erteilen  dem  Sande  die  goldgelbe  Farbe. 
;  Die  schwarzen  Körner  des  Magnet-  und  Titan- 
'  eisens  heben  sich  von  der  gelben  Hauptmasse 
;  auffallend   ab.      Den   Hauptbestandteil  des 
I  Monazitsandes    bilden    die    Ceriterden    (50 
i  bis  60%)  und  die  Phosphorsäure  (20  bis  30%); 
'  daneben   sind    in   kleineren   Mengen   Ytter- 
I  erden,  Kieselsäure,  Titansäure,  Tantalsäure, 
Kieselsäure,   Kalk,   ICisenoxyd,   Zirkonoxyd, 
Berylliumoxyd  und  Thorerde  vorhanden.' 

3.  Geschichte.  1817  glaubte  Berzelius 
i  in  einigen  in  der  Nähe  von  Fahlun  gefundenen 
j  Mineralien  eine  in  ihrem  Verhalten  der 
;  Zirkonerde  ähnliche  neue  Erde  aufgefunden 

zu  haben,  die  er  nach  dem  skandinavischen 
Gotte  Thor  ,, Thorine"  nannte.  Als  Ber- 
zelius 7  Jahre  später  feststellte,  daß  die 
vermeintliche  neue  Erde  A'ttriumphosphat 
w^ar,  übertrug  er  1829  den  Namen  auf  die 
wirklich  neue  Thorerde  und  nannte  das 
Mineral  (ThSiO^)  in  dem  er  sie  fand  „Thorit". 
Die  etwas  später  aus  Orangit,  der  dem 

i  Thorit  in  der  Zusammensetzung  sehr  ähn- 
lich und  wahrscheinlich  dessen  Muttersub- 
stanz ist,  isolierte  Erde  wurde  von  Berge- 
mann für  eine  besondere  Erde  gehalten  und 
das    ihr    zugrunde    liegende    neue    Element 

'  ,,Donarium"  genannt,  bis  Bergemann  spä- 
ter  selbst  erkannte,   daß   ,,Donarium"   mit 

;  dem  früher  entdeckten  ,, Thorium"  identisch 

j  ist.  Ein  später  (1862)  von  Bahr  mit 
„Wasium"  bezeichnetes  neues  Element  aus 
schwedischem  Orthit  erwies  sich  als  identisch 
mit  dem  Thorium. 

4.  Darstellung  und  Verwendung.  I.Dar- 
stellung. Für  die  technische  Darstellung 
von  Verbindungen  des  Thoriums  kommt  heute 
ausschließlich  der  Monazitsand  in  Betracht, 
und  zwar  ist  Thoriumnitrat  das  technische 
Endprodukt  seiner  Verarbeitung. 

Zur  Aufschließung  des  Sandes  sind  ver- 
schiedene Methoden  in  Gebrauch: 

a)    Man     erhitzt     den     Sand     mehrere 

Stunden   mit  konzentrierter    Schwefelsäure, 

,  wodurch  die  Phosphate  der  seltenen  Erden 

und  des  Thoriums  in  lösliche  Sulfate  über- 

1  geführt  werden,  während  Kieselsäure,  Mag- 

I  neteisen,  Titaneisen,  Zirkon  usw.  in  unlös- 

I  lichem  Zustande  verbleiben.    Man  extrahiert 

I  die   saure    Masse   mit   kaltem    Wasser   und 

fällt  aus  den  erhaltenen  Lösungen  mit  Alkaü- 

hydroxyden  oder  Ammoniak  (in  der  Technik 

mit   Soda   oder   Magnesit)    fraktioniert  die 


924 


Kolilenstoffii'rujtiie  (Tliorium) 


Phosphate  des  Thoriums  und  der  seltenen 
Erden  aus,  wobei  das  Thoriuniphosphat 
mit  den  ersten  Fälhinfisfraktionen  nieder- 
lallt, löst  den  Niederschlag  wieder  in  Säuren 
und  fällt  entweder  mit  Oxalsäure  oder  mit 
Thiosuli'at  oder  mit  Wasserstoffsuperoxyd 
in  ammoniakalischer  Lösung  das  Thorium 
aus. 

Diese  Fällungen  müssen  öfters  wieder- 
holt werden. 

b)  Man  schließt  den  Monazitsand  durch 
Schmelzen  mit  Soda  auf;  beim  Auslaugen 
mit  Wasser  gehen  alle  Phosphate  und  Sili- 
kate in  Lösung,  während  die  Metalle  als 
Karbonate  bzw.  Oxyde  zurückbleiben.  Der 
Rückstand  wird  noch  feucht  in  Säure  gelöst 
und  diese  Lösung  wie  beim  Schwefelsäure- 
aufschluß weiter  verarbeitet.  Der  Soda- 
aufschluß ist  in  größeren  Mengen  beschwer- 
lich auszuführen,  gestattet  aber  eine  glatte 
und  vollständige  Abtrennung  der  bei  der 
weiteren  Reinigung  stets  zu  Störungen  Anlaß 
gebenden  Phosphorsäure. 

c)  Nach  einem  anderen  Verfahren  wird 
der  Monazitsand  im  elektrischen  Ofen  mit 
kohlehaltigem  Material  verschmolzen,  wobei 
in  Wasser  und  Salzsäure  zersetzliche  Kar- 
bide und  Phosphide  gebildet  werden.  Beim 
Extrahieren  der  aufgeschlossenen  Massen 
und  Salzsäure  erhält  man  das  Thorium 
in  salzsaurer,  von  Phosphorsäure  freier 
Lösung.  Eine  Erschwerung  dieses  Verfahrens 
verursacht  die  Bildung  von  Karborund 
(Siliciumkarbid),  das  infolge  seiner  Härte  die 
dem  Aufschluß  notwendig  folgende  Pulve- 
risierung der  Masse  erschwert  und  ver- 
teuert. 

Deshalb  setzt  man  diesem  Aufschluß- 
gemisch zweckmäßig  noch  so  viel  Kalk  und 
Flußspat  hinzu,  daß  aller  Kohlenstoff 
zu  Calciumkarbid  gebunden  wird.  Die  Ver- 
schmelzung erfolgt  im  elektrischen  Ofen, 
wobei  als  Nebenprodukt  der  abdestillierende 
Phosphor  gewonnen  werden  kann ;  die  er- 
kaltete Schmelze  zerfällt  beim  Eintragen 
in  Wasser  unter  Azetylenentwickelung  zu 
Pulver;  dieses  wird  mit  Salzsäure  ausgezogen 
und  aus  den  Auszügen  das  Thorium  mit 
Natriurnthiosulfat  oder  nach  einer  anderen 
der  erwähnten  Methoden  gefällt. 

d)  Ohne    äußere    Wärmezufuhr   —   nur 
durch   ,, Anzünden"    —   läßt   sich   Monazit- ' 
sand  im  Gemisch  mit  Magnesium,  Calcium  ; 
oder  Calciumhydrid  aufschließen  unter  gleich- 
zeitiger Entfernung  der  störenden  Phosphor- 
säure.      Bei    dieser    autogenen    Reduktion 
entstehen  Phosphide,  die  sich  mit  Salzsäure 
unter  Entweichen  von  Phosphorwasserstoff ' 
zu  löslichen  Chloriden  umsetzen.  i 

Aus  den  sauren  Lösungen  der  nach  einer  [ 
der  erwähnten  Methoden  erhaltenen  Auf-  ] 
Schlüsse  kann  das  Thorium  entweder  vermöge  i 
der  Schwcrlöslichkeit  seines  Oxalates  in  Säuren 


mit  Oxalsäure  als  Thoriumoxalat  oder  mit 
Natriumthiosulfat  als  Thoriumthiosulfat  ab- 
geschieden werden.  Diese  Produkte  sind 
jedoch  noch  nicht  frei  von  anderen  Metallen 
und  das  Thorium  bedarf  insbesondere  einer 
Trennung  von  Cerium.  —  Diese  letzte 
Reinigung  geschieht  durch  eine  öfters  zu 
wiederholende  Ueberführung  in  Hydroxyde, 
eventuell  unter  Zusatz  von  Wasserstoff- 
superoxyd, Lösung  in  Säure  und  öftere  Wie- 
derfällung als  Oxalat.  Eine  besonders  rasch 
zu  einer  Abtrennung  des  Thoriums  führende 
Methode  beruht  auf  der  Fällung  des  Thoriums 
aus  den  Monazitsandaufschlüssen  vermittels 
Sebacinsäure  als  Thoriumsebacinat.  Die 
letzte  Reinigung  erfolgt  durch  Kristalli- 
sation des  Thoriumsulfat-Oktohydrats  aus 
Wasser.  Aus  diesem  wird  über  das  Hydroxyd 
das  Thoriumnitrat  hergestellt. 

2.  Verwendung.  Die  ausgedehnteste 
Verwendung  findet  das  Thorium  in  Form 
von  Thoriumnitrat  zur  Herstellung  von 
Gasglühlichtstrümpfen.  Die  Glühkörper 
bestehen  aus  einem  Aschenskelett,  das 
99%  Thoriumdioxyd  und  1%  Ceriumdioxyd 
enthält.  Zu  seiner  Herstellung  werden 
schlauchähnliche  Gebilde  (Strümpfe)  aus 
pflanzlicher  Faser  (Baumwolle  und  Ramie 
[d.  i.  Chinagras  oder  chinesischer  Hanf]),  die 
vor  ihrer  Herstellung  auf  Strickmaschinen 
einem  sehr  sorgfältigen  Reinigungsprozeß 
unterworfen  werden,  mit  einer  Lösung  der 
in  obigem  Verhältnis  gemischten  Nitrate 
des  Thoriums  und  Ceriums  getränkt  und  dann 
die  Faser  verbrannt,  wobei  die  Nitrate  gleich- 
zeitig in  die  Oxyde  übergehen. 

Thoriumsulfat  ist  zusammen  mit  seltenen 
Erdsulfaten  als  Katalysator  für  die  SO3- 
Synthese  vorgeschlagen  worden. 

Beschränkte  Anwendung  findet  das  metal- 
lische Thorium  für  sich  oder  im  Gemenge  mit 
anderen  Metallen  als  Reduktionsmittel  bei 
metallurgischen  Prozessen  und  als  Faden- 
material in  elektrischen  Glühlampen. 

Thoriumoxyd  findet  beschränkte  An- 
wendung als  elektrischer  Heizkörper  in  den 
Nernstlampen. 

5.  Formarten.  Die  schwere  Reduzier- 
barkeit  des  Thoriumdioxydes,  der  hohe 
Schmelzpunkt  des  Metalls  mit  dessen  Nei- 
gung sich  mit  Wasserstoff,  Stickstoff,  Koh- 
lenstoff und  anderen  Metallen  zu  verbinden, 
erschweren  die  Darstellung  des  metallischen 
Thoriums,  das  aus  diesem  Grunde  völlig 
rein  wohl  noch  nie  erhalten  wurde.  Die 
besten  Resultate  erhält  man  durch  Einwir- 
kung von  Natrium  auf  wasserfreies  Thorium- 
chlorid bei  völligem  Ausschluß  von  Luft 
und  Feuchtigkeit.  Im  günstigsten  Falle 
erhält  man  Thortummetall  mit  noch  ca. 
3%  Oxyd.  —  Das  so  erhaltene  Metall  stellt 
ein  duiüvclgraues  glänzendes  Pulver  dar,  das 
aus  mikroskopischen  sechsseitigen  Lamellen 


Kohlenstoffgruppe  (Thorium) 


925 


besteht.   Das  spezifische  Gewicht  des  Metalls 
ist  11,1. 

Metallisches  Thorium  verbreuut  sehr 
leicht  unter  heftiger  Feuererscheinung.  Der 
Schmelzpunkt  liegt  bei  etwa  1450°.  —  Bei 
höherer  Temperatur  verbindet  sich  Thorium 
direkt  mit  Wasserstoff  und  Stickstoff  zu 
Hydrid,  bzw.  Nitrid. 

6.  Elektrochemie.  Das  Thorium  besetzt 
mit  dem  hohen  Atomgewicht  von  232,4 
die  letzte  Stelle  in  der  vierten  (Iruppe  des 
periodischen  Systems  der  Elemente  und  ist 
infolgedessen  das  elektropositivste  Element 
dieser  Gruppe  und  der  basische  Charakter 
stuft  sich  in  dieser  Gruppe  im  Sinne  der 
Reihe  Ti,  Zr,  Ceiv,  Th  ab.  Das  Thorium 
tritt  nur  vierwertig  auf  und  sein  Oxyd  hat 
keinen  sauren  Charakter  mehr  wie  die  Oxyde 
des'  Titans  und  Zirkons,  die  als  Säure- 
anhydride auftreten  können.  Im  Zusammen- 
hange damit  steht,  daß  die  Hydrolyse  der 
Thoriumsalze  innerhalb  der  vierten  Gruppe 
am  geringsten  ist  und  die  Thoriumsalze 
eine  verhältnismäßig  geringe  Neigung  zur 
Bildung  solcher  Komplexe  besitzen,  wie  sie 
für  die  übrigen  Vertreter  der  vierten  Gruppe 
des  Systems  cha^j-akteristisch  sind,  während 
Komplexe  vom  Typus  der  Doppelnitrate 
Mei2Th(N03)6  beim  Thorium  häufig  und 
beständig  sind  und  das  Thorium  mit  den 
Cerit-  und  Yttererden  verbinden.  Dieser 
Umstand,  ferner  sein  charakteristisches 
schwer  lösliches  Oxalat,  Phosphat,  Fluorid 
und  sein  Vorkommen  im  Mineralreiche 
sind  die  Ursache,  weshalb  man  das  Thorium 
in  praktischer  Hinsicht  zu  den  seltenen 
Erden  rechnet.  Doch  unterscheidet  sich 
das  Thorium  von  den  seltenen  Erden  durch 
seine  viel  ausgesprochenere  negative  Natur 
und  größere  Neigung  zur  Hydrolyse  und 
zur   Bildung  von  komplexen  Verbindungen. 

Die  Vierwertigkeit  des  Thoriums  wurde 
außer  durch  die  Dampfdichte  des  Thorium- 
chloriddampfes zwischen  1050  und  1100°, 
auch  durch  Molekulargewichtsbestimmungen 
von  Thoriumacetylaceton  nach  der  ebullio- 
skopischen  Methode  bestätigt. 

7.  Analytische  Chemie.  Im  Gange  der 
qualitativen  Analyse  findet  sich  das  Thorium 
in  der  Schwefelammoniumgruppe  und  inner- 
halb dieser  zusammen  mit  den  seltenen 
Erden  beim  Eisen.  Vom  letzteren  wird 
es  —  zusammen  mit  dem  Cerit-  und  Ytter- 
erden —  vermöge  der  Schwerlöslichkeit  seines 
Oxalates  in  verdünnten  Säuren  durch  Fäl- 
lung mit  Oxalsäure  in  saurer  Lösung  ge- 
schieden. Das  Thoriumoxalat,  Th(C204)2. 
6H2O  ist  in  verdünnten  Säuren  viel  schwerer 
löshch  als  die  Oxalate  der  dreiwertigen 
Erden.  Das  Thorium  wird  daher  durch 
Oxalsäure  aus  saurer  Lösung  cpiantitativ 
ausgefällt. 

Das  Thoriumoxalat  ist  in  konzentrierten 


Ammonoxalatlösungen  löslich  zum  Ammo- 
niumsalz  von  komplexen  Thoriumoxalsäuren 
und  dadurch  trennbar  von  den  in  Aramon- 
oxalat  nicht  löslichen  Oxalaten  der  drei- 
wertigen Erden;  ein  Teil  der  Oxalate  der 
Yttererden  geht  jedoch  ebenfalls  in  Lösung. 
Beim  Ansäuern  der  Lösungen  des  Thorium- 
oxalates  in  Ammonoxalat  fällt  Thorium- 
oxalat wieder  aus. 

Natriumthiosulfat  fällt  aus  neutralen 
Thoriumsalzlösungen  das  Thorium  vollstän- 
dig als  basisches  Thiosulfat  aus.  Diese  Reak- 
tion ist  bei  Abwesenheit  von  Zirkonium  und 
Skandium  für  Thorium  charakteristisch. 

Durch  Wasserstoffsuperoxyd  wird  aus 
neutralen  oder  sehwach  sauren  Thoriumsalz- 
lösungen gelatinöses  Thoriumsuperoxyd  ge- 
fällt, M'ährend  die  Salze  der  dreiwertigen 
Erden  durch  Wasserstoffsuperoxyd  nicht 
gefällt  werden.  Das  Thoriumsuperoxyd 
reißt  jedoch  stets  Erden,  insbesondere  Cerium 
mit. 

Ein  ausgezeichnetes  Trennungsmittel  des 
Thoriums  von  den  dreiwertigen  Erden  ist 
die  Fällung  des  Thorium jodats  vermittels 
eines  starken  Ueberschusses  von  Kalium- 
jod at  in  stark  salpetersaurer  Lösung.  Vom 
ebenfalls  durch  Jodsäure  fällbaren  Zirko- 
nium trennt  man  das  Thorium  vermöge  der 
LösHchkeit  des  Zirkoniumjodates  in  Oxal- 
säure, worin  Thoriumjodat  unlösHch  ist.  — 
Cerisalze,  die  von  Jodsäure  ebenfalls  gefällt 
werden,  sind  gegebenenfalls  vorher  durch 
schweflige  Säure  zu  Cerosalzen  zu  redu- 
zieren. 

Die  empfindlichste  Fällungsreaktion  auf 
Thorium  beruht  in  der  Fällung  des  Thoriums 
als  Subphosphat,  ThP.Os.llHoO"  durch 
Natriumsubphophat  in  stark  salzsaurer 
Lösung.  Der  Niederschlag  ist  in  Salzsäure 
praktisch  unlöslich,  während  die  dreiwertigen 
Erden  mit  Subphosphat  aus  salzsaurer  Lösung 
nicht  ausfallen.  Titansäure,  Cerisalze  und 
Zirkoniumsalze  geben  dieselbe  Reaktion. 
Das  Mitfällen  von  Titansäure  wird  verhin- 
dert durch  Oxydation  zu  Pertitansäure  durch 
Wasserstoffsuperoxyd  und  der  Cerisalze  durch 
Kochen  der  stark  salzsauren  Lösung,  wobei 
die  Cerisalze  in  Cerosalze  übergehen.  Bei 
Gegenwart  von  Zirkonium  führt  man  den 
Subphosphatniederschlag  durch  Erhitzen  mit 
konzentrierter  Schwefelsäure  in  Phosphat 
über  und  fällt  aus  der  fast  neutralisierten 
schwefelsauren  Lösung  das  Thorium  mit 
Oxalsäure,  wobei  Zirkonium  in  Lösung 
bleibt. 

Ein  recht  charakteristisches  Reagens 
auf  Thoriumsalze  sind  auch  lösliche  Azide 
(Kaliumazid,  Natriumazid),  die  aus  neu- 
tralen Thoriumlösungen  in  der  Siedehitze 
alles  Thorium  als  basisches  Azid  fällen, 
während  die  dreiwertigen  Erden  unter  den 
gleichen  Umständen  nicht  gefällt  werden. 


920 


Kohlenstoff gi'ui I]  le  ( T 1  loi -i u  i u ) 


Thoriiimsalze  sind  farblos  und  geben 
im  sichtbaren  Teile  des  Spektrums  kein 
Absorptionsspektrum.  Sehr  linienreich  und 
charakteristisch  ist  das  Funken-  und  Licht- 
bogenspektrum des  Thoriums. 

Zur  quantitativen  Abscheid  ung  des 
Thoriums  dient  das  oben  beschriebene  Ver- 
halten des  Thoriumoxalates,  des  Thiosulfats, 
des  Jodates  und  insbesondere  des  Subphos- 
phates  des  Thoriums. 

Die  letzte  quantitative  Abscheidung  des 
Thoriums  erfolgt  stets  als  Oxalat.  Durch 
Glühen  des  Thoriumoxalates  wird  das 
Thoriumdioxyd,  TI1Ü2  erhalten,  das  die 
Wägungsform  des  Thoriums  ist. 

8.  Spezielle  Chemie.  Thoriumhydr- 
oxyd, Th(OH)4.4HoO,  wird  aus  Thoriumsalz- 
lösungen durch  Kali-  und  Natronlauge, 
durch  Ammoniak  und  Schwefelalkahen  als 
weißer  gelatinöser,  im  Ueberschusse  der  Fäl- 
lungsmittel unlöslicher  Niederschlag  ausge- 
fällt. Auch  Alkalikarbonate  fällen  Thorium- 
hydroxyd und  lösen  es  im  Ueberschusse 
zugesetzt  wieder  auf.  In  Mineralsäuren  ist 
Thoriumhydroxyd  leicht  löslich.  Thorium 
hydroxyd  vermag  selbst  mit  starken  Basen 
keine  salzartigen  Verbindungen  zu  bilden. 

Thoriumoxyd,  ThOa,  entsteht  durch 
Erhitzen  von  Thoriumhydroxyd  und  von 
Thoriumsalzen  mit  flüchtigem  Säurerest  als 
rein  weißes  Pulver.  Stark  geglühtes  Thorium- 
oxyd ist  in  Säuren  fast  unlöslich  und  kann 
nur  durch  Abrauchen  mit  konzentrierter 
Schwefelsäure  oder  durch  Schmelzen  mit 
Alkalibisulfaten  oder  -pyrosulfaten  aufge- 
schlossen werden. 

Thoriumhydrid,  ThHi.  Bei  Rotglut 
vereinigt  sich  Thoriummetall  unter  Auf- 
leuchten mit  Wasserstoff.  Thoriumhydrid 
entsteht  in  Form  einer  schwarzgrauen  Masse 
beim  Erhitzen  eines  Gemisches  von  Thorium- 
dioxyd und  Magnesium  in  Wasserstoff. 

Thoriumfluorid,  ThF4.4H20,  entsteht 
als  anfänglich  gelatinöser,  rasch  körnig 
werdender  Niederschlag  bei  der  Fällung 
von  Thoriumsalzlösungen  Flußsäure.  Der 
Körper  entsteht  direkt  aus  Thoriumhydroxj^d 
und  Flußsäure  und  ist  in  Wasser  und  Fluß- 
säure vollständig  unlöshch;  auch  in  ver- 
dünnten Mineralsäuren  ist  Thoriumfluorid 
schwer  löshch;  es  teilt  diese  Eigenschaft 
mit  Skandiumfluorid  und  unterscheidet  sich 
dadurch  von  den  Fluoriden  der  Cerit-  und 
Yttererden,  deren  Fluoride  in  Mineralsäuren 
wesentlich  löshcher  sind. 

Thoriumchlorid,  ThCl4.  Thorium- 
chlorid  wird  am  besten  erhalten  durch  Er- 
hitzen des  Dioxydes  in  einem  mit  Schwefel- 
chlorürdämj)fen  beladenen  Chlorstrome  auf 
helle  Rotglut.  Von  etwa  800"  an  sublimiert 
Thoriumchlorid  und  setzt  sich  an  den 
kälteren  Stellen  der  Röhre  in  Form  farb- 
loser Nadeln  ab.      Thoriumchlorid   schmilzt 


bei  820",  es  sublimiert  aber  schon 
merklich  etwa  TG''  niedriger.  Thorium- 
chlorid löst  sich  in  Wasser  und  in  Alkohol 
unter  starker  Wärmeentwickelung.  Aus  der 
wässerigen  Lösung  können  beim  Eindampfen 
Hydrate  des  normalen  Chlorides  mit  7,  8 
und  9  Molekülen  Wasser  erhalten  werden. 
Aus  den  Lösungen  des  Thoriumhydroxydes 
in  Salzsäure  erhält  man  beim  Eindampfen 
gut  kristaUisierende  basische  Chloride  der 
Formeln  ThOCla.eH^O  und  Th(OH)Cl3.7H20. 

Thoriumsulfat,  Th(S04)2.  Das  wasser- 
freie Thoriumsulfat  entsteht  durch  Abrauchen 
von  Thoriumdioxyd  mit  konzentrierter 
Schwefelsäure  oder  durch  Entwässern  der 
ThoriumsuU'athydrate  mit  8  und  9  Molekülen 
Wasser  bei  etwa  400''.  —  Das  wasserfreie 
Thoriumsulfat  kann  man  in  Wasser  von  0" 
bis  zu  25%  in  Lösung  bringen.  Doch  be- 
findet sich  eine  solche  Lösung  zwischen  0° 
und  100°  nicht  im  Gleichgewicht  mit  dem 
festen  Sulfat,  sondern  beim  Impfen  mit  einem 
Kristall  eines  Sulfathj^drates  scheidet  sich 
sofort  das  bei  der  betreffenden  Temperatur 
beständige  Sulfathydrat  aus,  und  zwar  von 
etwas  oberhalb  0"  bis  etwa  43  bis  47°  das  Sulfat- 
hydrat mit  9  Mol.  Wasser,  Th(S04)2.9H20, 
und  oberhalb  dieser  Temperatur  das  Sulfat- 
hydrat mit  4  Mol.  Wasser,  Th(S04)2.4H20. 
Charakteristisch  für  die  Thoriumsulfathydrate 
ist  die  außerordentliche  Langsamkeit,  mit 
der  sich  diese  Gleichgewichte  einstellen,  so 
daß  bisweilen  eine  unbeständige  Sulfatphase 
neben  Kristallen  der  bei  der  betreffenden 
Temperatur  stabilen  Phase  bestehen  können. 

Man  kennt  Th(S04),.2H,0;  Th(S04),. 
4H2O;  Th(S04)2.6HoO;  fh(SÖ4)o.8H20,  und 
Th(S04)2.9H20.  Auch  saures  Thoriumsulfat 
ThH2(S04)3  und  basische  Sulfate  und  eine 
Anzahl  komplexer  Thoriumsulfate  sind  be- 
kannt. 

T  h  0  r  i  u  m  n  i  t  r  a  t,  Th(N03)4.12 HoO, 
bildet  große  hygroskopische  Tafeln  und 
ist  in  Wasser  und  Alkohol  leicht  löshch. 
Thoriumnitrat  ist  die  im  Handel  häufigste 
und  wichtigste  Verbindung  des  Thoriums. 
Das  Handelsprodukt  hat  keine  definierte 
Zusammensetzung,  sondern  enthält  48  bis 
49  Prozent  ThOa,  was  einer  Zusammensetzung 
von  etwa  Th(Nb3)4.4H.20  entspricht.  Das 
Thoriumnitrat  des  Handels  enthält  meistens 
etwas  Sulfat  als  zufällige  oder  absichtliche 
Beimengung.  Beim  Glühen  des  Handels- 
nitrates bleibt  die  Thorerde  als  äußerst 
voluminöses  schneeflockenartiges  weiches 
Pulver  zurück. 

An  das  Handelsprodukt  werden  in  bezug 
auf  Reinheit  insbesondere  auf  völlige  Ab- 
wesenheit von  Cer,  Didym,  Eisen  und 
Schwermetallen,  Chlor,  Kieselsäure  und  Phos- 
phorsäure große  Anforderungen  gestellt. 
In  der  Gasglühlichtindustrie  legt  man  großen 
Wert    auf    die    sogenannte    ,,  Glühstrumpf- 


Kohlenstoffgruppe  (Thorium) 


927 


probe" ;  indem  ein  aus  reinem  Thoriumnitrat 
dargestellter  Glühkörper  in  einem  sehr 
charakteristischen  röthchen  Licht  von  sehr 
geringer  Lichtstcärke  strahlen  muß.  Besitzt 
der  Glühkörper  Leuchtkraft  und  weißes  Licht, 
so  war  das  Thornitrat  verunreinigt,  in  erster 
Linie  durch  Cer. 

Auf  die  Bedeutung  des  Oxalates,  Thio- 
sulfates,  Azides,  Jodates  und  Subphosphates 
des  Thoriums  ist  unter  7  (analytische  Chemie) 
schon  hingewiesen  worden. 

Thoriumphosphate  fallen  aus  Tho- 
riumlösungen durch  Zusatz  von  Phosphor- 
säure und  löslichen  Phosphaten  in  Form 
gelatinöser  Niederschläge  aus,  die  in  kon- 
zentrierten Säuren  und  in  Alkalikarbonaten 
löslich  sind.  Aus  der  Lösung  der  Phosphate 
in  Säuren  fallen  beim  Verdünnen  und  Er- 
wärmen die  Niederschläge  wieder  aus;  von 
diesem  Umstände  macht  man  bei  der  tech- 
nischen Abscheidung  des  Thoriums  aus  den 
schwefelsauren  Aufschlüssen  des  Monazit- 
sandes Gebrauch. 

Man  kennt  neutrales  Thoriumorthophos- 
phat  Th3(P04)4.4H20  und  ein  saures  Ortho- 
phosphat  ThH2(P04)2.H20,  doch  haben  die 
mit  Phosphorsäure  oder  Orthophosphaten 
aus  Thoriumsalzlösungen  ausfallenden  Nieder- 
schläge eine  sehr  wechselnde  Zusammenset- 
zung und  enthalten  bei  Anwendung  von 
Alkaliphosphaten  als  Fällungsmittel  oft  A\- 
kalimetalle. 

T  h  0  r  i  u  m  p  y  r  0  p  h  0  s  p  h  a  t,  ThP207. 2H2O, 
fällt  aus  Thoriumchloridlösungen  bei  Zu- 
satz von  Pyrophosphorsäure  oder  Natrium- 
pyrophosphat  aus. 

T  h  0  r  i  u  m  m  e  t  a  p  h  0  s  p  h  a  t ,  Th(P03)4, 
wurde  aus  einer  Schmelze  von  Thorium- 
chlorid in  Metaphosphorsäure  in  rhombischen 
wasserunlöslichen  Kristallen  erhalten. 

Auch  eine  große  Anzahl  komplexer 
Thoriumphosphate  ist  bekannt. 

Thoriunikarbonate.  Neutrales  Tho- 
riumkarbonat ist  nicht  bekannt.  Alkali- 
karbonate fällen  aus  Thoriumsalzlösungen 
basische  Karbonate  in  Form  voluminöser 
Niederschläge.  Diese  lösen  sich  im  Ueberschuß 
der  Alkalikarbonate  zu  komplexen  Karbo- 
naten auf. —  Durch  Fällen  mit  Alkohol  kann 
man  aus  diesen  Lösungen  die  komplexen 
Karbonate  ausfällen;  z.  B.  Na6Th(C03)5. 
I2H2O  und  K6Th(C03)5.iqH20  und  (NH4)2- 
Th(C03)3.6H20.  —  In  diesem  Zusammen- 
gange  sei  bemerkt,  daß  die  analogen  Natrium- 
und  Ammoniumdoppelkarbonate  der  Cerit- 
erden  fast  unlöslich  sind ;  darauf  beruht  eine 
Trennung  des  Thoriums  von  den  Ceriterden. 

Thoriumacetylacetonat,  Th[CH(CO. 
0113)2] 4,  bildet  sich  leicht  aus  Thorium- 
hydroxyd und  Acetylaceton  oder  durch 
Umsetzung  des  Acetylacetonnatriums  mit 
einem  Thoriumsalz.  Das  Thoriumsalz  des 
Acetylacetons  ist  wichtig,  weil  es  nicht  iso- 


morph ist  mit  den  Acetylacetonaten  der  Erd- 
metalle, insbesondere  nicht  mit  dem  Acetyl- 
acetonat  des  Cers.  Das  Thoriumacetyl- 
acetonat ist  schwer  löslich  in  Wasser,  leicht 
löslich  in  Alkohol  und  Chloroform  und  einer 
Anzahl  anderer  organischer  Lösungsmittel. 
Durch  Umkristallisation  des  Acetylacetonats 
aus  Chloroform  kann  man  Thorium  völlig 
frei  von  Ceriuni  erhalten.  Thoriunuicetyl- 
acetonat  schmilzt  bei  171»  und  läßt  sich 
im  Vakuum,  allerdings  nicht  ganz  unzersetzt 
destilheren. 

9.  Photochemie,  a)  Spektrum:  Das 
charakteristische  Funken-  und  Bogenspek- 
trum  des  Thoriums  wurde  schon  oben 
(unter  7  „Analytische  Chemie")  erwähnt. 

b)  Lichtemission  des  Thorium- 
oxydes. Ein  mit  reinem  Thoriumnitrat  im- 
prägnierter Glühkörper  gibt  beim  Glühen 
nur  ein  sehr  schwaches  röthch  violettes 
Licht,  während  ein  mit  reinem  Ceriumnitrat 
imprägnierter  Glühkörper  ein  nur  wenig 
stärkeres  rotgelbes  Licht  ausstrahlt.  Ein 
Glühkörper,  der  zu  99%  aus  Thoriumdioxyd 
und  zu  1%  aus  Cerdioxyd  besteht,  erstrahlt 
aber  mit  der  etwa  50-fachen  Lichtstärke. 
Darauf  beruht  das  GasglühHcht  (Auer- 
strumpf),  bei  welchem  in  einer  innigen 
Mischung  von  99%  ThOo  und  1%  CeOa  in 
feinster  Verteilung,  vom  Ceroxyd  die  durch- 
sichtige Grundmasse  des  Thoroxydes  derart 
gefärlit  wird,  daß  im  sichtbaren  Teil  des 
Spektrums  eine  breite  Absorptionsbande 
entsteht.  Da  die  geringen  Mengen  (1%)  des 
Cerdioxydes  in  die  außerordenthch  schlecht 
wärmeleitende  Grundmasse  aus  Thoroxyd 
eingebettet  ist,  wird  das  Ceroxyd  unter  Ver- 
meidung einer  Wärmeabstrahluug  bis  zur 
Emission  kürzerer  Wellenlängen  erhitzt. 

c)  Elektronenstrahlung.  Das  Tho- 
rium ist  ein  radioaktives  Element  und  als 
solches  in  einem  langsamen  aber  stetigen 
Zerfall  begriffen,  der  sich  unter  Aussendung 
von  a-Strahlen  (doppelt  +  geladene  Heliuni- 
atome)  vollzieht  und  als  dessen  Folge  eine 
ganze  Reihe  anderer  radioaktiver  Substanzen 
aus  dem  Thorium  entstehen  (vgl.  den 
Artikel ,, Radioaktive  Umwandlungen"). 

Da  diese  Umwandlungsprodukte  zum  Teil 
im  ursprünglichen  Thoriumpräparat  ver- 
bleiben und  sich  darin  bis  zu  einem  Gleich- 
gewichte anreichern,  ist  das  Thorium  für 
gewöhnlich  mit  seinen  Zerfallsprodukten 
verunreinigt.  Daher  sendet  ein  von  seinen 
Zerfallsprodukten  nicht  unmittelbar  vorher 
befreites  Thoriumpräparat  außer  seiner  eige- 
nen a-Strahlung  eine  ganze  Reihe  anderer 
a-,  ß-  und  ^-Strahlungen  aus. 

Ein  besonders  wichtiges  und  langlebiges 
Zerfallsprodukt  ist  die  direkte  Tochter- 
substanz des  Thoriums,  das  Mesothorium  I. 
Das  Mesothorium  I  ist  ein  Erdkalimetall 
und  identisch  mit  dem  Radium,  von  diesem 


928 


Kolilonst(ilTi;i'U|iiie  (Thorium) 


untrennbar  und  findet  sich  daher  uiit  dem 
Radium  zusammen  in  den  Rüekständen  von 
der  Schwefelsäurebehandhing"  des  ^lonazit- 
sandes.  Es  wird  daraus  technisch  gewonnen 
und  findet  wegen  seiner  sehr  durchdringenden 
7-Strahhing  Verwendung  in  der  Strahlungs- 
therapie. 

Mit    dem    Thorium    chemisch    identisch 
(d.    h.     mit    den     derzeitigen     Hilfsmitteln 


von  Thorium  und  unter  sich  untrennbar) 
nur  durch  geringe  Unterschiede  im  Atom- 
gewicht und  durch  ihre  radioaktiven  Eigen- 
schaften vom  Thorium  und  unter  sich  ver- 
schieden sind  die  Elemente:  Uran  X^;  lonium; 
Radiothoriura  und  Radioaktinium. 

Die    folgende    Tabelle    gibt    über    diese 
Elemente  Auskunft: 


Reich- 

Absorption der 

•§     Umwand- 
t        lungs-    ! 
1^    Konstante! 
S      in  sec— 1 

Mittlere 

Halbie- 

weite der 
«-Strahl. 

Radio- 
aktive 
Zerfalls- 
reihe 

/J-Strahlen 

r-Strahlen 

Substanz 

Lebens- 
dauer 

rungs- 
Konstante 

CO 

in  Luft 
in  cm  bei 

cm-i 

cm     cm-i 

D 
cm 

<5l 

0» 

15« 

AI 

AI       Pb 

Pb 

Thorium 

Thorium 

232        7.10— 19 

1 

4.9.  iqI" 

Jahre 

1.3.10I0 

Jahre 

cc 

2.58 

2.72 

— 

— 

— 

1 

Uran  X^ 

230 

3- 3 -10-7 

35-5 

24.6 

ßy 

— 

— 

510 

O.OOI 

0.72 

0.96 

Uran 

Jahre 

Jahre 

1 

lonium 

230 

i.io— 13 

3.5.105 

2.10^ 

a 

2.8s 

3.00 

— 

— 

— 



Thorium 

i 

Radin- 

Tage 

Tage 

\ 

thorium 

228 

1.09.  10— 8 

1063 

737 

a 

3.67 

3.87 





— 



Actiniiim 

1 

Radio- 
aetinium 

226 

4.  I.IO— 7 

Tage 

28.1 
Tage 

Tage 

19-5 

Tage 

aß 

4-36 

604. 

170 

0.004 

— 

— 

10.  Kolloidchemie.  Kolloidales  Tho- 
rium wird  durch  abwechselnde  Behandlung 
des  mechanisch  möglichst  fein  verteilten 
Thoriums  mit  sauren  und  alkalischen  Flüssig- 
keiten und  dazwischen  eingeschaltete 
Waschungen  mit  Wasser  gewonnen  (Anätz- 
verfahren). ' 

Kolloidales  Thoriumoxyd  entsteht  durch 
Anätzen  des  durch  Glühen  des  Oxalates 
in  feinster  Form  erhaltbaren  Thorium- 
dioxydes mit  Salz  oder  Salpetersäure.  Man 
hielt  diese  kolloidale  Form  des  Thorium- 
dioxyds lange  für  eine  eigene  Verbindung 
(Thoriummetaoxyd).  Das  Kolloid  enthält 
stets  noch  etwas  Säure  und  im  Falle  es  mit 
Salzsäure  hergestellt  wurde,  diese  nicht 
fällbar  durch  Silberlösung,  obwohl  das  Chlor- 
ion abdissoziiert  ist.  Dies  beruht  auf  einer 
Schutzwirkung  des  Thoriumoxydkolloids,  in- 
folge der  das  Chlorsilbersol  am  Ausflocken 
gehindert  wird. 

Durch  Dialyse  von  Thoriumnitrat  kann 
man  Thoriumoxydsol  wasserklar  erhalten 
aber  keineswegs  frei  von  Thoriumnitrat. 

Im  elektrischen  Potentialgefälle  wandert 
das  Thoriumoxyd  zur  Kathode,  ist  also 
positiv  geladen,  und  gibt  demzufolge  mit 
negativ  geladenen  hydrosolen  Niederschläge 
von  Gelen,  die  beide  Kolloide  enthalten. 

Auch  elektrolytfreie  Hydrosole  des 
Thoriumoxydes  wurden  dargestellt  durch 
andauernde's  Waschen  des  mit  Ammoniak 
aus    Thoriumnitrat    ausgefällten    Thorium-! 


hydroxydgels.  Diese  Thoriumoxydsole  sind 
sehr  empfindlich  gegen  Elektrolyte  und 
flocken  schon  durch  die  Wirkung  der  Luft- 
kohlensäure aus. 

Literatur.  GmeHn-Kraut,  Handbuch  der  an- 
organischen Chemie,  Bd.  VI.  Heidelberg  1911. 
—  Ahegg ,  Handbuch  der  anorganischen 
Chemie,  III,  2.  Icipzig  1909.  —  C.  R.  Böhm, 
Die  Darstellung  der  seltenen  Erden.  Leipzig 
1905.  —  Derselbe,  Die  Dissertationen  über 
seltene  Erden  (B  ibliographie) ,  Charlottenburg 
1912.  —  Schilling,  Das  Vorkommen  der  seltenen 
Erden  im  3Iineralreiche.  München  tind  Berlin 
190j^.  —  tf.  Koppel,  Die  Chemie  des  Thoriums. 
Sammlung  chemischer  und  chemisch-technischer 
Vorträge,  Bd.  VI.  —  lt.  J,  Meyer,  Biblio- 
graphie der  seltenen  Erden.  Hamburg  und 
Leipzig  1905.  —  C  R.  Böhm,  Das  Vorkommen 
der  seltenen  Erden,  Chem.  Ind.,  29,  1906,  JVr. 
13  bis  14.  —  Brögger,  Die  Mineralien  der 
Syenitpegmatilgänge  der  südnorwegischen  Augit- 
nnd  Nephelinsijenite,  Zeitschr.  f.  Kristallographie 
und  ßlineralogie,  16.  Bd.,  1890.  —  B.  Szilard, 
Tables  des  principav.v  minerais  d'uranium  et 
de  thorium,  Lc  Radium,  VI,  1909,  233.  —  C. 
R.  Böhm,  Das  Gasglühlicht,  seine  Geschichte, 
Herstellung  nnd.  Anwendung.  Leipzig  1905.  — 
R.  J.  Meyer  und  O.  Hauser,  Die  Analyse 
der  seltenen  Erden  und  der  Erdsäuren.  Stufi- 
gart 1912. 

Erich  Ehler. 


Kolilenwasserstoffe 


929 


Kohlenwasserstoffe. 

Systematisclie  Registrieiuiig  sämtlicher  Ver- 
bindungen des  Kohlenstoffs  als  Derivate  seiner 
Verbindungen  mit  Wasserstoff.  Durchgreifender 
Unterschied  von  den  Wasserstoffverbindungen 
anderer  Elemente.  Einteihmg  der  Kohlen- 
wasserstoffe in  Klassen  nach  ihrem  relativen 
Wasserstoffgehalt.  Doppelbindung  und  Ring- 
schluß als  typische  Formelsymbole  zur  Unter- 
scheidung von  Kohlemvasscrstdffen,  die  bei 
gleichem  relativen  Wasserstoffgeiuilt  verschiede- 
nen Charakter  besitzen.  Kurze  Aufzählung  der  für 
Paraffine,  Cykloparaffine,  Olefine  usw.  charak- 
teristischen Reaktionen.  Der  „aromatische 
Charakter"  des  Benzols  und  seiner  Derivate. 

Es  ist  der  Uebersicht  wegen  üblich,  bei 
Abhandlung  eines  jeden  Elementes  zuerst 
seine  Verbindungen  mit  Sauerstoff  und  mit 
Wasserstoff  —  wenn  solche  vorhanden  — 
zu  besprechen  und  bei  der  Systematik  der 
anderen  Verbindungen  die  Verschiedenen 
„Oxydationstufen"  als  Typen  zugrunde 
zu  legen,  um  jene  daraus  durch  Substitution 
abzuleiten.  Um  das  riesige  Material  der 
organischen  Verbindungen  oder  Kohlenstoff- 
derivate in  ein  übersichtliches  System  zu 
ordnen,  legt  man  aus  mancherlei  hier  nicht 
zu  erörternden  Gründen  seit  Kekule  — 
Mitte  vorigen  Jahrhunderts  —  nicht  die 
beiden  Oxydationstufen  CO  und  CO,  zu- 
grunde, sondern  die  Verbindungen"  des 
Kohlenstoffs  mit  Wasserstoff.  Beide  Elemente 
bilden,  in  verschiedenen  Gewichtverhält- 
nissen vereinigt,  die  überaus  große  Zahl  der 
Kohlenwasserstoffe.  Im  Gegensatz  zur 
relativ  geringen  Zahl  und  sehr  ausgesproche- 
nen Diskontinuität  in  der  Zusammensetzung 
anderer  Verbindungen  zweier  Elemente,  bei 
denen  die  Zusammensetzung  meist  nur 
wenigen  sehr  einfach  multiplen  Proportionen 
des  Gewichts  entspricht^),  im  weiteren  Gegen- 
satz zu  den  parallel  damit  gehenden  deut- 
lichen Unterschieden  jener  im  physikalisch- 
chemischen Verhalten,  zeigen  die  Kohlen- 
wasserstoffe fast  unendlich  viele  Gewichtpro- 
portionen 2)  zwischen  C  und  H  (deren  Quo- 
tienten sich  sehr  nahe  liegen)  und  mit  diesen 
sich  relativ  wenig  und  gleichsam  kontinuier- 
lich ändernde  Eigenschaften  in  bezug  auf 
spezifisches  Gewicht,  Siedepunkt  usw.,  wäh- 
rend das  chemische  Verhalten  bei  ganzen 
(„homologen")  Reihen  überhaupt  gleich- 
artig ist  und  sich  mit  der  Zusammen- 
setzung innerhalb  der  Reihe  nicht  ändert. 


Genau    das    gleiche    Verhalten    zeigen    die 
emzelnen    Klassen   von   Derivaten,   so   daß 
z.  B.  alle  hochmolekularen  organischen  Ver- 
bindungen fest,  die  niederen  Flüssigkeiten, 
die  niedersten  oft  Gase  sind.     Dem  Unter- 
schied zwischen  jenen  einzelnen  homologen 
Reihen    entspricht    ein    durch    eine    allge- 
meine   Formel    ausdrückbarer    Unterschied 
in   der   Zusammensetzung.    Es  entsprechen 
z.    B.    alle    wasserstoffreichsten,    Paraffine 
genannten,    Kohlenwasserstoffe    der    allge- 
meinen   P^ormel   CnH,n+,,    die    nächst    är- 
meren   an  Wasserstoff    entsprechen   CnHan, 
weiter    CnH,n   2   usw.         Niemals     kommt 
vor   eine  Verbindung  der  Formel  CnH,,n-x, 
wobei  X  eine  ungerade  Zahl  wäre  (Gesetz 
der    paaren    Atomzahl;    Vierwertigkeit    des 
!  Kohlenstoffs ;    vgl.    den    Artikel    „Orga- 
nische   Chemie"!).      Bei    den   Paraffinen 
drückt  die  mit  1  g  Wasserstoff  verbundene 
I  C-Menge,  das  „jeweilige  Aequivalentgewicht" 
'in  bezug  auf  Wasserstoff 2),  eine  Zahl  aus, 
die  für  Methan  CH4  3,0  beträgt,  für  Aethan 
:  CaHß  4,0,  für  Propan   4,5,   für   Butan   4,8, 
für  Pentan  5,0,  und  die  dann  mit  Zunahme 
um   ein    C-Atoni   um   einen   immer   kleiner 
werdenden  Betrag  steigt,  und  sich  der  Zahl  6 
I  asymptotisch  nähert,  d.  h.  ohne  sie  bei  noch 
i  so    hoher   C-Atomzahl   zu    erreichen.      Die 
1  nächste     Reihe,     die     der    Formel    CnH^n 
i  entspricht,     hat    durchgängig    für    C    die 
Aequivalentzahl  6;  alle  diese  Kohlenwasser- 
stoffe sind  also  isomer  im  weiteren   Sinne. 
Bei      den      weiteren       Reihen       C„H2„   2; 
CnHan— 4;    CnHan—e  nsw.  beginnt  jene  Zahl 
bei  den  niedersten  möglichen  Gliedern  mit  12, 
,  18,  24  usw.,  um  zunächst  schnell,  allmählich 
i  immer  langsamer  ebenfalls  sich  der  Zahl  6  zu 
nähern.  Die  Gehalte  an  C  und  H  liegen  daher 
bei  den  hohen  Gliedern  ungeheuer  nahe  an- 
einander, so  daß  sie  durch  die  Analyse  über- 
haupt nicht  zu  unterscheiden  sind.    Für  die 
Zugehörigkeit    zu    einem    bestimmten    Ver- 
bindungstyp   von    Kohlenwasserstoffen    ist 
daher    nicht,     wie    in    der    anorganischen 
Chemie,  die  analytisch  ermittelte  Zusammen- 
setzung maßgebend,   sondern   das    Studium 


1)  Eine  Ausnahme  machen  hier  hauptsäch- 
lich nur  die  Verbindungen  des  Siliziums.  In  den 
in  der  Natur  vorkommenden  Silikaten  sind  die 
chemischen  Proportionen  von  ähnlicher  Kompli- 
ziertheit wie  bei  den  organischen  Verbindungen. 

2)  Diese   Tatsache    ließ  in  der  ersten  Ent- 
wickelungsperiode      organisch-chemischer      For- ' 
schungBerzelius  daran  zweifeln,  ob  das  Gesetz 
der  multiplen  Proportionen  hier  Geltung   habe. 

Handwörterbuch  der  Naturwifssenschaften.    Band  V. 


!)  Ueber  die  Annahme  einer  Drei-  und  /^wei- 
wertigkeit  des  Kohlenstoffatoms  in  besonderen 
Ausnahmefällen  vgl.  die  Artikel  über  ,,PoIy- 
phenylverbindungen"  (sowie  auch  Schlenk 
Ber.  1913  2840)  und  über  „Kohlenstoff". 

^)  Mehrere  Wasserstoffverbindungen  finden 
sich  sonst  nur  noch  bei  Sauerstoff  (H.,0;  U^O.^), 
Schwefel  (H^S;  II.S,  bis  H2S5)  Stickstoff  (NH3; 
N2H4;  N3H)  und  Phosphor.  Auch  hier  bringt  man 
dies  bei  der  Formel  durch  kettenförmige  Bin- 
dung jener  Elemente  untereinander  zum  Aus- 
druck, wie  bei  den  Kohlenwasserstoffen  trotz  des 
großen  Unterschiedes,  der  in  der  großen  Un- 
beständigkeit aller  jener  Polyhydride,  und  der 
großen  Beständigkeit  der  Kohlenwasserstoffe 
zutage  tritt. 

59 


930 


Kohlenwasserstoffe 


der  Reaktionen  und  des  Aufbaues  aus,  oder 
des  Abbaues  zu  bekannten  einfacheren 
Verbindungen.  Jene  unterscheidenden  Re- 
aktionen seien  daher  in  Kürze  hier  auf- 
geführt, zugleich  im  Hinblick  auf  die  Formel- 
symbole, durch  die  man  zurzeit  das  Ver- 
halten bildlich  darstellt  und  mit  denen  es 
gelungen  ist,  eine  erfolgreiche  Klassifikation 
des  ungeheuren  Materials  durchzuführen 
(nur  auf  Grund  der  Annahme  der  Vier- 
wertigkeit und  des  Selbstbindungsvermögens 
der  Kohlenstoff atome)  und  besonders  jene 
Verbindungen  durch  Formeln  zu  unter- 
scheiden, deren  prozentische  Zusammen- 
setzung nicht  nur  sehr  ähnlich,  sondern 
völlig  gleich  ist  (Isomere.  Vgl.  den  Artikel 
„Isomerie"). 

CnH2n  +  2  Paraffine.  Mangelnde  Re- 
aktionsfähigkeit. „Gesättigter"  Charakter. 
Wasserstoffe  sind  in  ihnen  substituierbar 
durch  freies  Halogen,  aber  relativ  langsam; 
durch  NOa  beim  Erhitzen  mit  HNO3, 
ebenfalls  langsam  und  nur  unter  bestimmten 
Bedingungen.  Formulierung:  Aneinander- 
reihung   von    den  Gruppen  — CH3,   >CH2, 

X  \ 

^CH  und  >C  in  allen  geometrisch  mög- 
lichen Kombinationen. 

t>nH.2n. 

a)  Cyklane  oder  Cykloparaffine.  Ver- 
halten im  wesentlichen  das  der  Paraffine.^) 
Formulierung:  durch  eine  in  sich  selbst 
zurücklaufende  Reihe  aneinandergefügter 
CHg-Gruppen  (Kohlenstoffring)  eventuell  mit 
weiterem  Ersatz  von  Wasserstoff  durch 
Paraffin-,  Olefin-  u.  a.  Radikale  (Seiten- 
ketten). Ein  derartiger  Ersatz  ist  zwischen 
allen  folgenden  Gruppen  ebenso  möglich,  und 
bleibe  bei  dieser  Aufzählung  außer  Betracht. 

b)  Olefine,  Ene.  Reagieren  momentan 
mit  Brom  und  mit  Permanganat  unter 
Entfärbung.  Werden  von  konzentrierter 
H2SO4  gelöst.  Außerdem  zahlreiche  andere 
Reaktionen,  bei  denen  2  einwertige  Bestand- 
teile addiert  werden  (vgl.  Bd.  I  S.  184).  ,, Un- 
gesättigter" Charakter.  — •  Formulierung: 
Analog  den  Paraffinen,  nur  daß  2  C-Atome 
des  Moleküls  sich  durch  2  Valenzen  gegenseitig 
absättigen  (Doppelbindung;    Bd.  I  S.  186). 

Entsprechend  den  beiden  Formulierungen 
a  und  b  kommt  jedes  weitere  Manko  an 
2  Wasserstoffatomen  in  unseren  Formeln  zum 
Ausdruck  durch  einen  Ringschluß ^)  oder 
eine  Doppelbindung,  je  nachdem  die  beob- 
achteten Reaktionen  denen  von  a  oder  denen 
von  b  entsprechen;  z.  B.: 

•     1)  Genaueres  vgl.  Annal.  302,  37. 

^)  Ueber  die  Beständigkeit  von  Fünf-  und 
Sechsring  gegenüber  der  von  Ringen  mit  mehr 
und  mit  weniger  C-Atomen  und  ihre  Erklärung 
durch  V.  Baeyers  Spannungstheorie  vgl.  den 
Artikel  ,,Isocyklische  Verbindungen". 


CnHan — 2  • 

a)  Dicyklane,  Kombiiuition  zweier  Ring- 
systeme^) 

CH, 


b)  Cyklene  (Cykloolefine)  z.  B. 
CH 


CH. 

CH. 


CH 
'cH, 


oder  CfiHio  Cvklohexen. 


CH, 


c)  Diolefine,  Diene.  Zeigen  die  Reak- 
tionen der  Olefine  doppelt.  Daher  formu- 
liert analog  den  Olefinen  mit  einer  weiteren 
Doppelbindung  im  Molekül. 

Eine  weitere  vierte  Ivlasse,  die  der 

d)  Acetylene  (Ine)  zeigen  doppelt  unge- 
sättigte Eigenschaften,  wie  c,  besitzen  aber 
außerdem  —  als  individuelle  Reaktion  — 
durch  MetaU,  speziell  Kupfer  und  Silber, 
vertretbare  Wasserstoffatome;^)  auch  sind 
sie  leicht  polymerisierbar.  Formulierung 
des  einfachsten  Acetylen  genannten  Ver- 
treters der  Reihe  C.3H2  oder  CH  ^  CH 
(dreifache  Bindung).  Die  höheren  Homologen 
entsprechend,  durch  Substitution  der  Wasser- 
stoffatome mit  beliebigen  Kohlenwasserstoff- 
Radikalen.  —  Ueber  Ringsysteme  mit  drei- 
facher Bindung  vgl.  Annalen  399,  174. 

CnHzn— 4.     Von   den  verschiedenen  nach 
dem    vorigen    sich    berechnenden    Möglich- 
keiten seien  nur  erwähnt  die  Cvklodiene,  z.  B. 
CH     CH 

ChII        |cH  oder  C,Re  Cyklopentadien. 


CH2 
Während  bei  allen  bisherigen  die  gewäldte 
Formulierung  ausreicht  die  Eigenschaften 
daraus  abzuleiten,  während  also  die  be- 
treffenden Kohlenwasserstoffe  immer  additiv 
die  Eigenschaften  der  gewählten  Forniel- 
symboie  zeigen,  ist  bei  Eintritt  einer  dritten 
Doppelbindung  in  den  Sechsring  eine  sprung- 
hafte, fast  völlige  Aenderung  der  Eigen- 
schaften bemerkbar.  Von  den  Kohlen- 
wasserstoffen 


1)  Zweiringsysterae  mit  einem  beiden  gemein- 
samen quaternären  C-Atom  werden  Spirane  oder 
Spirocyldane  genannt,  vgl.  den  Artikel  ,,Syste- 
matik  und  Nomenklatur  der  ehemischen 
Stoffe"  Abschnitt  IV. 

'■')  Diese  Ersetzbarkeit  ist  natürüch  nu£  der 
nicht  weiter  substitutiv  veränderten  -"CH- 
Gruppe  eigen. 


Kolilenwasserstoffe 


931 


lierte""'"^'  '^*  ^^^  alsCyklohexatrien  formu-   bald  als  Triketohexamethylen 
CH  CO   CH„ 


CH: 


y^ 


^CH 


CHU       i'CH 

CH 

Benzol,  die  Stammsubstanz  der  aromatischen 
Reihe,     unterschieden    von    den    Olefinen, 
Cyklenen  usw.  durch  die  mangelnde  schnelle 
Reaktion     mit    KMn04     w"d    mit    Brom; 
die    Kohlenwasserstoffe    der    aromatischen 
Reihe    addieren     nicht,     sondern     werden 
/-.    B.    durcn    Chlor    substituiert,    wie    die 
Paraffine  C^U^  +  CL  ->  CJl-Cl  +  HCl.    Von 
den  Paraffinen  wieder  unterscheidet  sie  die 
ihnen  eigene   Fähigkeit   mit   konzentrierter 
HNO3  und  konzentrierter  H2SO4  leicht  Nitro- 
und  Sulfoderivate  zu  bilden  (vgl.  indes  dazu 
Bd.  I  S.  180).    Außerdem  zeigen  alle  aroma- 
tischen Kohlenwasserstoffe  und  ihre  Derivate 
eine  Reihe  weiterer  Besonderheiten,  die  man 
unter  dem  Namen  „aromatischer  Charakter" 
zusammenfaßt,    üeber  das  Verhältnis  dieser 
Eigenschaften    zu   der  zurzeit    bevorzugten 
Kekuleschen  Formel  des  Benzols,  als  eines 
Cyklohexatriens,   ist  zu  sagen,   daß   1.   das 
ungesättigte  Verhalten,  zu  dessen  bildlicher 
Darstellung     des     Symbol     der     doppelten 
Bindung  dient,  bei  den  aromatischen   Sub- ' 
stanzen  verschwunden  oder  doch  nur  noch 
stark    geschwächt    (vgl.    unten)    vorhanden . 
ist  und  daß  2.  jene  individuellen  aromatischen  1 
Eigenschaften     wieder     nicht     durch     die  [ 
doppelten   Bindungen   erklärt  werden.      So 
sollte  man  von  einem  Cyklohexatrien,  ledig- 
lich  der  Analogie  nach,   wesentlich  andere 
Eigenschaften    erwarten.        Bezüglich    der 
Einzelheiten  sei  hier  auf  den  xVrtikel  „x\ro- 
matische    Reihe"    verwiesen,    besonders 
auch  bezüglich  der  anderen  vorgeschlagenen 
Benzolformeln.      An    dieser    Stelle    mögen 
folgende  kurze  Hinweise  genügen.    Der  große 
Widerspruch  zwischen  Verhalten    und  For- 
mulierung des  Benzols  und   seiner  Derivate 
ist    durch    viele   Forschungsergebnisse    der 
letzten    Jahre    gemildert    worden.      Einmal 
ist  das  Additionsvermögen  beim  Benzol  zwar 
sehr  geschwächt,    aber   doch   deutlich   vor- 
handen; Substitutionen  durch  Halogen  sind 
z.  B.    erklärbar    als  Additionen    mit   nach- 
folgender Abspaltung  (vgl.  den  Artikel  „Sub- 
stitution").        Weiterhin     sind     Benzol- 
derivate bekannt,  die  nach  ihrem  Verhalten 
ebensogut    einer    der   anderen   Reihen   zu- 
geteilt werden  können;   Phloroglucin  z.  B. 
reagiert  bald  als  Trioxybenzol 
COH    CH   . 


CO   CH. 


Dann  ist  aber  schließlich  auch  in  der  ali- 
phatischen Reihe  nachgewiesen,  daß  der 
Grad  der  Ungesättigtheit  dort  sehr  ver- 
schieden stark  ausgeprägt  sein  kann,  und  daß 
ein  Teil  der  „aromatischen"  Eigenschaften 
sich  angedeutet  bei  offenen  Polyolefinen 
findet,  deren  Doppelbindungen  in  ähnlicher 
Weise  wie  beim  Benzol  „konjugiert"  und 
dadurch  mehr  oder  weniger  „inaktiv"  o-e- 
worden  sind.  '^ 

Allerdings  hat  die  Ansicht,  daß  die  typisch 
aromatischen  Eigenschaften  sich  erklären 
heßen  lediglich  durch  die  Modifizierung, 
die  der  Charakter  gehäufter  Doppelbin- 
dungen in  bestimmter  „alternierender"  Stel- 
lung auch  in  offener  Kette  erleide,  wesent- 
liche Stützen  verloren  durch  die  Tatsache, 
daß  das  dem  Benzol  analoge  Cyklooctatetraen 


CH    CH 


cm 


^CH 
l'cH 


CH   CH 


ch/^    \coh, 

COlTtH 


keinerlei  aromatische,  sondern  rein  olefinische 
j  Eigenschaften  zeigt.  Offenbar  spielt  daher 
,  für  den  Benzolcharakter  nicht  nur  die  Orien- 
tierung der  Doppelbindungen,  sondern  auch 
die  6-Zahl  der  Ringglieder  eine  entscheidende 
Rolle.  Denn  es  ist  andrerseits  auf  keine 
Weise  gelungen  ein  anderes  Cyklohexatrien 
von  wirklich  olelinischem  Charakter  darzu- 
stellen. Die  Frage  nach  einer  zweckmäßigen 
Formulierung  des  Benzols,  die  sein  Verhalten 
in  Analogie  und  nur  mit  Hilfe  der  für  andere 
Kohlenwasserstoffe  geschaffenen  Svmbole 
zum  Ausdruck  bringen  könnte,  bleibt  daher 
bis  jetzt  ungelöst,  als  eines  der  wichtigsten 
Probleme  der  heutigen  wissenschaftlich  orga- 
nischen Chemie.  (Siehe  dazu  die  Artikel 
„Systematik  und  Nomenklatur  der 
chemischen  Stoffe",  sowie  die  Spezial- 
artikel  „Aliphatische  Kohlenwasser- 
stoffe", „Benzolgruppe"  usw.) 

Literatur.  Lehr-  und  Handbücher:  V. 
Meyer  und  P.  Jacobson,  Lehrbuch  der  orga- 
nischen Chemie,  .i.  Avfl.  Leipzig  1906.  —  F. 
Beilstein,  Handduch  der  organi,<ichen  Chemie, 
3.  Aufl.  Hamburg  189Sbisl90(J.  —  F.  v.  Richter, 
Chemie  der  Kohlcnstoffverbindungen.  Bearbeitet 
von  R.  Anschütz  und  Schroeder.  10.  A^ifl. 
Bonn  1905.  —  A.  Bernthsen  und  Mohr, 
Kurzes  Lehrbuch  der  organischen  Chemie,  10.  Aufl. 
Braunschweig  1909.  —  F.  Krafft,  Organische 
Chemie.  4.  Aufl.  Wien  1905.  —  A.  F.  Holleman, 
Lehrbuch  der  organischen  Chemie.  9.  Aufl.  Leipzig 

59* 


932 


Kohlenwasserstoffe  —  Kolbe 


1911.  —  Roscoe-Schorlemmer ,  Organische 
Chemie  (Teil  1  des  ausführlichen  Lehrbuchs  der 
Chemie).  Braunschweig  1884.  —  Lellmann, 
Prinzipien  der  organischen  Synthese.  Berlin  1887. 
—  Euler,  Grundlagen  %md  Ergebiiissc  der 
Pflanzenchemie.     Braunschweig   1908   und  1909. 

J.   Hoppe. 


Kohl  rausch 

Friedrich. 

Geboren  am  14.  Oktober  1840  in  Kintehi  an  der 
Weser,  gestorben  am  7.  Januar  191Ü  in  Marburg. 
Sein  Vater  war  der  Gymnasiallehrer  Rudolf 
Kohlrausch,  später  Professor  der  Phj'sik  in 
Marburg  und  Erlangen,  der  mitWeber  Messungen 
des  elektrischen  Stromes  in  absolutem  Maße 
ausführte.  Kohlrausch  studierte  von  1858  bis 
1862  in  Göttingen  und  Erlangen,  wurde  1864 
Dozent  am  physikalischen  Verein  in  Frankfurt, 
1866  außerordenthcher  Professor  in  Göttingen, 
1870  ordentlicher  Professor  am  Polytechnikum 
in  Zürich,  1871  in  Darmstadt,  1875  in  Würzburg, 
1888  in  Straßburg,  1895  Präsident  der  physi- 
kalisch-technischen Reichsanstalt  in  Charlotten- 
burg; 1905  trat  er  in  den  Ruhestand  und  zog 
sich  nach  Marburg  zurück,  wo  er  sich  sogleich 
wieder  wissenschaftlichen  Untersuchungen  wid- 
mete. K  0  h  1  r  a  u  s  c  h  war  in  erster  Linie  Elektriker. 
Vor  allem  war  das  Leitvermögen  der  Elektro- 
lyte  ein  Thema,  das  ihn  immerwieder  beschäftigte, 
und  dessen  Untersuchungsmethoden  er  nach 
allen  Richtungen  ausbaute.  Seine  Messungen 
führten  ihn  zu  dem  Gesetz  der  unabhängigen 
Beweglichkeit  der  Ionen,  das  er  1875  veröffent- 
lichte, 1879  ergänzte.  Andere  Arbeiten  behandeln 
die  Elastizität  fester  Körper,  insbesondere  die 
elastische  Nachwirkung,  den  Erdmagnetismus, 
die  Leitfähigkeit  reinsten  Wassers.  Von  den 
von  Kohlrausch  erdachten  Apparaten  seien  er- 
wähnt der  Sinusinduktor  und  das  Totalreflekto- 
meter  zur  Bestimmung  des  optischen  Brechungs- 
index. In  Göttingen  organisierte  Kohlrausch 
das  erste  Praktikum,  nach  dessen  Muster  in  der 
Folge  an  allen  Hochschulen  praktische  Uebungen 
eingerichtet  wurden.  Durch  seinen  klassischen 
Leitfaden  der  praktischen  Physik,  der  später 
zum  Lehrbuch  anwuchs,  ist  er  in  gewisser  Bezie- 
hung der  Lehrmeister  der  ganzen  jetzigen  Physiker- 
generation, nicht  nur  Deutschlands,  geworden. 

Literatur.  Nekrologe,  von  E.  Rieche,  Phys. 
Zeit.schr.  ii,  1910.  —  F.  liichars,  3Iurh.  Sitz.- 
Ber.  1910.  —  L.  Hol  hörn,  Elektrotechn.  Zcitschr. 
31,  1910.  —  K.  Scheel,  Nnturw.  Eundschau 
25,  1910.  —  W.  Wien,  Annalen  der  Physik 
31,  1910. 

E.  Drude. 


Kolbe 

Hermann. 


sich  Kolbe  an  den  Universitäten  Göttingen  und 
Marburg  unter  dem  Einfluß  von  Wühler  und  Bim- 
sen heiangebildet,  nach  einigen  Wanderjahren 
in  London  als  Assistent  Playfairs,  in  Braun- 
schweig als  Herausgeber  des  Handwörterbuches 
der  Chemie,  endlich  in  Marburg  1851  bis  1865, 
dann  in  Leipzig  1865  bis  zu  seinem  Tode  am 
25.  November  1884  außerordentlich  erfolgreich 
betätigt. 

Besonders  die  organische  Chemie  verdankt 
ihm  größte  Förderung.  Schon  vor  Kekules 
Wirken  hat  er  die  richtige  Konstitution  der  wich- 
tigsten Körperklassen  klar  erkannt  und  zuerst 
durch  rationelle  Aeciuivalentformeln  ausgedrückt. 
Ausgehend  von  Experimentaluiitersuchungen 
über  Sulfonsäuren,  über  Säurenitrile  und  deren 
Umwandlung  in  Säuren  u.  a.  gelangte  Kolbe 
schon  frühzeitig  zu  wichtigsten  Folgerungen: 
er  leitete  nämlich  die  organischen  Säuren,  deren 
Aldehyde  und  Alkohole,  auch  die  Ketone,  von 
der  Kohlensäure  ab.  Seine  Ansichten  befähigten 
ihn,  neue  Gruppen  von  Verbindungen,  ja  Eigen- 
schaften der  letzteren  vorauszusehen,  z.  B.  die 
sekundären  und  tertiären  Alkohole  u.  a.  Er 
war  es,  der  zuerst  klar  die  Konstitution  der  über- 
aus wichtigen  Oxy-  und  Amidosäuren  erkannte. 
Aus  seinem  Laboratorium  gingen,  besonders  in 
den  Jahren  1857  bis  1865  bahnbrechende  Arbeiten 
hervor,  und  auch  später  befruchtete  er  die 
organische  Chemie  clurch  bedeutsame  Unter- 
suchungen, z.  B.  über  Salizylsäure,  der  er  eine 
vielseitige  Anwendung  in  der  Technik  und  im 
täglichen  Leben  sicherte,  ferner  durch  solche 
über  Isatosäure. 

Als  vorzüglicher  Lehrer  hat  Kolbe  zahlreiche 
tüchtige  Schüler  herangebildet,  welche  die  von 
ihm  erschlossenen  Gebiete  weiter  erforscht  haben. 
Durch  seine  Lehrbücher  hat  er  in  und  nach  der 
Zeit  ihres  Erscheinens  einen  nachhaltigen  tiefen 
Einfluß  auf  die  Zeitgenossen  ausgeübt.  Mit 
seinen  Gelegenheitsschriften,  die  häufig  einen 
polemischen  Einschlag  zeigten,  hat  er  stark 
anregend  gewirkt,  auch  lebhaftesten  Wider- 
spruch hervorgerufen.  In  stilistischer  Hinsicht 
zeigen  alle  Werke  Kolbe s  den  Meister,  den 
Klassiker,  der  stets  an  das  Bestehende  anknüpft 
und  sich  bei  allen  wissenschaftlichen  Bestrebungen 
in  geistigem  Zusammenhang  mit  den  Häuptern 
der  alten  Schule,  Berzelius,  Liebig,  Wo  hier, 
Bunsen,  fühlte. 

Seine  Experimentaluntersuchungen  sind  früher 
in  Liebigs  Annalen,  seit  1870,  nachdem  er  die 
Redaktion  des  Journals  für  praktische  Chemie 
übernommen  hatte,  in  diesem  veröffentlicht. 
Von  Lehrbüchern  ist  das  große  ,, Lehrbuch  der 
organischen  Chemie"  in  3  Bänden  (seit  1854), 
2  kleinere  der  anorganischen  und  der  organischen 
Chemie,  1877  und  1883  erschienen  (Braun- 
schweig). 

Die  jüngere  Generation  von  Chemikern  hat 
im  allgemeinen  Kolbes  Bedeutung  nicht  völlig 
gewürdigt.  Ueber  sein  Leben  und  Wirken  vgl. 
A.  W.  V.  Hof  mann,  Ber.  17,  2809  und  die  Er- 
innerungsschrift von  E.  V.  Meyer,  Journ.  pr.  Ch. 
30,  417. 

E.  V.  Meyer. 


Als  Sohn  eines  Landpfarrers  am  27.  September 
1818  zu  Elliehausen  bei  Göttingen  geboren,  hat 


Kolonien.    Kolouiebüdende  Tiere  —  Kondensierte  Ringsysteme 


933 


Kolonien.    Koloniebildende  Tiere. 

Unter  Kolonien  verstellt  man  die  Ver- 
einigung der  Tiere  zu  festen  oder  losen  Ver- 
bänden, wie  sie  infolge  der  ungeschlechtlichen 
Vermehrung,  besonders  durch  Knospung  auf- 
tritt, nach  welcher  eine  Anzalil  von  Indivi- 
duen verbunden  bleibt  (Tierstöcke).  Von 
Kolonien  oder  Tierstaaten  (vgl.  den  Artikel 
,, Tierstaaten  und  Tiergesellschaften") 
spricht  man  auch  dann,  wenn  eine  größere 
Zahl  von  Tierindividuen  zusammen  lebt  und 
eine  Arbeitsteilung  eingeht,  wie  sie  auch  bei 
den  Tierstöcken  einzutreten  pflegt  (vgl.  die 
Artikel  ,,  Polymorphismus",  ,, Tier- 
staaten usw."  und  ,, Tierstöcke"). 


Kombination. 

Vgl.    den    Artikel    ,, Kristallformen' 


Komplikation. 

Vgl.    den    Ai'tikel    ,,Kristallfornien' 


Kondensierte  Ringsysteme. 

1.  Allgemeines.  2.  Spezielle  Beschreibung 
wichtiger  Verbindungen. 

I.  Allgemeines.  Das  Benzol  und  seine 
Homologen  haben  das  Bestreben  in  konden- 
sierte Ringsysteme  überzugehen.  Diese 
setzen  sich  aber  nicht  nur  aus  aneinander  ge- 
reihten Benzolkernen  zusammen,  wie  Naph- 
talin,  sondern  es  werden  auch  Seitenketten, 
wie  Methyl  und  längere  Gruppen  in  den 
Zusammenschluß  einbezogen  und  so  recht 
komplizierte  Gebilde  hervorgerufen.  In 
der  Glülihitze  gehen  die  Kondensationspro- 
zesse mit  großer  Leichtigkeit  von  statten  und 
man  hat  anzunehmen,  daß  hierbei  mit  stei- 
gender Temperatur  immer  wasserstoffärmere 
und  damit  höher  molekulare  Gebilde  ent- 
stehen, bis  zum  freien  Kohlenstoff  selbst, 
der  in  seiner  kristallisierten  Form,  dem  Graphit 
durch  seine  Ueberführbarkeit  in  Benzolhexa- 
karbonsäure  als  kondensiertes  Ringmolekül 
charakterisiert  ist. 

Es  hat  sich  nun  gezeigt,  daß  dieser  Prozeß 
der  Kondensation,  welcher  bei  der  Destilla- 
tion des  Holzes  und  der  Kohlen  sich  in  kür- 
zester Zeit  vollzieht,  zum  Teil  in  langen  Zeit- 
räumen bei  gewöhnlicher  Temperatur  vor- 
bereitet wird.  Man  hat  sich  vorzustellen,  daß 
bei   der   Verwesung   der   Pflanzen   und   der 


Bildung  von  Torf,  Braun-  und  Steinkohlen 
eine  Sauerstoffentfernung  aus  dem  vor- 
wiegend aliphatischen  Baumaterial  des 
Pflanzenleibes  und  zugleich,  wenigstens  zu- 
weilen, ein  Zusammenschluß  zu  aromatischen 
Kernen  stattfindet,  wobei  zunächst  wasser- 
stoffreichere Verbimlungen  entstehen.  Das 
beweist  der  Umstand,  daß  verschiedentlich 
aus  den  erwähnten  fossilen  Brennmaterialien 
aromatische  Verbindungen  isoliert  worden 
sind,  worauf  noch  besonders  hingewiesen 
werden  wird.  Hervorgehoben  sei  noch  eine 
Beobachtung  von  Bietet  und  Ramseyer, 
welche  durch  Extraktion  von  Steinkohlen 
mit  Benzol,  Hexahydrofluoren  isolieren 
konnten. 

2.  Spezielle  Beschreibung  wichtiger 
Verbindungen.  Reten  CigHjg  ist  Methyl- 
isopropylphenanthren  von  der  Formel 


-CH(CH3),, 


bildet  sich  bei  der  Destillation  des  Holzes 
und  findet  sich  auch  in  Torflagern.  Die  Ver- 
bindung schmilzt  bei  98,5°  und  siedet  unter 
gewöhnlichem  Luftdruck  bei  390**.  Der  Nach- 
weis der  Konstitution  gründet  sich  darauf, 
daß  bei  der  Oxydation  mit  Chromsäure  sich 
zunächst  das  dem  Phenanthrenchinon  analoge 
Retenchinon  bildet,  in  welchem  durch 
Permanganat  zunächst,  unter  gleichzeitiger 
Herauslösung  einer  CO- Gruppe,  Methyl  zu 
Karboxyl  und  dann  auch  die  Isopropylgruppe 
oxydiert  wird,  wobei  Diphenylenketondikar- 
bonsäure  entsteht;  ferner  läßt  sich  eine 
Orthodikarbonsäure  unter  Aufsprengung  des 
mittleren  Ringes  und  Erhaltung  der  Isopro- 
pylgruppe herstellen. 

Fichtelit  CigHga  bildet  sich  durch  voll- 
ständige Hydrierung  des  Retens  und  findet 
sich  ebenfalls  in  Torflagern  Fp.  46*^. 

Retenchinon  CjgHigOa  ist  durch  seine 
Reaktionsfähigkeit  mit  o-Phenylendiamin 
als  o-Diketon  charakterisiert. 


CH, 


>-CH(CH3)2 


0    0 


Orangefarbene  Nadeln  von  Fp.  197".  Löst  sich 
in  konzentrierter  Schwefelsäure  mit  grüner 
Farbe. 

Chrysen  C^gHij, 


934 


Kondensierte  Ringsysteme 


findet  sich  im  Steinkohlenteer,  bildet  farblose 
liristalle,  welche  in  festem  Zustande  und  in 
Lösung  eine  rotviolette  Fluoreszenz  zeigen; 
Fp.  250,  Sdp.  448"  bei  gewöhnlichem  Druck. 
Der  Konstitutionsnachweis  beruht  darauf, 
daß  das  aus  Chrysochinon  erhaltbare  durch 
einen  Mindergehalt  von  CO  unterschiedene 
Chrysoketon  synthetisch  aus  o-Naphtoyl- 
bcnzoesäure  gewonnen  werden  kann.  Ferner 
läßt  sich  ein  Dioxychrysen  durch  Synthese 
gewinnen  und  auch  Chrysen  selbst.  Das 
vollständig  hydrierte  Chrysen  (Perhydro- 
chrysen)  C1.2H30  schmilzt  bei  115*'. 
Chrysochinon  CxsH^qOo, 


rotgelbe  Nadeln  von  Fp.  239,5'*,  die  sich  in 
Schwefelsäure  mit  blauer  Farbe  lösen. 
Picen  C00H1.., 


findet  sich  in  den  höchst  siedenden^  Rück- 
ständen der  Braunkohlen-  und  Petroleum- 
destillation, bildet  weiße,  blau  fluoreszierende 
Tafeln  vom  Fp.  364«.  Die  Substanz  leitet 
sich  einerseits  vom  |S-Dinaphtyl  ab,  zu  welchem 
das  Picenchinon  abgebaut  werden  kann, 
andererseits  vom  aa-Dinaphtyläthylen,  wo- 
raus sich  ihre  Formel  ergibt.  Entsteht  syn- 
thetisch aus  Naphtalin,  Aethylenbromid  und 
Aluminiumchlorid.  Das  Picenchinon  C22H12O2 
ist  ein  kristallinisches,  ziegelrotes  Pulver. 
Fluoren  CigH^o 

/CHo' 


wird  aus  der  dem  Sdp.  294"  entsprechenden 
Fraktion  des  Steinkohlenteers  gewonnen. 
Ist  auch  synthetisch  erhalten  worden.  Die 
Reindarstellung  wird  dadurch  erleichtert, 
daß  die  Substanz  beim  Erhitzen  mit  Aetzkali 
eine  Kaliumverbindung  C13H9K  und  mit 
Natriumamid  eine  Natriumverbindung  gibt, 
welche  mit  Wasser  wieder  zerlegt  werden. 
Glänzende  Blättchen  vom  Schmelzpunkt 
116".  Die  Bildung  von  Fluoren  aus  Diphe- 
nylenkcton  (s.  u.)  bei  der  Destillation  mit 
Zinkstaub  und  die  pyrogene  Synthese  aus 
Diphenylmethan  beweisen  die  Konstitution, 


noch  sicherer  die  Entstehung  beim  Verkochen 
der  Diazoniumverbindung  des  o-Aminodi- 
phenylmethans.  Die  beiden  Wasserstoff- 
atome der  CHo-Gruppe  sind  reaktionsfähig 
und  bilden  mit  Hilfe  von  Natriumäthylat 
Kondensationsprodukte. 

Fluorenon   (Diphenylenketon)   C13H3O, 

COx" 


gelbe  Kristalle  von  Fp.  84",  entsteht  auch 
aus  Phenanthrenchinon  durch  Erhitzen  mit 
gebranntem  Kalk  oder  Bleioxyd.  Bei  der 
Reduktion  des  Fluorenons  mit  Natrium- 
amalgam geht  die  CO-Gruppe  in  CHOH  über, 
es  entsteht  Fluorenalkohol  vom  Fp.  156". 
Dibiphenylenäthen  C26Hjß 


entsteht  durch  Erhitzen  von  Fluoren  mit 
Bleioxyd  auf  360".  Rote  Nadeln  vom  Fp. 
188".  JDie  auffallende  Färbung  kommt  durch 
Kombination  der  Aethylendoppelbindung 
mit  den  kondensierten  Ringen  zustande. 
Retenfluoren  Cj^-H^g, 


CH, 


(CH3)2CH 


CH, 


Fp.  97".  Ist  künstlich  aus  Retenchinon  durch 
Ueberführung  in  Retenketon  und  Reduktion 
erhalten  worden.  Fluoresziert  violett  in  al- 
koholischer Lösung. 

Chrysofluoren  C^^B.^^, 


silberglänzende  Tafeln  von   Sp.   188".     Aus 
Chrysoketon  durch  Reduktion. 

Picenfluoren  (Dinaphtofluoren)  CoiHi4. 

CH, 


Aus  Picenchinon    über  das  um  CO  ärmere 
Picylenketon  durch  Reduktion.    Fp.  230". 


Kondensierte  Ringsysteme 


935 


Acenaphten  CigHio 

CH,— CH. 


säure  (1,  4,  5,  8)  erhalten  werden  kann.  Die 
Verteilung  der  Bindungen  ist  wahrscheinlich 
der  Formel  entsprechend. 

Pyrenchinon  CjeHgOa,  ziegelrote  Na- 
deln vom  Fp.  282.  Reagiert  nicht  mit  o- 
Diaminen;  die  Formel  ist  nur  wahrscheinlich. 

a-Naphtochinolin  C^gllgN, 


findet   sich   im   Anthracenöl;    Nadebi    vom 
Fp.  95°,  Sdp.  2790.    Die  Konstitution  ergibt 
sich  aus  der  Ueberführbarkeit  in  Naphtal- 
säure  (1,8-Naphtalindikarbonscäure). 
Acenaphtylen  CiaHg, 
CH  =  CH 


gelbliche  Tafeln  vom  Fp.  92  bis  93».  Siedet 
gegen  265"  nicht  unzersetzt.  Entsteht  beim 
Ueberleiten  von  Acenaphten  über  rotglühen- 
des Bleioxyd. 

Acenaphtenchinon  CioHgOg, 

CO  — co" 


schmilzt  bei  52*^  und  siedet  bei  35P  (corr.); 
entsteht  durch  Erhitzen  von  a-Naphtylamin 
mit  Nitrobenzol,  Glyzerin  und  Schwefel- 
säure; gibt  ein  schwerlösliches  Bichromat. 
^-Naphtochinolin  C13H9N 


gelbe  Nadeln  vom  Fp.  261''.     Wird  durch 
Oxydation  von  Acenaphten  dargestellt. 
Fluor  an  then  (Idryl)  C15H10, 
CH  =  CH 


.CH 


in  den  höchstsiedenden  Bestandteilen  des 
Steinkohlenteers  und  im  Stupp  von  Idria, 
Nadeln  vom  Fp.  109  bis  110",  siedet  unter 
60  mm  Druck  bei  250";  löst  sich  in  Schwefel- 
säure mit  blauer  Farbe. 
Pyren  G^^^^^, 


hat  den  Fp.  93,5",  Sdp.  350"  (721  mm);  bildet 
sich  wie  die  a-Verbindung  aus  /5-Naphtyl- 
amin.    Die  alkoholische  Lösung  wird  durch 
Eisenchlorid  braun  gefärbt. 
Phenantridin  CjgHgN, 

/CH  =  Nv 


entsteht  durch  pyrogene  und  andere  Syn- 
thesen, z.  B.  durch  Erhitzen  von  Formyl- 
aminobiphenyl  mit  Zinkchlorid.  Fp.  1Ö4, 
Sdp.  oberhalb  360".  Die  wässerige  Lösung 
der  Base  und  ihrer  Salze  fluoresziert  blau. 
Anthrachinolin  Ci^H^^N, 


heUzitronengelbe  Tafeln  vom  Fp.  149  bis  150". 
Der  Sdp.  liegt  bei  gewöhnlichem  Druck  weit 
oberhalb  360".  Findet  sich  im  Stupp  und  den 
letzten  Anteilen  des  Steinkohlenteers,  die 
Lösungen  zeigen  blaue  Fluoreszenz.  Der 
Konstitutionsnachweis  gründet  sich  darauf, 
daß  durch  Oxydation  Naphtalintetrakarbon- 


aus  ^-Anthramin,  Nitrobenzol,  Glyzerin  und 
Schwefelsäure  durch  Erhitzen,  aus  Alizarin- 
blau durch  Glühen  mit  Zinkstaub.  Fp.  170", 
Sdp.  446".  Die  Lösungen  der  Base  fluores- 
zieren blau,  die  der  Salze  grün. 
Phenanthrolin  CioHgNg, 

N^ 


936 


Kondensierte  Ringsysteme  —  Konstitution 


durch  Erhitzen  von  m-Phenylendiamin  mit 
m-Dinitrobenzol,  Glyzerin  und  Schwefelsäure. 
Die  wasserhaltige  Verbindung  schmilzt  bei 
65,5",  die  wasserfreie  bei  78",  der  Sdp.  liegt 
oberhalb  360». 

Bezüglich  zahlreicher  anderer  Verbin- 
dungen mit  kondensierten  Ringsystemen  sei 
auf  die  Lehr-  und  Handbücher  verwiesen. 

Literatur.  Beilstein,  Handbuch  der  organischen 
Chemie,  S.  Anß.  Hamburg.  —  V.  Meyer 
und  P.  Jacobson,  Lehrbuch  der  organischen 
Chemie.     Leipzig.  —  Pictet  und  Raniseyer, 

Berichte  der  deutschen  chemischen  Gesellschoß, 
44,  S.  2486.  Berlin  1911.  —  B.  Meyer,  Be- 
richte der  deutschen  chemischen  Gesellschaft,  45, 
S.  1609.     Berlin  1912. 

Heien.  Konstitution:  Baniberger  und 
Hooker,  Liebigs  Annalen  der  Chemie,  229, 
S.  102.  Leipzig  1SS5.  —  Fortner,  Monatshefte 
für  Chemie,  25,  S.  4^3.  Wien.  —  Lux, 
Monatshefte  für  Chemie,  29,  S.  76 J.  Wien  1909  ; 
Berichte  der  deutschen  chemischen  Gesellschaft, 
43,  <S.  688.  Berlin  1910;  Monatshefte  für  Chemie, 
31,  S.  939.  Wien  1910.  —  Bücher,  Journal 
American  Chemical  Society,  32,  S.  -174,  1910. 

Chrysen.  Konstitution:  Graebe,  Berichte 
der  deutschen  chemischen  Gesellschaft,  29,  <S'.  826, 
1896.  —  Bamberger  und  Kranzfeld,  Be- 
richte der  deutschen  chemischen  Gesellschaft,  18, 
S.  1931,  1885.  —  Beschke,  Liebigs  Annalen 
der  Chemie,  384,  S.  143.  Leipzig  1911.  -- 
Weitzenböck  und  Lieb,  Monatshefte  für 
Chemie,  ^S'  S.  549,  1912. 

Picen.  Konstitution:  Baniberger  und 
Chattawey,  Berichte  der  deutlichen  chemischen 
Gesellschaft,  26,  *S'.  1751,  1893.  —  Dieselben, 
Liebigs  Abmalen  der  Chemie,  284,  S.  52,  1895. 
—  Liebermann  und  Witt,  Berichte  der 
deutschen  chemischen  Gesellschaft,  20.  S.  2444, 
1887.  —  Hirn,  Berichte  der  deutschen  chemischen 
Gesellschaft,  32,  S.  3341,  1899.  —  Lespien, 
Bulletin  de  la  Societe  chimique  (3),  6,  S.  238. 
Paris  1891.  —  Synthese:  A.  Homer,  Journal 
of  the  Chemical  Society,  97,  S.  1141-  London 
1910. 

Fluor  en.  Konstitution:  Graebe,  Be- 
richte der  deutschen  chemischen  Gesellschaft,  6, 
S.  127,  187S;  J,  S.  1623,  I874.  Liebigs  Annalen 
der  Chemie,  174,  194,  1874.  —  Fittig,  Berichte 
der  deutschen  chemischen  Gesellschaft,  6,  S.  187, 
1873.  —  Fittig  und  Schmitz,  Uebigs  Annalen 
der  Chemie,  193,  S.  135,  1878.  —  O.  Fischer 
und  Schmidt,  Berichte  der  deutschen  chemischen 
Gesellschaft,  27,  S.  2787,  1894.  —  Reaktions- 
fähigkeit: Thiele,  Berichte  der  deutschen 
chemischen  Gesellschaft,  33,  S.  852,  1900.  — 
Natriumsah:  Weissgerber,  Berichte  der 
deutschen  chemischen  Gesellschaft,  41,  S.  2913, 
1908. 

Rete nfl noren.  Konstitution :  Baniberger 
und  Hooker,  Liebigs  Annalen  der  Chemie, 
229,  *S'.  145,  1885. 

Acenaphten,  Konstitution:  Behr  und 
van  Uorp,  Liebigs  Annalen  der  Chemie,  172, 
.S'.  266,  I874.  —  IJllmann  und  Cassirer, 
Berichte  der  deutschen  chemischen  Gesellschaft, 
43,  S.  /t39,  1910. 

Pyren.  Konstitution:  Bamberger  und 
Philip,     Liebigs    Annalen     der     Chemie,    240, 


S.  158,  1887.  —  G.  Goldschmidt,  Liebigs 
Annalen  der  Chemie,  351,  S.  218,  1907.  — 
Langstein,  Monatshefte  der  Chemie,  31,  S.  861, 
1910. 

G.  Heller. 


König 

Rudolf. 

Geboren  am  26.  November  1832  in  Königsberg 
i.  Pr.,  gestorben  am  2.  Oktober  1901.  Er  war 
der  Sohn  eines  Gymnasialprofessors,  studierte 
in  Königsberg,  und  trat  darauf  im  Jahre  1852 
in  die  Fabrik  für  Saiteninstrumente  von  Vuil- 
laume  in  Paris  ein.  1859  errichtete  er  dort  eine 
eigene  Werkstätte  für  akustische  Instrumente, 
deren  er  eine  große  Anzahl  in  subtilster  Aus- 
führung fabrizierte.  Dieser  Beruf  regte  ihn  zu 
wissenschaftlichen  Untersuchungen  auf  dem 
Gebiet  der  Akustik  an.  und  er  war  es,  der  vor 
anderen  die  unmittelbare  experimentelle  Dar- 
stellung der  Wellennatur  des  Schalles  auf  mannig- 
faltige Weise  erreichte.  Am  bekanntesten  ist 
seine  Methode  der  ,,Königschen  Kapsel".  Seine 
Untersuchungen  und  deren  Ergebnisse  faßte  er 
1882  in  einer  Schrift  Quelques  experiences  d'acou- 
stique  zusammen.  1868  verlieh  die  Universität 
Königsberg  ihm  die  Doktorwürde. 

E.  Drude, 


Konstitution. 


1.  Das  Problem  der  Konstitutionsbestimmung 
und  seine  Entwickelung.  2.  Prinzipien  der 
Konstitutionsbestimmung  organischer  Verbin- 
dungen: a)  Konstitutionsbestimmungen  auf 
Grundlage  der  Valenz  der  gebundenen  Atome; 
b)  diuch  Synthese,  Abbau  und  chemische  Re- 
aktionen; c)  durch  Untersuchung  der  Zahl 
isomerer  Derivate;  d)  durch  Studium  der  phy- 
sikalischen Eigenschaften.  3.  Die  Bedeutung 
der     Konstitutionsformeln     und    ihre     ;\Iängel. 

4.  Versuche  zur  Erweiterung  der  Strukturbilder. 

5.  Konstitution  anorganischer  Verbindungen. 

I.  Das  Problem  der  Konstitutionsbe- 
stimmung und  seine  Entwickelung.  Die 
für  die  Entwickelung  der  Chemie  grund- 
legende Auffassung,  daß  die  ^laterie  aus 
einem  Aggregat  von  Molekülen  besteht,  die 
Moleküle  selbst  aber  aus  Atomen  zusammen- 
gesetzt sind,  verlangt  eine  Beantwortung  der 
Frage,  wie  die  Atome  in  den  [Molekülen  der 
einzelnen  Stoffe  gruppiert  sind.*  Dies  Pro- 
blem, daß  man  als  die  Frage  nach  der  che- 
mischen Konstitution  oder  Struktur  der 
Moleküle  bezeichnet,  wurde  besonders  drin- 
gend durch  die  Entdeckung  der  chemischen 
Isomer ie.  Darunter  versteht  man  die 
Erscheinung,  daß  Stoffe  von  gleicher  quali- 
tativer und  quantitativer  Zusammensetzung 


Konstitution 


937 


und  gleicher  Molekulargröße  sich  durch  ihre 
physikalischen  und  chemischen  Eigenschaften 
unterscheiden  können  (vgl.  den  Art.  ,,Iso- 
nierie");  sie  wird  verständhch  durch  die 
Annahme,  daß  in  isomeren  Stoffen  die 
Atome  im  Molekül  verschiedenartig  ange- 
ordnet sind.  Auf  welche  Weise  ist  es  nun 
möglich,  über  diese  Dinge,  die  der  direkten 
Beobachtung  weit  entrückt  sind,  etwas  aus- 
zusagen ?  Ein  Weg  dazu  wäre  offenbar  dann 
gegeben,  wenn  man  über  die  Kräfte,  welche 
zwischen  den  Atomen  wirksam  sind,  etwas 
wüßte  oder  wenigstens  bestimmt  formulierte 
Voraussetzungen  machte.  In  der  Tat  ist 
die  erste  umfassende  Theorie  der  Kon- 
stitntion chemischer  Verbindungen  aus  einer 
Hypothese  über  die  Natur  der  chemischen 
Ki'äfte,  der  chemischen  Affinität  ausge- 
gangen. Es  ist  dies  die  elektrochemische 
Theorie,  welche  von  J.  J.  Berzelius  im 
Jahre  1812  aufgestellt  worden  ist.  Der 
Grundgedanke  derselben  ist  der,  daß  der 
Zusammenhang  der  Atome  durch  elektrische 
Anziehung  bewirkt  wird.  Die  Elementar- 
atome seien  mit  gewissen  Elektrizitätsmengen 
beladen,  wobei  je  nach  der  Natur  der  Atome 
die  positive  oder  negative  Elektrizität  über- 
wiege; und  bei  der  Verbindung  der  Atome 
kämen  dann  diese  Elektrizitäten  mehr  oder 
weniger  vollständig  zum  Ausgleich.  So 
vereinigt  sich  das  stark  positive  Kalium 
mit  dem  negativen  Sauerstoff  zum  Kalium- 
oxyd K2O,  andererseits  Schwefel  mit  Sauer- 
stoff zu  Schwefeltrioxyd  SO3;  wegen  der 
ungleichen  Größe  der  Ladungen  bleibt  je- 
doch im  KoO  ein  Quantum  positiver,  im 
SO 3  ein  Quantum  negativer  Elektrizität 
überschüssig,  und  daher  können  diese  zwei 
Stoffe  zum  Kaliumsulfat  K2O.SO3  zu- 
sammentreten. In  derselben  Weise  kann 
dann  nochmals  das  schwach  positive  Kalium- 
sulfat mit  dem  schwach  negativen  Aluminium- 
sulfat zu  einem  Doppelsalz,  dem  Alaun 
(K2O.SO3)  (AI0O3.3SO3)  sich  vereinigen. 
Nach  dieser  Auffassung,  die  man  auch  als 
die  dualistische  bezeichnet,  besteht  dem- 
nach jeder  zusammengesetzte  Stoff  aus  zwei 
Bestandteilen,  einem  positiven  und  einem 
negativen,  die  entweder  Elemente  sein 
können  oder  aber  selbst  wieder  in  einen 
positiven  und  negativen  Bestandteil  zu 
trennen  sind.  Die  elektrochemische  Theorie 
ist  auf  dem  Boden  der  anorganischen 
Chemie  erwachsen  und  hatte  den  Erfolg, 
dies  Gebiet  in  klarer  und  systematischer 
Weise  zusammenzufassen. 

x\lsdann  versuchte  man,  die  dualistische 
Auffassung  auch  auf  das  Gebiet  der  Kohlen- 
stoff Verbindungen  zu  übertragen  und 
kam  zu  der  Anschauung,  daß  Komplexe  aus 
Kohlenstoff  mit  anderen  Elementen  die  Rolle 
übernehmen  können,  welche  bei  den  an- 
organischen  Verbindungen   die    Grundstoffe 


spielen.  Solche  zusammengesetzte  Ra- 
dikale, die  bei  einer  größeren  Anzahl  von 
Umsetzungen  intakt  blieben,  suchte  man 
als  Bestandteile  der  organischen  Verbin- 
dungen auf  und  definierte  schließlich  gerade- 
zu die  organische  Chemie  als  die  Chemie 
der  zusammengesetzten  Radikale  (vgl.  den 
Artikel  „Radikale"). 

Die  wichtigsten  Stützen  dieser  Auf- 
fassung waren  die  bahnbrechenden  Unter- 
suchungen von  Gay  Lussac  über  Cyan- 
verbindungen,  von  Liebig  und  Wöhler  über 
das  Radikal  der  Benzoesäure  und  von 
Bunsen  über  das  Kakodyl.  Auf  die  Wand- 
lungen, welche  der  Begriff  Radikal  im 
Laufe  der  Zeit  durchmachte,  kann  an  dieser 
Stelle  nicht  eingegangen  werden. 

Von  großer  Tragweite  wurden  die  Ver- 
suche und  'Ansichten  von  Dumas  und 
Laurent  (um  1835)  über  die  Einwirkung 
von  Chlor  auf  organische  Verbindungen, 
welche  zu  dem  Sturz  der  elektrochemischen 
Theorie  führten,  zugleich  aber  den  wichtigen 
und  grundlegenden  Begriff  der  S  u  b  s  ti  tu  t  i  0  n 
in  den  Vordergrund  schoben.  Es  zeigte 
sich  nämUch,  daß  sehr  häufig  Wasserstoff 
durch  die  äquivalente  Menge  Chlor  ersetzt 
werden  konnte,  ohne  daß  der  chemische 
Charakter  der  betreffenden  Substanz  da- 
durch grundsätzlich  geändert  wurde.  So 
ließen  sich  beispielsweise  in  der  Essigsäure 
C2H4O2  sukzessive  3  Wasserstoffatome  durch 
Chlor  ersetzen,  man  gelangte  schließlich  zu 
der  Trichloressigsäure  C2CI3HO2,  die  der 
Essigsäure  noch  sehr  ähnlich  ist  und  auch 
in  diese  zurückverwandelt  werden  kann. 
Man  nahm  an,  daß  bei  solchen  Substi- 
tutionen das  elektronegative  Chlor  an  die- 
selbe Stelle  im  Molekül  tritt,  welche  im 
Ausgangsmaterial  der  positive  Wasserstoff 
eingenommen  hatte.  Der  Widerspruch  mit 
der  elektrochemischen  Auffassung  tritt  hierin 
deutlich  zutage. 

Die  nun  folgende  Epoche  des  Kon- 
stitutionsproblems  ist  die  Zeit  der  Typen- 
theorie, die  durch  D  u  m  a  s  begründet,  durch 
Laurent  und  insbesondere  durch  Ger- 
hardt um  die  Mitte  des  vorigen  Jahrhunderts 
ausgebildet  wurde.  Sie  ist  charakterisiert 
dadurch,  daß  man  die  Elektrizität  als  Ur- 
sache der  chemischen  Verbindungen  fallen 
ließ  und  überhaupt  von  Spekulationen  über 
die  Natur  der  zwischen  den  Atomen  wir- 
kenden I\jäfte  ganz  absah.  Man  verglich 
schematisch  die  organischen  Verbindungen 
nach  ihrer  Zusammensetzung  mit  einfachen 
anorganischen  Substanzen  und  leitete  sie 
von  solchen  ab,  indem  man  Wasserstoff 
durch  organische  Reste  ersetzt  dachte.  So 
gelangte  man  zu  einem  System  der  orga- 
nischen Verbindungen,  das  auf  gewisse  ein- 
fache Typen  zurückging.     Vom  Typus  des 


938 


Konstitution 


Wasserstoffs 


Hl 
H/ 


leitete    man    z.    B.    das 


Aethan  q  xj  ( ,  vom  Typus  der  Salzsäure  q^j 

rt  TT    \ 

das    Chloräthyl    rf    ^  j    vom    Typus 


des 


TT|  TT  \ 

Wassers   tt  0    den    Aethylalkohol    r;  u  fO 


Vom 


p    TT    \ 

und  den  Diäthyläther  p^jj^f^    *^^- 

Typus  des  iVmmoniaks  H  N  das  Aethylamin 

C2H5]  CaHg^ 

H  m,  das  Diäthylamin  C2H5  N  und  Tri- 
H      J  H      ) 

CA) 
äthylamin:  C2H5  N. 

Man  erreichte  durch  diese  Art  der  Dar- 
stellung, daß  die  Zusammengehörigkeit  von 
chemisch  ähnlichen  Stoffen  sowie  von  ana- 
logen chemischen  Reaktionen  klar  und 
deutlich  zum  Ausdruck  gelangte.  Der 
Hauptmangel  der  typischen  Ausdrucksweise 
bestand  darin,  daß  die  Frage  nach  der  Kon- 
stitution der  kohlenstoffhaltigen  Komplexe, 
der  Radikale  selbst,  unbeantwortet  blieb. 
Die  Forderung,  bei  der  Erklärung  der 
Eigenschaften  chemischer  Verbindungen  bis 
auf  die  Elemente  selbst  zurückzugehen, 
welche  jene  Radikale  zusammensetzten,  wurde 
in  eindringlicher  Weise  von  Kekule  1858  er- 
hoben. Eine  Annäherung  an  dies  Ziel  be- 
deutete die  Aufstellung  des  Tvpus  Methan 

^1 
Hl 
TT  C,    von    dem    durch    Substitution    eine 

Hl 

Reihe  von  Derivaten  abgeleitet  werden 
konnte.  Klarheit  aber  konnte  erst  ge- 
schaffen werden  durch  die  Festlegung  des 
Begriffes  der  Sättigungskapazität  (oder 
Wertigkeit  oder  Valenz;  vgl.  den  Artikel 
,,Valenzlehre")  der  Elemente  und  Radikale, 
wodurch  erst  der  tiefere  Sinn,  welcher  den 
Typen  innewohnt,  deutlich  zum  Ausdruck 
kam.  Das  Wasserstoffatom  ist  als  ein- 
wertig zu  betrachten,  das  Sauerstoffatom, 
welches  sich  mit  zwei  x\tomen  Wasserstoff 
verbindet,  als  zweiwertig,  Stickstoff  ist  ein 
dreiwertiges,  Kohlenstoff  ein  vierwertiges 
Atom.  Die  Vereinigung  der  Elemente  zu 
Verbindungen  erfolgt  nach  Maßgabe  der 
Wertigkeit  der  einzelnen  Atome.  Nicht 
mehr  eine  Hypothese  über  das  ,,Wesen" 
der  zwischen  den  Atomen  wirkenden  An- 
ziehungskräfte ist  die  Grundlage  der  neuen 
Strukturlehre,  sondern  die  Konstanz  ge- 
wisser Zahlenverhältnisse  bei  der  Ver- 
einigung von  Atomen  zum  Molekül.  Auf 
diesem  Boden  ruht  dann  auch  der  neue 
Gedanke,  welcher  gestattete,  die  organischen 


Radikale  in  die  Gruppierung  der  Elemente 
aufzulösen  und  der  das  Fundament  der 
gesamten  Wciterentwickelung  der  organischen 
Chemie  wurde,  nämlich  die  Idee  von  der 
Verkettung  der  Kohlenstoffatome. 
Der  einfachste  Fall  der  Aneinanderlagerung 
zweier  Kohlenstoffatome  ist  der,  daß  sie 
durch  je  eine  Valenz  zusammengehalten 
werden;  es  bleiben  somit  6  Wertigkeiten 
übrig,  die  durch  andere  Atome  und  Elemente 
gesättigt  werden  können.  So  ergab  sich 
dann  für  das  Aethan  —  in  der  später  von 
Couper  und  Erlenmeyer  eingeführten 
Formulierung  durch  die  Buchstabensymbole 
der    Elemente    und    Valenzstriche    —    die 

H.  /H 

Struktur   H-7C — C.— H   und    es   ließen   sich 

w       \h 

die  Konstitutionsformeln  für  die  homologe 
Reihe  der  Kohlenwasserstoffe  entwickeln  und 
ihre  Derivate  durch  Substitution  auf  Grund- 
lage der  Wertigkeit  der  Elemente  daraus  ab- 
leiten (vgl.  die  Ai'tikel  ,, Chemische  Ver- 
bindungen", ,, Organische  Chemie"  und 
,,Isomerie").  Die  Konstitution  der  wasser- 
stoffärmeren Kohlenwasserstoffe  Aethylen, 
Acethylen  und  ihrer  Homologen  ließ  sich 
dann  in  der  Weise  auffassen,  daß  die  Kohlen- 
stoffatome durch  ie  2  und  3  Valenzen  an- 

H  H 

einander  festgehalten  wurden:  tt>C=C<tt 

und  H — C  =  C — H.  Die  Krönung  des  Ge- 
bäudes der  Strukturlehre  bedeutete  schließ- 
lich die  Aufstellung  der  Konstitutionsformel 
für  das  Benzol  durch  Kekule  und  die 
rationelle  Deutung  der  Isomerien  der  aro- 
matischen Verbindungen.  Wie  sich  dann 
die  Strukturlehre  weiter  entwickelt  hat 
und  wie  durch  van  t'Hoff  und  Le  Bei 
mit  dem  größten  Erfolge  die  Betrachtungen 
über  die  Bindungen  der  Atome  ausgedehnt 
wurden  auf  die  Betrachtung  der  räum- 
lichen Gruppierungen  im  Molekül,  wie 
die  Strukturlehre  sich  zur  Stereo- 
chemie entwickelte,  wird  in  den  iVitikeln 
,, Organische  Chemie"  und  ,,Isomerie" 
geschildert. 

2.  Prinzipien  der  Konstitutionsbestim- 
mung organischer  Verbindungen.  Ohne 
weitere  Berücksichtigung  der  historischen 
Entwickelung  sollen  nun  die  Prinzipien  er- 
örtert werden,  welche  der  Konstitutions- 
bestimmung organischer  Verbindungen  zu- 
grunde liegen. 

2a)  Konstitutionsbestimmung  auf 
Grund  der  Valenz  der  verbundenen 
Atome.  In  einfachen  Fällen  ergibt  sich 
aus  der  Kenntnis  der  Valenz  der  verbun- 
denen Atome  eine  eindeutige  Konstitutions- 
formel. So  gibt  es  für  den  Methylalkohol 
CH4O  und  für  Methylamin  CH5N  nur  je 
eine  Möglichkeit  der  Bindungsweise,  nämlich 


Konstitution 


939 


/g 


C< 


H 
0— H 


und      C 


,H 


ebenso  für  das  Aethan  C0H5  =  H-^C  —  C^H 

TT  H  TT 

und   Propan    CgHs  =  H^C  —  C  —  C^H. 
H  H        ^H 

Aber  schon  für  eine  Verbindung  C^üßO  sind 
zwei  Formeln  denkbar,  nämlich 


Hs 


y 


H 


H. 


-H 


H^C  —  C(  H         und     H  ;C  —  0  —  C^H. 
W  \0-H  W  \H  I 

Für  die   Verbindungen   komplizierterer   Zu- 
sammensetzungen   ergibt    sich    meist    eine  | 
sehr  große  Anzahl  möglicher  Konstitutions- 
formeln.     Zur   Entscheidung,   wie   die   ein- 1 
zelnen  Formeln   auf  die   vorliegenden   Ver- , 
bindungen     der     betreffenden     Zusammen-  j 
Setzung  zu  verteilen  sind,  sind  deshalb  noch  ■ 
andere  Prinzipien   der   Konstitutionsbestim- 
mung erforderlieh. 

2b)  Konstitutionsbestimmung  durch 
Synthese,  Abbau  und  chemische  Re- 
aktionen. Zur  Erläuterung  mag  das  ein- 
fache Beispiel  der  zwei  isomeren  Verbin- 
dungen CaHßO  Aethylalkohol  und  Methyl- 
äther dienen. 

Aethylalkoliol  kann  aus  dem  Aethan 
erhalten  werden,  indem  man  im  Aethan  ein 
H  durch  Cl  ersetzt  und  sodann  das  Aethyl- 
chlorid  mit  Silberoxyd  und  Wasser  be- 
handelt. Dabei  entsteht  Chlorsilber  und 
Aethylalkohol  und  man  deutet  die  Reaktion 
dahin,  daß  das  Chloratom  durch  die  Hydr- 
oxylgruppe substituiert  worden  ist. 

Hv  /H 

H-^C  — C^H  +  Ag  — 0  -H  > 


Stoffatome  im  Wasser.  Diese  besondere 
Stellung  kommt  nun  auch  in  dem  che- 
mischen Verhalten  des  Alkohols  zum 
Ausdruck.  Es  läßt  sich  ein  Atom  Wasser- 
stoff mit  besonderer  Leichtigkeit  substi- 
tuieren; zum  Unterschied  von  Aethan,  in 
dem  sämtliche  H-x\tome  am  C  sitzen,  ist 
Alkohol  reaktionsfähig  gegen  die  meisten 
Reagenzien,  die  leicht  mit  Wasser  reagieren. 
So  entwickelt  er  mit  Natrium  Wasserstoff, 
indem  ein  Atom  H  durch  Na  ersetzt  wird. 
Dem    Natriumalkoholat    erteilt    man    dem- 

H.  /H 

gemäß  die  Strukturformel   H  /C — C    H 

W  ^O-Na 

Auch  mit  Säurechloriden  tritt  der  Alkohol 
leicht  in  Reaktion,  so  zwar,  daß  dies  eine 
Atom  Wasserstoff  durch  den  Säurerest 
substituiert  wird. 

Für    das    Isomere    des    Aethylalkohols, 

H.  /H 

bleibt  nunmehr  die  Formel  H-^C — 0 — C,  -H 

H  '  H 

übrig.  Die  Formulierung  besagt,  daß  in 
dieser  Substanz  die  Kohlenstoffatome  nicht 
direkt  miteinander  verknüpft  sind,  sondern 
durch  Vermittlung  von  Sauerstoff.  Dem- 
entsprechend läßt  sich  auch  der  Methyl- 
äther nicht  aus  Aethan  herstellen.  Methyl- 
äther kann  synthetisch  gewonnen  werden 
durch  Einwirkung  von  Jodmethyl  auf  Na- 
triummethylat,  unter  Austritt  von  Jod- 
natrium. 


H-)C— 0~Na 
W 


H 


\, 


J— cfH 
^H 
/H 


H^  ^Cl 

H.  /H 

H^C  —  Cf  H  +  Ag  —  Cl. 


H 


0  — H 


Man  schließt  aus  dieser  Synthese,  daß  im 
Aethylalkohol  die  2  Kohlenstoffatome  mit- 
einander verknüpft  sind  wie  im  Aethan. 
Dieser  Schluß  wird  dadurch  gestützt,  daß 
man  den  Aethylalkohol  wieder  zum  Aethan 
abbauen  kann,  etwa  in  der  Weise,  daß 
man  ihn  mit  Jodwasserstoff  erhitzt.  Es 
wird  die  Hydroxylgruppe  durch  Jod  er- 
setzt und  das  entstandene  Jodäthyl  kann 
mit  naszierendem  Wasserstoff  zum  Aethan 
reduziert  werden. 

In  der  so  gewonnenen  Konstitutions- 
formel des  Aethylalkohols  unterscheidet  sich 
ein  Wasserstoffatom  von  den  fünf  übrigen 
durch  seine  besondere  Stellung.  Es  ist 
an    Sauerstoff   gebunden    wie    die    Wasser- 


H^C— 0— C:  H  +  Na  J 

Auch  der  Abbau  bestätigt  die  Kon- 
stitutionsformel des  Methyläthers.  Jod- 
wasserstoff wirkt  in  ganz  anderem  Sinne 
ein  als  auf  Aethylalkohol,  er  spaltet  das 
Molekül  in  zwei  Substanzen,  die  je  ein 
Atom  Kohlenstoff  enthalten,  nämlich  in 
Methylalkohol  und  Jodmethyl. 


Hv 


./ 


H 


H^C— 0— C(  H 
W  ^H 


HJ 


H.  yR 

H^C— 0— H  +  J— C^H 


R' 


H 


Für  das  chemische  Verhalten  des  Methyl- 
äthers schließlich  muß  man  aus  der  gegebenen 
Konstitutionsformel  den  Schluß  ziehen,  daß 
in  dieser  Substanz,  da  die  sämtlichen  Wasser- 
stoffatome in  gleicher  Weise  an  Kohlen- 
stoff gebunden  sind,  keines  sich  durch  be- 
sondere Reaktionsfähigkeit  auszeichnen  wird. 
Tatsächlich  entwickelt  auch  dieser  Aether 
mit  Natrium  keinen  Wasserstoff  und  reagiert 


940 


Konstitution 


nicht  mit  Säurechloriden  und  anderen  Ke- 
agenzicn  auf  Hydroxylgrupjjen.  In  ähnlicher 
Weise  lassen  sich  für  die  nngehener  große 
Zahl  der  organischen  Verbindungen  Kon- 
stitutionsformeln aufstellen,  indem  mangleich- 
zeitig  die  Valenz  der  Elemente,  die  Synthese, 
den  Abbau  und  die  chemischen  Reaktionen 
in  Betracht  zieht.  Indem  für  die  Kon- 
stitutionsbestininuing  der  verschiedenen  Kör- 
perklassen auf  die  Lehrbücher  der  organi- 
schen Chemie  und  auf  die  speziellen  Artikel 
in  diesem  Handbuch  verwiesen  sei,  mag  hier 
nur  noch  auf  einige  allgemeine  Gesichtspunkte 
hingewiesen  werden,  welche  dabei  in  Be- 
tracht kommen. 

Bei  der  Art  und  Weise,  wie  soeben  aus 
synthetischen  und  Abbaureaktionen  Schlüsse 
auf  die  Konstitution  gezogen  wurden,  ist 
stillschweigend  eine  Voraussetzung  gemacht, 
die  in  folgender  Weise  formuliert  werden 
kann:  Der  Verlauf  chemischer  Reaktionen 
erfolgt  in  der  Weise,  daß  an  den  Bindungs- 
verhältnissen der  Moleküle  möglichst  wenig 
geändert  wird,  daß  so  wenig  Valenzen  wie 
möglich  dabei  gelöst  und  neu  gebunden 
werden.  Wenn  man  z.  B.  die  Reaktion 
zwischen  Aethylchlorid  und  AgOH  formu- 
liert, wie  oben  angegeben  wurde,  so  ist 
dabei  vorausgesetzt,  daß  bei  dieser  Um- 
setzung nicht  etwa  die  C — C — Bindung  ge- 
sprengt wird,  sondern  daß  die  0 — H-Gruppe 
des  Silberhydroxyds  ohne  weitere  Ver- 
schiebung im  Molekül  den  Platz  einnimmt, 
den  vorher  das  Chloratom  inne  gehabt  hatte. 
Die  Berechtigung  einer  solchen  Annahme 
baut  sich  darauf  auf,  daß  alle  derartigen 
Konstitutionsbestimmungen  auf  der  Grund- 
lage einer  größeren  Reihe  von  synthetischen 
und  Abbauversuchen  gemacht  werden,  welche 
einheitlich  zu  einem  und  demselben  Resultate 
führen.  Man  kann  es  als  das  Prinzip  der 
Trägheit  der  Kohlenstoffverbindungen  be- 
zeichnen, das  sich  allgemein  in  der  Weise 
äußert,  daß  in  beliebig  großen  Molekülen 
organischer  Verbindungen  durch  Einwirkung 
geeigneter  Reagenzien  an  ganz  bestimmten 
Stellen  des  Moleküls  Umsetzungen  vorge- 
nommen werden  können,  ohne  daß  im 
Bau  des  Gesamtmoleküls  etwas  geändert 
wird.  Auf  dies  Prinzip  stützt  man  sich 
auch  bei  Abbaureaktionen,  indem  man  die 
Annahme  macht,  daß  die  Atomgruppierungen, 
welche  man  in  den  Spaltstücken  eines 
größeren  Moleküls  vorfindet,  in  diesem 
selbst  schon  vorhanden  gewesen  war  (vgl. 
den  Artikel  ,,Abbau").  Doch  nmß  gesagt 
werden,  daß  immerhin  recht  zahlreiche  Fälle 
bekannt  sind,  wo  das  Vertrauen  auf  diese 
Voraussetzung  zu  Trugschlüssen  geführt  hat. 
Bei  manchen  Reaktionen  finden  kompli- 
zierte und  unerwartete  Verschiebungen  in 
dem  Bau  des  Moleküls  statt.  So  erhält 
man  beispielsweise  aus  (H3C)3C— CH,.NH, 


mit  salpetriger  Säure  nicht,  wie  man  erwarten 
sollte,  den  Alkohol  (H3C)3C— CH2.OH,  son- 
dern statt  dessen  die  isomere  Verbinduns; 
(H3C)2C— C(0H).CH2CH3. 

Solche  Beobachtungen  zwingen  zur  Vor- 
sicht bei  der  Benutzung  dieses  Prinzipes  der 
Konstitutionsbestimmung;  man  kann  sich 
aber  vor  Irrtümern  dadurch  schützen,  daß 
man  eine  Strukturformel  nicht  auf  eine 
einzige  Reaktion  aufbaut,  sondern  durch 
Variation  der  Versuchsmethoden  und  durch 
Kombination  möglichst  zahlreicher  Syn- 
thesen und  Abbauresultate  zu  einem  unzwei- 
deutigen Resultate  zu  kommen  trachtet. 

Die  Konstitutionsbestimmung  durch  Stu- 
dium der  charakteristischen  Reak- 
tionen basiert  darauf,  daß  chemische  Ele- 
mente und  Elementgruppen  den  spezifischen 
chemischen  Charakter,  den  sie  in  einfachen 
Verbindungen  besitzen,  im  allgemeinen  bei- 
behalten, wenn  sie  in  ein  komplizierteres 
Molekül  eingefügt  werden.  So  zeigen  alle 
Verbindungen  ROH,  welche  die  Hydroxyl- 
gruppe enthalten,  eine  charakteristische  Re- 
aktionsfähigkeit gegen  eine  Reihe  von  Re- 
agenzien, gleichviel  ob  R  Wasserstoff  ist  — 
im  Wasser  —  oder  der  Rest  eines  Kohlen- 
wasserstoffs —  in  den  Alkoholen  — .  Die 
Natur  des  Radikales  R  modifiziert  immer- 
hin die  Reaktionsfähigkeit,  und  dadurch, 
daß  man  bei  vielen  Verbindungen  genau 
studiert  hat,  welcher  .Vi't  diese  Beein- 
flussung durch  verschiedene  Reste  ist,  kann 
man  bei  Konstitutionsbestimmungen  neuer 
Substanzen  Analogieschlüsse  auf  die  Ver- 
kettungsweise der  Hydroxylgruppe  ziehen. 
So  gibt  es  bestimmte  Reagenzien,  welche 
gestatten  zu  unterscheiden,  ob  die  Hydr- 
oxylgruppe   am    einfach    oder    doppelt  ge- 


bundenen    Kohlenstoff 


C— C— OH  oder 


^C=C— OHandieKarboxylgruppe— C:^9tt 

oder  an  Stickstoff  >jN[OH  gebunden  ist.  Das 
eingehende  Studium  solcher  Gruppen- 
reaktionen ist  ein  wichtiges  Hilfsmittel 
zur  Konstitutionsbestimmung  organischer 
Substanzen  —  Näheres  in  dem  am  Schluß 
zitierten  Lehrbuch  von  H.  Meyer. 

2c) Konstitutionsbestimmung  durch 
Untersuchung  der  Zahl  isomerer  De- 
rivate. Diese  iVi"t  der  Konstitutionsbe- 
stimmung besteht  darin,  daß  man  in  einer 
Substanz  ein  Atom  Wasserstoff  durch  irgend- 
ein anderes  Atom  oder  eine  Gruppe  R  er- 
setzt und  studiert,  wieviel  isomere  Deri- 
vate hergestellt  werden  können.  Die  Methode 
ist  i)rinzipiell  von  sehr  allgemeiner  An- 
wendbarkeit. Es  ließe  sich,  um  auf  das  oben 
angeführte  Beispiel  zurückzukommen,  die 
Konstitution  des  Aethvlalkohols  und  Methyl- 


Konstitution 


941 


äthers  in  der  Weise  bestimmen,  daß  man 
in  beiden  Substanzen  nnter  möglichster 
Variation  der  Versuchsmethodik  ein  Atom 
Wasserstoff  durch  Chlor  ersetzt.  Die  Struk- 
turformel des  Methyläthers  läßt  voraussehen, 
daß  wegen  der  Gleichheit  der  Bindunja;  der 
6H  -  Atome  nur  ein  einziges  Monochlor- 
substitutionsprodukt    darstellbar    sein    wird 


H^C— 0— C(H,    während     vom    Aethyl- 
W                ^Cl 

alkohol    sich    3    isomere    Chlorderivate    ab- 
leiten ließen: 

H-:c-c(-o-ci 

H-^C-C$C1 
H'           ^0— H 

Ck 
H^C- 

-C^H 
\0H 

Wegen  der  experimentellen  Mühseligkeit  und 
wegen  praktischer  Schwierigkeiten  wird  je- 
doch dies  Prinzip,  welches  den  Vorzug 
hat,  keine  neue  hypothetische  Voraussetzung 
einzuführen,  nur  relativ  selten  angewandt. 
Eine  historisch  sehr  wichtige  Rolle  hat  es 
bei  der  Ortsbestimmung  von  isomeren  Deri- 
vaten des  Benzols  gespielt.  Man  kennt 
bekanntlich  (v^gl.  die  xArtikel  ,,Isomerie" 
und  ,,Benzolderivate")  3  isomere  Di- 
Substitutionsprodukte  des  Benzols  C(-,H4R2, 
die  man  als  ortho-,  meta-  und  para-Ver- 
bindung  unterscheidet.  Die  Konstitution 
dieser  3  Reihen  konnte  man  in  der  Weise 
festlegen,  daß  man  ein  drittes  Wasserstoff- 
atom substituierte.  Aus  der  Orthover- 
bindung  können  2  isomere  Derivate  er- 
halten werden,  aus  der  Metaverbindung 
sämtliche  3  isomere,  aus  der  Paraverbindung 
jedoch  nur  eine  einzige  Verbindung: 


R 


R 


R 


R 


R 


R 


und 


R 


R 
R 


R 


R     ""^'      rI       Jr 


R 


R 


R 


R 


R 


2d)  Konstitutionsbestimmung  durch 
Studium  der  physikalischen  Eigen- 
schaften. Da  die  Grundlagen  der  Struktur- 
lehre aus  dem  Studium  der  chemischen 
Eigenschaften  gewonnen  wurden,  enthalten 
die  Strukturformeln  auch  nichts,  was  ge- 
stattete, einen  unmittelbaren  Schluß  auf 
die  physikalischen  Eigenschaften  der  Stoffe 
zu  ziehen  und  es  ist  deshalb  auch  umgekehrt 
nicht  möglich,  aus  physikalischen  Stoffkon- 
stanten unmittelbar  auf  die  Konstitution 
zu  schließen  —  eine  Ausnahme  macht 
das  optische  Drehungsvermögen  der  Sub- 
stanzen mit  asymmetrischem  Kohlenstoff  — . 

Trotzdem  ist  aber  das  Studium  der  phy- 
sikalischen Eigenschaften  ein  äußerst  wich- 
tiges Hilfsmittel  zurKonstitutionsbestimmung 
und  zwar  auf  folgender  Basis.  Die  Be- 
mühungen, die  physikalischen  Eigenschaften 
der  Verbindungen  aus  denen  der  Elemente 
abzuleiten,  eine  Forschungsrichtung,  welche 
vornehmlich  von  H.  Kopp  begründet  wurde, 


führten  zu  dem  Ergebnis,  daß  die  numerischen 
Werte  der  Eigenschaften  einer  Verbindung 
meist  nur  angenähert  die  Summe  der  Werte 
der  Komponenten  sind,  daß  sich  vielmehr 
über  diese  additiven  Beziehungen  kon- 
stitutive Einflüsse  überlagern,  welche  mehr 
oder  weniger  stark  hervortreten.  Bei  der 
weiteren  Verfolgung  dieses  Problems  ergaben 
sich  dann  bestimmte  Gesetzmäßigkeiten, 
welche  dartaten,  daß  bestimmten  Ver- 
änderungen der  Konstitution  bestimmte 
Aenderungen  der  Zahlenwerte  physikalischer 
Eigenschaften  entsprechen.  Daraus  folgt, 
daß  es  möglich  sein  muß,  aus  physikalischen 
Messungen  auf  Grund  von  Analogien 
Rückschlüsse  auf  die  Konstitution  zu  ziehen. 
Die  meisten  physikalischen  Eigenschaften  — 
das  spezifische  Gewicht  flüssiger  Substanzen, 
Schmelzpunkt  und  Siedetemperatur,  die 
thermischen  Konstanten,  Lichtbrechung  und 
Dispersion,  Lichtabsorption,  Fluoreszenz, 
magnetisches   Rotationsverraögen,  anormale 


942 


Konstitution 


elektrische  Absorption,  elektrisches  Leitver-  absoluten  Nullpunktes  zutreffend  ist.  So 
mögen,  insbesondere  auch  das  optische  sind  denn  auch  unsere  Konstitutionsformeln 
Drehungsvermögen  zeigen  konstitutiven  Cha- '  ein  noch  unvollständiger  Ausdruck  für  die 
rakter.  Praktisch  werden  gegenwärtig  ins-  Beweghchkeit  und  die  Reaktionsfähigkeit 
besondere  die  Bestimmungen  der  Molekular-  •  der  einzelnen  Gruppen  im  Molekül,  welche 
refraktion  und  -dispersion,  die  Lichtabsorp-  ja  ohne  Zweifel  mit  der  intramolekularen 
tion  als  allgemein  anwendbare  Methoden,  die  Atombewegung  im  Zusammenhang  stehen. 
Bestimmung  der  elektrischen  Leitfähigkeit,  Die  Möglichkeit,  das  chemische  Verhalten 
das  optische  Drehungsvermögen,  die  Ver-  einer  Substanz  aus  der  Konstitutionsformel 
brennungswärme  für  spezielle  Zwecke  der  abzulesen,  beruht  auf  Analogieschlüssen,  die 
Konstitutionsermittlung  verwendet  und  lei-  i  darauf  basiert  sind,  daß  Substitution  die 
sten  häufig  außerordentlich  wertvolle  Dienste.  .  Reaktionsfähigkeit  nur  mehr  oder  weniger 
Ueber  die  Ausführung  der  Messungen  und  modifiziert,  nicht  aber  grundsätzhch  ändert 
den  Anwendungsbereich  der  einzelnen  Me-  j  und  auf  empirischen  Regeln  über  die  Art 
thoden    vgl.    die    betreffenden    Artikel    in   dieser  Beeinflussung  durch  verschiedene  sub- 


diesem    Handbuch    sowie    die    am    Schluß 
zitierten  Werke. 

3.  Die  Bedeutung  der  Konstitutions- 
formeln  und  ihre  Mängel  (vgl.  dazu  die 
Artikel ,, Chemische  Verbindungen"  und 
,, Valenzlehre").  In  welcher  Weise  die 
soeben    besprochenen    Prinzipien    in     spe 


stituierende  Gruppen.  Bestimmte  Vor- 
aussagungen über  den  zeitlichen  Verlauf  einer 
Reaktion  sind  im  allgemeinen  nicht  möglich, 
Ungewißheiten,  ob  unter  gegebenen  Bedin- 
gungen diese  oder  jene  Reaktion  sich  vor- 
wiegend abspielen  wird,  sind  regelmäßig 
vorhanden.      Diese   Unbestimmtheit  in  der 


ziellen  Fällen  anzuwenden  sind,  wenn  esM^^'^^age  der  Konstitutionsfornieln  hängt 
sich  um  Bestimmung  der  Konstitution  einer  ! ''^"^•h  damit  zusammen,  daß  die  \alenz- 
S.ih^tnnr.    hanrlplt    läßt,   sifh    mcht   i.i    hfi- i  stnciie  keine  x\ngabe  uber  die    Größe   der 


Substanz  handelt,  läßt  sich  nicht  in  be 
stimmte  Regeln  fassen.  Es  gibt  keinen 
,,Gang"  der  Konstitutionsbestiramung,  wie 
es  etwa  einen  Gang  der  qualitativen  Analyse 
gibt;  die  Art  der  Kombination  von  Abbau- 
versuchen mit  synthetischen  Methoden,  die 
zweckmäßige    Anwendung    von    Reagenzien 


Kraft  enthalten,  welche  zwei  Atome  zu- 
sammenkettet, denn  die  Symbole  H — Cl, 
H — Br,  H — J  sollen  ja  keineswegs  bedeuten, 
daß  die  Affinität  zwischen  Wasserstoff  und 
den  verschiedenen  Halogenen  etwa  gleich 
groß  seien.    Ebenso  wird  die  Festigkeit  der 


und  geschickte  Benutzung  der  physikalischen  e'"iat'hen  Kohlenstottbindungen  C-C  durch 
Merkmale  muß  in  jedem  einzelnen  Falle  ^^^  ^'^^^i' ^f  ""V^^e^i^-^om  verbundenen 
einem  durch  Uebung  und  Studium  der  l  Gruppen  sehr  beeinflußt,  ohne  daß  dies  in 
Literatur  auszubildenden  Gefühl  des  For- 1  ^er  h  ormel  zum  Ausdruck  kommt  Auch 
Sehers  für  die  geeignete  Methodik  überlassen  nach  dieser  Richtung  hin  bedürfen  demnach 
bleiben.  Oft  genug  ist  jahrzehntelange '  ^l^e  Strukturiormeln  einer  dringenden  Er- 
mühsame Arbeit  nötig  gewesen,  um  das  ganzung.  ^  , 
Strukturbild  eines  in  der  Natur  sich  vor-  ,  .  2-  Die  Bindestriche  einer  Strukturtormel 
findenden   Farbstoffes   oder   Alkaloids   usw.    bringen   die   Beziehungen,   welche   zwischen 


zu  entschleiern. 


den   verschiedenen   Atomen   eines   Moleküls 


T,       AT  4-  ]  •        c*    1 4.    «         1  i  bestehen,  nur  in  unvollständiger  Weise  zum 

1  ''  Ä'V'  K  '"  .'T  ,^,\™lft^l^f«™el !  ^^^jgdruck.  Man  könnte  sich  eleu  Zusammen- 
dann  schheßlich  bringt,  bestj^ht  darm,  daß  j^^  ^-^^^^  ^^^^^^.^^^  -^^  ^j^^.  ^^j^^  vorstellen, 
Sic  in  einem  einfachen  und  leicht  zu  über-  daß  sämtliche  Atome  desselben  etwa  gleicher^ 
sehenden  Bilde  das  gesamte  cheniische  ^ev  ,^,^q,,,  Anziehungskräfte  aufeinander  aus- 
halten eines  Stoffes  zum  Ausdruck  bringt,  ..j^^^^^  unsere  Strukturformeln  besagen, 
Reaktionen  und  Umsetzungen  voraussehen  :  ^^ß  ^-^^^  ^^^^^^^  Auffassungsweise  nicht  zu^ 
laßt  und  synthetische  Bildungsweisen  vor-  ^^-^^^  ^^^  ^.^^^^^^^^.  -^^^^  j^^^^^^  ^^^^^.  ^^^-^ 
her  zu  sagen  gestattet.  einer  ganz  bestimmten  und  kleinen  Anzahl 

Die  ungeheure  Bedeutung  der  Kon-  anderer  Atome  in  Wechselwirkung  sich  be- 
stitutionsiormeln  für  die  organische  Chemie  findet.  Aber  diese  Art  der  Formulierung 
darf  aber  nicht  über  die  Unvollkommenheiten  igt  zweifellos  zu  extrem.  Die  Sachlage  hl 
und  Mangel  hinwegtauschen,  welche  der  i  ^ohl  in  Wirklichkeit  die,  daß  zwar  die 
Strukturlehre  in  ihrer  jetzigen  Gestalt  noch    Hauptlinien  der  Kräfte  zwischen  den  Atomen 


anhaften.     Auf  zwei  Punkte  sei  hierbei  vor 
allem  hingewiesen. 

1.  Die  Konstitutionsformeln  betrachten 
das  Molekül  als  ein  starres  Gebilde,  sie  sehen 
ab  von  den  Bewegungen,  welche  die  Atome 
innerhalb  des  Moleküls  erleiden  und  nehmen 
also  für  chemische  Moleküle  einen  Zustand 


verlaufen,  welche  in  den  Strukturformeln 
durch  Valenzstriche  verbunden  sind,  daß. 
aber  doch  nebenher  in  mehr  oder  weniger 
ausgeprägter  Weise  sich  alle  Atome  im 
Molekül  gegenseitig  anziehen  oder  abstoßen. 
Das  geht  daraus  hervor,  daß  jede  an  irgend- 
einer  Stelle    des  Moleküls    erfolgende    Sub- 


an,  der  höchstens  für  die  Temperatur  des   stitution    die    Reaktionsfähigkeit   jeder    be- 


Konstitution 


943 


liebigen   anderen    Gruppe   des   Moleküls   in 
irgendwelcher  Weise  modifiziert. 

4.  Versuche  zur  Erweiterung  der  Struk- 
turbilder. Das  oben  besprochene  Prinzip, 
daß  jede  Verkettungsweise  von  Atomen  ihre 
charakteristische  Reaktionsfähigkeit  unab- 
hängig von  der  sonstigen  Beschaffenheit  des 
Moleküls  im  wesentlichen  beibehält,  er- 
leidet zuweilen  Ausnahmen.  Einer  der 
interessantesten  Fälle  ist  die  Konsti- 
tutionsformel des  Benzols.  Aus  der 
synthetischen  Darstellungsweise  und  aus 
einer  Reihe  von  anderen  Gründen  folgt  für 
das  Benzol  die  von  Kekule  aufgestellte 
Konstitutionsformel 


H 
C 


HC 


X 


|CH 
GH 


C 
H 

Nach  dieser  Formulierung  besitzt  das  Benzol 
SKohlenstoff-Doppelbindungen,  welche  durch 
die  allgemeinen  chemischen  Reaktionen  dieser 
Doppelbindungen,  besondere  Additionsfähig- 
keit usw.,  gekennzeichnet  sein  sollten.    Diese 
besondere     Reaktionsfähigkeit    der     C  =  C 
Doppelbindung  fehlt  jedoch  dem  Benzol,  findet  1 
sich     aber     in     dem    Dihydrobenzol    und ' 
Tetrahydrobenzol  wieder  und  Baeyer   zog 
daraus   den    Schluß,   daß   die    Kekulesche 
Formel    kein    richtiger    Ausdruck    für    die  j 
Konstitution    des    Benzols    sei    und    befür-  i 
wortete  die  ,, zentrische"  Formel  : 

H 

C 


HG 


HC 


GH 
GH 


G 
H 

welche  in  der  Weise  gedeutet  wird,  daß 
die  6  Valenzen,  welche  gegen  die  Mitte 
des  Kernes  gerichtet  sind,  sich  in  einem 
besonderen  Zustande  der  gegenseitigen  Ab- 
sättigung  befinden  und  zusammen  zur  Sta- 
bilisierung des  Systems  beitragen.  Dieser 
besondere  Valenzzustand  verschwinde  aber, 
sobald  2  von  den  6  Valenzen,  etwa  durch 
Absättigung  mit  Wasserstoff  gesättigt  werden 
Dann  resultiert  ein  System  mit  2  gewöhn- 
lichen Doppelbindungen.  In  dieser  zen- 
trischen Formel  wird  also,  um  die  besondere 
chemische  Eigentümlichkeit  eines  Stoffes 
zum  Ausdruck  zu  bringen,  eine  besondere 
Art  des  Valenzausgleiches  angenommen. 

Das  Problem  der  strukturellen  Formu- 
lierung der  ungesättigten  Kohlenstoff- 


verbindungen hat  stets  die  Aufmerksam- 
keit in  besonderem  Maße  auf  sich  gezogen. 
Das  übliche  Schema  der  doppelten  Bindung 
G=G  erweckt  den  Eindruck,  als  sollte  damit 
eine  besonders  feste  Haftung  der  2  Kohlen- 
stoffatome zum  Ausdruck  gebracht  werden, 
während  gerade  die  große  Addiüonsfähigkeit 
charakteristisch  für  solche  Stoffe  ist.  Thiele 
hat  aus  diesem  Grunde  das  Symbol  G  =  G 

in  Vorschlag  gebracht,  das  bedeuten  soll, 
daß  die  Valenzkräfte  nicht  voll  aufgebraucht 
sind,  sondern  daß  bei  beiden  G-Atomen  ein 
gewisser  iVffinitätsrest,  die  Partialvalenz, 
übrig  bleibt.  Für  das  System  der  konju- 
gierten   Doppelbindung    gebraucht    Thiele 

12       3      4 
die  Formulierung  C  =  G  —  C  =G,  um  damit 

auszudrücken,  daß  solche  Substanzen  bei 
Additionsreaktionen  häufig  Addenten  in  1.4- 
Stellung    aufnehmen    und    dabei    in    Ver- 

12       3     4 
bindungen  G — G  =  C— C  übergehen,  während 

I      :       ^      I 
X  X 

die  ältere  Formulierung  nur  Addition  in 
1.2-  oder  3.4- Stellung  voraussehen  läßt. 
Das  Benzol,  welches  3  konjugierte  Doppel- 
bindungen enthält,  bekommt  dann  folgendes 
Bild 

H 
G 

Hcf  \gH 
HG^    /gH 

G 
H 

welches  die  besondere  Eigentümlichkeit  des 
chemischen  Verhaltens  gut  widerspiegelt. 
Auch  für  die  kondensierten  Kerne  Naphtha- 
lin, Anthracen  haben  die  Partialvalenz- 
formeln  sinngemäße  iVnwendung  gefunden, 
während  freilich  das  chemische  Verhalten 
des  Zyklooktotetraens 

H   H 
/G=G^ 

HG  GH 

II  II 

HG  GH 

\c=g/ 

H   H 

das  die  normale  Additionsfähigkeit  von  un- 
gesättigten Substanzen  zeigt,  mit  dieser 
Theorie  kaum  in  Einklang  zu  bringen  ist. 
Es  ist  ersichthch,  daß  diesen  Formu- 
lierungen eine  Auffassung  der  Valenz  zu- 
grunde liegt,  welche  diesen  Begriff  nicht 
als  reinen  Zahlbegriff  verstanden  haben  wiU 
—  Fähigkeit,  eine  bestimmte  Anzahl  ein- 
wertiger  Elemente    zu    binden  — ,    sondern 


944 


Konstitution 


damit  die  Vorstelluni?  einer  bestimmten,  bis 
zu  einem  <];ewissen  (irad  konstanten  Kraft 
verbindet.  Es  ist  eine  Frage  von  ffrößtem 
Interesse,  wie  sich  diese  limwandlung  des 
Valenzbef(ril'fes  entwickeln  und  ob  eine 
schärfere  Präzisieruns  möglich  sein  wird. 
Die  neuere,  später  zu  besprechende  Auf- 
fassung über  die  Konstitution  anorganischer 
Verbindungen,  welche  auf  dem  Begriff  der 
Nebe  nvalenzen  aufbaut,  hat  nicht  ver- 
säumt, ihren  Einfluß  auf  die  organische 
Chemie  geltend  zu  machen.  Hier  handelt 
es  sich  einerseits  um  die  oben  angedeutete 
Frage,  für  Beziehungen,  welche  zwischen 
den  Atomen  im  Molekül  bestehen,  aber 
in  dem  Valenzstrichschema  nicht  zum  Aus- 
druck gelangen,  geeignete  Symbole  zu  finden, 
andererseits  um  Formulierungen  für  die 
sogenannten  Molekular  Verbindungen.  In 
die  erste  Kategorie  gehört  die  Formulierung 
innerer  Komplexsalze  organischer  Säuren. 
Dafür  mag  ein  Beispiel  angeführt  werden. 
Cuprisalze  vereinigen  sich  bekanntlich  mit 
Ammoniak  und  man  nimmt  an,  daß  das- 
selbe durch  Nebenvalenzen  gebunden  wird : 

H3N. 

^.>CuS04. 

H3N' 

Die  Aminoessigsäure  gibt  ein  Kupfersalz, 
dessen  Eigenschaften  darauf  hinweisen,  daß 
es  nicht  wie  essigsaures  Kupfer  als  (H2N 
.CH2.C02)2Cu  zu  formuheren  ist,  sondern 
daß  man  es  den  Cuprammoniumverbindungen 
an  die  Seite  stellen  muß.  Man  kommt  da- 
durch zu  folgender  Konstitutionsformel: 
H2N  — CH,  -C  =  0 


einem  organischen  und  einem  anorganischen 
Bestandteil  zusammengesetztenVerbindungen 
ist  jedenfalls  ungeheuer.  Bei  dem  Versuch, 
eine  Systematik  derselben  aufzustellen,  wird 
es  sich  wohl  darum  handeln,  eine  Grenze 
der  Verbindungsfähigkeit  organischer  Mole- 
küle und  eine  Zahl  aufzufinden,  durch 
welche  diese  Verbindungsfähigkeit  charak- 
terisiert ist.  Als  Beispiele  mögen  angeführt 
werden     Verbindungen     von    Ketonen     mit 

Säuren  und  mit  Metallsalzen       >CO...HX 


R' 


K 


und      \O..MeX;    ferner  die  große  Gruppe 

der  Chinhydrone 

0  OH 


0  OH 

und  der  merichinoiden  Verbindungen: 
R  HR 

N N 


H,N 


N- 
R 


...N 
HR 


C  =  0 


bei  welcher  das  Kupfer  noch  mit  der  Aniino- 
gruppe  durch  Nebenvalenz  verknüpft  ist. 
Solche  Konstitutionsformeln  sind  von  be- 
sonderer Wichtigkeit  für  die  Farblacke, 
die  als  ringförmige  innere  Komplexsalze 
aufgefaßt  werden  (A.  Werner,  Ber.  d. 
deutsch,  ehem.  Ges.  41,  10G2,  2383).  lieber 
Versuche,  die  Nebenvalenzformeln  weiter  in 
das  Gebiet  der  organischen  Chemie  aus- 
zudehnen, vgl.  das  am  Schluß  zitierte  Lehr- 
buch von  H.  Kauf f mann. 

Stoffe,  die  als  Molekülverbindungen  auf- 
gefaßt wurden,  kannte  man  in  der  orga- 
nischen Chemie  seit  langer  Zeit  in  großer 
Anzahl.  Wegen  der  Unmöglichkeit,  die- 
selben zu  formulieren,  schenkte  man  — 
ähnlich  wie  in  der  anorganischen  Chemie  — 
denselben  im  allgemeinen  wenig  Aufmerk- 
samkeit. In  neuerer  Zeit  wird  das  Gebiet 
viel  bearbeitet.  Die  Zahl  der  sowohl  aus 
nur    organischen    Molekülen    wie    der    aus 


Solche  Molekülverbindungen  haben  beson- 
deres Interesse  erregt,  weil  sie  farbig  sind, 
trotzdem  die  Einzelkomponenten  keine  Farbe 
besitzen. 

5.  Konstitution  anorganischer  Verbin- 
dungen (vgl.  dazu  die  Artikel  ,,Chemische 
Verbindungen"  und  ,, Valenzlehre"). 
Die  moderne  Strukturlehre  ist,  wie  in  der 
Einleitung  ausgeführt  wurde,  im  wesent- 
lichen auf  dem  Boden  der  organischen  Chemie 
erwachsen.  Die  einfachen  anorganischen  Ver- 
bindungen boten  für  die  Entwickelung  der 
Konstitutionsbetrachtungen  relativ  wenig 
Anreiz.  Zu  erwähnen  ist  hier,  daß  vor- 
nehmlich unter  dem  Einfluß  der  Struktur- 
anschauung, wie  sie  in  der  organischen 
Chemie  ausgearbeitet  wurde,  und  mit  dem 
Ausbau  der  Valenzlehre  an  Stelle  früher  ge- 
brauchter Kettenformeln  zentrale  Formu- 
lierungen traten ;  z.  B.  an  Stelle  der  früheren 
Formel  für  Schwefelsäure  H — 0 — 0 — S — ^0 

4 

OH 
OH 


-OH  trat  die  Formel    Si 


Konstitution 


945 


Ein  wichtiges  Stadium  trat  aber  ein,  als 
man  die  vordem  als  „Molekularverbindungen" 
rubrizierten  und  als  solche  den  strukturellen 
Betrachtungen  entrückten  Verbindungen 
systematisch  zu  bearbeiten  begann.  A. 
Werner  hat  seit  1893  Grundlagen  für  die  Kon- 
stitutionsbestimmung derselben  aufgestellt. 
Man  unterscheidet  nunmehr  zwischen  Ver- 
bindungen erster  Ordnung  und  ver- 
steht darunter  die  einfachen,  hauptsächlich 
binären  Verbindungen  —  Wasserstoffver- 
bindungen, Halogenide,  Sauerstoffverbindun- 
gen der  Elemente  usw.  —  und  Verbin- 
dungen zweiter  Ordnung,  das  sind 
solche  Stoffe,  die  durch  Zusammenlagerung 
von  Verbindungen  erster  Ordnung  gebildet 
werden.  Die  Zahl  derselben  ist  ungeheuer 
groß,  da  fast  alle  Verbindungen  erster 
Ordnung  sich  mit  Stoffen  ihrer  .Vrt  zu 
vereinigen  vermögen.  Die  Strukturbetrach- 
tungen über  diese  Kategorie  von  Substanzen 
haben  zu  einer  wesentlichen  Erweiterung 
des    Valenzbegriffes    Veranlassung    gegeben. 

Werner  teilt  die  Verbindungen  zweiter 
Ordnung  ein  in  Anlagerungsverbindun- 
gen und  Einlagerungsverbindungen. 
Die  Anlagerungsverbindungen  kommen  da- 
durch zustande,  daß  an  den  Atomen  der 
Verbindungen  erster  Ordnung  noch  unge- 
sättigte Affinitätsbeträge  vorhanden  sind, 
welche  die  Fähigkeit  haben,  sich  abzusättigen. 
Die  Nebenvalenzen,  welche  hier  ins 
Spiel  treten,  unterscheiden  sich  von  den 
Hauptvalenzen  dadurch,  daß  sie  nicht 
imstande  sind,  Atome  oder  ungesättigte 
Radikale  zu  binden,  sondern  sie  vereinigen 
Verbindungen  erster  Ordnung  zu  solchen 
höherer  Ordnung.  So  addiert  PtCl«  2  Mole- 
küle NH3  in  folgender  Weise: 
PI 

H3N/     \C1 

Bei  dieser  Formulierung  werden  die 
Hauptvalenzen  wie  üblich,  durch  ausge- 
zogene, die  Nebenvalenzen  durch  punktierte 
Linien  dargestellt.  Durch  weitere  Addition 
kann  aus  der  Anlagerungsverbindung  eine 
Einlagerungsverbindung  entstehen.  In  das 
Trinitrotriamminkobalt  lagert  sich  beispeils- 
weise  ein  Molekül  NH3  in  folgender  Weise  ein: 

HgN^       /NO  2 
H3N-^:Cof  NO2  — 


H,N'' 


\ 


NO, 


H3N^        yNHg 
H3N  ^CoC  NO 
H3N/ 


•NO, 


NO5 


H3N, 
H,N 


/ 


Pt 


.nh; 

:-NH3 

-Gl 

^Gl 


Clo  —> 


H..N. 


H«N^ 


>n< 


.NH, 
.NH^ 
^NH^ 
^Gl   ^ 


CU 


H3N., 
H,N'' 


NH3 

'^VNH3 

"-NH, 


GI4 


Zum    Tetrachlorplatindiamin    können    suk- 
zessive 4  Ammoniakmoleküle  zutreten. 


H3N 
H,N'' 


Gl 
Pt-^^  —> 

•^Vci     ^ 

Gl 


H3N, 
H,N'' 


^Gl 


Cl_>- 


Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


Die  hierbei  erfolgende  strukturelle  iVenderung 
wird  so  gedeutet,  daß  sich  die  zutretenden 
Ammoniakmoleküle  —  oder  sonstige  Adden- 
den —  zwischen  das  Metall  und  den  Säure- 
rest einschieben  und  ohne  den  Valenzaus- 
gleich aufzuheben,  den  Säurerest  vom  Me- 
tallatom räumlich  entfernen,  indem  sie  selbst 
dessen  Platz  einnehmen.  Man  hat  alsdann 
zwischen  direkt  und  indirekt  gebundenen 
Atomen  und  Gruppen  zu  unterscheiden. 
Mit  der  Abwanderung  der  Säurereste  in  die 
indirekte  Bindung  ist  zugleich  ein  auf- 
fallender Funktionswechsel  derselben  ver- 
bunden; indirekt  gebundene  Gruppen  sind 
durch  die  Fähigkeit  ausgezeichnet,  in  den 
Ionen  zu  stand  überzugehen,  sie  befinden 
sich  in  ,,ionogener  Bindung". 

Von  besonderer  Bedeutung  für  die  Sy- 
stematik der  Verbindungen  zweiter  Ordnung 
ist  der  Begriff  der  Koordinationszahl. 
Darunter  versteht  man  die  x\nzahl  der 
Atome,  Radikale  oder  Verbindungen,  welche 
—  gleichgültig,  ob  durch  Haupt-  oder  Neben- 
valenz verknüpft  —  in  direkter  Bindung 
mit  dem  Zentralatom  stehen.  Es  hat  sich 
die  bemerkenswerte  Tatsache  ergeben,  daß 
die  maximale  Koordinationszahl  in  hohem 
Maße  unabhängig  ist  von  der  Natur  der 
gebundenen  Gruppen.  Bei  einer  großen 
Anzahl  von  als  Zentralatom  fungierenden 
Elementen  ist  die  Koordinationszahl  =  6 
(Go,  Pt,  Ir,  Rh,  Gr,  Fe,  AI,  Si  usw.),  bei 
anderen  (G,  B,  N)  =  4.  Diese  Verhältnisse 
gestatten,  über  die  Anzahl  der  möglichen 
Verbindungen  eines  Elementes  Voraus- 
sagungen zu  machen.  Doch  muß  hierfür 
noch  die  Betrachtung  der  räumlichen 
Lagerung  Platz  greifen,  um  auch  die 
geometrischen  Isomerien  übersehen  zu 
können.  Es  hat  sich  gezeigt,  daß  die  denkbar 
einfachste  Annahme,  nämlich  die,  daß  die 
6  mit  dem  Zentralatom  direkt  verknüpften 
Gruppen  die  Ecken  eines  Oktaeders  ein- 
nehmen, gestattet,  die  tatsächlich  existie- 
renden Isomerien  vorauszusagen  (vgl.  dar- 
über den  Artikel  „Isomerie").  Die  Tat- 
sache, daß  es  kürzlich  gelungen  ist,  durch 
systematisches  Studium  Spiegelbildisomerien 
zu  realisieren,  die  an  ganz  eigenartige 
Lagerungsverhältnisse  des  Moleküls  geknüpft 
sind,  darf  wohl  als  die  sicherste  Stütze 
dieser  ganzen  theoretischen  Betrachtungs- 
weise anorganischer  Verbindungen  angesehen 
werden. 

60 


946 


Konstituticm  —  Koprolitlio  (Paläontologie) 


Literatur.  E.  v.  Meijer,  Geschichte  der  Chemie. 
Leipzig  1905.  —  A.  Laclenhnvg ,  fhUwickchrngs- 
geschichte  der  Chemie.  Braunschweig  1902.  — 
tT.  H.  t^an  'tHoff,  Vorlesungen  über  theoreti- 
sche und  phy.tikaiische  Chemie.  Brmtnschweig 
1900.  —  V.  Meyer  und  P,  Jakobson,  Lehr- 
buch der  organischen  Chemie.  Leipzig  1907.  — 
Henrich,  Theorien  der  organischen  Chemie. 
Braunitchvcig  1912.  —  H.  Meyer,  Analyse 
und  Konstilutionsermittehmg  organischer  Ver- 
bindungen. Berlin  1909.  —  H.  KanJ]'mnnn, 
Die  Valemlchre.  Stuttgart  1011.  —  S.  Smiles, 
Chemische  Konstitution  und  physikalische  Eigen- 
schaften. Deutsch  herausgegeben  von  H.  H  er  zog. 
Dresden  191S.  —  F.  Eisenlohr,  Spektrochemie 
'  organischer  Verbindungen.  Stuttgart  1912.  —  H. 
Ley,  Die  Beziehungen  zwischen  Farbe  und  Kon- 
stitution bei  organischen  Verbindiingen.  Leipzig 
1911.  —  H.  Kaiiffniann,  Ucbcr  Zusammen- 
hang ztvischen  Farbe  und  Konstitution.  Sttitt- 
gart  1910.  —  A.  Werner,  Neuere  Anschauungen 
auf  dem  Gebiet  der  anorganischen  Chemie. 
Braunschweig  1913. 

O.  Viniroth, 


Kontaktmetamorphose. 

Vgl.     den     Artikel     ,, Mineralbildung 
durch  Metamorphose". 


Koperiiikus 

Nikolaus. 

Er  hieß  eigentlich  Koppernigk  und  wurde  am 
19.  Februar  1473  in  Thorn  geboren ;  a m  24.  ^lai  1543 
starb  er,  wahrscheinlich  in  Frauenburg.  Er  war 
der  Sohn  eines  Kaufmanns  in  Thorn,  das  damals 
unter  polnischer  Oberherrschaft  stand.  Von  1491 
bis  1495  studierte  er  in  Krakau.  neben  Theologie 
und  Medizin  auch  Mathematik  und  Astronomie.  In 
den  Jahren  1496  bis  1505  hielt  er  sich  in  Italien 
auf,  hauptstächlich  in  Padua,  Bologna  und  Rom, 
promovierte  1499  oder  1500  in  Bologna.  In  die 
Heimat  zurückgekehrt,  lebte  er  in  Ileilsberg, 
dem  Bischofssitz  seines  Onkels,  des  Bischofs 
von  Ermeland,  später  als  Kanonikus  in  Frauen- 
berg, wo  er  sich  in  stiller  Zurückgezogenheit 
ganz  der  Wissenschaft  widmen  konnte.  Ver- 
schiedentlich hat  er  sein  Domkapitel  auf  dem 
preußischen  Landtag  vertreten.  Schon  um  das  Jahr 
1507  begann  Kopernikus  sein  großes  Werk, 
dessen  Gegenstand  das  heliozentrische  System 
bildet,  das  er  an  Stelle  des  geozentrischen  setzte. 
Er  teilte  indessen  nur  Gelehrten  seine  neuen 
Ideen  mit  und  entschloß  sich  erst  etwa  30  Jahre 
später,  und  da  nur  auf  Drängen  von  Freunden, 
das  ganze  Werk  zu  veröffentlichen.  Seine  um- 
wälzenden Ideen  fanden  wenig  Anklang  und 
wurden  erst  fast  ein  .Tahrlmndert  spiitor  von 
Ty'cho  de  Brahe  und  Kepler  ihrem  Werte 
nach  gewürdigt.  1616  wurde  das  Buch  von  der 
Kongregation  des  Index  verboten. 


Literatur.  Lichtenberg  er,  Vermischte  Schriften, 
Bd.  6,  1S03.  —  Westphal,  JV.  Kopernikus, 
1822.  —  Schubert,   Kalender  für  1834.    Berlin. 

—  t/.  Czynski,  K.  et  ses  travaux.    Paris  IS47. 

—  L.  Prowe,  Zur  Biographie  von  N.  Ko2'>ernikus. 
Thorn  1853. 

E.   Drude. 


Kopp 

Hermann. 

Als  Sohn  eines  angesehenen  Arztes  in  Hanau 
am  30.  Oktober  1817  geboren,  war  er  über  50  Jahre 
lang  als  Dozent  und  Professor  zuerst  in  Gießen, 
dann  in  Heidelberg  tätig,  wo  er  am  20.  Februar 
1892  gestorben  ist.  Seine  Experimentalarbeiten 
galten  dem  Grenzgebiete  zwischen  Chemie  und 
Physik.  Mit  der  ihm  eigenen  Gründlichkeit  be- 
baute er  Land,  das  bisher  noch  nicht  urbar  ge- 
macht war.  Seine  in  Li  eb  igs  Annalen  veröffent- 
lichten Arbeiten  werden  durch  die  Schlagworte 
..spezifisches  Volumen,  Atom-  und  Molekular- 
volumen, spezifische  Wärme,  Siedepunktsregel- 
mäßigkeiten" gekennzeichnet.  Sein  Haupt- 
verdienst liegt  auf  dem  Gebiete  der  Geschichts- 
schreibung. Alle  seine  historischen  Werke: 
Geschichte  der  Chemie,  4  Bde.,  1843  bis  1847; 
Entwickelung  der  Chemie  in  der  neueren  Zeit 
1873;  Die  Alchemie  in  älterer  und  neuerer  Zeit 
1886;  ferner  Beiträge  zur  Geschichte  der  Chemie 
(3  Hefte)  zeichnen  sich  durch  tiefe  umfassende 
Gründlichkeit  aus.  Der  Entwickelung  wichtiger 
Gedanken  und  Lehrmeinungen  liebevoll  nachzu- 
spüren, hat  er  vortrefflich  verstanden. 

Literarisch  betätigte  sich  Kopp  durch  Her- 
ausgabe des  Li  ebigschen  Jahresberichtes  und  der 
Annalen  der  Chemie.  Auch  sein  Lehrbuch  der 
theoretischen  Chemie  (1863)  war  zu  jener  Zeit 
eine  höchst  bedeutsame  Leistung.  Ueber  seine 
Persönlichkeit  und  sein  Wirken  hat  sein  alter 
Freund  A.  W.  von  Hof  mann,  der  ihn  nur  um 
wenige  Monate  überlebte,  liebevoll  berichtet 
(Ber.  25,  505). 

E.  V.   Mexjer. 


Koprolithe. 

Versteinerte  Exkremente  von  vorwelt- 
lichen Tieren,  die  oft  in  großen  Mengen  vor- 
kommen und  dann  als  Pliosphordüngemittel 
abgebaut  werden  (vgl.  den  Artikel  ,,Dünge- 
mittel.      Mineralische   Düngemittel"). 


Koprolithe. 


Paläontologie. 

Als  Koprolithe   werden    die  fossilisierten 
Exkremente    von   Wirbeltieren    bezeichnet. 


Koprolitho  (Paläontologie)  —  Korallenriffe  (Rezente  Korallenriffe) 


947 


Sie  finden  sich  lokal  häufit;-,  so  in  Perm  (von 
Texas)  und  im  Mesozoikum.  Im  Tertiär 
sind  sie  selten,  ebenso  in  dem  sonst  an  Wirbel- 
tieren so  ernfiebioen  Lias  von  Holzmaden 
und  Boll. 

Von  Interesse  sind  sie  nur  dann,  wenn  sie 
Schlüsse  über  die  Organisation  der  Tiere, 
von  denen  sie  stammen,  erlauben.  Das  ist 
namentlich  der  Fall  bei  dem  Vorkommen  im 
Perm  von  Texas.  Diese  Koprolithe  stammen 
aller  Wahrscheinlichkeit  nach  von  den  Stego- 
cephalen  Eryops  und  Diplocaulus.  Sie  be- 
stehen aus  Spiral  aufgerollten  Lamellen.  Auf 
der  Außenseite  ist  entweder  nur  die  eine 
Hälfte  Spiral  gestreift  oder  die  spirale  Strei- 
fung erstreckt  sich  über  den  ganzen  Kopro- 
lithen. 

Derartige  Koprolithe  haben  eine  ver- 
schiedene Deutung  erfahren.  Leydig  und 
Duvernoy  vermuteten  in  ihnen  Harn- 
steine. Gegen  diese  Deutung  spricht  indes 
das  Vorhandensein  von  organischen  Resten 
in  den  Koprolithen.  L.  Neumayer  hat  die 
Möglichkeit  erwogen,  daß  es  sich  um  den 
fossilisierten  Darmkanal  mit  Inhalt  der  oben 
erwähnten    Stegocephalen    handelt.        Tat- 


Fig.   1.      Koprolith  aus  dem   Perm  von  Texas. 
Aus  Abel.     Nafh  Neumayer. 

sächlich  findet  sich  eine  große  Uebereinstim- 
mung  mit  dem  Darmkanal  von  Ceratodus. 
Indessen  kann  es  sich  auch  lediglich  um  die 
bei  Lebzeiten  der  Tiere  ausgestoßeilen  Exkre- 
mente handeln. 

Literatur.  L.  Neumayer,  Die  Koprolithen  des 
Perm  von  Texas.  Palaeontographica.  Band  LI. — 
O.  Abel,  Grundzüge  der  Paläobiologie  der 
Wirbeltiere.     S.  82  f.,  Stuttgart  1912. 

R.    Wedekinü. 


Korallenriffe. 

Rezente  Korallenriffe. 
1.  Erläuterung  des  Begriffs.     2.  Die  gesteins- 
bildenden Korallen,     a)  Systematische  Stellimg. 
b)  Morphologie,     c)  Geographische  Verbreitung. 

d)  Biologie.  3.  Weitere  riffbildende  Faktoren. 
4.  Der  Aufbau  der  Korallenriffe,  a)  Formen 
der  Korallenriffe,  b)  Geographische  Verbreitung 
der    Korallenriffe,     d)    Historischer    Rückblick. 

e)  Gegenwärtiger  "Stand  der  Forschung. 


1.  Erläuterung  des  Begriffs.  Sämt- 
liche Erhebungen  des  Meeresbodens,  die 
in  einem  Maße  der  Meeresoberfläche  sich 
nähern,  daß  hierdurch  die  Schiffahrt  ge- 
fährdet wird,  werden  untiefen  genannt. 
Man  redet  speziell  von  Bänken,  wenn  die 
Anhäufungen  vorwiegend  aus  Sand  be- 
stehen und  neben  größerer  Länge  auch 
eine  ansehnliche  Breite  aufweisen.  Sind 
es  dagegen  feste  Gesteinsmassen,  so  nennt 
man  sie  bei  vereinzeltem  Vorkommen  von 
geringer  Ausdehnung  Klippen,  bei  vor- 
wiegender Längemxusdehnung  und  gleich- 
zeitig in  größerem  Zusammenhange  Riffe. 
Ihre  Anwesenheit  wird  meist  nur  durch 
plötzliche  Verfärbung  des  Wassers  oder 
durch  mehr  oder  weniger  starke  Brandung 
angezeigt.  Die  Korallenriffe  sind  in  der 
Hauptsache  auf  die  Tätigkeit  der  Korallen- 
tiere zurückzuführen.  Diese  Bezeichnung 
wird  aber  nicht  nur  auf  oben  definierte 
Bildungen  angewendet,  sondern  es  fallen 
unter  diesen  Begriff  auch  die  sogenannten 
Ringinseln  oder  Atolle,  sowie  die  gewöhn- 
lichen und  namentlich  die  gehobenen  Ko- 
ralleninseln, welche  oft  über  hundert  Meter 
den  Meeresspiegel  überragen. 

2.  Die  gesteinsbildenden  Korallen.  2  a) 
Systematische  Stellung.  Um  die  Be- 
deutung der  Korallen  für  die  Gesteins- 
bildung richtig  würdigen  zu  können  ist 
ein  Einblick  in  ihre  systematische  Stellung 
und  ihren  morphologischen  Aufbau  erfor- 
derlich. Dem  Tierstamm  der  Coelenteraten 
angehörend,  nehmen  sie  in  diesem  den  aus 
nachfolgender  Anordnung  ersichtlichen  Platz 
ein: 

Tierstamm:  Coelenterata(  Leibeshöhlentiere). 

Unterstamm:  Cnidaria  (Nesseltiere). 

Klasse:  Anthozoa  (Blumentiere). 

1.  Ordnung:  Octocorallia  (z.  B.  iVlcy- 
ohium,  Gorgonia,  Pennatula,  Tubipora). 

2.  Ordnung:  Hexacorallia  (z.  B. 
Fungia,  Astraea,  Madrepora). 

Das  Hauptmerkmal  der  erstgenannten 
Ordnung  sind  acht  gefiederte  Tentakel,  die 
Hexacorallia  haben  dagegen  sechs  oder  ein 
Vielfaches  dieser  Zahl,  und  zwar  ungefiederte 
Tentakel.  Dasselbe  Zahlenverhältnis  wieder- 
holt sich  auch  beim  inneren  Aufbau.  Durch 
die  Tätigkeit  der  Octocorallia  entstehen  nur 
unbedeutende  Ablagerungen,  denn  ein  großer 
Teil  von  ihnen  besitzt  überhaupt  kein  zu- 
sammenhängendes Kalkskelett,  bei  anderen 
(Gorgonien)  findet  man  höchstens  ein  Achsen- 
skelett aus  Hornsubstanz,  so  daß  nur  die 
Orgelkorallen,  bei  denen  die  sonst  vereiur 
zelten  Kalkkörperchen  zu  förnüichen  Röhren 
verschmolzen  sind,  durch  ihre  massigen 
und  manchmal  sehr  umfangreichen  Polypen- 
stöcke wesentlich  zum  Aufbau  der  Koralleur 
riffe  beitragen.  Auch  in  der  zweiten  Ordnung 
besitzen  wir  in  den  Actinien  skelettlose  und 

60* 


948 


Koraüeiu'inV'  (Hezeiito  KorHlleiiriffe) 


zu<]:leich  solitäre  Formen,  wälireiid  sämtliche 
übri,2,en  Vertreter  zu  den  eiü:entli('lien  Stein- 
korallen  gehören,  von  denen  nur  wenige  ein 
Kinzeldasein  führen  (Kunü:ien),  bei  den 
übric;en  dae;esi'en  sind  hunderte,  ja  viele 
tausende  von  Individuen  zu  einer  Tierkolonie 
vereinigt,  bald  llach  wie  ein  Teller,  bald  wie 
eine  Kugel  geformt,  manchmal  zu  derben 
Knollen  vereinigt,  oder  aber  auch  in  zahl- 
reiche schlanke  Acste  sich  gabelnd. 

2b)  Morphologie  der  Steinkorallen. 
Hatte  man  früher  geglaubt,  daß  einfach  nach 
und  nach  der  Korallenpolyp  der  vollständigen 
Verkalkung  anheimfalle,  so  daß  die  Struktur 
des  Korallenskelettes  nichts  als  eine  Wieder- 
holung des  Weichkörpers  darstelle,  so  zeigten 
spätere  Forschungen,  daß  die  Kalkskelette 
Abscheidungen  desEktoderms  darstellen,  mit 
dem  Polypen  also  nur  lose  verbunden  sind, 
so  daß  dieser  ohne  weiteres  aus  dem  Kalk- 
skelett herauspräpariert  werden  könnte.  Ver- 
gegenwärtigen wir  uns  nämlich  einen  Einzel- 
üolypen,  so  stellt  derselbe  in  der  Hauptsache 
einen  häutigen  Schlauch  dar,  der  oben  und 
unten    durch    eine    scheibenförmige    Platte 


Fig.  1.  Schema  eines  Korallenpolypen,  a  weiche 
Scheidewand(Sarkosepte),  b  Schlundrohr,  c  Säule 
(Columella),  d  Magenfilamente,  f  Fußplatte, 
m  Mauer  (Thoca),  oMund,  r  Radialtasche,  s  Mauer 
+  Kalkscheidewand  (Sklerosepte),  t  Fühler 
(Tentakel). 


abgeschlossen  ist,  und  welcher  nur  selten 
eine  Länge  bis  zu  1  cm  erreicht.  Die  Wandung 
des  Schlauchs  nennt  man  Mauerblatt,  die 
untere  Platte  Fußscheibe  und  die  obere 
Abdeckung  Mundscheibe.  Am  Rande  der- 
selben stehen  die  sechs  einfachen  schlauch- 
förmigen Tentakel  oder  ein  Vielfaches  dieser 
Zahl.    In  ihrer  Mitte  trjigt  die  Mundscheibe 


den  ringförmigen  Muiul,  der  sich  in  den  Hohl- 
raum (Magen)  hinein  eine  Strecke  als  so- 
genanntes Schlundrohr  fortsetzt.  Die  Kalk- 
abscheidung  fällt  fast  ausschließlich  der 
h'ußscheibe  zu.  Nebenstehende  schematische 
Abbildung  dürfte  diese  Abscheidungen  in 
ihrer  Verschiedenartigkeit  am  besten  ver- 
deutlichen. Die  Fußscheibe  sondert  nach 
unten  vor  allem  die  ziemlich  dicke  Fußplatte 
ab.  Weitere  Kaikabscheidungen  scheinen 
später  nur  noch  an  einzelnen  Stellen  der 
Fußscheibe  und  zwar  in  vermehrtem  Maße 
zu  erfolgen,  so  daß  sich  auf  der  Fußplatt« 
türm-,  pfeiler-  und  kulissenartige  Kalk- 
gebilde erheben,  die  unter  sich  wieder  einen 
gewissen  Zusammenhang  zeigen.  So  bildet 
sich  im  Zentrum  eine  kleine  Säule,  die 
Columella,  manchmal  wird  sie  von  niedrigen 
Pfeilern,  den  Pali,  kreisförmig  umgeben. 
Die  erwähnten  Scheidewände  ordnen  sich 
radienartig  an  und  werden  Sklerosepten 
genannt,  im  Gegensatz  zu  den  zwischen 
ihnen  stehenden  häutigen  Scheidewänden, 
den  Sarkosepten.  Der  äußere  Rand  der  Fuß- 
platte erhebt  sich  wallartig  und  wird  Mauer 
oder  Theka  genannt.  Durch  diesen  äußeren 
Ringwall,  der  aber  innerhalb  des  Mauer- 
blattes liegt,  werden  die  einzelnen  Sarko- 
septen miteinander  verbunden.  Die  Theka 
kann  an  ihrer  Außenseite  noch  rippenartige 
Vorsprünge  (Costae)  tragen.  Zuweilen  bildet 
sich  dann  auch  noch  außerhalb  des  Mauer- 
blattes ein  dünner  Kelch  aus  Kalk,  der  dann 
mit  Epitheka  bezeichnet  wird. 

2c)  Geographische  Verbreitung.  Im 
Gegensatz  zu  den  einzellebenden  Korallen 
scheinen  die  riffbildenden  Korallen  für  ihr 
Gedeihen  an  eine  gewisse  Mindesttemperatur 
des  Wassers,  nämlich  20"  C,  gebunden  zu 
sein.  Schon  aus  diesem  Umstände  ergibt 
sich,  daß  sowohl  ihre  geographische  Verbrei- 
tung als  auch  ihr  vertikales  Vorkommen 
ein  begrenztes  ist.  Im  allgemeinen  treten  die 
Riffkorallen  nur  zwischen  den  Wendekreisen 
auf.  Allerdings  findet  man  sie  im  Roten 
Meer  noch  unter  dem  30.  Grad  n.  Br. ;  die 
Bermudasinseln,  welche  ebenfalls  reich  an 
Korallen  sind,  liegen  sogar  unter  32  Grad 
15  Minuten  n.  Br.,  aber  auch  die  südliche 
Halbkugel  weist  an  der  Westküste  Australiens 
solche  noch  unter  dem  29.  Grad  südlicher 
Breite  auf.  Alle  diese  außergewöhnlichen 
Vorkommen  sind  jedoch  darauf  zurück- 
zuführen, daß  durch  warme  Meeresströ- 
mungen die  obengenannten  Lebensbedin- 
gungen ermöglicht  sind. 

2d)  Biologie  der  Steinkorallen.  Ein 
üppiges  Wachstum  entfalten  die  meisten 
dieser  Korallenarten  nur  bis  zu  einer  Tiefe 
von  30  bis  40  m,  bei  ungefähr  üO  m  Tiefe 
scheint  die  Grenze  ihres  Fortkommens  zu 
liegen,  Fundorte  bis  zu  79  m  Tiefe  wurden 
nur  ganz    vereinzelt  festgestellt.      Ihr    Ge- 


Koralleni'iffe  (Rezente  Korallenriffe) 


949 


deihen  ist  auch  in  anderer  Hinsicht  von 
i^anz  bestimmten  Faktoren  abhänifiti:.  Frisches 
vulkanisches  Gestein  scheinen  sie  zu  meiden, 
in  der  unmittelbaren  Nähe  tätiger  Vulkane 
sind  sie  nicht  zu  finden,  schon  der  Aschen- 
regen derselben  schließt  ihr  Fortkommen  aus, 
auch  schlammigen  Grund  oder  sandigen 
Boden  wählen  sie  nie  als  Aufenthaltsort,  da 
ersterer,  wenn  aufgewühlt,  die  Polypen 
erstickt,  letzterer  die  zarten  Gebilde  im 
Wogengebrande  zermalmt.  Süßwasser  ist 
Gift  für  sie,  auch  in  Brackwasser  sind  sie 
nur  ausnahmsweise  anzutreffen.  Am  liebsten 
ist  ihnen  fester,  felsiger,  womöglich  kalk- 
haltiger Untergrund,  sie  verschmähen  aber 
auch    nicht    Telegraphenkabel    oder    Holz- 


und  im  Gegensatz  zu  dem  satten  Blau  des 
Ozeans  bieten  solche  Korallenfelder  einen 
unvergleichlichen  Anblick. 

Die  Korallen  scheinen  in  ihrem  Wachstum 
dem  Lichte  zuzustreben,  jedenfalls  aber  dem 
offenen  Wasser,  denn  dort  liegt  ihre  Nahrungs- 
quelle, der  sich  jederzeit  hunderte  und  tau- 
sende von  fangbereiten  Armen  entgegen- 
strecken. Obwohl  sich  die  Polypen  auch  im 
hellen  Sonnenschein  entfalten,  scheinen  viele 
erst  mit  Anbruch  der  Dunkelheit  aus  ihren 
Kalkhüllen  hervorzukommen. 

Auch  die  Form  der  Korallenstöcke  ist 
dem  Aufenthaltsort  angepaßt.  An  flachen, 
ruhigen  Stellen  trifft  man  vorwiegend  ver- 
ästelte Formen.  Meist  stehen  dann  die  Stöcke 


Fig.  2.     Korallen  von  Riff  von  Bake. 


pfosten,  selbst  Wandungen  von  Schiffen 
wählen  sie  als  Ansiedelungsort,  viele  Arten 
scheinen  Steilabhänge  als  Aufenthaltsort 
vorzuziehen. 

Die  Farbe  der  Korallenstöcke  wechselt 
je  nachdem  die  Polypen  ausgestreckt  oder 
eingezogen  sind.  Das  blendende  Weiß, 
welches  die  Sammlungsstücke  aufweisen, 
erhalten  sie  erst  nach  dem  Trocknen  an  der 
Sonne.  Sonst  aber  sind  alle  Farbenschattie- 
rungen anzutreffen.  Neben  dem  überwiegen- 
den Ockergelb  finden  sich  rote,  blaue  und 
violette  Farben.  Im  Verein  mit  dem 
smaragdgrünen    Wasser    der    Korallenzone 


so  dicht,  daß  durch  jeden  Trittj^Dutzende 
von  Aesten  abgebrochen  werden;  in  ihrer 
Nähe  finden  sich  häufig  auch  die  pilz- 
förmigen Stöcke,  von  denen  manche  nahezu 
Kugelgestalt  annehmen  und  oft  ein  Gewicht 
von  mehreren  Zentnern  aufweisen.  Auch 
solche  von  Schirm-  und  Tellerform  lieben 
mehr  stilles  Wasser.  In  der  stärksten  Bran- 
dung finden  sich  vorzugsweise  die  knolligen 
gedrungenen  Formen,  dicht  aneinanderge- 
schmiegt,  so  daß  sie  einen  lebenden  Schutz- 
wall gegen  die  Wogen  darstellen.  Weiter 
in  der  Tiefe,  wo  der  Wellenschlag  nicht  mehr 
zur    Geltung    kommt,    treten   dann    wieder 


9Ö0 


Korallenriffe  (liezente  Korallenriffe) 


Formen  mit  bainnförniit;ein  Habitus  auf. 
Damit  ist  jedncli  clio  Formenmaiini<j;falfii;keit 
der  Steinkorallen  nicht  erschöpft.  Schon 
die  deutschen  Namen  Sterji-,  Hirn-  und 
Löcherkorallen  zeigen,  daß  ihre  oft  si'^"z 
eitjenartise  Form  ein  beliebtes  Unterschei- 
dunii;smerkmal  bildet.  Bedenkt  man  ferner, 
daß  soiijar  jede  Art,  je  nach  Aufenthaltsort 
und  Lebensbedinii'unaen  in  ihrer  äußeren 
Form  beeinflußt  wird,  so  ist  es  wohl  gerecht- 
fertigt zu  behaupten,  daß  kaum  ein  Stock 
dem  anderen  gleicht.  Nicht  minder  groß  ist 
der  Gegensatz  zwischen  den  Stöcken  mit 
eingezogenen  Polypen  und  denjenigen,  bei 
welchen  die  Polypen  ausgestreckt  und  die 
Tentakel  entfaltet  sind.  Die  charakteristische 
Form  ist  vollständig  verschwunden,  wie  ein 
in  erhabener  Ruhe  ausgebreiteter  Blumen- 
teppich oder  w^enn  Dünung  vorhanden, 
^'ie  ein  wild  hin-  und  herwogendes  Aehren- 
■feld  mutet  uns  jetzt  das  Korallenfeld  an. 
Leider  ist  es  mit  großen  Schwierigkeiten 
verknüpft,  selbst  inmitten  des  Korallen- 
gebietes sich  einen  solchen  Anblick  zu  ver- 
schaffen. Innerhalb  ihres  Elementes  sind 
die  Korallenstöcke  gegen  Stoß  und  Wogen- 
prall ziemlich  widerstandsfähig,  aber  einmal 
abgestorben  ujid  an  der  Sonne  getrocknet 
werden  sie  spröde  wie  Glas. 

Durch  ihr  dichtes  (lewirre  und  durch 
ihre  zahllosen  Schlupfwinkel  bieten  die 
Korallenfelder  für  viele  Tiere  einen  günstigen 
und  ständigen  Aufenthaltsort.  Seerosen 
von  oft  unglaublicher  Größe  und  Farben- 
pracht überziehen  abgestorbene  Korallen- 
blöcke. Seeigel  und  Seewalzen  liegen  meist 
in  träger  Ruhe  zwischen  ihnen,  Seesterne 
und  Schnecken  aller  Art  klettern  umher. 
Aalartige  Fische  und  Seeschlangen  verbergen 
sich  unter  den  Blöcken,  unzählige  kleine 
Fische,  oft  von  den  bizarrsten  Formen 
und  in  den  schönsten  Farben  suchen  bei 
jeder  Gefahr  zwischen  ihnen  Schutz.  Zer- 
schlägt man  dann  einen  Korallenbloek,  so 
findet  man,  daß  auch  in  ihrem  Linern  ein 
Heer  von  Bewohnern  sich  angesiedelt  hat, 
Schnecken  und  Muscheln  haben  sich  ein- 
gebohrt, Würmer  aller  Art  durchziehen  den 
Stock  mit  feinen  Kanälen.  Asseln  und  viele 
andere  Ivrebse  schlüpfen  aus  den  zahl- 
reichen Schlupfwinkeln  hervor,  eine  Lebens- 
gemeinschaft, wie  man  sie  sich  mannig- 
faltiger kaum  denken  kann,  wie  man  sie 
aber  in  nahezu  gleicher  Zusammensetzung 
in  jedem  Korallenriff  vorfindet. 

Xeben  Wind  und  Wogen,  die  bei  jedem 
Sturme  Tausende  von  Aesten  abbrechen 
und  oft  zentnerschwere  Blöcke  entwurzeln, 
welche  dann  beim  Umherrollen  furchtbare 
Verheerungen  unter  den  zerbrechlichen  Ge- 
bilden anrichten,  haben  die  Korallenstöcke 
nur  wenige  Feinde  aufzuweisen.  Die  See- 
walzen   begnügen    sich    mit    kleinen    abge- 


brochenen Stücken,  die  sie  ihren  langen  Darm 
hindurchwandern  lassen,  um  die  geringe 
organische  Substanz  auszusaugen,  manche 
Schneckenarten  sollen  den  ausgestreckten 
Polypen  gefährlich  werden,  vor  allem  aber 
gibt  es  verschiedene  Fischarten,  darunter 
namentlich  die  Lippfische,  welche  mit  ihren 
starkbewaffneten  Kiefern  die  Aeste  los- 
brechen und  sofort  zu  feinem  Sand  zer- 
malmen. Noch  gefahrbringender  ist  für  sie 
tiefe  Ebbe  bei  intensiver  Sonnenbestrahlung. 
Obwohl  die  Korallen  die  Fähigkeit  besitzen, 
einen  zähen  Schleim  auszusondern,  der  sie 
eine  Zeitlang  vor  dem  Vertrocknen  schützt, 
findet  man  hin  und  wieder  doch  weite 
Strecken  mit  abgestorbenen  Ivorallen  vor, 
die  nur  durch  Austrocknen  umgekommen 
sein  können. 

Was  die  Nahrung  dieser  Korallen  an- 
belangt, so  ist  das  Spiel  der  Wogen  für  sie 
die  ergiebigste  Nahrungsquelle.  Jeder  der 
Tausende  von  Polypen  streckt  seine  Arme 
(Tentakel)  nach  Beute  aus  und  versucht 
eines  der  Millionen  von  Lebewesen,  welche 
Ebbe  und  Flut  über  die  Korallenfelder 
dahinführen,  zu  ergreifen,  seien  es  Einzeller, 
Larven  von  Stachelhäutern,  kleine  Krebse, 
Fischbrut  oder  selbst  verwesende  Fleisch- 
teile. Zu  Hilfe  kommt  ihnen  dabei  ihre 
Ausrüstung  mit  Nesselfäden,  die  durch 
ihre  ätzende  Säure  derartig  kleine  Tiere 
sehr  rasch  lähmen.  Wer  aber  selbst  einmal 
unfreiwillig  sich  mit  der  Wirkung  derselben 
bekannt  machen  mußte,  muß  zugeben,  daß 
sie  auch  für  größere  Geschöpfe  nicht  unge- 
fährlich sind. 

Wir  haben  früher  schon  gehört,  daß, 
wenn  der  einzelne  Polyp  eine  gewisse  Größe 
erreicht  hat  und  ihm  sein  Kalkskelett  zu 
enge  wird,  er  sich  aus  demselben  herauszieht 
und  zur  ungeschlechtlichen  Teilung  schreitet. 
Eine  Generation  baut  sich  auf  der  anderen 
auf,  gleichzeitig  jedesmal  die  Anzahl  der 
Lidividuen  verdoppelnd.  Zeigt  so  das 
Gesamtwachstum  im  Jahre  auch  nur  Fort- 
schritte, die  nach  wenigen  Zentimetern 
zählen,  so  gibt  doch  die  Menge  der  Stöcke 
und  eine  nicht  nur  auf  Jahrzehnte,  sondern 
auf  Jahrhunderte  und  Jahrtausende  sich 
erstreckende  sich  gleichbleibende  Tätigkeit 
schließlich  Werte,  die  bei  der  Umgestaltung 
unserer  Erdoberfläche  sehr  in  die  Wagschale 
fallen  müssen.  Zu  gewissen  Perioden  setzt 
aber  auch  eine  geschlechtliche  Fortpflanzung 
ein,  bei  der  jeder  Stock  Tausende,  ja  Millionen 
mikroskopisch  kleiner  Flimmerlarven  ent- 
läßt, die  durch  ihre  Menge  namentlich  in 
den  Lagunen  sogar  das  Wasser  trüben. 
Mögen  auch  Unzählige  den  Fischen  und 
anderen  Feinden  zum  Opfer  fallen,  eben- 
sovielen  gelingt  es  sich  auf  abgestorbenen 
Stöcken,  an  Felsen  u.  dgl.  niederzulassen, 
um  eine  neue   Kolonie  zu  gründen.     Doch 


Korallenrifle  (Rezente  Korallenriffe) 


951 


Wind  und  Wogen,  namentlich  aber  die 
Meeresströmungen  sorgen  dafür,  daß  diese 
Larven  selbst  Hunderte  von  Meilen  weit 
verfrachtet  werden,  und  so  überall  die  Arten 
verbreitend,  wo  irgendwie  die  Lebensbe- 
dingungen günstig  sind. 

3,  Weitere  riffbildende  Faktoren.  Ehe 
wir  zur  Betrachtung  der  Korallenriffe  über- 
gehen, müssen  wir  diejenigen  Organismen 
kurz  erwähnen,  welche  gleichfalls  gesteins- 
bildend auftreten  können  und  deshalb  im 
Verein  mit  den  Korallen,  ja  sogar  allein 
imstande  sind,  gewaltige  Alilagerungen  zu 
schaffen.  Aus  dem  Pflanzenreiche  kommen 
nur  gewisse  Kalkalgen  (Nulliporen)  in  Be- 
tracht, die  namentlich  am  Rande  der  Riffe 
sich  vorfinden,  der  gewöhnlich  bei  Ebbe 
trocken  liegt,  so  an  Orten  noch  weitere 
Bausteine  auftragend,  wo  die  Tätigkeit 
der  Korallen  ausgeschlossen  ist.  Im  Tier- 
reich tragen  neben  den  Korallen  nur  noch 
verschiedene  Polypenkorallen  (Hydro- 
corallinen)  und  gewisse  Röhrenwürmer  (Ser- 
pulen)  durch  eigene  Tätigkeit  zum  iVufbau 
der  Erdrinde  bei,  in  all  den  übrigen  Tier- 
gruppen bestehen  diese  Beiträge  nur  aus 
abgestorbenen  Körpern  oder  Abfallprodukten. 
Unter  den  einzelligen  Tieren  sind  es  vor  allem 
die  Kammerlinge  (Foraminiferen),  welche 
oft  in  solch  unendlicher  Menge  auf  den 
Meeresgrund  niedersinken,  daß  Ablagerungen 
von  hundert  und  mehr  Metern  Mächtigkeit 
entstehen  können.  Auch  die  Radiolarien 
(Strahltiere)  sind  erwähnenswert,  wenn  auch 
ihre  Kieselskelette  bei  weitem  nicht  in  dieser 
Zahl  sich  anhäufen.  Eine  Durchmusterung 
der  Sandablagerungen  auf  den  Korallen- 
inseln zeigt  uns  rasch  auch  die  übrigen, 
ebenfalls  ihren  Tribut  entrichtenden  Tier- 
gruppen, oft  zwar  nur  in  mikroskopischer 
Größe,  vielfach  aber  auch  in  ganz  ansehn- 
lichen Stücken.  Unter  den  verschieden- 
artigsten Trümmern  von  Stachelhäutern 
treten  namentlich  die  massigen  Stacheln 
mancher  Seeigel  hervor,  neben  winzig  kleinen 
Schneckchen  finden  wir  auch  faust-  und 
kopfgroße  Stücke  und  die  Muscheln  liefern 
sogar  Schalen  von  mehreren  Zentnern  Ge- 
wicht. Auch  die  lu^ebse  liefern  durch  ihre 
kalkhaltigen  Schalen  einen  ansehnlichen 
Beitrag.  Unter  den  Wirbeltieren  ist  die 
Beteiligung  der  Fische  kaum  erwähnenswert, 
dagegen  können  die  Vögel  durch  Ablagerung 
von  Guano  sehr  viel  zur  Erhöhung  von 
Korallenriffen  beitragen.  Weitaus  die  größte 
Menge  des  Sandes  besteht  jedoch  aus  Korallen- 
trümmern. 

4.  Der  Aufbau  der  Korallenriffe. 
4a)  Formen  der  Korallenriffe.  Bald 
als  einzelner  Felsen  den  Meeresspiegel  kaum 
erreichend,  bald  als  meilenlange  Barre  die 
größten  Liseln  umsäumend,  oft  auch  als 
breite    Felsenfläche,    die    nur    zur    Ebbezeit 


trockenfällt,  die  zuweilen  hoch  empor- 
ragenden Inseln  umgürtend  oder  als  einsame 
Insel  nur  wenig  die  Meeresoberfläche  über- 
ragend, jedoch  manchmal  auch  als  gewaltiger 
Horst  über  100  m  senkrecht  aus  dem  Meere 
aufsteigend,  schließlich  Insel  an  Insel  sich 
reihend,  einen  weitausgedehnten,  wunder- 
samen Ki'anz  bildend,  so  verschiedenartig 
bieten  sich  uns  diese  Korallengebilde  dar, 
und  damit  ist  ihre  Mannigfaltigkeit  bei 
weitem  nicht  erschöpft.  Was  wir  hier  als 
scharf  gesonderte  Einzelbilder  erwähnten, 
finden  wir  in  Wirklichkeit  noch  auf  die 
mannigfaltigste  Art  kombiniert,  sowie  im 
einzelnen  derartig  variierend,  daß  schließ- 
lich alle  diese  Gebilde  zusammen  eine  fast 
lückenlose  Entwickelungsreihe  darstellen,  die 
selbst  bei  dem  Laien  den  Eindruck  hinter- 
läßt, daß  diese  im  Grunde  so  verschieden- 
artigen Bildungen  einen  inneren  Zusammen- 
hang aufweisen  und  wohl  eines  aus  dem 
anderen  hervorgegangen  ist.  Vorderhand 
müssen  wir  uns  jedoch  damit  begnügen 
diejenigen  Typen  herauszugreifen,  die,  sogar 
ehe  die  Wissenschaft  sich  mit  ihnen  beschäf- 
tigte, besondere  Namen  trugen,  die  dann 
namentlich  durch  die  Untersuchungen  Dar- 
wins   noch    erhöhte    Bedeutung    erhielten. 

Der  einfachste  Typus  wird  durch  die 
Saum-,  Küsten-  oder  Strandriffe  darge- 
stellt. Wie  schon  aus  dem  Namen  hervorgeht, 
schließen  sich  diese  Riffe  unmittelbar  an 
das  feste  Land  an,  gleicherweise  ob  dieses 
korallinischen  oder  vulkanischen  Ursprungs 
ist.  Oft  nur  wenige  Meter  breit,  erstreckt 
es  sich  an  anderen  Orten  selbst  über  einen 
Kilometer  weit  hinaus,  obwohl  es  häufig 
die  Inseln  rings  umgibt,  kann  es  auf  weite 
Strecken  auch  vollständig  fehlen.  Seine 
Oberfläche  fällt  während  der  Ebbezeit  meist 
vollständig  trocken,  so  daß  es  den  Lebew^esen 
der  See  nur  zu  vorübergehendem  Aufenthalt 
dienen  kann.  Deshalb  fehlen  hier  lebende 
Korallen  nahezu  vollständig.  Der  dem  Meere 
zugewandte  Rand  fällt  fast  ausnahmslos 
steil,  ja  beinahe  senkrecht  in  die  Tiefe,  so 
daß  schon  wenige  Meter  vom  Riffrande 
entfernt  Tiefen  von  mehreren  hundert  Metern 
gemessen  werden  können.  In  einer  Ent- 
fernung von  kaum  einer  Seemeile  werden 
dann  gewöhnlich  schon  einige  Tausend  Meter 
Tiefe  konstatiert. 

Die  Kanal-,  Damm-  oder  Barrieren- 
riffe gleichen  in  ihrer  Oberflächengestaltung 
und  ihrem  dem  Meere  zugekehrten  Rande 
völlig  den  eben  geschilderten  Strandriffen, 
aber  sie  stehen  nie  in  unmittelbarem  Zu- 
sammenhange mit  der.  von  ihnen  einge- 
schlossenen Insel  bezw.  dem  Festlande, 
welchem  sie  vorgelagert  sind,  sondern  sind 
von  diesen  durch  einen  an  Breite  und  Tiefe 
oft  sehr  variierenden  Kanal  getrennt.  Auch 
der  Abfall  des  Innenrandes  ist  nie  so  steil 


952 


Korallenriffe  (Rezente  Korallenriffe) 


wie  der  des  Außenrandes.  Hin  und  wieder 
sind  durch  besondere  Aufschüttunü;en  oder 
durch  lokale  Hebungen  auf  der  Oberfläche 
des  Riffes  gesonderte  Inseln  entstanden, 
die  reichen  Pflanzenwuchs  tragen  können 
und  so  kann  auch  bei  Hochwasser  der  Ver- 
lauf des  Barrierenriffes  leicht  festgestellt 
werden.  Das  gewaltigste  Barrierenriff  findet 
sich  an  der  Nordostküste  von  Australien.  Es 
hat  eine  Ltänge  von  ca.  1900  km.  Die  Ent- 
fernung vom  Festlande  schwankt  zwischen 
38  und  150  km.  Der  Kanal  zwischen  Außen- 
riff und  Festland  zeigt  eine  mittlere  Tiefe 
von  20  bis  50  m,  diese  steigert  sich  jedoch 
an  mehreren  Stellen  auf  über  100  m.  Der 
Verlauf  der  Barrierenriffe  stimmt  in  weit- 
gehendem Maße  mit  der  dahinterliegenden 
Küste  überein,  selbst  die  Einbuchtungen 
werden  genau  kopiert.  Von  Zeit  zu  Zeit 
wird  das  Barrierenriff  jedoch  unterbrochen, 
so  daß  hierdurch  Eingänge  geschaffen  werden, 
durch  die  selbst  größere  Schiffe  passieren 
können.  Gewöhnlich  liegen  solche  Ein- 
gänge Flußmündungen  gegenüber. 

Die  Atolle  endlich  sind  entschieden  die 
auffallendsten  Korallengebilde.  Wir  können 
sie  im  Anschluß  an  die  vorhergehenden 
Schilderungen  am  besten  dadurch  kenn- 
zeichnen, daß  wir  sie  als  Barrierenriffe 
ansprechen,  bei  denen  die  eingeschlossene 
Insel  auf  einen  unscheinbaren  Rest  zu- 
sammengeschrumpft oder,  wie  in  den  meisten 
Fällen,  vollständig  verschwunden  ist.  Aus 
dem  Kanal  ist  hierdurch  eine  breite,  seeartige 
Wasserfläche  geworden,  Lagune  genannt. 
Die  Inselbildung  auf  dem  Riffe  ist  hier  meist 
noch  weiter  vorgeschritten,  so  daß  gewöhnlich 
diese  Inseln  sich  perlenartig  zu  einer  grü- 
nenden Kette  zusammenschließen.  Lagunen- 
tiefe, Durchbrüche  des  Riffes,  äußerer  Abfall 
des  Atollrandes  entsprechen  ganz  den  früher 
erwähnten  Verhältnissen  bei  den  Strand- 
und  Barrierenriffen.  Es  ist  eine  weitver- 
breitete Meinung,  die  durch  die  üblichen 
Abbildungen  in  den  Lehrbüchern  noch  unter- 
stützt wird,  daß  der  Durchmesser  eines 
solchen  Atolls  höchstens  einige  Kilometer 
betrage.  Allerdings  gibt  es  Atolle,  wo  die 
Lagune  nicht  einmal  einen  Kilometer  breit 
ist,  aber  bei  der  überwiegenden  Zahl  ist 
die  Ausdehnung  der  Lagune  wesentlich 
größer  und  Durchmesser  von  50  und  mehr 
Kilometer  sind  keine  Seltenheit. 

4b)  Geographische  Verbreitung  der 
Korallenriffe.  Die  Verbreitung  der  Ko 
rallenriffe  fällt  im  allgemeinen  mit  der 
Ausbreitung  der  gesteinsbildenden  Korallen 
zusammen.  Hier  sollen  jedoch  vor  allem 
diejenigen  Gegenden  hervorgehoben  werden, 
wo  die  verschiedenen  Riffbildungen  in 
solcher  Ausdehnung  auftreten,  daß  sie  dem 
ganzen  Landschaftsbild  ihr  eigenartiges  Ge- 
präge aufdrücken.     Sonderbarerweise  finden 


wir  im  Atlantischen  Ozean  nur  wenige 
Gebiete,  wo  die  riffbauenden  Korallen  mit 
Erfolg  tätig  waren.  Die  Bermudasinseln 
haben  wir  schon  erwähnt  und  hervorgehoben, 
daß  dort  ihre  Tätigkeit  nur  durch  den 
Einfluß  des  Golfstromes  ermöglicht  ist. 
Die  ganze  Inselgruppe  bildet  ein  großes 
Atoll,  das  aber  in  mancher  Beziehung 
von  den  übrigen  uns  bekannten  Atollen 
abweicht.  Auch  die  Riffbildungen  West- 
indiens, wenn  auch  sehr  zahlreich,  lassen 
noch  den  typischen  Charakter  vermissen. 
An  der  Nordküste  von  Südamerika  finden 
sich  nur  Strandriffe.  Im  Mündungsgebiet 
des  Amazonenstromes  vermißt  man  jegliche 
Korallenbildungen.  Auch  an  der  ganzen 
Küste  Brasiliens  trifft  man  nur  kümmerliche 
Korallenriffe,  die  auffallend  arm  an  Korallen- 
arten sind.  Etwas  reichlicher,  zugleich  aber 
auch  eigenartiger  sind  einige  vorgelagerte 
Inselgruppen  mit  Korallenbildungen  aus- 
gestattet. Auf  Fernando  Noronha  kann 
man  die  letzten  Korallenriffe  konstatieren, 
alle  die  mehr  zentral  gelegenen  Inselgruppen 
wie  St.  Paul,  Capverden,  Canaren,  Madeira 
und  selbstverständlich  auch  die  Azoren 
sind  gänzlich  frei  davon.  An  der  ganzen 
Westküste  Afrikas  sind  überhaupt  keine 
gesteinsbildenden  Korallen  anzutreffen. 

Im  Indischen  Ozean  ist,  wie  schon 
erwähnt,  das  Rote  Meer  reich  an  Korallen- 
riffen, aber  dieselben  sind  eigentlich  alle  als 
Strandriffe  anzusprechen,  auch  im  Persi- 
schen Meerbusen  treffen  wir  nur  diese  Art 
von  Korallenbildungen  an.  An  der  Ostküste 
von  Afrika  findet  sich  eine  nahezu  ununter- 
brochene Kette  von  Strandriffen,  sogar 
auf  dem  Festlande  selbst  sind  stellenweise 
ziemlich  ausgedehnte  Schichten  von  ge- 
hobenem Korallenkalk  zu  konstatieren,  auch 
mehrere  der  Küste  vorgelagerte  Inseln  be- 
stehen vollständig  aus  Korallenkalk.  Bei 
der  Insel  Madagaskar  sind  schon  Uebergänge 
von  Strand-  zu  Barrierenriffen  vorhanden, 
die  uns  dann  auf  den  Comoren  in  ganz 
ausgesprochener  Weise  entgegentreten.  Auch 
auf  den  Amiranten  und  Seychellen  findet 
man  wenigstens  Strandriffe.  Das  Pro- 
videnciariff,  die  Farquharinseln  und  die 
Aldabrainseln  stellen  dagegen  atoUförmige 
Gebilde  dar.  Inmitten  des  Indischen  Ozeans, 
wohl  als  Ueberreste  der  früheren  Landbrücke 
zwischen  Afrika  und  Vorderindien,  treten 
uns  in  den  Mascarenen,  den  Saya  de  Malha- 
Bänken,  dem  Chagosarchipel,  den  Malediven 
und  Lakkadiven  vor  allem  Atollbildungen 
in  den  mannigfaltigsten  Gestalten  entgegen. 
Mit  Ausnahme  von  Ceylon  und  der  gegen- 
überliegenden Südspitze  von  Vorderindien 
finden  wir  sonderbarerweise  sowohl  an  dieser 
Halbinsel  als  auch  an  der  Westseite  von 
Hinterindien  keinerlei  Riffbildungen.  Be- 
kannte und  viel  untersuchte  Koralleninseln 


Korallenriffe  (Rezente  Korallenriffe) 


953 


sind  sodann  inmitten  des  Ozeans  Keelinj2;atoll 
und  Christmasisland.  Die  sehr  weit  südlich 
gelegenen  Abrolhosinseln  an  der  Westküste 
von  Australien  haben  wir  schon  als  äußersten 
Vorposten  der  Korallentätigkeit  genannt. 
Am  Westrand  des  Indischen  Ozeans  und 
schon  überleitend  zu  dem  Malayischen 
Archipel  weisen  die  Andamanen  und  Niko- 
baren  Strandriffe  auf.  Auch  die  Halbinsel 
Malakka,  ferner  Sumatra,  Java  und  Borneo 
zeigen  ebenfalls  nur  Strandriffe,  sind  sogar 
stellenweise  gänzlich  frei  von  Riffen.  Das 
gleiche  gilt  von  Celebes.  In  den  Philippinen 
finden  sich  neben  Strandriffen  auch  atoll- 
ähnliche Bildungen,  besonders  auffallend 
sind  aber  die  gehobenen  Korallenbildungen 
dieser  Inselgruppe,  die  selbst  noch  in  Höhen 
von  1200  bis  1400  Metern  anzutreffen  sein 
sollen.  Im  Chinesischen  Meer  nehmen 
namentlich  die  untergetauchten  Korallen- 
bildungen unser  Interesse  in  Anspruch,  wie 
sie  uns  in  der  Tizardbank,  in  der  Macclesfield- 
bank  und  auch  unter  den  Paracelinseln  ent- 
gegentreten. 

Was  nun  den  Stillen  Ozean  anbelangt, 
so  sind  in  jeder  der  zahlreichen  Inselgruppen 
der  Südsee  korallinische  Gebilde  anzutreffen. 
Hier  ist  aber  auch  die  Stätte,  wo  sich 
heutzutage  noch  vulkanische  Kräfte  und 
Korallentätigkeit  um  die  Herrschaft  streiten, 
hier  ist  der  klassische  Boden,  wo  die  Tätigkeit 
beider  in  ihrem  Schaffen  und  Wirken  am 
besten  beobachtet  werden  kann.  Strand- 
und  Barrierenriffe,  aber  auch  Atolle  sind  oft 
in  einer  Inselgruppe  gleichzeitig  vorhanden. 
Es  würde  deshalb  zu  weit  führen,  all  die 
einzelnen  Vorkommen  hier  aufzuführen,  doch 
wird  sich  später  noch  Gelegenheit  geben, 
auf  die  eine  oder  andere  Inselgruppe  genauer 
zurückzukommen.  Auffallend  arm  sind 
dagegen  wieder  die  Küsten  des  ameri- 
kanischen Kontinents.  In  Zentralamerika 
finden  sich  nur  einige  spärliche  Riffe,  die 
Küsten  Südamerikas  sind  wegen  der  dort 
herrschenden  kalten  Strömungen  sogar  gänz- 
lich frei  von  Korallenbildungen. 

4c)Ge  0  phy  sikali  sc  heBe  trachtungen. 
Um  den  nachfolgenden  historischen  Rück- 
blick genügend  würdigen  zu  können,  müssen 
wir  uns  zuerst  mit  all  den  geophysikalischen 
Vorgängen  vertraut  machen,  die  schon  bei 
dem  Werden  und  Vergehen  früherer  Erd- 
perioden ausschlaggebend  waren,  und  die 
ohne  Zweifel  auch  bei  der  Entstehung  der 
einzelnen  Korallenbildungen  eine  bedeutsame 
Rolle  gespielt  haben.  Es  handelt  sich  vor 
allem  um  Hebungen  und  Senkungen  der 
Erdrinde,  die  einesteils  ganz  unmerklich 
und  äußerst  langsam  vor  sich  gehen,  anderen- 
teils aber  auch  katastrophenartig  mit  augen- 
fälliger Wirkung  einsetzen  können.  Gewöhn- 
lich wird  den  ersteren  gerade  in  bezug  auf 
Korallenriffbildungen    eine    größere    Bedeu- 


tung beigemessen,  ob  mit  Recht,  ist  eine 
später  zu  untersuchende  Frage.  Bei  Jahr- 
hunderte-, ja  jahrtausendelanger,  gleich- 
artig gerichteter  Wirkung  summieren  sich 
die  minimalen  Veränderungen  schließlich 
zu  ganz  beträclitlichen  Werten.  In  ihrer 
Wirkung  gleichwertige  Niveauverschie- 
bungen könnten  auch  durch  Steigen  oder 
Fallen  des  Meeresspiegels  erreicht  werden, 
eine  Möglichkeit,  die  bei  engbegrenzten 
Mittelmeeren  nicht  ganz  von  der  Hand  zu 
weisen  ist.  Bei  der  Untersuchung  unserer 
Frage  können  wir  uns  jedoch  damit  Isegnügen, 
von  positiven  oder  negativen  Verschiebungen 
zu  sprechen,  in  dem  Sinne,  daß  unter  posi- 
tiven Verschiebungen  entweder  Hebung  des 
Meeresspiegels  oder  entsprechende  Senkung 
des  festen  Landes  verstanden  ist.  Der  Effekt 
wäre  also  der,  daß  der  Wasserspiegel  schein- 
bar oder  wirklich  am  festen  Lande,  seien 
es  Inseln  oder  Ränder  von  Festländern, 
emporsteigt.  Eine  negative  Bewegung 
wird  entsprechend  durch  Senkung  des  Meeres- 
spiegels oder  durch  Hebung  der  Landmassen 
erreicht.  Für  unser  Auge  dokumentiert 
sich  eine  solche  immer  dadurch,  daß  das 
Wasser  früher  überflutete  oder  bespülte 
Landpartien  freigibt,  wodurch  eine  ständige 
Trockenlegung  derselben  erreicht  wird. 
Werden  von  einer  solchen  Bewegung  größere 
Gebiete  in  Mitleidenschaft  gezogen,  so  redet 
man  von  Hebungsgebieten  bezw.  Senkungs- 
feldern. Es  dürfte  außer  Zweifel  stehen,  daß 
z.  B.  früher  die  Ostküste  von  Afrika  durch 
eine  Landbrücke  mit  Indien  verbunden  war. 
Auch  große  Gebiete  der  Südsee  bildeten 
wohl  ehemals  mit  Australien  einen  gemein- 
samen Kontinent.  Ebenso  war  durch  die 
Molukken  eine  zusammenhängende  Land- 
brücke mit  dem  asiatischen  Festlande  ge- 
schaffen. Alle  diese  jetzt  fehlenden  Ge- 
biete müssen  versunken  sein.  Gerade  in 
diesen  Gebieten  haben  wir  es  jetzt  mit 
Korallenbildungen  zu  tun,  so  daß  ein  Zu- 
sammenhang beider  Vorgänge  sehr  nahe- 
liegend ist.  Als  nahezu  gleichwertiger  Faktoi 
dürfte  der  Vulkanismus  in  Betracht  kommen. 
Kaum  ein  Jahr  vergeht,  daß  nicht  von  einer 
Inselgruppe  des  Stillen  Ozeans  gemeldet 
wird,  eine  neue  Insel  sei  aufgetaucht  oder 
eine  andere  plötzlich  wieder  in  den  Fluten 
verschwunden.  Sodann  gibt  es  dort  Erd- 
bebengebiete, in  denen  keine  Woche  vergeht, 
in  welcher  nicht  heftige  Erdstöße  zu  ver- 
zeichnen wären,  wo  kilometerlange  Strecken 
plötzlich  ins  Meer  versinken,  wo  anderer- 
seits aber  auch,  was  seither  im  Schöße  des 
Meeres  geschlummert,  plötzlich  weit  über 
den  Wasserspiegel  emporgehoben  wird. 
Schließlich  haben  wir  hier  ein  Gebiet  der 
Gegensätze,  wie  es  krasser  kaum  sonstwo 
konstatiert  werden  kann.  Hier  ist  das  Gebiet 
der    Gräben,   wie   der   technische   Ausdruck 


954 


Kdiallcnvifio  (Kezcnto  Korallcnritfe) 


für  ciiese  rinnenartigen  Vertiefungen  des 
Meeresbodens  lautet,  die  in  ihrer  Gesamtheit 
7  bis  8000  ni  unter  der  Meeresoberi'läclie 
liegen,  daneben  finden  sich  aber  gleichzeitig 
in  denselben  Gebieten  Berge  von  über 
4000  in  Höhe.  Als  vor/Aigsweise  zerstörende 
Kräl'tc  müßten  noch  die  oft  schrecklich 
wüteiulen  Orkane  und  die  ungestüme  Bran- 
dung genannt  werden. 

4d)  Historischer  Rückblick.  Von 
den  verschiedenartigen  Korallenriff bildungen 
haben  eigentlich  von  jeher  nur  die  Atolle 
sowohl  das  Interesse  der  Seefahrer,  wie  auch 
der  Forscher  erweckt.  lieber  ihre  Ent- 
stehung sind  die  verschiedenartigsten  Bil- 
dungsmöglichkeiten erörtert  und  vertreten 
worden,  und  es  muß  leider  konstatiert  werden, 
daß  auch  heute  der  Streit  hierüber  noch 
keineswegs  entschieden  ist.  Schon  die  ersten 
Seefahrer,  welche  den  Stillen  Ozean  durch- 
cjuerten,  haben  nicht  nur  eine  Anzahl 
tätiger  Vulkane  wahrgenommen,  sondern 
ihr  Interesse  wurde  vielleicht  noch  mehr  von 
den  Atollen,  diesen  einzigartigen  Gebilden, 
gefesselt.  Es  war  sehr  naheliegend,  daß  zu- 
erst allgemein  die  Anschauung  zur  Geltung 
gelangte,  daß  die  Atolle  sich  auf  den  Rändern 
erloschener  Krater  aufbauen.  Chamisso 
und  Eschscholtz,  Teilnehmer  an  der 
zweiten  Reise  Kotzebu  es  (1815  bis  1818), 
beschäftigten  sich  auch  mit  diesem  Problem 
und  letzterer  vertrat  die  neue  Ansicht, 
daß  die  Ringform  der  Atolle  dadurch  ent- 
stehe, daß  die  Korallen  an  den  äußeren, 
dem  Meere  zu  gelegenen  Teilen  eines  Riffes 
bedeutend  rascher  wachsen,  als  in  den 
Innenpartien.  Die  Richtigkeit  dieser  Theorie 
haben  wir  schon  früher  dargetan,  aber  es 
wird  ihr  niemals  die  universelle  Bedeutung 
zukommen,  welche  ihr  ihre  ersten  Ver- 
teidiger beilegten,  da  sich  die  weitere  da- 
malige Annahme,  daß  die  Korallen  imstande 
seien,  selbst  aus  Tiefen  von  2000  m  bis  an 
die  Oberfläche  zu  bauen,  rasch  als  unhaltbar 
erwiesen  hat.  Zudem  könnte  eine  derartige 
Bild ungs weise  nur  von  Plateaus  aus  vor 
sich  gehen,  während  kegelförmige  Berge 
als  Ausgangspunkt  ausgeschlossen  wären. 
1842  erschien  das  Werk  Darwins  lieber 
den  Bau  und  die  Verbreitung  der  Korallen- 
riffe. Die  hierin  aufgestellten  Theorien 
beruhten  einesteils  auf  den  reichen  Erfah- 
rungen, die  Darwin  auf  seiner  Weltreise 
sammeln  konnte,  anderenteils  aber  auch 
auf  einem  gründlichen  Studium  des  gesamten 
einschlägigen  Materials.  Die  sogenannte 
Kratertheorie  sucht  Darwin  dadurch  zu 
widerlegen,  daß  er  es  als  undenkbar  erklärt, 
daß  so  viele  und  zugleich  alle  in  gleicher 
Höhe  sich  befindlichen  Krater  in  den  Ko- 
rallengebieten vorhanden  sein  sollten,  ebenso 
sei  es  ausgeschlossen,  daß  sich  im  Indischen 
und   Stillen  Ozean  genügend  geeignete  Pla- 


teaus finden  könnten,  auf  denen  sich  die 
Atolle  nach  der  Theorie  von  Eschscholtz 
aufbauen  würden. 

Das  Hauptverdienst  Darwins  besteht 
nun  darin,  daß  er  zuerst  die  Lebensbedin- 
gungen der  Steinkorallen  feststellte,  ferner 
zur  Prüfung  dieses  Problems  alle  Ergebnisse 
der  geologischen  Forschung  heranzog,  um 
dann  erst  auf  dieser  Grundlage  seine  Theorien 
aufzubauen.  Das  überraschende  und  über- 
zeugende seiner  Lehre  liegt  jedoch  in  dem 
Ergebnis,  daß  durch  seine  Theorie  es  er- 
möglicht wird,  nicht  nur  die  Entstehung 
der  Atolle  aufzuklären,  sondern  auch  das 
Zustandekommen  der  Strand-  und  Barrieren- 
riffe darzulegen,  mit  dem  Schlußresultat,  daß 
alle  drei  Riffarten  Glieder  einer  Kette  sind, 
von  denen  die  Atolle  das  Endglied  darstellen. 
Seine  früher  schon  erwähnten  Grundge- 
danken sind  folgende: 

1.  Die  Korallen  sind  nur  imstande  aus 
einer  durchschnittlichen  Tiefe  von  40  bis 
50  m  nach  aufwärts  zu  bauen  und  nur  bei 
einer  Wassertemperatur  von  mindestens 
20"  C  lebensfähig. 

2.  Ueberall  auf  unserer  Erde,  insbesondere 
auch  in  den  Korallengebieten  finden  lang- 
same, aber  stetige  Hebungen  und  Senkungen 
statt. 

3.  Das  Wachstum  der  Korallen  ist  an 
den  Außenpartien  eines  Riffes  ein  rascheres 
und    üppigeres    als    auf    den    Innenpartien. 

Aus  (1)  folgt,  daß  zur  Ansiedelung  der 
Korallen  entweder  untergetauchte  Partien 
in  entsprechender  Tiefe  vorhanden  sein 
müssen  oder  daß  sich  die  Korallen  am  Fuße 
von  Inseln  bis  zu  oben  genannter  Tiefe 
ansiedeln.  In  der  überwiegenden  Zahl  der 
Fälle  wird  es  sich  um  eine  feste,  felsige 
Unterlage  handeln,  da  sich  z.  B.  inmitten 
des  Stillen  Ozeans  geeignete  Sedimentbänke 
kaum  gebildet  haben  dürften.  Dagegen 
glaubt  Darwin,  daß  die  zahlreichen  Vulkan- 
inseln in  den  Korallengebieten  von  jeher 
die  günstigste  Gelegenheit  zur  Ansiedelung 
geboten  haben.  Am  besten  folgen  wir  den 
Gedankengängen  Darwins  an  einem  ein- 
fachen Beispiel. 

Wir  nehmen  als  Ausgangspunkt  eine  der 
Vulkaninseln,  wie  sie  in  der  Südsee  in  großer 
Zahl  angetroffen  werden.  Die  vulkanische 
Tätigkeit  ist  vielleicht  erst  seit  Menschen- 
gedenken erloschen,  immerhin  Zeit  genug, 
um  die  Ansiedelung  der  Korallen  zu  ermög- 
lichen. Nehmen  wir  an,  daß  seit  dem  Er- 
löschen gleichzeitig  auch  eine  Ruheperiode 
geherrscht  hat,  die  so  lange  andauern  möge, 
bis  sich  die  Korallen  von  einer  Tiefe  von 
ca.  50  m  bis  an  die  Oberfläche  aufgebaut 
haben.  Damit  ist  dasjenige  Stadium  er- 
reicht, welches  in  unserer  Skizze  durch  I 
bezeichnet  ist.  Es  ist  ein  Zustand,  in  dem  sich 
gegenwärtigHunderte  von  Inseln  in  der  Südsee 


Korallenriffo  (Rezente  Korallenriffe) 


955 


befinden:  Ein  vnlkanischer  Kern,  nmgeben 
von  einem  Strandriff,  mit  all  den  Eigen- 
schaften, die  wir  früher  schon  geschildert 
haben.  Nunmehr  wird  unsere  Insel  in  ein 
Senkungsfeld  einbe- 

zogen, d.  h.  sie  und  ihre 
weitere  Umgebung  unter- 
liegen einer  positiven 
Verschiebung.  Während 
bisher  den  Korallen  ein 
Weiterwachsen  nach  oben 
unmöglich  war,  kann 
dieses  nunmehr  wieder 
uugestört  vor  sich  gehen. 
Je  weiter  der  Berg  in  die 
Tiefe  sinkt,  je  ausge- 
dehnter wird  die  Fläche, 
je  stärker  die  Mächtig- 
keit  des  Riffs.     In   der 


gewiesen  wird.  Wir  haben  gehört,  daß  ein 
Fortkommen  der  Korallen  in  süßem  Wasser 
ausgeschlossen  ist,  weshalb  schon  in  dem 
Strandriff  entsprechende  Lücken  ausgespart 


Fig.  3.     Schema  der  Entstehung  eines   Koiallenrjft's. 


Nahrungszufuhr  w'erden  aber  die  Innen- 1  bleiben.  Die  Wirkung  des  Süßwassers 
partien  immer  mehr  benachteiligt,  wie  dies  |  wird  sich  auch  noch  bei  Bildung  des  Barrieren- 
auch  Darwin  in  seinem  dritten  aufgeführten  |  riffs  fühlbar  niacheu  und  später  tragen  Ebbe 
Grundgedanken  zum  Ausdruck  gebracht  hat.  und  Flut  durch  stete  Benützung  dieser 
Die    Außenwand    des    Riffes    steigt   nahezu ;  Passagen  dafür   Sorge,  daß  dieselben  nicht 


senkrecht  in  die  Höhe,  gleichzeitig  schreitet 
hier  das  Wachstum  bedeutend  rascher  vor- 
wärts als  in  den  dem  Lande  zugekehrten 
Partien.  Wenn  das  Außenriff  den  Wasser- 
spiegel wieder  erreicht  hat,  sind  die  inneren 
Partien  vielleicht  noch  um  30  bis  40  m 
zurück.  Das  in  unserer  Skizze  mit  II  be- 
zeichnete Stadium  liegt  nunmehr  vor.  Ver- 
gegenwärtigen   wir    uns    unsere    früher    ge 


mehr  geschlossen  werden.  Was  wir  hier 
an  einem  einzelnen  Berge  demonstriert 
haben,  dürfte  sich  in  gleicher  Weise  auch 
an  ganzen  Gebirgsstöcken  abspielen. 

Die  Erklärungsversuche  Darwins  waren 
so  überraschend,  seine  Folgerungen  so  logisch 
und  gleichzeitig  so  überzeugend,  daß  diese 
Theorie  bald  überall  Anerkennung  fand, 
und    daß    es    lan^e    Zeit    keinem    Forscher 


gebeiien   Definitionen,    so    ergibt    sich,    daß  einfiel,   an  diesem   wohlfundierten  und   gut 
wir  jetzt  ein  typisches  Barrierenriff  vor  uns  1  durchdachten  Gebäude  zu  rütteln, 

haben,   das   von  dem   noch   hervorragenden  Auch  Dana  stellte  sich  in  seinem  1849 

Teil    der    Vulkaninsel     nunmehr    vielleicht  erschienenen     Werk     vollkommen    auf    die 

durch  einen  kilometerbreiten  Kanal  getrennt  Seite     Darwins,     dessen     Untersuchungen 

ist.      Aber  die    Senkungsperiode  ist  immer  teils    bestätigend,    teils    ergänzend.       Aber 

noch   nicht   beendet.      Schon  ist  die   letzte  bald      mehrten      sich      Veröffentlichungen, 

Spitze  des  Vulkans  im  Meere  untergetaucht,  in   denen   die    Theorie   Darwins   entweder 


aber  Jahrhunderte,  ja  wohl  Jahrtausende 
müssen  noch  vergehen,  bis  endlich  auch  das 
dritte  Stadium  erreicht  ist,  das  wir  in  unseren 


vollständig  verworfen  oder  ihr  wenigstens 
jede  allgemeine  Bedeutung  abgesprochen 
wurde.    Diesen  Gegnern  Darwins  ist  meist 


früheren  p]rläuterungen  als  Atoll  bezeichnet  gemeinsam,  daß  sie  sich  auf  Spezialforschungen 
haben.  Nunmehr  muß  aber  auch  die  Sen-  auf  eng  begrenztem  Gebiete  stützen.  Für 
kungsperiode  zum  Stillstand  gekommen  sein,  die  Bildung  der  von  ihnen  untersuchten 
so  daß  dem  Meere  Gelegenheit  gegeben  ist,  Riffe  mag  wohl  die  von  ihnen  vertretene 
an  manchen  Stellen  des  Riffs  soviel  Geröll, '  Ansicht  zutreffen,  aber  wenn  sie  glauben, 
Sand  und  anderes  Material  anzuhäufen, ;  daß  Darwins  Theorie  keine  universelle 
daß  darauf  Pflanzen  festen  Fuß  fassen  \  Bedeutung  zukomme,  so  dürfte  dies  bei 
können,  bis  sich  schließlich  eine  grünende  den  von  ihnen  vertretenen  Ansichten  in  noch 
Insel  an  die  andere  reiht.  Aus  dem  Kanal  |  erhöhterem  Maße  der  Fall  sein.  Zudem 
ist  eine  50  bis  60  m  tiefe  Lagune  geworden.  '  ist  es  keinem  von  ihnen  gelungen  auf  Grund 
Nunmehr  bleibt  noch  zu  erklären,  warum  |  ihres  Beweismaterials  einen  genetischen  Zu- 
sich  sowohl  in  den  Barrierenriffen  als  auch  sammenhang  zwischen  den  verschiedenen 
in  den  Atollen  Lücken  befinden,  durch  die  Riffarten  herzustellen,  sie  begnügten  sich 
selbst  größere  Schiffe  passieren  können,  vielmehr  damit,  die  Entstehung  der  xVtolle 
Sobald  die  Insel  vulkanischen  Charakters  aufzuklären.  Als  erster  Gegner  trat  1868 
ist,  so  daß  das  Regenwasser  nicht  versickern  Sem  per  auf  den  Plan,  der  Gelegenheit 
kann,  werden  sich  Bäche  und  Flüsse  bilden,  gehabt  hatte  auf  den  Palauinseln  gründliche 
Durch  deren  Erosion  werden  Täler  geschaffen,  Studien  über  Korallenriffe  zu  machen. 
so  daß  bald  dem  Wasser  ein  konstanter  Weg   Er  kommt  auf  Grund  derselben  zu  der  An- 


956 


Korallenriffe  (Rezente  Korallenriffe) 


sieht,  daß  bei  Bildung;  der  Riffe  den  Strö- 
mungen eine  hervorragende  Bedeutung  bei- 
zumessen ist.  Die  Berechtigung  dieser  Idee 
muß  ohne  weiteres  zugestanden  werden, 
wenn  auch  nur  eine  beschrcänkte  Anzahl 
von  Riffen  ihre  Gestalt  solchen  Einflüssen 
zu  verdanken  haben  wird.  1869  veröffent- 
lichte Rein  seine  Untersuchungen  über 
die  Bermudasriffe.  Auch  er  verwirft  die 
Theorie  Darwins  und  glaubt  als  Unterlage 
der  dortigen  Riffbildungen  Sedimentbänke 
feststellen  zu  können,  deren  Bildung  aller- 
dings infolge  der  Nähe  der  Festlandsküste 
sehr  leicht  möglich  gewesen  wäre.  Bei  den 
meisten  Koralleninseln  ist  aber  gerade  dieser 
Faktor  ohne  weiteres  ausgeschlossen.  Murray 
der  als  Teilnehmer  an  der  Challenger- 
Expedition  reichlich  Gelegenheit  hatte  Ko- 
rallenriffe zu  studieren,  verwirft  die  Senkungs- 
theorie Darwins  vollständig  (1881).  Als 
Grundlage  für  die  Atollbildung  glaubt  er 
durch  iVbrasion  abgetragene  Vulkanberge 
oder  durch  Ablagerung  anorganischer  Stoffe 
erhöhte  unterseeische  IBergrücken  feststellen 
zu  können.  Die  Lagunen  denkt  er  sich 
durch  die  lösende  Wirkung  des  Wassers 
entstanden,  vorderhand  alles  Hypothesen, 
die  noch  schwieriger  zu  beweisen  sein  dürften 
als  die  Senkungstheorie  Darwins.  Die 
1887  von  Gupp5^  aufgestellte  Theorie  ist 
eigentlich  nur  eine  Modifikation  der  vorigen. 
Seiner  Ansicht  nach  entstehen  die  Atolle 
schon  in  der  Tiefe  in  ihrer  typischen  Form, 
um  dann  in  einer  allgemeinen  Hebungs- 
periode an  die  Oberfläche  des  Meeres  zu 
gelangen.  1890  unterzog  sich  Langenbeck 
der  dankenswerten  Aufgabe  all  die  ver- 
schiedenen Theorien  zusammenzustellen  und 
kritisch  zu  prüfen.  Er  wird  zu  einem  be- 
redten Verteidiger  der  Darwinschen  An- 
sichten, ohne  aber  durch  seine  Ausführungen 
spätere  Forscher  wie  Agassiz  und  Voeltz- 
kow  überzeugen  zu  können.  Auch  Bohrungen, 
welche  1896  mit  Erfolg  auf  dem  Atoll 
Funafuti  in  der  Südsee  vorgenommen  wurden, 
vermochten  keine  endgültige  Klärung  herbei- 
zuführen. Agassiz  war  schon  zurzeit 
seiner  Untersuchungen  in  den  amerikanischen 
Küstengewässern  ein  Gegner  Darwins. 
Seine  Forschungen  in  der  Südsee,  insbe- 
sondere auf  den  Fidschiinseln,  bestärkten 
ihn  nur  noch  in  seinem  Standpunkte. 
Er  nimmt  (1899)  als  Grundstock  aller 
Koralleninseln  tertiäre  Kalkablagerungen  an 
und  bewertet  speziell  die  aufbauende  Tätig- 
keit der  Korallen  sehr  gering.  Sonst  nähert 
er  sich  ziemlich  dem  Standpunkte  von 
Murray.  Die  Resultate,  welche  Voeltzkow 
durch  seine  Untersuchungen  einer  Reihe 
von  Inseln  im  westlichen  Indischen  Ozean 
erzielte,  stimmen  in  vieler  Beziehung  mit 
den  Anschauungen  von  Agassiz  überein, 
nur  dass  Voeltzkow  konstatiert,   daß  die 


Unterlage  der  Koralleninseln  durch  die 
Ablagerungen  mikroskopisch  kleiner  Lebe- 
wesen entstanden  sind. 

4e)  Gegenwärtiger  Stand  der  For- 
schung. Was  nun  den  heutigen  Stand 
unserer  Frage  anbelangt,  so  müssen  wir  die 
Entstehung  der  Korallenriffe  leider  noch 
in  mancher  Beziehung  als  ungeklärt  be- 
zeichnen. Trotz  der  zahlreichen  wertvollen 
Untersuchungen  muß  man  doch  mit  Agassiz 
übereinstimmen,  wenn  derselbe  schreibt, 
daß  durch  all  diese  neueren  Untersuchungen 
nur  die  Zahl  der  zu  lösenden  Fragen  vermehrt 
worden  sei. 

Jedenfalls  ist  unter  allen  Untersuchungen 
den  Forschungen  Darwins  die  weitaus 
größte  Bedeutung  beizumessen.  Seine 
Theorie  stellt  immer  noch  die  natürlichste 
und  einleuchtendste  Entstehungsgeschichte 
dieser  seltsamen  Gebilde  dar.  Eine  Reihe 
von  Faktoren  können  nur  auf  Grund  seiner 
Voraussetzungen  befriedigend  aufgeklärt 
werden.  Auf  der  anderen  Seite  ist  nicht  zu 
verkennen,  daß  trotz  der  späteren  Unter- 
suchungen eine  große  Zahl  von  Fragen 
kaum  in  das  Gebiet  der  Erwägungen  ge- 
zogen werden  konnte,  da  die  Forschungen 
zu  lückenhaft  sind,  ein  Umstand,  der  sich 
durch  die  Abgelegenheit  der  wichtigsten 
Korallengebiete,  ihre  schwere  Zugänglichkeit 
und  sonstige  unzählige  Hindernisse  leicht 
erklären  läßt.  Man  wird  nicht  eher  damit 
rechnen  dürfen,  eine  endgültige  Klärung 
zu  erlangen  als  bis  vor  allem  ein  eingehendes 
Studium  der  zahlreichen  gehobenen  Ko- 
ralleninseln durch  Kartographierung,  petro- 
graphische  Untersuchungen,  Bohrungen  u. 
dgl.  stattgefunden  hat,  da  gerade  hier  sicher- 
lich noch  ein  enormes  Beweismaterial  ver- 
borgen liegt.  Einer  ähnlichen  Klärung  be- 
dürfen die  Tiefenverhältnisse  der  Korallen- 
meere, wenn  auch  durch  die  zahlreichen 
Lotungen  der  Tiefseeexpeditionen  und  der 
Kriegsschiffe  der  dort  interessierten  Staaten 
schon  ein  vielversprechender  Anfang  ge- 
macht worden  ist.  Es  warten  unserer  also 
noch  eine  Reihe  von  Aufgaben,  die  ebenso 
dankbar  als  interessant  sind,  die  aber 
nur  gelöst  werden  können,  wenn  dieses 
Gebiet  von  vielen,  jedoch  nach  gemein- 
samem Plane,  wieder  in  Angriff  genommen 
wird. 

Literatur.  A.  Agassiz,  The  Coml  Beefs  of  the 
Tropiccd  Pacific.  Cambridge,  3Iaß.  1903.  — 
J.  D.  Dana,  Corals  and  coral-islands.  New 
York  I874.  —  C/j.  Darwin,  The  structnre  nnd 
distribution  of  coral-reefi^.  Loiidon  18^2.  — 
H.  B,  Guppy,  The  Solomon  Islaiids.  London 
1887.  —  A.  Krämer,  lieber  den  Hau  der 
Korallenmueln.  Leipzig  1894.  —  It.  Langen- 
heck, Die  TIteorien  über  die  Entstehung  der 
Koralleninseln  und  Korallenriffe.  Leipzig  1890. 
—  W.  May,  Korallen  nnd  andere  gesteins- 
bildende Tiere.   Leipzig  1909.  —  C.  E.  Meinicke, 


Korallenriffe  (Rezente  Ivorallenriffe)  —  Krirperformen  des  Mensehen 


957 


Die  Inseln  des  Stillen  Ozeans.  1875.  —  «7.  J. 
Jtein,  Die  Bermudasinseln  und  ihre  Korallen. 
Berlin  1881.  —  Saville  -  Kent ,  The  Great 
Barrier  Reef  of  Australia.  London  1898.  — 
K,  Seitiper,  Die  Patau- Inseln.  Leipzig  187S. 
—  Derselbe,  Die  nalürlichen  E.in'stenzbe- 
dingungen  der  Tiere.  Leipzig  1S80.  —  Ä. 
Voeltzkow,  Uebcr  Coccolithen  nttd  Rbahdolithcn. 
Frankfurt  a.  M.  1901.  —  J.  Walther,  Litho- 
genesis  der  Gegenwart.  —  Verselbe,  Einleitung 
in  die  Geologie  als  historische  Wissenschaft. 
Jena  1894- 

E.    Wolf. 


Körperformen  des  Menschen. 

Anthropologisch. 

1.  Größe  und  Proportionen  des  Körpers 
undeinzelnerTeile:  a) Körpergröße  ;b)  Wachstum; 
(■)  Körpergewicht;  d)  Proportionen;  e)  Kopfmaße. 
2.  Formverhältnisse  des  Körpers  und  einzelner 
Teile:  a)  Gesaratkörper:  Kind,  Erwachsener, 
Geschlechtsunterschiede,  Senescenz,  Individual- 
unterschiede ;  b)  Einzelne  Teile:  Kopf,  Rumpf, 
weibliche  Brust,  Extremitäten;  c)  Künstliche 
Deformierung.  3.  Technik:  metrische  und  repro- 
duzierende. 

Die  Darstellung  der  ,, Rassenmorphologie" 
(s.  ßd.  VIII  S.  106)  stellt  gewöhnlieh  neben 
die  Besprechung  der  einzelnen  Organsysteme 
als  zusammenhängendes  Kapitel  die  Unter- 
suchung von  Körpergröße,  Wachstum,  Pro- 
portionen, aber  auch  allgemeiner  äußerer 
Formverhältnisse  des  Körpers  wie  Ver- 
teilung des  Fettpolsters,  Physiognomie  usw. 
Martin  (1914)  faßt  all  das  unter  die  Bezeich- 
nung ,,Somatologie"  zusammen,  wobei  er 
die  Untersuchung  des  Haares,  der  Haut- 
und  Augenfarbe  einschließt,  also  alles,  was 
der  Anthropologie  am  Lebenden  anatomisch 
feststellen  kann.  Hier  muß  sich  die  Dar- 
stellung auf  die  wesentlichsten  Punkte 
beschränken  und  kann  nur  anführen,  w^as 
in  den  Artikeln  ,, Rassenmorphologie" 
(Bd.  VIII  S.  106),  „Schädellehre  und 
Skelettlehre"  (Bd.  VIII  S.  836),  „Haar" 
Bd.  V  S.  167)  und  „Haut"  (Bd.  V  S.  208) 
keinen  Platz  fand. 

I.  Größe  und  Proportionen  des  Körpers 
und  einzelner  Teile.  la)  Die  Körper- 
größe bestimmt  man  (Anthropometer  s. 
unten)  als  die  Entfernung  des  höchsten 
Scheitelpunktes  vom  Boden  bei  möglichst 
gerader  Körperhaltung.  Messungen  im 
Liegen  und  solche  an  der  Leiche  ergeben 
andere  Resultate.  Mit  ,,  Körpergröße" 
einer  Rasse  meint  man  die  durchschnitt- 
liche Größe  erwachsener,  jugendlicher  Männer 
und  Frauen.  (Wachstum  s.  unten).  Im  Alter 
nimmt  durch  Schrumpfung  der  Zwischen- 
wirbelscheiben, Verstärkung  der  Wirbel- 
säulenkrümmungen,        Veränderung        der 


Schenkelknochen  die  Körpergrößeab  (um  etwa 
3%  nach  Martin).  Daß  nach  längerer  auf- 
rechter Körperhaltung  (abends)  der  Körper 
kleiner  ist  (etwa  30  mm)  als  nach  Ruhe 
(morgens)  ist  bekannt.  Der  Körper  der  Frau 
ist  bei  allen  Rassen  kleiner  als  der  des  Mannes, 
um  10  bis  12  cm  oder  rund  7%  (Martin). 
Man  unterscheidet  nach  Martin:  Zwerg- 
wuchs unter  129,9  cm;  sehr  kleine  130  bis 
149,9  cm;  kleine  150  bis  159,9  cm,  unter- 
mittelgroß 160  bis  163,9  cm;  mittelgroß  164 
bis  166,9  cm  —  der  Mittelwert  der  Gesamt- 
i  menschheit  ist  165  cm  —  übermittelgroß  167 
ibis  169,9  cm;  groß  170  bis  179,9  cm; 
sehr  groß  180  bis  199,9  cm  und  Riesenwuchs 
200  und  darüber,  wobei  es  sich  um  Größen 
des  Mannes  handelt;  die  Frau  würde  bis 
120,9  als  zwergwüchsig,  bei  153  bis  155,9 
als  mittelgroß,  von  159  an  als  groß  bezeichnet 
werden,  bei  einem  Gesamtmittel  von  154  cm. 
Körpergrößen,  die  die  angegebenen  Grenzen 
überschreiten,  sind  pathologisch;  patho- 
logische Zwerge  sind  bis  zu  78  cm  Körper- 
größe herab,  Riesen  bis  zu  283  cm  hinauf 
beobachtet  worden  (s.  Martin). 

Die  rassenmäßige  Verteilung  der  Körper- 
größen ist  sehr  unregelmäßig,  überall  kommen 
kleinere  neben  größeren  Rassen  vor;  die 
kleinsten  Europäer  sind  die  Lappen  (männ- 
licher Durchschnitt  152,3  cm),  die  größten 
die  Schotten  (174,6);  Franzosen  messen 
im  Mittel  165,1  cm.  Süddeutsche  166  bis 
167,  Holländer  168,5,  Engländer  172,8  cm 
(vgl.  die  Karte  Bd.  VIII  S.  99). 
Japaner,  sehr  viele  mongolische  Völker, 
viele  südamerikanische  Waldindianer,  Es- 
kimo, Hottentotten  sind  klein,  Neger, 
Australier,  nordamerikanische  Indianer,  Pata- 
gonier.  Feuerländer  groß.  Gruppen  mit 
männlichem  Mittelwert  unter  150  cm  nennt 
man  Pygmäen.  Solche  sind  in  Zentral- 
und  Südafrika  (im  Seengebiet,  Kongo, 
dann  Buschmänner),  auf  den  Andamanen, 
Philippinen  und  w^ahrscheinlich  im  Innern 
Neuguineas.  Ihnen  schließen  sich  solche 
an,  die  fast  Pygmäen  sind,  oft  Pygmoide 
genannt  (Wedda  auf  Ceylon  usw.  vgl.  Bd.  VIII 
S.  103;  sehr  kleinwüchsige  Stämme  in 
Afrika). 

Ein  Nachweis  prähistorischer  Pygmäen 
in  Europa,  die  Kollmann  annimmt,  ist  wohl 
als  nicht  erbracht  anzusehen  (vgl.  Bd.  I 
S.  479).  Man  kann  allerdings  aus  der  Größe 
einzelner  Extremitätenknochen  die  Körper- 
größe bestimmen,  aber  das  hat  nur  für 
Durchschnitte  Geltung  (die  individuellen 
Differenzen  sind  sehr  groß  —  auf  Einzel- 
heiten der  Berechnung  kann  nicht  einge- 
gangen werden,  s.  Manouvrier  Mem.  Soc. 
d'Anthr.  1892). 

Neben  der  rassenmäßigen  Erblichkeit 
der  Körpergröße  muß  man  deren  individuelle 
Beeinflußbarkeit  beachten.   Die  Ernährungs- 


958 


Körperformen  des  Menschen 


Verhältnisse  in  der  Waehstumsperiode  spielen 
da  eine  beträchtliche  fördernde  oder  hemmen- 
de Rolle,  ohne  übrigens  jenen  Charakter 
auslöschen  oder  ganz  verdecken  zu  können. 
Man  weiß  heute,  daß  Drüsensekrete  (Keim- 
drüse, Hypophyse,  Thymus)  das  Wachstum  | 
resiuliereu  und  sie  scheinen  ihrerseits  z.  T. 
stark  beeinflußbar  durch  bestimmte  Stoffe  j 
von  Nahrung  und  Wasser.  Mit  der  Er- 
nährung steht  wohl  die  nachweisbare  Zu- 
nahme der  Körpergröße  in  Euro))a  im  Laufe 
der  letzten  paar  Dezennien  im  Znsammen- 
hang (2  bis  4  cm) ;  ebenso  erklärt  sich  ein 
Kleinersein  armer  Schulkinder  und  sozial 
unterer  Bevölkerungsklassen    gegen   Reiche. 

ib)  Wachstum.  Bezüglich  des  Wachs- 
tums vor  der  Geburt  kann  hier  nur  ange- 
geben werden, _  daß  es  ein  recht  ungleich 
rasches  ist,  was  mit  den  eigentümlichen 
Entwickelungsvorgängen  zusamnienhängt,die 
die  einzelnen  Organe  sich  sehr  ungleich 
rasch  ausbilden  lassen.  Der  Neugeborene 
ist  in  Europa  durchschnittlich  50  cm  lang 
(Mädchen  49  cm).  Das  Wachstum  des 
jugendlichen  Körpers  ist  aber  auch  ferner- 
hin ein  sehr  ungleichschnelles,  aber  bei 
beiden  Geschlechtern  und  allen  Rassen  im 
Prinzip  gleich.  Man  kann  (nach  Bartels 
und  Stratz)  eine  Periode  raschen  Wachs- 
tums unterscheiden,  die  bis  zum  5  bis  6  Jahre 
dauert  (erste  ,, Streckung",  nach  vorher- 
gehender ,, Fülle"),  dann  kommt  eine  solche 
langsameren  Wachstums  (,, zweite  Fülle"),  in 
der  der  Körper  dafür  runder,  voller  w'ird; 
sie  dauert  bei  Knaben  bis  zum  10.  bis  12., 
bei  Mädchen  10.  Jahre.  Nun  erfolgt  wieder 
ein  rascheres  Wachsen  (,, zweite  Streckung"), 
die  bei  Knaben  bis  zum  16.  bis  18.,  beim 
Mädchen  14.  bis  15.  Jahre  dauert.  Dieses 
Wachsen  setzte  also  beim  Mädchen  etwas 
früher  ein,  als  beim  Knaben,  so  daß  11  bis 
14  jährige  Mädchen  größer  sind  als  gleich- 
alte Knaben,  um  nachher  von  diesen  wieder 
überholt  zu  w-erden.  In  dieser  Wachstums- 
])eriüde  wachsen  die  einzelnen  Körperab- 
schnitte (Rumpf-Extremitäten)  sehr  ungleich, 
die  Körperkräfte  sind  dabei  sehr  in  Anspruch 
genommen,  was  beides  sich  in  der  Haltung 
der  Individuen  oft  stark  ausprägt  (sogenannte 
Flegeljahre).  Dann  folgt  wieder,  bis  zum 
25.  Jahre  beim  Jüngling,  bis  zum  18.  bis 
20.  bei  der  Jungfrau  eine  Periode  verlang- 
samten Wachstums  (Reife)  bis  dieses  zur 
angegebenen  Zeit  allmählich  ganz  stillsteht. 
Am  Ende  der  vorhergehenden  starken  Wachs- 
tumsperiode tritt  die  geschlechtliche  Reife 
ein  (s.  Bd.  8  S.  119).  Die  Rassenverschieden- 
heit zeigt  sich  im  Wachstum  darin,  daß 
die  Individuen  großwüchsiger  Rassen  von 
Anfang  an  etwas  größer  sind,  dann  aber 
den  Wachstumsabschluß  etwas  weiter  hinaus- 
schieben, also  etwas  länger  wachsen. 

ic)  Körpergewicht.     Infolge  der  sehr 


starken  individuellen  Schwankungen  ist  das 
Körpergewicht  anthrologisch  von  sehr  ge- 
ringer Bedeutung.  Der  erwachsene  Europäer 
wiegt  im  Mittel  65  kg,  die  Frau  52  kg.  Die 
Schwankungen  sind  vor  allem  durch  die 
Verschiedenheit  des  Fettpolsters  bedingt 
(s.  unten).  Da  auch  die  Körpergröße  von 
Einfluß  ist,  muß  bei  normalem  Ernährungs- 
zustand ein  bestimmtes  Verhältnis  zwischen 
Gewicht  und  Körpergröße  bestehen.  p]inen 
,, Index  der  Körperfülle"  berechnet  man 
(nach  Rohr  er  1908)  indem  man  das  100  fache 
Körpergewicht  (Gramm)  durch  die  3.  Potenz 
der  Körpergröße  (Zentimeter)  teilt.  Der 
Index  beträgt  beim  Europäer  1,3  bis  1,4, 
bei  der  Frau  etwas  mehr  (1,4  bis  1,7),  bei  den 
meisten  primitiven  Gruppen  weniger.  Auch 
ein  Konstitutionsindex  wird  oft  berechnet, 
indem  man  (rein  empirisch  gewonnen)  von 
der  Körpergröße  (Zentimeter)  die  Summe 
von  Brustumfang  und  Gewicht  (in  Kilo) 
abzieht;  die  Differenz  unter  10  entspricht 
sehr  kräftiger,  die  von  11  bis  15  starker, 
bei  21  bis  25  mittelmäßiger,  dann  schwäch- 
licher, bei  31  bis  35  sehr  schwächlicher,  dann 
schlechter  Konstitution.  Der  Index  hat  bei 
militärischen  Tauglichkeitsuntersuchungen 
seine  Bedeutung  (vgl.  Simon  Arch.  f. 
soz.  Hyg.  1912\ 

id)  Proportionen.  Neben  der  Körper- 
größe interessiert  anthropologisch  und 
wird  wie  jene  durch  Messung  festgestellt 
(s.  unten)  die  Größe  der  einzelnen  Körper- 
abschnitte; ihr  gegenseitiges  Verhältnis  wird 
als  Proportionen  des  Körpers  bezeichnet. 
Ein  Schema,  das  die  Körperabschnitte 
im  Maßstab  eines  bestimmten  Körperteils 
angibt,  heißt  Modulus;  so  kann  man  sagen, 
die  Körpergröße  des  erwachsenen  Europäers 
beträgt  T^o  Kopfhöhen,  die  Schulterbreite 
usw.  je  bestimmte  Anzahlen  oder  Teile  dieser 
Kopfhöhe.  Der  gebräuchlichste  derartige 
,, Kanon"  ist  der  von  Schmidt-Fritsch  ; 
die  Anwendung  ist  aber  dem  Künstler 
wichtiger  als  dem  Anthropologen.  Unter 
bestimmten  Kautelen  kann  man  iji  eine 
anthropologische  Photographie  (s.  unten) 
auch  die  wirklichen  Meßpunkte  einzeichnen 
und  so  eine  Strichfigur  der  ]\Iaßverhältnisse 
bekommen,  noch  besser  eine  solche  einfach 
auf  Gruiul  der  am  Lebenden  genommenen 
Maße  (s.  unten)  konstruieren.  Technik 
siehe  Stratz  1913  und  besonders  Martin 
1914. 

Die  Proportionen  wechseln  nach  Alter, 
Geschlecht,  äußeren  Einflüssen  (Beruf)  und 
Rasse.  Beim  Kind  ist  der  Kopf  relativ 
außerordentlich  groß,  die  Beine  sehr  kurz, 
die  Körpermitte  liegt  erst  im  Nabel,  dann 
abwärts  davon,  beim  h]rwachsenen  (Mann) 
am  Damm.  Die  Proportionen  der  Feten 
sind  noch  nicht  sehr  genau  untersucht, 
Retzius  (1904)  hat  diesbezüglich  Angaben 


Körperformen  des  Menschen 


959 


gemacht,  Keibel  (1910)  gibt  eine  vorzüg- 
liche Uebersicht  über  die  fetalen  Formen. 
Die  Frau  hat  etwas  längeren  Rumpf  und 
kürzere  Beine.  —  Intensive  Tätigkeit  ver- 
längert die  betreffenden  Glieder,  so  haben 
Matrosen  lauge  iVrme  und  Beine,  Schmiede 
u.  dgl.  lange  Arme  und  kurze  Beine  usw.  — ■ 
Gegen  den  Europäer  haben  Neger  lange 
Arme  und  Beine,  besonders  Unterarme  und 
Unterschenkel,  Mongolen  langen  Rumpf 
und  kurze  Extremitäten  usw.  Beim  Europäer  i 
sind  Schultern  und  Hüften  relativ  zur  Rumpf- 1 
länge  breit,  beim  Neger  beides  sehr  schmal, 
so  daß  dieser  schlank,  schmalbrüstig,  jener 
untersetzt  aussieht,  Indianer,  manche  Ma- 
layen  oder  Mongolen  noch  stärker  unter- 
setzt. Als  Grundmaß,  auf  das  man  die 
Maße  der  Einzelabschnitte  bezieht  (um  so- 
genannte ,, relative"  Maße,  Proportionsmaße 
zu  bekommen),  ist  außerordentlich  häufig 
die  Körpergröße  benützt  worden.  Man  sollte 
aber  stets  die  Rumpflänge,  d.  h.  Länge  der 
vorderen  Rumpf  wand  nehmen,  vom  oberen 
Brustbeinende  bis  zum  oberen  Schambein- 
rand, da  die  Körpergröße  sich  aus  Bein- 
länge, Rumpf-,  Halslänge  und  Kopfhöhe 
zusammensetzt,  auch  bei  Vierfüßlern  kein 
vergleichbares  Maß  besitzt  (Mollison  1910). 
Man  bestimmt  die  relative  Länge  des  Ober-, 
des  Unterarmes,  der  Hand,  des  Ober-,  des 
Unterschenkels,  des  Fußes  je  zur  Rumpf- 
länge (also  in  %  dieser  ausgedrückt),  ebenso 
die  relative  Schulter-  und  Hüftenbreite, 
dann  das  Verhältnis  von  Unter-  zu  Oberarm 
und  Hand  zu  Unterarm,  ebenso  am  Beine, 
endlich  das  Verhältnis  von  Arm  zu  Bein 
(Intermembrahndex).  Weiter  wird  die  Höhen- 
lage des  Nabels  und  der  Brustwarzen  und  der 
Abstand  der  beiden  Warzen  ebenfalls  in 
Rum])flängenprozenten  angegeben  — ■  um  nur 
die  wichtigsten  Proportionsmaße  zu  nennen. 
Die  oft  gemessene  Sitzhöhe  ist  kein 
gutes  Maß,  da  die  Wirbelsäulenlänge  im 
Stehen  und  Sitzen  nicht  vergleichbar  sind. 
Die  Sitzhöhe  ist  beim  Europäer  51  bis  53% 
der  Körpergröße,  bei  Australiern  nur  47, 
manchen  Negern  49%,  bei  manchen  Mon- 
golengruppen dagegen  53  bis  54.8 '^q.  Auch 
die  Klafterweite  d.  h.  die  Entfernung  der 
Mittelfingerspitzen  bei  horizontal  seitwärts 
gestreckten  Ai'men,  ist  als  sehr  zusammen- 
gesetzt kein  gutes  Maß.  Sie  beträgt  beim 
Mann  99  bis  109%  der  Körpergröße.  Neben 
den  Längenmaßen  w^erden  dann  häufig 
Umfange  gemessen,  deren  wichtigster  der 
Brustumfang  ist  (Militärmaß;  über  den 
Brustwarzen  bei  hängenden  Armen);  er 
mißt  48  bis  58%  der  Körpergröße  soll  bei 
Gesunden  (Männern;  stets  mehr  als  50% 
betragen.  Taillenumfang  orientiert  über  die 
Schlankheit  des  unteren  Rumpfabschnittes, 
LTmfänge  an  Oberarm,  Oberschenkel.  Wade 
über  deren  Muskelentwickelung. 


Für  alle  Einzelheiten  muß  auf  das  aus- 
gezeichnete Martinsche  Lehrbuch  verwiesen 
werden.  Auf  exakte  Messungen  mit  einheit- 
licher Technik  aufgebaute  Angaben  und 
Berechnungen  über  Proportionen  sind  noch 
immer  zu  wenige  gemacht,  sie  wären  sehr 
willkommen;  wir  können  dann  erst  sicher 
entscheiden,  wieweit  wir  die  Proportions- 
lehre zu  Rassendiagnosen  brauchen  können. 
Die  Vergleichung  von  Mensch  und  Affen, 
besonders  anthropoiden  hat  Mollison  (1910) 
durchgeführt;  es  sei  nur  auf  die  starke  Ueber- 
länge  der  oberen  P^xtremität  und  Unterlänge 
der  unteren,  besonders  der  Unterschenkel 
bei  den  Anthropoiden,  die  Beckenbreite  des 
Gorilla  hingewiesen. 

Um  einen  Anhalt  zu  bieten,  seien  einige  Maße 
von  100  badischen  Männern  und  100  badisflien 
Frauen  gegeben  (erstere  nach  Mollison  1910, 
letztere  nach  eigenen  unveröffentlichten  Messun- 
gen).   In  "/(,  der  Rumpflänge  beträgt  im  Mittel: 


bei  Mann 

Frau 

Schulterbreite 

75.3 

72.1 

Größte  Becken  breite 

56,2 

59,5 

Brustwarzenabstand 

39,8 

— 

Oberarmlänge 

65,0 

61,5 

Unterarmlänge 

50,9 

46.5 

Handlänge 

36.8 

35,7 

Oberschenkellänge 

85,0 

91,1 

Untersehenkellänge 

73  5 

68,0 

Fußlänge 

52;o 

49,8 

le)  Kopf  maße.  Die  Größenverhält- 
nisse der  einzelnen  Teile  des  Kopfes  werden 
selten  zu  anderen  Körperteilen  in  Beziehung 
gesetzt,  hier  interessieren  vielmehr  für  jeden 
Teil  seine  eigenen  Hauptdimensionen  und 
deren   Verhältnis. 

Die  wichtigsten  Messungen  entsprechen 
denen  am  Schädel. 

Die  Technik  (s.  unten)  ist  nicht  ganz  ein- 
fach, so  daß  es  ganz  unmöglich  ist,  etwa  hier 
eine  derartige  Beschreibung  zu  geben,  daß  man 
daraufhin  Messungen  unternehmen  konnte, 
ja  es  muß  direkt  davor  gewarnt  werden,  messen 
zu  wollen  ohne  ganz  gründlichen  Unterricht! 
So  können  hier  einige  wichtigste  Hinweise 
genügen,  es  sei  vor  allem  auf  das  Martinsche 
Lehrbuch  verwiesen,  das  als  einzigstes  seiner 
Art  den  ganzen  Stoff  klar  und  übersichtlich 
darstellt  und  alle  Technik  ausführlich  beschreibt, 
so  daß  darnach  eventuell  auch  ohne  Lehrer 
gearbeitet  werden  kann. 

Am  Hirn  schädelabschnitt  des 
Kopfes  bestimmt  man  die  ,, größte  Länge" 
(Stirnwulst  [Glabellal  bis  Hinterhaupt)  und 
die  ,, größte  Breite"  (Tasterzirkel  s.  unten). 
Deren  Verhältnis,  der  Längenbreitenindex 
(oft  kurzweg  Kopfindex  genannt)  gibt  uns 
Aufschluß  über  die  Form  des  Kopfes  von 
oben  her  betrachtet;  der  Index  entspricht 
dem  am  Schädel,  es  muß  auf  dessen  Bespre- 
chung verwiesen  werden  (s.  Bd.  VIII  S.  845). 
Bezüglich  der  Gruppeneinteilung  der  Index- 
werte sind  aber  infolge  der  vorn  und  seit- 


9GU 


Köi'performen  des  Menschen 


lieh  ungleichen  Weichteildicke  des  Kopfes  Ver- 
schiebungen festzustellen;  will  man  Längen- 
breitenindizes  von  Schädeln  und  lebenden 
Köpfen  ungefähr  (!)  vergleichen,  muß  man  die 
Schädelindizes  je  um  2  lunheiten  erhöhen. 
Als  Grenzen  nimmt  man  etwas  andere  Werte 
an,  so  geht  am  Lebenden  Uolichocephalie 
(s.  den  iVi-tikel  ,,Schädellchre  usw.")  bis 
75,9,  Mesocephalie  7G,0  bis  80,9,  von  da  an 
Brachycephalie.  Die  Höhe  des  Kopfes  ist  ein 
technisch  außerordentlich  schwieriges  Maß 
(,, Ohrhöhe"),  so  daß  das  Höhenverhältnis 
(I.ängen-  und  Breiten-)  wenig  Bedeutung 
gewonnen  hat.  Auf  ,,  Stirnbreite"  ,, Breite 
am  Traguspunkt"  und  andere  Maße  kann 
nicht  eingegangen  werden. 

Die  Kassenunterschiede  des  ,, Kopf- 
index" sind  sehr  prägnant;  Australier, 
Neger,  Eskimo,  nordische  Rasse,  mediterrane 
u.  a.  sind  typisch  dolichocephal,  manche 
mongolische,  amerikanische  Gruppen,  manche 
Südseegruppen  brachycephal.  Verteilung 
der  Kopfformen  in  Europa  siehe  Karte 
Bd.  8  S.  98.  Variabilität  der  Form  und 
Beeinflußbarkeit  Bd.  VIII  S.  845  und  S.  84. 

Am  Gesicht  wird  aus  Gesichtslänge 
und  Gesichts-  oder  Jochbogenbreite  der 
Gesichtsindex  berechnet.  Die  (,, morpho- 
logische") Gesichtslänge  ist  die  Strecke  von 
der  abzutastenden  Stirnnasennaht  zur  Unter- 
seite des  Kinnes;  —  auch  eine  physiogno- 
mische  Gesichtslänge,  bis  zur  Haargrenze, 
wird  gelegentlich  gemessen;  als  Breite  ist 
die  größte  zunehmen,  auf  den  Backenknochen, 
etwa  fingerbreit  vor  dem  Gehöreingang. 
Man  unterscheidet  schmale  und  breite  Ge- 
sichter (insbesondere  nach  K  oll  mann,  dann 
Virchow):  bis  83,9  chamaeprosop,  84  bis 
87,9  raeso-  und  von  88  an  leptoprosop  (vgl. 
den  Artikel  „Schädellehre  usw."  Bd.  VIII 
S.  845),  Auch  das  Obergesicht  allein  —  bis 
zum  Kieferrand  zwischen  den  oberen  Schneide- 
zähnen —  wird  gemessen  und  mit  der  Breite 
in  Beziehung  gebracht,  ferner  die  Kiefer- 
winkelbreite, Breite  der  Jochhöcker,  der 
Augenwinkel,  der  Orbitaränder  und  andere 
Maße. 

Besonders  wichtig  ist  die  Messung  der 
Nase,  über  die  Bd.  VIII  S.  110/111  berichtet 
ist;  die  Indexgrenzen  am  Lebenden  sind: 
bis  69,9  leptorhin,  70,0  bis  84,9  mesorhin, 
von  85,0  an  platyrhin.  Lippenmessung 
ebenda  S.  108.  Das  Vortreten  (Prognathie) 
oder  ZurückHegen  der  Mund-  und  Kiefer- 
partie im  Gesicht  wird  auch  am  Lebenden 
mit  „Goniometer"  bestimmt  (s.  Bd.  VIII 
S.  838). 

Endlich  geben  noch  die  Umfangmes- 
sungen des  Kopfes  eine  gute  Vorstellung 
seiner  Größenverhältnisse,  wenn  auch  deren 
Technik  oft  des  Haares  wegen  schwer  ist. 

Bezüglich  der  Wachstumsverhältnisse 
dieser  Proportionen  des  Kopfes  sei  erwähnt, 


daß  der  Umfang  des  Neugeborenen  (bei 
uns)  im  Mittel  345  mm  beträgt,  um  dann  aU- 
mählieh  bis  auf  550  mm  anzuwachsen.  Der 
Längenbreitenindex  ist  vom  etwa  3.  oder 
4.  Lebensjahr  an  konstant  durch  die  ganze 
Wachstumsperiode  (Pfitzner);  dagegen  ver- 
ändert sich  Gesichts-  und  Nasenform  ge- 
waltig, das  Gesicht  wird  relativ  viel  länger 
(s.  Bd.  VIII  S.  842),  die  Nase  erhebt  sich,  be- 
kommt einen  eigentlichen  Rücken  (der  oft 
dem  Kind  fehlt,  d.  h.  eine  Fläche  ist),  wird 
schmäler  und  länger. 

Endlich  ist  die  Messung  der  Ohrmuschel 
zu  erwähnen,  man  mißt  die  ,,physiogno- 
mische"  Länge  und  Breite,  aber  auch  die 
,, morphologische"  nach  der  Darwinschen 
Spitze  (vgl.  Schwalbe,  Virchow  Festschr. 
1891  und  Martin  a.  a.  0.). 

2.  Formverhältnisse  des  Körpers  und 
einzelner  Teile.  2a)  Die  Gesamtform 
des  menschlichen  Körpers  zeigt  zu- 
nächst auffallende,  starke  Alters-  und  Ge- 
schlechtsunterschiede. 

Der  kindliche  Körper  zeigt  —  abgesehen 
von  oben  erwähnten  Proportionsbesonder- 
heiten —  eine  durch  Fettablagerung  bedingte 
Rundung  der  Formen,  zahlreiche  Stauungs- 
und Beugefalten  und  die  bekannten  ,,  Grüb- 
chen" (z.  B.  Hände)  in  der  glatten,  weichen, 
runzelfreien  Haut  (man  vgl.  zahlreiche 
bekannte  Bilder  von  ,, Putten"),  ein  Muskel- 
relief ist  dagegen  nicht  wahrnehmbar.  Schon 
in  den  ersten  Lebensjahren  ist  die  untere 
Rücken-  und  Beckengegend  sexuell  etwas 
different. 

Beim  Erwachsenen  sind  dann  die  Ge- 
schlechtsunterschiede stark  in  den  Vorder- 
grund gerückt.  Der  männliche  Körper  ist 
—  von  Größe  und  Porportionen  abgesehen, 
s.  oben  —  derb  knochiger,  was  an  den  Schul- 
tern Arm-  und  Beingelenken  stark  hervor- 
tritt; alle  Formen  sind  mangels  Fett  weniger 
rund,  das  Muskelrelief  tritt  viel  stärker 
hervor;  die  Behaarung  des  Körpers  ist  im 
ganzen  stärker,  bedeckt  als  ,,Bart"  gewisse 
Gesichtsteile,  geht  von  der  Scham  bis  gegen 
dan  Nabel  etc.  oft  sind  Schvütern  und  be- 
sonders die  Brust  behaart.  Der  großw^ach- 
sende  Kehlkopf  ist  äußerlich  sichtbar.  Die 
Fettablagerung  bevorzugt  besondere  Stellen, 
so  den  Nacken,  die  Unterbauchgegend,  bei 
der  Frau  den  Unterrücken,  die  Wade,  vor 
allem  aber  ganz  typische  Hüften  und  Gesäß 
und  hilft  endlich  die  Weiberbrust  bilden 
(s.  unten).  Das  männliche  Gesicht  ist 
eckiger,  das  Kinn  stärker,  die  Stirn  mehr 
fliehend,  Augbrauwülste  und  Glabella  mehr 
betont,  bei  der  Frau  alles  entgegengesetzt, 
der  Schädel  etwas  eckiger,  die  Stirn  gerade, 
mit  betonten  Stirnhöckern. 

Individuell  sind  alle  diese  ,, sekundären 
Geschlechtsmerkmale"  oft  wenig  ausge- 
sprochen, ja  selten  ins   Gegenteil  verkehrt, 


Kürpei'formen  des  Menschen 


961 


so  daß  man  von  männlicher  Körperbildung  j  säule.    Das  steht  im  Zusammenhang  mit  der 


des  Weibes  und  umgekehrtspricht  (s.  Bartels- 
Ploß  1913).  Daß  wirkhche  Zwitterbildung 
vorkommt,  dürfte  bekannt  sein,  dabei  ver- 
wischen sich  dann  auch  die  sekundären 
Geschlechtsmerkmale.  Ebenso  verleilit  das 
Fehlen  bezw.  Entfernen  der  Keimdrüse  dem 


Ungleichheit  der  Länge  und  des  Gebrauches 
der  rechten  und  linken  Extremitäten  (s. 
Bd.  YIII  S.  118).  Auch  das  Gesicht  ist  fast 
ausnahmslos  asymmetrisch  (Hasse  1887). 
2b)  Einzelne  Körperteile.  Am 
Kopf.    Die  Gesamtform  des  Kopfes  bedarf 


Körper  besondere  Form.  Eunuchen  (Kastrate  !  außer  der  Messung  anthropologisch  eine 
—  kastrierte  Männer)  zeigen  verlängertes '  genaue  Beschreibung;  die  Form  der  Profil- 
Wachstum  in  Extremitäten  (Offenbleiben  kontur,  die  Ausbildung  der  Stirn,  die  Form 
deren  Knorpelfugen),  starke  Fettablagerung,  des  Hinterhauptes  (z.  B.  ,, abgehackt"  s. 
Bartmangel,  Kleinbleiben  des  Kehlkopfes  Fig.  4  Bd.  VIII  S.  101),  die  Gesamthöhe  sind 
usw.  Auch  die  Psyche  verändert  sich  bei  besonders  wichtige  Punkte ;  wohl  am  schwie- 
männlichen  und  weiblichen  Kastraten,  rigsten  sind  exakte  Angaben  über  die  Phy- 
(Tandler  und  Groß,  Arch.  Entwickel.-  siognomie,  die  aber  für  Rassenunterschei- 
Mech.  1909,  1910.  Pittard,  L'Anthropo-  düng  außerordenthch  wichtig  ist.  Neben  die 
logie  1903  a.  u.).  :  Messung  und   Beschreibung,   welch  letztere 

Rassenunterschiede  bestehen  bezüglich  besonders  die  Form  des  üeberganges  von 
der  sekundären  Geschlechtsmerkmale  nur  in-  Stirn  zu  Nase  und  Augen,  deren  Lage  und 
sofern,  als  einzelne  davon  bei  manchen  Rassen  Form,  die  Backenknochen,  Lippen,  Kinn 
besonders  stark  ausgeprägt  sind,  so  daß  schildern  wird  (s.  auch  Bd.  VIII  S.  110  usf.) 
dann  der  betreffende  Geschlechtsunterschied  tritt  dann  als  unentbehrliches  Hilfsmittel 
besonders  auffällt,  so  der  die  künstliche  Wiedergabe  des  Objektes 
starke  Bart  des  Europäers,  |  (bildlicli  oder  plastisch,  s.  unten).  Eine  Be- 
Ainound  Australiers.  Hier-  Schreibung  nach  bestimmtem  Schema  und 
her  gehört  auch  die  starke  besondere  Messung  schreibt  Bertillon  (In- 
Fettentwickelung  an  Steiß  structions  signaletiques,  Melun  1893)  vor 
und  Schenkel  der  Hotten-  zur  Identifizierung  von  Verbrechern;  man 
tottenfrau.  Das  Fett,  von  nennt  das  Verfahren  oft  Bertillonage. 
starken  Bindegewebszügen  Im  Anschluß  an  die  Hinweise  auf  die 
gehalten,  bildet  am  Steiß  Bedeutung  der  Physiognomie  müssen  hier 
einen  förmlichen  Höcker  die  Versuche  erwähnt  werden,  die  ehe- 
(s.  Fig.  1)  man  nennt  die  malige  Physiognomie  eines  Lebenden  aus 
Bildung  Steatopygie  (Fett-  dessen  Schädel  zu  rekonstruieren.  Man  hat 
Steiß):  sie  entspricht  ana-  zuerst  die  Weichteildicke  über  bestimmten 
tomisch  dem  Zebubuckel  Punkten  (besonders  des  Gesichtsschädels) 
und  sie  kommt  Hotten-  festgestellt  (Kollmann  u.  a.  s.  Zusammen- 
totten,  Buschmann,  aber  Stellung  bei  v.  Eggeling,  dann  Wilder  1912). 
auch  manchen  Neger-  So  wurden  auf  prähistorischen  Schädeln 
frauen  zu,  scheint  prähis-  Gesichter  rekonstruiert  —  es  muß  aber 
torisch  aber  viel  weiter  betont  werden,  daß  die  unteren  Nasenteile, 
verbreitet  gewesen  zu  sein  Lippen  und  manches  andere  der  Phantasie 
(s.  Bd.  VIII  S.  103).  ;  freien  Raum  gewährt.  Mit  derselben  :\Iethode 
Endlich  sind  die  hat  man  dann  mehrfach  nach  vorhandenen 
Senescenzerscheinungen zu  Porträts  und  Büsten  bestimmter  Personen 
nennen,  stärkere  Krüm-  versucht,  zweifelhafte  Schädel  auf  ihre 
mung  die  Wirbelsäule  (run-  Identität  oder  Zugehörigkeit  zu  jenen 
derer  Rücken),  Runzel-  zu  untersuchen  und  festzustellen  (Kant, 
bildung  der  Haut, Schwund  i  Raphael,  Bach,  Schiller,  Haydnu.  a.). 
Erschlaffung  der  Muskeln  Am  Rumpf  ist  die  Form  des  Thorax 
Bauchdecke),  Veränderung  vieler  Kopf-  auch  anthropologisch  von  Interesse,  er  ist 
knochen  (Abplattung  des  Schädels ,  Vor-  z.  B.  beim  Neger  enger  und  flacher  als  beim 
springen  des  Kinnes  usw.).  Europäer.     Besonders  wichtig    ist    die  An- 

Neben  den  Geschlechtsunterschieden  in  thropologie  der  weiblichen  Brust.  Zu- 
der  Gesamtkörperform  treten  die  indivi-  nächst  interessiert  ihr  Entwickelungsgrad ; 
duellen  zurück  (bez.  Proportionen  s.  oben),  zur  Zeit  der  Geschlechtsreife  —  nach  Rassen 
Erwähnenswert  ist  eine  regelmäßig  zu  be-  verschieden  früh  und  verschieden  schnell 
obachtende  Asymmetrie  des  Körpers,  die  —  entwickelt  sich  unter  der  jugendlichen 
Wirbelsäule  biegt  sich  im  Brustteil  etwas  Brustwarze  allmählich  die  Milchdrüse,  so 
nach  rechts  aus,  in  Hals-  und  Lendenteil  daß  der  Warzenhof  sich  mit  der  verstreichen- 
nach  links:  so  bei  52%  der  Individuen,  den  Warze  (als  „Areolomamma")  erhebt, 
während  16%  umgekehrt  „linksskoliotisch"  dann  wächst  die  Brust  zu  einem  Hügel  auf, 
sind,    der    Rest    hat    eine    gerade    Wirbel-   auf   dem   jene   Erhebung   oben   drauf  sitzt 

Hanclwürtprl)iK'li  der  Naturwissensc-Iiaften.    Band  V.  "1 


Fig.  1.      Umriß- 
zeichnung   einer 
Hottentottin. 

Nach 

L.  Schnitze. 

Aus      Xamaland 

und        Kalahari. 

Jena  1907. 


des  Fettpolsters 


962 


Körperforinen  dos  Menschen 


\ 


(Stratz).      Solche  Bnistt'orm,  bei  der  also 
der  Warzeiihof  eine   besondere  Vorwölbung 
bildet,     haben    viele    nigritische    Gruppen. 
Bei  der  Europäerin  verstreicht  jene  Erhebung" 
beim    Größerwerden    der    Gesamtbrust.    — 
Die  fertige  Brust  läßt  sich  anthropologisch 
nach    der    Form      -    schalenförmig,    halb- 
kugelig, konisch,  ziegeneuterähnlich  —  unter- 
scheiden, dann  nach  der  Größe,  wobei  man 
ein    aus    halbmondförmigen    Metallscheiben 
bestehendes    Maßschema    zur    Messung    be- 
nützen kann,  nach  Lipief-  (1907)  —  weiter 
muß  Größe,  Form  und  h'arbe  von  Warzen- 
hof und  Warze  berücksichtigt  werden.    Sehr 
ausführliche   Darstellung   ist   bei   Bartels - 
Floß  zu  finden.    Die  Lage 
wechselt  sehr,  nach  Breite 
und  Höhe;  so  kommt  z.  B. 
eine  besonders  hohe  Lage 
bei  Buschmannfrauen  vor, 
wo  die  Brust  bei  Frauen 
(die  geboren  haben)  fast 
an  der  Achsel  sitzen  kön- 
nen.    S.    Fig.    2.     (Frau 
der  Kung-Buschleute  nach 
Seiner,  Zeitschr.  Ethnol. 
1912).    Man  beachte  auch 
die      ,, Hottentottenschür- 
ze" (s.  Bd.  VIII  S.  109). 
Sehr    zu    beachten     sind 
überzählige     Brustwarzen 
oder  Brustdrüsen  (Hyper- 
thelie    und    Hypermastie. 
Frau  und  Mann),  die  bis 
zur    10    Zahl    beobachtet 
wurden  (s.  W  i  e  d  e  r  s  h  e  i  m , 
Bau    des    Menschen    usw, 
Tübingen  1908). 

Andere  Einzelheiten 
am  Rumpf  müssen  hier 
übergangen  werden,  so  vor 
allem  das  Oberflächen- 
relief, wie  es  Fett  und 
Muskeln  bedingen  (z.  B. 
antike  Beckenlinie,  die 
Spinalgrübchen  am  Unterende  des  Rückens 
usw.  s.  Gaupp-Duval,  Grundriß  der  Anat. 
f.  Künstler  III.Aufl  Stuttgart  1908)  u.  a.  m.; 
(Lendenlordose,  s.  Bd.  VIII  S.  849:  ebenda 
-H ,,  Schwanzbildungen"). 

An  der  oberen  Extremität  seien  von 
anthropologisch  bemerkensw^erteren  Merk- 
jnalcn  folgende  erwähnt:  Ober-  und  Unter- 
arm bilden  bei  Nojinalstellung  des  Aimes 
(Handfläche  nach  vorn)  meist  einen  nach 
außen  offenen  stumpfen  Winkel;  er  beträgt 
(Nagel  1907)  170«,  bei  Frauen  168",  bei; 
starker  Inanspruchnahme  des  Armes  (jAth- 
leten)  leS'*.  Die  Gelenkkonfiguration  an 
Ober-  und  Unterarm  sind  sehr  variabel  an  der 
Bildung  beteiligt.  Sehr  oft  ist  auch  eine 
Uebers treckung  des  Armes  nach  hinten  zu 
beobachten,  besonders  bei  Frauen.     An  der 


Fig.  2.    Frau  der 
Kung-Busch- 
leute.   Nach 
Seiner. 


die     sogenannte 


Hand  ist  die  Gesamtform  (schmale  und 
breite  Hände  —  Kollmann),  die  Form 
der  Finger  zu  beachten.  (Schwimmhaut- 
bildung, Oberflächenrelief,  Nägel  nsw.  v<rl. 
den  Artikel  „Haut"  Bd.  V  S.  210). 

An  der  nnteren   Extremität  ist   die 
mangelnde  Wadenentwickelung   bei  Negern, 
i  Australiern    n.    a.    Gruppen    zu    beachten : 
t  ein    derart    entwickelter    Muskelbauch,    wie 
er    der    Wade    des    europäischen    Mannes 
I  zugrunde    liegt,    existiert    dort    nicht,    dei- 
!  Muskel  ist  flacher,  schmaler,  länger;  bei  der 
I  europäischen  Frau  ist  er  so  mit  Fett  bedeckt, 
daß  dadurch  sein  Ansatz  an  der  Sehne  äußer- 
lich   nicht   hervortritt.  —  Am  Fuß  sei  auf 
j  Fälle    sehr  stark  abgespreitzter  ersten  Zehe 
hingewiesen,  wie  sie  z.  B.  Klaatsch  (1912) 
abbildet,  noch  auffälliger  bei  einem  ]\Ielanesier 
Schlagin  häufen  (1908);  hier  und  bei  Ma- 
;  layen  ist  der  Vorderfuß  oft  stark  verbreitert. 
Die    Fußwölbung  ist  beim  Neger  u.  a.  viel 
weniger  sichtbar,  zum  Teil  ist  der  Fuß  wirk- 
lich etwas  weniger  gewölbt,  zum  Teil  ist  die 
Wölbung  mit  einem  Fettpolster  ausgefüllt. 
Man   nimmt  ,, Abdrucke"   (vgl.   den  Artikel 
„Haut"  Bd.  V  S.  211);  vgl.  solche  z.  B.  bei 
Fülleborn,  Deutsch  Ostafrika.    Berlin  1902. 

Daß  man  bei  allen  anthropologischen 
Untersuchungen  über  die  Körperformen  auch 
auf  pathologische  Veränderungen  sein 
Augenmerk  zu  richten  hat,  ist  selbstverständ- 
lich. Wie  oben  pathologischer  Zw^erg-  und 
Riesenwuchs  erwähnt  ist,  so  hat  man  auf 
rachitische  und  andere  Verkrümmungen, 
Folgen  von  Verletzungen,  Mißbildungen  usw. 
zu  achten.  Noch  viel  mehr  aber  interessiereii 
den  Anthropologen  künstliche  Defor- 
mier ungen. 

Man  versteht  darunter  jede  dauernde  Form- 
veränderung irgendeines  Teiles  des  lebenden 
menschlichen  Körpers,  die  der  Mensch  durcli 
besondere  Maßnahmen  hervorbringt.  Ab- 
sichtliche Formveränderungen  an  irgend- 
welchen Körperteilen  fehlen  bei  keinem 
einzigen  Volke.  Bald  eingreifend,  also  die 
Form  sehr  stark  beeinflussend,  bald  nur 
geringe  Eingriffe  darstellend,  erstrecken  sich 
die  Deformierungen  auf  alle  äußeren  Teile, 
die  sich  überhaupt  ohne  schwerere  Funktions- 
störung deformieren  lassen;  vor  allem  sind 
es  prominente  sozusagen  Anhänge:  Haare, 
Ohren,  Nase,  Lippen.  Haarschneiden. 
Rasieren,  Epilieren  sind  weit  verbreitet. 
Durchbohrung  des  Ohrläppchens  dürfte  uni- 
versell verbreitet  sein;  das  Loch  nimmt 
bei  einzelnen  Südseestämmen  Durchmesser 
von  10  cm  an  und  mehr  —  so  dehnbar  ist 
die  Haut.  Man  kennt  weit  verbreitet  Durch- 
bohrung der  Ohrmuschel,  des  Nasenseptum, 
des  Nasenflügels,  der  Ober-,  der  Unterlippe; 
Einschnitte  in  die  Haut,  die  zu  dicken 
Narben  umgebildet  werden  durch  chemisch 
wirkende     Substanzen     (Ziernarben),     Ein- 


Körperformen  des  Menselien 


963 


Stiche,  um  Farbkörner  einzulagern  (Tatauie- 
rung).  Ganz  Afrika,  Sundaarcliipel  und  Süd 
see  kennt  Zahndeformierung:  Schneidezähne 
werden  zugefeilt,  auf  der  Schneide  gekerbt, 
quergerieft,  spitz 'zugehauen,  ausgebrochen, 
angebohrt.  Endglieder  von  Fingern  werden 
abgehackt,  Füße  klumpfußartig  verbildet 
(China)  oder  die  Zehen  durch  spitze  Stiefel 
deformiert;  .\rnie,  Beine,  die  Brust,  die 
Taille  durcli  schnürende  Ringe  (Metall,  Leder, 
Schnüre,  Glieder,  Korsett)  eingeengt  und 
formverändert.  Die  Vorhaut  wird  entfernt, 
der  Penis  durchbohrt,  gespalten,  entfernt, 
die  Clitoris,  die  Labien  beschnitten,  vernäht, 
verlängert  usw.  Hoden,  weibliche  Brüste  ent- 
fernt; der  Kopf  durch  Schienung  und  Bin- 
dung in  der  Kindheit  verändert.  Auch 
unbeabsichtigte  Deformierung,  z.  B.  des 
Kopfes  durch  Haubenbänder  oder  aufge- 
flochtene Zöpfe  wäre  zu  erwähnen,  ebenso 
unbeabsichtigt  das  sogenannte  japanische 
Ringerohr. 

Als  Motive  für  die  künstliche  Deformie- 
rung sind  Eitelkeit  auf  den  Schmuck  oder 
den   bei  der   Prozedur  bewiesenen   Mut  zu  I 
nennen,    oder   die   Absicht,   schreckhaft   zu  : 
machen   ( Kopfgröße),  fruchtbar  zu  machen  ; 
(Beschneidung)   oder   religiöse    Motive   (Be- 
schneidung, Kastration,  Tonsur)  oder  hygie- 
nische (Haarschneiden,  Beschneidung  usw.). 

3.  Technik.  Zum  Schluß  soll  ganz 
kurz  auf  die  Technik  verwiesen  werden, 
die  zur  Feststellung  oben  skizzierter  (Jrößen- 
und  Formverhältnisse  angewandt  wird.  Es 
ist  unmöglich  auf  die  verschiedenen  Arten 
und  Modelle  anthropologischer  Meßinstru- 
mente einzugehen,  es  soll  hier  nurdas  Martin- 
schelnstrumentarium  genannt  werden,  neueste 
und  vorzüglich  bewährte  Modelle.  Alle  Li- 
strumente  sind  erhältlich  bei  P.  Herrmann, 
Feinmechanische  Werkstätte  in  Zürich.  Die 
Körpergröße  und  die  Körperproportions- 
niaße  werden  mit  dem  ,,Anthropometer" 
genommen.  Das  ist  eine  2  m  lange,  in  Milli- 
meter eingeteilte  fingerdicke  (in  3  Stücke 
auseinandernehmbare)  Röhre,  an  der  in 
einem  Schieber  ein  kleines  Lineal  auf  und 
abgeführt  werden  kann.  Die  zu  messende 
Person  steht  gerade  und  aufrecht,  mit 
geschlossenen  Beinen,  das  Anthropometer 
nmß  genau  senkrecht  gehalten  werden, 
wozu  es  einige  besondere  Hilfsmittel  gibt. 
Der  obere  Teil  des  Instrumentes  kann  als 
., Stangenzirkel"  benützt  werden.  An  der 
Röhre  finden  sich  dann  zwei  Lineale, 
eines  am  Ende,  das  andere  verschieblich.  --- 
Dieselbe  Form  wie  dieser  Stangenzirkel  hat 
der  kleine  ,, Schiebezirkel",  der  zur  Messung 
kleinerer  Strecken,  z.  B.  Nasenbreite,  Finger- 
länge usw.  dient.  Der  ,, Tasterzirkel"  mißt 
Kopfmaße;  er  besteht  aus  zwei  eigenartig 
gebogenen  Branchen,  die  gegeneinander  auf- 
und   zuklappen;   eine   (pier  sie   verbindende 


bewegliche  Skala  läßt  die  Entfernung  der 
Branchenenden  in  Millimeter  ablesen.  Das 
„Bandmaß"  soll,  um  nicht  durch  Dehnung 
ungenau  zu  werden,  aus  Stahl  sein.  Alle 
diese  Instrumente  sind  in  Etuis  als  Reise- 
instrumente unterzubringen.  Goniometer 
s.  Bd.  VIII  S.838;  Augenfarbentafel  Bd.  VIII 
S.  113;  Haarfarbentafel  Bd.  V  S.  171;  Haut- 
farbentafel Bd.  V  S.  210;  Brustmesser  s.  oben. 

Auf  direkte  und  indirekte  Messung, 
Wahl  der  Meßpunkte  und  sonstige  Technik 
kann  nicht  eingegangen  werden,  daß  nur 
völlige  Beherrschung  einer  exakten  Technik 
und  innerhalb  der  zu  kennenden  Fehler- 
grenzen genaueste  Arbeit  brauchbare  Resul- 
tate liefern  können,  sei  besonders  betont; 
daß  nur  mit  gleicher  Technik  gewonnene 
Maße  (verschiedener  Autoren)  verglichen 
werden   können,  ist  fast  selbstverständlich. 

Endlich  sei  noch  auf  die  Methoden  der 
Wiedergabe  von  Formverhältnissen  ver- 
wiesen. Vorzügliches  leistet  in  der  Hand 
dessen,  der  ihn  beherrscht,  Pinsel  oder  Stift, 
Skizze,  Zeichnung,  Bild,  die  der  Fachmann 
herstellt.  Konturlinien  kann  man  durch 
abliegen  von  Bleidraht  erhalten,  der  an- 
gedrückt und  dann  abgenommen  seine 
Form  behält,  so  daß  man  mit  dem  Bleistift 
seiner  Krümmung  nachfahren  kann.  — •  Hand 
und  Fuß  kann  man  direkt  mit  dem  Stift 
umreißen. 

Vor  allem  wichtig  ist  die  Photographie. 
Aber  brauchbar  sind  Aufnahmen  nur,  wenn 
sie  scharf  und  ohne  nennenswerte  Verzeich- 
nung sind  (also  nicht  aus  relativ  zur  Brenn- 
weite zu  geringer  Nähe).  Nötig  sind  Auf- 
nahmen des  ganzen,  aufrechtstehenden,  mög- 
lichst entkleideten  Körpers,  von  vorn  und  der 
[Seite,  eventuell  auch  von  hinten,  eventuellmit 
auf  der  Haut  markierten  Meßpunkten  — dann 
solche  des  Kopfes  von  vorn,  der  Seite,  aber 
auch  (eventuell  sogar  als  wichtigste  —  wenn 
gute  Messungen  schon  vorliegen)  in  Mittel- 
stellung zwischen  profil  und  face.  Bezüglich 
Technik  s.  Martin,  Mollison  und  photo- 
graphische Handbücher.  Auch  Lumiere- 
ische  Autochromaufnahmen  kommen  heute 
in  Betracht,  man  müßte  einige  bekannte 
Farbmuster  mit  photographieren,  um  der 
Ton  werte  sicher  zu  sein. 

Endlich  sind  plastische  Nachbildungen 
'ZU  nennen:  Gipsabgüsse.  Man  kann  am 
Lebenden  Hand,  Fuß,  weibliche  Brust, 
aber  auch  das  (Besicht,  ja  die  ganze  Person 
abgipsen;  am  häufigsten  handelt  es  sich 
um  Gesichtsmasken.  Die  Technik  muß 
erlernt  und  geübt  sein,  sie  läßt  sich  hier 
nicht  kurz  wiedergeben,  ist  übrigens  nicht 
schwer. 

Daß  zu  allen  Messungen  und  Wiedergaben 
ausführliche  deskriptive  Angaben,  also  Be- 
schreibung mit  Worten  kommen  muß,  ist 
selbstverständlich,   man   trägt   die    Befunde 

61* 


964  Xörpeiiorincn  des  Mi-n-^di 


Körperregioneii  iiiul  Tlaiqilaii  dor  Tiere 


Weib  in  der 
Leipzig  1913. 
und    Schädel. 


hl  ,,^leßblätter"  ein  (für  Kör|)eniit'ssiiii<ien, 
Kindcrmessiiiififen,  Hand-  und  Judiabdrüclse 
usw.  — •  aus  dem  antliroi)üloiriselien  Institut 
Zürich).  Die  Blätter  enthalten  auch  Schemas 
für  deskri])tive  Angaben.  Für  alle  diese 
technischen  Dinge  kann  (neben  deii  älteren 
guten  Werken  von  v.  Luschan,  Ranke, 
E.  Schmidt)  nur  aufs  nachdrücklichste 
auf  das  im  Erscheinen  begriffene  Lehrbuch 
Martins  hingewiesen  werden. 
Literatur.  Bartels-Ploss,  Das 
Xatur-  vnd  Völl-eiicunde,  10.  Auß. 

—  V.  Eggeling,  Physiognomie 
Jena  1911  vnd  Arch.  Anthrop.  XII,  191S.  — 
Gauitp,  Die  normalen  Asymmetrien  des  mensch- 
lichen Körpers.  Jena  1909.  —  Hasse,  f Ver- 
schiedenes über  Asymmetrien).  Arch.  Anat.  Fhys. 
1SS7,  1891,  1894.  —  Keibel .  Ucberbliclc  über 
die  Cesamtcnticickehnig  des  3Jeri.<tchen  und  die 
Ilerciiishildung  seiner  mißeren  Körperform.  In: 
Keibel  und  Mall,  Handbuch  der  Entwicke- 
luvgsgeschichte.  Leipzig  1910.  Siehe  auch  Keibel 
und  Elze,  Normentafel  zur  Entwickelungs 
geschichte  des  Menschen.  Jenal90S.  —  Klaatsch, 
Entstehung  und  Erwerbung  der  3Ienschenmerkniale . 
Forisch.  d.  Naturw.  Forschung  VII,  1912.  — 
Lipiec,  Wachstum  der  polnischen  Jüdinnen. 
Mitt.  anthr.  Ges.  Wien  1912.  —  Schema  zur 
Bestimmung  der  Brustform.  Anlh.  Korrespbl.  1907. 

—  V.  Lnschan.  Anleitung  zu  wissenschaftlichen 
Beobachtungen  auf  Reisen  f Anthropologie) .    Aus 
Neumayers  „Anleitung",  ■!.  Aufl.     Hannover 
1905.  —  Martin,    Lehrbuch   der  Anthrop>ologie. 
Jena    1914.   —   Mollison,    Jyörperproportione^i  j 
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Et i g en  Fi s eher. 


Körperregionen  und  Bauplan 
der  Tiere. 

1.     Einleitung.        2.     Allgemeine    Tektonik, 
a)  Achsen  und  Symmetiicverhältnisse.  i:)  Körper- 


aelisen  und  Symmetrieebeiieu.  p'j  Antiiuereu 
und  I\[etameren.  b)  Schichtenbau.  c)  Bau  und 
Anordnung  eiuzelner  Organe.  Nomenklatur 
zur  Beveichuung  bestimmter  Lagebeziehuiigen. 
d)  Ilistologisclie  Bauart  der  ürgaue.  8.  Bauplan 
und  Ontogenie.  4.  Bauplan  und  Phylogenie. 
b.  Bauplan  und  Regenerationsfähigkeit  sowie 
Proliferationsfähigkeit.  Individualität  und  Stock- 
bildung. 

1.  Einleitung.  Die  vielseitigen  Aufgaben, 
welche  der  tierische  Organismus  zur  Erhaltung 
des  Individuums  und -seiner  Nachkommen- 
scliaft  den  wechselnden  Anforderungen  der 
Außenwelt,  den  Externfaktoren,  gegenüber 
zu  erfüllen  hat,  fordert  von  den  im  Innern 
des  Organismus  selbsttätigen  physiologischen 
Faktoren,  den  Internfaktoren,  eine  diesen 
Aufgaben  entsprechende  Vielgestaltigkeit  im 
Funktionieren  und  Aufbau  der  Einzelteile 
(Organe),  aus  welchen  ein  tierisches  Indi- 
viduum zusammengesetzt  ist.  Tiere,  die  in 
all  ihren  Teilen  gleich  beschaffen  wären, 
wie  ein  Kristall  etwa,  gibt  es  daher  nicht. 
Schon  die  Zellen,  aus  denen  sich  die  tierischen 
Organe  zusammensetzen,  sind  heteromorph, 
d.  h.  in  ihren  Einzelteilen  verschieden 
strukturiert.  Insofern  als  die  notwendige 
Heteromorphie  des  Tierkörpers  den  Extern- 
faktoren der  Außenwelt  gegenüber  im  Kampf 
ums  Dasein  durch  Generationen  hindurch  in 
stets  ähnlicher  Weise  durch  physiologisch  und 
morphologisch  gesetzmäßig  vererbbare  Kon- 
stellationen der  ,,  verschieden  gestalteten 
Körperteile  des  Tieres",  der  ,, Körperregionen, 
der  Organe  und  der  Zellen  also  zu  genügen 
pflegt,  erscheint  diese  Heteromorphie  oft 
durch  außerordentlich  große  Tiergruppen 
(Tierstämmej  hindurch  in  stets  ähnlicher 
Form  wieder  und  zugleich  immer  bis  zu 
weitgehendem  Grade  als  zweckmäßig,  wie 
nach  einem  bestimmten  Plan  entworfen,  so 
daß  man  von  einem  Bauplan  der  Tiere 
reden  kann,  der  demnach  die  Lagerung  der 
Organe  im  Tierkörper,  die  Körperregionen, 
kurz  das  Anordnnngsprinzi})  der  unter  sich 
unterscheidbaren  Bestandteile  des  Tier- 
körpers und,  soweit  möglich,  auch  die 
zweckentsprechende  Brauchbarkeit  der  be- 
treffenden Lagernngsverhältnisse  der  Körper- 
teile im  Tierganzen  anzugeben  bezw.  ani- 
zuklären  hätte. 

2.  Allgemeine  Tektonik  (Aufbaulehre). 
Die  Gesetzmäßigkeit  tlcr  Heteromorphie 
des  Tierkörpers,  sein  Bauplan  also,  gibt  sich 
in  vier  Beziehungen  zu  erkennen,  nämlich 
1.  in  den  Achsen  und  Symmetrieverhält- 
nissen des  Körpers,  2.  in  seinem  Schichten- 
bau, 3-  in  dem  Bau  und  in  der  Anordnung 
der  einzelnen  Organe  und  4.  schließlich  in 
der  histologischen  Znsammensetzung  seiner 
Organe. 

2a)  Achsen-  und  Syjnmetrieverhält- 
nisse.     a)  Körperachsen   und    Symnie- 


Körperregionen  und  Bauplan  der  Tiere 


'J65 


trieebenen.  P^in  Vergleich  verschiedener 
Tierstämme  in  bezug  auf  das  Anordnungs- 
l)rinzip  der  Körperteile,  die  sogenannte 
Promori)liologie  (Haeckel),  ergibt  die  Auf- 
stellung einiger  ^yeniger  Grundformen,  ,, welche 
für  den  Morphologen  eine  ähnliche  Rolle 
spielen  Avie  die  Grundformen  dev  Kristalle 
für  den  Mineralogen"  (E..  v.  Hertwig); 
ohne  daß  man  jedoch  bei  diesem  Vergleich 
zu  weit  gehen  darf.  Aeliidich  wie  in  der 
Kristallographie  von  Kristallachseu,  spricht 
mau  auch  in  der  tierischen  Promorjdiologie 
von  Körperachsen.  Während  sich  aber  die 
Kristallachsen  als  geometrisch  streng  fest- 
gelegt gedachte  Linien  in  einem  Punkte 
schneiden  und  dadurch  ein  Achsenkreuz 
formieren,  sind  die  Körperachsen  der  Lebens- 
formen weder  im  Raum  fixierte  Linien,  noch 
schneiden  sie  sich  in  einem  Punkte.  Es 
herrscht  somit  in  der  Promorphologie  eine 
gewisse  Unexaktheit  iu  dem  Ausdruck 
,, Körperachsen",  die  bei  dem  allgemein 
üblichen  Gebrauche  dieses  Ausdruckes  kon- 
ventionell hingenommen  wird,  aber  doch  nicht 
übersehen  werden  darf.  Die  Körperachsen 
sind  nicht  nur  in  der  Einzahl  vorkommende 
erdachte  Linien,  sondern  bedeuten  in  der 
Promorphologie  bestimmte  Richtungen;  so 
kommen  z.  B.,  wenn  man  im  Körper  des 
Menschen  eine  vom  Scheitel  zum  Fußpunkt 
zieheiule  Hauptachse  von  einer  die  rechte 
und  linke  Körperhälfte  verbindeiiden  Dex- 
trosinistralachse  und  einer  vom  Rücken 
zur  Bauchseite  ziehenden  Dorsoventralachse 
unterscheidet,  bei  der  Dextrosinistralachse 
alle  die  Hauptachse  schneidenden  Richtungs- 
linien von  rechts  nach  links,  bei  der  Dorso- 
ventralachse  alle  vom  Rücken  zum  Bauch 
denkbaren,  die  Hauptachse  schneidenden, 
Richtungslinien  in  Betracht,  ohne  sonst  an 
einen  einzigen  ganz  bestimmten  Schnitt- 
punkt auf  der  Hauptachse  gebunden  zu 
sein. 

Diese  demnach  in  weiterem  Umfange 
erdachten  Körperachsen  können  isopol  sein, 
wenn  die  betreffende  Körperrichtung  zwei 
gleichartige  Organbildungen  miteinander  ver- 
bindet, so  liegen  z.  B.  die  beiden  Schulter- 
und  die  beiden  Hüftgelenke  des  Menschen 
in  einer  isopolen  Dextrosinistralachse,  oder 
sie  können  heteropol  sein,  wenn  an  den 
Enden  der  Richtungsliniensysteme  verschie- 
denartige Organbildungen  angetroffen 
werden.  So  ist  die  dorsoventrale  Richtung 
im  Körper  des  Menschen  und  der  Bilaterien 
eine  heteropole,  denn  sie  verbindet  die 
Organe  des  Rückens  mit  den  von  diesen 
verschiedenen  Organbildungen  der  Bauch- 
seite ;  auch  die  Haupt-  oder  Körperlängsachse 
der  Tiere  ist  stets  eine  hertopole,  da  sie  ver- 
schiedenartige Körperregionen,  z.  B.  die 
Schnauzenspitze  mit  der  Schwanzspitze  ver- 
bindet. 


Auf  Grund  einer  verschiedenartigen  Kom- 
bination von  isopolen  und  heteropolen 
Körperachsen,  die  zugleich  auch  die  Sym- 
nietrieverhältnisse  im  Tierkörper  festlegt 
und  dadurch  auch  differente  Körperregionen 
schafft,  unterscheidet  man  nachfolgende, 
sechs  verschiedenen  Bauplänen  entsprechende, 
Haupttypen  oder  Grundpläne  tierischer  Ge- 
staltung: 

1.  ,, Anaxon"  lieißen  diejenigen  Tiere 
(=  Anaxonia),  die,  wie  viele  Schwämme 
und  einige  Protozoen,  gar  keine  Richtungen 
(=  Achsen)  erkennen  lassen,  die  in  einem 
konstanten  Verhältnis  zu  den  Organen 
ständen;  bei  ihnen  ist  die  Anordiumg  der 
Teile  in  keiner  Richtung  des  Raumes 
gesetzmäßig  bestimmt;  sie  können  in 
jeglicher  Richtung  unregelmäßig  hin  und 
herwachsen. 

2.  Der  auf  einige  wenige  Fälle  beschränkte 
sphärische  oder  ,,homaxone"  Bauplan  ist 
durch  die  Grundform  der  Kugel  und  ihre 
mathematischen  Eigenschaften  gegeben.  Die 
Körperregionen  sind  konzentrisch  um  einen 
feststehenden  Mittelpunkt  angeordnet;  alle 
durch  diesen  Mittelpunkt  hindurchgelegte 
Richtungslinien  sind  gleichwertige  isopole 
Achsen,  alle  durch  ihn  hindurch  gelegte 
Ebenen  sind  Symmetrieebenen,  d.  h.  sie 
scheiden  zwei  spiegelbildlich  gleiche  Körper- 
hälften voneinander.  Hierher  nur  wenige 
kugelige  Protozoen,  namentlich  Radiolarien. 

3.  Der  ,,monaxone"  oder  radiär- 
symmetrische  Bauplan  ist  durch  das  Vor- 
handensein einer  einzigen  zumeist  mit  der 
Mundöffnung  beginnenden  heteropolen 
Achse,  der  Längsachse  oder  Hauptachse 
gekennzeichnet,  um  die  herum  sich  be- 
stimmte unter  sich  gleichartige  Organe  in 
gleichmäßiger  Anordnung  und  mehrfacher 
Anzahl  gruppieren.  Die  Richtungslinien, 
welche  von  einem  dieser  Organe,  die  Haupt- 
achse durchschneidend,  nach  dem  gleich- 
artigen Organ  der  gegenüberliegenden  Körper- 
seite hinlaufen  und  die  in  diesem  Falle 
also  isopol  sind,  heißen  Xebenachsen  oder 
„Radien";  die  Anzahl  der  Radioi  entspricht 
derjenigen  der  ausgezeichneten  Organe,  die 
die  Richtungslinien  bestimmen. 

In  dem  Beispiel  Figur  1  ist  eine  vier- 
strahlige  Radiärsymmetrie  durch  das  Auf- 
treten von  vier,  die  Radien  bestimmenden, 
Tentakeln  zustande  gekommen.  Ein  der- 
artiger Organismus  läßt  sich  durch  zwei  den 
Radien  entsprechende  Schnittebenen  (r— r 
in  Fig.  1)  in  vier  gleiche  Viertel  zerlegen. 
Aber  auch  noch  eine  zweite  Art  von  Schnitt- 
ebenen vermag  den  Körper  in  vier  andere 
unter  sich  gleiche  Viertel  zu  teilen,  nämlich 
diejenigen  Ebenen,  die  um  45"  zu  den  Radial- 
schnitten verschoben  sind  (Fig.  1  i— i) 
und  die  man  ihrer  Lagerung  (zwischen  den 


966 


Körperregionen  und  Bauplaa  der  Tiere 


Radien)  wegen  als  ,,Iii(erra.(lial('bene)r"  be- 
zeichnet. Die  zwischen  den  Inteiradial- 
ebenen  gelegenen  Toilstücke  des  Körjjcrs 
heißen    Gegenstücke    oder    Aittiineren:    sie 


4.  In  dem  vierten  Bauplan,  dem  nur  bei 
Ctenophoren,  iVctinien  und  Korallen  vor- 
kommenden, disymmetrischen  Typus, 
bleiben    zwar    die    Nebenachsen    isopol.    es 


sind  einander  symmetrisch.  Nur  wenige 
Tierstämme,  wie  die  meisten  Coelenteraten 
und  die  meisten  P^chinodermen,  sind  mehr 
oder  weniger  vollkommen  radialsymmetrisch 
gebaut.  Man  bezeichnet  die  hierher  gehörigen 
Formen  als  ,,Monaxonier". 

Während  dem  anaxonen  Typus  alle  be- 
stimmten Achsen  fehlten,  und  der  homaxone 
Typus  nur  isopole  Achsen  in  unbeschränkter 
Zahl  besaß,  spezialisiert  sich  der  mouaxone 
Typus  demnach  durch  Einführung  einer 
heteropolen  Hauptachse,  während  die  Neben- 
achsen noch  auf  dem  isopolen  unter  sich 
gleichen  niederen  Zustand  verharren. 


Cf  ; 


Fig.  2.  Schematische  Dar.st(41uiig  einer  Rippeii- 
qitifflle.  Ansicht  vom  Scheitelpole.  In  der  Mitte 
Proiektionspunkt  der  Hauptachse  mit  Sinnes- 
körper; b — b  Transversalachse  mit  Tentakeln 
am  Rande;  c — c  Medianebenc,  in  deren  unteren 
Partien  die,  nicht  zu  sehende,  längliche  Mund- 
öffnung liegend  iw   denken  ist.     Nach  Heider. 


Fig.  1.  S  t  a  u  r  i  d  i  u  m 
cladonema  ein  Hydroid- 
polyp  mit  vierstrahlig 
monaxonem  (ra  diär-sym- 
metrischem) Bau.  A  Seiten- 
ansicht; B  Schema  eines 
Querschnittes  in  der  Höhe 
des  vorderen  Tentakel - 
kranzes;  ein  Antimer  durch 
lotrechte  Schraffierung  ge- 
kennzeichnet, a — a  Haupt- 
achse ;  r — r,  r — r  die  Neben- 
achsen resp.  die  vier  Ra- 
dien; i — i,  i — i  die  Inter- 
radien;  M  Mund. 
Nach  Heider. 


bilden  sich  aber  auf  tiruiul  eines  vierstrahligen 
Ausgangstypus  durch  paarweises  Ungleich- 
werden der  Antimeren,  zwei  differente,  wenn 
schon  immer  noch  isopole  Nebenachsen 
aus  (Fig.  2).  Der  Typus  hat  demnach  neben 
seiner  heteropolen  Hauptachse  zwei  iso- 
pole Nebenachsen,  von  denen  die  eine 
Nebenachse  (bb)  andersartige  Organe  bezw. 
Körperteile  an  ihren  Endpunkten  schneidet, 
als  die  andere  Nebenachse  (Fig.  2,  c— c). 
Durch  jede  dieser  Nebenachsen  —  von  denen 
die  eine,  nämlich  die  durch  die,  in  solchen 
Fällen  langgezogene,  Mundspalte  hindurch- 
gelegte Pfeil-  oder  Sagittal-  oder  Median- 
achse, die  andere  aber  Quer-  oder  Transversal - 
oder  Dextrosinistralachse  (Fig.  2,  b— b)  heißt 
—  und  die  Hauptachse  hindurch  lassen  sich  je 
eine  Symmetrieebene  (Median-  bezw.  Trans- 
versalebene) legen,  welche  den  Tierkörper 
in  paarweise  spiegelbildlich  gleiche  Körper- 
hälften zerlegt. 

5.  Der  Bilateraltypus,  der  den  weitaus 
meisten  Tieren  als  fjauplan  zukommt  — 
nämlich  allen,  an  denen  wir  ein  Vorn  und 
Hinten,  ein  Rechts  und  Links,  eine  Rücken- 
und  Bauchseite  unterscheiden  können  -, 
unterscheidet  sich  von  dem  disymmetrischen 
Typus  dadurch,  daß  von  den  beiden  an 
sich  schon  ungleichen  isopolen  Nebenachsen 
des  disymmetrischen  Typus  nunmehr  die 
eine  Nebenachse,  nämlich  die  Medianachse, 
heteropol  geworden  ist,  so  daß  nur  noch  die 
Transversiilachse  (=  Dextrosinistralachse) 
in  dem  Zustande  der  Isopolität  verharrt. 
Die  heteropol  gewordene  Mediaiuichse  ver- 
bindet, nunmehr  spezieller  als  Dorsoventral- 
achse  bezeichnet,  die  einander  nicht  mehr 


Körperregionen  und  Bauplan  der  Tieie 


967 


t;k'it'h\vertigen  Organe  des  Rückens  und  des 
Bauches,  und  legt  zugleich  das  Rechts  und 
Links  für  die  Transversalachse,  die  numnehr 
auch  Dextrosinistralachse  heißt,  in  selbst- 
verständlicher Weise  fest.  Der  Bilateral- 
körjjer  läßt  sich  nur  noch  durch  eine  Ebene, 
durch  die  Medianebene  nämlich,  in  zwei 
symmetrische  Hälften  zerlegen. 

().  Der  asymmetrische  Typus,  der 
als  ein  Sonderverhalten  ohne  besondere  all- 
gemeine Bedeutung  im  Kreise  der  Mollusken 
(Schnecken)  angetroffen  wird,  kann  aus  dem 
bilateralen  Haupttypus  dadurch  abgeleitet 
werden,  daß  sich  die  rechte  und  linke  Körper- 
hälfte verschiedenartig  entwickeln.  Bei 
diesem  Typus  sind  also  alle  drei  Achsen 
heteropol  geworden;  auch  die  Dextrosinistral- 
achse hat  ihre  Isopolarität  aufgegeben.  Es 
ist  in  diesem  Falle  keine  Schnittebene  mehr 
denkbar,  die  den  Körper  in  symmetrische 
Hälften  zu  zerlegen  vermöchte. 

ß)  Antimeren  und  Metameren 
(=  Segmente)  Es  wurde  oben  bereits 
erwähnt,  daß  der  Körper  eines  monaxonen 
radiärsymmetrisehen  Tieres  durch  Teilung 
in  der  Richtung  der  Interradien  (i.  i.  Fig.  1) 
in  so  viele  spiegelbildlich  gleiche  Antimeren 
(auch  homotypische  Teile  genannt)  zerfällt, 
als  Radien  zu  unterscheiden  sind;  jedes 
Antinier  besitzt  Organe,  welche  in  seinem 
zugehörigen,  d.  h.  auf  demselben  Körper- 
abschnitt liegenden  Nebenantimer  ebenfalls 
vorkommen,  und  man  belegt  ganz  allgemein 
symmetrische  Stücke  eines  Tieres,  die  auf 
gleichen  Körperabschnitten  stehen,  mit  der 
Bezeichnung  Antinier. 

Solcher  Antimeren  können  bei  den 
monaxonen  radiärsj'mmetrischen  Tieren  eine 
größere  Anzahl  vorhanden  sein,  z.  B.  vier 
bei  den  meisten  Medusen,  fünf  bei  den 
meisten  Echinodermen,  sechs  bei  den  meisten 
Anthozoen,  acht  bei  allen  Ctenophoren  und 
Octactinien,  während  sie  begreiflicherweise 
bei  den  Bilaterien,  d.  h.  bei  den  bilateral 
symmetrischen  Tieren,  die  nur  zwei  spiegel- 
bildlich gleicJie  Körperhälften  besitzen,  auf 
zwei,  die  rechte  und  die  linke  Körperhälfte, 
beschränkt  sind,  und  alsdann  in  der  Regel 
den  Namen  ,,Parameren"  führen. ^j 

Die  Ebene,  welche  bei  den  Bilaterien  die 
Parameren  voneinander  trennt  und  welche 
in  der  Richtung  der  Dorsoventralachsen  die 
Längsachse  durchzieht,  ist  die  vorher  ge- 
nannte ,, Medianebene";  sie  ist  für  die  Auf- 
fassung des  Bilaterienkörpers  insofern  nicht 
unwichtig,  als  in  sie  ursprünglich  alle  jene 


\)  Besitzen  die  Parameren  der  Bilaterien 
jeweils  wieder  gegliederte  Anhänge  mit  sich 
spiegelbildlich  entsprechenden  Abschnitten,  so 
bezeichnet  man  diese  Abschnitte  als  ,,Epimeren", 
z.  B.  beiderseits  Oberarm,  Unterarm,  Hand- 
wurzel, Mittelhand,  Finger. 


Organe  fallen  müssen,  welche  nur  in  der 
Einzahl  vorhanden  sind;  z.  B.  bei  Verte- 
bratenembryonen  Darm,  Chorda  und  Me- 
dullarrohr;  nachträgliche  Symmetriestö- 
rungen können  alh^rdings  hier  wie  auch  sonst, 
diese  Regel  niehr  oder  weniger  außer  Geltung 
bringen. 

Es  kommt  neben  der,  in  der  Anti-  bezw. 
Paramerenbildung  bekundeten  ,, Wiederho- 
lung gleicher  Organbildungen"  auf  ,, gleichen 
Körperabschnitten"  aber  in  weitester  Ver- 
breitung auch  eine  solche  in  der  Richtung 
der  Hau])tlängsachse  des  Körpers  vor;  die 
gleichnamigen  Organbildungen  liegen  als- 
dann nicht  auf  derselben  Strecke  der  Haupt- 
längsachse nebeneinander,  sondern  in  der 
Richtung  von  vorn  nach  hinten  auf  ver- 
schiedenen Abschnitten  der  Längsachse 
hintereinander.  Der  Tierkörper  besteht  unter 
solchen  Umständen  aus  einer  Reihe  gleich- 
artig gebauter,  die  gleichen  Organe  ent- 
haltenden Körperabschnitten,  die  man  ,, Me- 
tameren" oder  ,,  Segmente"  nennt. 

Man  spricht  demgemäß  von  Oliederung 
oder  ,, Segmentierung"  oder  ,,Metamerie" 
dann,  wenn  der  Körper  eines  Tieres  aus 
mehr  oder  weniger  zahlreichen  Segmenten 
besteht.  Dabei  können  die  Segmente  schon 
äußerlich  erkennbar  sein,  indem  die  einzelnen 
Segmentgrenzen  durch  Einkerbungen  oder 
Faltenbildungen  oder  Gelenkbildungen  des 
Integumentes  (z.  B.  iVrthropoden  und  Anne- 
liden) sich  deutlich  gegeneinander  absetzen; 
oder  eine  derartige  ,, äußere"  Gliederung  fehlt 
auch  gänzlich,  und  die  Segmentierung  bleibt 
hierdurch  auf  eine  mehr  oder  weniger  gut 
erkennbare  ,, innere  Gliederung"  beschränkt, 
die  an  der  metameren  oder  segmentalen 
Wiederkehr,  d.  h.  an  der  reihenweisen  Aufein- 
anderfolge innerer  gleichnamiger  Organe  er- 
kannt werden  kann.  So  verrät  sich  z.  B.  die 
innere  Segmentierung  der  Wirbeltiere  dadurch, 
daß  ihr  axialer  Skeletteil  aus  zahlreichen 
gleichwertigen  Stücken,  den  Wirbeln,  besteht, 
daß  die  Rückenmarksnerven  paarweise  in 
bestimmten  Abständen  aus  dem  Rückenmark 
entspringen  u.  dgl.  m.  Die  Fischmuskulatur 
Ibesteht,  wie  jeder  gekochte  Fisch  zeigen  kann, 
aus  zahlreichen  Muskelsegmenteji.  Der 
Regenwurm  besitzt  gleichzeitig  eine  äußere 
und  innere  Gliederung.  Im  Innern  seiner 
äußerlich  deutlich  voneinander  unterscheid- 
baren Körpersegmente  findet  man  in  jedem 
von  ihnen  ein  Paar  den  beiden  Parameren 
zugehörige  Ganglienknötchen,  Nierenkanäl- 
chen  (=  Segmentalorgane),  Gefäßschlingen 
usw.  wieder;  auch  die  unpaaren  Scheide- 
wände der  Leibeshöhle,  die  sich  im  Innern 
jeder  Segmentgrenze  finden,  bekunden  in 
diesem  Falle  die  Segmentierung. 

Weiter  lassen  sich  zwei  Unterarten  der 
Segmentierung,  die  homonome  und  die 
heteronome,  voneinander  unterscheiden.    Bei 


068 


Krirpoi'ivuioiitMi   1111(1   r);iii)ilaii  der  Tiovo 


der  .,lioiii()iioinen  Seniucii  t  icru  iiii,''.  für 
die  der  Keü;einviirm  oder  aucli  die  Tausend- 
füßler als  Beispiel  gelten  können,  gleichen 
sieh  die  einzelnen  Körpersegniente  im  Bau 
außerordentlieh.  indem  mir  «jeringfüsiRc 
Untersehiede  zwischen  dem  Kopf,  den  (ie- 
nitalse^^nienten  und  dem  Hinterende  vor- 
handen sind;  bei  der  ,,heteronomen  Seg- 
mentierung" dagegen  ist  durch  Arbeits- 
teilung und  der  mit  ihr  stets  einher- 
gehenden  Differenzierung  trotz  mancher 
Uebereinstimmungen  eine  sehr  ungleiche 
Ausgestaltung  der  Einzelsegmentc  oder  zu- 
sammengeschmolzener Segmentgruppen  ein- 
getreten, die  alsdann  als  verschiedene  Körper- 
regionen anzusprechen  sind.  So  besteht 
der  Körper  eines  Insektes  aus  drei  hetero- 
nomen  Seginentkomplexen  oder  Körper- 
regionen, Kopf,  Brust  (=  Thorax)  und 
Hinterleib  (=  Abdomen),  von  denen  jeder 
eine  andere  Hauptaufgabe  zu  erfüllen  hat 
und  ein  von  den  anderen  verschiedenes  Aus- 
sehen besitzt;  der  Kopf  funktioniert  als 
Träger  der  höheren  Sinnesorgane  und  der 
für  die  Nahrungsaufnahme  bestimmten 
Freßwerkzeuge,  der  Thorax  mit  seinen 
Extremitäten,  den  Beinen  und  Flügeln, 
dient  als  Lokomotorium  (vgl.  den  Artikel 
^  „Bewegungsorgane  der  Tiere"  Bd.  I 
'-^'S.  irii):  das  Abdomen  enthält  die  Ver- 
wertungsa])paratur  für  die  Nahrung,  den 
Atem-  und  den  Geschlechtsapparat.  Aiich 
die  Wirbeltiere  und  manche  andere  Tier- 
fornien  zeigen  eine  derartige  ,,Heterono- 
mie";  die  vSegmente  der  verschiedenen 
Körperregionen  haben  auch  hier  bei  starkem 
(testaltwechsel  eine  sehr  verschiedene  Be- 
deutung für  den  Organismus,  der  Kopf 
eine  ganz  andere  als  die  Hals-,  Brust-, 
Rumpf-  oder  gar  die  Schwanzregion;  ohne 
daß  in  dieser  Beziehung  auf  Einzelheiten 
eingegangen  werden  könnte  oder  brauchte. 
2b)  Der  Schichtenbau  des  Körpers. 
Der  Bauplan  der  Tiere  wird  in  zweiter  Linie 
durch  die  Febereinanderlagerung  verschie- 
dener Körperschichten,  die  aber  nur  an- 
deutungsweise eine  mehr  oder  weniger  kon- 
zentrische zu  sein  braucht,  bestimmt.  Im 
allgemeinen  stellt  die  Haut  die  äußere  Körper- 
schicht dar,  während  die  Darmwand  als 
die  innerste  Kör])erschicht  der  Tiere  zu 
gelten  hat;  zwischen  beide  schieben  sich 
dann  je  nach  der  systematischen  Stellung 
und  der  damit  einhergehenden  Organisations- 
eigenlümlichkeit  des  betreffenden  Tieres 
noch  sehr  mannigfaltige  Zwischenschichten 
ein,  nämlich  allgemein  Muskelschichten,  die 
bei  den  Wirbeltieren  von  Skelettelementen 
durchsetzt  werden,  dann  evoituell  die, 
aber  nicht  überall  vorkommenden  Wand- 
schichten  der  Leibeshöhle  mit  ihren  Deri- 
vaten, dem  Exkretionssystem  und  Ge- 
nitalsystem,  die  sich  aber^uich  unabhängig 


voji  einer  Leibeshöhle  im  (iebiete  der 
Zwischenschichten  entwickeln  können.  Im 
allgemeinen  ist  der  Schichtenbau  des  Körpers 
in  den  embryonalen  Zuständen  viel  klarer 
zu  erkennen  als  in  den  entwickelten,  in  denen 
die  Funktion  der  Organe  deren  Gestalt  in 
vielfacher  Weise  modelt  und  dadurch  die 
K('irperschichten  durcheinanderdrängt  u  xW^ 
undeutlich  macht. 

2c)  Der  Ban  und  die  Anordnung  der 
einzelnen  Organe.  Sie  liefern  sehr  maß- 
gebende Kriterien,  für  den  Bauplan  der  Tiere, 
indem  in  den  meisten  Fällen  ein  bestimmtes 
Bau  und  Lagerungsverhältnis  wichtiger  Organ- 
systeme durch  ganze  Tierstämme  hindurch 
beibehalten  wird;  so  besteht  das  Nerven- 
system der  Mollusken  ursprünglich  stets  aus 
drei  Ganglienpaaren,  die  mit  drei  Sinnes- 
organen verknüpft  sind  [a)  Cerebralganglien 
mit  den  Augen,  b)  die  Pedalganglien  mit  den 
Hörbläschen,  c)  die  Visceralganglien  mit 
den  Osphradien  (Geruchsorganen)];  bei  den 
Echinodermen  ist  das  Nervensystem  strahlig 
gebaut;  die  Anneliden  und  Arthropoden  be- 
sitzen ein  Strickleiternervensystem,  alle 
Vertebraten  dagegen  eine  Neuralröhre.  die 
sich  in  Gehirn  und  Rückenmark  gliedert: 
oder  bei  den  Anneliden  und  Arthropoden 
liegt  das  zentrale  Blutgefäßsj^stem  (Dorsal- 
herz) über  dem  Darm,  der  den  Körper 
in  der  Längsachse  durchziehende  Anteil 
des  Zentralnervensystems,  das  Bauchmark, 
unter  dem  Darm,  bei  den  Vertebraten  da- 
gegen ist  das  Herz  ventral  vom  Darm  ge- 
lagert, das  Rückenmark  aber  liegt  dorsal 
über  dem  Darm  u.  dgl.  m. 

N  0  m  e  n  k  1  a  t  u  r  zur  B  e  z  e  i  c  h  n  u  n  g 
bestimmter  Lage be Ziehungen.  Die 
Wichtigkeit,  welche  der  Anordnung  und 
den  relativen  Lagebeziehungen  der  ein- 
zelnen Organe  für  die  richtige  E^rkenntnis 
des  Bauplans  der  Tiere  zukommt,  hat  zur 
Ausbildung  einer  großen  Anzahl  ,, topo- 
graphischer" (d.  i.  auf  den  Ort  und  die 
Lageverhältnisse  bezüglicher)  Ausdrücke  ge- 
führt, welche  nicht  mir  zur  Beschreibung 
der  Ganzformen,  sondern  auch  bei  Schilde- 
rungen von  Schnitten  von  Organteilen  usw. 
zur  Anwendung  gelangen. 

In  neuerer  Zeit  hat  sich  besonders 
F.  E.  Schulze  darum  bemüht,  die  in 
größerer  Anzahl  unter  \-erschiedener  Be- 
nennung für  gleiche  Beziehungen  von  ver- 
schiedenen Autoren  in  Gang  gebrachten 
Benennungen  zu  vereinheitlichen  und  sie 
gewissermaßen  in  ein  ])hilologisches  System 
zu  bringen,  bei  dem  das  Stammwort  eine 
Hiclituiig,  die  Endsilbe  aber  eine  gewisse 
Stelle  oder  eine  bestimmte  Strecke  innerhalb 
der  Richtung  bedeutet.  Da  die  Schulze- 
schen  Bezeichnungen  allmählich  mehr  und 
mehr    Eingang   in   die    Literatur   gewinnen, 


Körperregionen  und  Bauplan  der  Tiere 


969 


—  Pareü-ansveraanebene 


T  rans  vtrsan  eb  e  n£ 


ratraasv?  rsantbcnc 


geben  Avir  in  Figur  3  eine  Kopie  derjenigen 
Schulze  scheu  Originalfigur,  welche  die 
Bezeichnungen  für  Bilateraltiere  enthält. 

^la II  sieht,  der 
Begriff  der  Rich- 
tung, wie  ihn  die 
enghsche  End- 
silbe „ward" 
unser  deutsches 
,,wärts""  angibt, 
ist dujch die  Silbe 
.,ad""  zu  zweck- 
mäßigem Aus- 
(huck  gelangt,  so 
lieiß*-  bauchwärts 
,,ventrad"',  links- 
wärts  ,,sinistrad'' 
usw.  Die  Endung 
.,an'"  dagegen  be- 
deutet die  Greuz- 
lageeinerRegion; 
so  ist  z.  B.  ,,sinis- 
tran"  für  die 
äußerste  Grenz- 
lage der  linken 
Seite  ziu' Bezeich- 
nung von  Punk- 
ten, Linien, 
Flächen,  ebenso 
dorsan  für  die 
Grenzfläche  des 
Rückens  mit 
ihren  Punkten, 
Linien  usw.  an- 
zuwenden; die 
Endung  ,,al'' um- 
faßt eine  ganze 
Region.  In  be- 
treff der  Achsen 
und  Ebenen  gilt 
folgendes:  Von 
allen  transver- 
salen, d.  h.  zur 
Hauptachse  ( = 
Prinzipalachse) 

senkrechten 
Linien  und 

Ebenen  wird  die  durch  die  Glitte  der  Prinzipal- 
achse gelegte  Ebene  als  Transversanebene  lier- 
vorgehoben. 

Die  beiden  Querachsen  heißen  dorsoventral 
und  perlateral  und  setzen  sich  aus  dem  dorsalen 
und  ventralen  Teile  resp.  der  dextranen  und 
sinistranen  Hälfte  zusammen. 

Was  der  Prinzipalachse  genähert  ist,  heißt 
proximal,  was  von  derselben  entfernter  liegt, 
distal. 

Die  der  Medianebene  parallelen  Ebenen 
heißen  Para  medianebenen,  welche  mediale  und 
laterale,  dextrale  und  sinistrale.  resp.  dextrane 
und  sinistrane  sein  können.  Alle  diese  können 
als  Sagittalebenen  zusammengefaßt  werden. 

Die  Frontanebene  ist  diejenige,  welche  die 
Prinzipalachse  und  che  Perlateralachse  (=  Dextro- 
sinistralachse  aut.)  enthält,  die  ihr  parallelen 
heißen  parafrontan,  alle  zusammen  Frontal- 
ebenen. 

Neben  diesen  allgemeineren  technischen 
Ausdrücken  für  die  Lagebeziehungen  sind 
noch  eine  ganze  Reihe  anderer  in  Gebrauch, 


Fig.  3.  Richtungs-  und 
Ebenenbezeichnung  bei  einer 
bilateralsymmetrischen  Tier- 
form (Hering).  Nach  F.  E. 
Schulze. 


die  vor  allem  nicht  nur  räumliche  Bezie- 
hungen, sondern  auch  bestimmte  Körper- 
regionen bezeichnen  und  zum  Teil  nur  bei 
bestimmten  Tierstämmen  zur  Anwendung 
kommen.  Nötigenfalls  wird  man  diese  Aus- 
drücke bei  der  Bearbeitung  der  tierischen 
Hauptgruppen  in  diesem  Handbuch  erklärt 
finden.  Näher  auf  alle  einzugehen,  würde 
zu  weit  führen.  Wir  helfen  uns  hier  durch 
eine  alphabetische  Zusammenstellung  der 
gebräuchlicheren  Ausdrücke  unter  Weg- 
lassung all  derjenigen,  die  im  sonstigen 
Texte  dieses  Artikels  eine  genügende  Er- 
klärung gefunden  haben. 

Es  bezeichnen  die  Ausdrücke:  Abdomen  = 
Unterleib;  bei  Krebsen,  Spinnen  und  Insekten 
Hinterleib,  d.  h.  hinterer  Körperteil  der  auf  den 
Thorax  folgt  und  meist  von  ihm  durch  eine  deut- 
liche Einschniü'uug  abgesetzt  ist;  —  ab  oral  = 
vom  Munde  weg,  der  ]\Inndöffnung  gegenüber- 
liegend; —  adoral  =  auf  der  Seite  des  Mundes- 
gelegen;  —  anal  =  afterwärts,  in  der  Gegend 
des  Afters  (anus)  gelegen;  —  anterior  =  vorn- 
liegend; —  Apex  =  Scheitelspitze,  die  nach 
oben  gekehrte  Seite;  im  besonderen  bei  Schnecken- 
gehäusen die  obere  Spitze  und  bei  vielen  See- 
igeln, das  oberste  vielfacb  auch  als  ,,Periproct'" 
bezeichnete  Scheitelfeld,  das  den  After  trägt; 
— ^  apical  =  nach  oben  gerichtet;  —  apicaler 
Pol  =  oberer  Pol,  Scheitelpol;  —  asymme- 
trisch =  ohne  Symmetrieebene,  vgl.  anaxoii 
(oben  S.  965);  —  atypisch  =  unregelmäßig, 
von  der  Regel,  Norm,  dem  Typus  abweichend; 

—  basal  =  unten,  auf  oder  an  der  Grundfläche 
gelegen;  —  Bauch  (Venter)  =  die  gesamte, 
dem  Rücken  gegenüberliegende  Seite  (Ventral- 
seite) des  Tierkörpers,  die  gewöhnlich  den  ]\Iund 
trägt;  —  Brust  (Thorax)  =  vorderer  Abschnitt: 
des  Rumpfes  vieler  Tiere;  bei  Amnioteu  der  die 
vorderen  Extremitäten  tragende  und  von  den 
Rippen  umschlossene  Körperabschnitt;  bei  den 
übrigen  Tieren  die  zwischen  Kopf  und  Bauch  oder 
Abdomen  gelegene  Körperregion;  —  caudal 
=  am  Schwanz,  im  Schwanz  oder  näher  beim 
Schwanz  als  andere  Teile  gelegen;  —  cervical 
=  zum  Nacken  (Cervix)  gehörig,  beim  Nacken 
liegend;  —  Cervix  =  Nacken,"  bei  den  Verte- 
braten  die  obere,  beim  ]\Ienschen  die  hintere 
gewölbte  Seite  des  Halses:  —  Collum  =  Hals 
in  der  Regel  verschmälerter  Abschnitt  zwischen 
Kopf  imd  Brust:  —  Epigastri um  (Regio  epi- 
gastrica)  =  che  zwischen  den  Rippenbogen 
gelegene  :\Iagengegend  der  Bauchoberfläche  beim 
Menschen  und  anderen  Anmioten ;  —  Eingeweide 
=  Organe,  die  im  Inneren  der  Körperhöhlen  hegen ; 

—  Extremitäten  =  Gliedmaßen  .bewegliche 
Körperanhänge,  meist  zur  Lokomoti'on  benutzt 
(Beine,  Flügel,  Flossen)  vielfach  aber  auch 
anderen  Funktionen  dienend  (Arme,  Fiüder, 
Freßwerkzeuge  usw.).  —  Frons  =  Stirn  bei 
Vertebraten;  auch  die  vorderste  Kopfregion  bei 
Insekten;  —  Frontalebcne  =  Ebene,  welche 
senki-echt  zur  :Medianebene  und  parallel  der 
Längsachse  (Fig.  3)  verläuft  (weil  sie  beim 
Menschen  der  Stirn  parallel  verläuft);  —  Fron- 
talschnitt =  Schnitt  durch  die  Frontulebene 
oder  durch  eine  Parafrontalebene,  d.  h.  durch 
eine  Ebene,  die  der  Frontalebene  parallel  ver- 
läuft. —  Genae  =  die  seitlichen  Regionen  des 


970 


Küihciiv^ioiuMi  iiiul   Üauplan  der  Tiere 


Kopfes,  bei  Trilobiten,  Insekten  Vertebraten;  — 
Genick  =  Nacken,  siehe  Cervix;  —  Hals  = 
Collum,  siehe  dies;  —  Heteraxonier  = 
bilateralsyrametrische  Metazoen  (l^ilaterien) 
(leren  spätere  Körperliauptachse  (Prinzipalachse) 
nicht  mit  der  ursprünglichen  Primärachse  (Achse, 
die  vom  Scheitelpol  der  (lastrula  zum  Urmund 
verläuft)  zusammenfällt,  im  (iegensatz  zu 
Prnt:ix(inier  (siehe  dies);  —  Hinterleib  = 
Al)domen  (siehe  dies);  —  Hypogastrium 
(Kegio  hypogastrica)  =  Unterbauchgegend, 
unterhall)  des^Magens  gelegener  unterer  Ab- 
schnitt der  lJ;uich(iberfläche"des  Menschen;  — 
Jugulum  -  ^  Kehle  =  Grube  am  Hals  vor  dem 
vorderen  Thoraxrande;  —  Kopf  =  vorderster 
Körperabschnitt,  der  den  Mund  und  die  höheren 
Sinnesorgane  trägt;  —  Leibeswand  =  die 
vom  Ektoderm  und  parietalen  IMesoderm  ge- 
bildete äußere  Begrenzung  des  Rumpfes  der 
■Vertebraten  oder  des  Gesamtkörpers  von  Inverte- 
braten,  soweit  sie  die  Eingeweide  umschließt;  — 
Organe  =  Werkzeuge  des  Körpers,  d.  h.  die 
•  mehr  oder  weniger  leicht  durch  Präparation 
voneina  nder  isolierbaren  Körperbestandteile, 
welche  irgendeine  bestimmte  von  anderen  Körper- 
bestandteilen verschiedene  Funktion  (Leistung) 
zu  erfüllen  haben  (vgl.  den  Artikel  ,, Organe 
des  tierischen  Körpers"  in  Bd.  7  S.  333);  — 
parietal  =  zur  Wand  des  Körpers  oder  eines 
Organes  gehörig;  —  praeoral  =  vor  dem 
Munde  gelegen;  —  Primärachse  (nicht  mit 
Prinzipalachse  zu  verwechseln)  =  dmrh  den 
Scheitelpol  und  Urmund  (Prostoma)  einer 
Gastrula  gelegt  gedachte  Achsenlinie;  — 
Protaxonier  =  Zusammenfassung  der  rachär- 
symmetrischen  (^'oelenteraten,  bei  denen  die 
Primärachse  der  Gastrula  in  die  endgültige 
Hauptachse  des  Körpers  übergeht;  beim  ent- 
wickelten Tier  wird  hier  die  Primärachse  zur- 
Prinzipalachse,  im  (Gegensatz  zu  den  Heteraxo- 
niern,  bei  denen  die  definitive  Prinzipalachse 
anders  liegt  als  die  ursprüngliche  Primärachse 
des  Gastrulastadiums;  —  radial  =  bei  strahhg 
gebauten  Tieren  in  der  Richtung  der  Strahlen 
(Radien  vgl.  S.  966)  gelegen;  —  Rumpf  = 
Stamm,  Truncus,  Hauptteil  (Brust,  Bauch, 
Rücken)  des  tierischen  Körpers,  also  der  Gesamt- 
körper abzügUch  des  Kopfes,  des  Halses,  der 
Gliedmaßen  und  des  Schwanzes;  —  Rüssel 
(Proboscis)  =  verlängerter  Kopfteil  oder  ver- 
schmälerter Körperanhang  vor  dem  ]\Iunde 
oder  schlauchförmiger  Körperansatz  über  der 
Mundöffnung,  so  daß  diese  zu  einem  Rohr  ver- 
längert wird;  —  Sagittalebene  =  eine  Ebene, 
welche  der  ]\ledianebene  parallel  ist,  also  in  der 
Schulzeschen  Nomenklatur  als  Paramedian- 
ebene  zu  bezeichnen  wäre;  —  Sagittalschnitt 
=  Schnitt  in  einer  Sagittalebene  (s.  d.);  — 
Scheitel  =  die  am  weitesten  nach  oben  ge- 
kehrte Körperstelle  1.  bei  Wirbellosen  siehe 
Apex;  2.  bei  Wirbeltieren  siehe  Vertex;  — 
Schwanz  =  eingeweideloser,  hinterher,  Wirbel, 
Muskeln  und  Haut  enthaltender,  Körperanhang 
hinter  dem  After;  in  übertragener  Bedeutung 
auch  Ende  des  Abdomens  wirbelloser  Tiere;  — 
Thorax  =  Brust  (siehe  dies);  —  Transver- 
/  salschnitt,  =  Schnitt  in  der  Transversalebene 
'-^  (vgl.  S.  96^);  —  Unterleib  =  der  letzte  bei 
den  Wirbeltieren  nach  unten  gekehrte  Abschnitt 
des  Rumpfes,  soweit  er  keine  Rücken-  und  Ex- 
tremitätenmuskeln mehr  führt;   —  Venter   = 


Bauch  (siehe  dies);  —  ventral  =  bauchwärts 
gelegen:  —  Ventralseite  =  Bauchseite,  siehe 
Bauch;  —  Vertex  =  Scheitel,  der  höchste  Teil 
des  Kopfes  bei  Insekten  und  Wirbeltieren;  — 
vertical  =  scheitelrecht,  soviel  wie  senkrecht, 
lotrecht. 

2d)  Histolü<fi seile  Bauart  der  Or- 
gane. Eine  erschöpfende  Darstellun<]j  des 
Bauplanes  der  Tiere  hat  auch  der  Zusammen- 
setzung' der  Organe  aus  einzelnen  Geweben, 
der  (iewebe  aus  Zellen  und  dem  spezifischen 
Charakter  der  Zellen  und  der  Zellprodukte 
ihr  Augenmerk  zuzuwenden. 

Auch  in  dieser  Beziehung  zeigen  sich 
auffallende  Differenzen  zwischen  den  großen 
Stämmen  des  Tierreiches,  von  denen  nur 
folgende  allgemeinere  Züge  erwähnt  seien; 
Knochengewebe  kommt  nur  bei  Vertebraten 
vor,  auch  das  Knorpelgewebe  ist  fast  ganz 
auf  Vertrebraten  beschränkt.  Nur  bei  den 
Vertebraten  finden  sich  mehrschichtige  Epi- 
thelien.  selbst  das  Integument  (Körperhaut) 
wird  bei  den  Invertebraten  (außerdem 
auch  beim  Amphioxus)  nur  von  einem  ein- 
schichtigen Epithel  gebildet;  bringt  letzteres 
eine  stärkere  Cuticularisierung  auf  der 
Körperoberfläche  zuwege,  so  kommt  gleich- 
zeitig die  sonst  weitverbreitete  Fähigkeit 
Wimperepithelien  zu  bilden,  in  Wegfall, 
wie  bei  den  Nematoden  und  .Vrthropoden. 
Nesselzellen  sind  den  Cnidariern,  Ivragen- 
zellen  den  Spongien  eigentümlich  und  ähn- 
liches mehr.  Derartige  Details  festzustellen, 
ist  Aufgabe  der  vergleichenden  Histologie 
(vgl.  den  ^Artikel  ,, (iewebe  der  Tiere" 
Bd.  IV  S.  1101). 

3.  Bauplan  und  Ontogenie  (Entwicke- 
lung  des  Einzelindividuums  aus  dem  Ei). 
,,  Gleichsam  als  hätte  die  Natur  uns  selbst 
auf  die  im  vorstehenden  gekennzeichnete 
Reihenfolge  in  der  Erkenntnis  des  morpho- 
logischen Aufbaues  der  tierischen  Form 
verweisen  wollen,  so  ergibt  sich  in  der  Ent- 
wickelung  der  einzelnen  Lebensformen  aus 
dem  befrachteten  Ei  eine  mit  der  vor- 
stehenden Aufstellung  übereinstimmende 
Folge  fortschreitender  Differenzierung" 
(Heider).  Die  Ausarbeitung  des  Bauplans 
des  Einzeltieres  geschieht  nämlich,  wie  schon 
Karl  Ernst  v.  Baer  scharfsichtig  erkannt 
hat,  in  vier,  nach  ihm  als  v.  BaerscheEnt- 
wäckelungsperioden  bezeichneten  Zeitab- 
schnitten der  Entwickelung,  die  zunächst 
1.  die  Achsen-  und  Symmetrieverhältnisse, 
dann  2.  den  Schichtenbau  des  Körpers, 
dann  3.  den  Bau  und  die  Anordnung  der 
einzelnen  Organe  und  schließlich  4.  den 
histologischen  Aufbau  der  Organe  fest- 
legen. 

1.  Die  erste  v.  Baer  sehe  Entwickelungs- 
periode,  diejenige  der  Furchung  schafft 
aus  dem  befruchteten  Ei,  das  schon  eine 
primäre     (vom     protoplasmareicheren     zum 


K()r[)ei'regit)iien  imd  Bauplan  der  Tiere 


971 


dotterreicheren  Eipol  ziehende)  Eiaehse  zu 
erkennen  gibt,  durch  aufeinanderfolgende 
Zellteilungen  (Furchung  des  Eies)  zunächst 
ein  noch  sehr  gleicliartiges  ^laterial  an 
einzelnen  Bausteinen,  d.  h.  an  Furchungs- 
zellen  (=  Blastomeren),  auf  die  sich  die  vom 
Ei  überkommene  monaxone  Anordnung  über- 
trägt. Der  obere  ,,animale"  Pol  der  Primär- 
achse läßt  sich  an  den  Furchungsstadien, 
ebensowohl  wie  auch  später  noch  in  der 
einschichtigen  Keimblase  des  Blastula- 
stadiums  daran  erkennen,  daß  an  ihm  die 
protoplasmareicheren  kleineren  Furchungs- 
zellen,  am  unteren  vegetativen  Pole  dagegen 
größere  Zellen  mit  dotterreicherem  Inhalt 
liegen.  An  dieser  axialen  Grundform  spielt 
sich  dann  schon  frühzeitig  die  Ausbildung 
von  Nebenachsen  durch  eine  dem  Bedarfs- 
falle entsprechende  Anordnung  der  Blasto- 
meren ab,  so  treten  z.  B.  bilateral-symme- 
trische Blastomerenanordnungen  für  den 
Bilateraltypus  auf,  oder  die  Blastonieren 
gruppieren  sich  mehr  oder  weniger  spiral, 
um  einen  asymmetrischen  Typus  zu  er- 
zeugen u.  dgl.  m. 

2.  Die  zweite  Entwickelungsperiode, 
diejenige  der  Keimblätterbildnng,  voll- 
zieht nun  an  dem,  aus  der  Furchungsperiode 
stammenden  Blastomerenmaterial  den  pri- 
mären Sehichtenbau:  es  treten  jetzt  ver- 
schiedenartige Körperschichten,  die  Keim- 
blätter des  Embryos  in  Erscheinung:  der 
Schichtenbau  des  Körpers  tritt  in  der  hierbei 
entstehenden  Form  des  Keimes,  dem  so- 
genannten Gastrulastadium,  besonders  klar 
zutage.  Bei  allen  Metazoen  werden  während 
dieser  Periode  früher  oder  später  zunächst 
zwei  Keimblätter  gebildet,  nämlich  eine 
äußere  Schicht,  das  Ektoderm  und  eine 
innere  Schicht  oder  Zellmasse,  das  Entoderm, 
aus  denen  danu  späterhin  nach  Abgabe 
weiterer  Organanlagen  die  äußerste  Körper- 
schicht, die  Epithelschichten  der  Haut 
bezw.  die  innerste  Körperschicht,  die  innere 
epithehaleDarmwand,  des  entwickelten  Tieres 
hervorgehen.  Die  außerdem  noch  zu  schaffen- 
den Organsysteme  der  Zwischenschichten 
(s.  oben)  erhalten  ihre  erste  Lageanweisung 
(zwischen  Ektoderm  und  Entoderm)  durch 
das  sogenannte  Mesoderm,  (=  Meso blast, 
Mittelblatt,  inittleres  Keimblatt),  welches 
sich  auf  dem  Gastrulastadium  oder  wenig 
später  auf  irgend  eine  Weise  zwischeu 
Ekto-  und  Entoderm  als  drittes  mittleres 
Keimblatt  hineinschiebt  (vgl.  den  .Vrtikel 
„Ontogenie"    Band  VII  S.  263  bis  272). 

3.  Die  Periode  der  Organentwicke- 
lung. In  dieser  werden  aus  den  nun  ange- 
legten Körperschichten  die  einzelnen  Organe 
hervorgebildet;  der  Bauplan  des  in  Ent- 
stehung begriffenen  Tierkörpers  tritt  mit 
der  Anlage  der  Organe  jetzt  —  nicht  mehr 
l)l(ȧ     iu     den     Achsen-,     Symmetrie-     und 


Schichtungsverhältnissen,  sondern  aucli  in 
Anzahl  und  Lagerung  der  in  Entstehung 
begriffenen  Einzelorgane  — •  deutlicher  hervor. 
Durch  ,,differentielles  Waciistum",  d.  h. 
durch  eine  ungleiche  Wachstumsgeschwin- 
digkeit und  Wachstumsdauer  der  verschie- 
denen Konstituenten  von  Ekto-,  Ento-  und 
Mesoderm  entstehen  nämlich  Faltungen^) 
der  Keimblätter  oder  lokahsierte  Zellschicht- 
verdickungen,  die  nach  einer  mehr  oder 
weniger  deutlichen  Abgrenzung  von  den 
embryonalen  Nachbardistrikten  die  ersten 
Anlagen  der  definitiven  Organe  darstellen. 
Der  Prozeß  führt  von  einfachsten  An- 
lagen zu  immer  komplizierteren  Bildungen 
und  bringt  schließlich  die  definitive  Ge- 
staltungsform  der  einzelnen  Organe  für 
das  entwickelte  Tier  zustande,  zugleich 
wird  auch  die  äußere  Körpergestalt  des 
Tieres  erreicht. 

4.  Die  Periode  der  histologischen 
Differenzierung.  Verhältnismäßig  spät, 
erst  dann,  wenn  die  Organe  des  PJmbryos 
sich  anschicken,  zur  selbständigen  Aus- 
übung ihrer  Funktion  überzugehen,  werden, 
durch  das  Funktionieren  (funktionelle  An- 
passung von  Roux)  gefördert,  die  histo- 
logischen Details  der  Organe  bezw.  ihrer 
Gewebe  und  Zellen,  zur  Ausbildung  gebracht. 
Während  die  Zellen  der  früheren  Perioden 
einen  mehr  gleichartigen  wenig  differenzierten 
kurzweg  als  ,, embryonalen  Charakter"  be- 
zeichneten Eindruck  machen,  werden  sie 
jetzt  äußerst  verschieden;  Interzellularsub-  ) 
stanzen  treten  in  manchen  Geweben  auf;  ' 
gewisse  Zellen  bewimpern  sich,  andere  werden  i 
zum  Ausgangspunkt  von  Nervenfibrillen, 
andere  erzeugen  Muskelfibrillen;  die  Drüsen- 
zellen zeigen  die  ersten  Spuren  ihres  charak- 
teristischen Inhaltes,  Pigmentzellen  sjjeichern  . 
Farbstoffe  auf  u.  dgl.  m. 

So  wird  der  Bauplan  im  Embryonalleben 
schließlich  bis  zur  Erkennbarkeit  der  Spezies 
vollendet,  nachdem  er  in  der  ersten  Periode 
seine  Achsenverhältnisse,  in  der  zweiten 
seine  Schichtenbildung,  in  der  dritten  seine 
Organ  Verteilung,  in  der  vierten  seine  Organ- 
ausbildung erlangt  hat. 

4.  Bauplan  und  Phylogenie.  Allgemeine 
aufeinanderfolgende  Stadien  der  Ontogenie 
pflegen  nach  dem  von  Haeckel  formu- 
lierten ,, biogenetischen  Satz"  Zustände  der 
Phylogenie,  d.  i.  der  Stammesentwickelung, 
mehr  oder  weniger  deutlich  wiederzu- 
spiegeln.  Es  läßt  sich  demnach  erwarten, 
daß  die  im  vorigen  Abschnitt  behandelten 
Vorgänge   sich  in   ihren   einzelnen  Etappen 


1)  Diese  Faltungen  werden  als  Aus-  oder  Ein- 
stülpungen bezeichnet  je  nachdem,  ob  sie  die 
betreffenden  Ziellagen  Von  der  Prinzipalachse 
entfernen  oder  ob  sie  sie  ihr  nähern. 


972 


KürpeiTt^iiiuncn  und  IJaiiplan  der  Tier» 


auch  in  dor  Staininesgeschichto  der  Tiere 
wieder  erkennen  lassen,  und  daß  aus  der 
Stammesgeschichte  heraus  vielleicht,  da  die 
Kinzelstadien  als  vollentwickelte  Tierrornien 
ani)assun2;s£j:erecht  den  Anforderungen  der 
Außenwelt  zu  genügen  haben,  sich  die 
Faktoren  auffinden  lassen,  welche  zur  Aus- 
bildung der  verschiedenartigen  S.  965  ge- 
luinnten  Baupläne  geführt  haben.  Diese 
Erwartung  erfüllt  sich  bis  zu  ziemlich 
weitgehendem  Grade. 

Prüft  man  die  Hauptbaupläne  mit  Aus- 
schluß des  phylogenetisch  bedeutungslosen 
asymmetrischen  Typus  in  der  angegebenen 
Richtung,  so  ergibt  sich,  daß  die  für  ver- 
schiedene Tierformen  ungleiche  Art  des 
Nahrungserwerbes,  ob  festsitzend,  ob  schwim- 
mend, ob  kriechend,  einen  tiefgreifenden 
Einfluß  auf  die  Ausbildung  der  verschieden- 
artigen Baupläne  uiul  ihrer  differenten 
Ivörperregionen  gehabt  haben  nuiß. 

a)  Der  anaxone  Typus  kommt  in 
seiner  ursprünglichsten  Form  im  Reiche  der 
Protozoeu  bei  den,  systematisch  als  unterste 
Klasse  geführten,  Rhizopoden  und  auch  hier 
nur  bei  deren  unterster  Ordnung,  den 
Amöbinen,  vor,  macht  aber  auch  hier  schon 
gelegentlich  höheren  Tyi)en  Platz;  eine 
Amöbe,  die  nach  allen  — •  nicht  nach  be- 
stimmten — •  Seiten  hin  ihren  Körper  aus- 
zudehnen vermag,  ist  anaxon;  es  gibt  unter 
den  Amöben  aber  auch  bereits  solche  mit 
festerem  Ektoplasma.  die  namentlich,  wenn 
sie  in  bestimmter  Richtung  vorwärtskriechen, 
eine  in  dieser  Richtung  liegende  Hauptachse 
erhalten,  und  dann  den  höheren  Zustand 
eines  monaxonen  Bauj)lanes  annehmen,  der 
sich  selbst  bis  zu  einem  vorübergehenden 
oder  dauernden  Bilateraltypus  erheben 
kann.  I.etzterer  verschafft  sich  dann  auch 
im  Bereich  der  Protozoen  in  der  Klasse 
der  Flagellaten  und  Ciliaten  mannigfache 
Geltung. 

Dieser  anaxone  Typus  kehrt  im  Bereiche 
der  Metazoen  in  deren  niederstem  Stamme, 
den  Spongien  wieder,  die  in  gewissem  Sinne 
als  Kolonien  von,  allerdings  in  der  Regel 
einer  befruchteten  Eizelle  (exklusive  Gem- 
mulabildung)  entstammenden  und  nach  ver- 
schiedenen Richtungen  hin  differenzierten 
Amöbinen  und  Flagellaten  -  nicht  nur, 
wie  vielfach  behau])tet  worden  ist,  von 
Flagellaten  allein  -  angesehen  werden 
können.  Unter  anderem  bekunden  hier  vor 
allem  die  in  ihren  Frühzustäiulen  ..amöboid 
beweglichen"  Eier  noch  deutlicli  einen 
anfänglich  anaxonen  Ausgangszustaiu!,  der 
aber  bei  weiterer  Entwickelung  dem  hom- 
axonen  und  schließlich  vorübergehend  oder 
sogar  dauernd  dem  monaxoneji  radiär- 
symmetrischen  Typus  das  Feld  rjiumen  kann. 
Die  im  anaxonen  Zustand  vei-harreiiden 
Spongien,  welche  das  llanptkontiiigent  des 


ganzen  Spongienstammes  ausmachen,  sind 
nicht  nur  in  ihrem  äußeren  Wachstum 
anaxon,  sondern  auch  ihr  inneres  Kanal - 
System,  ihr  Ernährujigssystem  durchzieht 
mehr  oder  weniger  regellos,  d.  i.  ohne  an 
bestimmte  Körperachsen  gebunden  zu  sein, 
die  Zellkolonie,  um  an  ganz  verschiedeneu 
Stellen  in  Gestalt  der  sogenannten  Geißel- 
kammern die  Nahrung  aufnehmenden  Teile 
des  Spongienkörpers  aufzustellen.  Das  dem 
Darm  und  Magensystem  äcpiivalente  Organ- 
system ist  mit  anderen  Worten  bei  diesen 
Spongien  im  Unterschied  zu  wenigen  anderen 
dieses  Stammes  und  zum  Unterschied  zu 
dem  in  manchen  Beziehungen  naheste- 
henden Stamm  der  Cnidarier  und  aller 
übrigen  Tierstämme  noch  nicht  zu  einem 
Organ  zentralisiert,  sondern  ])olyzentrisch 
in  dem  Zellenstaate  zerstreut.  Nur  bei  den 
wenig  zahlreichen  monaxonen  Spongien- 
formen  kann  sich  in  Einzelfällen  mit  der 
Monaxonie  auch  gleichzeitig  eine  eiidieit- 
liche  Zentralisation  des  Ernährungssystems 
anbahnen;  voll  erreicht  aber  wird  diese 
Zentralisation  erst  bei  den  Cnidariern.  Im 
übrigen  sind  anaxone  Zustände  ganz  auf 
die  noch  unbefruchteten  Frühstadien  der 
Eier  —  einzelne  (iewebezellen  (Leukocyteu 
usw.)  kommen  hierbei  nicht  in  Betracht, 
da  es  sich  miturgemäß  hier  nur  um  die 
Vertretungen  von  Individualitäten  niciit 
von  bloßen  Gewebeelementen  handeln  kann 
—  von  relativ  niedrigstehenden  .Metazoen 
beschränkt  (amöboide  Eier  von  Hydrozoein. 
die  aber  auch  dann  späterhin  diesen  Pri- 
mitivzustand mit  höheren  Bauplänen  tler 
Homaxonie  und  immer  auch  letzten  Endes 
der  Monaxonie  vertauschen. 

b)  Der  homaxone  Typus  ist  als  Dauer- 
typus nur  im  Bereich  der  Protozoen  bei 
vielen  Heliozoen  und  manchen  Radiolarien 
vertreten;  offenbar  bei  solchen  freischweben- 
den Formen,  deren  Körper  von  den  ein- 
heitlichen Verhältnissen  des  Anßenmediums 
von  allen  Seiten  in  gleicher  Weise  bean- 
sprucht wird,  so  daß  er  mit  einem  nach 
allen  Seiten  hin  gleichgeschichteten  .Vusbau 
geantwortet  hat.  zVber  auch  schon  in  diesen 
Protozoenabteilungen  führt  die  Ermög- 
lichung eines  rascheren  Aufsteigens  und 
Absinkens,  einer  Fortbewegung  in  be- 
stimmter Richtung,  in  der  Mehrzahl  der 
Fälle  zu  einem  Verlassen  der  Horiuixonie 
und  zur  Erreichung  einer  mehr  oder  wenigei' 
ausgesprochenen  Monaxonie,  die  sich  bis 
zu  annähernder  Bilateralität  steigern  kann. 

Unsicher  ist  es,  ob  nicht  auch  einige 
Dnrcligangsstadien  der  Eier  bei  niederen 
Metazoen  den  homaxonen  Typus  vertreten- 
üft  ist  nämlich  die  Hetero})olität  der  Eier 
nur  sehr  gering,  zuweilen  kaum  oder  gar 
nicht  zu  erkennen,  so  daß  eine  klare  Ent- 
scheidung in  dieser  Sache  unmöglich  werden 


KörpeiTegioiien  und  Bauplan  der  Tiere 


973 


kann.  Auch  die  dem  Blastulastadium  als 
l)hylogenetisches  Ebenbild  meist  an  die 
Seite  gestellte  Volvoxflagellatenkolonie,  er- 
scheint als  eine  der  Vielheit  der  Blastula- 
zellen  äquivalente  Kolonie  (aber  nicht  in 
ihren  Einzelpersonen)  bei  einzelnen  Spezies 
im  homaxonen  Grundplan. 

(•)  Der  monaxone  oder  radiär- 
>ymmetrische  Grund  plan  findet  sich 
aiißer  den  oft  etwas  unsicheren  Fällen  bei 
Eiern  in  ursprünglicher  Form  nur  bei  der 
Mehrzahl  der  Gnidarier,  als  sekundäre  An- 
passung, wie  man  annimmt,  nach  Erledigung- 
bilateraler  Larvenstadien  weiterhin  auch  bei 
den  Echinodermen. 

Von  diesem  Tvpus  ist  anzunehmen,  daß 
er  sich  unter  dem  Einfluß  der  Festheftung 
bei    den    Cnidarieru    erstmalig    entwickelt 
bezw.    von   den    Eizuständen   auf   die   ent- 
wickelten Tiere  übertragen  hat.     Für  einen 
festsitzenden  Organismus,  dem  die  Nahrung 
durch    die    Strömungen    des    Wassers    zu- 
getragen wird,  muß  es  von  großem  Vorted 
werden,   wenn   er   um   die    Oeffnung   seines ; 
einheitlich    zentralisierten    Ernährungsappa- 
rates, um  den  Mund  herum.  Greif-  und  Fang- 
organe,   Tentakel    hervorbildete,    die    sich : 
diu-ch  'gleichmäßige    Verteilung   nach   allen  ■■ 
Richtuno-en    hin,    rings    um    den    zu    ver- 
sorgenden Mund   herum  nach  allen  Seiten, 
hin  gleichmäßig  betätigen  konnten.   Hiermit 
aber   erscheint' die    Grundlage   zur    Radiär- 
symmetrie    gegeben,    wie    sie    die    Polypen- 
stadien   vorführen:    es    existiert    nur    eine 
lieteropole  Hauptachse,  die  durch  den  Fest- 
heftungspunkt    und    die    :\lundöffnung    des 
Polypern  zieht;  die  durch  die  Tentakel  fest- 
gelegten  Nebenachsen   bleiben   bei   ringsum 
gleichartiger    Beanspruchung    isopol.       Aus 
derartigen  festsitzenden  polypenartigen  Or- 
ganismen sind   aber  sicher  die  freischwim- 
menden   medusenartigen    Cnidarier    hervor- 
gegangen;   sie    haben    die    Hauptachse    der 
ursprünglichen    Polypenstadien    in    die    Be- 
wegungsrichtung   eingestellt   und    bei   ihrer 
jjelagischen    Lebensweise    in    dem    allseitig 
ijleichmäßige       Anforderungen       stellenden 
Wasser  auch  ihre  gleichartig  beanspruchten 
Antimeren   in   gleichartiger    Verfassung    er- 
halten,   so    daß    keine    heteropolen    Neben- 
achsen zur  Entwickelung  kamen. 


I 


Schwerer  verständlich  und  ungenügender 
erforscht  ist  die  Radiärsymmetrie  der  Echino- 
dermen; wahrscheinlich  ist  auch  diese  durch 
Anpassung  an  eine  festsitzende  Lebensweise 
entstanden;  Bilateralformen  (Echinodermen- 
V  larven)  scheinen  sich  festgesetzt  zu  haben,  denn 
Vjdie  cälteste  Echinodermenldasse  (die  Pelmato^zoa) 
zeigt  fast  ausschließlich  noch  diese  Lebensweise. 
Es  ist  deshalb  die  Annahme  nicht  abzuweisen, 
daß  die  übrigen  freilebenden  Echinodermen- 
klassen  ihren  Strahlenbau  ursprüngHch  fest- 
ijehefteten  Vorfahren  verdanken.  „Daß  sie  ihn 
nicht   wieder    verloren   haben,    hängt   einerseits 


damit  zusammen,  daß  er  den  Gesamtbau  schon 
zu  intensiv  beherrschte,  um  völlig  rückgängig 
gemacht  zu  werden,  andererseits  jedoch  auch  mit 
der  relativ  geringen  ]-5ewegUchkeit  dieser  Tiere. 
Dennoch  wurde  er  bei  den  freibeweglichen  Echino- 
dermen zum  Teil  wieder  sekundär  bilateral  modi- 
fiziert, wie  die  irregulären  Seeigel  und  zahlreiche 
tlolothurien  zeigen''  (l^ütschli). 

d)  Unter  welchen  Anpassungen  der 
di symmetrische  Typus  der  Aktinien. 
Korallen  und  Ctenophoren  entstanden  zu 
denken  ist,  ist  noch  wenig  diskutiert.  Man 
darf  vielleicht  annehmen,  daß  die  schlitz- 
förmige Streckung  des  Schlnndrohreinganges 
die  sich  bei  allen  hierher  geiiörigen  Formen 
findet,  zunächst  vielleicht  nur  zur  Er- 
möglichung einer  kräftigeren  Schluckwir- 
kung i)  den  ersten  Anstoß  zur  Ausbildung 
dieser  Art  von  Symmetrie  geführt  hat, 
deren  Medianebene  durch  die  Richtung  des 
Schlundschlitzes  bestimmt  wird. 

Diese   Streckung  des  Mundeinganges  ist 
möglicherweise    auch   in    anderer    Richtung 
;  von    weittragender     Bedeutung    geworden. 
iBütschli  macht  darauf  aufmerksam,  daß 
der  schlitzförmige  Urmnnd  gewisser  Antho- 
zoen  schon  eine  Art  Differenzierung  in  einen 
:  einführenden   und   ausführenden   Abschnitt, 
I  also    mit   anderen    Worten   in   einen    Mund 
und  Afterabschnitt,  erkennen  läßt,  so  daß 
,  die    Möglichkeit    nicht    ausgeschlossen    sei, 
daß  die  Mund-  und  Afteröffnung  der  übrigen 
systematisch    höher     stehenden     Metazoen 
I  sich    aus    den    beiden     Schlitzenden    eines 
ursprünglich     einheitlichen     langgestreckten 
Urmundes  entwickelt  hätten.      ,,Maii  kann 
sich  vorstellen,  daß  der  Urmund  der  primi- 
tivsten Bilaterien  sich  lang  spaltförmig  über 
die    Bauchseite    erstreckte    und    sich    vorn 
zu  einer  Einfuhr-,  hinten  zu  einer  Ausfuhr- 
öffnung   etwas    erweiterte.       Eine    mittlere 
Verwachsung     dieses     schlitzförmigen     Ur- 
mundes führt  dann  direkt  zu  einer  Sonderung 
in  Mund  und  After."     Einzelne  h:rgebnisse 
der  Ontogenie  zeigen  einen  solchen  Vorgang 
in    der  Tat  (Protracheata).      Die    Hervor- 
bildung des  Mundes  aus  dem  Urmuude  der 
Gastrnla  bei  den  sogenannten  Frotostomia 
oder  Hypogastrica  (=  Würmer,  .\j-thropoden, 
Mollusken,    Brachiopoden,    Bryozoen    exkl. 
der  Entoprocta)  einerseits,  sowie  die  Bildung 
des  Mters  aus  dem  Urmunde  der  Gastrnla 
bei  den  Deuterostomia  oder  Pleurogastrica 
(=  hhrteropnensta,  Echinodermata,  Chaeto- 
gnatha,    Chordata)    andererseits,    die    sich 
sonst  nur  schwer  verstehen  lassen,  fänden 
hierdurch     eine     gemeinsame     Erklärungs- 
basis. 

Die  Erleichterung  des  Schlingaktes  durch 
Streckung    der    Mundpforte,    die    den    fest- 


1)  Eine  langgestreckte  Schleife  läßt  sich 
leichter  zusamme'npressen  als  ein  kreisrunder 
Ring. 


1)74 


KürpeiTeyiuiifii   und   üanplaii  dfi'  Tic 


sitzenden  Alctinien  und  Korallen  die  Be- 
wältij^ung  von  ijrößeren  ihnen  zuiieselnveinm- 
ten  Beutestücken  ennöi^lieht,  kann  auch 
bei  den  freiscliwininienden  ('tenoplioren  den 
Anlaß  zur  Ausbikluno-  ihrer  durch  die 
eventuelle  Entwickeluno;  zweier  lauster  Fang- 
tentakel, sowie  durch  die  Komplikation 
ihrer  ilasjeiiiiei'äße  und  Rippe ngeiäße,  der 
Huderplättclienreilie  n.  d^^l.  weiter  gelorder- 
ten Bisynunetrie  gegeben  haben.  Das 
ringsum  gleichgeartete  Wassermediuni  er- 
forderte beim  Schweben,  damit  das  Gleich- 
gewicht und  die  Schweberichtung  nicht 
gestört  wurde,  eine  isopole  Ausbildung  der 
Nebenachsen,  d.  h.  eine  auf  gegenüber- 
liegenden Körperseiten  auf  gleichlangen 
Hebelarmen  um  die  Hauptachse  herum  auf- 
gestellte Organverteilung;  die  Hauptachse 
bestimmt  die  Schwimmrichtung. 

e)  Kein  Zweifel  herrscht  darüber,  daß  der, 
allen  über  den  Coelenteraten  stehenden 
Metazoen  zukommende  Bilateraltypus 
sich  dadurch  aus  den  vorhergenannten 
Bauplänen,  die  sich  zum  Teil  noch  in  den 
Eizuständen  der  Bilaterien  wieder  erkennen 
lassen,  entwickelt  hat,  daß  die  betreffenden 
Tierformen  auf  dem  Boden  eine  kriechende 
Lebensweise  annahmen.  Die  dem  Boden 
zugewendete  untere  Körperseite  fand  an 
dem  Boden  einen  festen  Widerstand,  auf 
dem  sie  den  Körper  hinschieben  konnte,  und 
bildete  sich  darum  dem  Kriechgeschäft 
entsprechend  aus,  d.  h.  erhielt  der  übrigen 
Körperoberfläche  entgegen  Besonderheiten, 
vor  allem  (den  disymmetrischen  Cteno- 
jihoren  gegenüber)  zur  Vergrößerung  der 
Kontaktfläche  eine  starke  Abflachung,  die 
sie  zur  Ventralfläche  machte  und  im  Gegen- 
satz setzte  zur  gegenüberliegenden  Dorsal- 
oder Rückenseite,  die  mit  dem  Boden  nicht 
in  Berührung  kam;  so  wurde  die  Dorso- 
vcntralachse  heteropol.  Die  ursprünglichsten 
Bilaterien,  gewisse  Turbellarien,  tragen  ihre 
Mundöffnung  noch  ähnlich  eigentümlichen 
Ctenophoren  (Cteno plana,  Co elo plana), 
die  eine  kriechende  Lokomotion  begonnen 
haben,  im  Zentrum  der  Bauchseite,  ihre 
Körperlängsachse  ist  nur  wenig  länger  als 
ihre  Dextrosinistralachse.  Das  ändert  sich 
aber  bei  den  übrigen  Bilaterien,  sie  verlängern 
sich,  um  mit  kleinerem  Querschnitt  für  die- 
selbe Körpernuisse  geringeren  Widerstand 
in  dem  überstehenden  Wasser  zu  finden, 
in  der  Richtung  ihrer  Hauptachse  und  zu- 
gleich wird  die  .Mundöffnung  aus  ihrer 
zentralen  Bauchstellung  mich  dem  Vorder- 
ende des  wurmförmig  verlängerten  Körpers 
hin  verlagert,  denn  es  mußte  vom  wesent- 
lichen Vorteil  sein,  w-enn  der  Mund  bei  der 
Vorwärtsbewegung  des  kriechenden  Tieres 
möglichst  rasch  auf  seine  Beute  stieß  und 
wenn  die  Beute  nicht  erst  durch  Berührung 
mit  zur   Ergreifung   nutzlosen    Kfirperteilen 


verscheucht  oder  weggestoßen  zu  werden  in 
Gefahr  lief,  ehe  sie  dem  ]\Iunde  anheimfiel. 
Zugleich  kommen  bei  den  Bilaterien  dann 
auch  die  Cerebralganglieu  und  die  Haupt- 
sinnesorgane (Augen.  Tentakel)  an  den 
vordersten  Körperabschnitt  zu  liegen,  weil 
sie  als  Befehlsstelle  bezw.  als  Kundschafts- 
organe die  fremde  Umgebung  zuerst  be- 
schreiten müssen,  um  den  nachrückenden 
übrigen  Körper  bei  seinen  Bewegungen  in 
zweckmäßiger  Weise  zu  führen.  So  sind 
denn  auch  die  Tendenzen  zur  Kopfbildung 
bereits  in  der  Kriechbewegung  der  ersten 
primitiven  Bilaterien  gegeben. 

Neben  der  Kopfbildung,  die  im  Einklang 
mit  der  gegebenen  Erklärung  nur  bei  se- 
kundär sich  festsetzenden  Formen  (Bryozoen. 
Brachiopoden,  Acephalen)  verloren  geht, 
zeigen  die  weitaus  meisten  Bilaterien  eine 
allerdings  sehr  verschiedengradige  Meta- 
merie,  die  bei  den  niederen  Gruppen  ((ilieder- 
würmern)  im  allgemeinen  eine  homonome 
bei  höheren  (Arthropoden,  Vertebraten)  eine 
heteronome  zu  sein  pflegt.  An  dieser  Me- 
tamerie  scheinen  vor  allen  Dingen  die  dem 
Mesoderm  entstammenden  ürgananlagen  be- 
teiligt und  es  kann  kaum  verkannt  werden, 
daß  auch  bei  der  erstmaligen  Entstehung 
der  Metamerie  die  vori  mesodermalen  Muskeln 
bestimmte  Bewegungsart  der  betreffenden 
Tiere  von  ebenso  maßgebender  Bedeutung 
war  wie  bei  Ausbildung  der  Achsen  und 
Symmetrieverhältnisse;  offenbar  erhielt  der 
Körper  (vgl.  den  xVrtikel  ,,Bewegungs-  q 
Organe  der  Tiere''  Bd.  I  S.  112^)  durch""-^ 
seine  Zerlegung  in  mehr  oder  weniger  gegen- 
einander verschiebbare  hintereinanderliegende 
Abschnitte  eine  größere  und  wirkungsreichere 
Bewegungsfreiheit,  deren  Leistungsfähigkeit 
noch  dadurch  gesteigert  wurde,  daß  der 
ursprünglich  einheitliche  Muskelschlauch  bei 
der  Segmentierung  in  viel  wirksamere,  die 
Einzelsegmente  gegeneinander  bewegende 
Muskelgruppen  zerfiel.  Die  lange  Körperform 
(Wurmform),  welche  die  primitiveren  Be- 
wegungsarten des  Kriechens  oder  Schlängeins 
förderte,  setzte  aber  ihre  Träger  der  Gefahr 
des  Zerreißens  aus,  und  man  hat  darum 
auch  darauf  hingewiesen,  daß  eine  Ueber- 
tragung  des  metameren  Baues  von  den 
Muskellagen  aus  auch  auf  andere  Organ- 
systeme einen  Vorteil  bei  Verlusten  von 
Körperpartien  biete,  indem  ja  hierbei  stets 
ein  Teil  der  metameren  Organe  den  zer- 
rissenen Tieren  oder  Tierstücken  erhalten 
bliebe. 

Auch  bei  ^S.k^,x  weiteren  Fortbildung  der 
Bilaterien  spielt  die  Lokomotion  die  wich- 
tigste Rolle.  Die  Segmente  bilden  zui- 
Unterstützung  oder  zur  ausschließlichen 
Erzeugung  der  Bewegung  bei  Arthropoden 
und  Vertebraten  bestimmte  Gliedmaßen 
Extremitäten    aus.    welche   nu'lir   und    m(>hr 


Körperregionen  und  Bauplan  der  Tiere 


97i 


die  zur  Lokomotion  erforderliche  Muskulatur 
von  der  Hauptachse  des  Rumpfes  nach 
den  Extremitäten  hinüberziehen.  In  gleichem 
Maße,  wie  auf  diese  Weise  die  Bedingungen 
zur  Ausführung  von  schwierigeren  und  voll- 
kommeneren Arten  der  Lokomotion  erreicht 
werden,  verliert  im  allgemeinen  die  Segmen- 
tierung des  Rumpfes  die  V^rschiebbarkeit 
und  Gleichartigkeit  der  Teile  mehr  und 
mehr,  es  werden  fester  und  in  verschiedener 
Weise  zusammengeschlossene  Körperre- 
gionen, als  Kopf,  Brust.  Lendengegend, 
Schwanz,  Abdomen,  Postabdomen  u.  dgl. 
gebildet  oder  mit  anderen  Worten,  die 
vorher  homonome  Rumpfgliederung  Avird 
heterononu  indem  einzelne  Körperregionen 
in  höherem  oder  geringerem  Grade  der 
Beteiligung  an  der  Lokomotion  entzogen 
(Kopf,  Abdomen  der  Insekten  usw.)  und  in 
andere  Berufe  eingestellt  oder  in  bestimmten 
Berufen  stärker  als  in  anderen  sjjezialisiert 
werden:  in  der  Regel  wird  dabei  der  Körper 
um  so  mehr  verkürzt,  je  mehr  die  Loko- 
motion den  Extremitäten  überantwortet 
wird. 

5.  Bauplan  und  Regenerationsfähig- 
keit sowie  Proliferationsfähigkeit.  Indi- 
vidualität und  Stockbildung.  Vergleicht 
man,  der  Systematik  folgend,  die  Körper- 
regionenbildung bezw.  den  Bauplan  der 
niederen  Tiergruppen  mit  denjenigen  von 
höheren,  so  ergibt  sich,  daß  sich  die 
Komplikation  des  Bauplanes  mit  zuneh- 
mender Höhenstellung  in  der  Systematik 
in  zweierlei  verschiedener  Weise  immer 
mehr  und  mehr  steigert.  Der  Bauplan 
der  Tiere  legt  sich  erstens  mit  steigeiider 
systematischer  Höhe  neue  Organsysteme 
oder  Organe  zu  (z.  B.  Nervensystem  bei 
den  Spongien  noch  fehlend,  bei  Cnidariern 
aber  vorhanden;  Blutgefäßsystem  bei  den 
niederen  Plattwürmern  fehlend,  bei  den 
Nemertinen  vorhanden;  Wirbelbildungen  bei 
den  niederen  Chordaten  fehlend,  bei  den 
höheren  vorhanden  u.  dgl.  m.);  die  neuen 
Organe  und  Organsysteme  erscheinen  zu- 
nächst in  wenig  differenziertem  Zustand, 
mehr  gleichmäßig  entwickelt,  und  sehr 
häufig  auch  in  größerer  Anzahl,  um  zweitens 
in  den  höheren  Zuständen  alsdann  zwar 
au  Zahl  ab-,  an  Differenzierung  aber  zuzu- 
nehmen.^)    Die  progressive  Differenzierung 


^)  Z.  B.  diffuses  Xervensj^stem  der  Cnidarier. 
das  sich  zuweilen  zu  einzelnen  Strängen  sammelt; 
dann  Differenzierung  von  Ganglien  luul  A'erven 
bei  den  höheren  Würmern;  oder  polyzentrisehes 
Ernährungssystem  der  Spongien,  dann  mono- 
zentrisches  aber  höher  differenziertes  Ernährungs- 
system der  Cnidarier  und  aller  höheren  Metazoen; 
oder  die  Parapodien  der  Anneliden,  dann  zahl- 
reiche einfach  gegliederte  Extremitäten  der 
Myriopoden,    dann    die    in    der    Anzahl    redu- 


in  den  Organsystemen  der  verscliiedeuen 
Baupläne  hat  eine  Reduktion  der  Anzahl 
gleichwertiger  Anteile  der  betreffenden  Or- 
gansysteme zur  Folge.  Diese  Tatsache  steht 
wahrscheinlich  mit  der  auch  sonst  beob- 
achteten im  Zusammenhang,  daß  eine  höhere 
Differenzierung  (d.  h.  eine  stärkere  Un- 
gleichwertigkeit  der  Bauelemente)  organis- 
mischer Einheiten  irgendwelcher  ^Vi't  in  der 
Regel  mit  einer  geringeren  Vermehrungs- 
fähigkeit derselben  (piittiert  werden  nuiß; 
ganz  einerlei,  ob  es  sich  dabei  um  Zellen. 
Organteile.  Organe,  Körpersegmeutc  oder 
ganze  Individuenkomplexe  handelt.  Die 
Vermehrungsfähigkeit  der  organisniischen 
Substanz  nimmt  mit  der  Höhe  ihrer  Diffe- 
renzierung im  allgemeinen  ab  und  bleibt 
also  in  der  Regel  um  so  größer,  je  geringer 
die  Differenzierung  ist;  darum  können 
einfachere  weniger  differenzierte  Organe 
in  größerer  Zahl  aufgestellt  werden  (höhere 
Segmentzahlen  in  der  Regel  bei  niederen 
Formen).  Hiermit  im  Zusammenhang  steht 
aber  auch  der  Grad  der  Regenerationsfähig- 
keit und  mit  diesem  wiederum  Teilungs-  und 
Knospungsvermögen  sowie  die  Befähigung 
zur  Stockbildung,  worauf  noch  kurz  einzu- 
gehen ist. 

Je  verschiedenartiger  die  Organe  oder 
die  Segmente  als  Körperregionen  geworden 
sind,  um  so  mehr  sind  sie,  um  normal  funk- 
tionieren zu  können,  auf  ihr  gegenseitiges 
Ineinandergreifen  angewiesen,  um  so  ein- 
heitlicher zusammengebunden  erscheint  das 
Tierganze,  so  daß  die  einzelnen  Teile  nur 
im  Zusammenhange  normal  weiter  existieren 
können.  Umgekehrt  ist  der  Zusammenhalt 
der  Teile  um  so  loser,  je  gleichartiger  sie 
sind,  denn  um  so  leichter  können  bei  einer 
Körperscheidung  (künstlicher  Zerreißung 
etwa)  die  erhalten  gebliebenen  Teile  die 
Arbeit  der  verloren  gegangenen  aus  eigenem 
Betriebe  wieder  ersetzen  und  um  so  leichter 
auch  können  im  allgemeinen  die  (ja  ein- 
facheren) Organe  wieder  erzeugt,  d.  h.  regene- 
riert werden.  So  zeigt  sich  in  erster  Linie, 
daß  mit  der  steigenden  Komplikation  im 
allgemeinen  die  Regenerationsfähigkeit  ab- 
nimmt. Die  homonom  gegliederten  Regen- 
würmer z.  B.  ergänzen  mit  größter  Leichtig- 
keit durch  Zerreißen  entstandene  Bruchteile 
ihres  Körpers  zu  neuen  Tieren;  die  hetero- 
nomen  Arthropoden  dagegen  sterben  mehr 
oder  weniger  rasch  nach  einer  derartigen 
Zerreißung.  Die  im  allgemeinen  noch  weniger 
differenzierten  jugendlichen  Stadien  der  Tiere 
sind  fast  immer  regenerationsfähiger  als 
ältere  Stadien  der  gleichen  Tierart.  Es  zeigt 
sich   in   zweiter   Linie   aber   auch,   daß   die 


zierten  aber  in  ihren  einzelnen  Abschnitten  viel 
höher  differenzierten  (Iliedmaßen  der  übrigen 
Arthropoden  u.  dgl.   m. 


976 


lvüi-]ienegit>n('ii  iiiid  Uaiiplan  der  Tiere 


Tiere  mit  geringer  differenziertem  Bauplan 
—  die  unteren  iMetazoenstämme  und  zu- 
weilen auch  die  noch  nicht  gleicherniaBen 
wie  die  erwachsenen  Tiere  differenzierten 
I-Lmbryonalzu stände  einiger  höheren  (z.  E. 
Schlupfwes])en  Encyrtus,  Polygnotus. 
Vgl.  den  Artikel  ,,Fortj)flanzung""  Bd.  IV 
S.  312;  junge  Ent wickeln ngsstadien  von 
Ascidien  und  Dolioliden,  Embryonen  der 
(iürteltiere)  die  leichtere  Vermehrungs- 
fähigkeit und  die  größere  Wiederaufbau- 
befähigung ihre  geringeren  Differenzierung 
aus  eigenem  Anlaß  zu  ungeschlechtlichen 
Fortpflanzungsarten  bemitzen  können,  welche 
den  vollentwickelten  Tieren  der  höher  organi- 
sierten ^letazoenstämme  mit  ihrer  stark 
heteronomen  Körperregionenbildung  ganz 
fehlen.  Es  werden  bei  diesen  Fortpflanzungs- 
vorgängen, den  sogenannten  Proliferationen, 
nicht  bloß  einzelne  (wie  bei  der  Metameren- 
bildung),  sondern  schließlich  alle  Körperteile 
vom  Muttertier  bezw.  vom  Embryonal- 
stadium aus  durch  geeignetes  Wachstum 
der  vorhandenen  gleichnamigen  Gewebe 
aufs  neue  erzeugt.  Es  entstehen  Teiltiere 
und  Knospen,  die  sich  in  vielen  Fällen  nicht 
voneinander  trennen  und  alsdann  sogenannte 
Stöcke  erzeugen. 

Solche  durch  >t*vollkomniene  Teilung 
oder  viel  häufiger  durch  unvollkommene, 
d.  h.  nicht  mit  Abtrennung  verbundener 
Knospung  entstandene  Tierstöcke  (bei 
Cölenteraten,  Bryozoen,  Salpen)  liefern 
dann  häufig  auf  Grund  einer  verschieden- 
artigen Umbildung  des  noch  nicht  einseitig 
differenzierten  Ausgangsmateriales  sehr  ,, ver- 
schiedengestaltete", mehr  oder  weniger  selb- 
ständige Bestandteile  des  Stockes,  die  man 
im  Unterschied  zu  den  sonst  vorkommenden, 
einen  abgeschlossenen  Bauplan  repräsentie- 
renden, ,, Individuen"  als  ,, Personen"  zu 
bezeichnen  pflegt  und  die  als  different 
gestaltete  Personen  alsdann  in  einem  der- 
artigen ,,polvmorphen"  Tierstocke  (vgl.  den 
Artikel  „Polymorphismus"  Bd.VIlkl012 
bis  1017)  ganz  verschiedene  xAufgaben  zu 
versehen  haben.  Diese  Personen  vertreten 
Z\var  morphologisch  eine  gewisse,  manchmal 
recht  hochgradige  Individualität,  sind  aber 
im  Unterschied  cler  einzeln  gegen  die  Außen- 
welt abgegrenzten  Individuen  in  größerer  Zahl 
auf  einem  gemeinsamen  Leib  vereint  und 
verhalten  sich  physiologisch  zu  diesem 
gemeinsamen  Leibe')  wie  Organe  zu  einem 
Organismus.  Soweit  in  einzelnen  Fällen 
dieser  Pohnnorphismus  aber  auch  gehen 
mag  (z.  B.  bei  den  Siphonojjhoren),'  so 
ist  es  in  den  meisten  Fällen  doch  möglich 
gew-esen,    auch    den    mehr    oder    weniger 

^)  Die  gemeinsamen  Leibcsteile  der  Per- 
sonen in  einem  Stock  können  dabei  bis  zu  strang- 
förmiger  Diinnheit  herabgehen. 


reduzierten  Bauplan  sehr  aberranter  Per- 
sonenformen auf  den  dem  ganzen  Tier- 
stamm gemeinsamen  Bauplan  als  Ausgangs- 
punkt für  besondere  Anpassungen  zurück- 
zuführen. So  lassen  sich  die  Schwimm- 
glocken  der  Siphonophoren  als  in  ihrer 
Organisation  reduzierte  Medusen  (ohne  Pro- 
boscis),  die  sogenannten  Deckstücke  der- 
selben gleichfalls  als  medusenartige  Tiere,  die 
jedoch  nur  noch  zu  Gallertplatten  ohne 
Ringkanal,  Muskulatur  und  Glockengestalt 
entwickelt  sind,  auffassen;  die  Freßpolypen 
und  die  stark  vereinfachten  Taster  stellen 
Polypenformen  dar,  so  daß  bei  den  Sipho- 
nophoren der  monaxone  radiäre  Bauplan 
in  den  beiden  Grundgestalten  des  Polypen 
und  der  Meduse  wie  auch  sonst  bei  den  übrigen 
Cnidariern  trotz  mannigfacher  Anpassungs- 
veränderungen und  Reduktionen  fast  durch- 
aus zu  erkennen  bleibt. 

Bei  so  weitgehendem  Poly]norj)hismus. 
wie  er  sich  bei  manchen  Siphonophoren 
findet,  können  die  Stöcke  den  Eindruck 
einheithcher  Individuen  mit  einer  Vielheit 
von  Organen  machen;  die  Personengruppie- 
rung am  Stocke  trägt  dann  einen  Bauplan 
für  sich,  der  unabhängig  von  dem  Bauplan 
der  Personen  auch  einem  anderen  Typus  als 
die  Einzelpersonen  folgen  kann,  so  bringen 
die  Pennatuliden  und  Siphonophoren  in 
ihrer  Stockbildung  vielfach  einen  mehr  oder 
weniger  vollkommenen  bilateralen  Aufbau- 
typus zuwege,  ohne  dadurch  die  Personen 
des  Stockes  dem  für  die  Cnidarier  sonst 
maßgebenden  Radiärtypns  zu  entfremden. 
Die  oben  angegebenen  Grundtypen  gelten 
für  die  Individuen  und  Personen  eines 
Stockes,  sind  aber  für  die  spezielle  An- 
ordnung dieser  Lebenseinheiten  in  den 
Kolonien  und  Stöcken  nicht  maßgebend. 

Literatur.  O.  Bütschli,  Vorlcsuvgen  über  ver- 
yleichcnde  Anatornie,  S.  6—29.  Leipzig  1910. 
—  C  Clans,  Lehrbuch  der  Zoologie,  3.  Avjf., 
S.  14 — IS.  Marburg  und  Leipzig  1885.  —  C. 
Gegenbaur,  Vergleichende  Anatomie  der  Wirbel- 
tiere, S.  55—61.  Leipzig  1898  — 1901.  —  .1. 
Goette,  Lehrbuch  der  Zoologie,  S.  58 — 62,  95, 
123 — 126.  Leipzig  1902.  —  E.  Haechel,  Gene- 
relle ßliirphologie  der  Organismen,  4-  Buch. 
Berlin  1866.  —  B.  Hatschek,  Das  neue  zoo- 
logische System,  iS.  22.  Leipzig  1911.  —  K. 
Heider,  Entwicklungsgeschichte  und  BLorpho- 
logie  der  Wirbellosen.  Ln:  Kultur  der  Gegen- 
wart, Teil  HL,  Abteil.  IV,  2,  S.  176—184,  2U8. 
Berlin  und  Leipzig  1913.  —  JK.  Hertwig,  L^ehr- 
buch  der  Zoologie,  10.  Avß.,  *S'.  120 — 124.  Jena 
1912.  —  E.  Korscheit  und  K.  lleider,  Lehr- 
buch der  rergleichcnden  Entwicklungsgeschichtr 
der  irirbellosen  Tiere,  Lieft  1,  Einleitung  IS.  1 
bis  Xll.  Jena  1S90.  —  F.  E.  Schulze,  Ueber 
die  Bezeichnung  von  Lage  U7id  Richtung  im 
Tierkörper.  Verhandl.  deutsch,  zool.  Gesellsch.; 
S.  Jahresversamml .  zu  Göltingen  1893,  S.  6 — 11. 
Leipzig  I894.  —  J.  W.  Spengel,  Betrachlungen 
über    die  Architektonik    der    Tiere.      In:    Zool. 


Körperregioiieu  und  Bauplan  der  Tiere  — •  Kosniügonio 


9< 


Jahrb.  (Suppl.  VIII,  Festschrift  für  31öbius) 
19115,  S.  6S9  -  604.  —  H.  E.  Ziegler,  ZooLo- 
(jisches    Wörterbuch.     Jena  1909. 

IL.    Ilhiiinbler. 


Kosmogonie. 

1.  Allgemeine  Betrachtungen,  a)  Unwahi-- 
scheinlichkeit  eines  bestimmten  Anfangs-  und  End- 
zustandes. Die  aus  dem  zweiten  Hauptsatz  der 
kinetischen  Wärmetheorie  sich  ergebenden  Schwie- 
rigkeiten, b)  Notwendigkeit  der  Annahme  eines 
periodischen  Charakters  der  kosmischen  Ver- 
änderungen, c)  Einwürfe  gegen  die  Allgemein- 
gültigkeit des  zweiten  Hauptsatzes.  2.  Die  Ent- 
stehung des  Sonnensystems,  a)  Kants  Hypo- 
these, b)  Laplaces  Hypothese,  c)  Fayes  Hypo- 
these, d)  Hypothesen  von  du  Ligondes  und 
Lockyer.  e)  Sees  Hypothese,  f)  G.  H.  Dar- 
wins imd  Poincares  Untersuchungen,  g)  Plane- 
tesimalhypothese  von  ^loidton  und  Chamber- 
lin.  3.  Aenderung  des  physikalischen  Zustandes 
der  Erde  durch  astronomische  Einflüsse.  4.  Zu- 
kunft des  Sonnensystems. 

I.  Allgemeine  Betrachtungen.   la)  Un- 
wahrscheinlichkeit  eines  bestimmten 
Anfangs-    und     Endzustandes.        Die 
^aus   dem   zweiten   Hauptsatz   der   ki- 
netischen   Wärmetheorie    sich    erge- 
benden   Schwierigkeiten.      Unter   Kos- 
mogonie,   der    Lehre    von    der    Entstehung 
der  Welt,  kann  man  nicht  gut  etwas  anderes , 
verstehen  als  die  Darlegung,  wie  der  heutige  ! 
Zustand  der  Welt,  der  auf  uns,  was  schon ; 
das  Wort  Kosmos  besagt,  den  Eindruck  der 
Ordnung    macht,    aus    früheren,    vielleicht 
w'eniger  geordneten,  bis  in  eine  beliebig  ent- , 
lernte    Vergangenheit    zurückliegenden    Zu- 
ständen hervorgegangen  ist.  Denn  auf  Grund 
zahlloser  physikalischer  und  chemischer  Ver- 
suche  nehmen  wir  heute   an,   daß   Materie 
weder  geschaffen,   noch   vernichtet   w-erden 
kann.   Eine  dem  heutigen  Stand  der  Wissen- 
schaft gerecht  werdende  Kosmogonie  kann 
daher  nicht  von  einem  Weltenanfang  aus- ' 
gehen. 

Aber  nicht  nur  die  Materie,  auch  die 
Energie,  die  zum  Teil  aktuelle,  zum  Teil 
potentielle  Ki'aftäußerung  der  Natur, ' 
nimmt  die  heutige  Naturwissenschaft  | 
als  konstant,  als  einer  V^ermehrung  oder 
Verminderung  nicht  fähig  an.  Nui' 
Umwandlungen  der  verschiedenen  Energie- 
arten ineinander  kommen  vor,  wobei  die 
zahlenmäßig  ausdruckbare  Aequivalenz  der 
einzelnen  Energiearten  stets  gewahrt  bleibt. 
Die  Wärme,  welche  nötig  ist,  um  die  Tem- 
peratur von  1  kg  Wasser  um  1"  zu  erhöhen, 
ist  imstande,  die  Masse  von  427  kg  um 
1  m  zu  heben,  und  umgekehrt  wird  durch 
den  Fall  einer  Masse  von  -427  kg  um  1  m 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


auf  eine  feste  Platte  jene  Wärme  erzeugt, 
durch  welche  1  kg  Wasser  auf  eine  um  1" 
höhere  Temperatur  gebracht  werden  kann. 
Daß  wir,  Avorauf  Ostwald  hinweist,  die 
Materie  auch  nur  durch  ihre  energetische 
Betätigung  wahrnehmen,  möge  hier  wenig- 
stens Erwähnung  finden. 

Alles  Geschehen  in  der  Welt  ist  eine  Um- 
w^andlung  von  Energie,  es  geht  beim  fallenden 
Körper  Gravitationsenergic  in  Bew'egungs- 
energie  und  beim  Aufprall  diese  in  Wärme- 
energie über,  bei  der  Zersetzung  des  Radiums 
chemische  Energie  in  strahlende  Energie, 
beim  Elektromotor  elektrische  Energie  in 
Bewegungsenergie  usw'.  Bei  den  Ueber- 
führungen  der  Energiearten  ineinander  hat 
sich  aber  herausgestellt,  daß  jede  Energie- 
art schließlich  vollständig  in  Wärme,  nicht 
aber  Wärme  —  wenn  nicht  von  außen  wieder 
Kraft  zugeführt,  neue  Arbeit  geleistet  wird  — 
restlos  in  eine  andere  Energieart  übergeht. 
Stets  wird  bei  der  letzteren  Umwandlung 
ein  Teil  der  Wärme  dazu  verw^andt,  die 
Temperatur  der  die  Umgebung  bildenden 
Körper  zu  erhöhen.  So  wird  die  einej- 
Dampfmaschine  zugeführte  Wärme  nicht 
vollständig,  sondern  nur  etwa  zum  fünften 
Teil  in  iVrbeit  verwandelt,  der  übrige  Teil 
erwärmt  das  Kühlwasser.  Nehmen  wir  den 
Fall  an,  daß  ein  Himmelskörper  sich  in 
einen  kosmischen  Nebel  hineinbewegt,  so 
kann  seine  ganze  Bewegungsenergie  in  Wärme- 
energie nach  Maßgabe  des  Wärmeäquivalentes 
umgewandelt  werden,  er  befindet  sich  jetzt 
in  dem  Nebel  in  Ruhe,  besitzt  aber  eine  er- 
höhte Temperatur.  Dehnt  er  sich  nun 
infolge  derselben  aus,  so  setzt  sich  nur  ein 
Teil  der  Wärmeenergie  in  Bewegungsenergie 
um,  der  andere  Teil  wird  zum  Ausgleich  der 
Temperatur  mit  der  Umgebung  verwandt, 
und  ist  dieser  Ausgleich  erfolgt,  so  verharrt 
das  System  in  Ruhe,  so  lange  nicht  von 
außen  eine  erneute  Einw^irkung  erfolgt. 

Der  Teil  der  inneren  Energie  eines  Körpers 
welcher  nicht  mehr  in  mechanische  ^Vi'beit 
umgewandelt  werden  kann,  wird  bekanntlich 
Entropie  genannt,  und  das  Gesetz  von 
der  Unmöglichkeit  einer  vollständigen  Um- 
wandlung der  Wärme  in  eine  andere  Energie- 
art oder,  wie  man  es  auch  ausdrückt,  von 
der  fortwährenden  Zuiuihme  der  Entropie 
bildet  den  zweiten  von  Clausius  aufge- 
stellten Hauptsatz  der  kinetischen  Wärrae- 
theorie,  während  der  erste  Hauptsatz  sich 
auf  die  Aecpiivalenz  der  verschiedenen  Ener- 
giearten bezieht.  Als  eine  unmittelbare 
Folge  des  zweiten  Hauptsatzes  ergibt  sich, 
daß  die  Wärme  im  Weltall  immer  zunehmen 
muß  auf  Kosten  der  anderen  Energiearten, 
weil  eben  diese  sich,  wozu  im  Lauf  der  un- 
begrenzten Zeit  sich  genügend  Gelegenheit 
bietet,  vollständig  in  Wärme  verwandeln 
können,  eine  vollständige  Rückverwandlung 

62 


97S 


lOSinDiionir 


dai!;ei!;eii  nicht  möglich  ist.  So  würde  all- 
mählich alle  Bewegung,  alle  elektrische 
Spannung  aufhören,  die  Welt  ginge  dem 
Wärmetod,  dem  Zustand  gleichmäßig  ver- 
teilter Temperatur  eutgegen. 

Zwar  brauclite  der  Wärmetod  nicht  in 
endlicher  Zeit  einzutreten,  denn  wenn  die 
Welt  unendlich  groß  ist  und  in  allen  Teilen 
dieser  unendlich  großen  Welt  bewegte  Massen 
vorhanden  sind,  so  könnte  es  unendlich 
lange  Zeit  dauern,  bis  die  gesamte  Bewe- 
gungsenergie in  Wärme  übergeführt  wäre. 
Aber  auch  wenn  die  Welt  —  was  eine  offene 
Frage  ist  -  endlich  wäre,  indem  dem  Kaum 
eine  w^enn  auch  noch  so  geringe  endliche 
Krümmung  zukäme,  so  daß  wir  in  derselben 
Richtung  fortschreitend  wieder  zum  Aus- 
gangspunkt zurückkämen,  auch  in  diesem 
Fall  würde  der  Wärmetod  wohl  erst  in 
unendlicher  Zeit  eintreten,  die  Welt  W'ürde 
sich  diesem  Zustand  wahrscheinlich  asympto- 
tisch nähern,  d.  h.  um  so  langsamer,  je  näher 
sie  ihm  käme. 

Möglicherweise  könnte  der  Weltenraum 
unendlich  sein,  der  Teil  aber,  auf  den  sich 
unsere  Erfahrung  erstreckt,  unser  Fix- 
sternsystem, mit  etwa  vorhandenen  anderen 
Systemen  dieser  Art  entweder  nur  durch 
gegenseitige  Bestrahlung  oder  überhaupt 
nicht  in  Verbindung  stehen,  letzteres  weil 
der  Lichtstrahl  im  Weltenraume  eine  Ab- 
sorption erführe  oder  weil  der  Eaum  zwischen 
den  Sternsystemen  keinen  Aether  enthielte. 

Aus  der  Verteilung  der  Sterne  an  der 
Himmelskugel  und  aus  den  Verhältniszahlen 
der  den  einzelnen  Helligkeitsklassen  zuge- 
hörigen Sterne  hat  man  in  der  Tat  den 
Schluß  gezogen,  daß  unser  Fixsternsystem, 
dem  alle  uns  sichtbaren  Sterne  angehören, 
von  endlicher  Ausdehnung  ist  und  zw^ar 
von  linsenförmiger  Gestalt,  nach  Herschel 
einige  Millionen  Lichtjahre,  nach  Seeliger 
etwa  zehntausend  Liclitjahre  im  Durch- 
messer der  Mittelebene  messend.  Wäre  es 
allein  im  unendlichen  mit  Aether  gefüllten 
Räume  vorhanden,  so  müßte  es  durch  Aus- 
iitrahlung  schon  längst  in  Nacht  und  Kälte 
versunken  sein.  Sind  außer  ihm  jedoch 
noch  andere  Systeme  vorhanden,  so  können 
die  gegenseitigen  Bestrahlungen  sich  aus- 
gleichen, so  daß  jetzt  wenigstens  kein  Energie- 
verlust mehr  in  den  einzelnen  Systemen  statt- 
zufinden braucht;  erst  recht  wird  kein 
Energieverlust  eintreten,  w-enn  aus  einem 
der  oben  erwähnten  Gründe  kein  Zusammen- 
hang zwischen  den  Systemen  herrscht,  es 
werden  dann  aber  nach  dem  zweiten  Haupt- 
satz die  Systeme  dem  Wärmetod  entgegen- 
gehen. 

Vielleicht  noch  größere  Schwierigkeit  als 
beim   Ausblick   in   die   Zukunft    bietet   der  j 
zweite    Hauptsatz    beim    Rückblick    in   die  [ 
Vergangenheit.    Ist  nämlich  unser  Fixstern- 


system, wofür  die  meisten  Gründe  zu  sprechen 
scheinen,  ein  abgeschlossenes,  einen  be- 
stimmten, endlichen  Wert  der  Energie  be- 
sitzendes System,  so  müßte,  da  fortwährend 
die  verschiedenen  Energiearten,  sei  es  un- 
mittelbar, sei  es  mittelbar,  sich  in  Wärme 
verwandeln  und  diese  ,,  Entwertung  der 
Energie"  heute  noch  nicht  ihr  Ende  erreicht 
hat,  in  weit  entlegener  Vergangenheit  der 
Nutzungswert  der  Energie  ein  jeden  angeb- 
baren Betrag  überschreitender  gewesen  sein, 
wenn  wir  nicht  auch  nach  der  Vergangenheit 
hin  einen  asymptotischen  Verlauf  der  LTm- 
wandlung  annehmen.  Während  aber  ein 
asymptotischer  Verlauf  der  Umwandlung  der 
Energien  in  Wärme  nach  dem  in  der  Zukunft 
liegenden  Ende  hin  von  vornherein  sehr 
wahrscheinlich  ist,  da  die  Ausgleichung  von 
Spannungen  um  so  langsamer  vor  sich  geht, 
je  geringer  diese  sind,  so  liegt  a  priori  kein 
ersichtlicher  Grund  vor,  auch  nach  der 
Vergangenheit  hin  einen  asjnnptotischen  Ver- 
lauf jener  Umwandlung  anzunehmen.  Fnrl 
W'cnn  sich  vielleicht  auch  eine  Anordnung 
des  Stoffes  und  eine  Verteilung  der  Energie 
denken  ließe,  von  welcher  als  Grenzzustand 
aus  vor  unendlich  langer  Zeit  die  Entropie 
asymptotisch  ihren  Ausgang  genommen  haben 
möchte,  so  ist  doch  eigentlich  nicht  einzu- 
sehen, wenigstens  nicht  a  priori  einzusehen, 
warum  gerade  jener  Zustand  der  Dinge  und 
nicht  ein  beliebiger  anderer  der  Ausgangs- 
zustand gewesen  sein  soll. 

Der  zweite  Hauptsatz  führt  offenbai-  zu 
Folgerungen,  welche  wir  nur  ungern  werden 
gelten  lassen  wollen;  zu  befriedigenderen 
Ansichten  über  den  Verlauf  des  AVeltge- 
schehens  würden  wir  kommen,  wenn  wir 
ihn  fallen  lassen  könnten,  und  in  der  Tat 
haben  Maxwell,  Fick,  Arrhenius,  wie 
wir  nachher  gleich  sehen  werden,  auf  die 
Möglichkeit  von  Vorgängen  hingewiesen, 
für  w^elche  er  nicht  gilt. 

ib)  NotW'Cndigkeit  der  Annahme 
eines  periodischen  Charakters  der 
kosmischen  Veränderungen.  AVenn  wir 
der  Welt,  worunter  wir  das  unserer  Erfahrung 
allein  zugängliche,  abgeschlossene  Fixstern- 
systeni  verstehen,  ewige  Dauer  zuerkennen, 
so  kann  sie  nicht  gut  —  denn  der  Gedanke 
eines  asymptotischen  Anfanges  hatte  etwas 
Unbefriedigendes  —  einen  bestimmten  An- 
fangszustand gehabt  haben.  Hätte  doch 
wegen  der  mit  ihrem  Anfang  ins  Unendliche 
reichenden  Zeit  dieser  Zustand  ein  Zustand 
der  Ruhe  sein  müssen,  aus  dem  die  Welt 
nie  hätte  herauskommen  können.  Der 
Schwierigkeit  der  Annahme  eines  Anfangs- 
und ebenso  eines  Endzustandes  werden 
wir  aber  überhoben,  wenn  wir  den  Zustands- 
änderungen,  welche  im  Universum  vor  sich 
gehen,  einen  periodischen  Charakter  bei- 
legen, wenn  wir  z.   B.  annehmen,  daß  sich 


Kosmoaonie 


1»79 


Sterne  nicht  nur  aus  kosmischen  Gas-  oder 
Staubmassen,  sogenannten  Nebeln,  bilden, 
sondern  auch  wieder  in  solche  übergehen 
können;  wenn  wir  ferner  annehmen,  daß 
nicht  nur  weißglühende  Sterne  durch  Ab- 
kühlung in  gelbe,  rote  und  endlich  in  dunkle 
Sterne  sich  verwandeln,  sondern  daß  auch 
diesen  wieder  die  Möglichkeit  einer  Rück- 
verwandlung gegeben  ist,  sei  es  unmittelbar, 
indem  sie  etwa  beim  Hineinlaufen  in  einen 
kosmischen  Nebel  wieder  auf  höhere  Tem- 
peratur kommen,  oder  mittelbar,  indem  sie 
sich  bei  einem  Zusammenstoß  in  Staubmassen 
verwandeln,  die  nun  durch  die  Gravitation 
sich  wieder  zusammenballen  und  dadurch  ins 
Glühen  geraten.  Wie  heute,  so  würden  daher 
zu  jeder  Zeit  weiße,  gelbe,  rote  und  dunkle 
Sterne,  Sternhaufen,  Nebelflecken  existiert 
haben,  das  Einzelne  würde  sich  ändern,  das 
(ianze  aber  wesentlich  dasselbe  bleiben. 

ic)  P]inwürfe  gegen  die  Allgemein- 
gültigkeit des  zweiten  Hauptsatzes. 
Die  Möglichkeit  eines  ewig  dauernden  Wech- 
sels der  p]rscheinungen,  einer  periodischen 
Veränderlichkeit,  ist  aber  nur  dann  vor- 
handen, wenn  der  zweite  Hauptsatz  nicht 
ausnahmslos  gültig  ist,  und  wie  schon  er- 
wähnt, haben  Maxwell,  Fick  und  Arr- 
henius  auch  auf  Ausnahmefälle  hingewiesen. 

Die  kinetische  Gastheorie  gilt  für  den 
Fall,  daß  die  einzelnen  Gasmolekeln  sich 
durcheinander  bewegen  wie  die  Mücken 
eines  Mückenschwarmes.  Die  einzelnen  Mo- 
lekeln besitzen  recht  verschiedene  Geschwin- 
digkeiten, die  durchschnittliche  Geschwindig- 
keit ist  es  aber,  Avelche  die  Temperatur  des 
Gases  bestimmt.  Bei  der  Mischung  zweier 
Gase  von  verschiedener  Temperatur  Avird 
sich  eine  Temperatur  der  Gesamtmasse  er- 
geben, welche  zwischen  den  Temperaturen 
der  beiden  miteinander  vermischten  Gase 
liegt.  Es  findet  ein  fortwährender  Austausch 
der  Molekelgeschwindigkeiten  und  somit  ein 
Ausgleich  der  Temperaturen  statt,  das  ur- 
sprünglich kältere  Gas  wird  wärmer,  das 
ursprünglich  wärmere  wird  kälter.  Dieses 
Resultat  stimmt  aber  nicht  mehr  in  dem 
Falle,  wo  Avir  nicht  mehr  von  Durchschnitts- 
geschwindigkeiten der  Molekeln  reden  können. 
Es  ist  dann  sehr  wohl  der  Fall  denkbar, 
daß  ein  Gas  Wärme  abgibt,  um  die  Tem- 
peratur eines  von  vornherein  schon  wärmeren 
Körpers  zu  erhöhen. 

Wie  die  Erde,  so  sind  wohl  meist  die 
Himmelskörper  mit  Atmosphären  umgeben, 
die  dunklen  sowohl  wie  erst  recht  die 
leuchtenden,  die  überhaupt  als  glühende 
Gasbälie  zu  betrachten  sein  dürften.  Unter 
den  Molekeln  der  Atmosphäre  gibt  es  natür- 
lich viele,  welche  eine  die  mittlere  Geschwin- 
tligkeit  derselben,  die  der  Temperatur  der 
Atmosphäre  entspricht,  weit  überschreitende 
Geschwindigkeit   besitzen.     Gelangen  solche 


an  die  obere  Grenze  der  Atmosphäre,  so 
ist  der  Himmelskörper,  sowie  die  Geschwin- 
digkeit ein  gewisses  Maß  —  bei  der  Erde 
11  km,  während  die  mittlere  Geschwindigkeit 
der  Wasserstofhnolekel  2  km  beträgt  — 
übersteigt,  nicht  mehr  imstande,  sie  durch 
die  Gravitation  an  sich  zu  fesseln,  und  sie 
werden  daher  in  den  Raum  hiiuuisfliegen. 
Treffen  sie  dabei  auf  einen  Himmelskörper, 
dessen  Atmosphäre  eine  höhere  Temperatur 
hat  als  die  Atmosphäre,  von  der  jene  Mo- 
lekeln stammen,  aber  eine  geringere,  als  wenn 
ihre  Molekeln  im  Durchschnitt  die  Ge- 
schwindigkeit besäßen,  w'elche  jenen  einzelnen 
Molekeln  eigen  ist,  so  haben  wir  hier  den 
Fall  vor  uns,  daß  ein  kühleres  Gas  Wärme 
abgibt,  um  die  Temperatur  eines  wärmeren 
Gases  zu  erhöhen.  Oft  dürfte  die  Trennung 
der  Molekel  von  der  Atmosphäre  noch  durch 
den  Lichtdruck  begünstigt  werden. 

Bei  der  enorm  geringen  Dichte,  welche  die 
Gasnebel  des  Weltenraumes  haben,  mag 
diesem  Fall,  wo  Temperaturübergänge  im 
entgegengesetzten  Sinn,  als  Avir  es  zu  be- 
obachten gCAvohnt  sind,  eine  große  Bedeutung 
zukommen,  denn  die  Molekeln  an  der  Grenze 
eines  solchen  Nebels  erfahren  nur  eine  geringe 
Attraktion  nnd  haben  daher  leicht  eine  ge- 
nügende Geschwindigkeit,  um  sich  dauernd 
von  dem  Nebel  zu  entfernen. 

Denken  wir  uns.  daß  zufällig  besonders 
viele  Molekeln  in  gleicher  Richtung  sich  von 
der  Grenze  einer  Atmosphäre  entfernen  und 
sich  zu  einem  Körper  vereinigen,  so  Avürde, 
wie  der  Würzburger  Physiolog  Fick  be- 
merkt, Wärme  ohne  Kompensation  in  Be- 
wegung verAvandelt  Avorden  sein. 

Ein  anderer  Fall,  wo  ebenfalls  Avie  vorhin 
der  NutzungsAvert  der  Energie  gesteigert  wird, 
ist  nach  Arrhenius  folgender.  Wie  das 
Spektroskop  lehrt,  bestehen  die  Gasnebel 
aus  einem  durch  die  beiden  im  grünen  Teil 
des  Spektrums  liegenden  Linien  l  5007  und 
1  4959  angezeigten  Element  Nebulium,  ferner 
Wasserstoff  und  Helium.  Letzteres  ist  ein 
einatomiges,  Wasserstoff  ein  zweiatomiges 
und  Nebulium  aller  Wahrscheinlichkeit  nach 
höchstens  ein  zweiatomiges  Gas.  Den  ein- 
und  zweiatomigen  Gasen  kommt  aber  eine 
negative  spezifische  Wärme  zu,  d.  h.  sie 
Averden  durch  Wärmeausstrahlung  wärmer, 
indem  sie  sich  zusammenziehen  und  durch 
Wärmezufuhr  kälter,  indem  sie  sich  dabei 
ausdehnen.  Auch  die  glühenden  Gase  an 
der  Oberfläche  der  Sterne  dürften  einatomig 
sein,  so  daß  bei  Wärmeausstrahlung  der 
Körper  sich  nicht  abkühlt,  sondern  infolge 
Zusammenziehung  der  Atmosphäre  eine  Tem- 
peraturzunahme erfährt.  Werden  daher  die 
Gasnebel  von  den  Fixsternen  bestrahlt,  so 
Avird  die  Temperatur  der  Fixsterne  erhöht, 
die  der  Gasnebel  erniedrigt,  der  Unterschied 

62* 


980 


Kosmogonie 


der  Tenipoiatuioii  Avird  also,  statt  sich 
auszuij;leichen.  noch  größer. 

Audi  diesem  ^'oI•n:all<•"  luae;  eine  große 
Bedeutunp;  zuzusclireiben  sein;  die  Nebel- 
massen erfüllen,  wie  sich  in  den  letzten 
Jahrzehnten  mehr  und  mehr,  besonders  mit 
Hilfe  der  Photooraphie,  herausgestellt  hat, 
große  Räume  des  Universums,  sie  liefern 
den  Stoff  für  die  sich  bildenden  Sonnen, 
wenn  durch  eindringende  Meteore  oder  andere 
kleine  Himmelskörper  oder  durch  sonstige 
Zufälligkeiten  Dichtigkeitszentren  geschaffen 
werden,  um  die  sich  weitere  Masse  lagert; 
sie  werden  aber  auch  immer  wieder  ergänzt, 
wenn  eindringende  Körper  in  ihnen  ver- 
brennen, wie  wir  das  bei  der  Erscheinung 
der  sogenannten  neuen  Sterne  zu  sehen  be- 
kommen dürften.  In  selteneren  Fällen 
mögen  auch  zwei  Himmelskörper  aufeinander 
prallen  und  durch  den  im  allgemeinen  exzen- 
trischen Stoß,  wie  es  Arrhenius'  Ansicht 
ist,  einen  Spiralnebel  erzeugen.  Oder  zwei 
nahe  aneinander  vorübergehende  Sonnen 
wandeln  sich  durch  ihre  Anziehung,  wie  die 
später  zu  besprechende  Moni  ton  sehe  Pla- 
netesimalhypothese  annimmt,  gegenseitig  zu 
Spiralnebeln  um. 

Ob  die  einer  Entartung  der  Energie  ent- 
gegenwirkenden Vorgänge,  welche  wir  oben 
angeführt  haben  und  deren  Möglichkeit  nicht 
zu  bezweifeln  ist,  imstande  sind,  den  Wärme- 
tod für  alle  Zeiten  aufzuhalten,  ist  natür- 
lich nicht  erwiesen,  vielleicht  wirken  noch 
andere  Umstände  mit,  die  wir  aber  nicht 
zu  erkennen  vermögen,  weil  sie  nur  unter 
Bedingungen  auftreten  und  zur  Geltung 
kommen,  die  wohl  im  Weltenraum  erfüllt 
sind,  in  unseren  Laboratorien  aber  iiicht 
hergestellt  werden  können.  Jedenfalls 
braucht  uns  der  unter  den  gewöhnliehen 
uns  umgebenden  Verhältnissen  zutreffende 
und  darum  für  die  Technik  höchst  wichtige 
zweite  Hauptsatz  der  kinetischen  Wärme- 
theorie nicht  zu  bestimmen,  den  Umwand- 
lungsprozeß der  Energien  auch  im  Weltall 
immer  nur  als  in  einer  Richtung,  im  Sinne 
einer  Entwertung  der  Energie  vor  sich 
gehend  zu  denken.  Vielmehr  entspricht  es 
dem  heutigen  Stand  der  Wissenschaft,  ein 
periodisches  Werden  und  Vergehen  des 
Einzelnen,  eine  Unveränderlichkeit  des  Gan- 
zen anzuerkennen. 

2.  Entstehung  des  Sonnensystems.  2  a) 
Kants  Hypothese.  Von  besonderem  In- 
teresse ist  für  uns  Menschen  die  Entstehung 
des  Sonnensystems,  zumal  sich  daraus 
vielleicht  auch  auf  die  weiteren  Schicksale 
der  Erde  und  des  Menschengeschlechts  ein 
Schluß  ziehen  läßt.  Solange  das  Band 
jedoch,  welches  die  verschiedenen,  dem 
Sonnensystem  angehörenden  Körper,  also 
Sonne,  Planeten,  Monde  und  vielleicht  auch 
Kometen    aneinander    knüpft,    das    Gravi- 


tatiousgesetz,  nicht  gefunden  war.  mußte 
man  sich  den  Mechanismus  als  einen  allzu 
komplizierten  vorstellen,  um  über  seine 
Entstehung  eine  Vermutung  Avagen  zu 
können.  Descartes  (1596  bis  IGöO)  be- 
trachtete die  Sonne  als  den  Mittelpunkt 
einer  Wirbelbewegung,  durch  Avelche  die 
Planeten  zu  ihren  Umläufen  um  die  Sonne 
gezAA-ungen  Avürden.  die  Planeten  aber  bil- 
deten Aviederum  die  Mittelpunkte  kleinerer 
Wirbel.  Avelche  die  Monde  in  ihren  Bahnen 
erhielten.  Die  Frage  nach  der  Entstehung 
dieser  Wirbel  Avarf  man  jedoch  so  Avenig 
auf,  Avie  zur  Zeit  der  alten  Griechen  die 
Frage  nach  der  Entstehung  der  27  Sphären 
des  Eudoxus,  die  dieser  selbst  Aielleicht 
nur  als  geometrische  Gebilde  angesehen 
AAissen  Avollte,  die  aber  von  seinen  Nach- 
folgern als  Avirklicher  Mechanismus  aufgefaßt 
wurden. 

So  Avar  Kant  (1724  bis  1804)  der  erste, 
der  den  Versuch  unternahm,  auf  dem  Boden 
des  NeAvtonschen  GraAitationsgesetzes  den 
heutigen  Zustand  des  Sonnensystems  aus 
einem  Zustand,  der  in  längst  A'ergangenen 
Zeiten  herrschte,  abzuleiten.  Eine  Avissen- 
schaftliche  Erklärung  der  im  Sonnensystem 
herrschenden  Ordnung  durfte  auch  nach 
Kants  iVnsicht  nur  eine  mechanische  sein. 
Für  ein  Werk  des  Zufalls  konnte  man  das 
System  unmöglich  halten.  Dagegen  sprach, 
AA'orauf  schon  Buffon  (1707  bis  1788)  in 
seiner  Histoire  naturelle  hingcAviesen  hatte, 
die  gleiche  Bew'egungsrichtung  sämtlicher 
Planeten  und,  soAA'eit  sie  zu  Kants  Zeiten 
entdeckt  Avaren,  auch  sämtlicher  Monde  um 
ihre  Zentralkörper,  ferner  die  in  diesem 
nämlichen  Sinn  erfolgende  Rotation  der 
Sonne,  der  Erde,  des  Erdmondes,  des  Mars, 
Jupiter  und  Saturn,  dann  die  nahe  zu- 
sammenfallenden Bahnebenen  der  Planeten 
und  die  geringen  Exzentrizitäten  ihrer  Bahn- 
ellipsen. 

Seit  der  Mitte  des  18.  Jahrhunderts,  da 
Kant  seine  ,, Allgemeine  Naturgeschichte  und 
Theorie  des  Himmels"  schrieb,  haben  sich 
die  Beweise  für  die  ursächliche  Bedingtheit 
des  Sonnensystems  noch  erheblich  vermehrt, 
allerdings  sind  auch  einige  Tatsachen  bekannt 
geworden,  Avelche  sich  der  sonst  im  System 
herrschenden  Ordnung  nicht  fügen.  Die 
in  den  Jahren  1781  und  184G  entdeckten 
beiden  großen  Planeten  Uranus  und  Neptun 
bcAvegen  sich  in  demselben  Sinn  Avie  die 
übrigen  Planeten  um  die  Sonne,  dasselbe 
tun  auch  sämtliche  bis  jetzt  entdeckte  750 
kleine  Planeten,  deren  Bahnen  zwischen  der 
Mars-  und  Jupiterbahn  liegen.  Die  Zwischen- 
räume zwischen  den  einzelnen  Planeten- 
bahnen A\'erden,  Avenn  man  an  Stelle  der 
zahlreichen  kleinen  Planeten  den  erstent- 
deckten, die  Ceres,  als  Repräsentanten  nimmt, 
immer  größer,   je  Aveiter  die   Planeten  von 


Kosmogonie 


981 


der  Sonne  abstehen.  Die  Exzentrizitäten 
der  Bahnen  der  kleinen  Planeten  nnd  die 
Neigungen  ihrer  Bahnebenen  gegen  die  Erd- 
bahnebene, die  Ekliptik,  welche  nahezu  auch 
die  Bahnebene  der  übrigen  großen  Planeten 
ist,  nehmen  allerdings  größere  Werte  an,  die 
Exzentrizitäten  bis  zu  0,54  bei  dem  Planeten 
Nr.  719,  Albert,  und  die  Bahnneigungen  bis 
zu  34**  beim  zweitentdeckten  Planetoiden 
Pallas.  Die  beiden  1877  entdeckten  Mars- 
monde bewegen  sich  sehr  nahe  in  der  um 
27"  gegen  die  Ekliptik  geneigten  Ebene  des 
Marsäcjuators.  Zu  den  4  von  Galilei  und 
Marias  entdeckten  Jupitermonden  sind 
weitere  4  gekommen,  nämlich  ein  fünfter, 
ganz  nahe  bei  Jupiter  befindlicher  und 
sich  wie  jene  fast  genau  in  der  Ebene  des 
Jupiteräquators,  der  S"*  gegen  die  Ekliptik 
geneigt  ist,  bewegender  Mond  von  12  Stunden 
ümlaufszeit,  zwei  sehr  viel  weiter  entfernte 
Monde  von  251  und  265  Tagen  Umlaufs- 
zeit, deren  Bahnebenen  29°  und  27"  gegen 
die  Ekliptik  geneigt  sind,  und  ein  über  noch 
einmal  so  weit  entfernter,  in  789  Tagen  um 
Jupiter  laufender  Mond,  der  aber  eine 
Bahnneigung  von  149"  gegen  die  Ekliptik 
besitzt,  also  nicht  in  dem  Sinn  wie  die 
übrigen,  sondern  in  rückläufiger  Bewegung 
seine  Bahn  beschreibt.  Die  fünf  Innern 
Monde  des  Jupiter  haben  fast  genau  kreis- 
förmige Bahnen,  die  drei  äußeren  stark 
exzentrische. 

Zu  den  iim  die  Mitte  des  18.  Jahrhunderts 
bekannten  fünf  Saturnmonden  sind  noch 
fünf  neue  hinzu  entdeckt  Avorden,  deren 
äußerster,  Phoebe,  eine  sehr  viel  weitere 
Bahn  besitzt  als  die  übrigen  und  wie  der 
äußerste  Jupitermond  ebenfalls  rückläufig 
ist.  Die  Bahnebenen  der  sechs  inneren 
Monde  fallen  nahezu  in  die  Aequatorebene 
Saturns,  ebenso  die  Bahnebene  des  dieser 
Gruppe  von  Monden  sich  unmittelbar  an- 
schließenden Hyperion,  während  die  Ebene 
der  mir  sehr  wenig  engeren  Bahn  der  Themis, 
die  allerdings  nur  eine  sehr  geringe  Masse 
besitzt,  merklich  davon  abweicht  und  auch 
die  beiden  äußersten  Monde  wieder  andere 
Bahnlagen  haben. 

Vom  Uranus  sind  vier  Monde  entdeckt 
worden,  deren  Bahnen  eine  Neigung  von 
97"  gegen  die  Ekliptik  haben,  also  in  rück- 
läufigem Sinn  durchlaufen  werdeii.  Die 
Bahn  des  Neptunmondes  hat  eine  Neigung 
von  145"  gegeii  die  Ekliptik,  der  Mond  ist 
also  auch  rückläufig. 

Im  Artikel  , ,  S  o  n  n  e  n  s  y  s  t  e  m' "  Bd .  IX 
S.  155  findet  sich  eine  Tabelle,  in  der  alle 
diese  Angaben  übersichtlich  zusammengestellt 
sind.  Es  geht  daraus,  wie  auch  aus  dem  ; 
eben  Mitgeteilten  hervor,  daß  heute  die  zu  [ 
erklärenden  Tatsachen  mannigfaltiger  sind 
als  zu  Kants  Zeiten,  insbesondere  wegen 
der  sieben  rückläufigen   Monde.     Aber  eine 


gewisse  Ordnung  herrscht  doch  auch  hier, 
und  es  ist  jedenfalls  nicht  zufällig,  daß  bei 
Jupiter  und  Saturn  die  fernen  äußersten 
Monde  rückläufig  sind,  und  daß  die  Ro- 
tationsachsen des  Saturn,  Uranus  und  Nep- 
tun —  wenn  man  für  die  beiden  letzten 
Planeten  annimmt,  daß  ihre  Ae((uatorebenen, 
deren  Lagen  durch  die  Beobachtung  noch 
nicht  bestimmt  werden  konnten,  mit  den 
Bahnen  der  Monde  übereinstimmen  um 
so  mehr  von  der  zur  ßahnebene  senkrechten 
Lage  abweichen,  je  weiter  der  Planet  von 
der  Sonne  entfernt  ist. 

Die  Kosmogonie  Kants  will  übrigens 
nicht  nur  das  Sonnensystem,  sondern  das 
ganze  Universum  umfassen.  Sie  geht  aus 
von  dem  ,, einfachsten  Zustand  der  Natur, 
der  auf  das  Nichts  folgen  kann",  demjenigen 
nämlich,  wo  alle  Massen  in  ihre  Grundstoffe 
zerlegt  sind  und  den  ganzen  Raum  erfüllen, 
in  dem  die  einzelnen  Körper  sich  jetzt  zer- 
streut vorfinden.  Die  Verschiedenheit  der 
Grundstoffe  bedinge  es  aber,  daß  der  Zu- 
stand der  Ruhe  des  Chaos  nur  einen  Augen- 
blick dauere.  Die  spezifisch  schwerereu 
Teile  der  Materie  wirkten  als  Gravitations- 
zentren auf  die  benachbarten,  die  größeren 
der  so  entstandenen  Körper  zögen  wieder 
die  kleineren  an  usf. 

Außerdem  aber  werde  du  ich  die  von 
den  Gasen  ausgeübten  Kräfte  der  Zurück- 
stoßung, insbesondere  durch  die  elastischen 
Kräfte  eine  Drehung  der  Himmelskörper 
bewirkt.  Wenn  Teilchen,  die  von  einem 
Himmelskörper  aus  großer  Entfernung  an- 
gezogen noch  so  weit  von  ihm  entfernt 
seien,  daß  ihre  Geschwindigkeit  durch  die 
von  den  Gasen  ausgehende  Zurückstoßung 
zur  Seite  abgelenkt  werden  könne,  so  würden 
diese  Teilchen  den  Himmelskörper  umkreisen 
und  sich  allmählich  in  einer  Ebene  an- 
ordnen, denn  die  anfänglich  in  anderen 
fJbenen  sich  bewegenden  würden  durch 
Zusammenstöße  entweder  in  jene  Ebene  ge- 
drängt oder  sie  verlören  ihre  Geschwindigkeit 
und  fielen  auf  den  Zentralkörper.  So  sucht 
Kant  die  Entstehung  der  Planeten  und 
der  Monde  zu  erklären  und  zugleich  auch, 
daß  sowohl  jene  wie  auch  die  Monde  der 
einzelnen  Planeten  sich  in  derselben  Bahn- 
ebene und  nach  derselben  Richtung  hin  be- 
wegen. Freilich  kann  der  Versuch  nicht 
als  geglückt  angesehen  werden,  mechanisch 
unmöglich  ist  namentlich  die  Entstehung  der 
Drehung,  wie  Kant  sie  sich  dachte.  Denn 
wenn  in  einem  System  von  Körpern  nur 
Kj-äfte  in  den  Verbindungslinien  der  Körper 
wirken,  wie  das  bei  Anziehung  und  Ab- 
stoßung der  Fall  ist,  so  können  in  dem 
System  niemals  Drehungen  vorkommen, 
wenn  sie  nicht  von  vornherein  vorhanden 
waren. 

Zwischen  Planeten  und  Kometen  macht 


982 


Ko.sulOi'üllio 


Kant  keinen  prinzipiellen  T'^^ntcrschied.  Die 
Exzentrizitäten  der  riaiieteiibalinen  würden 
im  allgemeinen  immer  größer,  je  weiter  der 
Planet  von  der  Sonne  abstelle:  Merknr  und 
Mars  ]nachten  allerdings  eine  Ausnahme, 
wofür  jedenfalls  ihre  geringe  Masse  ver- 
antwortlich zu  mnchen  sei.  Jenseits  der 
Saturid)ahn  liefen  wahrscheinlich  noch  andere 
Planeten  in  Bahnen  von  noch  größerer 
Exzentrizität,  die  den  Uebergang  zu  den 
Kometen  bildeten.  Die  Entdeckung  des 
Uranus  und  Neptun  hat  diese  Vermutung 
jedoch  als  falsch  erwiesen. 

Während  die  Planeten  und  die  Monde 
sich  nach  Kant  aus  Stoffen  bildeten,  die 
dem  Zejitralkörper  nicht  angehörten,  hält 
Kant  den  Ring  des  Saturn  für  ein  Gebilde 
des  Planeten  selbst,  er  ist  ,, durch  Aus- 
dünstung" des  Zentralkörpers  entstanden, 
wobei  die  Dünste  ihren  tangentialen  Schwung 
beibehielten.  Mit  anderen  Worten:  Der 
Saturnring  hat  sich  nach  Kant  aus  Gasen  ge- 
bildet, die  vom  Saturn  so  weit  in  die  Höhe 
stiegen,  bis  die  seithche  Geschwindigkeit, 
welche  sie  an  der  Oberfläche  des  rotierenden 
Saturn  besessen  hatten,  einen  kreisförmigen 
Umlauf  um  Saturn  ermöglichte.  Daß  weder 
Jupiter  noch  die  Erde  einen  solchen  Ring 
besitzen,  erseheint  ihm  als  eine  Stütze  für 
seine  Ansicht,  da  die  Teilchen  hier  zu  weit 
hätten  abgestoßen  werden  müssen,  bei  Ju- 
piter bis  in  die  p]ntfernung  seines  vierten 
Mondes  und  bei  der  Erde  289  Erdhalb- 
messer weit. 

Die  Kant  sehe  Theorie  enthält,  abgesehen 
von  den  bereits  erwähnten  Irrtümern,  noch 
in  vielen  Einzelheiten,  auf  die  wir  hier 
nicht  eingehen  wollen,  Unrichtigkeiten,  es 
bleibt  aber  ihres  Urhebers  großes  Verdienst, 
eine  Erklärung  sämtlicher  damals  bekannter 
Eigenschaften  der  Körper  unseres  Sonnen- 
systems durch  mechanische  Prinzipien  ver- 
sucht und  auf  einen  einheitlichen  Ursprung 
dieser  Körper,  ja  des  ganzen  Fixsternsystems 
hingewiesen  zu  haben. 

2b)  Laplaces  Hypothese!  Laplace 
(1749  bis  1827)  beschränkt  sich  darauf,  die 
Entstehung  des  Sonnensystems  aus  einer 
rotierenden,  bis  an  die  Grenze  des  Systems 
reichenden,  stark  abgeplatteten  Gasmasse 
nachzuweisen,  läßt  also  dahingestellt,  wäe 
dieser  rotierende  Körper  zustande  kam. 
Er  vermeidet  so  den  Fehler  Kants  (von 
dessen  Kosmogonie  er  jedoch  bei  der 
Aufstellung  der  seinigen  nichts  wußte),  daß 
in  einem  System  von  anfänglich  ruhenden 
Körpern,  die  nur  der  gegenseitigen  Ein- 
wirkung unterworfen  sind,  Rotationen  auf- 
treten sollten.  Infolge  der  Gravitation  zieht 
sich  der  Nebelball  zusammen  und  wird 
wärmer;  die  Wärme  nimmt  von  außen  nach 
innen  zu  gemäß  dem  nach  innen  immer 
stärker  werclenden  Druck  der  äußeren  Schich- 


ten. Zugleich  vermehrt  sich  die  Rotations- 
geschwindigkeit des  Kernes,  denn  die  Summe 
der  Rotationsbewegungen  muß  nach  einem 
Gesetz  der  Mechanik,  dem  sogenannten 
Flächensatz,  konstant  bleiben.  Dadurch 
wird  aber  eine  Absi)altung  der  äußeren 
Schichten  des  infolge  der  schnelleren  Ro- 
tation stärker  abge[)latteten  Kör])ers  herbei- 
geführt, so  daß  wir  einen  rasch  rotieren- 
den wärmeren  Kern  und  einen  ihn  um- 
gebenden, langsamer  rotierenden,  kühleren 
Ring  haben.  Dieser  Vorgang  wiederholt 
sich  des  öfteren,  und  so  entsteht  um  die 
zentrale  Kugel  eine  ganze  Anzahl  kon- 
zentrischer, miteinander  nicht  zusammen- 
hängender Ringe.  Auch  die  einzelnen  Ringe 
können  keine  zusammenhängende  Masse 
bilden,  da  sie  dann  nicht  stabil  wären,  sie 
können  nur  aus  lauter  einzelnen,  getrennten 
Teilchen  bestehen.  Da  wo  diese  zufälliger- 
weise etwas  gedrängter  vorkommen,  wird 
sich  infolge  der  Gravitation  eine  immer 
stärkere  Massenanhäufung  bilden  auf  Kosten 
der  Dichtigkeit  der  übrigen  Stellen.  Die 
(reschwindigkeitsunterschiede  zwischen  den 
äußeren  und  inneren  Teilchen  des  Schwarmes 
wird  diese  Anhäufung  begünstigen  und  so 
wird  allmählich  die  ganze  Ringmasse  sich 
zu  einem  Körper  vereinigen,  der  als  Planet 
die  Sonne  umläuft  und  wegen  jenes  Ge- 
schwindigkeitsunterschiedes der  äußeren  und 
inneren  Teilchen,  die  ihn  gebildet  haben,  um 
seine  Achse  rotiert. 

Wie  die  Planeten  aus  den  Ringen  des 
Sonnenkörpers,  so  werden  sich  die  Monde 
aus  den  durch  die  Rotation  der  Planeten- 
massen entstehenden  Ringen  bilden. 

Die  Kometen  betrachtet  Laplace  als  von 
Haus  aus  nicht  zum  Sonnensystem  gehörig, 
als  bloße  Eindringlinge. 

Die  berühmte  Laplace  sehe  Theorie  hat 
durch  manche  sjjätere  Entdeckung  eine 
weitere  Stütze  erhalten,  vor  allem  durch  die 
zahlreichen  Entdeckungen  ^'on  Planetoiden, 
die  sämtlich  im  gleichen,  rechtläufigen  Sinn 
die  Sonne  uniwandern.  Der  nach  der 
Theorie  sein-  wohl  mögliche  Fall,  daß  der 
von  einem  Planeten  abgetrennte  Ring  zur 
Entstehung  zweier  Monde  Anlaß  gäbe,  findet 
sich  beim  VI.  und  VII.  Jupitermond,  welche 
251  und  265  Tage  Umlaufszeit  haben,  und 
bei  den  beiden  Saturnmonden  Hyperion  und 
Themis,  die  beide  eine  Umlaufszeit  von 
21  Tagen  haben,  verwirklicht.  Bei  den 
i  genannten  Jupitermonden  ist  auch  die  Bahn- 
ebene genau  die  nämliche,  von  denen  der 
übrigen  Monde  dagegen  stark  abweichende, 
was  darauf  hinzudeuten  scheint,  daß  in  der 
;  Zwischenzeit  zwischen  der  Bildung  des 
!  Ringes,  welcher  zu  dem  viel  weiter  draußen 
kreisenden  VIII.  Mond  das  Baumaterial 
lieferte,  bis  zur  Bildung  des  Ringes,  aus 
dem  der  VI.  und  \'I1.  3Tontl  entstanden,  und 


Kosmoffonie 


98:- 


voii  da  an  wieder  bis  zu  den  rascher  anf 
einander  folgenden  Ringbildungen  für  die  in 
gleicher  Bahnebene  laufenden  fünf  inneren 
Trabanten  Neigungsänderungen  der  Rota- 
tionsachse des  Jupiter  gegen  seine  Bahn- 
ebene stattgefunden  haben.  Die  Bahn- 
ebenen der  beiden  Saturntrabanten  Hyperion 
und  Themis  fallen  allerdings  nicht  zusammen, 
die  des  Hyperion  ist  die  der  sechs  Monde 
von  geringerer  Umlauf szeit,  während  die 
Bahnebene  von  Themis  etwa  12**  gegen  sie 
geneigt  ist. 

An  schwer  wiegenden  Einwürfen  gegen 
die  Laplacesche  Theorie  mangelt  es  freilich 
auch  nicht.  So  sollte  man  eigentlich  er- 
warten, daß  der  rotierende  Gasball  eine 
stetige  Folge  von  Ringen  absonderte,  statt 
daß  er  nach  Abspaltung  von  1 :  20000,  ein 
andermal  von  1 :  30000Ö0,  im  höchsten  Falle 
von  1 :  1000  seiner  Masse  es  für  längere 
Zeit  dabei  bewenden  ließe  und  sich  bloß 
zusammenzöge.  Zwischen  Jupiter  und  Mars  ' 
ist  allerdings  der  ganze  Zwischenraum  mit 
Körperchen,  den  kleinen  Planeten,  besetzt. 
Eine  andere  Schwierigkeit  besteht  darin, 
tlaß  die  Planeten  und  ihre  Monde,  von 
Norden  (etwa  vom  Polarstern  aus)  be- 
trachtet, alle  in  dem  Sinne  wie  der  Uhr- 
zeiger rotieren  müßten,  da  von  den  zur 
Bildung  eines  Planeten  oder  Mondes  bei- 
tragenden Ringteilchen  die  dem  Zentral- 
körper näher  liegenden  eine  größere  Ge- 
schwindigkeit haben  als  die  entfernteren. 
Zur  Behebung  dieser  Schwierigkeit  hat  man 
den  Einfluß  der  Gezeiten  herangezogen.  Bei 
dem  lockeren  (refüge,  welches  der  Planet 
oder  Mond  kurz  nach  seiner  Bildung  hatte, 
mußte  eine  starke  Flutwelle  auf  der  nach 
dem  Zentralkörper  hin  und  ebenso  auf  der 
von  ihm  weggerichteten  SeitQ  auftreten. 
Diese  Flutwelle  mußte  an  der  Oberfläche 
des  rotierenden  Planeten  (oder  Mondes)  eine 
Reibung  erfahren,  infolge  deren  die  Ro- 
tation verlangsamt  wurde,  bis  der  Planet 
der  Sonne  immer  dieselbe  Seite  zukehrte,  so  ' 
daß  Rotationszeit  und  Umlaufszeit  von 
gleicher  Dauer  waren.  Zog  sich  der  Planet 
bei  weiterer  Abkühlung  noch  mehr  zu- 
sammen, so  nahm  seine  Rotation,  die  jetzt, 
bei  Gleichheit  von  Rotationszeit  und  Um- : 
laufszeit,  bereits  entgegengesetzt  dem  Uhr- 
zeiger erfolgte,  noch  zu,  so  daß  sich  der 
heute  bestehende  Zustand  herausbildete. 

Mit  diesen  Erwägungen  würde  überein- 
stimmen, daß  der  äußerste  Mond  von  Ju- 
piter wie  von  Saturn  seinen  Planeten  rück-  i 
läufig  umkreist.     Sie  bildeten  sich,  als  die , 
Planeten  noch  in  dem  dem  heutigen  entgegen-  j 
gesetzten    Sinn    rotierten.       Die    sehr    viel  \ 
näheren  übrigen  Monde  der  beiden  Planeten  1 
mögen  dagegen  aus  Ringen  entstanden  sein, 
welche  sich  erst  abtrennten,  als  die  Rotation 


des  Planeten  in  demselben  Sinn  wie  heute 
erfolgte. 

Ob  der  rückläufige  Nej)tumnond  aus  einem 
Ring  hervorgegangen  ist,  der  sich  vom 
Planeten  abspaltete,  als  dieser,  wie  es  jetzt  der 
Fall  ist,  im  Sinn  des  Uhrzeigers  rotierte, 
oder  ob  vielleicht  bei  den  drei  äußersten 
Planeten  Saturn,  Uranus  und  Neptun  aus 
unbekannter  Ursache  ein  immer  stärkeres 
Umkippen  der  Polarachse  stattfand,  ist  mit 
Sicherheit  nicht  zu  entscheiden.  Die  Bahn- 
ebene der  Uranusmonde  scheint  für  die 
letztere  Annahme  zu  sprechen. 

Ein  besonders  schweres  Rätsei  gibt 
Phobos,  der  innere  der  beiden  Marsmonde, 
auf,  welcher  in  7^  39'",  den  Mars  recht- 
läufig umkreist,  während  dieser  24*^  37™, 
also  dreimal  so  viel  Zeit  zu  seiner  Rotation 
braucht.  Da  die  Bahnebenen  beider  Tra- 
banten Phobos  und  Deimos  mit  der  Aequa- 
torebene  des  Mars  zusammenfallen,  so  macht 
es  ganz  den  Eindruck,  als  ob  die  beiden 
Körper  sich  aus  Ringen  gebildet  hätten. 
Will  man  die  Laplacesche  Theorie  beibe- 
halten, so  muß  man  annehmen,  daß  die 
Ringe,  aus  denen  die  beiden  Monde  ent- 
standen, sich  abgespaltet  haben,  nachdem 
die  ursprünglich  in  rückläufigem  Sinn  er- 
folgende Rotation  des  Planeten  durch  die 
Gezeiten  und  die  spätere  Kontraktion  in 
die  entgegengesetzte  umgewandelt  worden 
war.-  Waren  dann  die  Ringe  zur  Bildung 
von  Deimos  und  Phobos  abgegeben,  so 
verlangsamte  die  Reibung  der  von  der  Sonne 
hervorgerufenen  Flutwelle,  den  Einfluß  der 
Kontraktion  ins  (Gegenteil  umkehrend,  die 
Rotationsgeschwindigkeit  des  Planeten  auf 
ihren  heutigen  Betrag.  Freilich  wäre  hier- 
gegen einzuwenden,  daß  Phobos,  sowie  die 
Rotationszeit  des  Mars  größer  wurde  als 
seine,  des  Phobos,  Umlaufszeit,  auf  dem 
Planeten  eine  Flutwelle  erzeugen  mußte, 
die  ihn  (Phobos)  zurückhielt,  seine  Ge- 
schwindigkeit also  verminderte,  so  daß  er 
in  spiralenförmigen  Umläufen  sich  der  Mars- 
oberfläche bis  zur  Vereinigung  nähern 
mußte.  Die  geringe  Masse  des  Phobos  und 
die  vielleicht  auch  nur  sehr  geringe  Masse 
der  Flutwelle  auf  dem  Mars  mögen  aber 
bis  heute  noch  nicht  imstande  gewesen  sein, 
diese  Folge  herbeizuführen. 

Von  der  ]\Iitteilung  des  zu  vielen  Ein- 
würfen Anlaß  gebenden,  zweifellos  verfehlten 
Erklärungsversuches  von  Roche,  welcher 
sich  den  Phobos  aus  einem  im  Innern  des 
Planeten  Mars  rotierenden  Ring  entstanden 
denkt,  sei  abgesehen. 

So  allgemeinen  Beifalles  sich  früher  die 
Laplacesche  Theorie  erfreute,  so  haben 
doch  die  großen,  zum  Teil  erst  neuerdings 
erkannten  Schwierigkeiten,  welche  verschie- 
dene Tatsachen  der  Erklärung  durch  sie 
bieten,  viele  Fachgelehrte  von  ihr  abgewandt. 


984 


Ko.siiioo-oni(^ 


Freilic'li  onthalleii  aiicli  die  zu  ilireiii  Krsatz 
aufgestellten  lunieren  Hypothesen  eine  Menge 
ungelöster  l'roblenie,  so  daß  bisher  keine 
zur  unbestrittenen  Herrschaft  hat  kommen 
können,  während  man  von  manchen  mit 
großer  Sicherheit  voraussagen  kann,  daß 
sie  binnen  kurzem  vergessen  sein  werden. 
Im  folgenden  seien  nur  die  bemerkens- 
Avertesten  aufgeführt. 

2c)  Fayes  Hypothese.  Der  fran- 
zösische Astrophysiker  Faye  (1814  bis 
1902)  geht  aus  von  einem  regellosen  Durch- 
einander der  verscliiedenen  chemischen  Ele- 
mente, in  welchem  sowohl  fortschreitende 
wie  rotatorische  Bewegungen  stattfinden. 
Je  nachdem  die  Teilchen  sich  zufällig  so 
oder  so  gruppieren,  entsteht  hier  ein  einzelner 
Körper,  dort  ein  Doppelsternsystem,  an 
einer  dritten  Stelle  ein  Sternhaufen  und 
endlich  an  einer  Stelle  auch  ein  System 
wie  unser  Sonnensystem.  Letzteres  ist  nach 
Faye  hervorgegangen  aus  einer  homogenen 
kugelförmigen  Gasmasse,  welche  eine  schwache 
Rotationsbewegung  besaß.  Im  Innern 
bildeten  sich  Kmge  aus,  deren  Teilchen,  wie 
wenn  sie  eine  zusammenhängende  Masse 
wären,  alle  die  gleiche  Winkelgeschwindigkeit 
hatten.  Aus  ihnen  entstanden  die  Planeten 
Saturn,  Jupiter,  Mars,  Erde,  Venus  und 
Merkur,  welche  sich  gleich  bei  ihrer  Bildung 
im  richtigen  Sinn,  d.  h.  umgekehrt  wie  der 
Uhrzeiger  drehen  mußten,  und  "wenn  sie 
sich  späterhin  zusammenzogen,  eine  raschere 
Rotation  annahmen.  Erst  dann  kam  die 
Verdichtung  der  Masse  im  Zentrum,  die 
Bildung  der  Sonne  zustande.  Uranus  und 
Neptun  sind  die  jüngsten  Glieder  des  Sonnen- 
systems, sie  bildeten  sich  aus  zwei  aus  den 
äußersten  Partien  des  Gasballes  hervorge- 
gangenen Ringen,  deren  Teilchen,  infolge 
der  Sonnenanziehung  nach  den  Kepler- 
schen  Gesetzen  sich  bewegend,  um  so  ge- 
ringere Geschwindigkeit  besaßen,  je  weiter 
sie  von  der  Sonne  abstanden;  sie  mußten 
daher  eine  Rotation  im  rückläufigen  Sinn 
erhalten. 

So  geistreich  die  Hypothese  ist,  so  er- 
scheint sie  doch  recht  gekünstelt.  Ihr  Ur- 
heber dürfte  besonders  durch  zwei  Gründe 
zu  ihrer  Aufstellung  veranlaßt  worden  sein. 
Einmal  wollte  er,  indem  er  die  Sonne  erst 
nach  der  Erde  entstanden  sein  ließ,  den 
Widerspruch  beheben  zwischen  den  Geologen 
'  und  Biologen  einerseits,  die  für  die  Bildung 
der  Erdrinde  uiul  die  Entwicklung  der  Lebe- 
wesen etwa  100  Millionen  Jahre  in  Anspruch 
nehmen,  und  den  Physikern  wie  Helm- 
holtz  und  Lord  Kelvin  andererseits, 
welche  seit  der  Zeit,  da  die  Sonnenmasse 
bis  zum  Neptun  reichte  und  sich  unter 
steter  Abgabe  von  Energie  zusammenzu- 
ziehen begann,  nur  18  Millionen  Jahre  als 
vergangen  glauben  annehmen  zu  dürfen.    Es 


konnte  bei  der  Kay  eschen  Annahme,  bevor 
die  Sonne  sich  bildete,  die  Möglichkeit  füi' 
die  Entstehung  des  Lebens  auf  der  schon 
längst  bestehenden  Erde  einstweilen  ge- 
schaffen werden.  Nachdem  wir  jedoch  jetzt 
im  Radium  ein  Element  kennen  gelernt 
haben,  das  bei  seinem  Zerfall  eine  außer- 
ordentliche Menge  strahlender  Energie  frei 
werden  läßt,  brauchen  wir  uns  nur  radio- 
aktive Substanzen  in  genügender  Menge  auf 
der  Sonne  vorkommend  zu  denken,  um  die 
ungeschwächte  Licht-  und  Wärmeabgabe  seit 
vielen  100  Millionen  Jahren  als  möglich  er- 
scheinen zu  lassen. 

Außerdem  kam  es  Faye  offenbar  darauf 
an,  die  Verschiedenheit  der  Rotationsrichtung 
der  Planeten  zu  erklären.  Die  spätere  Ent- 
deckung der  rückläufigen  äußersten  Monde 
von  Jupiter  und  Saturn  zeigte  jedoch  die 
Unzulänglichkeit  der  Hypothese. 

2d)  Die  Hypothesen  von  du  Li- 
gondes  und  Lockyer,  Die  chaotische 
Bewegung  der  Körper,  unter  Verzicht  jedoch 
auf  die  nach  Faye  von  vornherein  vor- 
handenen Wirbelbewegungen,  nehmen  auch 
du  Ligondes,  Lockyer,  See  und  andere 
als  Anfangszustand  an.  Wie  die  Gasmolekeln 
nach  der  kinetischen  Gastheorie  sollen  nach 
du  Ligondes  die  Massenteilchen  durch- 
einanderfliegen. Während  aber  jene  infolge 
ihrer  Elastizität  ihre  ungeordnete  Bewegung 
immer  beibehalten,  kommt  bei  diesen  infolge 
ihrer  mangelhaften  Elastizität  eine  Ordnung 
zustande.  Durch  Zusammenstöße  werden 
gegeneinander  gerichtete  Bewegungen  auf- 
gehoben, es  bilden  sich  Massen,  die  als 
Gravitationszentren  dienen;  Körper,  welche 
stark  exzentrische  oder  stark  geneigte  Bahnen 
um  die  Zentralkörper  beschreiben,  kollidieren 
mit  anderen  und  fallen  nach  dem  Zentral- 
körper zu,  seine  Masse  vermehrend.  Das 
Gleiche  geschieht  allmählich  mit  all  den 
Körpern,  welche  nicht  in  derselben  Richtung 
wie  die  Mehrzahl  sich  um  den  Hauptkörper 
bewegen.  Diesem  selbst  wird  durch  die 
in  der  Regel  nicht  zentral  erfolgenden  Stöße- 
eine  Rotation  erteilt  werden.  Während 
einige,  wie  Sir  Robert  Ball  (1840  bis 
1913)  die  Planeten  direkt  durch  Anhäufung 
von  Materie  an  einzelnen  Stellen  entstanden 
sein  lassen,  hat  sich  nach  du  Ligondes 
und  Lockyer  erst  eine  einzige  große  Masse 
gebildet,  die  staubförmig  oder  gasförmig  ge- 
wesen sein  kann,  die  sich  aber  jedenfalls 
infolge  der  Zusammenstöße  und  der  Kon- 
traktion im  glühenden  Zustand  befand  und 
durch  Absonderung  von  Ringen  in  der 
Weise,  wie  l^aplace  es  sich  dachte,  die 
Planeten  erzeugte.  Ueberreste  des  Bau- 
materials für  unser  Sonnensystem  erblickt 
Lockyer  in  den  zarten,  das  Zodiakallicht 
erzeugenden  Massen  und   in  den   Kometen. 

Lockyer  suchte  auch  die  Spektroskopie 


Kosmogonie 


985 


zur  Beantwortung  kosmogonischer  Fragen 
heranzuziehen.  So  stellte  er  eine  Reihe 
von  SterntyjDen  auf,  welche  nach  ihrem 
Alter  geordnet  sein  sollten,  und  zwar  suchte 
er  das  Alter,  wenigstens  das  relative  Alter, 
aus  der  Temperatur  der  Sterne,  deren 
Messung  freilich  noch  mit  großer  Unsicherheit 
behaftet  war,  zu  beurteilen.  Ob  ein  Stern 
noch  im  Stadium  der  Temjieraturzunahme 
oder  bereits  in  dem  der  Temperaturabnahme 
sich  befand,  glaubte  er  daraus  erkennen 
zu  können,  daß  bei  jenen  hauptsächlich  die 
Spektren  der  leichteren,  bei  letzteren  die  der 
schwereren  Metalle  aufträten. 

Für  eine  wesentUche  Stütze  seiner  Hy- 
pothese von  einem  ursprünglichen  Chaos 
meteorischer  Körper  hielt  Lockyer,  daß 
im  Spektrum  verdampfter  Meteorsteine  Mag- 
nesiumlinien vorkommen,  die  ihm  auch  in 
den  Spektren  der  Nebel  vorhanden  zu  sein 
schienen.  Denn  diese  Nebel,  aus  deren  einem 
sich  unser  Sonnensystem  gebildet  hatte, 
sollten  ja  durch  Anhäufung  von  Meteoren 
entstanden  sein.  Jene  Spektrallinien  haben 
sich  jedoch  als  nicht  identisch  erwiesen. 

Man  hat  gegen  die  Lockyer  sehe  Hy- 
pothese auch  geltend  gemacht^  daß  —  ab- 
gesehen von  sehr  wenigen  Fällen  —  in  den 
geologischen  Schichten  der  Erdrinde  keine 
Meteore  eingeschlossen  gefunden  würden, 
obwohl  in  früheren  Zeiten  die  Erde  einem 
stärkeren  Bombardement  von  Meteoren  aus- 
gesetzt gewesen  sein  müßte  als  heute,  wo 
täglich  immer  noch  gegen  100  Millionen 
Meteore  im  Gesamtgewicht  von  100  Tonnen 
auf  die  Erde  niederfallen.  Auch  mache 
die  an  Wasser  doch  nicht  gerade  arme  Erde 
nicht  den  Eindruck,  als  sei  sie  das  Produkt 
meteorischer  Massen,  die  uns  bekanntlich 
keine  Spur  von  Wasser  in  irgendwelcher 
Form  aus  dem  Weltenraum  zu  bringen 
pflegen. 

Von  der  ünwahrscheinlichkeit  eines  be- 
stimmten Anfangszustandes  des  Kosmos  ist 
oben  bereits  die  Rede  gewesen.  Schon  aus 
diesem  Grunde  steht  die  Lockyer  sehe 
Hypothese  auf  recht  schwachen  Füßen. 

2e)  Sees  Hypothese.  Zur  Erklärung 
der  Bewegungen,  welche  sich  wie  die  der 
drei  rückläufigen  Monde  von  Jupiter,  Saturn 
und  Neptun  durch  Richtung  und  Bahnlage 
von  den  übrigen  unterscheiden  und  daher 
vielleicht  in  anderer  Weise  als  diese  zu- 
stande gekommen  sind,  liegt  die  Annahme 
nahe,  daß  die  eine  solche  Bewegung  auf- 
weisenden Körper  eigentlich  Fremdlinge  im 
System  sind  und  nur  bei  einem  gelegent- 
lichen Vorübergang  an  ihrem  späteren  Zentral- 
körper von  diesem  eingefangen  wurden. 
Professor  See  vom  U.  S.  Naval  Obser- 
vatory  erhob  diese  den  meisten  zunächst 
wohl  nur  als  Notbehelf  erscheinende  Er- 
klärungsweise   zum    Grundgedanken    seiiier 


Hypothese,  alle  Planeten  und  Monde  sollten 
auf  diese  Art  zur  Bewegung  um  ihren  Zentral- 
körper gekommen  sein.  Der  Widerstand 
der  anfänglich  bis  über  die  Neptunbahn 
hinausreichenden  Sonnenatmosphäre  habe  die 
Geschwindigkeit  der  eingedrungenen  Körper 
oft  hinlänglich  vermindert,  daß  sie  zum 
dauernden  Umlauf  um  die  Sonne  gezwungen 
wurden.  Die  zunächst  stark  exzentrische 
Bahn  mußte  sich,  wie  wir  kurz  zeigen  wollen, 
so  umformen,  daß  ihr  Durchmesser  und 
ihre  Exzentrizität  kleiner  wurden.  Nehmen 
wir  nämlich  an,  daß  der  Körper  nur  im 
Perihel  P  seiner  Bahn  Widerstand  erlitte 
(s.  Fig.   1),  so  AYürde  er  dort  länger  als  es 


^^ 


Fig.  1.      Abnahme    des    Bahnduiclimesseis   und 
der  Exzentnzität  diuch  den  Widerstand. 


sonst  der  Fall  wäre,  der  Anziehung  der 
Sonne  ausgesetzt  sein,  sein  Aphel  würde 
daher  von  A  nach  A'  verlegt,  also  der  Sonne 
genähert  werden,  während  das  Perihel  an 
seiner  Stelle  bliebe.  Fände  der  Widerstand 
nur  im  Aphel  statt,  so  bliebe  dieses  an 
seiner  Stelle  und  das  Perihel  würde  der 
Sonne  genähert.  Im  ersten  Fall  nähme  die 
Exzentrizität  ab,  im  zweiten  zu,  die  große 
Achse  würde  in  beiden  Fällen  kleiner.  In 
Wirklichkeit  findet  der  Widerstand  längs 
der  ganzen  Bahnkurve  statt,  im  Perihel 
aber  ist  die  Anziehung  der  Sonne  bedeutender 
als  im  Aphel,  die  Gesamtwirkung  des 
Widerstandes  besteht  daher  in  einer  Ver- 
kleinerung der  großen  Aclise  und  der  Exzen- 
trizität. 

Wie  von  der  Sonne,  können  natürlich 
auch  von  den  Planeten  Körper,  welche 
zufällig  in  ihre  Nähe  kommen,  eingefangen 
und  zu  Trabanten  degradiert  werden. 

Es  kann  aber  auch  der  Fall  eintreten, 
daß  ein  dem  System  Somie-Planet  nahe 
kommender  Körper  infolge  der  Anziehung 
jener  beiden  Massen  sich  zunächst  in  einer 
Kurve,  wie  sie  in  Figur  2  mit  a  bezeichnet 
ist,  um  beide  Gravitationszentren  bewegt. 
Die  Kurve  wird  sich  sodann  durch  den 
Widerstand  der  Atmosphäre  verengen,  bis 
sie  die  Gestalt  der  Kurve  b  annimmt.  Je 
nachdem  sich,  während  die  Bahn  gerade 
diese  Gestalt  hat,  der  eingedrungene  Körper 
in  der  die  Sonne  oder  in  der  den  Planeten 
umgebenden  Schleife  befindet,  wird  er  sich 


986 


Kosmoi'oiiie 


künftis;  um  jene  oder  diesen  allein  bewegen, 
Planet  oder  Satellit  sein. 


Fig.  2.     Verengerung  der  Bahn  durch  den 
Widerstand. 


Den  opi'iiifi'Pi^  Betrag  der  Neigung  bei 
den  Bahnen  der  großen  Planeten  erklärt 
See  dadurch,  daß  die  Atmosphäre  der 
Sonne  eine  starke  Abplattung  besaß.  Körper, 
welche  unter  großem  Neigungswinkel  in  die 
scheibenförmige  Sonnenatmosphäre  flogen, 
durchdrangen  sie,  ohne  wesentlich  in  ihrer 
Bewegung  gestört  zu  werden,  nur  die,  welche 
unter  geringem  Neigungswinkel  eindrangen, 
wurden  hinlänglich  aufgehalten,  um  dauernd 
die  Sonne  und^reisen  zu  müssen.  Auch  eine 
Rotation  der  Sonnenatmosphäre  könnte  dem 
Entstehen  einer  geringen  Neigung  förderlich 
gewesen  sein,  weil  dadurch  die  Geschwindig- 
keit des  eindringenden  Körpers  nach  einer 
bestimmten  Richtung  hin  beeinflußt  worden 
wäre.  Warum  aber  die  unserem  Sonnen- 
system angehörigen  Glieder  sich  fast  alle 
rechtläufig  bewegen,  darüber  gibt  die  See- 
sche  Hypothese  keinen  befriedigenden  Auf- 
schluß, und  dies  ist  gerade  die  wichtigste 
Aufgabe  jeder  Theorie  von  der  Entstehung 
unseres  Sionnensystems. 

2f)  G.  H.  Darwins  und  Poincares 
Untersuchungen.  G.  H.  Darwin  (1845 
bis  1912)  beansprucht  nicht,  eine  neue  Er- 
klärung für  die  Entstehung  des  Sonnen- 
systems gefunden  zu  haben,  dagegen  glaubt 
er  einen  Weg  zeigen  zu  können,  auf  welchem 
möglicherweise  die  Bildung  unseres  Mondes 
vor  sich  gegangen  ist.  Der  Umstand,  daß 
Merkur  und  Venus  keinen  Mond  besitzen, 
läßt  nach  Darwin  vermuten,  daß  bei 
ihnen  aus  irgendwelchen  Gründen  eine 
Ringbildung  nicht  eintreten  konnte,  und 
vielleicht  dürfte  das  auch  bei  der  Erde 
so  gewesen  seirv  denn  das  1 :  80  betragende 
Verhältnis  der  Mondmasse  zur  Erdmasse 
weicht  von  dem  Massenverhältnis  der  anderen 
Monde  zu  ihren  Planeten,  das  höchstens 
1 :  4700  erreicht,  wie  auch  von  dem  Massen- 
verhältnis des  Saturnringes  zum  Saturn, 
das  sicher  unter  1: 100000  liegt,  so  erheblich 
ab,  daß  eine  verschiedene  Art  der  Ent- 
stehung des  Erdmondes  und  der  übrigen 
Monde  unseres  Planetensystems  nicht  von 
der  Hand  zu  weisen  ist.  Auf  eine  solche 
andere  Entstehungsmöglichkeit  für  unseren 


Mond  wird  G.H.Darwin  durch  die  Theorie 
der  Gezeiten  geführt. 

In  Figur  3  stelle  der  Kreis  die  nicht  de- 
formierte,   die    Ellipse    die    durch    die     Ge- 


Fig.  3.     Zur  Gezeiteuwirkung. 

Zeiten  deformierte,  in  der  Richtung  des 
Pfeiles  sich  drehende  Erde  dar.  Da  die 
Anziehung  des  Mondes  M  auf  den  Flutberg  P, 
der  durch  die  Drehung  der  Erde  über  den 
Meridian,  in  dem  der  Mond  steht,  hinaus- 
geführt worden  ist,  stärker  wirkt  als  auf 
den  entfernteren  Flutberg  P',  so  verursacht 
der  ^lond  eine  Verzögerung  der  Erddrehung, 
erleidet  aber  selbst,  da  eine  Komponente 
der  in  der  Richtung  MP  auf  ihn  ausgeübten 
Kraft  in  seine  Bewegungsrichtung  MM' 
fällt,  eine  Beschleunigung,  wodurch  sich  seine 
Bahn  erweitert,  die  Dauer  des  Monats  also 
vergrößert.  Es  wird  demnach,  weil  durch 
die  Geijeitenreibnng  der  Mond  M  und  der 
Flutberg  P  sich  nicht  genau  einander  gegen- 
überstehen, eine  Verlängerung  sowohl  des 
Tages  wie  des  Monats  bewirkt  und  zwar, 
wie  hier  nicht  weiter  ausgeführt  werden 
kann,  des  letzteren  in  stärkerem  Maße  wie 
des  ersteren. 

Ist  der  Mond  in  M  gerade  in  seinem 
geringsten  Erdabstand  (Perigäum),  so  wird 
durch  die  Erweiterung,  welche  seine  Bahn 
erfährt,  sein  darauf  folgender  größter  Erd- 
abstand  (Apogäum)  noch  größer  werden; 
ist  er  in  M  in  seinem  Apogäum,  so  wird 
das  nächste  Perigäum  weiter  hinauskommen. 
Da  der  Einfluß  im  Perigäum  aber  überwiegt, 
so  muß  die  Bahn  immer  exzentrischer  werden. 

Endlich  läßt  sich  zeigen,  wenn  auch  nicht 
ohne  mathematische  Entwickelung,  daß  eine 
ursprünglich  in  die  Ebene  des  Erdäquators 
fallende  Mondbahn  allmählich  in  die  Ekli])- 
tik  gleiten  muß.  Es  wird  also  nach  der 
Vergangenheit  hin  die  Mondbahn  immer 
mehr  in  der  Aecpiatorebene  der  Erde  ge- 
legen haben,  sowie  enger  und  kreisförmiger 
gewesen  sein;  Tag  und  Monat  werden 
kürzere  Dauer  gehabt  haben. 

Wenn  daher  ein  ganz  oder  teilweise 
flüssiger  Planet  um  seine  Achse  rotiert  und 
von  einem  Trabanten  begleitet  ist,  dessen 
Monat  nur  wenig  länger  ist  als  der  Tag  des 
Planeten,  so  wird  sich  ein  System  bilden 
wie  das  Svstem  Erde-Mond. 


Jvosiuü"ouic 


987 


Darwin  glaubt  daher  behaupten  zu 
können,  daß  der  Mond  frülier  in  unmittel- 
barer Nähe  der  Erdoberfläche  sich  um 
die  Erde  bewegt  habe,  wobei  seine  Um- 
laufszeit gleich  der  Rotationszeit  der  Erde 
war,  etwa  3  bis  5  Stunden.  Diese  rasche 
Rotation  war  vielleicht  der  Grund,  daß 
der  Mond,  der  früher  mit  der  Erde  zu- 
sammenhing, sich  von  ihr  trennte.  Denn 
die  Periode  der  Sonneufluten,  die  bei  einem 
Tag  von  3  Stunden  Dauer  V],  Stunden  be- 
trug, fiel  hier  zusammen  mit  der  Eigen- 
periode der  Flüssigkeitsmasse,  aus  der  da- 
mals die  EIrde  bestand.  (Es  brauchte  nämlich 
eine  dieser  Flüssigkeitsmasse  erteilte  Be- 
wegung 1^2  Stunden  zu  einem  Umlauf  um 
die  Erde.)  Dadurch  aber  mußte  die  von 
der  Sonne  erzeugte  Flutwelle  eiH)rnie  Höhen 
erreichen,  so  daß  ein  Zerreißen  des  Erd- 
körpers  eintreten  konnte. 

Bei  der  dann  infolge  der  Gezeitenreibung 
durch  Jahrmillionen  hindurch  währenden 
Zunahme  der  Dauer  des  Tages  und  des 
Monats  wuchs  der  letztere  in  bedeutenderem 
Maße  als  der  erstere,  so  daß  endlich  29  Tage 
auf  den  (siderischen)  Monat  kamen.  Von  da 
ab  nahm  der  Tag  —  und  in  dieser  Periode 
befinden  wir  uns  jetzt  —  schneller  zu  als 
der  Monat,  heute  zählt  der  Monat  bereits  nur 
277.3  Tage  und  in  ferner  Zukunft  wird 
Monat  und  Tag  wieder  von  gleicher  Länge 
sein,  nämlich  gleich  55  unserer  heutigen 
Tage.  Ein  Dauerzustand  ist  jedoch  auch 
dann  nicht  erreicht  wegen  der  Wirkung  der 
Sonnenfluten. 

Der  Zeitraum,  um  welchen  die  Geburts- 
stunde  des  Mondes  hinter  der  Gegenwart 
zurückliegt,  beträgt  nach  Darwin  zwischen 
50  und  1000  Millionen  Jahren,  ist  also  von 
derselben  Ausdehnung,  wie  sie  von  den 
Geologen  für  die  Bildung  der  Erdkruste  für 
nötig  gehalten  wird. 

Die  Resultate,  zu  denen  Darwin  be- 
treffs der  Entstehung  unseres  Mondes  durch 
seine  Rechnungen  gelangte,  erhalten  eine 
wertvolle  Stütze  durch  die  Untersuchungen 
über  die  Gleichgewichtsfiguren  rotierender 
Körper  von  Maclaurin  (1698  bis  1746). 
Jacobi  (1804  bis  1851),  Roche  (1820  bis 
1883)  und  besonders  Poincare  (1854  bis 
1912).  Aus  diesen  Untersuchungen  ergab 
sich,  daß  eine  flüssige  rotierende  Kugel, 
wenn  sie  sich  zusammenzieht  und  dadurch 
in  immer  raschere  Rotation  gerät,  zunächst 
die  Gestalt  eines  Rotationsellipsoides  an- 
nimmt, sodann  die  eines  dreiachsigen  EUip- 
soides  und  endlich  eines  birnenförmigen 
Körpers  (s.  Fig.  4).  Die  für  diese  Form 
charakteristische  Anschwellung  würde  es 
nach  der  Darwinschen  Ansicht  gewesen 
sein,  welche  sich  vom  Mutterkörper  losriß 
und  den  Erdmond  bildete,  wobei  die  Sonnen- 
gezeiten, wie  vorhin  erwähnt,  das  Ihrige  mit 


zur  Trennung  beigetragen  haben  mögen. 
Die  sonst  im  Planetensystem  noch  vor- 
handenen Monde  können  sich  nach  Darwin 
jedoch  nicht  auf  diese  Weise  gebildet  haben, 


Fig.   4.      l!ini(Mif(iniiigor   Rotationskörper. 


da  ein  im  Verhältnis  zum  :\lutterkörper 
sehr  kleiner  flüssiger  Trabant  nahe  der 
Oberfläche  des  ersteren  nicht  hätte  existieren 
können,  vielmehr  durch  die  Gezeitenwirkung 
in  Stücke  zerrissen  worden  wäre.  Roche 
hat  bewiesen,  daß  ein  kleiner  Mond,  der  die 
gleiche  Dichtigkeit  hat  wie  sein  Planet, 
mindestens  um  2,44  Planetenhalbmesser 
vom  Mittelpunkt  des  Planeten  entfernt  sein 
muß,  um  nicht  auseinandergerissen  zu  werden, 
es  sei  denn,  daß  er  etwa  nur  die  Größe 
eines  gewöhnlichen  Steines  besäße,  den  seine 
Kohäsion  vor  jenem  Schicksal  bewahren 
würde.  Der  Saturnring  dürfte  schon  aus 
dem  Grunde,  daß  er  innerhalb  jener  Grenze 
liegt,  kein  fester  Körper  sein. 

Aus    der    Birnenform    und    der    daraus 
leicht  entstellenden  Sanduhrform  (s.  Fig.  5) 


Fig.   5.     SandiilirtViniiiger  llotationskiirper. 

sind  nach  der  besonders  von  See  vertretenen 
Meinung  die  Doppelsternsysteme  hervor- 
gegangen. Hierfür  spreche  auch  die  häufig 
vorkommende  große  Exzentrizität  ihrer 
Bahnen,  die  sich  auf  die  oben  besprochene 
Weise  herausgebildet  haben  möchte. 

Neuerdings  wird  freilich  die  Richtigkeit 
dieser  Ansicht  von  der  Entstehung  der 
Doppelsterne  von  Nölke  sehr  bestritten. 
Durch  die  Teilung  eines  rotierenden  Nebels 
hätten  nur  Komponenten  von  nicht  allzu 
verschiedenen  Massen,  höchstens  vom  Massen- 
verhältnis 3  :  1  sich  bilden  können.  Auch 
hätten  aus  der  sehr  geringen  Exzentrizität, 
die  die  Bahn  eines  sich  abtrennenden  Körpers 
besitzen  mußte,  durch  die  Gezeitenwirkung 
nicht  solch  bedeutende  Exzentrizitäten  ent- 
stehen können,  wie  wir  sie  häufig  bei  Doppel- 
sternen antreffen.  Von  Schwarzschild 
ist  sogar  der  Poinearesche  Beweis  für  die 


988 


Kosmogonie 


Stabilität  der  Biriienform  einer  rotierenden 
Flüssisjkeit  angezweifelt  worden. 

2»)  Planetesinialliypothese  von 
Moniten  nnd  Cliaiuberlin.  In  neuerer 
Zeit  haben  die  Chicagoer  Professoren  F.  R. 
Moni  ton  und  P.  C.  Chaniberlin  eine 
Hypothese  über  die  P^ntsteliung  des  Sonueu- 
systenis  aufgestellt,  die  in  Anbetracht  der 
großen  Schwierigkeiten,  welche  die  anderen 
Kosmogonien  bieten,  von  vielen  Astronomen 
angenommen  worden  ist,  obwohl  auch  sie 
manche  Frage  unbeantwortet  läßt.  Nach 
dieser  Hypothese  ist  das  Sonnensystem 
aus  einem  Spiralnebel  hervorgegangen,  wie 
er  sich  bei  nahen  Vorübergängen  zweier 
Sonnen  aneinander  aus  jeder  derselben  als 
eine  Folge  der  starken  Gezeiten  nnd  der 
wohl  auch  dabei  vorkommenden  Eruptionen 
zu  bilden  pflege.  Die  einzelnen  Teilchen 
eines  jeden  Körpers  werden  durch  die  An- 
ziehung seitens  des  anderen  Körpers  sich 
weit  zerstreuen  und  in  Kegelschnitten  um 
das  Zentrum  des  Körpers,  dem  sie  ange- 
hörten, laufen;  infolgedessen  werden  aber, 
wie  Moulton  zu  zeigen  sucht,  von  dem 
Zentrum  jeder  der  beiden  Massen  zwei  Arme 
nach  entgegengesetzten  Richtungen  aus- 
gehen, so  daß  der  Eindruck  einer  Spirale 
entsteht.  An  den  Stellen,  wo  die  Materie 
zufällig  sich  in  größerer  Dichte  vorfindet, 
werden  sich  Planetenkerne,  Planetesimals, 
bilden,  die  weitere  Materie  an  sich  heran- 
ziehen. Recht  befriedigend  läßt  sich  er- 
klären, daß  Planeten  und  Monde  sich  im 
gleichen  Sinn,  um  ihre  Zentralkörper  be- 
wegen, daß  die  Rotationen  in  eben  diesem 
Sinne  erfolgen,  sowie  daß  die  Planeten- 
bahnen nahezu  in  dieselbe  Ebene  fallen 
und  geringe  Exzentrizitäten  besitzen,  letzteres 
um  so  mehr,  je  größer  die  Masse  des  Pla- 
neten ist. 

Außer  den  vorgetragenen  Hypothesen 
gibt  es  noch  verschiedene  andere,  Avelche 
aber  noch  weniger  wissenschaftlich  be- 
gründet sind  und  daher  noch  weniger  die 
allgemeine  Zustimmung  der  xVstronomen  ge- 
funden haben  als  jene.  Von  ihrer  Besprechung 
sei  daher  hier  abgesehen. 

3.  Aenderung  des  physikalischen  Zu- 
standes  der  Erde  durch  astronomischeEin- 
flüsse.  Auch  darüber,  wieweit  die  Ent- 
wickelung  unserer  P>de  durch  astronomische 
Einflüsse  bedingt  worden  ist,  gibt  es  keine 
einheitliche  Meinung.  So  weist  Cr  oll  zur 
Erklärung  der  p]iszeiteii  auf  die  ))criodisch 
veränderliche  Exzentrizität  der  Erdbahn  hin, 
infolgedessen  der  Sommer,  der  jetzt  auf 
der  nördlichen  Halbkugel  acht  Tage  länger 
dauert  als  der  Winter,  in  früheren  Epochen 
kürzer  sein  mußte  als  der  Winter.  Andere 
sehen  die  Ursache  der  Eiszeit  in  einer, 
freilich  ganz  hypothetischen,  durch  besonders 


starke  Fleckenbildung  verminderten  Wärme- 
strahlung der  Sonne.  Viele  führen  allerdings, 
wie  hinzugefügt  sei,  die  Eiszeiten  auf  terre- 
strische Ursachen  zurück,  so  auf  eine  vormals 
andere  Verteilung  von  Wasser  und  Land, 
auf  einen  anderen  Lauf  des  Golfstroms  oder 
auch  auf  feuchteres  Klima. 

Zur  Deutung  gewisser  geologischer  Tat- 
sachen und  der  durch  Fossilien  bekundeten, 
von  der  heutigen  abweichenden,  geographi- 
schen Verbreitung  von  Tieren  und  Pflanzen 
in  früheren  Zeiten  hat  Reibisch  seine  be- 
sonders von  Simroth  zu  begründen  ver- 
suchte ,,Pendulationstheorie"  aufgestellt,  wo- 
nach die  Erde  um  einen  von  Ecuador  nach 
Sumatra  gehenden  Aecpiatordurchmesser 
eine  Pendelschwingung  von  40°  Ausschlas,' 
ausgeführt  habe,  die  wahrscheinlich  durch 
astronomische  Ereignisse,  wie  Trennung  des 
Mondes  von  der  Erde  oder  auch  Hinein- 
fallen eines  früheren  zweiten  Mondes  in  die 
Erde  hervorgerufen  worden  sei.  Kreich- 
gauer"  nimmt  sogar  eine  Wanderung  der 
Erdpole  seit  der  präkambrischen  Zeit  um 
fast  180"  an,  so  daß  die  Rotation  der  Erde 
früher  in  entgegengesetztem  Sinii  erfolgt  sein 
würde  W'ie  heute. 

Die  Richtungsänderung,  welche  die  Erd- 
achse im  Raum,  gegen  die  Fixsterne,  aus- 
führt und  bekanntlich  als  Präzessions-  und 
Nutationsbewegung  bezeichnet  wird,  hat 
keinen  Einfluß  auf  das  Klima,  weil  dabei 
die  Neigung  der  Erdachse  gegen  die  Erd- 
bahn unverändert  bleibt  oder  nur  unbedeu- 
tende, periodische  Schwankungen  erleidet. 

Ebensowenig  von  Bedeutung  für  das 
Klima  sind  wegen  ihres  geringen  Betrages 
die  in  den  letzten  Jahrzehnten  von  den 
Astronomen  genau  verfolgten  Polhöhen- 
scn wankungen,  welche  darin  bestehen,  daß 
die  Erd])ole  in  etwa  42U  Tagen  um  ihre 
mittlere  Lage  eine  bald  Aveitere,  bald  engere 
Kurve  beschreiben,  wobei  sie  im  Maximum 
11  m  von  der  mittleren  Lage  abweichen. 
Im  Gegensatz  zur  Präzession  und  Nntation 
bleibt  hierbei  die  Rotationsachse  der  Erde, 
während  sie  im  Erdkörper  andere  nnd  andere 
Lagen  annimmt,  sich  selbst  parallel,  also 
immer  nach  demselben  Punkt  des  Himmels 
gerichtet.  S.  auch  den  Artikel  .,Sonneu- 
system"  Bd.  IX  S.  157. 

4.  Zukunft  des  Sonnensystems.  Was 
die  Zukunft  des  Sonnensystems  anlangt,  so 
haben  zwar  Lagrange,  Laplace.  Poisson 
seine  Stabilität  bewiesen,  d.  h.  sie  haben 
gezeigt,  daß  zwar  die  Bahnelemente,  von 
denen  die  Dauer  des  Sonnensystems  nicht 
abhängt,  nämlich  die  Richtungen  der  großen 
Achsen  der  von  den  Planeten  beschriebenen 
Ellipsen  und  die  Richtungen  der  Knoten- 
linien immer  andere  und  andere  werden, 
dagegen  diejenigen  Elemente,  wie  die  große 


Kosiuogonie  —  Ivraftmessung 


989 


Achse  selbst,  und  die  Exzentrizität,  welche 
sich    nicht    beliebig    ändern    dürfen,    wenn 
nicht  das  System  zugrunde  gehen  soll,  nur 
periodischen  Aenderungen  innerhalb  gewisser 
enger    Grenzen   unterliegen.      Aber  die  ge- 
nannten Astronomen  haben  bei  ihren  Rech- 
jumgen  die  Himmelskörper  als  punktförmig 
aufgefaßt,    was    streng    nur    zulässig    wäre, 
wenn    die    Himmelskörper    exakte    Kugeln 
wären,    während    sie    in    Wirklichkeit    Ro- 
tationsellipsoide   sind.       Ferner    haben    sie 
nicht  berücksichtigt  die  Gezeitenwirkung  und 
den  von  Meteoren  und  kosmischem   Staub 
den    Planeten   und    Monden    bei    ihrer    Be- 
\yegung  entgegengesetzten  Widerstand.    Die 
Stabilitätsbeweise   sind   daher   nur  als   Nä- 
herungen anzusehen;  noch  lange  Jahrmilli- 
onen mögen  Planeten  und  Monde  in  Bahnen 
wandeln,   die   von  den  heutigen  kaum  ver- 
schieden  sind,   aber   so   wenig   das    Svstem 
von   Ewigkeit  her   besteht,   so   wenig"^  wird 
es  in  alle  Ewigkeit  weiter  bestehen.     Nicht 
ausgeschlossen  ist  eine  plötzliche  Vernichtung 
durch  einen  in  das  System  geratenden  Fix^ 
Stern,    wobei   man   nicht   einmal   gleich    an 
einen    Zusammenstoß    zu    denken    braucht. 
Wahrscheinlicher  aber  dürfte  durch  die  oben 
genannten   Einflüsse   eine   allmähliche    Um- 
gestaltung des  Systems  stattfinden.  Vielleicht 
nimmt   die    Sonne    die    Körper,    denen    sie 
früher  das  Leben  geschenkt,  wieder  in  sich 
auf    und    verwandelt    sich    dann    bei    An- 
näherung an  einen  anderen  Stern  in  einen 
Nebel,  um  die  Entwicklung  von  neuem  zu 
beginnen. 

Literatur.     H.   Poincurä,   Le<;ons  sur  Ics  hypo- 

thiises  cosmoqoniqups.  Paris  1911.  —  A.  M, 
Clerke,  3IodKrn  cosmogonies.  London  190r,.  — 
Svmite  Avrhenius,  Das  Werden  der  Welten. 
Leipzig  1908.  —  Derselbe,  Das  Schicksal,  der 
Planeten.  Leipzig  1911.  —  J.  Kant,  Allge- 
meine Naturgeschichte  und  Theorie  des  Himmels. 
Köirigsbprg  1765.  —  P,  S.  Laplace,  Exposition 
dih  Systeme  du  monde.  Paris  1796.  —  H.  Faye, 
Sur  l'origine  du  monde.  Paris  ISS4.  —  ü.  du 
Ligondes,  Formation  mecaniqve  da  Systeme 
du  monde.  Paris  1S97.  —  N.  Lochyer,  The 
meteoric  hypoihfsis.  London  1890.  —  T.  J. 
J.  See,  Rcsearches  on  the  Evolution  of  .stellar 
Sy.-tems,  vol.  IL  The  capture  Theory  of  cos- 
mical  Evolution.  Lynn ,  Mass.  1910.  —  G. 
H.  Darwin,  The  Tides  and  kindred  Pheno- 
mena  in  the  solar  System.  1898.  Deutsch  von 
A.  Packeis.  Leipzig  1902.  —  E.  Roche, 
Memoire  sur  la  figure  d'une  masse  fluide  sou- 
mise  ff.  1'att.raction  d'vn  point  eloigne.  Acad.  de 
Montpellier  I849  bis  185L  —  Fr.  Nölke,  lieber 
die  Entwirkhmg  dn^  Dojipehternsysteme.  Bremen 
1911.  —  K.  Schwarzschild,  Die  Poincaresche 
Theorie  des  Gleichgewichts  einer  hamogenen 
rotierenden  Flüssigkeitsmasse.  Neue  Annalen  d. 
Miincliener  Sternwarte  Bd.  3.  München  1898. 
—  F.  R.  Moulton,  On  the  Evolution  of  the 
Solar  System.  Astrophys.  Journ.,  Vol.  22. 
Chicago  1905.  —  CrolL,  On  the  physiral  cause 
of  the  change  of  cUmate  during  geological  epochs. 


London  IS64.  —  H.  Simroth,  Die  Pendulati.ons- 
theorte.     Leipzig   1907.    —   D.    Kreichgauer, 

Die  Aer/uatorfrage  in  der  Ceologie.     Steyl  1902. 

Otto  Knopf. 


Kowalevsk.v 

Alexander. 
Geboren  am  7.  (19.)  JN'ovember  1840  in  Diina- 
burg,  gestorben  am  9.  (22.)  November  1901  in 
Petersburg.  Er  stiulierte  in  Heidelberg  und 
Tubingen  seit  1859.  Später  bereiste  er  d:is  x\Iittel- 
meer,  Suez,  Algerien  usw.  Er  wurde  Professor  an 
der  Universität  Petersburg  und  Mitglied  der  Aka- 
demie daselbst.  Kowalevsky  hat  grundlegende 
Arbeiten  über  die  Embryologie  der  Tunicaten 
(1866  bis  1871)  und  des  Amphioxus  (1867)  geliefert 
und  auf  Grund  seiner  Befunde  zum  ersten  Male 
eine  annehmbare  Hypothese  über  den  Zusammen- 
hang der  Wirbeltiere  und  Wirbellosen  gegeben. 
Von  Bedeutung  sind  weiter  seine  Arbeiten  über 
den  Balanoglossus  1860,  über  die  Entwicklung 
der  Rippenquallen  1865  und  über  die  Embryo- 
logie vieler  Würmer  und  Arthropoden  (,, Embryo- 
logische Studien  an  Würmern  und  Arthropoden" 
Petersburg  1871).  Auch  hat  er  sich  mit  dem 
Exkretionssystem  und  den  Lymphcysten  der 
Evertebraten  beschäftigt. 

Die  auch  in  russischer  Sprache  verfaßten 
Untersuchungen  über  die  Entwicklung  der 
Brachiopoden  (1874)  und  Coelenteraten  (1879) 
bieten  vieles  Neue.  Kowalevskys  Verdienst 
ist  es,  die  Gastrula.  die  nach  Haeckel  so  wichtige 
zweischichtige  Entwickelungsform  aUer  Tiere, 
auch  bei  den  Jugendstadien  eines  einfachsten 
Wirbeltieres,  des  Amphioxus,  nachgewiesen  zu 
haben.  Er  suchte  durch  seine  über  das  gesamte 
Tierreich  ausgedehnten  embryologischen  Unter- 
suchungen, che  schonvonHuxlev ausgesprochene 
Vermutung  zu  bestätigen,  daß  das  Ektoderm 
und  Entoderm  der  bei  allen  ^letazoenklassen  auf- 
tretenden Gastriüa  homologe  Bildungen  seien. 
Kowalevsky  hat  also  eigentlich  die  Keim- 
blätterlehre  begründet,  die  dann  von  Haeckel 
nach  der  phylogenetischen  Seite  hin  weiter  aus- 
gebaut wurde. 

Seine  Arbeiten  sind  größtenteils  im  Archives 
de  Zoologie  experimentale  und  in  den  Memoires 
de  l'Academie  de  St.  Petersbourg  erschienen. 

Literatur.  Fr.  Dannemann,  Die  Naturwissen- 
sclidftcn  in  ihrer  Entwickehivg  und  ihrem  Zu- 
sammenhange. LV.  Bd.  Jjeipzig- Berlin  1913. 
—  Burcichardt,  lleschichte  der  Zoologie. 
Leipzig  1907.  —  Butschinsky,  Biographie  in 
Memoires  Soc.  Nat.  Nouv.  Eussie.    Odessa  T.  24.. 

W.  Harms. 


Kraftmessung. 


1.  Einheit.  2.  Absolute  Kraftmessung.  3.  Fe- 
der, Federwage,  Dynamometer.  4.  Torsion, 
Torsionswage.    5.  Bifilare  Aufhängung.    6.  Tor- 


090 


Kiaftmessmii. 


sioiisiiisiiuiui'iit.  rorsiiiiisgaKaiHiiiu'tcr.  7.  Anf- 
häns^'ct'äden:  Kokoiilädcn,  (,)uarzt';i(l(>ii,  Wolla- 
stondrähte.     8.  Viuscliicdeno  Meßinstrumente. 

1.  Einheit.  Einheit  der  Kraft  ist  die- 
jeiiisje  Krai't,  welche  der  Masseneiiiheit 
(1  Graniin)  in  der  Zeiteiidieit  (1  Sekunde) 
die  Gesehwindigkeitseinheit  (1  cm/sec)  oder 
welche  der  Masseneinheit  die  Einheit  der 
Beschleunio'un«;;  (1  cni/sec^)  mitteilt.  Die 
Einlieit  der  Kraft  ist  demnach  1  cm  g/sec^; 
man  nennt  sie  nach  dem  V^organg  von 
Clausins  1  Dyn.  -  Praktisch  gemessen 
werden  Ivräfte  durch  Vergleichung  mit  der 
Kraft,  mit  (k-r  die  Masseneinheit,  das 
Gramm  von  der  Erde  angezogen  wird;  diese 
Kraft  nennt  man  1  Gramm- Gewicht. 
Da  die  Masse  .1  g  beim  freien  Fall  unter  der 
Wirkung  der  Anziehungskraft  der  Erde  in 
1  sec  clen  Geschwindigkeitszuwachs  980,62 
cm/sec,  d.  h.  die  Beschleunigung  980,62  cm/sec^ 
erfährt,  so  ist  1  Gramm-Gewicht  =  980,62 
Dyn,  wobei  zu  bemerken  ist,  daß  der  Zahlen- 
faktor 980,62  nur  für  einen  Ort  der  Erd- 
oberflcäche  gilt,  welcher  unter  45"  Breite  im 
Meeresniveau  gelegen  ist  (vgl.  den  Artikel 
,, Schwere").  1  Gramm-Gewicht  ist  also  eine 
mit  dem  Beobachtungsort  variable  Größe, 
welche  vom  Pol  zum  Aequator  abnimmt. 
Allgemein  kann  man  setzen:  1  Gramm- 
Gewicht  =  980,62  (1  —  0,00264  .  cos  2  (p 
—  0,0000003  H)  Dyn,  wo  cp  die  geo- 
graphische Breite  des  Beobachtungsortes 
und  H  seine  Meereshöhe  in  Meter  bedeutet. 
Umgekehrt  ist  1  Dyn  gleich  0,00101976 
Gramm-Gewicht  (45'^);  ein  Dyn  ist  also  ein 
wenig  größer  als  die  Anziehung  der  Erde 
auf  1  mg. 

2.  Absolute  Kraftmessung.  .Vis  vor- 
nehmstes Instrument  zur  Messung  von 
Kräften  haben  wir  bereits  die  Hebelwage 
kennen  gelernt  (vgl.  den  Artikel  ,, Massen- 
messung"). Es  war  damals  darauf  hin- 
gewiesen, daß  die  Verwendbarkeit  der  Hebel- 
wage zur  Vergleichung  von  Massen  lediglich 
auf  dem  physikalischen  Gesetz  beruht,  daß 
sich  die  Massen  wie  die  Gewichte  verhalten. 
In  Wirklichkeit  vergleicht  man  mit  der  Wage 
nur  Gewichte  und  es  ist  nur  dann  erlaubt, 
aus  der  Gleichheit  von  Gewichten  auf  die 
Gleichheit  von  Massen  zu  schließen,  wenn 
sich  die  beiden  Massen  in  gleicher  Höhe, 
d.  b.  in  gleicher  Entfernung  vom  Erdmittel- 
punkt befinden.  Ist  das  nicht  der  Fall, 
ändert  man  z.  B.,  während  man  den  Ort 
der  einen  Masse  festhält,  die  Höhenlage  der 
anderen  Masse,  so  kann  man  dadurch  eine 
Gewichtsvermehrung  oder  Gewichtsvermin- 
derung derselben  herbeiführen,  je  nachdem 
man  sie  der  Erdoberfläche  nähert  oder  von 
ihr  entfernt.  —  Auf  dieser  Tatsache  beruht 
eine  Methode  zur  Bestimmung  der  Aenderung 
der  Schwere  mit  der  Höhe  (vgl,  den  iVrtikel 
,, Schwere").   Die  Wage  ist,  wie  wr  gesehen 


haben,  einer  sehr  hohen  Genauigkeit  fähig; 
mit  einer  guten  Wage  noch  kleine  Bruchteile 
eines  Dyn  zu  messen,  bietet  keine  Schwierig- 
keit. 

Die  AVage  ist  auch  geeignet  andere  Kraft- 
wirkungen zu  messen,  welche  vertikal  ge- 
richtet sind.  xMs  Beispiel  möge  hier  nur  die 
Druckwage  genannt  werden,  mit  welcher 
man  die  von  einer  eingeschlossenen,  kompri- 
mierten Gas-  oder  Flüssigkeitsmasse  auf 
einen  Stempel  ausgeübte  Kraft  äcpiilibriert. 

Liegt  die  Richtung  der  zu  messenden 
Kraft  nicht  vertikal,  so  hat  man  sie  durch 
passende  Vorrichtungen  vertikal  zu  machen. 
Denken  wir  etwa  den  Stempel  der  Druck- 
wage horizontal  wirkend,  so  kann  man  ihn 
doch  durch  Vermittelung  eines  über  eine 
Rolle  geführten  Fadens  vertikal  an  einer 
Schale  angreifen  lassen,  welche  man  mit 
passenden  GeAvichtsstücken  besclnvert. 

3.  Feder,  Federwage,  Dynamometer. 
Ein  bequemer  Ersatz  für  die  Hebelwage, 
welcher  einerseits  den  fortwährenden  Ge- 
brauch von  Gewichtsstücken  unnötig  macht 
und  auch  die  direkte  Messung  der  Kraft 
in  beliebiger,  nicht  nur  in  der  vertikalen 
Richtung  erlaubt,  ist  die  Feder.  Bei  der 
Feder  macht  man  von  einer  Eigenschaft 
des  Materials  (oft  Stahl)  Gebrauch,  die  man 
Elastizität  nennt,  und  deren  Wesen  darin 
besteht,  daß  das  Material  nur  in  einer  be- 
stimmten Form  im  Gleichgewicht  ist  und 
allen  formverändernden  Kräften  einen  ge- 
AAassen  Widerstand  entgegensetzt  (vgl.  den 
Artikel  „Elastizität"). 

Die  Feder  haben  wir  als  Vorrichtung  zur 
Massenvergleichung  ebenfalls  schon  früher 
kennen  gelernt  (vgl.  den  Artikel  ,,Massen- 
messung"  unter  9);  auch  bei  der  Feder 
beruhte  die  Massenvergleichung  auf  der  Ver- 
gleichung der  Gewichte  der  beiden  Massen. 
Die  gebräuchlichste  Form  der  Feder  ist  die- 
jenige einer  Spirale,  welche  meist  durch  die 
zu  messende  Kraft  auf  Zug  oder  Druck 
(manchmal  aber  auch  auf  Zu-  oder  Aufdrehen; 
vgl.  Abschnitt  6)  beansprucht  wird.  Für 
kleine  Aenderungen  der  angreifenden  Kraft 
erleidet  die  Spiralfeder  prozentuale  Längen- 
änderungen; man  kann  also  aus  diesen  auf 
die  Größe  der  Kraft  schließen.  Im  übrigen 
muß  die  Feder  in  vertikaler  Lage  durch  auf- 
gelegte oder  angehängte  (kwichte  auf  ab- 
solutes Maß  geeicht  werden.  Die  Eichung  hat, 
wie  aus  Abschnitt  i  hervorgeht,  wenn  sie  in 
Gramm-Gewicht  ausgedrückt  ist,  nur  für  einen 
bestimmten  Ort  der  Erdoberfläche  Gültig- 
keit; dieser  Fall  liegt  z.  B.  bei  der  Benutzung 
der  Feder  in  der  Federwage  vor,  einem  In- 
strument, welches  verschieden  zeigt,  je 
nachdem  es  sich  mit  der  gleichen  Belastung 
im  Meeresniveau  oder  auf  einem  Berge, 
in  der  Nähe  des  Aequators  oder  des  Pols 


Kraftmessung 


991 


befindet.  Ist  das  Eichungsresultat  aber  auf 
Dyn  umgerechnet  und  eine  mit  der  Feder 
verbundene  Skale  nach  Dyn  beziffert,  so 
sind  die  späteren  Ablesungen  auf  der  Skale 
vom  Beobachtungsorte  unabhängig.  In 
dieser  Form  nennt  man  ein  Instrument, 
dessen  wirksamer  Bestandteil  eine  Feder  ist, 
ein  Dynamometer. 

In  der  Technik  wird  die  Feder  des  Dyna- 
mometers meist  nicht  in  der  Form  einer 
Spirale,  sondern  in  einer  der  Ellipse  nahe- 
kommenden  Form    benutzt   (Fig.    1;    Aus- 


Fig.  1. 

führungsform  von  Leppin  A:  Masche,  Berlin). 
Die  Kraft  läßt  man  dann  in  der  Richtung 
des  kleinen  Durchmessers  der  Ellipse  wirken 
und  zwar  meist  in  dem  Sinne,  daß  eine  Ver- 
größerung der  Kraft  eine  Vergrößerung  des 
kleineren  Ellipsendurchmessers  entspricht. 
Die  durch  Einwirkung  der  Kraft  entstehende 
Formänderung  der  Feder  wird  durch  Zeiger- 
übertragung im  vergrößerten  Maßstabe 
sichtbar  und  ablesbar  gemacht.  Auch  das 
Dynamometer  der  Technik  ist,  wenn  es 
einmal  nach  Gramm-  oder  Kilogramm- 
Gewicht  oder  nach  Dyn  geeicht  ist,  wie  die 
Spiralfeder,  zur  Messung  beliebig  gerichteter 
Kräfte  brauchbar. 

4.  Torsion,  Torsionswage.  Wird  ein 
vertikal  hängender  belasteter  Draht  an 
seinem  oberen  Ende  in  eine  Fassung  fest 
eingespannt  und  durch  eine  am  unteren  Ende 
angreifende  Ivi-aft  tordiert,  so  wird  er  der 
Wirkung  dieser  Kraft  nur  so  lange  folgen, 
bis  die  dem  Draht  innewohnende  torsions- 
elastische Kraft  der  angreifenden  Kraft 
gleich  geworden  ist. 

Die  an  dem  belasteten  Draht  angreifende 
Ivraft  ist  nach  den  Begriffen  der  Mechanik 
durch  ihr  Moment  charakterisiert,  d.  h. 
das  Produkt  der  Kraft  mit  ihrer  senkrechten 
Entfernung  vom  Aufhängedraht.  Ist  bei- 
spielsweise der  Draht  mit  einem  horizontal 
gerichteten  Stäbchen  von  der  Länge  21 
belastet,  an  dessen  eines  Ende,  senkrecht  \ 
zur  Stäbchenrichtung  die  Kraft  k  angreift, 
so  ist  das  Moment  dieser  Kraft  M  =  kl. 
In  dieser  Bezeichnung  kann  man  sagen,  daß 


Ije  größer  für  einen  bestimmten  Draht  der 
Torsionswinkel  99  wird,  um  so  größer  auch 
das  Moment  M  der  tordierenden  Kraft  ist, 
und  zwar  ist  für  dünne  Drähte  das  Moment  M 
dem  Torsionswinkel  proportional,  es  ist 
also 

M=C99, 
wo  C  eine  Konstante  bedeutet,  welche  dem 
,  Zahlenwert    entspricht,    den    das    Moment 
:  der  Kraft  annimmt,  wenn  das  belastete  Ende 
i  des  Drahtes  um  die  Winkeleinheit,  d.  h.  den- 
jenigen Kreiswinkel  (57"  14'  44,8")  gedreht 
wird,  dessen  Bogenlänge  gleich  dem  Radius 
des   Ki-eises  ist.      Mit  Hilfe  eines  Drahtes, 
für  welchen  C  bekannt  ist,  könnte  man  also 
aus  dem  Torsionswinkel  das  Moment  einer 
angreifenden  Kraft  und  bei  bekanntem  Kraft- 
hebelarm 1  die  Kraft  selbst  ableiten. 

Der  Weg  zur  Bestimmung  der  Konstante 
C  ist  hierdurch  gewiesen.  Man  hätte  nur 
nötig  nach  den  Regeln  von  Nr.  2  die  Kraft 
zu  ermitteln,  welche  an  dem  Stäbchen,  senk- 
recht zu  diesem  in  der  Entfernung  1  cm  von 
seinem  Aufhängepunkt  den  Draht  um  die 
Winkeleinheit  tordiert  erhält;  ist  diese  Kraft 
a  Dyn,  so  ist  auch  G  =  a  cm .  Dyn. 

Diese  Methode  der  Bestimmung  von  G 
ist  unbequem  und  ungenau.  Man  ermittelt 
vielmehr  G  in  der  Weise,  daß  man  durch 
Herausdrehen  des  Stäbchens  aus  «einer 
Ruhelage  und  Wiederloslassen  das  ganze 
System,  Draht  und  Stäbchen,  in  Torsions- 
schwingungen versetzt,  und  die  Schwingungs- 
dauer T,  d.  h.  die  Zeit  zwischen  der  größten 
Elongation  nach  der  einen  Seite  und  der 
größten  Elongation  nach  der  anderen  Seite 
bestimmt.  Da  die  Torsionsschwingungen 
eines  Drahtes  selbst  für  große  Elongationen 
isochron  sind,  d.  h.  da  bei  genügend  dünnem 
Drahte  für  kleine  und  große  Ausschläge  die 
Schwingungsdauer  T  die  gleiche  ist,  so  lassen 
sich  die  Torsionsschwingnngen  mathematisch 
wie  die  Schwingungen  eines  Pendels  behandeln 
und  es  ergibt  sich  auf  einem  hier  nicht  näher 
zu  erörterndem  Wege  für  G  der  W^ert 

Tl^K 

G  rp2    • 

Hierin  bedeutet  K  das  Trägheitsmoment  des 
Stäbchens  in  bezug  auf  seine  Drehungs- 
achse (die  Achse  des  Fadens).  Man  kann  es 
bei  regelmäßiger  Form  des  Stäbchens  be- 
rechnen; bei  unregelmäßiger  Form  desselben 
bestimmt  man  das  Trägheitsmoment  aus 
Schwingungen  ohne  und  mit  einer  Zusatz- 
belastung, deren  Trägheitsmoment  in  bezug 
auf  die  Fadenachse  bekannt  ist.  Näheres 
hierüber  findet  man  im  Artikel  ,,Dreh- 
bewegung". 

Die  klassische  Form  eines  auf  die  Torsions- 
elastizität gegründeten  Meßinstrumentes  ist 
die  Coulomb  sehe  Drehwage  (Fig.  2).  Das 
in    einem    drehbaren    Kopf    mittels     eines 


992 


Kiaitiuessujii. 


Fadens  anfgeliängte  Stäbchen  trägt  an 
seinem  einen  Ende  ein  leiclites  vergoldetes 
Holnndermarkkügelchen  n.  Dnrch  eine  üclf- 
nnng  im  Deckel  kann  ein  zweiter  Stab  mit 
genau  ebensolcher 
Kngel  m  in  das 
Gefäß  eingeführt 
und  darin  in  einer 
festen  Lage  fixiert 
Averden.  Die  Kugel 
n  ist  elektrosta- 
tisch geladen,  m 
wird  ebenfalls 

durch  Berührung 
des  Kügelchens  a 
mit  einer'  Quelle 
statischer  Elektri- 
zität geladen.  Die 
Größe  der  an- 
ziehenden oder  ab- 
stoßenden elektri- 
schen Kraft  wird 
aus  dem  Ausschlag 
des  das  Kügelchen 
n  tragenden  Stäb- 
chens bestimmt, 
die  Größe  des  Aus- 
schlags wird  nötigenfalls  aus  Schwingungs- 
beobachtungen  abgeleitet;  zur  Beobachtung 
kleiner  Ausschläge  trägt  das  Stäbchen  ein 
kleines  Si)iegelchen.  Mit  diesem  Instrument ! 
hat  Coulomb  die  Gesetze  der  elektrosta- 
tischen Anziehung  studiert  (vgl  den  Artikel 
„Elektrostatische  Messungen"). 

Mit  einer  ähnlichen  Drehwage  hat 
Cavendish  die  Gravitationskonstante  be- 
stimmt. Andere  Anwendungen  der  Torsions- 
elastizität zur  Messung  von  Kräften  werden 
wir    später    (unter    8)    kennen    lernen. 

5.  Bifilare  Aufhängung.  Die  bifilare 
Aufhängung  besteht  im  Gegensatz  zu  der 
unter  Nr.  4  beschriebenen  unifilaren  Auf- 
hängung bei  der  Drehwage,  darin,  daß  man 
den  Körper  —  das  Stäbchen  der  Drehwage  — • 
welches  man  in  Schwingungen  versetezn 
will,  an  zwei  gleichlangen  Fäden  aufhängt. 
Je  nach  der  gewünschten  Empfindlichkeit 
sind  die  Fäden  näher  oder  weiter  voneinander 
gespannt;  sie  können  parallel  oder  divergent 
zueinander  angeordnet  sein.  Ein  bifilar 
aufgehängter  Körper  befindet  sich  im  Gleich- 
gewicht, wenn  die  beiden  Fäden  in  derselben 
Vertikalebene  liegen;  jedes  Herausdrehen 
aus  dieser  Lage  erzeugt  eine  rückdrehende 
Kraft,  die,  wenn  man  den  Körper  losläßt, 
Schwingungen  um  die  Gleichgewichtslage 
verursacht. 

Während  bei  der  unifilaren  Aufhängung 
die  rückdrehende  Kraft  ihren  Ursprung 
lediglich  in  der  Torsionselastizität  des  Auf- 
hängefadens hatte,  -wird  sie  bei  der  bifilaren 
Aufhängung  der  Hauptsache  nach  durch  die 
Schwerkraft   hervorgerufen.      Der  von   den 


Fäden  getragene  Körper  befindet  sich  näm- 
lich nur  dann  in  seiner  tiefsten  Lage,  wenn 
die  Fäden  in  derselben  Vertikalebene  aus- 
gespannt sind;  in  jeder  anderen  Stellung  ist 
er  ein  wenig  gehoben  und  zwar  um  so  mehr, 
je  mehr  er  aus  der  Gleichgewichtslage  her- 
ausgedreht wird,  und  strebt  infolgedessen 
mit  geringerer  oder  größerer  Kraft  in  seine 
tiefste  Stellung  zurück. 

Bezeichnet  man  mit  e^  und  62  den  oberen 
und  unteren  Horizontalabstand  der  beiden 
Aufhängefäden,  mit  h  die  senkrechte  Ent- 
fernung der  oberen  und  unteren  Aufhänge- 
punkte —  bei  parallelen  Fäden  die  Faden- 
länge —  in  cm,  mit  m  die  angehängte  Masse 
vermehrt  um  die  halbe  Masse  der  Fäden  in  g, 
so  ist  die  bifilare  Direktionskraft  der 
Schwere 


D 


ein . 


1     CiB, 

Xlpcm.Dyn. 


wo  g  die  Fallbeschleunigung,  unter  45"  im 
Niveau  des  Meeres  g  =  980,62  cm/sec^, 
bedeutet  (vgl.  unter  i).  Bei  einem  Ab- 
lenkungswinkel a  des  aufgehängten  Körpers 
ist  das  auf  diesen  wirkende  rücktreibende 
Drehmoment  D  .  sina. 

Ist  beispielsweise  die  Masse  des  auf- 
gehängten Körpers  50  g,  die  Masse  der  Fäden 
0,6  g,  so  ist  m  =  50,3  g;  ist  ferner  die  Faden- 
länge 200  cm,  die  Entfernung  der  Fäden 
e^  =  Co  =  6  cm,  so  ist 


D  =  981.50.3 


6.6 


cm.  D  VII 


4   ■    200 
=  2220cm.Dyn. 

Dieser  Wert  für  D  ist  noch  um  einen  kleinen 
Betrag  zu  verbessern,  der  davon  herrührt, 
daß  der  Aufhängedraht  eine  gewisse  Steifig- 
keit besitzt  und  darum  der  Bewegung  einen 
kleinen  Widerstand  entgegensetzt;  die 
Steifigkeit  ist  vom  Material  des  Drahtes 
abhängig.  Ferner  spielt  auch  die  Torsions- 
elastizität des  Aufhängedrahtes  noch  eine 
geringe  Rolle  und  muß  darum  berücksichtigt 
werden.  Der  Wert  der  Direktionskraft  wird 
durch  beide  Einflüsse  nur  um  Beträge  ge- 
ändert, welche  meist  kleiner  als  1  Promille 
sind. 

6.  Torsionsinstrument.  Torsionsgal- 
vanometer. Bei  den  unifilaren  unter  4. 
beschriebenen  Instrumenten,  insbesondere  bei 
der  Torsionswage  leitete  man  die  zu  messende 
Kraft  aus  dem  Ausschlage  her,  welchen  das 
am  Torsionsfaden  hängende  Stäbchen  unter 
der  Wirkung  der  Kraft  erfuhr.  Solange  die 
zu  messende  Kraft  allein  durch  die  Tor- 
sionskraft des  Fadens  äquilibriert  wird, 
bietet  das  Verfahren  keine  Schwierigkeiten. 
Es  wird  aber  unübersichtlich,  wenn  zu  der 
Torsionskraft  noch  eine  zweite  richtende 
Kraft  hinzukommt.     Dieser  Fall  kann  bei- 


Ivi'aftiuessimg- 


993 


spielsweise  bei  Galvanometern  eintreten,  wo 
außer  der  Torsionskraft  des  Fadens  auf  die 
aufgehängte  Magnetnadel  noch  die  richtende 
Kraft  des  Erdmagnetismus  einwirkt. 


Wie  diese  Schwierigkeit  umgangen  werden 
kann,  dafür  mag  ein  vor  längerer  Zeit  von 
der  Firma  Siemens  ^V^  Halske  konstruiertes 
Galvanometer,     das     Torsionsgalvanonieter, 
als  Beispiel  dienen.     Die  Magnetnadel,  hier 
m    der   Form    eines    Glockenmagneten,    ist 
nicht  an  einem  Faden  oder  Drahte,  sondern 
an    einer     Spiralfeder    aufgehängt.        Das 
Instrument  wird  durch  Drehen  des  ganzen 
Gehäuses  so  orientiert,  daß  der  Magnet  in 
seiner  Euhelage  in  den  magnetischen  Meridian 
emspielt.     Die  obere  Befestigungsstelle  der 
Spiralfeder  ist  um  die  vertikale  Achse  der 
Feder  mittels  eines  von  außen  zugänglichen 
Knopfes  drehbar  und  die  Größe  der  Drehung 
kann    an   einem    Zeiger   abgelesen   werden. 
Schickt  man  einen  Strom  durch  das  Galvano- 
meter,  so   wird   die  Magnetnadel  aus   dem 
magnetischen  Meridian  abgelenkt;  man  be- 
obachtet aber  jetzt  nicht  diese  Ablenkung, 
sondern   dreht   an   dem   Knopf  die    Spiral- 
feder so  weit  zurück,   daß  die  Magnetnadel 
sich  wieder  im  Meridian  befindet;  der  hier- 
zu nötige  Drehungswinkel  sei  a.     Dann  ist 
durch  diese  Drehung  die  richtende  Ivraft  des 
Erdmagnetismus   ausgeschaltet   und   die   zu  j 
messende    Kraft   lediglich    noch    durch    die' 
elastische    Kraft    der    Spiralfeder    kompen- 
siert,  infolgedessen   gelten   wieder   einfache 
Beziehungen.     Will  man  mit  dem  Galvano- , 
meter  die  Stromstärke  i  des  durch  das  Gal- 
vanometer geschickten   Stromes  messen,  so 
gilt  i  z=  C  .  a,  wo  C  eine  Konstante  bedeutet; 
man  bestimmt   sie  durch  Vergleichung   mit 
einem    Normalgalvanometer    oder    absolut, 
indem   man   das    Galvanometer   mit   einem 
Silbervoltameter  in  Reihe  schaltet,  mit  Hilfe 
dessen  man  die   Stromstärke   selbst  finden 
kann    (vgl.     den    Artikel    „Elektrischer 
Strom").       Die     Konstante     kann     ihren 
Wert  mit  der  Zeit  ändern,  einerseits  dadurch, 
da-ß  der  Nadelmagnetismus  variiert,  anderer- 
seits auch  durch  Temperatureinflüsse,  welche 
insonderheit    auf   die    elastische    Kraft    der 
Spiralfeder  einwirken. 

7.^  Aufhängefäden.  Als  Aufhängefäden 
für  Torsionsmeßinstrumente  benutzt  man 
seit  der  Konstruktion  der  Drehwage  Kokon- 
fäden, die  man  in  verschiedener  Stärke  durch 
Abspulen  der  Kokons  von  Seidenspinnern 
erhalt.  Sehr  feine  Fäden  gewinnt  man,  in- 
dem man  eine  Spinne,  die  man  in  den  Fingern 
hält,  frei  herabfallen  läßt.  Kokonfäden 
haben,  im  Hinblick  auf  ihre  geringe  Stärke, 
eine  große  Tragfähigkeit.  Sie  lassen  sich  für 
höhere  Belastungen  zu  Bündeln  vereinigen, 
die  man  durch  Aufwickeln  eines  langen 
Fadens  über  zwei  parallel  befestigte  Glas- 
Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


I  Stäbe    und    nachheriges    Verschlingen    der 
j  Enden  herstellt. 

i       In  neuerer  Zeit  benutzt  man  nach  dem 
I  Vorgänge  von  Boys  (1887)  zur  Aufhängung 
!  in  Meßinstrumenten  Quarzfäden.     Quarz- 
i  faden  werden  in  der  Weise  hergestellt,  daß 
jman    ein    einerseits    festgehaltenes    Quarz- 
stäbchen mittels  Kitt  oder  dgl.  an  einem  auf 
j  einer    Armbrust    liegenden    Pfeil    befestigt, 
i  wahrend  das  andere  Ende  des    Quarzstäb- 
j  chens  fest  eingespannt  ist.     Dann  wird  die 
(Mitte    des    Stäbchens    im    Knallgasbrenner 
geschmolzen,  und  nachdem  der  Quarz  weich 
geworden  ist,  die  .Vi-mbrust  abgedrückt;  der 
mit   einer    Spitze    versehene   Pfeil   wird   in 
größerer  Entfernung  mit  einem  vorgehaltenen 
Brett  aufgefangen.     Man  erhält  Fäden  ver- 
schiedener Stärke  je  nach  dem  Grade  der 
Erweichung  des  Quarzglasstäbchens  im  Augen- 
blick   des    Abdrückens    der    Armbrust.    — 
Quarzfäden  werden  im  Gegensatz  zu  Kokon- 
fäden, die  auch  für  bifilare  Aufhängungen 
verwendet  werden,  in  der  Regel  nur  unifilar 
benutzt.    Da  sie  sich  nicht  in  Schlingen  ver- 
knoten lassen,  werden  sie  mit  dem  Kopf  des 
Meßinstrumentes  und  mit  dem  schwingenden 
Körper  durch  Schellack  verbunden.    Quarz- 
fäden   haben    vor    Kokonfäden    wesentliche 
i  Vorteil.     Einerseits  sind  sie  nicht  wie  diese 
i  hygroskopisch,    erleiden    also    auch    keine 
!  vorübergehenden    Längenänderungen    unter 
dem  Einfluß  der  wechselnden  Luftfeuchtig- 
keit, sodann  besitzen  sie  bei  großer  Trag- 
fähigkeit eine  sehr  geringe  elastische  Nach- 
wirkung, d.  h.  auch  bei  stärkerem  Heraus- 
drehen aus  der   Gleichgewichtslage,  kehren 
sie,  losgelassen,  fast  völlig  in  diese  zurück. 
Endlich  kann  man  sie,    was  für  ihre   Ver- 
wendung z.  B.  in  Elektrometern  nützlich  ist, 
elektrisch  leitend   machen,   indem   man   sie 
nach  demselben  Rezept  wie  Glas  oberfläch- 
lich versilbert  oder  durch   Bestreichen  mit 
■einer  Salzlösung,  die  man  eintrocknen  läßt, 
hygroskopisch  macht. 

Außer  Kokon-  und  Quarzfäden  benutzt 
man  zur  Aufhängung  auch  wohl  Metall- 
drähte, die  aber  wegen  der  größeren  Fadeu- 
steifigkeit  größere  Unempfindlichkeit  der 
Meßinstrumente  bedingen.  Ausgenommen 
sind  ganz  dünne  Drähte,  sogenannte 
Wollastondrähte,  meist  aus  Platin  be- 
stehend, welche  in  der  Weise  hergestellt 
werden,  daß  man  ein  Metall  in  ein  anderes, 
etwa  Platin  in  Silber,  einbettet  und  beide 
Metalle  zusammen  durch  das  Zieheiseu 
führt.  Schließlich  wird  das  äußere  Metall, 
Silber,  welches  etwa  den  zehnfachen  Quer- 
schnitt ausfüllt  wie  Platin,  abgeätzt. 

Wird  eine  sehr  geringe  Empfindlichkeit 
des  Meßinstrumentes  gefordert,  so  benutzt 
man  —  meist  in  bifilarer  Aufhängung  —  statt 
der  Drähte  Metallbänder. 

8.  Verschiedene  Meßinstrumente.    Die 

63 


904 


Kraftmcssim«;'  —  Kreidi^foi-ination 


Torsion  von  Drähten  und  Fäden  wird  zur 
Messung  der  verschiedenartigsten  Kräfte 
benutzt.  Aus  dem  Gebiete  der  reinen 
Mechanilc  haben  wir  (unter  4)  bereits  die 
Coulombsche  Drehwage  zur  Ermittehuig 
der  allgemeinen  Gravitationskonstante  ken- 
nen gelernt.  lü-ät'te  der  Flüssigkeits-  und 
Gasbewegungen,  insbesondere  aber  auch 
die  bei  der  Fortpflanzung  von  Schallwellen 
ins  Spiel  tretenden  Kräfte  lassen  sich  mit 
Meßinstrumenten  älmlioh  der  Drehwage  be- 1 
stimmen. 

xVuch  die  sehr  viel  geringeren  lü-äfte  der 
Licht-  und  Wärmestrahlung  lassen  sich  durch 
die  Torsion  von  Fäden  messen.  Ein  empfind- 
liches Meßinstrument  für  diese  Zwecke 
bilden  z.  B.  zwei  symmetrisch  seitlich  an 
einem  Quarzfadeji  "befestigte  geschwärzte 
Flügelchen,  deren  einer  bestrahlt  wird. 
Dem  mit  Spiegel  und  Skale  gemessenen  Aus- 
schlage kann  die  Strahlungsenergie  ungefähr 
proportional  gesetzt  werden,  wenn  sich  das 
schwingende  System  in  einem  nahezu  luft- 
freien Räume  i3efindet. 

Magnetische,  namentlicli  erdmagnetische 
Kräfte  werden  durch  Schwingungs-  und  Ab- 
lenkungsbeobachtungen aufgehängter  Ma- 
gnetnadeln gemessen  (Magnetometer);  die 
Aufhängung  kann  je  nach  dem  gewünschten 
Zweck  unifilar  oder  bifilar  sein.  Allein  auf 
der  Fadentorsion  beruht  beispielsweise  das 
unifilare  Torsionsvariometer,  bei  welchem 
man  die  Nadel  durch  Drehung  am  Torsions- 
kopf des  Instrumentes  bis  zur  Ostwest- 
richtung ablenkt;  es  besteht  dann  eine  ein- 
fache Beziehung  zwischen  der  erdmagnetischen 
Kraft  und  der  Fadentorsion. 

Groß  ist  endlich  die  Zahl  der  auf  der 
Torsionselastizität  beruhenden  elektrischen 
Meßinstrumente,  Drehwage,  Elektrometer, 
Tangenten-  und  Sinusbussole,  Galvanometer 
usw.  Bei  all  diesen  Instrumenten  ist  es,  wie 
schon  unter  6  hervorgehoben,  nicht  mehr 
allein  die  Fadentorsion,  welche  die  zu 
messende  Kraft  kompensiert,  sondern  es 
tritt  die  Richtkraft  des  Erdmagnetismus  auf 
die  schwingende  Magnetnadel  hinzu,  w^elche 
vielfach  die  Torsionskraft  des  Fadens  er- 
heblich übertrifft.  Man  kann  sie  stark 
schwächen  oder  auch  wohl  nahezu  zugunsten 
der  Torsionskraft  aufheben,  wenn  man  die 
Magnetnadel  astasiert,  d.  h.  statt  einer 
Magnetnadel  ein  Nadelpaar  mit  entgegen- 
gesetzt gerichteten  Polen  vorwendet,  oder 
das  Meßinstrument  mit  einem  Schutzring 
von  weichem  Eisen  umgibt,  der  durch  seinen 
Ji^igenmagnetismus  die  Wirkung  des  Erd- 
magnetisriius  abschwächt.  Auf  Einzelheiten 
dieser  und  ähnlicher  Anordnungen,  die  dem 
gleichen  Zweck  dienen,  kann  hier  nicht  ein- 
gegangen werden  (vgl.  die  elektrische  Mes- 
sungen betreffenden  Artikel). 


Literatur.  J)ic  vergchiedenen  Kompendien  der 
Pliysik:  Müllev-Poiitllet,  Braunschweig.  — 
Wüllner,  Leipzig.  —  Winkelniann,  Leipzig. 
—  Chwolson,  Braunsclnveig .  —  Kohlrausch , 
Praktische  Physik.  Leipzig.  —  Auch  technische 
Lehrbücher. 

Karl  Scheel. 


Krebse.   Krebstiere. 

Crustaceen.  Die  durch  den  Besitz  zwei- 
ästiger Ghedmaßen  und  durch  Kiemen- 
atmung ausgezeichnete  Gruppe  der  Glieder- 
tiere (vgl.  den  Artikel  „Crustacea"). 


Kreideformation. 

1.  Name.  Grenzen.  Gliederung.  2.  Facies. 
3.  Fauna  und  Flora.  4.  Geographische  Verbrei- 
tung. 5.  Paläogeographie.  Faunenprovinzen. 
Klima.  6.  Bewegungen  der  Erdkruste.  Vulka- 
nische Erscheinungen.  7.  Nutzbare  Ablagerungen. 

I.  Name.  Grenzen.  Gliederung.  Die 
Kj-eideformation  beschließt  die  Reihe  der 
drei  mesozoischen  Formationen.  Sie  folgt 
dem  Jura  und  wird  überlagert  vom  Tertiär, 
von  beiden  teils  scharf  geschieden,  teils  all- 
mählich zu  ihnen  überleitend.  Ihr  Name 
leitet  sich  her  von  kreidigen  Gesteinen, 
der  weißen  Schreibkreide,  die  in  den  jüngeren 
Stufen  der  Formation  besonders  in  Nord- 
europa ausgebildet  sind;  er  kam  in  Aufnahme 
im  Anfang  des  19.  Jahrhunderts  (Elie  de 
Beaumont;  Omalius  d'Halloy:  Systeme 
cretace;  Roemer:  Kreidegebirge;  Lyell: 
cretaceous  group). 

Die  untere  Grenze  der  Kreide-  zur  Jura- 
formation ist  vielenorts  klar  gekennzeichnet 
durch     auf     Bodenbewegungen     beruhende 
Lücken  in  der    marinen  Schichtenfolge  und 
Diskordanzen,    so    im   Pariser   Becken,    im 
1  Jura,  in  Nordwestdeutschland.    Streitig  war 
'  sie  lange  Zeit  in  Südeuropa  im  Bereiche  der 
i  mediterranen  Entwickelung  (RlK^iebeckcn), 
wo   ein   allmählicher   Uebergang  vom    Jura 
zur  Kreide  stattfindet;  hier  ist  die  Grenze 
zu  ziehen  unterhalb  der  Zone  des  Hoplites 
Boissieri    Pict.,   so    daß   dessen    Lager,    das 
Berriasien,    als    Beginn    der    Kreidezeit    zu 
gelten  hat.    Die  obere  Grenze  zur  Tertiär- 
formation ist  am  besten  zwischen  Danien  und 
Montien  zu  legen,  da  das  erstere  noch  in  vieler 
j  Beziehung   eine   enge    Verbindung   mit    der 
]  Kreideformation  zeigt,  die  sich  z.  B.  im  Auf- 
!  treten  der  letzten  Rudisten  äußert,  während 
j  Nummuliten  noch  fehlen;  außerdem  ist  die 
I  Grtxnize  zwischen  Danien  und  Montien  häufig 
:  durch  Schichtlücken  kenntlich  gemacht. 


K  reiclef  ormation 


995 


Herkömmlicli  wird  die  Kreideformation 
in  zwei  große  Gruppen  zerlegt,  in  die  untere 
Kreide  oder  das  Paläokretazikum  (In- 
fracretace)  und  in  die  obere  Kreide  oder 
das  Neokretazikum  (Supracr6tace).  Bei  dieser 
Teilung  fällt  die  Grenze  zwischen  beiden 
Gruppen  an  die  Wende  von  Gaiilt-  und  Ce- 
nomanstufe.  Es  empfiehlt  sich  jedoch,  von 
dieser  allerdings  eingebürgerten  Zweiteilung 
abzugehen  und  eine  Dreiteilung  an  ihrer 
Stelle  anzunehmen.  Zu  der  letzteren  neigt 
Kilian,  wenn  er  auch  aus  nicht  zu  über- 
sehenden historischen  Gründen  die  alte 
Gruppierung  beibehalten  möchte;  sie  ist 
von  E.  Hang  bereits  durchgeführt  worden. 

Es  ergibt  sich  dann  eine  Gliederung  in 

1.  ITnterkreide  (abgekürzt  Ukr.)  mit 
den  Stufen: 

a)  Valanginien  (V.);  oder  Valendisstufe; 
sogenanntes  unteres  Neokom  mit  seinem 
untersten  Horizont,  dem  Berriasien; 

b)  Hauterivien  (H.) ;  sogenanntes  mittleres 
Neokom; 

c)  Barremien  (B.);  Barr«  mestufe ; 

d)  Aptien  (A.);  Aptstufe;  c  und  d  soge- 
nanntes oberes  Neokom. 

2.  Mittelkreide  (Mkr.)  mit  den  Stufen: 

e)  Albien  oder  Gault  (G.); 

f)  Cenoman  (C); 

g)  Turon  (T.). 

3.  Ob  er  kr  ei  de  (Okr.)  mit   den  Stufen: 
hj  Emscher  oder  Coniaeien  (E.); 

i)  Senon  (S.),  mit  den  Unterstufen  des 
Santonien,  Campanien,  Maastrichtien,  Danien. 

Für  eine  solche  Gliederung  sprechen  ein- 
mal paläontologische  Gründe,  die  sich  vor 
allem  stützen  auf  das  zeitliche  Erscheinen 
bestimmter  Ammoniten;  so  finden  sich  auf 
die  Ukr.  beschränkt  die  Acanthoceratiden 
mit  Acanthoceras  und  Stoliczkaia,  die  Hop- 
liten  s.  Str.,  die  Schlönbachien,  Mortoni- 
ceraten  und  Piacenticeraten.  Weiter  spricht 
für  diese  Gliederung,  daß  die  Stufen  der  Mkr. 
ein  Ganzes  bilden  durch  große  transgressive 
Meeresbewegungen  über  Festlandsmassen 
(,,cenomane"  Transgression),  die  jedoch  nicht 
erst,  wie  früher  angenommen,  im  C.  beginnen, 
sondern  vielfach  bereits  im  G.  einsetzen. 
Zweifelhaft  könnte  vielleicht  die  Zurechnung  ; 
des  T.  zur  Mkr.  bleiben. 

2.  Facies.  Die  Kreideformation  zeichnet 
sich  durch  raschen  Wechsel  der  lithogene- 
tischen  Bedingungen  aus,  unter  denen  sich 
gleichaltrige  Schichten  bildeten.  Schon  ihre 
Namen,  wie  Kreide-,  Quader-,  Grünsand-  \ 
formation,  weisen  auf  solche  Unterschiede 
hin.     Die  wichtigsten  Facies  sind  folgende: 

a)  Terrestre  Bildungen.    Teils  sind  es ! 
Verwitterungsrinden(Bauxit  in  Südfrankreich) 
oder  Sande  und  Konglomerate  mit  Pflanzen- 
lagern  und   Landtierresten   (kontinentale  ' 
Facies),  teils  Süßwasserkalke  und  -Sandsteine  ; 
mit    Süßwasser-    und    Landmollusken    und 


Pflanzen  als  Absätze  von  Binnenseen  und 
Flüssen  (limuische  Facies),  teils  Kalke  und 
Tone  mit  Salz-  und  Gipslagern  und  Brack- 
wasserfossilien wie  Cyrena,  Unio,  Melania 
(brackische  Facies).  Solche,  vielfach  unter 
sich  zusammenhängende  Bildungen  finden 
sich  in  Nordeuropa  (Wealdenformation  Nord- 
westdeutschlands, Belgiens,  Südenglands); 
in  Portugal  und  Grönland;  in  Nordamerika 
als  Potomac-,  Tuscaloosa-,  Kootanieforma- 
tion,  als  die  jüngeren  Dakota-  und  Laramie- 
formationen;  in  Südafrika  als  Uitenhage- 
Schichten;  in  Lidien  und  in  Peru.  Häufig 
bezeichnen  terrestre  Bildungen  wie  in  Europa 
den  Uebergang  von  Jura  zu  lü-eide,  sind 
aber  auch  in  anderen  Stufen  der  Kreide 
besonders  außerhalb  Europas  nicht  selten. 
Von  Bedeutung  sind  sie  wegen  der  Reste  von 
Landtieren  (so  die  Morrisonformation,  die 
Atlantosaurus  -Beds  in  Nordamerika;  die 
Ukr.  von  Deutsch-Ostafrika;  der  Wealden 
von  Bernissart)  und  wegen  ihrer  oft  sehr 
reichen  und  ausbeutungswürdigen  Kohlen- 
lager. 

b)  Marine  Bildungen.  Die  litorale 
Facies  der  Küstennähe  und  die  neri tische 
des  Seichtwassers  umfassen  gemeinsam  eine 
Reihe  wechselnder  Absätze  wie  Breccien, 
Konglomerate,  Sande,  Sandsteine,  Kalke  und 
Tone,  daneben  die  neritische  fast  ausschließ- 
lich kalkige,  aus  Organismen  entstandene 
zoogene  Bildungen:  zoogene  und  Riff-F. 
Zu  den  minerogenen  Absätzen  gehören  die 
in  der  Kreide  weitverbreiteten  Transgres- 
sionskonglomerate  wie  Hils-,  Gosau-,  ceno- 
mane  Konglomerate;  die  nach  ihrer  Absonde- 
rung so  benannten  verschiedenartigen  Qua- 
dersandsteine in  Sachsen,  Böhmen,  Schlesien, 
die  mit  zunehmendem  Kalk-Tongehalt  in 
Plänersandstein  und  Pläner  übergehen  (Pläner 
in  Nordwestdeutschland),  die  Neokoni- 
und  Karpathensandsteine;  ferner  die  durch 
Glaukonitkörnchen,  den  Ausfüllungen  von 
Foraminiferengehäusen,  grüngefärbten  Grün- 
sande (oder  Tourlia)  und  -Sandsteine  in 
England,  Frankreich,  Westfalen,  Rußland, 
Nordamerika. 

Die  litorale  Fauna  besteht  aus  Ostreen, 
Bolnmuscheln,  vereinzelten  Seeigeln  und 
Schnecken;  Ammoniten  dürften  nur  ver- 
schwemmt vorkommen.  Viel  reicher  ist  die 
neritische  Fauna;  Muscheln  (Exogyren,  Tri- 
gonien)  nehmen  den  größten  Anteil  an  ihr. 
daneben  Echiniden  (Spatangenkalke), 
Schnecken  und  Brachiopoden;  zahlreiche 
Ammoniten  leben  in  ihr,  so  Holcostephanus, 
Hoplites,  Acanthoceras,  Pacliydiscus.  Spon- 
gien  und  Bryozoen  bilden  hier  die  Bryozoen- 
und  Spongitenfacies. 

Die  zoogene  und  Riff-Facies  zeigt  rein  kal- 
kige, mächtige,  mein-  oder  weniger  geschichtete, 
als  Stöcke  oder  linsenförmige  Einlagerungen 
auftretende  Bildungen.     Sie  werden  in  der 

63* 


996 


Kreideformation 


Ukr.  auch  als  Urgoiifacies  (des  Barnme 
und  Aptien  in  den  Pyrenäen,  Alpen,  Jura, 
Italien,  Deutsch-Ostafrika,  Kordamerika),  als 
Schratten-  oder  Kequienienkalk  bezeichnet. 
Hervorragenden  Anteil  an  ihrem  Aufbau 
nehmen  weniger  die  meist  zurücktretenden 
Korallen,  als  Echiniden  und  sogenannte 
pachyodonte  Muscheln  wie  Matheronia.Mono- 
pleura.  Kequienia,  Toucasia.  Organogener 
Entstehung  sind  auch  Hippuritenkalke,  Fora- 
miniferenkalke  und  -mergel. 

Die  Schreib  kreide,  lange  als  Tiefsee- 
absatz angesehen,  ist  kein  solcher,  sondern 
in  flachen  Meeren  bis  300  m  Tiefe  abgesetzt ; 
sie  findet  sich  in  der  Mkr.  und  Okr.  von 
Nordeuropa  und  Nordamerika.  Sie  enthält 
neben  minerogenen  Kalkteilchen  Foramini- 
ferenschälchen,  Eeste  von  Bryozoen,  Mollus- 
ken und  ähnelt  dem  rezenten  Globigerinen- 
schlamm.  —  Die  gelbliche  Tuffkreide 
des  Maastrichtien  von  Maastricht  enthält 
meist  in  Bruchstücken  zahlreiche  Bryozoen, 
Seeigel  (Cardiaster),  Muscheln,  Eudisten.  — 
Die  Flyschfacies  stellt  eine  sehr  fossilarme, 
schwer  zu  gliedernde,  oft  mächtige  Keihe 
von  schlammigsandigen  Absätzen  dar,  die 
sich  am  Kande  kontinentaler  Massen  bil- 
deten; hierher  gehört  der  alpine  Flysch 
verschiedenen  Alters,  der  Flysch  der  Pyre- 
näen; die  Teschener  und  Wernsdorfer- 
Schichten  der  Karpathen;  zum  Teil  wohl 
die  Bündner  Schiefer  der  Schweiz. 

Die  pelagische  Facies,  auch  bathyale 
Facies  oder  F.  vaseux  genannt,  sich  in  tieferen 
geosynklinalen  Meeren  bis  zu  1000  m  Tiefe 
findend,  zeigt  mächtige,  gleichförmige,  tonige, 
mergelige  und  feinkalkige  Absätze.  Ihre 
Fauna  ist  reich  an  Ammoniten,  deren  Genera 
Lytoceras,  Phj^Uoceras,  Desmoceras  auf 
sie  fast  besclu-änkt  sind,  dagegen  arm  an 
anderen  Fossilien.  In  der  pelagischen  Mergel- 
facies  sind  die  Ammoniten  häufig  verkiest, 
in  der  Kalkfacies  verkalkt.  Zu  der  ersteren 
gehören  der  Speetonclay  Englands,  der  Hils- 
ton  Nordwestdeutschlands,  die  Flammenmer- 
gel des  Gault  in  Hannover,  verschieden- 
alterige  Mergel  in  Südfrankreich,  Südost- 
spanien, Rußland  (Simbirskitestone),  Nord- 
afrika (Algier),  Asien  (Himalaya,  Salt  Range). 
Zur  pelagischen  Kalkfacies "  (Facies  alpin) 
zählen  verschiedenalterige  Kalke  in  Süd- 
frankreich, der  Biancone  Venetiens,  die 
neokomen  Aptychenkalke,  Roßfeldschichten, 
Kalke  in  Mexiko  und  Kalifornien. 

Eine  abyssale  Facies  mit  echten  Tief- 
seebildungen ist  nicht  nachgewiesen. 

3.  Fauna  und  Flora.  Fauna.  Unter 
den  Protozoen  nehmen  Foraminiferen : 
Globigerina,  Orbitolina,  Orbitoides  großen 
Anteil  am  Aufbau  mancher  Gesteine  wie  der 
Schreibkreide,  der  Couches  rouges,  der 
Orbitolinenschichten.  Die  Spongien- 
fauna  ist  sehr  reich  an  Kalk-  und  Kiesel- 


schwämmen; unter  letzteren  erreichen  die 
Lithistiden  mit  Siphonia,  Jerea,  Verruculina 
und  die  Hexactinelliden  mit  Coscinoporiden, 
Ventriculites,  Coeloptychium,  Becksia  ihre 
größte  Entwickelung.  Die  Korallen  be- 
sitzen wenig  Bedeutung;  sie  finden  sich  nur 
in  wärmeren  Meeren  Südeuropas,  Kleinasiens, 
Mexikos,  spärlich  auch  in  Dänemark  und 
Maastricht  zur  Okr.,  riff bildend.  Neu  er- 
scheinen von  den  Hexakorallen  die  Madrepori- 
den,  von  den  Alcyonariern  die  Pennatuliden, 
Gorgoniden,  Helioporiden;  von  den  tabulaten 
Favositiden  wird  noch  Ubaghsia  genannt. 

Die  Echinodermen  zeigen  bei  den 
Crinoiden  wenig  Eigentümliches  bis  auf 
die  2  stiellosen,  freischwimmenden,  an  paläo- 
zoische erinnernden  Gattungen  Marsupites 
und  Uintacrinus  in  der  Okr.  Mitteleuropas 
und  Nordamerikas,  die  wohl  als  Rückschläge 
zu  deuten  sind.  Dagegen  beginnen  die  See- 
igel sich  stark  zu  entwickehi,  weniger  die 
sehr  persistenten  Regulären  wie  Cidaris, 
Codiopsis,  Pseudodiadema,  unter  denen  Tetra- 
cidaris  als  einziger  mesozoischer  Seeigel 
vier  Interambulacraltafelreihen  aufweist,  Sa- 
lenia  neu  erscheint,  als  die  Irregulären  mit 
den  Familien  der  Holectypiden  (Discoidea, 
Echinoconus),  der  Cassiduliden  (P>Tina,  Py- 
gaulus),  Echinolampinen  (Pygurus),  Holaste- 
riden  (CoUyrites,  Ananchytes,  Stenonia,  Ho- 
laster), Spatangiden  fToxaster,  Micraster. 
Hemiaster). 

Bryozoen  sind  reich  vertreten  in  der 
Mkr.  und  Okr.  (Essener  Grünsand,  Pläner, 
Maastricht)    mit   Cyclo-    und  Cheilostomen. 

Brachiopoden  sind  nicht  häufig.  Tere- 
brateln  und  Rhynchonellen  bestehen  weiter, 
Crania  und  Thecidium  beleben  sich  wieder; 
neu  sind  Cistella,  die  langschnäbelige  Lyra, 
Trigonosemus. 

In  der  Klasse  der  Muscheln  erscheinen 
neu  die  Familien  der  Crassateliden.  Capri- 
niden,  Rudisten,  Soleniden,  Mactriden  und 
Clavagelliden.  Einzelne  wichtige  Gattungen 
sind:  Austern  (Gryphaea  vesicularis,  Exogyra 
Couloni  und  columba),  besonders  in  der 
sogenannten  africanosyrischen  Facies;  Pec- 
tiniden  (Vola  quinquecostata);  Inoceramen 
(I.  labiatus,  Brongniarti,  Cuvieri),  die  vom 
Aptien  an  sich  stark  entwickelnd  bereits  in  der 
obersten  Kreide  erlöschen;  Trigonien,  sehr 
verbreitet  und  artenreich  in  der  afrikanisch- 
indischen Ukr.,  Aucellen  in  der  borealen. 
Hervorzuheben  sind  die  fast  nur  in  der 
Kreide  auftretenden  Chamiden,  Capriniden 
und  Rudisten,  die  einen  großen  Reichtum 
an  charakteristischen  Arten  enthalten  und 
überwiegend  auf  die  mediterrane  Facies 
besclu-änkt  sind;  häufig  insgesamt  als  Pachy- 
odonten  bezeichnet  geben  sie  Leitformen  für 
viele  Horizonte  ab:  so  für  das  V.  Matheronia 
eurystoma,  Monopleura  valanginiensis;  für 
das   B.  Requienia  ammonia,   Toucasia  cari- 


Kreideformation 


997 


nata  (Urgonfacies);  für  das  A.  Toucasia ;  canaliciüatus,  Radiolites  uiigeoides.  Vacci- 
santaiiderensis,  Polyconites  Verneuili,  Sphae-  nites  giganteiis.  Die  kegelförmigen,  ganze 
rnlites  Rousseli;  für  das  C.  Polyconites  Sub- j  Bänke  erfüllenden  Radioliten  und  Sphäru- 
Vernenili,  Caprina  adversa,  Agria  Grossouvrei '  Uten   treten  früher   auf  als   die   Hippuriten. 


Flu-.   1. 


F^y.  -6. 


Fig.  5. 

1.     Coeloptychium  agaricoides  Goldf.     Senon. 

Fig.  2.    Marsupites  ornatus  Sow.     Senon. 

Fig.  3.      Echinocorys  (Ananchytes)  ovata  Leske.     Stark  verkleinert.     Senon. 

Fig.    4.        Echinoconus    (Galerites)    albogalerus  Ivl.     Turon. 

Fig.  5.     Pygope  diphyoides  Pict.    Vs-  untere  Valendisstufe. 

Flg.  6.     Trigonosemus  pulchellum  Nilss. 

Fig.   7.     Crania  ignabergensis  Retz.     Danien. 


Fig.  9. 


Fig.  lü. 


Figr.  8. 


Fig.  8.    Hippurites  cornu  vaccinuin  Goldf.     Obere  Ivreide. 
Fig.   9.      Phylloceras  infundibulum    d'Orb.      Verkleinert. 

Barreme. 
Fig.  10.     Crioceras   Emeriri   Lev.     Verkleinert.     P>arrerae. 


SauvagesiaNicaisei;  für  das  T.  Plagioptychus  Eine  große  Reihe  von  Gastropodeu- 
Agnilloni.  Sauvagesia  cornu-pastoris,  Biradio-  familien  beginnen  in  der  Ki-eide,  nieist  zu 
lites    lumbricalis;    für    das    S.    Biradiolites   den    Ctenobranchiern    gehörend    wie  Cyclo- 


998 


Kleideformation 


stomidcn,  Cassididon.  Doliiden.  Purpnriden. 
j\luviciden,  Pkninitoinideii.  Coniden;  sie  sind 
jedoch  erst  in  der  jüngeren  Kr(>i(l(>  von 
größerer  Häufigkeit. 

Für  die  Stratigraphie  von  hervorragender 
Bedeutung,  wenn  auch  hierzu  eingehender 
nacli  dem  Vorgange  von  Schlüter,  Kilian. 
Grossouvre  sj)äter  als  im  Jura  verwendet, 
wurden  die  Ammoniten,  die  luich  der  herr- 
schenden Ansicht  am  Ende  der  lü-eide 
aussterben.  Die  wenig  geklärte  Systematik 
erschwert  es,  ihre  Entwickelungslinien  klar- 
zustellen. Aus  dem  Jura  stammen  die  lang- 
lebigen, im  ganzen  wenig  veränderlichen  und 
bis  zum  Ausgange  der  Kreide  andauernden 
Phylloceratiden  und  Lytoceratiden,  die  meist 
nur  in  der  mediterranen  Facies  lebten.  Ihre 
Ilauptblüte  finden  in  der  Kreide  die  Des- 
moceratiden.  glatte  Schalen  mit  Einschnü- 
rungen, die  bereits  im  oberen  Jura  beginnen- 
den, eng  in  Bündeln  berippten  Holcoste- 
phaniden  und  die  meist  reich  verzierten 
Hoplitiden.  Bemerkenswert  sind  die  zahl- 
reichen Formen  mit  freien,  nicht  einander 
aufliegenden  Windungen,  sogenannte  Neben- 
formen (Crioceras,  der  schneckenförmige 
TurriHtes,  der  stabförmige  Baculites),  die  aus 
verschiedenen  Gattungen  herleitbar  wohl 
nicht  ohne  weiteres,  wie  das  häufig  geschieht, 
als  Dekadenzerscheinungen  anzusehen  sind. 
-^  In  der  Ukr.  sterben  von  jurasischen 
Gattungen  aus  z.  B.  Aspidoceras  und  Oppelia 
(0.  Nisus  im  A.).  Die  Holcostephaniden 
(Astieria.  Craspedites,  Simbirskites,  Poly- 
ptychites)  verschwinden  nach  kurzer  Blüte; 
die  Hoplitiden  entwickeln  sich  zu  einer  großen 
Anzahl  von  Untergattungen  (Berriasella, 
Neocomites,  Parahoplites,  Douvilleiceras).  An 
Nebenformen  finden  sich  Macroscaphites, 
Hamulina,  Crioceras.  Die  Mkr.  beherrschen 
die  von  Hoplitiden  abstammenden  Acantho- 
ceraten   mit   kantigen,   beknoteten    Schalen 


(Acanthoceras,  Stoliczkaia,  Maraites);  an 
Parahoplites  schließen  sich  an:  die  Gault- 
liopliten  und  Schlönbachien;  die  Lytocera- 
lideii  entwickeln  Tetragonites,  Kossmatella, 


Fig.  11.   Hole ostephanns  (Astieria)  Asticri- 
anus  d'Orb.     Hauterivien. 


Gaudryceras.  Nebenformen  sind  TurriliteS;. 
Scaphites.  Unbekannt  und  durch  rasche 
Einwanderung  zu  erklären  ist  die  Herkunft 
der  Gattung  Placenticeras  im  Gault  und 
Prionotropis  im  Turon,  das  gleiche  gilt  für 
die  mediterran-äquatorialen  Gattungen  Vas- 
coceras,  Fagesia  und  andere  des  Turon. 
Hervorzuheben  ist  die  Ausbildung  der  an 
Trias-Ceratiten  erinnernden.  ,,pseudocera- 
titen"  Lobenlinie  mit  einfach  gebauten  Sät- 
teln und  Loben  bei  Engonoceras,  Neolobites 
und  anderen,  die  als  Konvergenzerscheinung 
zu  deuten  ist,  hervorgerufen  durch  völlige 
Entwickelungsumkehr.  Eine  gleiche  Er- 
scheinung zeigt  sich  in  der  Okr.  bei  Tissotia, 
Hemitissotia.  Für  diese  Zeit  sind  als  wichtig 
hervorzuheben  die  Gattungen  Mortoniceras, 
Peroniceras,  Barroisiceras,  Bostrychoceras, 
Pachvdiscus. 


Fig 


Fig.  12. 

Fig.  12.     lioplites    noricus  Schloth.     i^- 

Fig.   13.      Tissotia    Ewaldi  v.    Jkuh. 

14.     Beleranites  (Duvaliaj  Enierici  d'Orb. 


IIa  uteri  vion. 
Ems  c  h  e  r. 
etwa  i/i.     Valendisstufe. 


Kreideformation 


999 


Unter  den  Belemniten  ist  die  abge- 
plattete Duvalia  für  die  mediterrane,  Cylindro- 
teuthis  für  die  nordische  Ulvr.  zn  erwähnen, 
beide  bereits  ans  dem  Jura  stammend. 
In  die  Mkr.  fällt  das  Auftreten  von  Actino- 
camax  (quadratns  des  S.)  nnd  Belemnitella 
(mncronata  des  S.),  beide  nur  nnterschieden 
durch  verschiedene  Verkalkung  des  Phrag- 
mokons. 

Reste  von  Arthropoden  sind  nicht 
häufig:  die  Crustaceen  z.  B.  sind  vertreten 
durch  makrure  (Calianassa,  Enoploclytia)  und 
brachyure  (Dromiopsis)  Decapoden,  die  In- 
sekten durch  die  meisten  der  rezenten 
Familien;  wenn  die  letzteren  auch  recht 
unzulängliches  Material  lieferten,  so  ist  doch 
anzunehmen,  daß  sich  die  Insektenwelt 
in  der  Kreidezeit  mit  dem  Auftreten  der 
angiospermen  Pflanzen  zu  der  großen  Höhe 
aufschwang,  die  sie  heute  auszeichnet. 

Fische.  Die  Elasmobranchier  werden 
vertreten  durch  zahlreiche  Selacliier  wie 
Notidanus,  Acanthias,  Scyllium,  Lamna, 
Oxyrhina,  Carcharodon,  Hybodus,  Squatina, 
Ptychodus,  deren  Zähne  häufig  isoliert  ge- 
funden werden;  die  Dipnoer  durch  Ceratodus. 
Unter  den  Teleostomen  stehen  die  Ganoiden 
(Gyrodus,  Coelodus,  Lepidotus)  gegenüber 
den  Teleostiern  zurück,  die  in  der  Kreide  ihre 
bis  heute  andauernde  Vorherrschaft  unter  den 
Fischen  gewinnen.  Eine  Reihe  ihrer  zum  Teil 
bereits  wieder  ausgestorbenen  Familien  lassen 
sich  in  die  Kreide  zurückverfolgen:  so  die 
Clupeiden  (Heringe  ),Albuliden,Chirocentriden 
(mit  dem  allein  lebenden  Chirocentrotus), 
Elopiden,  Dercetiden,  Enchotontiden  (jRaub- 
fische),  Ichthyotectiden  (Portheus;  große 
-j-Raubfische),  Scopeliden  (Sardinius),  Bery- 
ciden,  Pereiden  (Barsche). 

Berühmte  Fundplätze  für  fossile  Fische 
liegen  in  Westfalen  und  im  Libanon. 

Wenig  ist  über  die  Amphibien  bekannt; 
im  Wealden  von  Bernissart  kommt  der 
Fischlurch  Hyaelobatrachus  vor. 

Von  größter  Bedeutung  sind  dagegen  die 
Reptilien.  p]inzelne  Familien  bringen  ihre 
Riesenformen  hervor,  häufig  als  Anpassung 
aus  dem  früheren  Steppen-  an  ein  Sumpf- 
leben, um  dann  schnell  eine  absteigende 
Entwickelung  bis  zum  völligen  Aussterben 
anzunehmen.  —  Zu  den  eidechsenähnlichen 
Rhynchocephalen  gehört  Champsosaurus 
aus  der  Okr.  von  Nordamerika.  Im  (jegensatz 
zu  den  seltenen  Resten  von  Schlangen 
(Symoliophis  im  C.)  zeigen  die  Eidechsen 
neben  Landformen  als  höchst  eigenartige 
Gruppe  die  aus  solchen  hervorgegangenen, 
dem  Meerleben  angepaßten  Mosasauriden 
(Mosasaurus,  Platecarpus)  der  Okr.  Nord- 
amerikas und  Europas,  langgestreckte, 
schwachbeschuppte  Räuber  mit  schmalem 
Schädel  und  schaufelartisren  Schwimmfüßen. 


Die  durch  gleiche  Anpassung  am  meisten 
von  den  rezenten  Reptilien  abweichenden 
nackthäutigen,  mit  vertikaler  Schwanzflosse 
ausgestatteten  und  in  der  Hochsee  lebenden 
Ichthyosaurier  (Ichthyosaurus,  Ophthal- 
mosaurus)  erleben  in  der  Ukr.  eine  neue 
Blütezeit  nnd  sind  aus  Europa,  Indien, 
Australien,  Neuseeland.  Patagonien  bekannt, 
um  dann  gleich  den  langhalsigen  und  klein- 
schädeligen,  bis  zur  Okr.  lebenden,  den 
Strand  bewohnenden  und  in  vielen  Arten  weit 
verbreiteten  Plesio  Sauriern  (Cimolia- 
saurus,  Elasmosaurus,  Trinacromerum)  aus- 
zusterben. —  Von  Schildkröten  sind  Süß- 
wasser- und  Meeresbew'ohner  in  vielen  Arten, 
Landformen  als  deren  früherer  Ausgangs- 
punkt (Platychelys,  Compsemys,  Baena) 
nachgewiesen;  neben  marinen  Krokodilen 
finden  sich  Landformen  besonders  in  wealden- 
artigen  Bildungen  (Goniopholis).  —  Die 
in  der  Okr.  erlöschenden  Dinosaurier 
bieten  eine  Fülle  von  eigenartigen  Typen, 
von  denen  reiche  luinde  nament- 
licli  in  Nordamerika  Kunde  geben.  Zu 
den  fleischfressenden  Theropoden,  mit 
bipeder,  hüpfender,  vom  Schwänze  unter- 
stützter Bewegung  zählen  Labrosaurus,Coelo- 
saurus,  Ceratosaurus  mit  scharfkantigem 
Höcker  auf  dem  Nasenbein  als  Angriffswaffe, 
Allosaurus  (Ukr.  von  Nordamerika) ;  Megalo- 
saurier.  Die  pflanzenfressenden  Riesenformen 
der  Sauropoden  mit  meist  wenig  kürzerer 
Vorder- als  Hinterextremität  sind  aus  Europa, 
Nordamerika,  Afrika,  Madagaskar,  Indien, 
Patagonien  in  zahlreichen  Arten  aus  verschie- 
denen Stufen  der  Kreide  bekannt.  Hierher 
gehören  der  bis  18  m  lange  Brontosaurus  mit 
winziger  Gehirnhöhle  und  Atlantosaurus, 
der  über  22  m  lang  werdende  Diplodocus  aus 
der  Morrisonformation  Nordamerikas,  Moro- 
saurus  aus  Nordamerika  und  dem  Wealden 
Englands;  Gigantosaurus  aus  der  Ukr.  (?) 
Deutsch-Ostafrikas,  einer  der  größten  Dino- 
saurier. Die  pflanzenfressendenOrthopoden 
mit  meist  zahnlosen  Praemaxillaria  begreifen 
die  hornschnäbeligen  Iguanodonten  der  Ukr. 
und  Mkr.  Englands,  Belgiens,  Noiddeutsch- 
lands,  große  in  aufgerichteter  Haltung  auf  den 
Hinterbeinen  gehende,  in  der  Ruhe,  nicht 
aber  in  der  Bewegung  auf  den  Schwanz  ge- 
stützte Tiere;  ferner  die  Trochodonten  mit 
verbreiteter  schnabeliger  Schnauze  der  Okr. 
Nordamerikas  und  auch  Europas;  die 
Stegosauridcii  mit  kräftigem  epidermalen 
Hautskelett  z.  B.  bei  Stegosaurus  mit  in  der 
Rückenlinie  in  zwei  parallelen  Reihen  ange- 
ordneten gewaltigen  dreieckigen  Platten,  am 
Schwanzende  mit  vier  Paar  spitzen  Knochen- 
stacheln, bei  Polacanthus  aus  dem  Wealden 
Englands  mit  einem  gürteltierartigen  Panzer 
in  der  Lendengegend;  ferner  die  Cerato- 
psiden  mit  dem  mehrfach  kräftig  behörnten, 
im  Nacken  durch  Nackenschutzplatten  gegen 


1000 


Ivi-eideformation 


Kaubdinosaurier  geschützten  Triceratops  aus 
den  Laramie-Schichten  Nordamerikas. 

Die  Flugsaurier  besitzen  in  dem  kurz- 
schwänzigen  Pterauodon  mit  stark  verlänger- 
tem Schädel  und  als  Fischfänger  völlig  redu- 
ziertem Gebiß  ihren  größten  Vertreter  mit 
7  m  Spannweite  der  Schwingen  in  der  Okr. 
von  Kansas.    Sie  sterben  in  der  lü-eide  aus. 

Die  Vögel,  fast  nur  aus  der  oberen  Kreide 
von  Kansas  bekannt,  zeigen  in  Hesperornis 
einen  Laufvogeltypus  mit  Rinnenzähnen  in 
Ober-  und  Unterkiefer,  verkümmerten  Flügeln 
und  fehlender  Carina,  in  Ichthyornis  dagegen 
den  eines  guten  carinaten  Fliegers  mit 
kräftigen  Fitigeln  und  mit  Zähnen  in  Gruben. 

Reste    von     Säugetieren,    meist    nur 
Kieferteile  und  Zähne,  sind  seit  1882  recht 
selten  gefunden  worden.     Sie  gehören  wohl 
ausschließlich  den  Beuteltieren  an,  zum  Teil 
multituberkulären  AUotherien  aus  der  Familie 
der     Plagiaulaciden     wie     Cimolomys     und 
Meniscoessus  aus  derLaramieformation  Nord-  j 
amerikas,    zum    Teil   trituberkulären    Poly- j 
protodontiern  aus  der  Familie  der  Beutel- 1 
ratten   wie  Didelphops,   Pediomys  aus   der  i 
Okr.     Nordamerikas.         Osborn      rechnet 
Pediomys  zu  den  Creodontiern,  andere  Formen 
wie  Protolambda  zu  den  Ampblypoden,  also 
zu  Placentaliern. 

Flora.  An  Resten  ihrer  Floraist  dieKreide- 
formation  nicht  reich;  mächtigere  Pflanzen- 
anhäufungen gehören  meist  der  Ukr.  an,  so 
die  Wealden-  und  Potomacschichten,  so  in 
Portugal  und  Peru.  In  der  Ukr.  leben 
jurasische  Typen  fort.  Farne  und  Cykadeen 
nehmen  ab,  Koniferen  entwickeln  sich  kräf- 
tiger. Laubhölzer  stellen  sich  zuerst  ein 
am  Beginn  der  Mkr.  in  Amerika  und  Europa, 
um  von  nun  an  das  herrschende  Pflanzen- 
element zu  bilden.  Manche  ihrer  Gattungen 
sind  bereits  erloschen  (Credneria),  andere  sind 
mit  jetzt  lebenden  nahe  verwandt. 

4.  Geographische  Verbreitung.  1.  Europa, 
a)  Untere  Kreide.  Die  Verbreitung  der  Ukr. 
beschränkt  sich  in  Deutschland  auf  den  Norden 
des  Harzes,  auf  Hilsmulde,  Deister,  Wesergebirge 
und  Teutoburger  Wald.  Bemerkenswert  ist  die 
Wealdfacies  des  unteren  V.,  dunkler  Blätter- 
tone und  (Deistcr-)Sandsteine  mit  Kohlenflözen 
aus  Cykadeen  und  Coniferen,  die  gleichförmig 
über  oberstem  Jura  oder  diskordant  über  älteren 
Schichten  bis  zur  Trias  folgt.  Hervorgegangen 
aus  einer  endjurasischen  Hebung  ihres  über  Nord- 
frankreich bis  nach  Südenglaiid  ausgedehnten 
Gebietes  führt  sie  Pflanzen  jurasischen  Typs 
und  Reste  verschiedener  Reptilien,  so  von 
Iguanodonten.  Der  darüber  folgende  marine 
Hilston,  faciell  durch  Sandstein  vertreten  und 
mit  dem  Hilskonglemerat  beginnend,  läßt  sich 
in  Zonen  vom  mittleren  V.  bis  zum  A.  gliedern. 

Die  Ukr.  in  Nord-  und  Mittelrußland 
(Petschora,  Rjäsan)  ist  der  Norddeutschlands 
und  Nordenglands,  dem  Speeton  clay  in  York- 
shire,  verwandt  durch  das  diesen  3  Gebieten 
gemeinsame  Vorkommen  „borealer"  Ammoniten 


wie  Garnieria,  Polyptychites,  Simbirskites,  das 
auf  Meeresverbindungen  zwischen  ihnen  viel- 
leicht um  das  nördliche  Skandinavien  hinweist. 

Im  anglo-pariser  Becken,  gebildet  aut^ 
Südengland,  Nordfrankreich,  dem  Pariser  Becken 
und  Schweizer  Jura,  verschwinden  diese  Ein- 
flüsse eines  borealen  Meeres;  dagegen  zeigen  sich 
solche  der  südeuropäischen  ,, mediterranen"  Fauna 
in  der  jüngeren  Ukr.  bis  nach  Nordfranki-eich 
und  Südengland,  indem  sich  freiere  Verbin- 
dungen zwischen  dem  großen  Kreidemeere  Süd- 
europas  und  dem  anglo-pariser  Becken  anbahnen. 
—  In  Südengland  (Kent,  Sussex)  folgt  auf 
das  Süßwassergebilde  des  oberstjurasischen  Pur- 
beck der  Wealden,  in  gleicher  Fossilführung  wie 
in  Norddeutschland,  mit  Hastingssandstein  und 
Wealdton.  Erst  mit  dem  B.  beginnt  die  marine 
Transgression  der  Atherfield  beds,  die  im  A. 
anhält  (Hythe  beds  mit  Parahoplites  Deshayesil. 
Im  A.  von  Wiltshire  findet  sich  Requienia  Lons- 
dalei,  ein  Vertreter  der  mediterranen  Fauna.  Die 
marinen  Ukr.-Schichten  Südenglands  werden 
zusammengefaßt  als  ,,Lower  Greensand"  im 
Gegensatz  zum  jüngeren  ,, Upper  Greensand".  — 
In  Nordfrankreich  und  Belgien  beginnt  die 
Ukr.  meist  mit  wealdenartigen  Bildungen: 
erst  das  A.  ist  marin.  Bei  Bernissart  im 
Hennegau  fanden  sich  in  Auswachsungstrichtern 
des  Karbon  Skelette  des  Iguanodon  in  2  Arten.  — 
Im  Schweizer  Jura,  dem  durch  zahlreiche 
Arbeiten  klassischen  Gebiete  der  Ukr.,  ist 
diese  lückenlos  in  neritischer  Facies  vertreten: 
Ammoniten  stehen  gegen  den  Reichtum  anderer 
Tiergruppen  zurück,  boreale  fehlen.  Die  einzelnen 
Horizonte  haben  verschiedene  Ausdehnung. 
Das  V.  des  Neuenburger  Jura,  Mergel  und  rote 
Kalke  mit  Garnieria  Gevrili,  Neocomites  Thur- 
manni  ruht  konkordant  auf  oberstem  Jura.  Das 
H.  mit  bläulichen  Mergeln  zeigt  eine  reiche 
Ammonitenfauna  (Polyptychites,  Acanthodiscu.s 
radiatus),  die  diese  Stufe  überall  auszeichnet.  Das 
B.  ist  in  zoogener  ,,Urgon"'-facies  mit  Requienia 
ammonia,  aber  ohne  Ammoniten  ausgebildet, 
während  es  sonst  in-  und  außerhalb  Europas  durch 
Ammoniten  mit  aufgerollter  Schale  (Macro- 
scaphites  Ivani)  gekennzeichnet  ist.  Das  A., 
in  seinen  übrigen  Vorkommnissen  dvu-ch  Parahop- 
liten  und  Douvilleiceraten  kenntlich,  ist  im 
Val  de  Travers  nur  geringmächtig.  —  Im 
Pariser  Becken  (Haute-Marne,  Tonne,  Aube) 
ist  die  Ausbildung  ähnlich.  Nach  älteren  For- 
schungen kommt  H.  (Spatangenkalk  mit  Neo- 
comites neocomensis)  in  Burgund,  der  Cham- 
pagne, im  Loiregebiet  vor,  aber  nicht  im  Norden. 
Das  B.  zeigt  teils  marine.,  teils  Süßwasserbildungen 
(Haute-Marne).  Plicatulatone  des  A.  führen 
Plicatula  placunea  und  zahlreich  Exogyra  aquila, 
in  den  oberen  Horizonten  auch  Ammoniten  wie 
Oppelia  Nisus   und   Parahoplites   Deshayesi. 

Während  der  Kreidezeit  bezeichnet  die  Lage 
des  Mittel meeres  mit  den  angrenzenden  Län- 
dern Südeuropas  und  Nordafrikas  ein  großes 
Meeresbecken,  das  gegenüber  den  besprochenen 
Gebieten  bei  gewissen  Ausnahmen  durch  Insel- 
gebiete tiefes  Meer  darstellt  mit  einer  besonderen 
,, mediterranen"  oder  alpinen  Facies  und  Fauna. 
Dazu  gehören  folgende  Gebiete:  Südfrank- 
reich.  Im  Rhonebecken  ist  die  Ukr.  in 
pelagischer  Facies  mit  mächtigen  Mergeln  und 
Kalken  sehr  ammonitenreich  und  klassisch 
entwickelt     in      einem     von      den      Cevennen 


Kreideformation 


1001 


nach  den  Alpen  ziehenden  Streifen  (Dep.  i  In  der  Faltungszone  der  Alpen  zieht  die 
Ardeche  und  Dröme;  Hangs  ,,fosse  voeon- i  Ukr.  durch  die  .Schweizer  Alpen  (Matt- 
tienne").      Nach    Kilian    sind    hier    vertreten  1  stock,    Säntis)    über    den    Rhein    in    die    Ost- 


Fig.  15. 


Fig.  16. 


Fig.  17. 


Fig.  15.    Requienia  ammonia  Goldf.    V4-    Urgonfacies. 

Fig.  16.     Hoplites  (Thurmannia)  B oi ssier i  Pict.    Vs-    Untere  Valendisstufe  (Berriasien). 

Fig.  17.      Macroscaphites  Ivani  d'Orb.     Verkleinert.     Barreme. 


1.  V.  mit  den  3  Zonen  der  Thurmannia 
Boissieri,  der  Kilianella  Roubaudiana  und  des 
Saynoceras  verrucosum;  2.  H.  mit  den  Zotien 
des  Acanthodiscus  radiatus  und  Crioceras  Duvali; 
3.  B.  mit  der  Zone  des  Desmoceras  Sayni,  Para- 
hoplites  angulicostatus,  Pulchellia  pulchella, 
Macroscaphites  Ivani;  4.  A.  mit  den  Zonen  des 
Parahoplites  Deshayesi  und  der  Oppelia  Nisus. 
Einzelne  dieser  und  andere  Ammoniten  erlauben 
eine  genaue  Vergleichung  mit  der  Schichtenfolge 
der  borealen  Provinz.  Aehnliehe  Entwickelung 
liegt  vor  in  den  Basses-  und  Hautes-Alpes  und 
Alpes  Maritimes.  Dieser  pelagische  Faciesbereich 
wird  umgeben  von  einem  neritischen  Faciesgürtel 
mit  Echiniden,  Brachiopoden,  Muscheln,  nicht 
überall  seltenen  Ammoniten,  der  in  den  Kalk- 
alpen von  Savoyen,  im  Massif  von  Grande- 
Chartreuse  und  Vercors,  im  Languedoc  und  in  der 
Basse-Provence  nachgewiesen  ist.  Die  Grenzen 
beider  Facies  wechseln  nicht  unbeträchtlich  in 
den  einzelnen  Stufen.  In  der  neritischen  Facies 
des  Rhonebeckens  finden  sieh  häufig  norddeutsche 
Formen. 


alpen  (Bregenzer  Wald,  Kufstein,  Hallein). 
Die  Aptychenkalke  mit  Aptychus  Didayi  (Roß- 
f eidschichten),  die  Spatangenkalke  mitToxaster 
complanatus  des  H,  die  Caprotinen-  und  Schrat- 
tenkalke (=  zoogene  Urgonfacies  des  B.  und  A.) 
gehören  hierher,  ferner  in  den  Süd  alpen  der 
helle  Kalk  des  Biancone  Venetiens,  die  Majolika 
der  Lombardei.  Die  Erkennung  der  Einheit 
bestimmter  Faciesfolgen  wird  durch  die  Tek- 
tonik der  Alpen  sehr  erschW'ert.  Das  gleiche 
gilt  für  die  Karpaten,  deren  Teschener  Schich- 
ten zum  Teil  mit  Neocoinites  neocomensis  dem 
V,  deren  Grodischten  Seh.  mit  Crioceras  Duvali 
dem  H,  deren  Wernsdorfer  Seh.  dem  B.  ent- 
sprechen. Die  Fauna  dieser  mächtigen,  meist 
pelagischen  Sedimente  gleicht  der  Südfrankreichs. 
—  Rumänien,  Serbien,  Balkan  und  Bulgarien 
zeigen  meist  neritische  Ukr.  mit  Nerineen-, 
Orbitolinen-,  Requienien-Schichten. 

Portugals  Ukr.  ist  neritisch  auf  Grund 
ihres  Absatzes  am  Westrande  der  Iberischen 
Festlandsmasse,  die  als  Insel  aus  dem  Mittelmeer 
aufragte.       Berühmt   ist    die    pflanzenführende 


Fig.  18.     Hoplites  (Parahoplites) 
Deshayesi  Leym.     Vo.     Aptien. 


Fig.  19.     Acanthoceras  (Douvilleiceras) 
^lartini  d'ürb.     Aptien. 


1002 


Kreideformation 


Schicht  von  Ccrcal.  In  Spanien  ist  im  Süden 
(Alicante)  die  pelagische,  mergolijr-kalkige  Facies 
lies  tieferen  Mittelmeeres  mit  den  bezeichneten 
Ammoniten  aller  Stnfen  nachgewiesen,  dazn 
Tebergangsglieder  mit  Orbitolinen,  Rudisten 
znr  vorherrschend  neritischen  des  nordöstlichen 
Spaniens  (Aragon,  Catalonien),  abgesetzt  am 
Ostrand  der  Meseta,  häufig  diskordant  über 
älteren  Schichten.  In  Nordaragon  finden 
sich  mächtige  weahlenartige  Bildungen.  Am 
ganzen  Xordrande  der  Pyrenäen  beginnt  die 
Ukr.  mit  sehr  fossilreichem  Aptien  (Basses- 
l'vrenees,  Ariege).  —  In  Mittelitalien  treten 
Biancone-ähnliche  Sedimente  auf,  im  Süden 
und  auf  Sizilien  dagegen  häufig  Rudistenkalke. 
—  An  der  Ostküste  des  Adriatischen  Meeres 
fehlt  Ukr.  fast  vollständig  von  Bosnien  bis 
Nordgriechenland;  von  Comen  in  Istrien  und 
Lessina  in  Dahnatien  sind  reiche  Fischfaunen 
bekannt.  —  In  der  Krim  umfaßt  die  Ukr. 
sämtliche  Stufen  mit  mediterraner  Fauna,  der  i 
sich  aber  im  B.  boreale  Simbirskiten  beimischen.  I 

b)  Mittlere  Kreide.  Der  Beginn  der 
Mkr.  oder  einzelner  ihrer  Stufen  fällt  zu- 
sammen mit  auch  außerhalb  Europas  nachweis- 
baren Transgressionen.  Das  boreale  Meer  der 
Ukr.  ist  verschwunden.  Von  England  bis 
Südrußland  dehnt  sich  ein  großes  Meer,  dessen 
Südgrenze  durch  die  paläozoischen  Gebirgskerne 
Mitteleuropas  gegeben  ist.  i 

Die    Mkr.    N  o  r  d  w  e  s  t  d  e  u  t  s  c  h  I  a  n  d  s :  j 
im    Norden     des    Harzes ,     in     Braunschweig, 
Hannover,  Westfalen,  besteht  aus  tonigen  oder 
sandigen    G.   mit  Hoplites  Nolani,   Parahoplites  : 
Milletianus.      H.  tardefurcatus    und    Flammen- 
mergeln  mit  Desmoceras  Mayori;    darüber   aus 
C.  (unterem  Pläner,  Essener  Grünsand.  Tourtia) 
mit  Pecten  asper,   Schlönbachia  varians,  Acan- ' 
thoceras    rhotomagense,    darüber    T.    mit    den 
Horizonten  des  Labiatus-.  Brongniarti-,  Scaphiten- 
und  Cuvieripläner.  —  Aehnlich  ist  die  Gliederung 
in  Sachsen,    Böhmen,    Schlesien,    Bayern 
(kalkige  Pläner-,  sandige  Quaderfacies).    Das  C. 
ist  transgressiv,  Erascher  nur  vereinzelt  vertreten. 


fehlt  im   Süden.     Die  Fauna  ist  der  deutschen 
ähnlich. 

In  England  folgt  über  dem  unteren  Grün- 
sand der  tonige  (i.,  darüber  der  obere  Grünsand 
desC.  mit  Schlönbachia  varians,  nach  oben  kalkig 
werdend  (Lower  chalk),  und  das  kreidige  T. 
(middle  chalk).  —  In  Belgien  und  Nord- 
frankreich läßt  sich  eine  den  genannten 
Gebieten    gleichartige   Gliederung    durchführen; 


Fig.  21. 


Acanthoceras  rhotomagense  Defr. 
Verkleinert.     Cenoman. 


Schlönbachia 
Cenoman. 


In   Mittelrußland     ist     G.     in     geringer, 


Fig.  22.     Scaphites  (ieiuitzi  d'Orb.    Turon. 


meist  finden  sich  die  leitenden  Fo.ssilien  der 
Stufen,  auf  den  engen  Zusammenhang  des  Meeres 
im  anglopariser  Becken  mit  Nord-  und  Mittel- 
deutschland hinweisend.  I)4e  Facies  der  weit 
ausgedehnten  Sedimente  der"1\Ikr.  ist  durchaus 
neritisch,  petrographisch  jedoch  rasch  wechselnd. 
—  Der  .Iura,  die  östliche  Begrenzung  des  anglo- 
pariser Beckens,  zeigt  in  neritischer  Facies  einer- 
seits im  Süden  eine  normale  Folge  der  Mkr. 
über  Ukr.,  wenn  auch  das  T.  selten  nachgewiesen 
wurde;  andererseits  im  Norden  und  Süden  ein 
Uebergreifen  sowohl  des  G.  wie  des  C.  über 
ältere  Etagen  bis  zum  Portland.  Klassisch  ist 
die  Ausbildung  des  G.  der  Porte-du-Rhune  und 
von  Ste.  Croix. 

In  Südfrankreich  finden  sich  im  Rhune- 
becken  der  Ukr.  ähnliche  Verhältnisse, 
tieferes  Meer  im  Zentrum  wird  umgeben  von 
neritischen  Faciesbezirken.  Der  G.  folgt  teils 
normal  über  dem  A.,  teils  fehlt  er;  das  C.  ist 
transgressiv,  oft  mit  Ligniten  beginnend,  oder 
ruht  konkordant  über  Albien.  In  den  franzö- 
sischen Alpen  sind  vereinzelt  pelagische  Ab- 
sätze bekannt  (Seealpen);  der  G.  führt  dann 
mediterrane    Fauna    mit    Phylloceras    alpinum, 


C.  in    weiter  Ausdehnung"^bekannt;  nur  ersteres    Tetragonites    Timotheanus,    "Puzosia     Velledae 


Kreideformation 


1003 


Meist  überwiegen  neritische  Sedimente  (Vercors, 
Chartreuse).  Er  ist  viel  konstanter  als  das  meist 
fehlende  C,  während  T.  nirgends  vorkommt.  — 
In  den  Schweizer  Alpen  folgt  in  der  autoeh- 
thonen  Zone  und  der  der  helvetischen  Decken 
über  dem  (}..  der  entweder  glaukonitisch-sandig 
am  Churfirsten,  Säntis  oder  pelagisch  als  Wang- 
schichten ausgebildet  ist,  der  helle  Seewenkalk 
des  C.  mit  Schönbachia  varians  und  des  T. 
In  den  „Voralpen'"  vertreten  rötlichgraue  Kalke, 
sogenannte  Couches-rouges,  ^Ikr.  und  ()kr.  In  den 
Ustalpenist  die  Mkr.  vollständig  bekannt  im  Bre- 
genzer  Wald;  am  Xordrande  der  bayrischen  Alpen 
das  C.  mit  (Jrbitolina  concava  transgressiv  über 
.Iura  und  Trias.  In  den  Südalpen  entspricht 
<ler  jüngste  Biancone  Venetiens  dem  Albien 
mit  Puzosia  planulata,  der  allmählich  in  die 
Mki'.  und  Ükr.  umfassenden  hellen  Kalke  der 
Scaglia  übergeht.  In  den  Karpaten  gehört  zur 
]\Ikr.  der  Godulasandstein:  (his  häufig  transgres- 
sive  C.  ist  auf  beiden  Abhängen  des  Gebirges 
weit  verbreitet.  T.  fehlt.  Mkr.  ist  weiter  nach- 
gewiesen im  Bakonywald,  in  Transsylvanien, 
Bulgarien,  Dobrudscha,  Serbien. 


Fig.  23. 


I  n  0 c  e  r a  m  u  s  1  a  b  i  a  t  u  s  Schloth. 
kleinert.     Turon. 


Ver- 


la Portugal  ist  transgressive,  neritische 
]\Ikr.  nördlich  und  südlich  des  Tajo  weit  ver- 
breitet (Allmargemschichten  zum  Teil;  Rudisten- 
facies  des  Belliasien).  Austernreiche  Ablage- 
rungen mit  Ostrea  Boussingaulti,  falko,  flabel- 
lata  (sogenannte  afrikano-syrische  Facies), 
neben  der  eine  ammonitenreiche  pelagische 
nur  vereinzelt  ist,  bilden  in  Ostspanien  (Cata- 
lonien)  die  Mkr.,  während  in  Altkastilien 
über  der  terrestren  Ukr.  mariner  G.  und  C, 
auch  das  T.  ziemlich  mächtig  folgt.  In  Süd- 
spanien zeigt  sich  der  G.  pelagisch,  die  höheren 
Stufen  sind  fast  unbekannt.  Der  G.  der  Pyre- 
näen enthält  Puzosia  ]\Iayori,  Phylloceras  Velle- 
dae.  das  C.  Orbitolinen-  und  Rudistenkalke,  das 
T.  Hippuritenkalke.  —  Rudisten-  und  Hippuriten- 
kalke  mit  reicher  Fauna,  vereinzelt  auch  die 
afrikano-syi'ische  Facies,  vertreten  in  Italien 
(Abruzzen,  Sizilien)  C.  und  T.,  das  letztere  oft 
transgredierend  über  älteren  Schichten.  Rudisten- 
kalke finden  sich  auch  in  Griechenland. 


c)  Oberkreide.  Sie  beginnt  in  Nord  West- 
deutschland mit  dem  J^mschcrmcrgel.  wie  in 
anderen  Vorkommen  gekennzeichnet  durch  Mor- 
toniceras  Emscheris,  Peroniceras  tricarinatum, 
Gauthiericeras  ]\largae,  die  Gattungen  Tissotia, 
Placenticeras.  Die  Einteilung  (U-s  Senon  in 
Quadratenkreide    mit    Actinocanuix     quadratus 


Ov 


Fig.     24.      Inocera  in  ii^ 

Turun. 


n  Ulnar ti     Sow. 


und  Mucroiuitenkrcith'  mit  Belemnitella  muc- 
ronata  wurde  aufgegeben,  wie  eine  weitergehende 
auf  Belemniten  begründete.  In  Westfalen, 
Hannover  lassen  sich  folgende  Stufen  aus- 
scheiden: mit  1.  Inoceramus  cardissoides  und 
Placenticeras  syrtale,  2.  Uintacrinus  westfalicus, 
3.  Marsupites  ornatus  (Santonien);  4.  Scaphites 
binodosus.  5.  Act.  cpiadratus,  Becksia  Soekelandi, 
6.  Hoplites  coesfeldensis  (Campanien),  7.  Bostry- 
choceras  polyplocum.  Baculites  anceps,  8.  Sca- 
phites constrictus  (Maastrichtien).  —  Im  Bereich 
der  Ostsee,  ferner  im  Untergrund  von  West-  und 
Ostpreußen  ist  Okr.  weit  verbreitet,  vielfach 
als  Schreibkreide  mit  Feuersteinknollen,  den 
Konzentrationen  organischer  Kieselsäure.  Zum 
Emscher  gehören  transgredierende  ]\Iergelkalke 
und  Grünsande  in  Schonen  und  Bornholm,  zum  S. 
die  Schreibkreide  von  Rügen,  Pommern  mit  Sc. 
constrictus.  Wichtig  ist  die  dänische  Stufe  mit 
Nautilus  danicus  (Saltholms-,  Faxekalk).  — 
Sehr  ausgedehnt  sind  Gebilde  der  Okr.  in 
Rußland.  —  Im  Hennegau  und  Limburg 
sind  Camp,  und  M.  neritisch:  die  Tuffkreide  von 
Ciplv  enthält  Sc.  constrictus  und  Bac.  anceps., 
die  "weiche  gelbliche,  sehr  fossilreiche  von  Maa- 
stricht die  gleichen  Arten,  Rudisten  und  ;\Iosa- 
saurier. 

Die  Okr.  ist  im  anglo-pariser  Becken  meist 
als  weiße  Kreide  ausgebildet.  In  Großbritan- 
nien findet  sie  sich  nicht  nur  in  England,  sondern 
auch  in  Schott-  und  Irland.  Im  Pariser  Becken 
und  in  den  angrenzenden  Landschaften  gibt  sich 
Emscher  kund  durch  Peroniceras  sub tricarinatum, 
Mort.  Emscheris,  Tissotia  Ewaldi,  das  S.  durch 
Marsupites  ornatus  und  Plac.  syi'tale,  das  C. 
durch  Act.  quadratus;  das  M.  der  Kreide  von 
Meudon  zeigt  eine  eigenartige  Rudistenfacies. 
Danien  kommt  nur  vereinzelt  vor:  Pisolithkalk 


1004 


Kreidefoiination 


von    Mcudon.    —    Im    Jura     dürfte    Okr.    in 
großem  ^laßstabe  erodiert  sein. 

In  Südostfrankreich  begann  im  S. 
eine  Verminderung  der  ^[eerestiefe:  Ostreensand- 
steine  und  Hippuriteiikalke  stellen  sich  ein. 
In  einem  Teil  der  französischen  Westalpen  (Sa- 
voyen)  ist  die  Transgression  des  M.  über  ältere 
Kreide  hervorzuheben.  —  In  der  Schweiz 
zählen  zur  Okr.  die  foraminiferenreichen  Seewen- 
schichten;  in  den  Ostalpen  Vorkommen  an  ihrem 
A'ordrande  meist  der  Zone  der  Belenmitella 
mucronata  wie  die  ?sierentaler  Schichten,  ferner 
Flysch  und  Wiener  Sandstein,  in  ihrem  Innern 
die  zerstreuten  der  bereits  im  T.  beginnen- 
den, faciell  stark  wechselnden,  hippuritenreichen 
Gosaubildungen.  —  Die  Südalpen  zeigen  die 
Scaglia  wie  in  der  Mkr.  mit  Gauth.  Älargae  und  j 
Seeigeln,  im  Westen  die  gosauähnlichen  Sirone- 
schichten.  In  Friaul  finden  sich  Rudistenkalke.  j 
In  Istrien  und  Dalmaticn  schließen  über  wenig 
gegliederten,  verschieden  alten  Rudistenkalken 
die  Cosinaschichten,  eine  Süßwasserbildung,  die 
Okr.  ab.  —  Einzelne  Horizonte  der  Okr.  sind  I 
in  den  Karpaten  und  in  Transsylvanien  ver- 
treten, vor  allem  das  häufig  trahsgressive  M. 
Ueber  Bulgarien  und  die  Dobrudscha  verbindet  j 
sich  die  Okr.  mit  der  der  Krim.  ; 

Brackische  Fa  ies  zeigt  die  Okr.  Portugals. 
Ihre  oberen  Horizonte  führen,  zum  Teil  schon  | 
neritisch  werdend,  in  Südspanien  Seeigel  der' 
italienischen  Scaglia  wie  Stenonia  tuberculata ; 
und  OvulasterZignoanus.  In  Ostspanien  herrschen 
ostreen-  und  seeigelreiche  neritische  Sedimente; 
im  Danien  findet  sich  die  brackische  Garumnien- 
facies  mit  Lychnus  Prodoanus.  In  den  spani- 
schen Pyrenäen  ist  Okr.  weit  verbreitet  mit 
Echiniden  (Micraster)  und  Rudisten  (Hippurites 
giganteus,  Vidali);  ebenso  ist  in  den  französischen 
eine  lückenlose  Folge  über  der  Mkr.  vorhanden,  im 
Westen  pelagisch,  im  Osten  neritisch.  Italien 
zeigt  zum  Teil  scagliaähnliche  Bildungen  (Sa- 
biner  Berge)  mit  Sten.  tuberculata,  in  den  Ab- 
ruzzen  und  im  Süden  Hippuritenkalke.  Sie 
werden  auch  aus  Griechenland  genannt. 

2.  Afrika.  Die  Kreide  hat  ihre  Hauptver- 
breitung in  den  Mittelmeerländern  und  der 
Wüstentafel.  Streifenförmig  säumt  sie  Ost-, 
Süd-  und  Westküste.  Im  äcjuatorialen  Gebiet 
der  letzteren  jedoch  dringt  sie  im  Nigerbecker- 
und Sudan  weit  nach  Norden  ein.  Lückenlose 
Schichtenfolge  besteht  nur  in  Nordafrika.  Die 
Oberflächenausdehnung  der  Okr.  und  Mkr.  ist 
bedeutend  größer  als  die  der  Ukr. 

Südafrika.  Die  Uitenhage-Formation  liegt 
diskordant  über  Ecca-  bis  Malmesbury-Schichten 
und  stellt  die  älteste  marine  mesozoische  Bildung 
Südafrikas  dar,  die  mit  Konglomeraten,  Sand- 
steinen und  Schiefern  in  beckenförmigen  Erosions- 
resten über  das  Kapgebirge  verstreut  ist.  Ihre 
Glieder:  Sunday  river-Schichten,  Wood  bed,  Enon- 
Schichten  begreifen  terrestre  und  marine  Bildungen 
des  V.  bis  H.  Die  Fauna  enthält  Trigonien,  die 
gleich  oder  ähnlich  in  Deutsch-Ostafrika  und 
Indien  wiederkehren,  und  eigene  Holcoste- 
phaniden.  Im  Pondo-  und  Zululand,  in  Natal 
werden  cenomane  bis  senone  Kreide  als  Um- 
tamvunagruppe  bezeichnet;  in  ihrer  Fauna 
zeigen  sich  indische  Anklänge.  Madagaskar. 
Die  Kreide  beschränkt  sich  vorzüglich  auf  den 
Westen;  an  der  Ostküste  ist  nur  Okr.  vorhanden. 
Die  Ukr.   ist,    obwohl   alle   Stufen    vorkommen 


dürften,  weniger  bekannt  als  die  Mkr.  und  Okr., 
die  in  Fauna  und  Facies  stark  an  Südindien 
anklingt.  Festgestellt  sind  C.  mit  Acanthoceras 
Mantelli,  T.  nur  unsicher  mit  Landdinosauriem, 
S.  mit  einzelnen  Horizonten. 

Ostküste.  Von  der  Delagoabai  werden 
Oppelia  Nisus,  Douvilleiceraten  des  Aptien  in 
mediterraner  Entwickelung  beschrieben.  Von 
Den  ts  ch-Os  taf  ri  ka  kommt  das  südlicheKüsten- 
land  in  Betracht.  Hier  ist  eine  lückenlose  Folge 
von  marinen,  zum  Teil  wealdenartigen  Schichten 
vom  oberen  Jura  (Malm)  bis  zum  Aptien  festge- 
stellt, deren  Fauna  Beziehungen  zu  den  indischen 
und  südafrikanischen  gleicher  Zeit  aufweist.  Am 
Berge  Tendnguru  liegen  die  von  Sattler  ent- 
deckten reichen  Saurierfundstellen.  Ueber  dem 
unteren  Saurierhorizont  folgen  Nerineenschichten, 
der  mittlere  Saurierhorizont,  Trigonia  Smeei- 
schichten,  der  oberste  Saurierhorizont,  Trigonia- 
Schwarzischichten,  rötliche  Sandsteine  und 
Mergel  (Makondeschichten).  Die  zuletzt  ge- 
nannten sind  auch  in  einer  tj'pischen  Urgon- 
Facies  mit  Toucasia  carinata  entwickelt.  G.  ist 
angedeutet  durch  pyritisierte  mediterrane  Ammo- 
niten  wie  Puzosia  Mayori.  In  Port.  M o  z a m  b i  q  u e 
ist  eine  reiche  Ammonitenfauna  mit  Lytoceras 
Sacya,  Turrilites  Bergeri  cenoman.  —  In  den 
Gaila-  und  Somaliländern,  auf  Sokotra 
nimmt  neritische  Kreide  nicht  unbedeutende 
Flächen  ein. 

Nordafrikas  Kreide  zeichnet  sich  durch 
Fossilreichtum,  eigenartige  Formen,  wichtige  Be- 
ziehungen zu  europäischen  und  asiatischen  Faunen 
aus.  In  Aegypten  gehört  ein  Teil  des  nubischen 
Sandsteins  der  Ukr.  an.  In  Nordägypten 
tritt  Meeresbedeckung  ein  im  C,  in  Südäygypten 
erst  im  S.  Wichtig  sind  dessen  weit  verbreitete 
jüngere  Horizonte:  das  obere  M.  umfaßt  die 
sandigen  Overwegi-Schichten  mit  Exogyra  Over- 
wegi,  das  D.  Blättertone  und  weiße  Kalke  mit 
Nautilus  danicus.  Nahe  verwandt  ist  die  jüngste 
Kreide  Südindiens,  von  Tunis  und  xVlgier. 
Letztere  bilden  ein  zusammengehörendes,  recht 
gut  erforschtes  Gebiet.  Mehrfach  wird  von 
langsamem  Uebergange  der  Kreide  aus  Tithon 
berichtet.  In  pelagischer  Facies  enthält  das  V. 
Thurmannia  Boissieri  und  Astieria  Astieri;  über 
'  dem  schwer  zu  trennenden  H.  folgt  das  ammoni- 
tenreiche  B.,  unten  mit  Pulchellien  und  Holco- 
discen,  oben  mit  Macroscaphiten;  darüber  das  A. 
mitOppellia  Nisus  und  Parahopliten  (P.gargasen- 
sis  als  Vertreter  des  Clansayeshorizontes).  In 
neritischer  Facies  finden  sich  im  H.  sandige  Kalke 
und  Sandsteine  mit  Ostreen  (0.  Couloni)  und 
Echiniden,  im  B.  Rudisten  wie  Toucasia,  Mono- 
pleura,  Reciuienia;  im  A.  Orbitolinen,  Echiniden 
(Toxaster  Collegnoi),  Radioliten.  G.  ist  in  beiden 
Facies  vertreten,  ebenso  das  mächtige,  sehr  fossil- 
reiche C,  das  sich,  lagunär  werdend,  bis  zur 
Sahara  verfolgen  läßt.  Im  T,  einer  Zeit  geringerer 
!  Meerestiefe,  erscheinen  in  Tunis  ,, kryptogene" 
!  Ammoniten  wie  Fagesia,  Vascoceras.  Das 
!  untere  S.  transgrediert  häufig;  die  pelagische 
Facies  rückt  nach  Süden  vor.  Im^  Emscher 
treten  Ammoniten  mit  ceratoider  Sutur  auf 
(Tissotia).  Danien  istohne  Ammoniten  entwickelt. 
—  Eine  ähnliche  Folge  gilt  für  Marokko.  — 
Wüstentafel:  Ukr.  l'ehlt  im  S.  von  Marokko, 
Algier,  Tunis  und  Tripolis;  vereinzelt  ist  G. 
bekannt;    die    übrigen    Stufen    gewinnen    große 


Kreidefonnation 


1005 


Ausdehnung,  sind  aber  im  Gegensatz  zu  den 
Atlasländern  überall  ungefaltet. 

Westafrika.  Von  weit  zerstreuten  Orten 
des  Sudans  wird  Ivreide,  zum  Teil  als  Tegama- 
Schichten  erwähnt ;  ferner  vom  Senegal ;  aus  Nigeria 
turone  Vascocerasarten.  In  Kamerun  sind  die 
Mamfe-Sch.  vielleicht  G.,  die  Kreide  des  Mungo- 
flusses mit  Neoptychites.  Tissotia,  Pseudo- 
tissotia  entspricht  T.  und  Emscher;  die  Fauna 
zeigt  wichtige  Beziehungen  zu  Nordafrika.  Vom 
Rio  Muni  bis  Angola  sind,  auf  die  Küste  be- 
schränkt, zu  nennen  vor  allem :  G.  mit  Acanthoceras 
mamillare,  das  Vraconnien  der  Elobiinseln 
mit  Mortoniceraten;  auch  die  übrigen  Stufen 
sind  wohl  vertreten. 

3.  Asien.  Im  Kaukasus,  in  Transkaspien, 
Kleinasien  (Heraklea),  Persien  (Luristan),  Be- 
lutschistan,  im  Himalaya,  der  arabischen 
Halbinsel  ist  Kreide  verbreitet.  —  Im  Kaukasus 
sind  alle  Stufen  entwickelt,  wenn  auch  in  ver- 
schiedener Facies  auf  dem  Nord-  und  Südabhange; 
das  B.  zeigt  Urgonfacies,  das  A.  ist  sehr  fossikeich 
an  mediterranen  Ammoniten,  ebenso  G.  als 
Glaukonitsandstein,  C.  mit  Schlönb.  varians,  das 
S.  als  weiße  Kreide. — Die  Faunades  Maastrichtien 
von  Südpersien,  wo  auch  ältere  Stufen  vertreten 
sind,  und  von  Belutschistan  stimmt  vielfach 
mit  Europa  und  Nordafrika  überein ;  die  Absätze 
der  Panthanstufe  leiten  allmählich  ins  Tertiär 
über.  — •  Im  Himalaya  entspricht  ein  oberer  Teil 
der  mächtigen  Spitischiefer  dem  Berriasien; 
der  Giumalsandstein  ist  unsicheren  Alters;  die 
Chikkimkalke  enthalten  Acanthoceras  Mantelli 
und  Mortoniceras  inflatum,  die  jüngeren  Chikkim- 
tone  und  der  Flysch  vonKumaun  sind  fossilleer; 
das  M.von  Kampodjung  gleicht  dem  Belutschis- 
tans.  —  Gegenüber  diesen  gefalteten  Gebieten  liegt 
die  Kreide  als  östliche  Fortsetzung  der  afiikani- 
schen  Wüstentafel  ungefaltet  inArabien  und  Sy- 
rien. Afrikasandsteine  unsicheren  Alters  tragen 
marine  Mki".  und  Okr.,  deren  Fauna  wenig- 
stens in  ersterer  noch  afrikanische  Anklänge 
aufweist.  In  Syrien  folgt  über  Orbitolinenkalk 
des  G.  das  C.  mit  Acanthoceras  rhotomagense  und 
der  berühmten  Fischfauna  von  Hakel  im  Libanon 
("mit  Pyknodonten,  Oligopleuriden);  das  T.  mit 
Hippuritenkalken,  das  S.  mit  schreibkreide- 
ähnlichen  Bildungen  und  der  Fischfauna  von 
Sahelalma  (mit  Berciden  und  Squaliden).  —  Gleich 
der  vorbesprochenen  ist  die  der  himalayischen 
Faltungsregion  vorgelagerte  Kreide  Indiens 
ungefaltet;  ihre  Vorkommen  verteilen  sich  auf 
die  Salt  Range,  Kutch  (Narbadatal),  und  die 
Ostküste.  In  Kutch  enthält  die  Umia-Gruppe 
der  Ukr.  eine  reiche,  zum  Teil  mit  süd-  und 
ostafrikanischen  übereinstimmende  Fauna  von 
Trigonien;  Parahoplites  Deshayesi  in  den  Ukra 
Hills  deutet  auf  Aptien.  Wichtig  sind  die  jüngeren 
Komplexe  der  Ostküste  mit  reipher  Ammoniten- 
fauna.  Bei  Trichinopoly  liegt  die  Utatur-Gruppe 
auf  verschieden  alten  Schichten  und  entspricht 
zum  Teil  dem  C.  mit  Ac.  Mantelli,  zum  Teil  mit 
Neoptychites  Tellingae,  Fagesia  superstes  dem 
T.,  dessen  obere  Abteilung  mit  Emscher  und 
Santonien  (Marsupiten)  als  Trichinopoly-Gruppe 
bezeichnetwird.  Dietransgressive  Ariyalur- Gruppe 
lieferte  eine  europaähnliche  M. -Fauna  (Crania 
ignabergensis).  Bei  Pondicherry  beginnt  die 
Kreide  mit  transgredierendem  M.  (Valudayur- 
Gruppe,  Trigonoarca  -  Gruppe .  Nerineen- 
Schichten"). 


Auf  Japan  ist  Ukr.  vertreten  durch  Wealden- 
bildungen  der  Ryosekigruppe  mit  Pflanzen,  je- 
doch ohne  Laubhölzer;  auf  Hokkaido  beginnt  die 
marine  Entwickeluiig,  ähnlich  wie  auf  Sacchalin, 
mit  C.  mit  Orbitolina  concava,  und  endigt  mit 
tonigem  S.,  in  dem  3  Horizonte  durch  Acantho- 
ceras, Scaphites,  Parapachydiskus  bezeichnet 
werden;  die  Fauna  gleicht  der  südindischen 
des  S.  Das  gleiche  gilt  vom  S.  auf  Borneo.  — 
In  Nordasien  beginnt  die  Kreide  mit  V.  und 
zeigt  borealen  Charakter  durch  Funde  von 
Polyp tychites,  Aucellen,  Craspedites,  Cylindro- 
teuthis ;  eine  Meeresverbindung  bestand  mit  Nord- 
rußland (Petschorabecken,  Nowaja  Semlja,  Ob- 
Jenessei-Amurbecken). 

4.  Australien.  Im  malayischen  Archipel 
ist  Kreide  verschiedenen  Alters  von  mehreren 
Inseln,  so  von  Sumatra,  Java,  Buru  bekannt, 
was  ihre  erhebliche  Verbreitung  ankündigt. 
In  Australien  bedeckt  sie  weite  Strecken  mit 
den  Rolling  Down  beds  (Queensland),  deren 
Alter,  wohl  Ukr.  und  Mkr.,  und  Fauna  mit 
Inoceramen,  Aucellen,  Crioceraten,  Dinosauriern, 
noch  wenig  erforscht  ist;  der  Desert  Sandstone 
liegt  diskordant  über  ihnen.  Auf  Neuseeland 
und  Neukaledonien  wurden  Pflanzenschichten 
des  C.  gefunden,  während  die  transgressive  Okr. 
wie  in  Neuguinea  marin  ist. 

5.  Nordamerika.  Die  Kreide  der  Ostküste 
der  Vereinigten  Staaten  in  Neujersey,  Dela- 
ware, Maryland,  Virginia  gliedert  sich  in  1. 
Potomacformation  der  Ukr.;  sie  ist  fluviatiler 
Natur  und  ruht  auf  triasischem  oder  kristallinem 
Untergrunde.  Neben  Reptilresten  enthält  sie 
eine  reiche  Flora  aus  Cykadeen,  Coniferen  und 
den,  wie  bisher  angenommen,  ältesten,  sonst  nur 
in  jüngeren  Schichten  vorkommenden  Laub- 
hölzern; ihre  untere  Abteilung  birgt  diese  jedoch 
wie  der  Wealden  noch  nicht,  sondern  erst  die 
jüngere  dem  G.  entsprechende.  2.  Raritan, 
terrestrisch  und  von  der  Potomacformation 
durch  Diskordanz  getrennt  =  G;  3.  Cliffwood 
beds  =  C;  4.  Matawan  und  Monmouth  =  S, 
letzteres  mit  Belemnitella  mucronata;  5.  Ranco- 
cas  und  Manasquan  =  D.  Die  jüngeren  Stufen  be- 
stehen aus  glaukonitischen  marinen  Tonen  und 
Sauden  und  enthalten  eine  der  nordeuropäischen 
ähnliche,  aber  häufig  unter  anderen  Namen 
beschriebene  Fauna.  —  Eine  terrestre  Facies  der 
Ukr.  mit  Landpflanzen  findet  sich  im  Missis- 
sippibecken als  Tuscaloosaformation  und  in 
Montana  als  Kootanie-Schichten. 

In  Texas  und  den  Nachbarstaaten  wie  Süd- 
kansas, Neumexiko,  Arizona  werden  folgende 
Stufen  (a)  unterschieden,  denen  die  entsprechen- 
den des  Innern  der  Vereinigten  Staaten  (b) 
hier  beigefügt  sind: 


a)  Trinity-Gr. 

b) 

=  Ut5r 

Frederiksburg- Gr. 

=  G. 

Washita-Gr. 

Dakota -Gr. 

=  0. 

Eagle-Ford-Gr. 

Colorado-Gr. 

(Benton) 

=  T. 

Kl-,  von  Austin 

Colorado-Gr. 

(Niobrara) 

=  S. 

Möntana-Gr. 

=  M. 

Laramie-Gr. 

=  D. 

Die  Trinity-Gr.  entspricht  einer  allmählichen 
Transgression'  über  paläozoischen  Untergrund; 
der  Horizont  von  Glenrose  führt  unten  in  reicher 
Flora  noch  keine  Dikotyledonen,  oben  Rudisten, 


1006 


Kreideformation 


Orbitolincn  und  andere  Fossilien  mediterraner 
Entwickeliing,  die  mit  solehen  aus  dem  A. 
Spaniens  und  Portugals  übereinstimmen.  In  der 
Frederiksburg-Gr.  sind  Rudisten  wie  Requienia 
Mouopleura,  Caprina  in  zoogenen  Kalken  reich 
vertreten,  in  der  Waübita-ür.  die  cenomanen 
Ammoniten  Ar.  rhotoinagense  und  Mantelli, 
in  der  Eagle-Gr.  Prionotropis  Woolgan".  Die 
Kreide  von  Anstin  gleicht  der  weißen  Europas  mit 
Inoceramen,  Rarroisiceras  ]Iaberfellneri,  Morto- 
niceras  texanum  uiul  reicht  nur  bis  zum  Campa- 
]iicn.  —  Im  Innern  der  Vereinigten  Staaten 
(Kansas.Xebraska,  Dakota.  Felsengebirge)  erfolgt 
in  der  Jlkr.  eine  große  Transgression,  mit  der 
europäische  Typen  einwandern.  Zum  Teil 
gefaltet,  liegen"  ihre  zunächst  terrestren,  dann 
marinen  Sedimente  auf  Ukr. ,  .Jura  und 
ä,lteren  Schichten.  Die  pflanzenreiche  Dakota-Gr. 
wird  abgelöst  von  der  marinen  Colorado-Gr.,  in 
deren  Renton-Sch.  Austern,  Inoceramen  (labia- 
tus)  und  europäischen  ähnliche  Ammoniten 
häufig  sind,  während  die  Niobrara-Sch.  eine  wich- 
tige Fauna  enthalten  mit  Uintacrinus  socialis 
(=  westfalicus  Europas),  mit  Fischen,  Pythono- 
morphen,  Sauropterygiern,  zahnlosen  Ptero- 
sauriern  wie  Pteranodon,  Vögeln  mit  Zähnen  wie 
Hesperornis,  Ichthj'ornis.  Nach  geringer  Meeres- 
schwankung folgt  die  marine  Montana-Gr. 
(Fort  Pierre  Seh.  mit  Mosasaurus  und  Fox 
Hill  Seh.),  über  dieser  die  mächtige  Laramie- 
formation,  eine  Rrack-  und  Süßwasserbildung 
mit  Rraunkohlenlagern,  sich  am  Ostabhang  des 
Felsengebirges  von  Canada  bis  Mexiko  er- 
streckend. Auf  ihr  liegt  Tertiär  in  gleicher  Aus- 
bildung; doch  sind  die  Triceratops  beds  mit 
großen  Dinosauriern  und  Resten  kleiner  Säuger 
noch  zur  Kreide  zu  stellen. 

Zu  erwähnen  sind  die  Como  beds  (=  Morrison- 
formation), eine  Rinnenseeablagerung  in  Dakota, 
Colorado  aus  der  Grenze  von  .Jui"a  zu  Kreide 
mit  den  wohl  erhaltenen  Resten  der  großen 
Dinosaurier  Diplodocus,  Rronto-,  Cerato  ,  Stego- 
saurus. 

In  Canada  finden  sich  im  Felsengebirge, 
in  Manitoba.  Saskatchewan  bis  zur  Makenzie- 
mündung  als  Fortsetzung  aus  den  Vereinigten 
Staaten  Vertreter  der  Dakota-  und  Colorado-G., 
über  ihnen  mit  der  Laramieformation  verwandte 
Bildungen  der  Belly  River-Gr. 

An  der  Westküste  Nordamerikas  kommt 
Kreide  vor  in  Alaska,  Britisch-Kolum- 
bien  und  Kalifornien,  gekennzeichnet  durch 
boreale  Typen  wie  Aucella,  Polyptychites, 
Cylindroteuthis.  Die  Aucellen-Sch.  von  Alaska 
und  Kolumbien  sind  wenig  bekannt,  besser 
die  Ukr.  der  Charlotteinseln;  Fortsetzung 
dieses  Vorkommens  sind  die  Knoxville-Sch.  des 
kalifornischen  Küstengebirges  mit  großem  Aucel- 
lenreichtnm.  Ueber  ihnen  liegen  die  mittel- 
kretazischen  Horsetown-Sch.  mit  einer  mehr 
mediterranen  Fauna  bei  indischen  Anklängen 
(Gaudryceras  Sacya),  und  die  oberkretazischen 
mächtigen  Chico-Schichten. 

6.  Mittel-  und  Südamerika.  In  Nord- 
mexiko gleicht  die  Ukr.  der  Trinity-Gr. 
von  Texas,  während  im  Süden  (Puebla)  sich 
eine  mediterrane  pelagische  Fauna  mit  Holco- 
.stephanus,  Berriasella  geltend  macht.  In  der 
Mkr.  sind  organogcne  imd  Rudistenkalke  häufig; 
die  Okr.  ist  ebenfalls  neritisch.  —  In  Süd- 
amerika fehlt  Ukr.  der  Üstküste;  sie  ist  dagegen 


nachgewiesen  von  Venezuela  südw^ärts  an  der  West- 
küste bis  Patagonien,  fast  überall  mit  mediterranen 
Anklängen.  So  führt  in  Kolumbia  das  B. 
Pulchellien  und  Parahopliten,  das  A.  Parahopl. 
Milletianus  und  Douv.  Martini.  In  Peru  beginnen 
wealdenartige  Bildungen  mit  Kohlen  ohne 
Laubhölzer  die  Ukr..  In  den  chilenisch- 
argentinischen  Anden  ist  die  Schichtfolge 
fast  vollständig,  überall  reich  an  Muscheln, 
ärmer  an  Ammoniten,  unter  denen  H.  noricus 
und  Berriascllen,  vor  allem  Polyptychites  nnil 
Simbirskites  als  boreale  Typen  zu  nennen 
sind.  Die  Ukr.  von  Patagonien  (Belgrano 
beds  zum  Teil)  enthält  eine  eigenartige  Fauna 
mit  Holcostephanus,  Streblites,  Neocomites, 
Leopoldia,  Hatchericeras.  —  G.  wird  erwähnt  aus 
der  Kordillere  von  Merida  und  Bogota,  aus  Peru, 
seltener  das  C.  (in  Peru  mit  vielen  Anklängen 
an  die  afrikanisch-sj'rische  Facies)  und  das  T.  — 
Aus  der  Okr.  sind  zu  nennen  die  diskordant  auf 
ältere  Gesteinen  ruhenden  Schichten  des  ]\I.  der 
Insel  Quiriquina  in  C hil e  mit  Phylloceras, Gaudry- 
ceras, Kossmaticeras,  Baculites  und  engen  Be- 
ziehungen zur  indischen  Valudayur-  und  kali- 
fornischen Chico-Gr.  Ferner  gleichaltrige  Seh. 
in  Patagonien  mit  ähnlichen  Beziehungen,  wo 
zur  Okr.  zum  Teil  die  im  Innern  weit  ver- 
breitete Guaranische  Formation  gehört.  —  In 
Brasilien  ist  Mkr.  vertreten  (Sergipe),  ent- 
sprechend der  mittelkretazischen  Transgression 
des  Atlantischen  Ozeans  über  die  brasilische 
Masse;  ebenso  Okr.  (Pernambuco).  Die  Fauna 
nähert  sich  den  europäischen. 

7.  Polargebiete.  Marine  Kreide  findet  sich 
auf  König-Karlsland  mit  Aucellen,  auf  Spitz- 
bergen, in  Üstgrünland  mit  Aucellen  und 
Simsbirskiten;  in  Westgrönland  kommen  Weal- 
denbildungen  vor.  Terrester  ist  hier  auch  die 
Mkr.  ausgebildet  mit  der  Kome-  und  Atane- 
flora;  die  bereits  senone  Patootflora  enthält 
viele  Laubhölzer  und  marine  Lagen  mit  Formen 
des  M.  der  Vereinigten  Staaten.  —  Auf  Graham - 
land  beginnt  die  Mkr.  mit  Gault  (Desm.  lati- 
dorsatum).  Fossilreich  ist  das  S.,  dessen  Fauna 
(Kossmaticeras,  Gaudryceras)  nahe  verwandt 
zu  Südindien  und  Südamerika  ist. 

5.  Paläogeographie.  Faunenprovinzen. 
Klima.  Die  Verteilung'  von  Land  und  Meer 
während  der  älteren  Stufen  der  Kreidezeit 
nähert  sich  stark  der  im  Jura.  Die  jüngeren 
Sttifen  dagegen  lassen,  trotz  der  verschiedenen 
hier  vor  sich  gehenden  Transgressionen  in 
vielen  Teilen  der  Erde,  engere  Beziehungen 
zu  den  heutigen  Meeresbecken  und  Konti- 
nenten erkennen.  Unter  letzteren  sind,  trotz 
wechselnden  Umfangs  und  Zusammenhangs, 
vier  große  Massen  zu  nennen,  abgesehen 
von  dem  wenig  bekannten  antarktischen 
und  den  pazifischen  Kontinenten. 

1.  Der  Angarakontinent,  Asien  voji 
Japan  und  China  bis  Sibirien  ohne  das  süd- 
liche Zentralasien  (Persien)  umfassend,  eines 
der  festesten  Stücke  der  Erdrinde,  das 
während  der  Kreidezeit  ntir  geringe  und 
kurze  Uebcrflntnngen  erfuhr.  Er  wnrde  im 
Norden  vom  borealen  Meere  begrenzt,  ebenso 
wie  der  folgende.  2.  Der  Nordatlantische 
Kontinent.       Europa    und    Nordamerika 


Ivi'eidelorination 


1007 


hingen  zusammen,  zerfielen  jedoch  wieder  in 
mehrere  größere  Ländergmppen.      Ersteres 

war  vom  Angaralande  durch  einen  im  Osten 
des,  eine  gewisse  Selbständigkeit  besitzenden 
finnisch-skandinavischen  Schildes  über  das 
Petschoraland  und  Nowaja  Semija  verlaufen- 
den, in  der  Mkr.  verschwindenden  Meeres- 
arm getrennt.  Die  Westgrenze  des  Konti- 
nents war  ungefälu'  durch  die  Lage  des  Felsen- 
gebirges gegeben.  Die  jüngeren  Ueberflu- 
tnngen  brachten  hier  große  Veränderungen, 
die  sich  sowohl  an  den  alten  Gebirgskernen 
Europas  (spanische  Meseta,  Zentralplateau, 
Ardennen,  böhmische  Masse)  wie  im  Innern 
Nordamerikas  (Mississippibecken)  äußerten. 
Dagegen  zeigen  sich  Rückzugserscheinungen 
in  Grönland,  Spitzbergen.  3.  Der  Afriko- 
brasilische  Kontinent.  Zu  ihm  zählen 
Südamerika,  das  von  Nordamerika  getrennt 
war,  und  Afrika.  In  der  Ula\  über  den 
Atlantischen  Ozean  hinweg  verbunden,  dürfte 
sich  ihr  Zusammenhang  von  der  Mkr.  ab  ge- 
löst haben,  ohne  indes  ganz  zu  verschwinden. 
Jüngere  Transgressionen  überfluteten  die 
Ränder  des  heutigen  Südamerika  und  Afrika 
und  drangen  auch  im  Gebiete  des  sich  ver- 
größernden Atlantischen  Ozeans  an  den 
Küsten  Brasihens  und  Westafrikas  vor.  Im 
Innern  Nordafrikas  (Sahara-Sudan)  breitete 
sich  ein  seichtes  Meer  aus.  Die  Westgrenze 
des  Kontinents  lag  landeinwärts  der  Küste 
des  heutigen  Pazifischen  Ozeans,  die  jungen 
Faltengebirge  Südamerikas  waren  Meer ;  seine 
Ostküste  war  gegeben  fast  durch  die  heutige 
Ostküste  Afrikas;  Madagaskar  war  bereits 
vomFestlande  getrennt.  4.  Derlndoaustra- 
lische  Kontinent  umfaßte  Südindien.  Mada- 
gaskar, Teile  der  Malaiischen  Inseln  und 
Australien,  die  aber  mannigfach  überflutet 
worden  sind.  Aehnlich  wie  bei  den  zwei 
letztgenannten  sind  erst  in  jüngerer  Zeit 
(Tertiär)  große  Laudstücke  eingebrochen, 
die  die  Verbindung  zwischen  seinen  Haupt- 
teilen vermittelten. 

Zwischen  den  nördlichen  Landmassen 
des  Angara-  oder  Sinosibirischen  und  des 
Nordatlantischen  Kontinents  einerseits,  den 
südhchen  des  Afrikobrasilischen  und  Indo- 
australischen (und  südpazifischen?)  anderer- 
seits verlief  von  Ost  nach  West,  ähnlich  wie 
im  älteren  Mesozoikum,  das  mesozoische 
große  Mittelmeer  während  der  ganzen 
Kreidezeit  in  Form  einer  Geosynklinale, 
wenn  auch  mit  verschiedenen  Schwaiü^ungen 
seiner  Küsten.  Diese  verliefen  in  der  Ukr. 
folgendermaßen.  Das  Nordufer  zog  durch  die 
himalajische  Faltungszone,  Persien,  den 
Kaukasus,  die  Krim,  über  den  nördlichen 
Rand  der  Karpathen  und  Alpen,  den  süd- 
lichen Schweizer  Jura,  durch  das  Rh(ine- 
becken,  Südspanien,  entlang  dem  Südrande 
des  Nordatlantischen  Kontinents  nach  Texas, 
Nordamerika  und   Kalifornien.      Das   Süd- 


ufer verlief  in  Südamerika  durch  Kolumbien, 
Venezuela,  nach  der  Insel  Trinidad,  von  da 

am  Nordrande  des  Afrikobrasiliam'schen 
Kontinents  entlang  nach  Nordafrika,  hier  süd- 
lich des  Atlasgebirges  und  —  die  Küstenlinie 
wird  unsicher  —  unter  Umgehung  von 
Aegypten,  der  arabischen  Halbinsel  und 
Kleinasiens  wieder  durch  Persien  nach  Süd- 
indien. Einzelne  Inseln  unterbrachen  seine 
Fläche,  so  die  spanische  Meseta,  Sardinien 
und  Korsika,  Mazedonien,  Kleinasien,  die 
Antillen.  Es  diente  in  hervorragendem  Maße 
der  Wanderung  seiner  marinen  Faunen,  die 
wir  von  Amerika  über  die  Antillen,  das 
heutige  Mittelmeer,  Indien  bis  in  den  Malai- 
ischen Archipel  und  weiter  nach  Osten  ver- 
folgen können,  wenn  auch  bald  stärker, 
bald  schwächer  ausgeprägt. 

Außerdem  bestand  ein  arktisches  und 
ein  antarktisches,  die  Antarktis  umgeben- 
des Meer,  über  die  wenig  bekannt  ist,  und 
ein  pazifischer  Ozean,  der  in  Form  einer 
Geosynklinale  eine  irgendwie  gestaltete  pa- 
zifische Landmasse  umrandete.  Neben  ihm 
beansprucht  ein  indischafrikanisches 
Meer  eine  gewisse  Selbständigkeit.  Zwischen 
allen  diesen  und  dem  Mittelmeer  bestanden 
verbindende  Meeresstraßen.  So  vermittelte 
im  Osten  Afrikas  während  der  ganzen  Kreide- 
zeit eine  Meeresstraße  über  Ostafrika,  West- 
madagaskar und  Südafrika  zwischen  Mittel- 
und  antarktischem  Meere. 

Die  diese  Meere  bevölkernden  Faunen 
(die  Landfaunen  können  noch  nicht  in  Be- 
tracht gezogen  werden)  lassen  einzelne 
Faunenreiche  unterscheiden.  In  der  Ula*. 
steht  eine  boreale  Provinz,  gekennzeichnet 
durch  das  Fehlen  von  Orbitolinen,  Riff- 
korallen, Rudisten,  durch  das  Vorkommen 
von  Aucellen,  bestimmten  Ammoniten  wie 
Polyptychites,  Simbirskites,  einer  mediter- 
ranen Provinz  gegenüber.  Diese  führt  in 
neritischer  Facies  Orbitolinen,  Korallen,  Ru- 
disten, in  ihrer  bathyalen  Lytoceratiden, 
Phylloceratiden,  Pulchellia.  Die  mediterrane 
Fauna  bevölkert  das  große  ^Mittelmeer  in 
seiner  oben  gekennzeichneten  Ausdehnung. 
In  diesen  beiden  Provinzen  gemeinsam  vor- 
kommende Typen  wie  Holcostephanus,  Para- 
hoplites  sprechen  für  Verbindungen,  die  sich 
nach  den  geographischen  Verhältnissen  in 
den  einzelnen  Stufen  verschieden  schwierig 
gestalteten  (so  in  Europa  im  B.  fast  unter- 
bunden, im  A.  wieder  frei  waren).  Eine 
weitgehende  Mischung  von  borealen  und 
mediterranen  Elementen  erfolgt  nur  im 
Westen  von  Nordamerika,  wo  südliche  nacli 
Norden,  nördliche  weit  nach  Süden  wandern. 
Neben  diesen  beiden  bestand  als  dritte  wohl 
eine  südliche  Provinz,  die  Charaktertypen 
im  Bereiche  des  afrikanisch-indischen  Meeres 
(Trigonien),  in  Patagonien  enthielt. 
'       In  der  Mkr.  ist  kräftig  ausgeprägt  allein 


1008 


Kreideformation 


die  mediterrane  Faunenprovinz  mit  ihren 
seilen  genannten  Elementen,  während  die 
sich  nördlich  und  südlich  anschließen- 
den Provinzen  nur  durch  deren  Fehlen  ge- 
kennzeichnet werdeii.  Erstere  ist  wie  in  der 
Ukr.  über  das  ganze  Mittelmeer  zu  verfolgen. 
Sie  besteht  auch  in  der  Okr.  mit  den  gleichen 
Merkmalen.  Nördlich  von  ihr  findet  sich ' 
eine  durch  die  Schreibkreide  und  durch 
Actinocamax.  Belemnitella,  Ananchytes,  Cra- 
nia,  Trigonosemus  ausgezeichnete  Provinz. 
Im  Bereiche  des  Pazifischen  Ozeans  lebt  eine 
indischpazifische  Fauna  (mit  Koss- 
maticeras). 

Die  Verteilung  der  Fauna  ist  durch  klima- 
tische Ursachen  bedingt;  die  sich  überwiegend 
von  Nord  nach  Süd  anreihenden  Faunen- 
provinzen sprechen  für  eine  klimatische 
Differenzierung  während  der  Kreide- 
zeit. Die  mediterrane  Provinz  mit  den  ihr 
eigenartigen  Elementen,  die  sich  in  den 
gleichen  Breiten  über  die  Erde  finden, 
spricht  für  einen  warmen  Klimagürtel.  An 
diesen  schlössen  sich  kühlere,  aber  nach  den 
Floren  in  Grönland  zu  urteilen,  keineswegs 
kalte  Gürtel  an.  Die  Grenzen  dieser  Gürtel 
greifen,  soweit  sie  durch  marine  Faunen  nach- 
weisbar sind,  durch  Meeresströmungen  viel- 
fach ineinander  über. 

6.  Bewegungen  der  Erdkruste.  Vulka- 
nische Erscheinungen.  Epirogenetische 
Bewegungen  der  Erdkruste,  zum  Teil  ge- 
steigert zu  orogenetischen,  sind  in  der  Kreide- 
zeit äußerst  zahlreich  und  weit  verbreitet. 
Seichterwerden  des  Meeres  infolge  aufstei- 
gender Bewegungen  von  Krustenteileu  findet 
sich  in  vielen  Gebieten  des  großen  Mittel- 
meeres dort,  wo  sich  zwischen  pelagische 
Absätze  solche  neritischer  oder  litoraler  Ent- 
stehung einschalten.  So  fehlt  in  Nordafrika 
häufig  das  Turon  oder  ist  durch  neritische 
Rudistenschichten  vertreten.  Schichten- 
lücken stellen  sich  in  bestimmten  Phasen 
der  Kreidezeit  im  Bereich  von  Alpen  und 
Pyrenäen  ein.  Durch  Meeresregression  ist 
in  weiten  Gebieten  der  Erde  die  Wende  von 
Jura  zu  Kreide  ausgezeichnet.  — ^Bewegungen 
im  transgressiven  Sinne  treten  in  größtem 
Maßstabe  ein  in  der  Mkr.  und  Okr.  im  Be- 
reiche des  Afrikobrasilischen  Kontinents 
mit  Ingressionen  des  Atlantischen  Ozeans; 
im  Innern  Nordafrikas,  wo  über  Sahara  und 
Sudan  sich  das  große  Mittelmeer  mit  dem 
Atlantischen  Ozean  verband;  in  Mittel-  und 
Nordeuropa  durch  Ucberflutung  der  böh- 
mischen, der  skandinavischen  Masse;  in 
Nordamerika  durch  Ucberflutung  vom  Missis- 
sippi- bis  zum  Makenziebecken. 

Gebirgsbildende  Bewegungen  sind  nach- 
gewiesen in  den  Westalpen,  Südalpen,  in 
den  nördlichen  Ostalpen  (wo  kräftige  Fal- 
tung zwischen  Aptien  und  Cenomen  eintrat). 
Der  Deckenbau  der  Alpen  leitet  sich  bis  in 


die  Kreidezeit  zurück.  Aehnliches  gilt  für 
die  Karpathen  und  den  Westen  Nordamerikas. 
In  Mitteleuropa  (Norddeutschland)  sind  ver- 
schiedene Bewegungsphasen  aus  der  Kreide 
bekannt  (saxonische  Faltung). 

Vulkanische  Erscheinungen  sind 
nicht  zahlreich;  in  größtem  Stile  finden  sie 
sich  in  Indien,  wo  der  300000  qkm  bedeckende 
Dekkan-Trapp  seit  dem  Cenoman  gewaltige 
Decken  bildete.  In  den  Pyrenäen  haben 
granitische,  syenitische  und  Iherzolithische 
Magmen  Ivreidegesteine  kontaktmetamorph 
beeinflußt.  In  Kleinasien  scheint  die  Okr. 
reich  an  basischen  Eruptivdecken  zu  sein. 

7.  Nutzbare  Ablagerungen.  An  solchen 
ist  die  Kreide  nicht  reich;  wichtig  sind  vor 
allem  Kohlen.  Im  Wealden  Norddeutsch- 
lands kommen  am  Teutoburger  Wald,  am 
Nordabhang  des  Wesergebirges,  am  Deister 
und  Osterwald  wertvolle  Steinkohlenflöze 
vor;  ihre  Kohle  ist  meist  aschenreich  und  ent- 
hält 85  bis  88%  Kohlenstoff.  Andere  Kohlen- 
flöze der  deutschen  Kreidezeit  (Quedlinburg, 
Regierungsbezirk  Liegnitz)  sind  ohne  Bedeu- 
tung. —  Kohlen  finden  sich  weiter  in  Spanien 
(Lignitlager  von  Terruel,  Gault),  in  verschie- 
denen Gebieten  Südamerikas,  z.B.  in  Peru,  in 
Neuseeland  (?  Kreide).  —  Die  größten  Koh- 
lenlager weist  der  Westen  der  Vereinigten 
Staaten  auf,  wo  sie  nach  Schätzungen  eine 
enorme  Ausdehnung  erreichen.  Flöze  enthält 
die  untere  &eide,  so  in  Montana  und  Süd- 
dakota, wie  die  obere,  diese  aber  die  wich- 
tigsten, besonders  in  der  Laramieformation. 
Die  Kohle  variiert  zwischen  Lignit  und 
Anthrazit;  letzterer  ist  auf  den  Kontakt  an 
Intrusivgesteinen  beschränkt.  Die  Flöze 
werden  6  bis  10  m  mächtig,  sind  leicht  aus- 
beutbar, werden  aber  nur  für  lokalen  Bedarf 
abgebaut.  Die  Gesamtmasse  der  Kohle  soll 
der  des  nordamerikanischen  Karbon  nicht 
nachstehen,  wenn  auch  ihr  Wert  ein  geringerer 
ist.  Bedeutungsvoll  sind  die  Kohlenfelder 
vonWyoming,  Montana,  Nord- und  Süddakota, 
Colorado. 

An  anderen  nutzbaren  Vorkommen  sind 
zu  nennen:  die  weiße  Kreide,  die  zu  Schreib- 
kreide und  weißen  Farben  verarbeitet  wird, 
feuerfeste  Tone,  Erdöl  (in  Texas)  und  Asphalt, 
Bauxit  (Italien,  Frankreich),  Phosphat  (Nord- 
frankreich, Belgien);  Feuersteine. 

Erze  sind  selten.  Eisenerze  finden  sich 
in  Deutschland  bei  Salzgitter  (als  oolithisches, 
konglomeratisches,  phosphorreiches  Braun- 
eisen mit  37%  Erz)  und  bei  Peine.  Ferner 
bei  Amberg  in  Bayern  (Braun-,  auch  Spat- 
eisen). Bei  Bilbao  in  Spanien  enthalten  Kalke 
der  Ukr.  schon  seit  dem  Altertum  aus- 
gebeutete Rot-  und  Spateisenerze. 

Literatur.  IV.  Kllian,  LHhaea  geognostica. 
IL  Teil:  3Iesozoikum.  III.  Band:  Kreide. 
1.,  2.  und  3.  Lieferung.  Stuttgart  1907,  19l(i 
und  191S.     (Mit  LüeraturangabenJ.  —  E.  Hatig, 


Kreideformation  — ■  Kreislauf  des  Blutes 


1009 


Traitc  de  Gfologie.  II. ;  Leu  Pcriodes  (jvologiques. 
Periode  crhacee.  Paris  1911.  (Mit  Literatur- 
angaben.) —  E.  Kayser,  Lehrbuch  der  geo- 
logischen Formationskundc,  5.  Aufl.,  S.  486  bis 
507.  Stuttgart  1913.  —  27».  Chaniberlin  und 
R.  Salisburg,  Geology.  Bd.  III ;  Comanchean 
Pcriod,  Cretaceous  Period,  S.  106  bis  190.  London 
1906. 

E.  Krenkel. 


Kreislauf  des  Blutes. 

Physiologie  des  Kreislaufes. 

I.  Allgemeines  über  den  Kreislauf.  IL  Die 
Physiologie  des  Herzens.  A.  Die  Mechanik  des 
Herzens.  1.  Die  Formveränderungen  des  Herzens. 

2.  Die  Herzklappen.  3.  Die  Herztöne.  4.  Der 
intrakardiale  Druck.  5.  Der  HerzstoB.  6.  Die 
Füllung  des  Herzens  bei  der  Diastole.  7.  Die 
Kraft  und  Arbeit  des  Herzens.  B.  Die  physio- 
logischen Eigenschaften  des  Herzmuskels.  1. 
Das  Elektrokardiogramm.  2.  Die  Ernährung  des 
Herzens.  3.  Die  künstliche  Reizung  des  Herzens. 
4.  Die  rhythmische  Fähigkeit  der  einzelnen  Herz- 
abteilungen. 5.  Die  Fortpflanzung  der  Erregung 
durch  das  Herz.  6.  Die  Automatie  des  Herzens. 
C.  Die  Herznerven.  1.  Die  hemmenden  Herz- 
nerven.     2.   Die   beschleunigenden   Herznerven. 

3.  Die  zentripetalen  Herznerven  und  die  Herz- 
reflexe. 4.  Die  Frecjuenz  der  Herzschläge.  III. 
Die  Strömung  des  Blutes  in  den  Gefäßen.  A. 
Hydraulik  des  Kreislaufes.  1.  Der  Blutstrom 
in  den  Arterien  im  allgemeinen.  2.  Druck  und 
Geschwindigkeit  des  Blutes  in  den  Arterien. 
3.  Der  Arterienpuls.  4.  Der  Blutstrom  in  den 
Kapillaren.  5.  Der  Blutstrom  in  den  Venen.  6. 
Der  Lungenkreislauf.  B.  Die  Innervation  der 
Gefäße.  1.  Die  gefäßverengenden  Nerven. 
2.  Die  gefäßerweiternden  Nerven.  3.  Die  Gefäß- 
reflexe und  die  Zentren  der  Gefäßnerven.  4. 
Die  Einwirkung  innerer  Sekrete  auf  den  Kreis- 
lauf. 5.  Allgemeines  über  die  Blutverteilung  im 
Körper. 

I.  Allgemeines  über  den  Kreislauf.        j 

Bei  der  Verbrennung,  die  überall  im 
Körper  stattfindet,  werden  sowohl  die  brenn- ; 
baren  Stoffe  als  auch  der  zur  Unterhaltung 
der  Verbrennung  notwendige  Sauerstoff  un- 
unterbrochen verbraucht  und  gleichzeitig 
eine  Menge  Zersetzungsprodukte  gebildet. 
Infolgedessen  würden  die  Organe  bald  des 
nötigen  Brennmaterials  und  des  Sauerstoffs 
ermangeln  und  dalier  gezwungen  werden, 
auf  Kosten  ihrer  eigenen  Substanz  die  für 
das  Leben  notwendigsten  Vorgänge  zu  unter- 
brechen. Außerdem  würden  die  sich  in 
immer  größerer  Menge  sammelnden  Zer- 
setzungsprodukte auf  die  Organe  eine  schnell 
eintretende  schädliche  Wirkung  ausüben. 
Auf  Grund  dieser  beiden  Umstände  müßten 
daher  die  Organe  innerhalb  einer  verhältnis- 
mäßig kurzen  Zeit  zugrunde  gehen. 

Dem  wird  indessen  dadurch  vorgebeugt, 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  Y. 


daß  durch  alle  Teile  des  Körpers  eine  Flüssig- 
keit, das  Blut,  ununterbrochen  hindurch- 
strömt und  den  Organen,  was  sie  an  Brenn- 
material und  Sauerstoff  nötig  haben  bringt, 
sowie  sie  von  den  schädlichen  Produkten  ihrer 
Tätigkeit  befreit. 

Diese  Strömung  findet  bei  den  meisten 
Tierklassen  in  einem  gescldossenen  Röhren- 
system, dem  Gefäßsystem,  statt  und 
wird,  mit  nur  wenigen  Ausnahmen,  durch 
einen  besonderen,  hohlen  Muskel,  das  Herz, 
zustande  gebracht.  Unter  dem  Einfluß  des 
Herzens  wird  das  Blut  in  den  Gefäßen  in 
einen  Kreislauf  getrieben,  in  dem  es 
immer  Avieder  denselben  Weg  von  und  zu 
dem  Herzen  zurücklegt. 

Bei  diesem  Kreislauf  nimmt  das  Blut 
von  den  Verdauungsorganen  die  dort  in 
geeigneter  Weise  umgewandelte  Nahrung 
auf;  während  seiner  Strömung  durch  die 
Kiemen  bezw.  die  Lungen  sättigt  es  sich 
mit  Sauerstoff  und  gibt  die  Kohlensäure  ab; 
sämtlichen  Organen  liefert  es  Brennmaterial 
und  Sauerstoff,  und  aus  sämtlichen  spült 
es  die  Zersetzungsprodukte  aus,  welche  es 
dann  durch  die  Lungen  (Kiemen),  die  Haut 
und  die  Nieren  vom  Körper  abgibt. 

Da  die  anatomischen  Anordnungen  des 
Kreislaufes  bei  den  einzelnen  Klassen  und 
Ordnungen  des  Tierreiches  in  diesem  Werke 
im  Zusammenhang  mit  der  Darstellung 
vom  Baue  der  betreffenden  Tiere  besprochen 
sind,  kann  eine  vergleichende  L^ebersicht 
über  den  Kreislauf  hier  unterbleiben,  und 
ich  beschränke  mich  daher  wesentlich  auf 
die  Darstellung  des  Kreislaufs  bei  den  Säuge- 
tieren. 

Bei  ihnen  ist  das  Herz  (Fig.  1)  durch 
eine  Scheidewand  in  zwei  voneinander 
vollständig  getrennte  Hälften,  eine  rechte 
und  eine  linke,  getrennt.  Jede  Hälfte  besteht 
ihrerseits  aus  zwei  Räumen,  einem  Vorhof 
und  einer  Kammer. 

In  die  Vorhöfe  münden  diejenigen  Ge- 
fäße, in  welchen  Blut  nach  dem  Herzen 
strömt:  von  den  Kammern  gehen  diejenigen 
Gefäße  aus,  in  welche  das  Blut  von  dem 
Herzen  herausgetrieben  wird.  Jene  heißen 
Venen  (Blutadern),  diese  Arterien  (Schlag- 
adern). 

Die  allgemeine  Anordming  des  Ki'eis- 
laufes,  wie  sie  von  Harvey  (1628)  festgestellt 
wurde,  ist  folgende  (vgl.  Fig.  2). 

Das  von  allen  Teilen  des  Körpers  in  den 
Venen  nach  dem  Herzen  strömende  Blut 
gelangt  durch  die  beiden  Hohlvenen  in 
den  rechten  Vorhof  und  von  dort  in  die 
rechte  Kammer.  Die  von  dieser  ausgehende 
Lungenarterie  führt  das  Blut  nach  den 
Lungen,  wo  es  Sauerstoff  aufnimmt  und 
Kohlensäure  abgibt.  Von  den  Lungen  strömt 
das  Blut  durch  die  vier  Lungenvenen 
nach  dem  linken   Vorhof  und  weiter  nach 

64 


1010 


Kreislauf  des  Blutes 


der  linken  Kammer.  Da  die  Scheidewand,  das  Blut  durch  zwei  Kapillarsysteme,  nämlich 
zwischen  den  beiden  Herzhälften,  wie  Servet  1.  die  Kapillaren  in  der  Lunfi;e  und  2.  die 
(1553)  und   Vesalius   (1555)   fanden,   voll-   Kapillaren  im  großen  Kreislauf. 

Das  Blut,  welches  durch  die  Kapillaren 
des  Magens,  der  Därme,  der  Bauchspeichel- 
drüse und  der  Milz  strömt,  läuft  indessen, 


Fig.  1.  Herz  eines  Menschen.  Frontaler  Schnitt, 
von  hinten  gesehen,  a  rechter,  a'  hnker  Vorhof; 
V  rechte,  v'  hnke  Kammer;  s  Vorhofs-,  S 
Kammerscheidewand;  kk  die  Atrio-Ventrikular- 
klappen ;  2'  ar  av'  1  1  av  Aorta  und  die  von  ihr 
ausgehenden  Aeste,  ve  eine  Körpervene;  4'  der 
linke,  4  der  rechte  Ast  der  Lungenarterie,  Ive 
die  linken  Lunffenvenen.     Nach  Boas. 


ständig  undurchdringlich  ist,  führt  der 
einzige  Weg,  auf  welchem  das  Blut  von  der 
rechten  Seite  zu  der  linken  gelangen  kann, 
durch  die  Lungen;  dieser  Abschnitt  des  Kreis- 
laufes, der  zuerst  von  Servet  (1553)  und 
Colombo  (1559)  beschrieben  wurde,  heißt 
der  kleine  Kreislauf. 

Von  der  linken  Kammer  strömt  das  Blut 
in  die  Aorta,  welche  Arterienäste  nach  allen 
Organen  des  Körpers  entsendet  und  sie 
also  mit  Blut  versorgt.  Aus  diesen  sammelt 
sich  das  Blut  wieder  in  den  Venen,  welche 
sich  zu  weiteren  Stämmen  vereinigen  und 
schließlich  als  die  zwei  Hohlvenen  in  den 
rechten  Vorhof  münden. 

Dieser  Abschnitt  des  Kreislaufes  von  der 
linken  Kammer  zu  dem  rechten  Vorhof 
heißt  der  große  Kreislauf  und  wurde 
zuerst   von    Harvey   (1628)    nachgewiesen. 

Der  Uebergang  zwischen  den  kleinsten 
Arterien  und  den  kleinsten  Venen  findet 
durch  Netze  sehr  feiner  Gefäße,  Ka|)illaren, 
statt.  Diese  wurden  von  Malpighi  (1661) 
entdeckt. 

Bei  einem  vollständigen  Kreislauf  strömt 


Fig.  2.  Schema  des  Kreislaufes  bei  den  Säuge- 
tieren, von  der  Rückenseite  betrachtet,  a  linker 
Vorhof:  b  linke  Kammer;  c  rechter  Vorhof;  d 
rechte  Kammer;  e  Lungenkreislauf;  f  Kapillaren 
des  Darmes;  g  Kapillaren  der  Leber;  h  Kapil- 
laren der  unteren  Extremitäten;  i  Kapillaren 
des  Kopfes  und  der  oberen  Extremitäten:  k 
Leberarterie. 


bevor  es  nach  dem  rechten  Vorhof  gelangt, 
durch  noch  ein  Kapillarnetz  und  zwar  in 
der  Leber.  Dieser  Abschnitt  des  Kreislaufes 
wird  als  der  Portalkreislauf  bezeichnet. 

Auch  das  Blut,  welches  durch  die  Leber- 
arterie nach  der  Leber  strömt,  hat  in  diesem 
Organ  zwei  Kapillarnetze  zu  passieren, 
nämlich  1.  die  Kapillaren  in  der  Stütz- 
substanz der  Leber  und  2.  diejenigen  in 
dem  eigentlichen  Leberparenchym,  den 
Leberacini. 

Ebenso  strömt  das  Blut  in  der  Niere 
durch  zwei  Kapillarnetze;  zuerst  durch  die 
Kapillaren,  welche  die  Malpighischen  Gefäß- 
knäuel bilden,  und  dann  durch  die  Kapillaren, 
von  welchen  die  Nierenkanäle  umsponnen 
sind. 

Die  Bewegung  des  Blutes  wird  durch  die 
Tätigkeit    des    Herzens    unterhalten.      Das 


Kreislauf  des  Blutes 


1011 


Herz  ist  im  großen  und  ganzen  nichts  anderes 
als  ein  hohler,  in  vier  Abteilungen  geteilter 
Muskel.  Jedesmal  wenn  sich  eine  dieser  Ab- 
teilungen zusammenzieht,  wird  der  be- 
treffende Hohlraum  kleiner  und  das  darin 
enthaltene  Blut  in  der  soeben  erwähnten 
Richtung  vorwärts  getrieben.  Nach  Ende 
dieser  Zusammenziehung  füllt  sich  der 
Hohlraum  wieder  mit  Blut,  eine  neue 
Zusammenziehung  folgt  usw. 

Die  Zusammenziehung  der  Wände  der 
Herzhöhlen  heißt  Systole,  ihre  Erschlaffung 
und  Ruhe  Diastole. 

II.  Die  Physiologie  des  Herzens. 
A.   Die   Mechanik  des  Herzens. 

I.  Die  Formveränderungen  des  Herzens, 

Die  Wände  des  Herzens  bestehen  aus 
Muskelfasern,  welche  wesentlich  derselben 
Natur  sind  wie  die  Fasern  der  quer- 
gestreiften Skelettmuskeln.  Den  verschie- 
denen Ansprüchen  entsprechend,  welche 
die  einzelnen  Herzabschnitte  zu  erfüllen 
haben,  ist  die  Wand  der  verschiedenen 
Herzhöhlen  vejrschieden  stark  ausgebildet 
(vgl.  Fig.  1). 

Die  iVufgabe  der  Vorhöfe  besteht  einzig 
und  allein  darin,  das  Blut  von  den  ent- 
sprechenden Venen  zu  empfangen  und  es 
nach  der  Kammer  zu  überführen.  Größten- 
teils geschieht  dies  einfach  so,  daß  das 
zurückströmende  Blut  durch  die  Höhle  des 
Vorhofes  ohne  weiteres  nach  den  Kammern 
strömt.  Eine  Weile  vor  dem  Beginn  der 
Kammersystole  zieht  sich  aber  der  Vorhof 
zusammen,  um  die  letzte  Füllung  der  Kammer 
zu  bewirken.  Hierzu  ist  indessen  keine  große 
Anstrengung  vonnöten,  und  dementsprechend 
ist  auch  die  Wand  der  Vorhöfe  ziemlich 
dünn. 

Die  Aufgabe  der  rechten  Kammer,  das 
Blut  durch  den  kleinen  Kreislauf  zu  treiben, 
ist,  angesichts  des  geringen  Widerstandes  im 
kleinen  Kreislauf  (vgl.  unten  III,  A,  6)  viel 
weniger  anstrengend  als  die  von  der  linken 
Kammer  auszuführende  x\rbeit,  durch  welche 
das  Blut  nach  allen  Teilen  des  Körpers  ge- 
trieben werden  soll.  Auch  ist  die  Wand  der 
linken  Kammer  entschieden  viel  dicker  als 
die  der  rechten,  und  diese  kann,  wie  aus  dem 
Querschnitt  Figur  3  ersichthch,  gewissermaßen 
als  eine  Spalte  in  der  rechten  Wand  der 
linken  Kammer  (der  Kammerscheidewand) 
angesehen  werden. 

Bei  der  Systole  verkleinern  sich  die 
Kammern  in  allen  Richtungen  und  streben, 
eine  ganz  bestimmte  Form,  mit  der  Spitze 
etwa  senkrecht  über  die  Basis,  anzunehmen. 
In  der  Diastole  sind  dagegen  die  Kammern 
ganz  schlaff  und  bei  Tieren,  wo  die  Kammer- 
wand nur  dünn  ist,  ist  ihre  Form  gänzlich 
von  der  .Ait  und  Weise  abhängig,  wie  das 


Herz  getragen  oder  unterstützt  wird. 
Schneidet  man  das  Herz  von  einem  Frosch 
heraus  und  hält  es  mittels  einer  Pinzette 
an  den  Vorhöfen,  so  hängt  die  schlaffe  Kammer 
wie  ein  kleines  Säckchen  herab;  legt  man 
das  Herz  auf  ein  Objektglas,  so  liegt  sie 
dort  wie  ein  Blutkuchen  usw. 


Fig.  3.  Quersr-hnitt  durch  ein  vollständig  kon- 
trahiertes menschliches  Herz  an  der  Grenze  vom 
unteren   und   mittleren   Drittel.      Nach   Krehl. 


Bei  dem  Säugetierherzen  mit  dessen  dicker 
Wand  sind  die  durch  Lageveränderungen 
bei  der  Diastole  hervorgebrachten  Ver- 
änderungen in  der  Form  des  Herzens  natür- 
lich nicht  so  groß,  aber  dennoch  deutlich 
nachweisbar. 

Bei  der  Systole  entleeren  sieh  die  Kammern 
wohl  nie  so  vollständig,  daß  ihre  Höhlen  ganz 
verschwinden.  Selbst  bei  einem  durch 
Hineinbringen  in  eine  heiße  Lösung  von 
Kaliumbichromat  zur  maximalen  Kon- 
traktion gebrachten  Kaninchenherzen  kann 
man  immer  noch  in  der  linken  Kammer 
wenigstens  einen  Hohlraum  beobachten. 
Da  die  Kontraktion  hier  ohne  jeden 
Widerstand  stattfindet,  läßt  sich  daraus 
schließen,  daß  im  Leben,  wo  ja  der  zu  über- 
windende Widerstand  immer  ziemlich  be- 
deutend ist,  dasselbe  noch  in  höherem  Grade 
gelten  soll. 

Auch  kann  man  sich  am  bloßgelegten 
Herzen  bei  normal  stattfindender  Zirkulation 
unschwer  davon  überzeugen,  daß  das  V^o- 
lumen  des  Herzens  auf  der  Höhe  der  Systole 
unter  verschiedenen  Verhältnissen  sehr  ver- 
schieden ist,  indem  dasselbe  im  allgemeinen 
um  so  größer  ist,  je  stärker  die  Gefäße  zu- 
sammengezogen sind,  d.  h.  je  größer  der 
von  dem  Herzen  zu  überwindende  Wider- 
stand ist. 

Dasselbe  gilt  auch  in  dem  Falle,  wenn 

64* 


1012 


Kreislauf  des  Blutes 


durch  eine  Transfusion  von  Blut  oder  eine 
andere  an  und  für  sich  unscliiidliclio  Flüssiu- 
keit  in  die  tiefäße  die  Blutmen^a'  des 
Kör})ers  in  einem  erheblicheren  Grade  ver- 
mehrt worden  ist. 

2.  Die  Herzklappen.  Um  vorzubeugen, 
daß  das  Blut  bei  den  Bewegungen  des 
Herzens  einen  falschen  Weg  nehmen  mag, 
und  um  also  zu  sichern,  daß  es  immer  in 
tier  normalen  Richtung  getrieben  werden 
soll,  linden  sich  an  jeder  der  vier  Oeffnungen 
der  Herzkammern,  cl.  h.  zwischen  dem  rechten 
Vorhof  und  der  rechten  Kammer,  zwischen 
dem  linken  Vorhof  und  der  linken  Kammer, 
an  der  Mündung  der  Lungenarterie  wie  an 
der  der  Aorta  Klappen  vor,  welche  in  der 


etwas  gedehnt.  Beim  jetzt  erfolgenden 
Aufhören  der  Vorhof skontraktioji  sinkt  der 
Druck  in  den  Herzhöhlen  etwas  herab,  und 
die  elastisch  gedehnte  Kammerwand  übt 
jetzt  auf  das  in  die  Kammerhöhle  einge- 
schlossene Blut  einen  gewissen  Druck  aus, 
dank  w^elchem  die  Atrioventrikularklappen 
schon  vor  dem  Beginn  der  Kammerkon- 
traktion geschlossen  werden. 

Nun  folgt  die  Kammersystole:  der  dabei 
in  hohem  Grade  gesteigerte  Kammerdruck 
preßt  die  Klap])en  noch  fester  gegeneinander; 
und  zwar  nehmen  ihre  Segel  dabei  immer 
eine  ganz  bestimmte  Lage  ein,  welche 
von  der  gegenseitigen  Länge  der  Sehnen- 
fäden   bestimmt   wird    (vgl.    Fig.    5).      Die 


Pulmonal  is 


Aorta 


links 


Mitralis 


Tricuapidalis 


rechts 


hinten 

Fig.  4.  Die  vier  Herzklappen,  a  anterior;  p  posterior; 
s  sinister;  d  dextcr;  m  medialis.  Die  Schraffierung  gibt  die 
ungef  cähreLage  derPa  pillarmuskeln  an.  Schema  nachN  i  c  o  1  ai. 


Fig.    5.     Schema    der    gestellten 

Atrioventrikularklappen.        Nach 

Krehl. 


Weise  angeordnet  sind,  daß  sie  eine  rück 
läufige  Strömung  des  Blutes  von  den 
Kammern  nach  den  Vorhöfen  bezw\  von  den 
großen  Arterien  in  die  Kammern  vollständig 
verhindern. 

Die  Klappen  zwischen  den  Vorhöfen 
und  Kammern  (die  Arterioventrikular- 
k  läppen)  stimmen  in  ihrem  Bau  sehr  nahe 
miteinander  überein.  Sie  stellen  dünne 
Falten  der  inneren  Haut  des  Herzens  dar 
und  bestehen  rechts  aus  drei  Segeln  (die 
dreizipflige  Klappe)  und  links  aus  nur 
zwei  Segeln  (die  Mitralklappe).  iVn  ihren 
Rändern  uncl  ihrer  gegen  die  Kammerwand 
gekehrten  äußeren  Fläche  sind  sie  mit 
Sehnenfäden  verbunden,  welche  an  den 
aus  der  Kammerwand  hervorragenden 
Papillarmuskeln  befestigt  sind. 

Wenn  sich  die  Vorhöfe  am  Ende  der 
Diastole  zusammenziehen  und  dabei  noch 
etwas  Blut  in  die  schoji  gefüllten  Kammern 
hineinpressen,  wird  der  Druck  daselbst 
natürlich  in  einem  gewissen  Grade  erhöht 
und    die    elastische    Kammerwand    dadurch 


Entfernung  zwischen  den  Klappen  und  der 
Kammerwand  wird  außerdem  noch  durch 
die  Kontraktion  der  Papillarmuskeln  ge- 
regelt. 

Die  an  die  Mündungen  der  großen 
Arterien  gestellten  Klappen  (die  Semilunar- 
klappen)  bestehen  aus  je  drei  taschen- 
förmigen  Segeln,  welche  mit  ihrer  Konkavität 
gegen  die  Lungenarterie  bezw.  die  Aorta  ge- 
stellt sind  (Fig.  4).  Solange  von  den  Arterien 
her  ein  Ueberdruck  wirkt,  liegen  diese  Klappen 
mit  ihren  Rändern  dicht  aneinander  und 
schließen  also  die  Kammern  von  den  Ar- 
terien ab.  Sobald  aber  bei  der  Kontraktion 
der  Herzkammer  der  Druck  in  dieser  höher 
als  der  Druck  in  der  entsprechenden  Arterie 
ansteigt,  weichen  sie  auseinander  und  lassen 
das  Blut  in  die  Arterie  hinausströmen. 

Dabei  legen  sich  die  Klappensegel  in- 
dessen nicht  dicht  an  die  Wand  der  Arterie, 
sondern  schießen  mehr  oder  weniger  weit 
in  die  Lichtung  derselben  hinein. 

Während  des  Offenstehens  der  Klappe 
ist    also    die    arterielle   Münduno;    zu  einem 


Kreislauf  des  Blutes 


1013 


gewissen  Grade  verengt.  Infolgedessen  i 
müssen  beim  Hinausströmen  des  Blutes 
Wirbel  in  der  .Vrterienwurzel  entstehen, 
welche  danach  streben,  die  Klappen  zu 
schließen.  Dies  ist  indessen  ihnen  nicht 
möglich,  solange  noch  ein  Ueberdruck  von 
der  Kammer  her  ausgeübt  wird  und  also 
Blut  aus  ihr  in  die  Arterien  übertritt.  In 
dem  Augenblick  aber,  wo  der  ßlutstrom 
aus  der  Kammer  aufhört,  kommen  die 
Wirbel  zu  ihrem  vollen  Recht,  die  Klappen 
werden  blitzschnell  zusammengeschlagen,  und 
jedes  Zurückströmen  des  Blutes  in  die 
Kammer  wird  verhindert. 

Wenn  das  Herz  dann  in  die  Diastole  über- 
geht,   übt   das    Blut   in    der   Lungenarterie 


Da  jede  Herzkammer  ihren  Muskel  ton 
hat  und  sowohl  die  Klappen  an  der  Aorta- 
wie  die  an  der  Lungenarterienmiiiidung  bei 
ihrer  plötzlichen  Spannung  einen  Ton  ab- 
geben usw.,  finden  sich  eigentlich  vier 
Herztöne  vor.  Es  werden  aber  je  zwei 
gleichzeitig  gehört.  Daraus  läßt  sich  schließen, 
daß  die  Vorgänge  in  den  beiden  Herzliälften, 
denen  die  Herztöne  ihr  Erscheinen  ver- 
danken, gleichzeitig  oder  wenigstens  mit 
einer  geringeren  zeitlichen  Differenz,  als 
von  unserem  Ohr  wahrgenommen  werden 
kann,  stattfinden. 

Die  beiden  Kammern  ziehen  sich  also 
gleichzeitig  zusammen  und  hören  gleich- 
zeitig   mit    ihrer    Kontraktion    auf.       Das 


Fig.  6.     Herztöne   des  Menschen,    1  erster  Ton;  2  zweiter  Ton.    Von  hnks  nach  rechts  zu  lesen. 
Auf  der  Abszisse  bedeutet  1  mm  0,04  Sek.    Die  Herztöne    wurden   unter  Vermitthuig  eines  Mi- 
krophons auf  ein  Saitengalvanometer  übertragen.     IVach  J^inthoven. 


bezw.  der  iVorta  auf  die  Klappen  einen  sehr 
viel  höheren  Druck  als  das  in  den  Kammern 
eingeschlossene  Blut  aus;  dadurch  wird  der 
Schluß  der  Klappen  noch  fester  und  sicherer. 

3.  Die  Herztöne.  Wenn  man  das  Ohr 
an  die  Brustwand  legt,  hört  man  bei  jeder 
Herzperiode  zwei  Geräusche,  welche  als 
erster  und  zweiter  Herzton  bezeichnet 
werden. 

Der  erste  Herz  ton  ist  tief  und  dumpf. 
Er  beginnt  in  der  Regel  gleichzeitig  mit  der 
Kammersystole  und  dauert  etwas  weniger 
lange  als  diese.  Er  ist  in  erster  Linie  ein 
Muskelton,  d.  h.  ein  Geräusch,  das  immer 
bei  der  plötzlichen  Zusammenziehung  eines 
Muskels  auftritt.  Zu  diesem  Muskelton 
gesellen  sich  aber  andere  Töne,  welche 
durch  die  Schwingungen  der  Atrioventrikular- 
klappen bei  ihrem  Schluß,  der  Semilunar- 
klappen  bei  ihrer  Oeffnung  sowie  durch 
Schwingungeii  im  Blute  selbst  entstehen. 
Der  erste  Herzton  ist  also  im  Grunde  eine 
sehr  komplizierte  Erscheinung. 

Der  zweite  Herzton  hat  eine  höhere 
Tonlage  als  der  erste  und  eine  kürzere 
Dauer.  Er  ist  wesentlich  durch  die  Schwin- 
gungen der  Semilunarklappen  bedingt,  da 
diese  durch  das  mit  großem  Ueberdruck 
von  den  Arterien  aus  wirkende  Blut  plötzlich 
gespannt  werden.  Hierzu  dürften  indessen 
auch  Schwingungen  im  Blute  selbst  hinzu- 
kommen. 


Intervall  zwischen  dem  ersten  und  dem 
zweiten  Herzton  stellt  die  Dauer  der  Kammer- 
systole dar;  in  der  Zeit  zwischen  dem  zweiten 
Herzton  und  dem  darauffolgenden  ersten 
findet  die  Diastole  des  ganzen  Herzens 
und  außerdem  noch  die  Systole  der  Vorhöfe 
statt. 

In  der  letzten  Zeit  hat  man  erfolgreiche 
Versuche  gemacht,  um  die  Herztöne  photo- 
graphisch zu  registrieren.  Figur  6  stellt 
eine  solche  von  Einthoven  aufgenommene 
Photographie  dar. 

4.  Der  intrakardiale  Druck.  Um  die 
mechanischen  Leistungen  des  Herzens  quanti- 
tativ verfolgen  zu  können,  ist  es  notwendig, 
die  Druckschwankungen  kennen  zu  lernen, 
welche  in  den  einzelnen  Herzhöhlen  und  in 
den  verschiedenen  Abteilungen  des  Gefäß- 
systems unter  der  Einwirkung  des  Herzens 
vor  sich  gehen. 

Zur  Messung  des  im  Gefäßsystem  herrsehen- 
den Druckes  stellte  Ilales(1733j  die  Arterie  eines 
Pferdes  mit  einem  vertikal  stehenden  Glasrohr 
in  Verbindung  und  bestimmte  die  Höhe,  auf 
welche  das  Blut  darin  anstieg.  Diese  Höhe 
gab  natürhch  den  in  der  betreffenden  Arterie 
stattfindenden  Blutdruck  an. 

Eine  wesentliche  Verbesserung  gewann  dieses 
Verfahren,  als  Poiseuille  (1828)  statt  des  ver- 
tikalen Rohres  ein  mit  (Quecksilber  zu  einer  ge- 
wissen Hülie  gefülltes  U-förmiges  Rohr  (Queck- 
silbermanometer) zu  diesem  Zwecke  be- 
nutzte.    Hier  hatte  das   Quecksilber  den  Blut- 


1014 


Kreislauf  des  Blutes 


druck  zu  tragen  und  da  dessen  spezifisches  Ge- 
wicht etwa  12  mal  so  groß  ist  wie  die  des  Blutes, 
wurde  die  einem  bestimmten  Druck  entsprechende 

Höhe  im  Queck- 


•m « 

Silbermanometer 

f=il 

12    mal   geringer 
als     beim     Rohr 
von  Males. 
Eine       letzte 

J 

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Fig.    7. 

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meter. 

Nacl 

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udwi».          nicht    mehr    ge- 

zwungen ,  den 
Stand  des  Queck- 
silbers im  Manometer  unaufhörlich  abzulesen, 
sondern  hatte  statt  dessen  eine  Kurve,  welche 
in  jedem  Augenblick  den  Stand  des  Quecksilbers 
angab  (vgl.  Fig.  8). 


Wie  die  nähere  Prüfung  des  Quecksilber- 
manometers ergeben  hat,  vermag  dasselbe  indessen 
bei  weitem  nicht,  die  während  einer  Herz- 
periode in  den  Arterien  stattfindenden  Druck- 
schwankungen exakt  anzugeben,  und  was  man 
mit  ihm  erzielt,  ist  im  Grunde  nur  eine  ziemlich 
befriedigende  Bestimmung  des  in  den  Arterien 
herrschenden  mittleren  Druckes  sowie  eine 
Angabe  der  Zahl  der  Herzschläge. 

Wenn  es  aber  gilt,  eine  nähere  Kenntnis  der 
während  einer  Herzperiode  in  den  Arterien  vor- 
kommenden Druckschwankungen  zu  gewinnen, 
versagt  das  Quecksilbermanometer  vollständig, 
und  in  einem  noch  höheren  Grade  ist  dies  be- 
treffend die  in  den  Herzkammern  vorkommenden, 
noch  viel  größeren   Druckvariationen   der  Fall. 

Man  hat  daher  versucht,  ]\Ianometer  zu 
bauen,  bei  welchen  die  wirksamen  ]\Iassen  mög- 
lichst reduziert  werden  würden  und  hat  zu  diesem 
Zwecke  den  Blutdruck,  sei  es  in  den  Arterien 
oder  in  den  Herzhöhlen,  gegen  elastische  Wider- 
stände Arbeit  leisten  lassen. 

Die  ersten  Versuche  in  dieser  Richtung  wurden 
von  Chauveau  undMarey  (1863)  am  Pferde- 
herzen ausgeführt;  die  von  ihnen  erzielten  Kurven 
über  den  Verlauf  der  intrakardialen  Druck- 
schwankungen gehören  immer  noch  zu  den 
allerbesten  Wiedergaben  derselben.  In  der 
folgenden  Zeit  wurden  elastische  Manometer  von 
Fick,  Hürthle  und  anderen  gebaut  und  zum 
Studium  des  Druckablaufes  im  Herzen  kleinerer 
Tiere,  wie  Hunde,  angewendet. 

Einen  bedeutenden  Aufschwung  gewann  die 
Konstruktion  der  elastischen  Manometer  durch 
0.  Frank,  der,  von  den  Arbeiten  Machs  aus- 
gehend, die  Theorie  der  Wellenzeichner  in  der 
eingehendsten  Weise  bearbeitete  und  sie  auf 
^Manometer  der  verschiedensten  Arten  anwendete. 
Als  praktisches  Resultat  seiner  ausgedehnten 
Arbeiten  sind  Instrumente  hervorgegangen, 
welche  mit  großer  Zuverlässigkeit  arbeiten  und 
sehr  exakte  Darstellungen  über  den  Druckablauf 
in  den  Arterien  wie  in  den  Herzhöhlen  gestatten. 


Fig.  8.  Kurve  des 
Blutdruckes  in  der 
Aorta  des  Kanin- 
chens. Von  rechts 
nach  links  zu  lesen. 

Die  Entfernung 
zwischen  den  beiden 
vertikalen  Strichen 
an  der  Abszisse  ent- 
spricht einer  Zeit  von 
10  Sekunden. 


Fig.  9.     Druckschwankungen  im  linken  Vorhofe  des  Hundeherzens.     Nach  Piper. 


Kreislauf  des  Blutes 


lui: 


Die  Druckkurve  der  Vorhöfe  ist  ver- 
hcältnismäßig-  wenig  untersucht:  aucli  bietet 
sie  im  Grunde  ein  wesentlich  geringeres 
Interesse  als  die  der  Kammern  dar. 

Von  vornherein  kommen  folgende  Fak- 
toren, welche  auf  den  Druckablauf  in  den 
Vorhöfen  einwirken,  in  Betracht:  die  Kon- 
traktion der  Vorhofswand;  die  durch  die 
Atrioventrikularklappen  hindurch  auf  den 
Inhalt  der  Vorhöfe  wirkenden  Druckschwan- 
kungen in  den  Kammern;  die  Rückströmung 
des  Blutes  von  den  zentralen  Venen  her. 

Figur  9  stellt  nach  Piper  eine  Druckkurve 
vom  linken  Vorhof  des  Hundeherzens  dar. 
Nach  der  Deutung  des  genannten  Autors 
bezieht  sich  die  große  Zacke  V  auf  die  Vorhofs- 


Brusthöhle  (vgl.  unten  II  A  6)  auch  auf 
die  Vorhöfe,  wegen  ihrer  dünnen  Wände, 
geltend,  und  der  Druck  in  ihnen  sinkt 
mehr  oder  weniger  tief  untcriudb  des  atmo- 
sphärischen Druckes  herab. 

In  der  Figur  10  ist  ein  Versuch  von 
Chauveau  und  Marey  über  den  Druck- 
ablauf in  den  beiden  Kammern  und  dem 
rechten  Vorhof  des  Pferdes  abgebildet.  Die 
Kontraktion  der  Kammern  beginnt  mit  einer 
steilen  Drucksteigerung,  auf  welcher  der 
Druck  nur  langsam  ansteigt  oder  unver- 
ändert bleibt  und  also  ein  der  Abszisse 
mehr  oder  weniger  paralleles  Plateau  bildet; 
schließHch  sinkt  der  Druck  wieder  sehr  steil 
herab. 


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Fig.  lÜ.    Intrakardiale  Druckkurveii  vom  Pferde.    Or.  D.  rechter  Vorhof;  Vent  D.  rechte  Kammer; 
Vent.  G.  linke  Kammer.     Von  hnks  nach  rechts  zu  lesen.      Nach  Chauveau  und  Marev. 


kontraktion.  Es  folgen  darauf  meist  zwei, 
manchmal  nur  eine,  manchmal  auch  drei 
Druckschwankungen  K,  von  denen  die  erste 
regelmäßig  in  den  Beginn  der  Kanimer- 
systole  fällt.  Sie  ist  durch  den  Schluß  der 
Atrioventrikularklappen  und  durch  die  plötz- 
liche stoßartig  erfolgende  Vorbuchtung  der 
Klappensegel  in  die  Höhle  des  Vorhofes 
bedingt.  Die  zweite  und  die  dritte  Schwin- 
gung sind  vielleicht  auf  Nachschwingungen 
der  Klappen  zu  beziehen.  Nach  diesen 
Oszillationen  folgt  eine  allmähliche  Druck- 
steigerung H,  welche  durch  die  AnfiUlung 
des  Vorhofes  bedingt  ist. 

Etwa  dieselbe  Form  haben  die  Druck- 
schwankungen in  dem  rechten  Vorhof. 

Das  Druckmaximum  dürfte  in  den  Vor- 
höfen des  Hundes  etwa  6  mm  bis  20  mm  Hg 
betragen. 

Bei  eröffnetem  Brustkasten  sinkt  das 
Druckminimum  in  den  Vorhöfen  etwa  auf 
Null  herab;  ist  der  Brustkasten  unversehrt, 
so   macht  sich  der  negative  Druck  in   der 


Genau  demselben  Verlauf  der  Druck- 
schwankung in  der  linken  Herzkammer  be- 
gegnen wir,  wie  aus  Figur  11  nach  C.  Tiger- 
sted t  ersichthch,  auch  beim  Kaninchen,  und 
wir  finden  diesen  Ablauf  in  allen  anderen 
hierhergehörigen  Versuchen,  welche  unter 
Anwendung  von  genügend  empfindlichen 
Manometern  stattgefunden  haben.  Daraus 
läßt  sich  schließen,  daß  bei  den  Säugetieren 
der  Druckablauf  in  den  Herzkammern  von 
der  Größe  des  Tieres  ganz  unabhängig   ist. 

Aus  Figur  11  folgt  ferner,  daß  der 
Druck  in  der  Aorta  fast  genau  parallel  mit 
dem  intrakardialen  Druck  verläuft,  und  daß 
in  beiden  Kurven  ganz  dieselben  sekundären 
Erhebungen  und    Schwankungen   auftreten. 

Nur  fängt  der  Druckanstieg  wesentlich 
früher  in  der  Kammer  als  in  der  Aorta  an, 
was  davon  abhängig  ist,  daß  zu  Anfang  der 
Kammersystole  der  von  der  Aorta  her  auf 
die  Semilunarklappen  wirkende  Druck  viel 
höher  ist,  als  der  gleichzeitige  Kammerdruck. 
Es  muß  also  eine  gewisse  Zeit  dauern,  bis 


1016 


Kreislauf  des  Blutes 


infolge  der  Zusaminenziohuiis;  der  Kammer- '  keit  eine  große  Blutmenge  in  die  zentralen 
wand  der  Druck  daselbst  die  Hölie  des  Arterien  treiben;  diese  entleeren  sich  schnell 
Aortadruckes  erreicht.  Erst  dann  werden  in  die  peripheren  Gefäße,  in  den  zentralen 
die  Semilunarklappen  eröffnet,  und  erst  tiefäßen  ist  die  systolische  Drucksteigerung 
dann  fängt  der  Druck  in  der  Aorta  an  zu  nur  von  verhältnismäßig  geringem  Umfange 
steigen.  Der  Augenblick,  wo  die  Khippeii  ujid  dementsprechend  steigt  auch  der  Kam- 
merdruck im  weiteren 
Verlauf  der  Systole  nur 
wenig,  d.  h.  das  Plateau 
ist  hier  ganz  schwach 
aufsteigend. 

Wenn  der  Widerstand 
in  den  Gefäßen  sehr  ge- 
ring und  zugleich  auch 
die  dem  Herzen  in  den 
zentralen  Venen  zur  Ver- 
fügung stehende  Blut- 
menge sehr  klein  ist 
(Fig.  11  C),  so  genügt 
die  gegen  das  Ende  der 
Systole  aus  dem  Herzen 
herausgetriebene  Blut- 
menge nicht,  um  den 
Druck  in  den  Gefäßen 
auf  dem  einmal  erreich- 
ten Niveau  zu  erhalten: 
sowohl  der  Druck  in  der 
Aorta  wie  auch  der 
Kamnierdruck  sinken 
herab,  und  das  Plateau 
zeigt  eine  langsame  Sen- 
kung gegen  die  Abszisse. 
Nach  Ende  des  Pla- 
teaus, d.  h.  nach  dem 
Schluß  der  Kammer- 
kontraktion, sinkt  der 
intrakardiale  Druck  sehr 
steil  auf  ein  Minimum 
herab  und  erhebt  sich 
dann,  bei  der  allmählich 
Füllung  der   Kammer   lang- 


Fig.  11.  Druck  in  der  linken  Kammer  (oben)  und  in  der  Aorta  (unten) 
beim  Kaninchen.     Von  links  nach  rechts  zu  lesen.   Nach  C.  Tiger- 

stedt. 


geöffnet  werden,  macht  sich  nicht  durch 
irgendwelche  Unstetigkeit  der  Kurve  des 
Kammerdruckes  erkenntlich. 

Die  Zeit  zwischen  dem  Beginn  der  Kam- 
mersystole und  dem  Oeffnen  der  Semilunar- 
klappen, die  Anspannungszeit,  beträgt 
beim  Menschen  etwa  0,05  bis  0,1  Sekunde. 

Ein  Vergleich  der  gleichzeitig  geschrie- 
benen Kurven  des  Kammer-  und  Aorta- 
druckes ergibt,  daß  zurzeit  des  Plateaus 
der  Kammerdruckkurve  die  Kammerhöhle 
unbedingt  mit  deti  Arterien  in  offener  Ver- 
bindung steht. 

Je  nach  dem  augenbliclvlich  in  den 
Arterien  herrschenden  Widerstand  stellt 
sich  der  Verlauf  des  Plateaus  etwas  ver- 
schieden dar  und  zwar  ist  derselbe  bei 
großem  Widerstände  ziemlich  stark  auf- 
steigend, weil  das  aus  dem  Herzen  heraus- 
getriebene Blut  dabei  nicht  genügend  schnell 
weiterbefördert    werden    kann    (Fig.   11  A). 

Bei  einem  Widerstand  mäßiger  Größe 
(Fig.  11  B)  kann  das  Herz  ohne  Schwierig- 


stattfindenden 
sam  wieder. 

Die  sekundären  Erhebungen  in  der 
Kammerdruckkurve,  welche  mit  entsprechen- 
den Erhebungen  in  der  Kurve  des  Aorta- 
druckes zum  Teil  zusammenfallen,  werde 
ich  bei  der  näheren  Darstellung  der  letzteren 
besprechen. 

Der  Druckablauf  in  der  rechten  Kammer 
stimmt  mit  dem  in  der  linken  vollständig 
ü berein. 

Das  Druckmaximum  in  der  linken  Kam- 
mer kann  beim  Pferde,  Hund  und  Kaninchen 
-—  also  bei  Tieren  sehr  verschiedener  Größe 
—  200  mm  Hg  und  mehr  erreichen.  Nach 
Ende  der  Systole  sinkt  der  Druck  bei  ge- 
öffneter Brusthöhle  etwa  auf  Null  oder 
kann  sogar  negative  Werte  annehmen  (vgl. 
unten  II  A  6). 

Tu  der  rechten  Kammer  ist  das  Druck- 
maximum erheblich  niedriger;  bei  der  Katze 
beträgt  sie  höchstens  etwa  50  mm;  beim 
Hunde  hat  man  Druckwerte  von  43  mm  und 


Kreislauf  des  Blutes 


1017 


beim  Kanincheu  von  50  mm  beobachtet. 
Das  Dnickmiuimum  ist  auch  hier  bei  ge- 
öffnetem Brustkasten  etwa  0;  wegen  der 
verhältnismäßig  dünnen  Wand  der  rechten 
Kammer  kann  der  Druck  daselbst  (beim 
Kaninchen)  bei  unversehrtem  Brustkasten 
auf  38  mm  Hg  herabsinken. 

Aus  den  intrakardialen  Druckkurven 
wie,  beim  Menschen,  aus  der  Herzstoßkurve 
(vgl.  II  A  5)  läßt  sich  die  Länge  der  ein- 
zelnen Phasen  der  Herztätigkeit  genau  be- 
stimmen. Die  Dauer  der  Vorhofsystole 
beträgt  beim  Menschen,  wie  beim  Pferde  und 
Huncle  rund  etwa  0,1  Sekunde.  Die  Kammer- 
systole dauert  bei  der  Pulsfrecßienz  eines 
ruhenden  Menschen  (70  pro  Sekunde)  etwa 
0,4  Sekunde  und  die  Pause  bis  zur  folgenden 
Vorhofskontraktion  etwa  ebenso  lange. 

Bei  Variationen  der  Pulsfrequenz  ver- 
ändert sich  die  Dauer  der  Kammersystole 
viel  weniger  als  die  der  Diastole.  So  hat 
man  bei  Schwankungen  der  Pulsfrecjuenz 
zwischen  32  und  124  Schlägen  pro  Minute 
in  der  Dauer  der  Systole  Variationen  von 
nur  0,382  und  0,190  Sekunde  beobachtet 
(Mensch). 

Auch  bei  Tieren,  bei  denen  man  durch 
Reizung  der  Herznerven  die  Pulsfrequenz 
innerhalb  weiter  Grenzen  variieren  kann, 
wird  in  der  Regel  die  Dauer  der  Kammer- 
systole in  einem  geringeren  Grade  als  die 
der  Diastole  verändert. 


entstehende  Härte  der  Kammerwand,  wie 
ohne  weiteres  daraus  hervorgeht,  daß  man 
am  bloßgelegten  Merzen  während  der  Systole 
überall  die  Empfindung  hat,  als  ob  sich  das 
Herz  dem  tastenden  Finger  annäherte,  was 
indessen  nicht  der  Fall  sein  kann,  da  sich 
ja  das  Herz  bei  der  Systole  verkleinert. 

Als  eine  weitere  Ursache  des  Herz- 
stoßes, so  wie  er  bei  unversehrter  Brustwand 
beim  Menschen  erscheint,  kommt  noch 
in  Betracht,  daß  die  Herzkammern  bei  ihrer 
Systole  sich  senkrecht  über  die  Herzbasis 
stellen;  infolgedessen  wird  die  Herzspitze 
gegen  die  Brustwand  schlagen  und  sie  in 
einem  geringen  Grade  vorschieben. 

Man  kann  durch  eine  einfache  Vorrichtung 
den  Herzstoß  graphisch  registrieren.  Zn  diesem 
Zwecke  legt  man  auf  die  Stelle  der  Brustwand, 
woselbst  der  Herzstoß  gefühlt  wird,  eine  kleine, 
mit  Kautschuk  überzogene  Metallkapsel,  deren 
Hohlraum  durch  eine  Röhre  mit  der  Außenwelt 
kommuniziert.  ]\Iittels  eines  Gummischlauches 
wird  diese  mit  einer  ähnlichen  Kapsel  verbunden, 
die  an  ihrer  Kautschukmembran  einen  Schreib- 
hebel trägt  (Fig.  12).  Dieser  registriert  die  Be- 
wegungen des  Hebels  an  eine  rotierende,  berußte 
Fläche. 

Es  ist  ohne  weiteres  ersichthch,  daß  bei 
jeder  Eimvärtsbewegung  der  Membran  der  ersten 
Kapsel  die  der  Schreibkapsel  ausgebuchtet  und 
der  an  dieser  befestigte  Schreibhebel  gehoben 
wird,  und  umgekehrt;  kurz,  alle  Bewegungen, 
welche  auf  die  Membran  der  ersten  Kapsel  aus- 
geübt werden,   werden    durch    die   im    Systeme 


Fig.  12.     i\Iareys  Schreibkapsel. 


5.  Der  Herzstoß.  Innerhalb  des  Brust- 
kastens ist  das  Herz  zum  größten  Teil  von 
den  Lungen  umgeben,  und  beim  Menschen 
liegt  nur  die  Spitze  der  Herzkammern,  von 
dem  Herzbeutel  umgeben,  frei  unter  der 
Brustwand. 

Bei  der  Kammersystole  erhebt  sich  das 
Herz  und  spannt  alle  seine  Fasern.  Der 
dabei  von  der  Spitze  gegen  die  Brustwand 
ausgeübte  Druck  oder  Stoß  kann  von  der 
an  dieser  Stelle  (in  der  Regel  dem  ö.  linken 
Interkostalraum)  angelegten  Hand  gefühlt 
werden  und  ist  bei  mageren  Individuen 
durch  eine  kleine  Erhebung  sogar  mit  dem 
Gesicht  wahrnehmbar. 

Diese  Erscheinung  wird  als  Herz  stoß 
bezeichnet.  Die  Ursache  desselben  ist  vor 
allem  gerade   die   bei   der  Systole  plötzlich 


eingeschlossene     Luft    auf     die     Membran     der 
Schreibkapsel  übertragen. 

Nun  vermag  der  Herzstoß  durch  die 
Brustwand  hindurch  die  Membran  der 
ersten  Kapsel  in  Bewegung  zu  versetzen, 
und  bei  gut  funktionierenden  Apparaten 
stellt  die  von  der  Schreibkapsel  registrierte 
Herzstoß  kurve  einen  ganz  zuverlässigen 
Ausdruck  der  beim  Herzstoß  stattfindenden 
Veränderungen  dar. 

In  Figur  13  sind  nach  Chauveau  und 
Marey  gleichzeitig  registrierte  Kurven 
des  Herzstoßes  und  des  Druckes  im  rechten 
Vorhof  und  in  der  rechten  Kammer  vom 
Pferde  übereinander  abgebildet  (der  Herz- 
stoß w^urde  hier  dadurch  registriert,  daß  ein 
kleiner  Gummiballon  zwischen  das  Herz  und 
die  Brnstwand  hineingeschoben  worden  war). 


1018 


Kreislauf  des  Blutes 


Alle  drei  Kurven  haben  hier  im  großen  '  nismen,    welche    die    Blutströmung    in  der 

und  ganzen  denselben  Verlauf,  und  an  allen  richtigen    Richtung    und    die    Füllung  des 

finden   sich   an   entsprechenden    Orten    die- ;  Herzens    bei    der    Diastole    wesentlich  er- 
selben  Diskontinuitäten.    Die  Herzstoßkurve  [  leichtern. 


Fig.  13.   Kurven   des  Druikes  im  rechten  Vorhof  (U),  in  der  reihten  Kammer  (V)  und  des  Herz- 
stoßes (P)  beim  Pferde.    Nach  Chauveau  und  Marey. 


stimmt  also  mit  der  intrakardialen  Druck- 
kurve ganz  nahe  überein,  nur  sinkt  das 
Plateau  hier  schneller  gegen  die  Abszisse 
herab,  als  dies  bei  der  Druckkurve  der 
Fall  ist. 

In  der  Tat  ist  die  Herzstoßkurve  wesent- 
lich eine  von  der  Außenseite  des  Herzens  auf- 
genommene Druck-  oder  Spannungskurve, 
denn  die  gegen  das  Herz  direkt  oder  unter 
Vermittelung  der  •  Brustwand  gedrückte 
Kapsel  wird  in  analoger  Weise  von  der 
Spannung  des  Herzmuskels  beeinflußt,  wie 
ein  in  die  Herzhöhlen  eingeführtes  Mano- 
meter von  dem  intrakardialen  Druck  be- 
einflußt wird.  Völlig  parallel  können  die 
Kurven  indessen  nicht  verlaufen,  weil  der 
Druck  des  Herzens  gegen  die  aufnehmende 
Kapsel  wegen  der  Volumverminderung  der 
Kammern  beim  Austreiben  des  Blutes  all- 
mählich abnimmt,  während  der  innerhalb 
der  Kammern  stattfindende  Druck  sieh 
an  dem  iji  die  Kammer  hineingeführten 
Manometer  immer  unverkürzt  geltend  macht. 

6.  Die  Füllung  des  Herzens  bei  der 
Diastole.  Die  Triebkraft,  welche  die  stetige 
Zirkulation  des  Blutes  unterhält,  ist  die 
Tätigkeit  des  Herzens.  Dies  geht  daraus 
hervor,  daß  die  Zirkulation  auch  bei  mög- 
lichst vollständiger  Ausschließung  aller  ak- 
zessorischer Hilfsmittel,  wie  dies  bei  weit 
eröffnetem  Brustkasten  an  einem  durch 
Kurare  bewegungslosen  Tier  der  Fall  ist, 
ganz  unbehindert  stattfindet  und  völlig 
normal  abläuft. 

Es    gibt    indessen    verschiedene    Mecha- 


Insofern  diese  Mechanismen  auf  die 
peripheren  Gefäße  einwirken,  verweise  ich 
auf  den  Abschnitt  III  A  5  und  werde  hier 
nur  die  Vorrichtungen  besprechen,  welche 
sich  an  den  zentralen  Venen  und  dem  Herzen 
selbst  geltend  machen. 

Diese  Vorrichtungen  stehen  zum  aller- 
größten Teil  im  nächsten  Zusammenhang 
damit,  das  daß  Herz  in  einer  Höhle  ent- 
halten ist,  die  nach  allen  Seiten  luftdicht 
abgeschlossen  ist. 

In  dieser  Höhle,  der  Brusthöhle,  sind 
die  Lungen  derart  eingesetzt,  daß  sich 
zwischen  ihnen  und  der  inneren  Brustwand 
keine  Luft  findet.  Auf  die  innere  Brustwand 
wie  auf  die  in  der  Brusthöhle  außerhalb 
der  Lungen  eingeschlossenen  Organe  übt 
die  Atmosphäre  nur  mittelbar  durch  die 
Lungen  ihren  Druck  aus.  Da  die  Lungen 
ihrerseits  elastische  Säcke  darstellen,  muß 
ein  Teil  des  Luftdruckes  auf  die  Entfaltung 
derselben  verwendet  werden,  und  der  intra- 
thorakale  Druck  wird  daher  um  die  Größe 
dieses  Teils  kleiner  als  der  atmosphärische 
Druck.  Je  mehr  die  Brusthöhle  und  mit  ihr 
die  Lungen  sich  erweitern,  um  so  größer 
wird  der  Unterschied,  d.  h.  der  negative 
Druck  in  der  Brusthöhle. 

Beim  Menschen  beträgt  der  intrathorakale 
Druck  bei  der  gewöhnlichen  Exspirations- 
stellung  etwa  —  (3  mm  Hg,  auf  der  Höhe  einer 
gewöhnlichen  Inspiration  etwa  —  9  mm  Hg 
und  bei  der  möghchst  tiefen  Inspiration 
etwa  —  30  mm  Hg. 

Durch   diesen   negativen   Druck   werden 


Kreislauf  des  Blutes 


1019 


die  dünnwandigen  intrathorakalen  Venen 
und  die  Vorhöfe  konstant  in  einem  ge- 
wissen Grade  erweitert.  Wenn  der  negative 
Druck  bei  der  Inspiration  zunimmt,  er- 
weitern sie  sich  noch  mehr,  und  dabei  wird 
natürlich  Blut  aus  den  extrathorakalen 
Venen  hineingezogen.  Bei  dann  stattfinden- 
der Exspiration  verengern  sich  die  Venen 
und  die  Vorhöfe  wieder  in  einem  gewissen, 
der  Abnahme  des  negativen  intrathorakalen 
Druckes  entsprechenden  Grade.  Die  In- 
spirationsbewegung begünstigt  und  die  Ex- 
spirationsbewegung  erschwert  also  den  Rück- 
strom des  Blutes  zum  Herzen. 

Einen  anderen  Umstand,  durcli  welchen 
der  Rückfluß  von  Blut  nach  den  intra- 
thorakalen Venen  und  den  Vorhöfen  er- 
leichtert wird,  bildet  die  Systole  der  linken 
Kammer.  Die  bei  dieser  herausgetriebene 
Blutmenge  ist  nämlich  zu  groß,  um  in  dem 
intrathorakalen  Abschnitt  des  arteriellen 
Systems  Platz  zu  finden,  und  schon  während 
der  Systole  wird  daher  eine  gewisse  Blut- 
menge in  die  extrathorakalen  Arterien 
getrieben.  Infolgedessen  nimmt  das  Vo- 
lumen der  in  der  Brusthöhle  eingeschlossenen 
Organe  ab,  und  es  entsteht  in  der  Brusthöhle 
eine  Ansaugung,  die  sich  unter  anderem 
auch  auf  die  zentralen  Venen  erstreckt  und 
auf  die  Rückkehr  des  Blutes  günstig  einwirkt. 

Schließlich  üben  die  Kammern  auch  bei 
ihrem  üebergang  von  der  Systole  in  die 
Diastole  eine  Ansaugung  auf  das  Blut  aus, 
wie  daraus  hervorgeht,  daß  bei  weit  eröff- 
netem Brustkasten^  wo  also  die  Einwirkung 
des  intrathorakalen  negativen  Druckes  aus- 
geschlossen ist,  ein  mit  einem  Minimum- 
ventil versehenes  Manometer  in  der  rechten 
Kammer  beim  Hunde  negative  Druckwerte 
(Goltz  und  Gaule)  bis  zu  38  mm  Hg  anzeigt. 
Ein  weiterer  Ausdruck  der  Ansaugung  in 
den  Herzkammern  Hegt  darin,  daß  der 
Druck  in  den  Vorhöfen  bei  eröffneter  Brust- 
höhle   negativ    werden    kann    (de    Jager). 

In  diesem  Zusammenhang  sei  noch  er- 
wähnt, daß  das  Herz  durch  den  Herz- 
beutel vor  einer  übermäßigen  Erweiterung 
geschützt  wird.  Der  Herzbeutel  ist  nänüich 
nur  ganz  wenig  nachgiebig  und  das  Herz 
kann  sich  also  nicht  mehr  füllen,  als  dieser 
es  gestattet.  Daher  kann  das  Herz  bei 
weit  eröffnetem  Herzbeutel  viel  mehr  Blut 
als  sonst  aufnehmen. 

7.  Die  Kraft  und  Arbeit  des  Herzens. 
Die  Kraft,  welche  das  Herz  bei  seiner  7m- 
sanunenziehung  ausübt,  ist  gleich  einer 
Blutsäule  vonder  Höhe  des  stattfindenden 
Maximaldruckes  und  mit  der  Basis  gleich 
der  gesamten  inneren  Oberfläche  der  betreffen- 
den Herzabteilung.  Da  diese  aber  je  nach 
der  Füllung  vielfach  variiert,  ist  es  am  ein- 
fachsten, die  Ilraft  des  Herzens  durch  den 
Druck   auf  die   Einheit  der   inneren   Ober- 


fläche (in  qcm)  auszudrücken.  Beträgt 
also  der  maximale  Druck  in  der  linken  Herz- 
kammer des  Hundes  200  nmi  Hg,  so  ist 
die  Herzkraft  für  jedes  Quadratzentimeter 
gleich  der  Schwere  von  20,0  x  13,6  x  1,0  ccm 
Wasser,  d.  h.  gleich  272  g  (13,6  =  das  spe- 
zifische Gewicht  des  Quecksilbers). 

Die  Arbeit  des  Herzens  besteht  darin, 
mit  Ueberwindung  des  in  den  Gefäßen 
stattfindenden  Widerstandes  der  herausge- 
triebenen Blutmenge  eine  gewisse  Geschwin- 
digkeit zu  geben.  Die  Größe  dieses  Wider- 
standes wird  durch  den  mittleren  arteriellen 
Blutdruck  gemessen.  Sei  dieser  H  Meter/ 
Hg  und  die  herausgetriebene  Blutmenge 
A  Gramm,  so  ist  der  Teil  der  Herzarbeit,  der 
zur  Ueberwindung  des  Widerstandes  nötig 
ist,  gleich  13,6  x  A  x  H  Grammeter.  Der 
Teil  der  Arbeit  wiederum,  der  darauf  ver- 
wendet wird,  um  der  Blutmenge  eine  gewisse 
Geschwindigkeit,  X,  zu  geben,  ist  A  x  X72ei 
wo  g  die  Beschleunigung  der  Schwerkraft 
bezeichnet. 

Es  erübrigt,  A,  H  und  X  zu  bestimmen. 

Nach  den  vorliegenden  Angaben  über  den 
Blutdruck  beim  ruhenden  Menschen  kann 
H  etwa  auf  100  mm  =  0,1  m  Hg  geschätzt 
werden. 

Nach  Tierversuchen  ist  die  Stromge- 
schwindigkeit des  Blutes  in  der  Aorta  auf 
etwa  0,5  m  pro  Sekunde  zu  schätzen. 

Bleibt  noch  die  Bestimmung  der  vom 
Herzen  bei  jeder  Kontraktion  herausge- 
triebenen Blutmenge.  Wie  im  Abschnitt  III 
näher  dargestellt  werden  wird,  zeigt  diese 
unter  verschiedenen  Umständen  sehr  be- 
deutende Variationen.  Beim  ruhenden 
Menschen  kann  sie  zu  etwa  40  ccm  ange- 
nommen werden  (vgl.  unten  III  A  2). 

Wir  erhalten  also: 
13,6  x  A  X  H  =  13,6  X  0,1  X  40  =  54,4 
Grammeter  +  A  x  XV2g=  40  x  0,572x9,8  = 
0,51  Grammeter,    d.  h.    im    ganzen:    54,91 
Grammeter. 

Wie  ersichtlich,  ist  der  Teil  der  Herz- 
arbeit, welche  darauf  verwendet  wird,  dem 
Blut  eine  gewisse  Geschwindigkeit  zu  er- 
teilen, sehr  viel  kleiner  als  derjenige,  der  zur 
Ueberwindung  des  Widerstandes  gebraucht 
wird. 

Die  xVrbeit  der  rechten  Kammer  be- 
rechnet sich  in  ganz  derselben  Weise;  hier 
sind  A  und  X  gleichgroß  wie  bei  der  linken 
Kammer,  da  im  großen  und  ganzen  ebenso- 
viel Blut  durch  den  kleinen  als  durch  den 
großen  Kreislauf  strömen  muß,  wenn  nicht 
eine  abnorme  Blutstauung  in  dem  einen 
oder  anderen  Teil  des  Gefäßsystems  ent- 
I  stehen  soll. 

Der  Widerstand  ist  aber  in  der  Lungen- 
strombahn viel  geringer  als  im  großen 
Ivreislauf    und    H    kann    (beim    Menschen) 


102(3 


Kreislauf  des  Blutes 


durchschnittlich  wohl  kaum   nu'hr  als  etwa 
20  mm  He,'  ausmachen. 

Die  Arbeit    der    rechten    Kammer   beim 
ruhenden  Menschen  würtle  also  betra<?en: 
13.G  X  0,02  X   40  +  40  X  0,572  x  9,8  = 
10.88  +  0,51  =  11,39  Grammeter. 

Die  (iesamtarbeit  der  beiden  Kammern 
des  Herzens,  beim  ruhenden  Menschen  Aväre 
also  bei  jedem  Herzschlac;e  66,30  Grammeter. 
Bei  eijier  Pulsfrecfuenz  von  72  pro  ^linute 
macht  dies  4,77  Kilo2;rammeter  in  der  Minute, 
286  Kiloi^rammeter  in  der  Stunde  und 
6869  Kiloi;rammeter  in  24  Stunden. 

Vor  allem  wegen  der  bedeutenden  Steige- 
rung  der  pro  Minute  herausgetriebenen 
ßlutmenge  nimmt  die  Arbeit  des  Herzens 
bei  körperlichen  Anstrengungen  in  bedeu- 
tendem Grade  zu.  Bestimmte  Angaben 
über  die  dabei  erreichten  oder  erreichbaren 
Werte  lassen  sich  zurzeit  nicht  geben. 

B.      Die      physiologischen    Eigenschaften 
des  Herzmuskels. 

I.  Das  Elektrokardiagramm.  Wenn  man 
die  Bewegungen  eines  vom  Körper  ausge- 
schnittenen, blutleeren,  aber  noch  spontan 
pulsierenden  Herzens  registriert,  so  bekommt 


Fig.  14.  Schemutisclic  Darstellung  der  durch  die 
Aktionsströme  des  menschlichen  Herzens  be- 
dingten   Spannungsverteilung.      Nach    Waller. 


tig.   lo.      Die  Aktionsströrae  des  mensc Wichen 
Abszisse  bedeutet  1  Teilstrich  0,02  Sek.     Nac 


man  eine  Kurve,  welche  keine  von  den 
charakteristischen  Eigentümlichkeiten  der 
intrakardialen  Druckkurve  darbietet,  sondern 
im  großen  und  ganzen  denselben  Ablauf 
hat,  wie  die  Kurve  einer  einfachen  Zuckung 
eines  Skelettmuskels,  nur  mit  dem  Unter- 
schied, daß  die  Kurve  der  Herzniuskel- 
kontraktion  wesentlich  länger  ausgedehnt  ist. 
Schon  hierdurch  wird  es  wahrscheinlich, 
daß  die  Kontraktion  des  Herzmuskels 
tatsächlich  eine  einfache  Zuckung  und  nicht 
eine  summierte  Zuckung,  einen  Tetanus 
darstellt.  Zur  vollen  Evidenz  geht  dies 
aus  der  Untersuchung  der  elektrischen  Er- 
scheinungen des  tätigen  Herzens  hervor. 

Wie  bekannt,  wird  die  einfache  Muskel- 
zuckung von  einer  einzelnen  elektrischen 
Stromschwankung  (dem  Aktionsstrom) 
begleitet,  während  bei  der  summierten, 
tetanischen  Kontraktion,  auch  wenn  diese 
scheinbar  vollkommen  kontinuierlich  ver- 
läuft, der  Aktionsstrom  diskontinuierlich 
ist,  indem  jeder  Reizung,  die  dem  Muskel 
zugeführt  wird,  ein  besonderer  Aktionsstrom 
entspricht. 

Wenn  man  ein  stillstehendes  Herz  künst- 
lich reizt,  so  wird  die  dabei  ausgelöste 
Systole  von  einem  einzelnen  Aktionsstrom 
begleitet. 

x\uch  das  spontan  schlagende  Herz  gibt, 
wie  zuerst  von  Kölliker  und  H.  Müller 
nachgewiesen  wurde  (1856),  einen  einfachen 
Aktionsstrom. 

Einen  wesentlichen  Fortschritt  gewann 
die  Forschung  innerhalb  dieses  Gebietes 
durch  Wallers  Nachweis,  daß  sich  die 
bei  der  Tätigkeit  des  Herzens  auftretenden 
elektrischen  Ströme  nach  bestimmten  Ge- 
setzen durch  den  ganzen  Körper  verbreiten 
(Fig.  14);  auf  Grund  dessen  war  es  möglich, 
durch  Verbindung  bestimmter  Körperstellen 
mit  dem  Galvanometer  am  gänzlich  un- 
versehrten Herzen  die  Aktionsströme  des 
Herzens  zu  studieren. 

Zu  diesem  Zwecke  wurde  zunächst  das 
Kapillarelektrometer,  später  aber  das  Saiten- 
galvanometer benutzt  und  in  beiden  Fällen 
die    Ausschläge    photographisch    registriert. 
In   Figur   15   ist   ein   solches   Elektro- 
kardiogramm       vom 
menschlichen  Herzen  dar- 
gestellt;     dasselbe      ist 
mittels  des  Saitengalva- 
nometers von  dessen  Kon- 
strukteur     Einthoven 
aufgenommen  (1903) ;  da- 
bei war  die  rechte  Hand 
und   der   linke   Fuß  der 
\'ersuclisperson  mit  dem 
( lalvanometer      verbun- 
den.    In  demselben  sind 
Herzens.    .\uf  der      lü'd"    Zacken    zu    unter- 
h  Eintluivcii.  scheiden,      welche      um 


Kreislauf  des  Blutes 


1021 


nichts  zu  präjudizieren.  einfach  mit  den 
Buchstaben  P,  Q,  R,  S  und  T  bezeichnet 
werden. 

Von  diesen  Zacken  bezieht  sicli  P  auf 
die  Vorhof  Systole ;  die  elektrischen  Vorgäni^e 
in  den  Kammern  bedingen  ihrerseits  die 
Zacken  Q,  R,  S,  T. 

Diese  Zacken  zeigen-  in  ihrer  Aufeinander- 
folge und  in  ihrem  Verlauf  keine  Eigentüm- 
lichkeiten, welche  uns  gestatten  würden,  die 
Vorhofs-  oder  die  Kammersystole  als  eine 
summierte  Kontraktion  aufzufassen.  Das 
verhältnismäßig  verwickelte  Aussehen  des 
der  Kammersystole  entsprechenden  Teiles  des 
Elektrokardiogramms  beruht  vielmehr  auf 
den  Vorgängen  bei  der  Ausbreitung  der  Er- 
regung im  Herzen  und  auf  dem  Ablauf 
der  Erregung  in  den  einzelnen  Herznuiskel- 
fasern. 

Eine  allgemeiner  akzeptierte  Deutung 
des  Elektrokardiogrammes  steht  noch  aus, 
und  der  Raum  gestattet  es  nicht,  die  ver- 
schiedenen in  dieser  Hinsicht  aufgestellten 
Anschauungen  hier  zu  besprechen. 

In  bezug  auf  die  Koinzidenz  der  elektri- 
schen Schwaiüvungen  mit  anderen  Aeuße- 
rungen  der  Herztätigkeit  hat  man  gefunden, 
daß  die  Drucksteigerung  in  der  linken 
Kammer  wie  auch  der  erste  Herzton  gegen 
das  Ende  der  Zacke  R  anfängt;  daß  die 
Zacke  T  im  Anfang  des  absteigenden  Teils 
der  Kurve  der  Kammerkontraktion  endet, 
sowie  daß  der  zweite  Herzton  sogleich  nach 
dieser  Zacke  einsetzt. 

In  der  Klinik  hat  das  Elektrokardiogramm 
vor  allem  bei  der  Diagnostik  der  Störungen 
in  der  Uebertragung  des  Reizes  von  den 
Vorhöfen  auf  die  Kammern  und  bei  dem 
Studium  damit  zusammenhängender  Er- 
scheinungen eine  nicht  unwesentliche  Be- 
deutung. 

2.  Die  Ernährung  des  Herzens.  An 
dem  vom  Körper  ausgeschnittenen  Kalt- 
blüterherz kann  man  durch  künstliche 
Speisung  mit  einer  zweckmäßigen  Nähr- 
flüssigkeit eine  andauernde  Tätigkeit  unter- 
halten (Ludwig). 

Auch  bei  dem  Säugetierherzen  gelingt 
dies  ohne  Schwierigkeit,  wenn  man  durch 
eine  herzwärts  eingebundene  Kanüle  unter 
genügend  hohem  Druck  Blut  in  die  Aorta 
strömen  läßt:  dabei  werden  die  Semilunar- 
klappen  geschlossen  und  das  Blut  fließt 
durch  den  Koronarkreislauf  ( N e  well  M a r  t  i  n, 
Langendorff). 

Zur  künstlichen  Speisung  des  Herzens 
benutzte  man  anfangs  verdünntes  Blut. 
Dann  zeigte  Ringer,  daß  das  ausgeschnittene 
Froschherz  durch  eine  Lösung  von  nur 
anorganischen  Verbindungen  (0,9  Proz.  NaCl, 
0,0075  Proz.  KCl,  0,01  Proz.  CaCU)  in  langer 
Tätigkeit  unterhalten  werden  kann,  und 
Locke  gelang  es  mit  einer  ähnlichen  Flüssig- 


keit, die  mit  Sauerstoff  gesättigt  war, 
lange  Reihen  von  Pulsationen  beim  Säugetier- 
herzen zu  erzielen.  Da  ja  diese  Flüssigkeiten 
keine  organischen  Nahrungsstoffe  enthalten, 
muß  das  Herz  natürlich  in  beiden  Fällen 
seine  Leistungen  auf  Kosten  des  in  ihm  seilet 
noch  vorhandenen  Brennmaterials  ausführen. 
Daher  übt  der  Zusatz  von  ein  klein  wenig 
Dextrose  (0,1  Prozent)  zu  der  betreffenden 
Flüssigkeit  einen  sehr  günstigen  Einfluß 
aus. 

Mit  dieser  Flüssigkeit  gelingt  es  sogar, 
das  Herz  eines  vor  mehreren  Tagen  ge- 
;  storbenen  Tieres  wieder  zu  beleben  (Ku- 
[  liabko). 

In  bezug  auf  den  Koronarkreislauf 
bei  den  Säuegtieren  ist  zu  bemerken,  daß 
die  Kapillaren  der  Herzvvand  während  der 
Systole  der  Kammer  von  einem  gewissen 
Moment  an  so  stark  komprimiert  werden, 
daß  der  Blutstrom  in  ihnen  gänzlich  unter- 
brochen wird  und  erst  bei  beginnender  Er- 
schlaffung der  Kammern  wieder  in  Gang 
kommt. 

Dadurch  wird  die  Kontraktion  der  Kam- 
merwand erleichtert,  wie  andererseits  die 
am  Ende  der  Systole  wieder  erfolgende 
Einströmung  von  Blut  in  diese  Gefäße 
auf  die  Erweiterung  der  Kammerhöhlen 
günstig  einwirken  muß. 

Wenn  ein  genügend  großer  Teil  des 
Koronarkreislaufes  ausgeschaltet  wird,  so 
hört  das  Herz  innerhalb  einer  verhältnis- 
mäßig kurzen  Zeit  auf  zu  schlagen.  Die 
tatsächlich  vorhandenen,  von  Spalteholtz 
nachgewiesenen  zahlreichen  Verbindungsäste 
(x\nastomosen)  zwischen  den  einzelnen  Aesten 
der  Koronararterien  genügen  in  diesem  Falle 
nicht,  um  dem  ausgeschalteten  Herzteil 
die  genügende  Menge  von  Nahrung  und 
Sauerstoff  zuzuführen. 

3.  Die  künstliche  Reizung  des  Herzens. 
Durch  die  künstliche  Reizung  des  Herzens 
sind  mehrere  das  Herz  im  Vergleich  mit  den 
Skelettmuskeln  charakterisierende  Eigen- 
tümlichkeiten bekannt  geworden. 

In  dieser  Hinsicht  sind  vor  allem  die 
Resultate  der  elektrischen  Reizung  zu 
berücksichtigen. 

Wenn  man  den  Herzmuskel  eines  Wirbel- 
tieres mit  einem  einzelnen  Induktionsschlag 
reizt,  so  zieht  er  sich  entweder  gar  nicht  oder 
auch  maximal  zusammen.  Der  Umfang 
dieser  Kontraktion  ist  also  ausschheßhch 
von  der  augenblicklichen  Leistungsfähigkeit 
des  Herzens  abhängig  (Bowditch). 

Führt  man  dem  si)ontan  schlagenden 
Herzen  eines  Wirbeltieres  in  verschiedenen 
Phasen  der  Herzperiode  einzelne  Reize  zu, 
so  reagiert  es  in  ganz  verschiedener  Weise, 
je  nach  dem  Augenblick,  in  welchem  es 
vom  Reiz  getroffen  wird.  Während  der 
ganzen  Dauer  seiner  Svstole  bis  zum  erreich- 


1022 


Kreislauf  des  Blutes 


ten  Maximum  ist  das  Herz  uämlieh  nicht  Bei  elektrischer  Reizung  gerät  das  Sauge- 
erregbar, und  kann  also  erst,  luichdem  dies  tierherz,  wenn  die  Reizung  nicht  sehr 
Maximum  übersehritten  ist,aui' die  zugeiührte  schwach  ist,  leicht  in  einen  eigentümlichen 
Reizung  reagieren  (Kronecker,  Marey).  Zustand:  die  Kontraktionen  sind  nicht  mehr 
Die  Kontraktion,  die  gerade  am  Anfang  .  koordiniert,  es  entstehen  keine  ordentlichen 
des  erregbaren  Abschnittes  erhalten  wird,  Systolen,  sondern  in  den  beiden  Kammern 
ist  nur  kleinen  Umfanges:  je  später  der  Reiz  treten  wogende  und  wühlende  Bewegungen 


eintrifft,  um  so  größer  wird  sie, 

Nach  dieser  Kontraktion  folgt  eine  Pause, 
die  im  allgemeinen  länger  ist  als  die  normale 


auf,  wobei  die  Herzmuskelfasern  sich  nicht 
wie  sonst  gegenseitig  spannen;  die  Kammer- 
w^and    ist   ganz    schlaff,   und    die   Kammer 


Pause  des  Herzens;  die  dann  erscheinende  j  treibt  kein  Blut  in  die  Gefäße  aus  (Herz 
Herzkontraktion  ist   wiederum   beträchtlich  i  flimmern) 


größer  als  die  normalen  Kontraktionen  des 
Herzens  (Fig.  16). 

Bei    den"  wirbellosen    Tieren    zeigt    das 
Herz  bei  künstlicher  Reizung  ein  wesentlich 


Nach  Schluß  der  Reizung  kann  das  Herz 
seine  normale  Kontraktionsform  wieder  an- 
nehmen. Es  kommt  aber  auch  vor,  daß  das 
Herzflimmern  bis  zum  Tode  fortdauert. 
Unter  Umständen  gelingt 
es  indessen  sogar,  ein  solches 
Herz  wieder  zur  normalen 
Schlagfolge  zu  erwecken, 
z.  B.  durch  Wechselströme 
sehr  hoher  Spannung  (über 
1200  Volt;  Prevost  und 
Battelli),  durch  Erwärmen 
auf  45"  G  sowie  vor  allem 
durch  künstliche  Zirkulation 
durch  das  Herz  (vgl.  oben 
unter  2). 

4.  Die  rhythmische 
Tätigkeit  der  einzelnen 
Fig.  16.  Direkte  Reizung  des  isolierten  Kaninchenherzens.  Von  Herzabteilungen.  Unter 
links  nach  rechts  zu  lesen;  Systole  nach  abwärts.  Die  Reizung  bei  normalen  Verhältnissen  zieht 
a  im  Anfang  der  Systole  bleibt  unwirksam.  Die  Reizung  bei  b,  gich  ein  Skelettmuskel  nur 
mitten  in  der  Diastole,  hat  eine  Extrazuckung  zur  Folge,  dann  zusammen,  w^enn  er 
Nach  dieser  tritt  die  verlängerte  Pause  auf.    Nach  Langendorf  f.      vom  zentralen  Nervensystem 

aus  unter  Vermittelung  der 
anderes  Verhalten:  hier  nehmen  die  Kon-  zugehörigen  Nerven  gereizt  wird.  Nach 
traktionen  beim  ermüdeten  und  nicht  Durchschneidung  dieses  Nerven  kann  der 
mehr  spontan  schlagenden  Herzen  mit  der  Muskel  nur  durch  künstliche,  von  außen 
Stärke  der  Reizung  zu,  und  auch  beim  ihm  zugeführte  Reize  zur  Kontraktion  ge- 
unermüdeten    Herzen    ruft    die    Steigerung   bracht  werden. 

der  Reizstärke  oberhalb  einer  gewissen  Ganz  anders  verhält  sich  das  Herz,  denn 
Grenze  eine  verstärkte  Kontraktion  hervor,  auch  wenn  es  vom  Körper  ausgeschnitten 
Außerdem  findet  sich  bei  dem  Herzen  der '  ist,  führt  es  ohne  irgendwelche  von  außen 
Wirbellosen  keine  absolute  unerregbare  Pe-  her  ihm  zugeführte  künstliche  Reizung 
riode.  Während  der  Systole  ist  das  Herz  :  eine  Zeitlang  rhythmische  Kontraktionen  aus. 
allerdings  weniger  erregbar  als  während  der  Das  Herz  besitzt  also  in  sich  selber  alle 
Diastole;  bei  genügend  starker  Reizung  ist  Bedingungen  für  eine  rhythmische  Tätigkeit, 
diese  indessen  in  jedem  Abschnitt  der  Dieses  Vermögen  ist  indessen  nicht  bei 
Systole  wirksam  (Gar Ison).  allen   Abteilungen   des   Herzens   gleichstark 


Obgleich  der  Herzmuskel  hinsichtlich 
seines  Baues  in  allem  wesentlichen  mit  dem 
Skelettmuskel     übereinstimmt,    weicht     er 


ausgebildet. 

Am  Froschherzen  wies  Stannius  nach, 
daß    ein    Schnitt    durch    die    Vorhöfe    die 


indessen,  wie  aus  dem  hier  angeführten  rhythmischen  Kontraktionen  der  Kammer 
hervorgeht,  in  vielerlei  Beziehung  von  diesem  für  eine  Zeitlang  aufhebt,  während  die 
ab,  denn  bei  dem  Skelettmuskel  findet  sich  Zusammenziehungen  des  Venensinus  und 
ja  innerhalb  gewisser  Grenzen  eine  Zunahme  der  mit  diesem  noch  verbundenen  Teile 
des  Kontraktionsumfanges  bei  Zunahme  der  der  Vorhöfe  wie  vorher  ablaufen.  Nach 
Stärke  der  Reizung;  die  unerregbare  Periode  einiger  Zeit  fängt  indessen  auch  die  abge- 
ist  beim  Skelettmuskel  viel  kürzer  als  beim  j  trennte  Kammer  an  zu  pulsieren,  jetzt 
Herzen;  der  Skelettmuskel  ist  während  der  aber  in  langsamerer  Schlagfolge  als  vor  der 
ganzen  Dauer  seiner  Verkürzung  für  einen  x\btrennung  von  den  Vorhöfen, 
neuen  Reiz  empfänglich  usw.  Die    nähere    iVualyse    der    hierbei     ob- 


Kreislaut  des  Blutes 


1023 


waltenden  Umstände  hat  ergeben,  daß  nicht 
allein  der  Venensinus,  sondern  auch  die 
Vorhöfe  und  die  Kammer  des  Froschherzens 
ohne  äußere  Reizung  selbständig  schlagen 
können. 

Dagegen  ist  dies  mit  der  durch  einen 
Schnitt  von  der  Basis  abgetrennten  Spitze 
der  Herzkammer  nicht  der  Fall,  denn  diese 
zieht  sich  nur  bei  küusthcher  Reizung  zu- 
sammen. 

Beim  Säugetier  herzen  hat  man  ge- 
funden, daß  die  Kammern  ohne  jede 
Unterbrechung  fortsetzen  zu  schlagen,  wenn 
sie  durch  eine  dicht  oberhalb  der  Atrio- 
ventrikulargrenze  gelegte  Abklemmung  von 
den  Vorhöfen  isoliert  werden;  wie  bei  der 
spontan  pulsierenden  Kammer  des  Frosch- 
herzens ist  indessen  der  Rhythmus  der  abge- 
klemmten Kammern  langsamer  als  der  der 
Vorhöfe. 

Endlich  ist  es  auch  möglich,  bei  isolierten 
Stückchen  der   Kammerwand  durch  künst- 
liche  Zirkulation   eine   regelmäßige    Schlag-  { 
folge  zu  unterhalten  (Porter).  \ 

Die  rhythmisch-automatische  Fähigkeit  ist  | 
also  sowohl  bei  den  niedrigeren  als  "bei  den 
höheren  Vertebraten  bei  allen  Herzabtei- 
lungen vorhanden,  andererseits  aber  stärker 
bei  denjenigen  Herzabschnitten  ausgebildet, 
von  woher  die  Herzkontraktion  beginnt. 

Ohne  künstliche  Reizung  pulsieren  nicht 
die  isolierte  Herzspitze  des  Frosches  und 
die  isolierten  Herzohren  der  Säugetiere 
Ein  weiterer  Beweis  für  die  stärkere 
automatische  Fähigkeit  bei  dem  Venensinus 
des  Froschherzens  findet  sich  in  der  Tatsache, 
daß  die  isolierte  Erwärmung  desselben  die 
Schlagfolge  des  ganzen  Herzens  beschleunigt 
(Gaskell). 

Beim  Säugetierherzen  läßt  sich  allerdings 
kein  abgegrenzter  Venensinus  anatomisch 
nachweisen.  Nichtsdestoweniger  findet  sich 
hier  in  der  Nähe  der  Einmündung  der  Hohl- 
venen eine  Stelle,  welche  in  physiologischer 
Hinsicht  dem  Venensinus  des  Froschherzens 
sehr  nahe  entspricht.  Bei  lokaler  Erwärmung 
oder  Abkühlung  dieser  Stelle  werden  die 
Bewegungen  des  ganzen  Herzens  beschleunigt 
oder  retardiert  (Langendorff).  Sucht 
man  durch  Ableiten  verschiedener  Herzteile 
zum  Galvanometer  denjenigen  Ort  auf,  bei 
welchem  die  elektrische  Negativität  zuerst 
auftritt  und  wo  also  die  normale  Erregung 
des  Herzens  anfängt,  so  gelangt  man  gerade 
zu  dieser  Stelle  (Lewis,  Wy bau w). 

5.    Die    Fortpflanzung    der    Erregung , 
durch  das  Herz.     Von  dem  Orte,  wo  die 
Erregung    des     Herzens    zuerst    erscheint, 
breitet  sie  sich   zuerst  auf  die  Vorhöfe  und 
von  diesen  auf  die  Kammern  aus. 

Da  Muskelbündel  vorhanden  sind,  welche 
die  obere  Hohlvene  mit  dem  rechten  Vorhof 
verbinden,    ist   eine    rein    muskuläre    Fort- 


pflanzung der  Erregung  vom  Venensinus 
(möglicherweise  dem  Knoten  von  Flack  bei 
den   Säugetieren)   auf   die  Vorhöfe  möglich. 

Eine  lange  Zeit  war  man  allgemein  davon 
überzeugt,  daß  bei  den  warmblütigen  Tieren 
kein  muskulärer  Zusammenhang  zwischen 
jden  Vorhöfen  und  den  Kammern  vorhanden 
j  war,  und  daß  also  der  Uebergang  der  Er- 
Iregung  auf  die  Kammern  nur  auf  nervösem 
!  Wege  erfolgen  konnte. 

Dann  wiesen  Kent  und  His  jun.  nach, 
jdaß  dennoch  Muskelbündel  von  den  Vor- 
höfen auf  die  Kammern  übergingen,  und  die 
Möglichkeit  lag  also  auch  hier  vor,  daß  die 
Fortpflanzung  der  Erregung  muskulär  statt- 
finden konnte. 

Nach  Tawara  bildet  das  betreffende 
Verbindungsbündel  oberhalb  der  atrio- 
ventrikulären Grenze  ein  kompliziertes  Netz- 
werk von  verhältnismäßig  starkem  Umfang, 
den  atrioventrikulären  Knoten. 

Von  diesem  verbindet  sich  ein  Faser- 
bündel mit  der  Muskulatur  des  Vorhofes, 
während  ein  anderes  Bündel  in  die  Kammer- 
scheidew^ind  eintritt,  sich  dort  in  zwei 
Schenkel  teilt,  welche  an  beiden  Seiten 
der  Scheidewand  hinabsteigen  und  sich 
schließlich  in  eine  große  Zahl  feiner  Aus- 
läufer zersplittern,  welche  teils  zu  den 
Papillarmuskeln  gehen,  teils  sich  über  die 
ganze  Innenfläche  des  Endokards  ver- 
breiten. Während  seines  ganzen  Verlaufes 
ist  das  Bündel  durch  Bindegewebe  von  der 
eigentlichen  Kammermuskulatur  isoliert  und 
tritt  erst  mit  seinen  Endausläufern  mit  den 
gewöhnlichen  Muskelfasern  der  Kammer  in 
Verbindung. 

Durch  nicht  zu  starke  Kompression  dieses 
Bündels  wird  die  Leitung  der  Erregung 
von  den  Vorhöfen  zu  den  Kammern  mehr 
oder  weniger  erschwert,  und  in  erster  Linie 
die  Zeitdauer  der  Uebertragung  allmählich 
immer  länger.  Bei  stärkerem  Druck  erscheint 
auf  je  2  oder  3  oder  4  Vorhofkontraktionen 
nur  eine  Kammerkontraktion,  und  bei  voll- 
ständiger Abtrennung  des  Bündels  treten 
Kammerkontraktionen  auf,  die  von  denen 
der  Vorhöfe  ganz  unabhängig  sind  und  dartun, 
daß  die  Kammern  jetzt  in  ihrem  eigenen 
Rhythmus  schlagen  (H.  E.  Hering,  Huin- 
blet.  Erlanger). 

Entsprechende  Erscheinungen,  d.  h.  Auf- 
hebung der  normalen  Aufeinanderfolge  der 
Kontraktionen  der  einzelnen  Herzabtei- 
lungen, werden  auch  beim  Menschen  bei 
gewissen  Herzkrankheiten  beobachtet. 

Aus  diesem  allen  folgt,  daß  das  Ver- 
bindungsbündel tatsächlich  eine  große  Be- 
deutung für  die  Reizübertragung  im  Herzen 
haben  kann.  Da  aber  dasselbe  nicht  frei 
von  Nervenfasern  und  Nervennetzen  ist, 
ist    die    Möglichkeit    nicht    ausgeschlossen, 


1024 


Kreislauf  des  Blutes 


daß  gerade  diese  den  hierbei  tätigen  Mecha- 
nismus darstellten. 

Ich  werde  im  Zusaninu'iiliang  mit  der 
Frage  nach  der  Ursache  der  Automatic 
des  Herzens  auf  diese  Frage  ziinickkommen. 

6.  Die  Automatie  des  Herzens.  Die 
wichtigste  anatomische  Differenz  zwischen 
dem  Herzen  und  dem  quergestreiften  Skelett- 
muskel liegt  darin,  daß  bei  jenem  an  ver- 
schiedenen Orten  (Janglienzerien  eingestreut 
sind,  während  solche  bei  diesen  gar  nicht 
vorkommen. 

Kurz  nachdem  die  Ganglienzellen  im 
Froschherzen  von  Remak  (Venensinus), 
Ludwig  (Vorhofsscheidewand)  und  Bidder 
(Atrioventrikulargrenze)  nachgewiesen  worden 
waren,  sprach  Volkmann  (1844)  die  An- 
sicht aus,  daß  gerade  diese  Ganglienzellen 
die  Träger  der  automatischen  Eigenschaften 
des  Herzens  wären,  und  diese  neurogene 
Auffassung  wurde  bald  als  über  jeden 
Zweifel  erhaben  allgemein  angenommen. 
Eine  besonders  wichtige  Stütze  fand  sie 
darin,  daß  die  Ganglienzellen  vor  allem  in 
denjenigen  Herzabschnitten  vorkamen,  von 
welchen  aus  die  Herzkontraktionen  aus- 
gehen. 

Demgegenüber  wurde  in  erster  Linie 
von  Gaskell  und  Engelmann  die  Ansicht 
vertreten,  daß  die  automatischen  Kon- 
traktionen des  Herzens  einer  besonderen 
Eigenschaft   der    Herzmuskulatur   ihr    Ent- 


Beim  Limulusherzen  ist  also  die  Auto- 
matie unzweifelhaft  neurogenen  Ursprunges, 
und  man  hat  darin  einen  Beweis  dafür 
gesehen,  daß  dies  auch  bei  dem  Wirbeltier- 
herzen der  Fall  wäre. 

Dieser  Schluß  ist  indes  nicht  zwingend. 
denn  es  läßt  sich  denken,  daß  die  Muskulatur 
des  Herzens  während  der  Stammesentwicke- 
lung  der  Wirbeltiere  die  Eigenschaft  der 
Autonuxtie  erworben  hat,  und  tatsächlich 
unterscheidet  sich  das  Limulusherz  vom 
Wirbeltierherz  unter  anderem  dadurch,  daß 
seine  Systole  nicht  eine  einfache  Muskel- 
zuckung darstellt,  sondern,  wae  aus  dem 
oszillatorischen  Charakter  des  Aktions- 
stromes hervorgeht,  einer  summierten  Zuk- 
kung  entspricht  (P.  Hof  mann). 

Für  die  Gültigkeit  der  myogenen  bezw. 
der  neurogenen  Hypothese  für  das  Säuge- 
tierherz sind  vielerlei  Gründe  von  den 
Autoren  angeführt  worden.  So  viel  sich 
die  Sache  jetzt  übersehen  läßt,  können 
diese  zurzeit  die  Frage  noch  nicht  endgültig 
beantworten,  denn  es  findet  sich  keine 
einzige  Erscheinung,  die  aus  dem  Gesichts- 
punkte der  einen  Anschauung  mit  unbe- 
dingtem Ausschluß  der  anderen  ohne  spezi- 
elle Hiffshypothesen  erklärt  werden  konnte. 

Als  einen  absoluten  Beweis  für  die 
myogene  Hypothese  könnte  man  möglicher- 
weise die  Tatsache  herbeiführen  wollen, 
daß  ein   Säugetierherz   in  günstigen   Fällen 


OS  mnc       In  ^ 

Fig.   17.      Das  Herz  von   Limuhis   polyphemus.      aa   vordere  Arterien;   la   seitliche  Arterien;  In 
seitliche  Nerven:  mnc,  das  große   Ganglion;  es  Ostia.     Nach  Carlson. 


stehen  verdaidvcn.  Diese  myogene  Theorie 
wurde  insbesondere  von  Klinikern  mit 
großem  Wohlwollen  empfangen. 

Bei  den  Wirbeltieren  sind  die  Ganglien- 
zellen des  Herzens  in  dessen  Muskulatur 
eingebettet,  und  es  ist  daher  nicht  möglich, 
durch  vivisektorische  Versuche  die  gegen- 
seitige Bedeutung  der  betreffenden  Gebilde 
festzustellen.  Beim  Krustacee  Limulus 
polyphemus  ist  dies  indessen  nicht  der 
Fall,  denn  hier  befanden  sich  die  Ganglien- 
zellen außerhalb  des  Herzens  und  bilden  an 
dessen  dorsaler  Seite  ein  langes  Ganglion, 
welches  durch  Nervenfasern  mit  dem  Herz- 
muskel verbunden  wird  (Fig.  17).  Hier 
kann  das  Ganglion  ohne  Schwierigkeit 
vom  Herzen  abgetrennt  werden.  Nach 
dieser  Operation  steht  das  Herz  in  der 
Diastole  still  und  fängt  nie  mehr  an,  spontan 
zu  schlagen  (Carlson). 


sogar  5  Tage  nach  dem  Tode  wieder  belebt 
werden  kann,  denn  wir  besitzen  sonst  kein 
Beispiel  davon,  daß  Ganglienzellen,  sei  es 
im  zentralen  Nervensystem  oder  in  peri- 
pheren Ganglien,  nach  so  langer  Zeit  zu 
voller  Leistungsfähigkeit  erweckt  werden 
könnten. 

Aber  auch  diese  Erfahrung  ist  nicht 
eindeutig,  denn  es  kann  sehr  gut  der  Fall 
sein,  daß  die  normale  Tätigkeit  des  Herzens 
unter  dem  Einfluß  der  Ganglienzellen  er- 
folgt, während  die  Kontraktionen  des  durch 
die  Salzlösung  wiederbelebten  Herzens  durch 
direkte  Reizung  des  Herzmuskels  hervor- 
gerufen werden.  Für  diese  Auffassung 
spricht  gewissermaßen  die  Tatsache,  daß 
das  von  seinem  Ganglion  isolierte  Limulus- 
herz in  einer  Kochsalzlösung  schUeßhch 
pulsiert. 

Eine   wirklicii  befriedigende  theoretische 


Kreislauf  des  Blutes 


1025 


Anschauung  über  die  Ursache  des  normalen 
Herzschlages  läßt  sich  also  zurzeit  nicht 
aufstellen. 

Unter  solchen  Verhältnissen  kann  man 
auch  nicht  bestimmt  entscheiden,  ob  die 
Fortpflanzung  der  Erregung  durch  das  Herz 
muskulär  oder  nervös  erfolgt,  denn  die  iVrt 
und  Weise,  wie  dies  geschieht,  muß  doch 
aller  Wahrscheinlichkeit  nach  in  einem  außer- 
ordenthch  nahen  Zusammenhang  damit 
stehen,  ob  die  Erregung  des  Herzens  von 
Ganglienzellen  oder  von  der  Herzmuskulatur 
selbst  ausgelöst  wird. 

C.  Die  Herznerven. 
Zum  Plexus  cardiacus  kommen  Aeste 
sowohl  vom  Vagus  als  vom  Sympathicus 
her  und  laufen  dann  nach  dem  Herzen. 
Unter  diesen  Fasern  finden  sich  sowohl 
zentrifugale  als  zentripetale  Nerven. 

Die  ersteren  sind  zweierlei  i\rt,  nämlich 
solche,  welche  die  Bewegung  des  Herzens 
verlangsamen  und  hemmen  (hemmende 
Herz  nerven)  und  solche,  durch  welche 
die  Herzbewegung  beschleunigt  und  be- 
fördert wird  (beschleunigende  Herz- 
nerven). 

Die  zentripetalen  Nerven  führen  Nach- 
richten vom  Herzen  zu  dem  zentralen  Nerven- 
system und  können  unter  dessen  Mitwirkung 
Reflexe  auslösen,  durch  welche  die  Tätigkeit 
des  Herzens  und  der  Gefäßmuskeln  in  allen 
möglichen  Richtungen  verändert  wird. 

Wie  das  vom  Körper  ausgeschnittene  Herz 
noch  eine  Zeitlang  pulsiert,  so  vermag  auch 
das  Herz  im  Körper  nach  der  Ausschaltung 
seiner  sämtlichen  zentrifugalen  und  zentri- 
petalen Nerven  monatelang  leistungsfähig 
zu  bleiben,  und  das  Tier  zeigt  dabei  keinerlei 
krankhafte  Symptome.  Nur  wenn  Körper- 
bewegungen, die  bei  einem  normalen  Tiere 
noch  gar  keine  Anstrengung  beanspruchen, 
ihnen  zugemutet  werden,  treten  bald  schwere 
Störungen  in  der  Herztätigkeit  zum  Vor- 
schein, aus  denen  ersichtlich  ist,  daß  die 
Herznerven  für  die  Herztätigkeit  tatsächlich 
eine  durchgreifende  Bedeutung  haben,  ob- 
gleich dies  beim  ruhenden  oder  sich 
nur  wenig  bewegenden  Tiere  nicht  deutlich 
hervortritt,  da  hier  keine  großen  Ansprüche 
an  das  Herz  gestellt  werden  (Frieden- 
thal). 

I.  Die  hemmenden  Herznerven.  Diese 
wurden  zuerst  von  den  Gebrüdern  Ernst 
Heinrich  und  Eduard  Weber  nach- 
gewiesen (1845).  Sie  verlaufen  im  Stamme 
des  Nervus  vagus. 

Wenn  man  an  einem  ruhig  daliegenden 
Säugetier  die  beiden  Vagi  durchschneidet, 
so  nmimt  die  Zahl  der  Herzschläge  dadurch 
in  hohem  Grade  zu.  Reizt  man  nun  den 
peripheren  Stumpf  des  einen  Vagus,  so 
werden    die    Herzschläge    seltener;    bei   ge- 

Hanilwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


nügender  Stärke  der  Reizung  hören  sie 
vollständig  auf,  und  das  ganze  Herz  steht 
m  der  Diastole  still. 

Im  Vagus  finden  sich  also  Nervenfasern 
welche  auf  die  Schlagfrequenz  des  Herzens 
hemmend  wirken;  sie  befinden  sich  beständig 
in  Tätigkeit  (Vag ustonus),  und  unter  ihrem 
Einfluß  schlägt  das  Herz  weniger  frequent 
als  es  sonst  tun  würde.  ' 

Diese  Wirkung  des  Vagus  wird  in  erster 
Linie  auf  die  zentralen  Venen  und  die  Vorhöfe 
ausgeübt.  Dabei  nimmt  die  Stärke  ihrer 
Kontraktion  immer  ab,  und  es  kann  so^ar 
eintreffen,  daß  dabei  die  Pulsfrequenz  un- 
verändert bleibt. 

Man  ist  vielfach  geneigt  gewesen,  die 
bei  der  Vagusreizung  erscheinende  Verlang- 
samung der  Kammerkontraktionen  einfach 
als  die  Folge  der  Vaguswirkung  auf  die 
Vorhöfe  aufzufassen,  und  es  "ist  sogar 
die  Ansicht  vertreten  worden,  daß  der  Vagus 
auf  die  Kammern  gar  keinen  direkten  Einfluß 
ausübe.  Gegen  diese  Auffassung  lassen 
sich  indessen  nicht  ganz  unwesenthche  Be- 
merkungen machen,  und  was  speziell  das 
Säugetierherz  betrifft,  ist  die  rhvthmische 
Fähigkeit  der  von  den  Vorhöfen  *  isoherten 
Kammern  so  groß,  daß  erstere  sehr  gut 
stillstehen  könnten,  ohne  daß  die  Kammern 
infolgedessen  ihre  Arbeit  einzustellen 
brauchten. 

Bei  geringer  Abnahme  der  Pulsfrequenz 
werden  die  Kontraktionen  der  Herzkammern 
größer  als  vorher.  Dies  beruht  indessen 
nicht  darauf,  daß  die  Vagi  einen  stärkenden 
Einfluß  auf  die  Kammern  entfalten,  sondern 
läßt  sich  lediglich  darauf  zurückführen,  daß 
die  bei  der  Vagusreizung  stattfindende 
Verlängerung  der  Diastole  den  Kammern 
ermöglicht,  sich  mit  mehr  Blut  als  sonst  zu 
füllen.  Auch  läßt  die  verlängerte  Herz- 
pause den  Druck  in  den  Arterien  tiefer  als 
sonst  herabsinken,  was  seinerseits  eine  ge- 
wisse Abnahme  des  von  der  linken  Kammer 
zu  überwindenden  Widerstandes  zur  Folge 
haben  muß. 

Bei  stärkerer  Reizung  nimmt  aber  auch 
die  Größe  der  einzelnen  Karamerkontrak- 
tionen  ab,  und  schließlich  steht  das  ganze 
Herz  in  der  Diastole  still. 

Betreffend  die  Natur  der  durch  die 
hemmenden  Nerven  hervorgerufenen  Ver- 
änderungen im  Herzen  können  wir  nichts 
bestimmtes  sagen.  Es  liegt  allerdings  nahe 
anzunehmen,  daß  diese  Nerven  Vorgänge 
aufbauender,  assimilatorischer  Art  bewirken 
sollten,  und  diese  Auffassung  ist  auch  von 
zahlreichen  Autoren  vertreten  worden.  Gegen 
dieselbe  kann  indessen  geltend  gemacht 
werden,  daß  das  Herz  von  doppelseitig 
vagotomierten  Hunden,  welche  monatelang 
nach  der  Operation  am  Leben  bheben,  bei 

6ö 


1026 


Kreislauf  des  Blutes 


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Fig.  18.  Die  Pulsfrequenz  bei  Reizung  des  Vagus  (v),  der  be- 
schleunigenden Herznerven  (a)  und  aller  beider  Nerven  (av), 
Die  Reizung  dauert  in  jedem  Fall  15  Sek.  (s — s).     Nach  Hunt. 


der  Sektion  keinerlei  anatomische  Verände-  fast  unverändert  bleibt  (Baylissund  Star- 
rungen darbietet  (Pawlow,  Friedenthal),   ling,  0.  Frank). 

2.  Die  beschleunigenden  Herznerven.  Dies  bedeutet  indessen  nicht,  daß  sich 
Sie  ^vurdeu  von  v.Bezold  und  den  Gebrüdern  die  Wirkungen  der  beiden  Nerven  einfach 
E.  und  M.  Cyon  entdeckt.  Sie  treten  vom  algebraisch  addieren,  und  man  kann  im 
Kückenmark  in  die  obersten  Brustwurzeln  Gegenteil  bestimmt  beweisen,  daß  dies  nicht 
aus,  vereinigen  sich  mit  dem  Sympathicus  der  Fall  ist.  Den  hemmenden  Herznerven 
und  gehen  zum  Herzgeflecht.  —  Auch  im  gegenüber  zeigen  sich  nämlich  die  beschleu- 
nigenden dadurch  ausge- 
zeichnet, daß  ihre  Erregung 
von  einer  ziemlich  lange 
dauernden  Nachwirkung  be- 
gleitet ist.  Nun  begegnen 
wir  nach  gleichzeitiger 
Reizung  der  beiden  Nerven, 
selbst  wenn  die  hemmende 
Wirkung  während  der  Rei- 
zung stark  überwogen  hat, 
in  der  Nachwirkung  der  für 
die  beschleunigenden  Nerven 
charakteristischenFreciuenz- 
steigerung  ganz  deutlich 
(Fig.  18). 

Daraus    folgt,    daß    die 
beiden    Arten    von    zentri- 
fugalen   Herznerven    keine 
reinen    Antagonisten    dar- 
Vagus  finden   sich   neben  den  hemmenden '  stellen  können,  sondern  ihren  Angriffspunkt 
einige  beschleunigende  Fasern.  '\  an  verschiedenen  Orten  des  Herzens  haben. 

Die  Reizung  dieser  Nerven  steigert  mehr  Näheres  darüber  wissen  wir  zurzeit  nicht. 
oder  weniger  die  Pulsfrequenz,  und  zwar  ist  3.  Die  zentripetalen  Herznerven  und 
das  dabei  zu  erhaltende  Maximum  von  der  die  Herzreflexe.  x\n  der  Kammerwand 
vor  der  Reizung  stattfindenden  Pulsfrequenz  verlaufen  zahlreiche  Nervenfasern,  w^elche 
ganz  unabhängig  (Baxt).  Die  Freciuenz- 1  bei  Reizung  ihrer  zentralen  Stümpfe  reflek- 
zunahme  wird  wesentlich  durch  Verkürzung  torisch  den  Blutdruck  erhöhen  oder  senken, 
der  Diastole  zustande  gebracht.  sowie   die   Herzfrequenz   steigern  oder   ver- 

Auch  die  beschleunigenden  Herznerven  mindern.  Durch  diesen  Nerven  kann  das 
scheinen  tonisch  erregt  zu  sein,  wie  daraus  Herz  selbst  Mechanismen  erregen,  durch 
folgt,  daß  die  Pulsfrequenz  entschieden  ab-  welche,  je  nach  dem  augenblicklichen  Bedarf, 
nimmt,  w^enn  diese  Nerven  nach  vorgängiger  der  Zustand  des  Kreislaufapparates  in  der 
Durchschneidung  der  Vagi  zerstört  werden,  einen  oder  anderen  Richtung  verändert 
Die  beschleunigenden  Nerven  wirken  wird  (AVooldridge).  Diese  Nerven  können 
sowohl  auf  die  Vorhöfe  wie  auf  die  Kammern  auch  Reflexe  auf  die  Skelettmuskeln  aus- 
ein. Hierbei  nimmt,  wenigstens  beim  Hunde,  lösen.  Dagegen  scheint  das  Herz  keine  Nerven 
der  Umfang  der  Kontraktionen  in  den  meisten  zu  besitzen,  w^elche  bewußte  taktile  Emp- 
Fällen  zu.     Es  kann  aber  auch  eintreffen,   findungen  vermitteln. 

daß  die  Kontraktionsgröße  bei  unveränderter  An  der  Wand  der  Aorta  finden  sich  die 
Frequenz  ansteigt,  und  umgekehrt  kann  peripheren  Endverästelungen  eines  zentri- 
eine  Beschleunigung  ohne  Zunahme  der !  petalen  Nerven,  des  Nervus  depressor, 
Kontraktionsgröße  erscheinen.  1  welcher    für    die    reflektorische    Regulation 

Unter  Umständen  kann  nicht  allein  bei  j  der  Herztätigkeit  von  der  größten  Bedeutung 
gewissen  Wirbellosen,  sondern  auch  bei  ist  (Ludwig  und  Cyon)  und  daher  in  diesem 
Säugetieren  (H.  E.  Hering)  das  stillstehende  Zusammenhange  besprochen  werden  mag, 
Herz  durch  die  beschleunigenden  Herznerven  obgleich  er  eigentlich  zu  den  zentripetalen 
zum  Schlagen  gebracht  werden.  |  Nerven  der  Arterien  gehört  (v.  T sc  her  mak). 

In  bezug  auf  die  gegenseitigen  Bezie- 1  Die  physiologische  Bedeutung  des  De- 
hungen  der  hemmenden  und  der  beschleu-  pressors  geht  aus  dem  folgenden  hervor, 
nigenden  Herznerven  zeigt  die  Erfahrung,  Bei  stark  zusammengezogenen  Gefäßen  im 
daß  je  nach  der  gegenseitigen  Stärke  der  großen  Kreislaufe  und  großer  Frequenz  der 
Reizung  der  eine  oder  der  andere  während  Herzschläge  ist  jede  Systole  der  linken 
der  Reizung  gewinnt,  sowie  daß  bei  geeigneter  i  Kammer  mit  einer  großen  Anstrengung  ver- 
Reizstärke  die  Frequenz  der  Herzschläge  bunden;  bei  zu  langer  Dauer  dieses  Zustandes 
sowie    die    Dauer    ihrer    einzelnen    Phasen  '  würde  das  Herz  gar  leicht  erschöpft  werden 


Ki-eislauf  des  Blutes 


1027 


können.  Dem  wird  indessen  vorp;ebeiigt, 
indem  bei  der  starken  Erweiterung  der 
Aorta  die  in  deren  Wand  befindlichen 
Endapparate  des  Depressors  erregt  und 
dadurch  reflektorisch  die  Gefäße  erweitert 
und  die  Herzschläge  verlangsamt  werden. 
Die  Gefäßerweiterung  setzt  den  Widerstand 
in  den  Gefäßen  herab;  dank  der  Verlang- 
samung der  Herzfrequenz,  die  ja  mit  einer 
Verlängerung  der  Herzpause  verbunden  ist, 
bekommt  das  Herz  Gelegenheit,  etwas 
länger  als  sonst  nach  jeder  Kontraktion 
auszuruhen.  Alle  beide  Umstände  wirken 
in  derselben  Richtung  und  bewahren  das 
Herz  vor  Ueberanstrengung. 

Wenn  die  Nervi  depressores  bei  hohem 
arteriellen  Druck  durchschnitten  werden  und 
diese  Regulation  also  plötzlich  fortfällt, 
steigt  der  Blutdruck  sofort  noch  weiter  an 
(Pawlow). 

Auch  von  einer  großen  Zahl  anderer 
zentripetaler  Nerven  kann  das  Herz  reflek- 
torisch beeinflußt  werden.  In  einigen  Fällen 
erstrecken  sich  diese  Reflexe  auf  die  hemmen- 
den Herznerven,  in  anderen  werden  dabei 
die  beschleunigenden  Herznerven  ange- 
sprochen bezw.  eine  Beschleunigung  durch 
xVbnahme  der  stetigen  Erregung  der  hemmen- 
den Nerven  zustande  gebracht. 

Die  Tätigkeit  der  hemmenden  Herz- 
nerven steht  in  erster  Linie  unter  der  Ab- 
hängigkeit eines  im  verlängerten  Marke 
(Kopfmark)  befindlichen  Zentrums,  welches 
teils  durch  das  Blut  erregt  wird,  teils  unter 
dem  Einfluß  von  allerlei  reflektorischen 
Einwirkungen  eine  verstärkte  oder  vermin- 
derte Tätigkeit  entfaltet. 

Dasselbe  Zentrum  wird  auch  von  den 
höheren  Hirnteilen  beeinflußt,  und  sogar 
durch  Reizung  gewisser  Stellen  der  Groß- 
hirnrinde kann  eine  Verlangsamung  der 
Herztätigkeit  erreicht  werden.  Hierdurch  er- 
klärt sich  zum  Teil  wenigstens  die  Erfahrung, 
daß  die  Herzschläge  unter  dem  Einfluß  von 
verschiedenen  psychischen  Zuständen  ver- 
langsamt werden  können. 

Das  in  diesen  Fällen  wirkende  Moment 
stellt  indessen  nicht  eine  bewußte  Willens- 
handlung dar,  sondern  liegt  vielmehr  in  der 
Vorstellung  an  sich.  Durch  den  Willen  kann 
man  nämlich  keine  direkte  Hemmung  der 
Herztätigkeit  hervorrufen. 

Dagegen  kann  man  sich  darin  üben, 
die  Herzfrequenz  durch  Erregung  der  be- 
schleunigenden Herznerven  willkürlich  zu 
vermehren,  ohne  daß  irgendwelche  Vor- 
stellungen die  eigentlich  wirksame  Ursache 
dabei  abgeben  würden.  Dies  kommt  indessen 
nur  sehr  selten  vor,  und  in  den  allermeisten 
Fällen  ist  auch  die  unter  dem  Einfluß  ver- 
schiedener psychischer  Zustände  auftretende 
Beschleunigung  als  Folge  der  Vorstellung  an 
sich  zu  erachten  (vgl.  auch  unter  4). 


Ueber  die  Lage  der  Zentren  der  be- 
schleunigenden Herznerven  ist  zurzeit  noch 
nichts  Sicheres  bekannt. 

4.  Die  Frequenz  der  Herzschläge. 
Unter  der  Einwirkung  der  zentrifugalen 
Herznerven  kann  die  Frequenz  der  Herz- 
schläge in  weitem  Umfange  verändert  werden. 
Als  Normalzahl  dafür  ist  die  Schlagfrequenz 
bei  möglichst  vollständiger  körperlicher  Ruhe 
im  nüchternen  Zustande  zu  bezeichnen. 

Auch  unter  solchen  Umständen  zeigen 
sich  bei  verschiedenen  Individuen  derselben 
Art  und  desselben  Alters  große  Variationen, 
wie  man  z.  B.  beim  erwachsenen,  gesunden 
Menschen  eine  Pulsfrequenz  zwischen  20 
und  108  pro  Minute  beobachtet  hat. 

Bei  den  warmblütigen  Tieren  kann  als 
allgemeine  Regel  aufgestellt  werden,  daß 
sich  die  Pulsfrequenz  im  großen  und  ganzen 
umgekehrt  zur  Körpergröße  verhält. 

Bei  den  kaltblütigen  Tieren  ist  die  Puls- 
frequenz vor  allem  von  der  Temperatur  der 
umgebenden  Luft,  mit  der  die  Temperatur 
des  Tieres  in  der  Regel  aufs  nächste  zu- 
sammenfällt, abhängig.  Je  höher  die  Tem- 
peratur ist,  um  so  frequenter  sind  die  Herz- 
schläge. 

Beim  ruhenden,  nüchternen  Menschen 
variiert  die  mittlere  Pulsfrequenz  je  nach 
dem  Alter,  der  Körperlänge  und  dem  Ge- 
schlecht. Sie  ist  im  ersten  Lebensjahre 
am  größten  mit  einem  -Mittel  von  134  pro 
Minute,  sinkt  dann  allmählich  herab,  er- 
reicht etwa  im  20.  Jahre  ein  Minimum  von 
etwa  70  und  verharrt  dabei  bis  zum  heran- 
nahenden Greisenalter,  wo  sie  wieder  etwas 
ansteigt.  Bei  gleichalten  Individuen  ist 
die  mittlere  Pulsfrequenz  größer  bei  den 
kürzeren  als  bei  den  längeren  Individuen. 
Bei  gleichalten  Männern  und  Frauen  ist 
die  mittlere  Pulsfrequenz  der  letzteren  die 
größere.  Dies  ist  indessen  wesentlich  von 
der  geringeren  Körpergröße  der  Frau  ab- 
hängig, denn  beim  Vergleich  der  Puls- 
frequenz bei  gleichalten  und  gleichlangen 
männUchen  und  weiblichen  Individuen  ver- 
wischt sich  dieser  Unterschied  ziemlich 
vollständig. 

Unter  den  Umständen,  die  auf  die 
Pulsfrequenz  einwirken,  stehen  Muskelbe- 
wegungen obenan,  und  man  kann  fast 
sagen,  daß  die  Pulsfrequenz  in  direkter 
Proportion  zu  dem  Umfangj  der  anstrengen- 
den Beschaffenheit  und  der  Stärke  der  Be- 
wegung zunimmt. 

Durch  passive  Bewegungen,  durch  Kneten 
der  Muskeln  sowie  durch  sehr  starke  Haut- 
reizungen wird  die  Pulsfrequenz  nicht  in 
einem  deutlich  merkbaren  Grade  gesteigert. 
Auch  die  bei  der  Muskelarbeit  auftretenden 
Veränderungen  der  Atmung  genügen  nicht, 
um  die  gleichzeitige  Beschleunigung  der 
Pulsfrequenz   zu   erklären.      Ferner  hat  es 

65* 


1028 


Ki'eislauf  des  Blutes 


sich  erwiesen,  daß  die  bei  der  Muskelarbeit 
gebildeten  Zersetzungsprodukte  keinen 
größeren  Einfluß  auf  die  Pulsfrequenz  aus- 
üben. 

Auf  dem  Wege  der  Ausschließung  kommen 
wir  daher  zu  dem  Resultat,  daß  die  be- 
treffende Beschleunigung  dadurch  entstehen 
muß,  daß  von  den  höheren  Teilen  des 
Gehirns  gleichzeitig  mit  dem  Willensirapuls 
zur  Muskelbewegung  auch  unwillkiirhche 
Impulse  nach  den  Zentren  der  Herznerven 
abgegeben  werden,  wodurch  entweder  die 
stetige  Erregung  der  hemmenden  Ner- 
ven herabgesetzt  wird,  oder  auch  die 
beschleunigenden  Herznerven  direkt  erregt 
werden  (Johansson,  Aulo).  Es  ist  nicht 
unwahrscheinlich,  daß  der  erstere  Faktor 
der  wichtigere  ist. 

Auch  beim  Säugetierherzen  wird  die 
Schlagfrequenz  durch  eine  höhere  Tempe- 
ratur gesteigert;  dadurch  erklärt  es  sich, 
daß  starke  Bedeckung  unter  Vermehrung 
des  Wärmegefühls  die  Pulsfrequenz  erhöht, 
wie  daß  die  Herabsetzung  der  Körper- 
temperatur eine  Abnahme  derselben  hervor- 
ruft. Dementsprechend  sinkt  die  Puls- 
frequenz nach  Trinken  kalten  Wassers; 
sie  nimmt  nach  Genuß  von  warmem  Essen  zu. 

i\.llerlei  unangenehme  Sensationen,  wie 
das  Gefühl  von  Brennen,  Druck  und  Nausea 
im  Magen,  spannende  Gefühle  im  Darm, 
körperhcher  Schmerz  usw.  beschleunigen 
den  Puls. 

Auch  Veränderungen  im  psychischen 
Zustande  des  Individuums  verändern  die 
Pulsfrecjuenz  in  der  einen  oder  anderen 
Richtung,  wie  z.  B.  Aerger  eine  starke  Ver- 
langsamung hervorruft. 

Die  Pulsfrequenz  ist  also  als  sehr  labil 
zu  bezeichnen.  Daraus  erklärt  sich  unschwer, 
daß  sie  bei  einem  ruhenden  Menschen  von 
der  einen  Minute  zur  anderen  nicht  un- 
w'esentliche  Variationen  darbieten  kann. 

III.    Die    Strömung    des    Blutes    in    den 
Gefäßen. 

A.  Hydraulik  des  Blutes. 

Die  Aufgabe  des  Blutes,  alle  Körperteile 
mit  Nahrung  und  Sauerstoff  zu  versehen, 
wird  während  dessen  Strömung  durch  die 
Kapillaren  realisiert,  indem  durch  ihre 
dünne  Wand  vom  Blute  allerlei  Substanzen 
in  die  umgebenden  Gewebe  übertreten, 
während  zu  gleicher  Zeit  die  in  den  letzteren 
gebildeten  Zersetzungsprodukte  zum  größten 
Teil  durch  die  Kapillarwand  hiiidurch  in 
das  Blut  eintreten. 

Zu  den  Kapillaren  wird  das  Blut  durch 
die  i\rterien  geleitet,  und  die  Stromstärke 
.in  ienen  ist  daher  direkt  von  der  Strom- 
stärke in  diesen  abhängig.  Um  die  Lei- 
stungen   und    die    Effektivität    des    Kreis- 


laufes kennen  zu  lernen,  ist  es  daher  in  erster 
Linie  notwendig,  den  Blutstrom  in  den 
Ai'terien  und  dessen  unter  verschiedenen 
Verhältnissen  stattfindenden  Variationen 
näher  zu  untersuchen. 

Seinerseits  steht  der  Blutstrom  in  den 
Ai'terien  in  einer  außerordentlich  großen 
Abhängigkeit  von  der  Menge  Blut,  das 
dem  Herzen  zur  Verfügung  steht,  welches 
wiederum  von  dem  Blutstrom  in  den  Venen 
abhängig  ist. 

So  stehen  alle  Abschnitte  des  Kreislaufes 
in  einer  sehr  nahen  Abhängigkeit  und  Be- 
ziehung zueinander. 

Die  Hydraulik  des  Blutes  hat  die 
Blutbewegung  in  den  Ai"terien,  Kapillaren 
und  Venen  näher  zu  untersuchen.  Wegen 
der  wesentlichen  Unterschiede,  die  sich 
trotz  großer  Aehnlichkeiten  bei  dem  großen 
und  kleinen  Kreislauf  vorfinden,  ist  es  not- 
wendig, den  letzteren  besonders  für  sich  zu 
besprechen. 

I.  Der  Blutstrom  in  den  Arterien  im 
allgemeinen.  Die  .Vi'terienwand  ist  elastisch 
und  enthält  glatte  Muskelfasern,  welche 
sie  in  zirkularer  Richtung  umspinnen  und 
also  bei  ihrer  Zusammenziehung  die  iVrterien 
mehr  oder  weniger  verengen.  Ueber  die 
Bedeutung  und  die  Leistungen  dieser  Muskeln 
vgl.  III  B. 

Die  Elastizität  der  xVrterienwand  ist 
in  mehrerer  Beziehung  für  den  Blutstrom 
von  Bedeutung.  Dank  derselben  strömt 
das  Blut  in  den  Kapillaren  in  einem  ununter- 
brochenen Strom,  obgleich  es  durch  die 
Tätigkeit  des  Herzens  rhythmisch,  intermit- 
tent  in  die  Arterien  hineingetrieben  wird. 

Dadurch,  daß  sich  die  iVi-terien  in  iiumer 
zahlreicheren  Aesten  zersplittern,  wird  der 
Gesamtquerschnitt  des  Arterienstammes 
größer,  was  an  und  für  sich  den  Strömungs- 
widerstand daselbst  erniedrigen  würde. 
Gleichzeitig  wird  aber  auch  die  gesamte 
Wandfläche  größer,  wodurch  wiederum  der 
Widerstand  erhöht  wird.  Das  Gesamt- 
resultat ist,  daß  in  der  Peripherie  des  Gefäß- 
systems, insbesondere  in  den  kleinen  und 
kleinsten  Arterien  und  Venen  sowie  in  den 
Kapillaren  der  Widerstand  viel  größer  als 
in  den  zentralen  Arterien  ist. 

Wenn  Flüssigkeit  in  ein  derartiges  System 
von  elastischen  Röhren  intermittent  in 
einem  gewissen  Rhythiuus  hineingetrieben 
wird,  kann  die  ganze  Menge  derselben 
während  der  Zeit  des  Einströmens  nicht 
hinausfließen,  sondern  bleibt  zum  Teil  im 
System  stauen  und  dehnt  durch  ihren 
Druck  die  Gefäßwand  aus.  Wenn  nun  die 
Einströmung  aufhört,  übt  die  ausgedehnte 
und  ausgespannte  Wand  auf  die  einge- 
schlossene Flüssigkeit  einen  Druck  aus  und 
treibt  sie  in  der  Richtung  nach  der  Peripherie 
weiter.        Bei    zweckmäßiger     Regulierung 


Kreislauf  des  Blutes 


1029 


des  Rhythmus  der  Einströmung  und  der 
Menge  der  hineingetriebenen  Flüssigkeit 
strömt  diese  trotz  dem  intermittenten  Zu- 
fluß in  einem  stetigen  Strom  ans  dem  System 
heraus. 

Dank  dieser  Einrichtung  werden  die 
zarten  Wände  der  Kapillaren  nie  den  starken 
Druckschwankungen,  welche  in  den  großen 
Ai'terien  vorkommen,  ausgesetzt. 

Die  Elastizität  der  Arterien  hat  ferner 
dadurch  eine  große  Bedeutung,  daß  die 
Ai'beit  des  Herzens  wesenthch  erleichtert 
wird. 

Wenn  nämlich  die  Gefäße  ein  System  von 
starren  Röhren  darstellen  würden,  so  müßte 
das  Herz  bei  jeder  Systole  die  gesamte 
Blutmenge  um  so  viel  verschieben,  daß 
die  herausgetriebene  Blutmenge  in  der 
Gefäßhöhle  Platz  finden  konnte.  Bei  elasti- 
schen Gefäßen  brauclit  dies  nicht  stattzu- 
finden, denn  der  aus  dem  Herzen  heraus- 
getriebenen Blutmenge  wird  wesentlich  da- 
durch Platz  bereitet,  daß  die  zentralen  Ge- 
fäße erweitert  werden.  Dabei  wird  die 
Herzarbeit  wesentlich  niedriger  als  im  soeben 
gedachten  Falle. 

Schließlich  spielt  die  Elastizität  der 
Arterien  als  mitwirkender  Faktor  bei  dem 
xArterienpuls  eine  große  Rolle,  denn  ohne 
sie  könnte  im  Gefäßsystem  keine  Wellen- 
bewegung entstehen. 

Die  Wellenbewegung  in  einer  elastischen 
Röhre  kommt,  wie  E.H.Weber  nachgewiesen 
hat,  dadurch  zustande,  daß  die  darin  hinein- 
getriebene inkompressible  Flüssigkeit  die 
Röhre  erweitert  und  also  die  elastische  Wand 
spannt.  Ihrerseits  übt  dann  die  gespannte 
Wand  auf  die  eingeschlossene  Flüssigkeit 
einen  Druck  aus,  wodurch  diese  in  der  Röhre 
vorwärts  getrieben  wird  und  diese  daselbst 
erweitert.  Unter  gegenseitiger  Beteiligung 
der  Flüssigkeit  und  der  elastischen  Wand 
pflanzt  sich  die  Welle  solcher  .Vrt  immer 
weiter  längs  der  Röhre  fort  und  zwar  mit  einer 
Geschwindigkeit,  die  proportional  der  Qua- 
dratwurzel aus  dem  Elastizitätskoeffizienten 
und  der  Wanddicke  der  Röhre  und  umge- 
kehrt proportional  der  Quadratwurzel  aus 
dem  spezifischen  Gewicht  der  Flüssigkeit  und 
aus  dem  inneren  Durchmesser  der  Röhre 
ist  (Moens). 

Eine  Wellenbewegung,  die  sich  in  der 
Form  einer  Drucksenkung  nach  dem  peri- 
pheren Ende  der  Röhre  fortpflanzt,  ent- 
steht, wenn  das  eine  Ende  eines  mit  Wasser 
gefüllten  und  ausgedehnten  elastischen  Schlau- 
ches durch  Entfernung  von  einem  Quantum 
Wasser  entspannt  wird. 

Die  lebendige  liraft  der  Welle  wird  all- 
mählich verbraucht,  und  in  einem  genügend 
langen  Schlauch  erlischt  die  Welle  schließlich 
vollständig. 

Wo  dies  nicht  der  Fall  ist,  erleidet  die 


Welle  am  Ende  der  elastischen  Röhre  eine 
Reflexion,  und  zwar  ist  die  reflektierte 
Welle  gleichen  Zeichens  wie  die  primäre, 
wenn  das  Ende  geschlossen  ist,  und  entgegen- 
gesetzten Zeichens,  wenn  dieses  offen  ist. 

Ferner  tritt  bei  allen  Diskontinuitäten 
der  elastischen  Röhre  und  insbesondere  bei 
jeder  Teilungsstelle  eines  aus  mehreren 
miteinander  verbundenen  elastischen  tiöhren 
zusammengesetzten  Systems  eine  Reflexion 
der  Welle  in  der  Regel  auf,  und  zwar  dringt 
dabei  jede  Welle,  wo  sie  auch  entstanden 
sein  mag,  in  alle  Aeste  des  Systems  hinein. 

In  einem  solchen  System  tritt  bei  einer 
Teilungsstelle  nur  dann  keine  Reflexion  auf, 
wenn  an  der  Stelle  der  Diskontinuität  die 
Querschnitte  sich  in  demselben  Verhältnis 
ändern  wie  die  Fortpflanzungsgeschwindig- 
keiten der  Wellen  (v.  Kries). 

Im  arteriellen  System  finden  sich  alle 
Bedingungen  für  das  Entstehen  der  pri- 
mären und  reflektierten  Wellen  vor,  und 
die  solcherart  entstandenen  Wellen  können 
in  der  mannigfaltigsten  Weise  miteinander 
interferieren.  Hierdurch  entstehen  zahlreiche 
verschiedene  Formen  der  Wellenbewegung 
in  den  verschiedenen  Arterien. 

2.  Druck  und  Geschwindigkeit  des 
Blutes  in  den  Arterien. 

Die  Art  und  Weise,  wie  der  Blutdruck  bei 
Versuchen  an  Tieren  bestimmt  wird,  ist  schon  oben 
(II,  A,  4)  beschrieben  worden.  Beim  Menschen 
mißt  man  im  allgemeinen  die  Größe  des  Blut- 
druckes dadiuch,  daß  man  denjenigen  auf  die 
Haut  angebrachten  Druck  feststellt,  der  gerade 
genügt,  um  den  Blutstrom  in  der  zu  unter- 
suchende Arterie  aufzuheben.  Hier  wird  also 
zunächst  der  maximale  Druck  erhalten.  Um 
den  während  der  Herzdiastole  beim  Menschen 
stattfindenden  minimalen  Druck  kennen  zu 
lernen,  hat  man  verschiedene  Versuchsanord- 
nungen benutzt,  die  indessen  nicht  hier  dar- 
gestellt werden  können. 

Zur  Messung  der  in  den  Arterien 
strömenden  Blut  menge  hat  man  Apparate 
gebaut,  welche  in  die  Strombahn  eingesetzt 
werden  können,  ohne  den  Blutstrom  zu  unter- 
brechen. Hierher  gehört  die  Stromuhr  von 
Ludwig,  bei  welcher  das  strömende  Blut  eine 
bekannte  Menge  einer  anderen  Flüssigkeit  ver- 
drängt; dashvdrometrische  Pendel  von  Vieror  dt, 
bei  welcher  die  Stromstärke  durch  die  Ausschläge 
eines  in  die  Strombahn  eingesetzten  Pendels 
bestimmt  wird;  die  Eichung  des  Stromes  unter 
Anwendung  der  Pitotschen  Köhren  (Cybulsky, 
Frank)  usw. 

Der  mittlere  Blutdruck  in  der  Aorta 
ist  bei  verschiedenen  Säugetierarten  nur 
in  verhältnismäßig  geringem  Grade  von  der 
Größe  des  Tieres  abhängig.  Beim  Pferde 
kann  er  auf  etwa  150  bis  200  mm  Hg,  beim 
Hunde  auf  etwa  130  bis  150  mm  Hg  und 
beim  Kaninchen  auf  80  bis  120  mm  Hg 
geschätzt  werden. 

Bei  Menschen  im  Alter  von  10  bis  40  Jahren 


1030 


Ki-eislauf  des  Blutes 


scheint  der  maximale  Blutdruck  durch- 
schnittlich 100  bis  120  mm  Hg  und  das 
Druckminimum  während  der  Herzdiastole 
etwa  70  bis  80  mm  Hg  zu  betragen.  Der 
Druck  in  den  Arterien  der  unteren  Extremi- 
täten stellt  die  Summe  des  tatsächlichen 
arteriellen  Druckes  und  des  entsprechenden 
hydrostatischen  Druckes  der  Bliitsäule  dar. 
Nach  Poiseuille  gilt  für  starre  wage- 
rechte Kapillaren,  in  welchen  eine  die 
Wand  benetzende  Flüssigkeit  unter  einem 
gewissen  Druck  strömt,  folgende  Formel 
für  das  in  der  Zeiteinheit  bind urchf heßende 
Volumen  Q,  wenn  der  Druck  am  Ende  des 
Rohres  Null  ist: 

Q  =  7rr*p/8>yl, 

wo  r  den  Radius  und  1  die  Länge  der  Röhre, 
p  den  am  Anfang  der  Röhre  herrschenden 
hydraulischen  Druck  und  i]  die  Konstante 
der  inneren  Reibung  bezeichnen. 

Bei  einer  kapillaren  Röhre  von  konstanter 
Länge  ist  also  die  durchströmende  Menge 
der  Flüssigkeit  proportional  dem  Druck  und 
der  vierten  Potenz  des  Radius  der  Röhre 
und  umgekehrt  proportional  der  Länge  der 
Röhre  und  der  inneren  Reibung,  d.  h.  der 
Viskosität  der  Flüssigkeit. 

Obgleich  die  Formel  von  Poiseuille 
schon  deshalb  nicht  für  das  Gefäßsystem 
gelten  kann,  weil  sie  sich  nur  auf  Kapillaren 
mit  starrer  Wand  und  nicht  auf  elastische 
Röhren  von  großem  Querschnitt  bezieht,  und 
auch  Versuche  vorhegen,  welche  direkt  be- 
weisen, daß  der  Blutstrom  in  den  Arterien 
komplizierterer  Art  ist  als  die  durch  die 
Poiseuille  sehe  Formel  ausgedrückte  Be- 
wegung, kann  diese  Formel  jedenfalls  als 
ein  vorläufiger,  aber  nur  annäherungsweise 
gültiger  Ausdruck  für  den  Zusammenhang 
zwischen  Widerstand,  Druck  und  Strom- 
volumen, welcher  im  Kreislauf  stattfindet, 
aufgefaßt  werden. 

Daraus  folgt  unmittelbar  der  wichtige 
Satz,  daß  ein  Druck  von  einer  und  derselben 
Höhe  je  nach  dem  stattfindenden  peri- 
pheren Widerstand  bei  einer  sehr  verschiede- 
nen Größe  der  vom  Herzen  in  der  Zeit- 
einheit herausgetriebenen  Blutmenge  auf- 
treten kann,  und  daß  daher  der  Blutdruck 
an  und  für  sich  Jiie  als  Maßstab  der  Effekti- 
vität des  Kreislaufes  aufgefaßt  werden  darf. 

Um  die  Strömung  des  Blutes  im  arteriellen 
System  wirklich  zu  verstehen,  ist  es  also 
notwendig,  gleichzeitig  die  beiden  Faktoren, 
durch  welche  sie  charakterisiert  wird,  zu 
bestimmen. 

Wenn  der  Widerstand  in  den  Gefäßen 
unverändert  bleibt,  so  sind  natürhch  alle 
Variationen  im  Zustande  des  Kreislaufes 
von  Variationen  bei  der  vom  Herzen  in 
der  Zeiteinheit  herausgetriebenen  Blutmenge 
abhängig.      Solche   Variationen  lassen   sich 


am  leichtesten  durch  Ausschaltung  bezw. 
Reizung  der  Herznerven  erzielen.  Dabei 
wird,  wie  schon  oben  bemerkt,  besonders 
leicht  die  Frequenz  der  Herzschläge  ver- 
ändert. Eine  Frequenzveränderung  bezeugt 
indessen  nicht,  daß  die  vom  Herzen  in  der 
Minute  herausgetriebene  Blutmenge  (das 
Minutenvolumen)  in  entsprechender  Rich- 
tung verändert  werden  würde.  xVueh  zeigt 
die  Erfahrung,  daß  eine  Beschleunigung  der 
Herzschläge  eine  beträchtlichere  Zunahme 
des  Minutenvolumens  und  des  arteriellen 
Blutdruckes  nur  dann  hervorruft,  wenn  bei 
einem  nicht  zu  niedrigen  Widerstand  in 
den  Arterien  sich  in  den  zentralen  Venen 
eine  große  Blutmenge  vorfindet,  die  nur 
darauf  wartet,  im  Herzen  Platz  zu  be- 
kommen. 

Sonst  trifft  es  ein,  daß  eine  Beschleu- 
nigung der  Herzschläge  keine  Vermehrung 
des  Minutenvolumens  und  keine  Druck- 
steigerung bewirkt,  was  sich  leicht  daraus 
erklärt,  daß  die  Dauer  der  Diastole  bei  einer 
Beschleunigung  der  Herzschläge  abnimmt, 
und  also  die  Zeit,  während  welcher  Blut 
in  das  Herz  hineintritt,  kürzer  wird.  Ist 
dann  die  Blutmenge  in  den  zentralen  Venen 
nur  klein,  so  bekommt  das  Herz  während 
der  ^  Diastole  eine  entsprechend  kleinere 
Blutmenge,  und  trotz  der  Beschleunigung 
nimmt  die  in  der  Zeiteinheit  herausgetriebene 
Blutmenge  nicht  zu. 

Bei  nicht  zu  starker  Reizung  der  hemmen- 
den Herznerven  sinkt  die  Schlagfrequenz 
herab,  und  die  Dauer  der  Diastole  steigt  an; 
während  der  Herzruhe  hat  die  Kammer  also 
die  Gelegenheit,  sich  besser  als  sonst  mit  Blut 
zu  füllen,  und  daher  treibt  es  auch  bei  jeder 
Systole  eine  größere  Blutmenge  als  sonst  in 
die  Aorta  hinaus.  Dadurch  wird  die  Wirkung 
der  Verlangsamung  an  und  für  sich  in  einem 
größeren  oder  geringeren  Grade  kompensiert, 
und  dementsprechend  sinkt  der  Blutdruck 
lange  nicht  proportional  der  Abnahme  der 
Pulsfrequenz  herab. 

Bei  Veränderungen  des  Widerstandes  in 
den  Arterien  kann  das  Minutenvolumen 
des  Herzens  je  nach  der  Größe  der  Wider- 
standsveränderung, der  Leistungsfähigkeit 
des  Herzens  und  der  in  den  zentralen  Venen 
vorhandenen  Blutmenge  unverändert  bleiben 
oder  zunehmen  oder  abnehmen. 

Die  bis  jetzt  vorliegenden  Erfahrungen 
haben  hierüber  folgendes  ergeben. 

Wenn  der  Widerstand  in  der  Gefäßbahn 
durch  verstärkte  Kontraktion  der  Ring- 
muskeln der  peripheren  Arterien,  also 
durch  Gefäßverengerung  ansteigt,  so  wird 
das  in  den  verengten  Gefäßen  enthaltene 
Blut  durch  die  Kapillaren  herzwärts  ge- 
trieben, und  dem  Herzen  wird  infolgedessen 
eine  größere  Blutmenge  als  sonst  zur  Ver- 
fügung gestellt. 


Kreislauf  des  Blutes 


1031 


Ist  dann  die  Vermehrung  des  Widerstandes 
nicht  allzu  groß,  so  vermag  das  Herz  tat- 
sächlich eine  ebensogroße  Blutmenge  als 
vorher  oder  sogar  eine  noch  größere  in  die 
Arterien  hinauszutreiben;  dabei  steigt  der 
Blutdruck  natürlich  an.  Bei  größerer 
Zunahme  des  Widerstandes  vermag  das  Herz 
dagegen  nicht  mehr  die  gleiche  Blutmenge 
wie  früher  herauszutreiben,  und  es  kommt 
außerdem  noch  zu  einer  Blutstauung  im 
Herzen.  Dessenungeachtet  steigt  der  Blut- 
druck mehr  oder  weniger  an,  indem  die 
Abnahme  des  Minutenvolumens  durch  den 
erhöhten  Widerstand  in  den  Gefäßen  über- 
kompensiert wird.  Bei  stark  kontrahierten 
Gefäßen,  wie  bei  der  Adrenahnvergiftung, 
genügt  eine  äußerst  kleine  Blutmenge, 
um  den  Druck  auf  einem  sehr  hohen  Stand  zu 
erhalten. 

In  dem  Falle,  daß  der  Widerstand  wegen 
Erschlaffung  der  Gefäßmuskeln  stark  herab- 
gesetzt ist  und  also  eine  bedeutende  Gefäß- 
erweiterung vorliegt,  ist  es  dem  Herzen 
nicht  möglich,  ein  genügend  großes  Minuten- 
volumen herauszutreiben,  um  den  Druck 
auf  der  früheren  Höhe  zu  erhalten.  Anderer- 
seits kann  das  Minutenvolumen  dabei  be- 
deutender sein,  als  bei  einem  größeren  Wider- 
stände, denn  die  Entleerung  des  Herzens 
erfolgt  hier  ja  wesentlich  leichter.  Es  kommt 
aber  die  dem  Herzen  zur  Verfügung  stehende 
Blutmenge  auch  hier  in  Betracht;  ist  diese 
zu  gering,  so  wird  es  dem  Herzen,  trotz  des 
verminderten  Widerstandes,  nicht  möglich, 
das  Minuten  Volumen  zu  steigern. 

Aus  den  vorliegenden  Erfahrungen  über 
das  Minutenvolumen  des  Herzens  und  den 
arteriellen  Blutdruck  läßt  sich  ferner  schlie- 
ßen, daß  die  in  der  Zeiteinheit  aus  dem 
Herzen  herausgetriebene  Blutmenge  im  all- 
gemeinen ihr  Maximum  bei  einem  Gefäß- 
widerstand mittlerer  Größe  erreicht.  In 
diesem  Falle  bleibt  einerseits  das  Blut  nicht, 
wie  bei  einem  zu  kleinen  Widerstand,  mehr 
oder  weniger  in  den  peripheren  Gefäßen 
stauen,  sondern  fließt  in  starkem  Strom  nach 
dem  Herzen,  dem  also  in  den  zentralen  Venen 
eine  ziemlich  große  Blutmenge  zur  Verfügung 
steht,  und  andererseits  bereitet  es  dem  Herzen 
keine  übermäßige  Anstrengung,  diese  Blut- 
menge in  die  Arterien  zu  treiben,  wie  das 
bei  großem   Gefäßwiderstand    der  Fall  ist. 

Diesem  maximalen  Minutenvolumen  ent- 
spricht ein  arterieller  Blutdruck  von  mittlerer 
Größe. 

Der  Widerstand  in  der  Gefäßbahn  ist 
indessen  nicht  allein  von  der  Weite  der 
peripheren  Arterien,  sondern  auch  von  der 
zurzeit  stattfindenden  Viskosität  des  Blutes 
abhängig.  Man  kann  diese  z,  B.  durch 
Injektion  von  Wasser  in  die  Gefäßhöhle 
vermindern:  dabei  steigt  das  Minuten- 
volumen des  Herzens  sehr  erheblich  an;  zu 


gleicher  Zeit  verändert  sich  der  Blutdruck 
nur  wenig,  er  kann  um  wenige  Millimeter 
zunehmen,  oder  konstant  bleiben  oder  sogar 
abnehmen. 

Wenn  die  Blutmenge  des  Körpers  ver- 
mehrt wird,  so  wird  eine  größere  Blutmenge 
in  den  zentralen  Venen  dem  Herzen  zur 
Verfügung  gestellt  und  ihm  ist  es  daher  mög- 
lich, ein  größeres  Blutvolumen  als  sonst  in 
der  Zeiteinheit  herauszutreiben. 

Dies  findet  tatsächlich  statt,  wenn  die 
Zunahme  der  Blutmenge  nicht  eine  gewisse 
Grenze  übersteigt;  bei  einer  zu  starken 
Füllung  der  Gefäßhöhle  kann  dagegen  das 
Minutenvolumen,  wegen  Ueberbürdung  des 
Herzens,  sogar  niedriger  als  vor  der  Ver- 
mehrung der  Blutmenge  werden. 

In  diesem  Falle  bleibt  natürlich  eine 
größere  Blutmenge  als  sonst  nach  Ende 
der  Systole  in  den  Herzkammern  stauen. 
Aber  auch  wenn  das  herausgetriebene  Blut- 
volumen dem  normalen  gegenüber  zuge- 
nommen hat,  kann  es  eintreffen,  daß  eine 
Blutstauung  im  Herzen  erscheint  und  all- 
mählich immer  größer  wird. 

Das  Herz  vermag  also  nur  eine  Blut- 
menge, die  nicht  zu  groß  ist,  zu  bewältigen. 
Daraus  erklärt  es  sich  auch,  daß  der  Blut- 
druck bei  vermehrter  Blutmenge  die  bei 
normaler  Blutfülle  und  genügend  stark 
zusammengezogenen  (^lefäßen  erreichbare 
Höhe  nicht  übersteigt. 

Hierzu  trägt  übrigens  auch  der  Umstand 
bei,  daß  sieh  die  peripheren  Gefäße  bei 
einer  abnorm  großen  Blutfülle  in  ent- 
sprechendem Grade  erweitern  und  solcher 
Art  den  Widerstand  vermindern  sowie  die 
Entleerung  des  Herzens  erleichtern. 

Uebrigens  suchen  die  Kreislauforgane 
die  Gefäßhöhle  tunlichst  von  dem  Ueber- 
maß  an  Flüssigkeit  zu  befreien;  zu  diesem 
Zwecke  tritt  in  den  Kapillaren  eine  starke 
Transsudation  ein,  und  wenigstens  die  Nieren 
sowie  die  Schleimhaut  des  Darmes  werden 
in  stark  erhöhte  sekretorische  Tätigkeit 
versetzt. 

Nach  einem  Blutverlust  treten  entgegen- 
gesetzte Vorgänge  ein:  die  Gefäße  ziehen 
sich  stark  zusammen,  das  Herz  entleert 
sich  so  vollständig  wie  möglich,  die  Nieren 
und  die  übrigen  Drüsen  hören  mit  ihrer 
Absonderung  auf  und  aus  den  Geweben 
findet  ein  vermehrter  Uebergang  von  Flüssig- 
keit in  die  Gefäßhöhle  statt. 

Um  beim  Menschen  die  pro  Minute 
vom  Herzen  herausgetriebene  Blutmenge 
zu  bestimmen,  kann  man  natürlich  nur 
indirekte  Methoden  benutzen.  Eine  solche, 
die  ursprünglich  von  Fick  vorgeschlagen 
und  von  Grehant  versucht  wurde,  hat  in 
der  letzten  Zeit  bei  den  x^rbeiten  von  Born- 
stein, Zuntz,  Krogh  und  Linhard, 
Müller,   wie   es   scheint,   sehr   zuverlässige 


1033 


Kreislauf  des  Blutes 


Resultate  ergeben.  Das  Prinzip  dieser ;  nutzten  Plethysmographen  bestimmt; 
Methode  besteht  darin,  daß  man  die  während  solche  Bestimmungen  lassen  sich  auch  beim 
einer  gewissen  Zeit  (höchstens  30  Sekunden)  |  Menschen  ausführen 


vom  Blute  bei  dessen  Strömung  durch  die 
Lujigen  durch  alleinige  physikalische  Ab- 
sorption aufgenommene  Menge  eines  Gases 
bestimmt.  Bei  bekanntem  Absorptions- 
koefi'izienten  dieses  Gases  (Stickoxydul)  im 
Blut  läßt  sich  aus  der  absorbierten  Menge 
desselben  die  Menge  der  gleichzeitig  durch 
die  Lungen  strömenden  Blutes  und  also 
auch,  unter  Bezugnahme  auf  die  Puls- 
frequenz, die  bei  jeder  Herzsystole  heraus- 
getriebene Blutmenge  berechnen. 

Nach  dieser  Methode  hat  man  die 
minutlichc  Blutmenge  beim  ruhenden  er- 
wachsenen Menschen  gleich  2,8  bis  8,7  1 
und  das  Schlagvolumen  gleich  40  bis  100  ccm 
gefunden.       Vor    allem    durch    körperliche 


Fig.  19. 


Plethysmograph,    ae  der  ZyMnder;  m  Kautschukmanschette  zum 
Verschluß;  rs  registierendes  Manometer.    Nach  Fick. 


Fig.  20.    Plethysmogramm.    Von  links  nach  rechts  zu  lesen 


Fig.  21.     Tachograph 


Kries 


Arbeit  wird  diese  Blutmenge  in  einem  sehr 
bedeutenden  Grade  gesteigert. 

Die  Menge  des  durch  ein  peripheres 
Organ  strömenden  Blutes  wird  in  relativen 
Zahlen    durch    den    zuerst    von    Fick    be- 


Zu  diesem  Zwecke  bringt  man  das  zu  unter- 
suchende Organ, 
z,  B.  den  Unter- 
arm (Fig.  19)  in 
einen  Glaszyhnder, 
der  mit  Wasser  ge- 
füllt und  durch  eine 
Gummimanschette 
verschlossen  ist. 
Der  Zylinder  steht 
mit      irgendeinem 

registrierenden 
Apparat,  z.  B. 
einem  Wasser- 
manometer in  Ver- 
bindung. Dieser 
registriert  nun  alle 
Veränderungen  der 
Blutfülle  im  Un- 
terarm, und  an  der 
Kurve  lassen  sich 
selbstdie  bei  jedem 
Herzschlag  er- 
scheinenden Varia- 
tionen deuthch  er- 
kennen (Fig.  20). 
Ein  Anstieg  der 
Kurve  zeigt,  daß 
der  Zufhiß  von 
Blut  in  den  Ar- 
terien größer  ist 
als  die  Abfuhr  in 
den  Venen ;  beim 
horizontalen  Ver- 
lauf der  Kurve 
halten  sich  alle 
beide  im  Gleichge- 
wicht, und  wenn 
(Ue  Kurve  herab- 
sinkt, ist  die  Ab- 
fuhr größer  als  die  Zufuhr. 

Da  die  Volumenverände- 
rungen des  Armes  um  so 
schneller  eintreten,  je  schneller 
das  Blut  in  die  zuführenden 
Arterien  hineinströmt,  kann 
man  aus  der  Steilheit  der 
Variationen  in  der  plethysmo- 
graphischen Kurve  die  Kurve 
der  Blutgeschwindigkeit  in  der 
entsprechenden  Arterie  her- 
leiten. Auch  dabei  können 
indessen  keine  absoluten  Werte 
erhalten  werden. 

V.  Kries  hat  eine  Methode 
ersonnen,  welche  gestattet,  die 
Veränderungen  der  Geschwin- 
digkeit direkt  zu  registrieren. 
Zu  diesem  Zwecke  schheßt  er 
den  Unterarm  der  Versuchs- 
person in  einen  gewöhnhchen, 
aber  mit  Luft  gefüllten 
Plethysmographen  ein  (Fig.  21).  Der  Hohlraum 
desselben  steht  durch  einen  Schlauch  mit  einem 
Gasbrenner  in  Verbindung;  die  Gaszufuhr  findet 
durch  den  Schlauch  rechts  statt.  Bei  Zunahme 
des  Armvolumens  wird  Luft  aus  dem  Plethys- 
mographen in  den  Brenner  hinausgetrieben,  und 


Kreislauf  des  Blutes 


1033 


Fig.  22. 


die  Gasflamme  schießt  augenblicklich  empor, 
um  sich  sodann  wieder  auf  die  frühere  Höhe  ein- 
zustellen (Fig.  22).  Ist  die  Oeffnung  des  Bren- 
ners weit  genug,  so  ist  die  Höhe,  auf  welche  die 
Flamme  emporschießt,  nur  von  der  Geschwin- 
digkeit abhängig,  mit  welcher  die  Luft  aus  dem 
Plethysmographen  entweicht,  d.  h.  von  der 
Stromgeschwindigkeit  der  zuführenden  Arterie, 
die  indessen  auch  hier  nicht  in  einem  absoluten 
Maß  angegeben  werden  kann. 

3.  Der  Arterienpuls.  Die  durch  die 
Herzsystole  in  den  Arterien 
hervorgerufene  Wellenbewe- 
gung pflanzt  sich  von  der 
Aortawurzel  bis  zu  Arterien 
verhältnismäßig  kleinen  Kali- 
bers fort  und  erlischt  schließ- 
lich, so  daß  sie  nur  in  Aus- 
nahmefällen, bei  stark  erwei- 
terten Arterien,  noch  in  den 
Kapillaren  auftritt. 

Während  dieser  Fortpflan- 
zung wird  die  Form  der  Puls- 
welle in  einem  sehr  erheblichen  Grade  ver- 
ändert, und  es  ist  daher  angezeigt,  den  Puls 
in  den  zentralen  und  in  den  peripheren  x\r- 
terien  gesondert  für  sich  zu  erörtern. 

Unsere  Kenntnisse  vom  zentralen  Puls 
sind  vor  allem  den  Arbeiten  von  0.  Frank 
zu  verdanken.  Nach  der  Oeffnung  der  Aorta- 
klappen, sogleich  nach  e  (Fig.  23A),  steigt 
der  Druck  sehr  steil  an,  zeigt  im  Verlauf  des 
aufsteigenden  Schenkels  eine  kleine  Anfangs- 
schwingung a,  die  kein  Kunstprodukt  dar- 
stellt, sondern  einer  Eigenschwingung  im 
Gefäßsystem  entspricht;  danach  erhebt  sich 
der  Druck  noch  weiter  und  zeigt  ein  der 
Abszisse  mehr  oder  weniger  genau  paralleles 
Plateau,  bis  er  bei  b  steil  herabsinkt 
(die  Inzisur).  Das  Herabsinken  des  Druckes 
wird  nach  kurzer  Zeit  unterbrochen,  und  es 
stellt  sich  eine  neue  Schwingung  c  (die 
Nach  Schwingung)  dar,  nach  welcher  der 
Druck  langsam  zum  Minimum  abnimmt. 
Die  Inzisur  ist  durch  eine  Rückströmung 
des  Blutes  nach  dem  Herzen  bedingt,  und 
der  danach  folgende  Anstieg  wird  durch 
das  Anprallen  der  Blutsäule  gegen  die 
geschlossenen  Seminularklappen  verursacht. 

Auch  beim  Menschen  hat  man,  wie  aus 
der  Figur  23 B  ersichtlich,  den  gleichen 
Verlauf  bei  der  Pulswelle  der  Aorta  in  einem 
Krankheitsfalle,  wo  ein  großer  Teil  der  vor- 
deren Brustwand  wegen  eines  Osteosarkoms 
entfernt  worden  war,  nachgewiesen. 

Vor  dem  steilen  Anstieg  des  Druckes 
sind  in  der  Kurve  des  Aortapulses  noch  zwei 
Erhebungen  bemerkbar.  Die  erste,  längere 
und  seichtere  d  ist  von  der  durch  die  Vorhofs- 
kontraktion hervorgerufenen  Drucksteige- 
rung in  der  Kammer  bedingt,  indem  nämlich 
dabei  die  Semilunarklappen  etwas  in  die 
Aorta  gedrückt  werden.  Die  andere  ent- 
spricht   der    Anspannungszeit    der     Herz- 


kammer, denn  auch  hier  macht  sich  die 
Drucksteigerung  im  Herzen  durch  die  Se- 
milunarklappen hindurch  in  die  Aorta 
geltend. 

Uebrigens  bietet  die  Pulskurve  in  der 
Aorta  verschiedene  Variationen  dar,  wie 
aus  den  in  Figur  11  gleichzeitig  mit 
den  Kurven  des  intrakardialen  Druckes 
aufgenommenen  Aortapulskurven  ersicht- 
lich ist. 


Tachogramm.     Von  links  nach  rechts  zu  lesen. 
Nach  V.  Kries. 


Diese  verschiedenen  Formen  hängen 
vor  allem  mit  dem  augenblicklich  statt- 
findenden Widerstand  in  den  Ai-terien  zu- 
sammen. Wenn  dieser  groß  ist,  so  tritt  die 
hier  als  typisch  geschilderte  Form  zum 
Vorschein.     Bei  kleinem  Widerstand  steigt 


Fig.    23.      A.   Die   Druckschwankungen  in   der 

Aorta   des   Hundes.    Nach  0.  Frank.     B.   Die 

Pulskurve  der  Aorta  (PPulmonahs)  des  ;\Ienschen. 

Vgl.  auch  Fig.  10  und  11. 

der  Druck  ununterbrochen  bis  zum  Maximum 
an,  und  die  Anfangsschwingung  erscheint 
erst  nach  erreichtem  Maximum.  Wenn  der 
Widerstand  sehr  klein  ist,  tritt  die  Nach- 
schwingung erst  ganz  nahe  der  Abszisse 
und  nicht  am  Anfang  des  absteigenden 
Schenkels  auf. 

Beim  Menschen  findet  sich  die  für  den 
zentralen  Puls  charakteristische  Form  unter 
Umständen  wenigstens  noch  in  der  Aorta 
carotis  und  Aorta  axillaris  vor. 

Die   Kurve  des  Aortadruckes  wird   von 


1034 


Kreislauf  des  Blutes 


einer  Wellenreflexion  kaum  beeinflußt;  nach  Hier  müssen  also  Wellenreflexionen  an 
Frank  kommt  nämlicli  hier  mir  eine  von  der  Peripherie  im  Spiele  sein;  eine  voll- 
der  Verzweisuns^sstelle  der  Aorta  in  die  beiden  ständige  Deutung  und  Erklärung  der  Kurve 
lliacae  entstehende  rückläufige  Welle  in  des  peripheren  Pulses  steht  indessen  noch 
Betracht.  aus. 

Dagegen  ist  aller  Wahrscheinlichkeit  nach  In  bezug  auf  die  Dikrotie  ist  folgendes 
das  von  der  Form  des  zentralen  Pulses  so  zu  bemerken.  Sie  stellt  eine  zentrifugal- 
abweichende    Aussehen     des     peripheren  laufende  Welle  dar,  die  ihren  Ursprung  in 

der  Aortawurzel  hat,  und  muß, 
soviel  es  sich  zurzeit  übersehen 
läßt,  mit  der  Inzisur  und  der 
Nachschwingung  des  zentralen 
Pulses  in  nahem  Zusammen- 
hang stehen.  Nach  der  von 
Marey  u.  a.  vertreteneu  An- 
sicht würde  sie  in  der  Tat  da- 
durch verursacht  werden,  daß 
das  nach  iVufhöreu  der 
Kammersystole  zurückweichen- 
de Blut  gegen  die  schon  vor- 
her geschlossenen  Seminular- 
klappen  stößt  und  dadurch  die 
zentrifugal  verlaufende  positive 


Fig.  24.    Puls   des   A.   radialis   des   Menschen,   mit   Frank- 

Petters    Sphygmographen    aufgezeichnet.     Von    links    nach 

rechts  zu  lesen. 


Pulses  in  einem  wesentlichen  Grade  von 
der  Wellenreflexion  in  der  betreffenden 
Arterie  selbst  oder  in  anderen,  näher  oder 
ferner  liegenden  Arterien  bedingt. 

Der  periphere  Puls  wird  in  der  Regel  durch 
einen  direkten  Pulszeichner  (Sphygmogra- 
phen) registriert.  Dieses  Instrument  wurde  in 
anwendbarer  Form  zuerst  von  Marey  ange- 
geben und  ist  dann  an  der  Hand  der  theoretischen 
Untersuchungen  von  0.  Frank  durch  ihn  und 
Petter  wesenthch  verbessert  worden.  Eine 
Stahlfeder  übt  mittels  einer  Pelote  auf  die  zu 
untersuchende  Arterie  (gewöhnlich  die  A.  ra- 
dialis) einen  gewissen,  nicht  zu  geringen  Druck 
aus  und  nimmt  also  die  durch  che  Veränderungen 
des  Blutdruckes  hervorgerufenen  Bewegungen 
der  Arterie  auf;  diese  werden  dann  auf  einen 
Hebel  übertragen,  welcher  die  Oszillationen  der 
Feder  in  vergrößertem  Maßstabe  auf  eine  von 
einem  kleinen  Uhrwerk  bewegte  Schreibfläche 
registriert. 

Auch  kann  man  unter  Anwendung  der 
Methode  mittels  Lufttransport  die  Pulskurve 
dadurch  registrieren,  daß  man  an  der  Stelle,  von 
wo  die  Pulskurve  aufgenommen  werden  soll, 
einen  Kautschukballon  befestigt  und  ihn  mit 
einer  Schreibkapsel  verbindet. 

Figur  24  stellt  die  Kurve  des  Pulses 
in  der  A.  radialis  des  Menschen  dar.  Von 
allen  Diskontinuitäten,  die  der  Kurve  des 
zentralen  Pulses  eigen  sind,  ist  hier  nur 
noch  eine  einzige,  die  dikrote  Erhebung 
am  absteigenden  Schenkel  zurückgeblieben. 

Die  Ursache  dieser  Vereinfachung  der 
Kurve  liegt  zum  Teil  darin,  daß  die  schwachen 
Wellen  d,  e  und  a  während  der  Fortpflanzung 
des  Pulses  allmählich  erlöschen  (vgl.  Fig.  23). 

Dies  genügt  indessen  nicht,  um  das  Ver- 
schwinden des  Plateaus  zu  erklären,  und 
auch  die  Dikrotie  bietet  in  ihrem  Verhalten 
Eigentümlichkeiten  dar,  welche  nicht  ohne 
weiteres  aus  der  Inzisur  und  der  Nach- 
schwingung hergeleitet  werden  können. 


dikrotische, 
Welle  verursacht. 

Eine  andere  theoretische  Ansicht  (v. 
Kries,  v.  Frey)  erklärt  die  Dikrotie 
folgendermaßen.  Die  primäre  Pulswelle 
wird  an  der  Peripherie  des  arteriellen  Systems 
ohne  Zeichenwechsel  reflektiert.  In  allen 
Arteriengebieten  entstehen  solche  Wellen 
und  treten  in  alle  Aeste  des  arteriellen 
Systems,  also  auch  in  die  Aorta  hinein. 
Vereinigt  schlagen  diese  Wellen  gegen  die 
geschlossenen  Seminularklappen  und  werden 
von  diesen,  ganz  wie  dies  nach  der  vorher  er- 
wähnten Annahme  der  Fall  ist,  zum  zweiten 
Male  reflektiert. 

Die  Geschwindigkeit  der  Pulswelle 
beträgt  beim  gesunden  erwachsenen  Menschen 
etwa  7  bis  10  m  pro  Sekunde  und  ist  also 
viel  grüßer  als  die  translatorische  Geschwin- 
digkeit des  Blutstromes,  die  in  den  großen 
Arterien  nur  etw^a  0,5  m  beträgt.  Da  die 
Geschwindigkeit  der  Wellenbewegung  in 
einem  elastischen  Rohr  unter  anderem  von 
dem  Elastizitätskoeffizienten  der  Schlauch- 
w'and  abhängig  ist,  und  der  Elastizitäts- 
koeffizient der  Arterien  immer  mehr  ansteigt, 
je  größer  der  Blutdruck  ist,  so  muß  auch 
die  Fortpflanzungsgeschwindigkeit  der  Puls- 
welle mit  dem  arteriellen  Blutdruck  steigen 
und  sinken.  Bei  älteren  Individuen,  wo  die 
Arterien  immer  starrer  w^erden  und  also 
ihr  Elastizitätskoeffizient  immer  größer  wird, 
ist  die  Fortpflanzungsgeschwindigkeit  des 
Pulses  in  der  Regel  größer  als  bei  jüngeren 
Individuen. 

Nach  dem  hier  Ausgeführten  findet  die 
Bewegung  des  Blutes  in  den  Arterien  teils 
durch  Wellenbewegung,  teils  durch  Strö- 
mung statt.  Wenn  das  Gefäßsystem  nirgends 
verengt  wäre,  so  würde,  wie  E.  H.  Weber 
hervorgehoben     hat,    jede    positive     Welle 


Kreislauf  des  Blutes 


1035 


mit  einer  großen  Geschwindigkeit  das  ganze 
System  durchlaufen  und  das  Blut  würde 
demnach,  bevor  noch  eine  neue  Kammer- 
systole erfolgt,  sich  im  ganzen  System  ins 
Gleichgewicht  setzen. 

Wegen  des  Widerstandes  in  der  Peripherie 
des  arteriellen  Systems  verhält  sich  die  Sache 
indessen  wesenthch  anders.  Das  Blut  kann 
nicht  so  schnell  hindurchdringen,  wie  dies 
zur  Fortpflanzung  der  positiven  Welle  er- 
forderhch  wäre.  Durch  Wiederholung  der 
periodischen  Herzkontraktionen  entsteht 
daher  in  den  Arterien  eine  Anhäufung  des 
Blutes,  die  so  lange  zunimmt,  bis  die  Druck- 
differenz zwischen  Arterien  und  Venen 
genügend  groß  wird,  um  von  einer  Herz- 
systole zur  anderen  die  gleiche  Blutmenge 
durch  die  Kapillaren  zu  treiben,  als  vom 
Herzen  in  die  iVrterien  hineingetrieben 
worden  ist. 

Daraus  erklärt  sich  auch,  daß  das  Blut 
nach  Aufhören  der  Herzkontraktionen  noch 
eine  Zeitlang  von  den  Arterien  nach  den 
Venen  hin  strömt. 

4.  Der  Blutstrom  in  den  Kapillaren. 
Die  Kapillaren  bestehen  aus  einer  einfachen 
Schicht  von  Zellen,  denen  außen  vielver- 
ästelte Zellen  aufliegen  (Fig.  25).    Diese  sind 


Fig.  25.  Verästelte,  die  Kapillarwand  um- 
klammernde kontraktile  Z.ellen  aus  dor  Mem- 
brana hyaloidea  des  Frosches.     Nach  Rouge t. 

kontraktil  und  können  unter  Umständen 
durch  ihre  Zusammenziehung  das  Lumen 
der  Kapillaren  vollständig  aufheben  ( R 0  u  g  e  t , 
S.  Mayer,  Steinach  und  Kahn).  Die 
Kapillaren  vermögen  also  bei  der  Regu- 
lation des  Blutstromes  selbständig  teilzu- 
nehmen. 

Wie  schon  oben  bemerkt,  ist  der  Strom 
in  den  Kapillaren  kontinuierlich.  Dabei 
bewegen  sich  die  roten  Blutkörperchen 
in  der  Mitte  der  Strombahn,  während  das 
Plasma  an  der  Wand  der  Kapillaren  strömt, 
wenn  ihre  Lichtung  nicht  so  klein  ist,  daß 
sie  von  den  roten  Blutkörperchen  ganz  er- 
füllt ist.  In  der  Wandschicht  befinden  sich 
auch  die  farblosen  Blutkörperchen. 

Die  Länge  der  Kapillaren  beträgt  etwa 
0,5  bis  0,7  mm,  der  Radius  etwa  0,0045  mm. 
Es  finden  aber  hier  sehr  große  Variationen 
statt. 

Im  Parenchym  der  Organe  bilden  die 
Kapillaren  Netzwerke  von  sehr  verschiedenem 
Aussehen  und  sehr  verschiedener  Dichte. 
Je  umfangreicher  der  Stoffwechsel  in  einem 
Organ  ist  bezw.  je  intensiver  die  in  ihm 
stattfindenden    chemischen    Vorgänge    sind, 


um  so  reichlicher  ausgebildet  ist  auch  sein 
Kapillarnetz.  Die  Form  der  Kapillarnetze 
paßt  sich  im  allgemeinen  der  Form  des  ent- 
sprechenden Organs  nahe  an;  sie  ist  also 
bei  den  quergestreiften  Muskeln  langgestreckt, 
bei  den  Drüsen  mehr  oder  weniger  einem 
Knäuel  ähnlich  usw. 

Am  mikroskopischen  Bilde  kann  man  die 
Geschwindigkeit  des  Blutstromes  in 
den  Kapillaren  messen,  indem  man  die 
Zeit  bestimmt,  welche  ein  rotes  Blutkörper- 
chen nötig  hat,  um  zwischen  bestimmten 
Strichen  einer  Mikrometerskala  zu  passieren. 
Diese  Zeit  variiert  unter  verschiedenen 
Umständen  wahrscheinlich  nicht  unerhebhch; 
als  Durchschnittszahl  für  die  Stromgeschwin- 
digkeit in  den  Kapillaren  wird  im  allgemeinen 
0,5  bis  0,8  mm  pro   Sekunde  angegeben. 

Der  Blutdruck  in  den  Kapillaren  wird 
durch  die  Größe  desjenigen  Druckes  an- 
gegeben, welche  von  außen  auf  die  Kapillaren 
einwirkend  gerade  genügt,  um  sie  zusammen- 
zupressen (N.  V.  Kries).  Derselbe  beträgt, 
wenn  die  Wirkung  des  hydrostatischen 
Druckes  der  Blutsäule  ausgeschlossen  wird, 
also  bei  Kapillaren  im  Niveau  des  Herzens 
beim  Menschen  nach  Lombard  etwa  15  bis 
25  mm  Hg,  d.  h.  Ys  bis  Ys  des  Aortadruckes. 

Man  hat  sich  vielfach  vorgestellt,  daß 
die  Kapillaren  den  Ort  des  stärksten  Wider- 
standes darstellten.  Aus  den  Berechnungen 
von  B.  Le  vy  folgt  indessen,  daß  im  Maximum 
nur  etwa  der  11.  Teil  der  ganzen  Triebkraft 
des  Blutes  für  die  eigentlichen  Kapillaren 
verbraucht  wird.  Der  Hauptwiderstand 
dürfte  sich  daher  zentralwärts  von  ihnen  in 
den  kleineren  und  kleinsten  Ai'terien  vor- 
finden. 

Eine  wichtige  Stütze  gewinnt  diese 
Auffassung  dadurch,  daß  die  Kapillaren 
nirgends  trichterförmig,  mit  der  weiten 
Oeffnung  gegen  die  ^Vrterien  gerichtet  er- 
scheinen, wie  dies  doch  der  Fall  sein  müßte, 
wenn  der  Widerstand  in  ihnen  sehr  groß 
und  also  der  Druck  am  Anfang  einer  Kapillare 
viel  erheblicher  als  an  deren  Ende  wäre. 

5.  Der  Blutstrom  in  den  Venen.  Die 
Kapillaren  gehen  in  die  kleinsten  Venen 
über;  diese  vereinigen  sich  zu  größeren 
Stämmen,  welche  durch  Aufnahme  von 
anderen  Venen  immer  mehr  an  Weite  zu- 
nehmen, bis  endlich  das  Blut  durch  die 
zwei  Hohlvenen  in  den  rechten  Vorhof  hinein- 
strömt. 

Die  Kraft,  welche  das  Blut  in  den  Venen 
nach  dem  Herzen  treibt,  ist  natürhch  die 
Kontraktionen  der  linken  Herzkammer. 
Indessen  wird  der  Blutstrom  in  den  Venen 
auch  durch  einige  akzessorische  Mechanismen 
unterstützt,  unter  denen  die  in  der  Brust- 
höhle vorhandenen  schon  oben  (II  A  6) 
besprochen  worden  sind. 

Es  erübrigt,  die  peripheren  Mechanismen 


1036 


Kreislauf  des  Blutes 


zu  erörterii,  welche  den  Blutstrom  in  den 
Venen  erleichtern. 

Diese  sind  unter  der  Mitwirkung  von  den 
Venen  klappen  tätig.  Letztere  stellen 
kleine  halbmondförmige  Duplikaturen  der 
inneren  Venenwand  dar  und  sind  so  ange- 
ordnet, daß  sie  sich  in  der  Kichtung  nach 
dem  Herzen  öffnen,  die  Strömung  des  Blutes 
in  der  entgegengesetzten  Richtung  aber  ver- 
hindern. In  der  Regel  stehen  zwei  solche 
Klappen  einander  gegenüber  (vgl.  Fig.  26). 


Fig.  26.  Ein  Stück- 
chen der  V.  saphe- 
na magna,  aufge- 
schnitten, um  die 
Klappen  zu  zeigen. 
Nach  Kopscli. 


Wenn  eine  gefüllte  Vene  einem  Druck 
von  außen  ausgesetzt  wird,  so  weicht  das 
in  ihr  befindliche  Blut  natürlich  aus:  wegen 
der  Klappen  kann  es  dabei  nicht  peripher- 
wärts  nach  den  Kapillaren  hin  strömen, 
sondern  muß  in  der  richtigen  Richtung  nach 
dem  Herzen  fließen. 

Dauert  der  betreffende  Druck  länger  fort, 
so  bildet  er  natürlich  ein  Hindernis  für  die 
weitere  Blutströmung  in  der  Vene.  Ein 
intermittenter  Druck  ist  aber  für  diese 
immer  günstig,  und  ein  solcher  findet  bei 
allen  unseren  Muskelbewegungen  statt,  denn 
diese  sind  ja  unter  normalen  Umständen 
nie  krampfhaft,  sondern  bei  jeder  Körper- 
bewegung wechseln  Verkürzung  und  Er- 
schlaffung stetig  miteinander. 

Hierbei  scheint  auch  die  Entleerung  der 
Hautvenen  begünstigt  zu  werden,  indem 
das  Blut  aus  ihnen  in  die  bei  der  Muskel- 
kontraktion entleerten  tiefen  Venen  hinein- 
strömt, wenn  diese  nach  Ende  der  Kon- 
traktion Avieder  frei  werden  (Rancken). 


Bei  gewissen  Tieren,  wie  den  Fleder- 
mäusen, tragen  die  Venen  durch  eigene, 
rhythmische  Bewegungen  ihrer  Muskulatur 
zu  der  weiteren  Beförderung  des  Blutes  nach 
dem  Herzen  hin  bei. 

Die  Triebkraft,  welche  das  Blut  noch 
besitzt,  nachdem  es  die  kleinsten  iVrterien 
und  die  Kapillaren  passiert  hat,  ist  nur  noch 
verhältnismäßig  gering  und  wird  zum  großen 
Teil  bei  der  Strömung  durch  die  kleinsten 
Venen  weiter  verbraucht.  Auf  Grund  dessen 
ist  der  Druck  in  den  größeren  Venen 
nur  sehr  niedrig  —  bei  55  herzgesunden 
Menschen  variierte  er  in  der  Vene  des  Ell- 
bogens zwischen  2  und  9  mm  Hg;  wegen 
der  in  der  Brusthöhle  stattfindenden  x\n- 
saugung  ist  der  Druck  in  den  großen  Venen 
am  Eingang  des  Brustkastens  sogar  negativ. 
Nach  Eröffnung  der  Brusthöhle  wird  natür- 
lich der  Druck  in  allen  Venen  positiv  (vgl. 
II  A  6). 

Damit  keine  Störungen  im  Kreislauf 
auftreten  mögen,  muß  in  der  Zeiteinheit 
ebensoviel  Blut  durch  die  Venen  als  in  den 
entsprechenden  Arterien  strömen.  Da  die 
Lichtung  der  Venen  größer  ist  als  die  der 
entsprechenden  Arterien,  ist  die  lineare 
Stromgeschwindigkeit  bei  jenen  kleiner  als 
bei  diesen. 

In  den  zentralen  Venen  werden  auch 
pulsatorische  Schwankungen  beobachtet; 
diese  sind  durch  die  Kontraktion  des  rechten 
Vorhofes  hervorgerufen. 

Es  kann  eintreffen,  daß  sich  eine  zu 
große  Blutmenge  in  den  zentralen  Venen 
ansammelt,  und  daß  die  rechte  Herzkammer 
nicht  vermag,  in  entsprechendem  Grade 
Blut  in  den  Lungenkreislauf  hinauszutreiben. 
Selber  schwillt  sie  dabei  an,  kann  sich  aber 
bei  unversehrtem  Herzbeutel  nicht  mehr 
erweitern,  als  dieser  es  gestattet.  Unter 
solchen  ITmständen  sammelt  sich  das  Blut 
in  der  Leber,  welche  wie  ein  Schwamm  eine 
beträchtliche  Blutmenge  in  sich  aufnimmt, 
wie  u.  a.  aus  Stolnikows  Erfahrung  hervor- 
geht, daß  das  Herz  nach  Exstirpation  der 
Leber  bei  einem  Tiere,  an  welchem  eine 
Verbindung  der  Pfortader  mit  der  unteren 
Hohlvene  vorher  angelegt  worden  ist,  nach 
dem  Tode  im  höchsten  Grade  dilatiert  ist 
und  die  zentralen  Venen  strotzend  mit 
Blut  gefüllt  sind. 

6.  Der  Lungenkreislauf.  Bei  den  warm- 
blütigen Tieren  wird  die  gesamte  Blutmenge 
zwecks  Sauerstoffaufnahme  und  Kohlensäure- 
abgabe durch  die  Lungen  getrieben  und  hat 
dabei  die  Lungenarterie,  die  Lungenkapillaren 
und  die  Lungenvenen  zu  passieren. 

Im  großen  und  ganzen  gelten  für  den 
Lungenkreislauf  dieselben  Gesetze  wie  für  den 
großen  Kreislauf.  Die  durch  die  Atembewe- 
gungen hervorgerufenen  Variationen  in  der 
Blutzufuhr  nach  dem  rechten  Herzen  sowie  in 


Kreislauf  des  Blutes 


1037 


der  Weite  der  Liingena;efäße  bedingen  indessen 
beim  Lungenkreislauf  einige  Eigentümlich- 
keiten, weiche  eine  nähere  Besprechung  des- 
selben notwendig  machen. 

Der  Widerstand  in  dem  Lungengefäße 
ist  verhältnismäßig  sehr  gering,  wie  am 
deutlichsten  daraus  hervorgeht,  daß  der 
Druck  in  der  rechten  Kammer  und  in  der 
Lungenarterie,  trotz  dem  gleichen  Minuten- 
volumen, viel  geringer  ist  als  in  der  Aorta; 
in  der  Lungenarterie  beträgt  der  mittlere 
Blutdruck  nämlich  nur  etwa  20  bis  28  mm  Hg 
beim  Hunde  und  18  mm  Hg  bei  der  Katze. 
Beim  natürlich  atmenden  Hunde  ist  der 
Uiufang  der  Druckvariation  bei  einem  ein- 
zelnen Herzsehlage  gleich  etwa  21  mm  Hg. 

Im  Gegensatz  zu  dem  Verhalten  beim 
großen  Kreislaufe  kommen  bedeutendere 
Druckvariationen  im  Lungenkreislauf  unter 
normalen  Bedingungen  kaum  vor.  Auf  Grund 
dessen  ist  es  nicht  möglich,  eine  bestimmte 
Verhältniszahl  zwischen  dem  Druck  im 
kleinen  und  großen  Kreislauf  aufzustellen, 
und  man  kann  in  einem  uiid  demselben 
Versuche  Zahlen  wie  1:12,8  und  1:2,6  be- 
obachten. 

Der  geringe  Widerstand  in  dem  Lungen- 
kreislauf geht  auch  daraus  hervor,  daß  man, 
wie  Lichtheim  zuerst  nachwies,  die  Hälfte 
der  Lungenstrombahn  ausschalten  kann, 
ohne  daß  der  Blutdruck  im  großen  Kreislauf 
herabsinkt,  und  ohne  daß  die  Menge  des 
durch  den  kleinen  Kreislauf  strömenden 
Blutes  in  nennenswertem  Grade  abnimmt. 
Auch  erleidet  der  respiratorische  Gasaustausch 
nach  der  Ausschaltung  der  einen  Lunge 
keine  in  Betracht  kommende  Abnahme 
(Hellin,  Kaninchen;  Benedict  und  Car- 
penter,  Mensch). 

In  naher  LTebereinstimmung  damit  passiert 
eine  in  die  Vena  jugularis  injizierte,  körper- 
fremde Flüssigkeit  in  der  überaus  kurzen 
Zeit  von  3  bis  4  Sekunden  den  kleinen 
Kreislauf  (Stewart),  und  in  etwa  derselben 
Zeit  stellt  sich  der  normale  Druck  in  der 
Aorta  wieder  ein,  wenn  die  Lungen  frei- 
gegeben werden,  nachdem  der  Blutstrom 
in  ihnen  durch  Aufblasen  unter  einem  starken 
positiven  Druck  eine  Zeitlang  unterbrochen 
gewesen  ist. 

Lm  nach  Ausschaltung  der  einen  Lunge 
den  Kreislauf  im  früheren  Zustande  zu  unter- 
halten, muß  jedenfalls  die  rechte  Herz- 
kammer eine  größere  Arbeit  als  vorher 
leisten.  Dies  findet  seinen  Ausdruck  darin, 
daß  an  Tieren,  welche  nach  der  Ausschaltung 
der  einen  Lunge  eine  längere  Zeit  am  Leben 
blieben,  eine  Hypertrophie  der  rechten 
Kammer  nachgewiesen  worden  ist  (Hellin, 
Möllgaard). 

Bei  der  natürlichen  Atmung  verändert 
sich  die  Weite  der  Lungengefäße  während 
der  verscliiedenen  Phasen,  und  zwar  nimmt 


sie  bei  der  Inspiration  zu  und  bei  der  Ex- 
spiration ab;  dabei  variiert  der  Strom- 
widerstand natürlich  in  entgegengesetzter 
Richtung. 

Während  der  Inspirationsbewegung  findet 
ferner,  wie  schon  oben  bemerkt,  eine  direkte 
Ansaugung  von  Blut  aus  den  extrathorakalen 
Venen  in  die  iutrathorakalen  Venen  und 
in  den  rechten  Vorhof  statt,  d.  h.  das  rechte 
Herz  wird  bei  der  Inspiration  reichlicher 
gespeist  als  während  der  Exspiration. 

Diese  Umstände  müssen  ihrerseits  auf 
die  Speisung  des  linken  Herzens  einwirken. 
Bei  der  reichlicheren  Blutzufuhr  zum  rechten 
Herzen  und  der  gleichzeitigen  iVbnahme 
des  Stromwiderstandes  in  den  Lungen- 
gefäßen bekommt  das  linke  Herz  mehr  Blut 
und  kann  daher  seinerseits  mehr  Blut  in 
die  Aorta  hinaustreiben.  Infolgedessen 
wird  der  Druck  dort  ansteigen  müssen. 

Indessen  dauert  es  eine  gewisse,  wenn 
auch  nur  kurze  Zeit,  bis  sich  die  vermehrte 
Blutzufuhr  zum  rechten  Herzen  beim  linken 
geltend  machen  kann.  Es  entsteht  also 
eine  zeitliche  Verschiebung  zwischen  dem 
Beginn  der  Inspiration  und  dem  xVnfang  der 
Drucksteigerung  in  der  Aorta. 

Bei  schnell  atmenden  Tieren,  wie  dem 
Kaninchen,  steigt  daher  der  Aortadruck 
erst  nach  Schluß  der  Inspiration,  also 
während  der  Exspiration  an.  Beim  langsamer 
atmenden  Hunde  tritt  das  Druckminimum 
am  Anfang  der  Inspiration  ein;  der  Druck 
erhöht  sich  dann  während  des  weiteren 
Verlaufes  der  Inspiration,  erreicht  sein 
Maximum  am  Anfang  der  Exspiration  und 
sinkt  endlich  wieder  herab  (Fig.  27). 


Hv, 


J. 


^^c 


E 


i<: 


./.    .    F. 


»•',^^-J' 


Fig.  27.  Die  respiratorischen  Variationen  des 
Aortadruckes  bei  natürlicher  Atmung  beim 
Hunde.  I  Inspiration;  E  Exspiration.  Von 
rechts    nach  Hnks  zu  lesen.      Nach  de   Jager. 


Bei  oberflächlicher  und  ziemlich  schneller 
Atmung  machen  sich  überhaupt  keine  respi- 
ratorischen Einwirkungen  auf  den  Blutdruck 
geltend. 

iVls  beitragende  Ursachen  zu  den  respi- 
ratorischen Variationen  des  Blutdruckes  sind 
noch  die  besonders  beim  Hunde  auftretenden 
Variationen  der  Herzfrequenz  und  der  Gefäß- 
kontraktion zu  erwähnen.  Infolge  einer 
Vagusreizung  wird  nämlich  der  Puls  während 
der  Exspiration  verlangsamt,  und  wegen 
einer  Reizung  des  Gefäßnervenzentrums 
nimmt  die  Kontraktion  der  Gefäßmuskulatur 
im  großen  Kreislauf  während  der  Exspira- 
tion zu. 


1038 


Kreislauf  des  Blutes 


Im  Vergleich  mit  den  oben  besprochenen 
mechanischen  Einwirkungen  s})ielen  indessen 
diese  nervösen  Einflüsse  auf  die  respira- 
torischen Variationen  des  Druckes  im  großen 
Kreislauf  nur  eine  verhältnismäßig  geringere 
Rolle. 

B.  Die  Innervation  der  Gefäße. 

Ln  Jahre  1727  beobachtete  Pourfour 
du  Petit,  daß  die  Bindehaut  des  Auges 
nach  Durchtrennung  des  Halssympathicus 
errötete,  und  im  Laufe  der  Zeit  wurden  auch 
von  anderen  Autoren  entsprechende  Angaben 
gemacht.  Sie  wurden  aber  gar  zu  wenig 
berücksichtigt,  und  erst  durch  die  Arbeiten 
von  Claude  Bernard  (1851)  und  Brow^n- 
Sequard  (1852)  ward  das  Vorhandensein 
von  gefäßverengenden  Nerven,  d.  h.  von 
Nerven,  w-elche  die  zirkulären  Muskelfasern 
der  .Vrterien  erregen,  eine  wissenschaftlich 
bestätigte  Tatsache. 

Auf  Grund  von  einigen  Beobachtungen 
über  reflektorische  Gefäßerweiterung  nahm 
dann  Schiff  (1856)  an,  daß  die  Gefäße 
außerdem  noch  Nerven  bekommen  müssen, 
welche  die  Gefäßmuskeln  erschlaffen.  Die 
Richtigkeit  dieser  Annahme  wurde  von 
Bernard  (1858)  bestätigt,  indem  er  fand, 
daß  bei  der  Reizung  der  Chorda  tympani 
die  Gefäße  der  Submaxillardrüse  sich  er- 
weiterten. Folgende  Untersuchungen  von 
Eckhard,  Goltz  u.  a.  stellten  die  doppelte 
Innervation  der  Gefäßmuskulatur  außer 
jedem  Zw^eifel. 

I.  Die  gefäßverengenden  Nerven.  Wenn 
der  Halssympathicus  an  einem  Tiere  durch- 
schnitten wird,  erweitern  sich  die  Gefäße 
des  Ohres,  und  kleine  Arterien  und  Venen, 
die  vorher  nicht  sichtbar  waren,  treten  nun 
deutlich  hervor.  Das  Ohr  fühlt  sich  jetzt 
wärmer  als  das  Ohr  der  anderen  Seite; 
wird  es  an  seinem  Rande  eingeschnitten, 
so  strömt  mehr  Blut  als  bei  unversehrtem 
Halssympathicus  aus  der  Wunde  heraus  usw. 

Die  Ohrgefäße  sind  also  normal  unter 
der  Einwirkung  eines  durch  den  Hals- 
sympathicus geleiteten,  stetig  wirkenden  Im- 
pulses in  einem  gewissen  Grade  kontrahiert. 

Bei  künstlicher  Reizung  des  mit  dem 
Kopfe  zusammenhängenden  Stumpfes  des 
durchschnittenen  Halssympathicus  verengen 
sich  die  Ohrgefäße  und  alle  nach  der  Durch- 
schneidung dieses  Nerven  auftretenden  Er- 
scheinungen gehen  wieder  zurück. 

Zu  allen  Arteriengebieten  des  Körpers 
gehen  nun  solche  gefäßverengenden  Nerven, 
welche  ganz  dieselben  Eigenschaften  wie 
der  Halssympathicus  haben.  Sie  treten 
hauptsächlich  aus  dem  Brustteil  des  Rücken- 
markes und  zwar  in  den  vorderen  Nerven- 
wurzeln aus  und  vereinigen  sich  teils  mit 
den  übrigen  Nerven  der  einzelnen  Organe, 


teils   gehen    sie    auch    auf   die    die    Gefäße 
umspinnenden  Nervengeflechte  über. 

Es  entstammen  auch  gefäßverengende 
Nerven  dem  Lendenmark  und  dem 
obersten  Teil  des  Sakralmarkes;  auch  wird 
von  einigen  Autoren  angegeben,  daß  der 
Vagus  solche  Nerven  für  die  Organe  in  der 
Brust-  und  Bauchhöhle  führt,  was  indessen 
vielfach  bestritten  worden  ist. 

Auch  für  die  Venen  hat  man  das  Vor- 
handensein von  stark  wirksamen  verengenden 
Nervenfasern  nachgewiesen. 

Wegen  des  großen  von  ihnen  versorgten 
Gebietes  (die  Gefäße  der  Baucheingew'eide) 
spielen  die  Nervi  splanchnici  unter  den  gefäß- 
verengenden Nerven  die  bedeutendste  Rolle. 

Die  physiologische  Aufgabe  der  gefäß- 
verengenden Nerven  liegt,  wie  zuerst  von 
Ludwig  und  Thiry,  wie  von  Goltz  nach- 
gewiesen wurde,  darin,  daß  sie  durch  ihre 
stetige  Erregung  die  Gefäße  in  einen  Zu- 
stand mäßiger  Verengerung  halten,  was  für 
den  ganzen  foeislauf  eine  durchgreifende 
Bedeutung  hat.  Die  Blutmenge  des  Körpers 
ist  nämlich  an  und  für  sich  zu  gering,  um  bei 
vollständig  erschlafften  Gefäßen  eine  ge- 
nügende Zirkulation  unterhalten  zu  können, 
denn  in  diesem  Falle  würde  das  Blut  nicht 
mehr  in  zureichender  Menge  nach  dem  Herzen 
zurückströmen,  sondern  vielmehr  zum  größten 
Teil  in  der  geräumigen  Gefäßhöhle,  ein- 
schließlich der  Venen,  stauen  bleiben. 

Bei  vollständig  erschlafften  Gefäßen 
würde  also  eine  genügend  intensive  Zirku- 
lation nur  bei  einer  wesentlich  größeren 
Blutmenge  als  der  jetzt  vorhandenen  statt- 
finden können.  Dabei  hätte  auch  das  Herz 
eine  viel  größere  Blutmenge  als  jetzt  in 
der  Zeiteinheit  herauszutreiben  und  also 
auch  eine  viel  größere  .Vrbeit  zu  leisten. 

Dank  der  stetigen  Kontraktion  der  Ge- 
fäße kann  sich  aber  der  Körper  mit  einer 
verhältnismäßig  geringen  Blutmenge  zurecht- 
finden und  dennoch  den  Organen  das  für 
deren  Leistungen  nötige  Blutcpiantum  zur 
Verfügung  stellen. 

Es  verhält  sich  die  Sache  nämlich  in 
folgender  Weise. 

Die  einzelnen  Organe  des  Körpers  be- 
finden sich  nie  gleichzeitig  in  gleichgroßer 
Tätigkeit,  denn  in  einem  gegebenen  iVugenblick 
arbeiten  einige  Organe  stärker,  während 
andere  eine  weniger  starke  Arbeit  leisten 
und  sich  also  in  einem  größeren  oder  ge- 
ringeren Grade  ausruhen. 

Je  intensiver  die  Arbeit  eines  Organs 
in  einem  gegebenen  Moment  ist,  um  so 
größer  ist  der  in  ihm  stattfindende  Ver- 
brauch an  Nahrungsstoffen  und  Sauerstoff, 
um  so  mehr  Verbreunungsprodukte  werden 
in  ihm  gebildet  und  müssen  von  ihm  w^eg- 
geschafft  werden. 

Um    diesen    Anforderungen   genügen   zu 


Kreislauf  des  Blutes 


J039 


können,    muß    das    betreffende   Organ  also 
mehr  Blut  als  bei  der  Ruhe  bekommen. 

Dies  findet  nun  dank  den  Gefäßnerven 
dadurch  statt,  daß  sich  die  Gefäße  eines 
arbeitenden  Organs  wegen  Erschlaffung  ihrer 
Ringmuskeln  erweitern,  während  gleich- 
zeitig andere  Gefäße  unter  der  Einwirkung 
ihrer  gefäßverengenden  Nerven  stärker  kon- 
trahieren. Im  ersten  Falle  eröffnen  sich 
die  Gefäße  für  das  Blut,  im  zweiten  schließen 
sie  sich  in  einem  größeren  oder  geringeren 
Grade  für  den  Blutstrom  ab. 

Die  Folge  dieses  Mechanismus  ist  also, 
daß  auf  Kosten  der  zurzeit  ruhenden  Organe 
dem  arbeitenden  Körperteil  die  notwendige 
Blutmenge  zur  Verfügung  gestellt  wird. 

2.  Die  gefäßerweiternden  Nerven.  Nur 
an  wenigen  Orten  verlaufen  diese  Nerven 
isoliert  von  den  gefäßverengenden  Nerven, 
und  im  allgemeinen  kommen  sie  mit  diesen 
gemischt  in  einem  und  demselben  Nerven- 
stamm vor. 

Bei  gleichzeitiger  Reizung  der  beiden 
Arten  von  Gefäßnerven  gewinnen  die  gefäß- 
verengenden in  der  Regel,  was  ja  den  Nach- 
weis der  allgemeinen  Verbreitung  der  gefäß- 
erweiternden Nerven  in  hohem  Grade  er- 
schwert hat. 

Nach  Ende  einer  solchen  Reizung  macht 
sich  die  Erregung  der  erwähnten  Nerven  als 
Nachwirkung  geltend,  in  dem  jetzt  die 
Gefäße  mehr  erweitert  sind  als  vor  aller 
Reizung. 

Dies  könnte  indessen  von  einer  Ermü- 
dung der  Gefäßmuskeln  herrühren  und  stellt 
also  keinen  strengen  Beweis  für  das  Vor- 
handensein  gefäßerweiternder    Nerven    dar. 

Man  kann  aber  unter  Beobachtung  ge- 
wisser Maßregeln  bei  der  Reizung  eines 
gemischten  Nervenstammes  eine  primäre 
Gefäßerweiterung  erzielen. 

Dies  ist  der  Fall,  wenn  man  zur  Nerven- 
reizung nur  schwache  und  wenig  frequente 
Reize  benutzt;  hier  tritt  als  erste  Wirkung 
der  Reizung  eine  Gefäßerweiterung  auf. 

Ferner  bekommt  man  eine  Gefäßerwei- 
terung bei  Reizung  eines  einige  Tage  vorher 
durchschnittenen  Nerven,  was  darauf  zurück- 
zuführen ist,  daß  die  gefäßverengenden 
Nerven  nach  der  Durchschneidung  schneller 
degenerieren  als  die  gefäßerweiternden. 

Endlich  treten  vielfach  die  gefäßver- 
engenden und  -erweiternden  Nerven  für  das- 
selbe Organ  in  verschiedene  Rückenmarks- 
wurzeln aus;  infolgedessen  ist  es  bei  der 
Reizung  der  Wurzeln  möglich,  eine  Gefäß- 
erweiterung ohne  weiteres  zu  erzielen,  was 
bei  der  Reizung  des  gemischten  Nerven-  [ 
Stammes  nicht  der  Fall  ist  (Dastre  und 
Morat). 

Betreffend  den  Verlauf  der  gefäßerwei- 
ternden Nerven  ist  zu  erwähnen,  daß  die  für 
die  Unterkieferdrüse  dem  Nervus  facialis  ent- 


j  stammen  und,  ohne  mit  gefäßverengenden 
Nerven  gemischt  zu  werden,  mit  dem 
Nervus  lingualis  nach  der  Drüse  ziehen. 

Isoliert  von  gefäßverengenden  Nerven 
verlaufen  auch  die  Nervi  erigentes,  welche 
dem  Sakralmark  entstammen  und  die  Ar- 
terien des  Penis  erweitern,  was  bei  der 
Erektion  die  wesentliche  Rolle  spielt. 

Die  meisten  übrigen  gefäßerweiternden 
Nerven  treten  aus  dem  Brust-  und  Lenden- 
teil des  Rückenmarkes  heraus  und  schließen 
sich  dann  an  den  Nerven,  welche  den  be- 
treffenden Organen  deren  sonstige  Nerven- 
fasern zuführen. 

Die  gefäßerweiternden  Nerven  der  Ex- 
tremitäten bieten  das  sehr  merkwürdige 
Verhalten  dar,  daß  sie,  obgleich  zentrifugal- 
leitend, dennoch  nicht  wie  alle  übrigen 
zentrifugalen  Nerven  in  die  vorderen,  sondern 
in  die  hinteren  Wurzeln  vom  Rückenmark 
heraustreten  (Stricker,  Bayliss)  und,  ganz 
wie  die  zentripetalen  Nerven,  Ganglienzellen 
in  den  Spinalganglien  entstammen. 

3,  Die  Gefäßreflexe  und  die  Zentren  der 
Gefäßnerven.  lieber  die  Lage  des  Zentrums 
für  die  gefäßerweiternden  Nerven  läßt  sich 
zurzeit  nichts  Bestimmtes  sagen. 

Betreffend  die  Zentren  der  gefäßver- 
engenden Nerven  wissen  wir,  daß  sich  ein 
Hauptzentrum  im  Kopfmark  befindet,  welches 
seine  Tätigkeit  auch  dann  in  vollem  Umfange 
ausübt,  wenn  das  Kopfmark  von  den  höheren 
Hirnteilen    vollständig    isoliert   worden   ist. 

Von  diesem  Zentrum  gehen  Nerven- 
bahnen nach  dem  Rückenmark  und  stehen 
hier  mit  den  Ursprungszellen  der  in  den 
vorderen  Wurzeln  heraustretenden  gefäß- 
verengenden Nerven  in  Verbindung. 

x\uch  diese  Zellen  können  die  Rolle  von 
wirklichen  Zentren  spielen,  wie  daraus  hervor- 
geht, daß  die  Erstickung  eines  Tieres  eine 
Gefäßkontraktion  auch  dann  auslöst,  wenn 
das  Rückenmark  vom  Kopfmark  abgetrennt 
worden  ist.  Nach  vollständiger  Zerstörung 
des  Rückenmarkes  bleibt  diese  Kontraktion 
aus  und  kann  also  nicht  darauf  bezogen 
werden,  daß  die  Erstickung  etwaige  periphere 
Zentren  erregen  würde. 

Indessen  werden  die  Gefäße  weder  nach 
der  Zerstörung  des  Rückenmarkes,  noch 
nach  Durchschneidung  der  verengenden 
Nerven  vollständig  gelähmt.  Es  muß  sich 
also  noch  ein  peripherer  Mechanismus  vor- 
finden, welcher  unabhängig  von  dem  zen- 
tralen Nervensystem  und  den  von  diesem 
austretenden  gefäßverengenden  Nerven  eine 
gewisse  Tätigkeit  bei  den  Gefäßmuskeln 
unterhalten  kann.  Dies  wird  auch  durch 
die  Erfahrung  bestätigt,  daß  die  Gefäß- 
erweiterung, welche  nach  Durchschneidung 
eines  gefäßverengenden  Nerven  erscheint, 
in  hohem  Grade  zunimmt,  wenn  außerdem 
noch  die  erweiternden  Nerven  gereizt  werden. 


1040 


Ivi-eislauf  des  Blutes 


So  ist  die  Submaxillarisdrüse  des  Kanin- 
chens bei  Keizunjj;  des  Halssympathicus 
ganz  blaß;  nach  Durelischneidimc;  dieses 
Nerven  wird  sie  rötlich,  nimmt  aber  bei  dann 
eriolüjender  Reizung  der  Lingualis  eine 
starke  rote  Farbe  an. 

Die  gefäßerweiternden  Nerven  wirken 
also  auf  irgendwelche  peripheren  Meclianis- 
men  ein,  welclie  bei  den  vom  zentralen 
Nervensystem  isolierten  (lefäßen  einen  ge- 
wissen ivontraktionsznstand  zu  unterhalten 
vermögen. 

Daß  diese  Mechanismen  unter  Umständen 
wenigstens  einen  genügenden  Grad  von 
Verengerung  der  Gefäße  unterhalten  können, 
folgt  daraus,  daß,  nach  vollständiger  Zer- 
störung des  Rückenmarkes  vom  unteren 
Teil  des  Halsmarkes  an,  die  stetige  Zu- 
sanimenziehung  der  Gefäßmuskeln  wieder- 
kommt; dabei  reagieren  die  Gefäße  bei 
lokaler  A])plikation  von  Kälte  oder  Wärme 
etwa,  wie  dies  im  normalen  Zustande  der 
Fall  ist  (Goltz  und  Ewald). 

Auch  die  vor  dem  Kopfmarke  befind- 
lichen Teile  des  Gehirns  einschließlich  der 
Großhirnrinde  üben  auf  die  Gefäßmuskeln 
eine  deutliche  Wirkung  aus,  welche  aller 
Wahrscheinlichkeit  nach  in  der  gleichen  Weise 
aufzufassen  ist,  wie  die  analoge  Wirkung 
dieser  Gehirnteile  auf  die  Herznerven  und 
deren  Zentren  (vgl.  II  C  3). 

Durch  alle  möglichen  zentripetalen  Nerven 
können  die  Zentren  der  Gefäßnerven  reflek- 
torisch beeinflußt  und  solcherart  ent- 
sprechende Veränderungen  in  der  Weite  der 
Gefäße  liervorgerufen  werden. 

Die  Wirkung  eines  solchen  Reflexes 
erstreckt  sich  in  erster  Linie  auf  das  Gefäß- 
gebiet, welches  dem  gereizten  zentripetalen 
Nerven  entspricht,  und  zwar  erscheint 
hierbei  in  der  Regel  eine  Gefäßerweiterung, 
zuweilen  aber  statt  deren  eine  Gefäßver- 
engerung. 

Bei  stärkerer  Reizung  greift  der  Reflex 
auf  deji  entsprechenden  Körperteil  an  der 
anderen  Körperhälfte  über. 

Sehr  leicht  werden  auch  die  Gefäße 
in  Organen,  welche  mit  dem  gereizten  Nerven 
gar  keinen  direkten  Zusammenhang  haben, 
reflektorisch  in  der  einen  oder  anderen 
Richtung  beeinflußt.  So  wird  das  große,  vom 
Splanchnicus  innervierte  Gefäßgebiet  von 
allen  möglichen  zentripetalen  Nerven  her 
reflektorisch  verengt;  es  kann  aber  auch 
dabei  erweitert  werden. 

Die  Gefäße  der  Skelettmuskeln  scheinen 
sich  bei  den  reflektorischen  Einwirkungen 
in  der  Regel  zu  erweitern. 

Diese  Veränderungen  in  der  Weite  der 
Gefäße  bezwecken  vor  allem,  den  augen- 
blicklich mehr  arbeitenden  Organen  die 
notwendige  Blutzufuhr  zu  sichern  (vgl. 
III  B  I),  und  dazu  trägt  natürlich  auch  die 


so  oft  auftretende  Verengerung  im  Splanchni- 
cusgebiet  wesentlich  bei,  indem  dadurcli 
die  große,  von  den  Organen  der  Bauchhöhle 
beherbergte  Blutmenge  den  anderen  Organen 
zur  Verfügung  gestellt  wird. 

Wenn  sich  die  reflektorische  Veränderung 
der  Gefäßweite  nicht  auf  ein  gar  zu  kleines 
Gebiet  erstreckt,  macht  sie  sich  auch  auf 
den  allgemeinen  Blutdruck  geltend. 

In  der  Regel  tritt  hierbei,  vor  allem 
wegen  der  ausgiebigen  Kontraktion  der 
Gefäße  der  Baucheingeweide,  eine  Steigerung 
des  Blutdruckes  auf,  wobei  gleichzeitig  eine 
Zunahme  der  vom  Herzen  herausgetriebenen 
Blutmenge  verbunden  sein  kann  (vgl.  III 
A  2). 

Unter  gewissen  Umständen  wird  hierbei 
indessen  eine  Drucksenkung  hervorgerufen, 
und  zwar  insbesondere  wenn  die  Reizung 
des  zentripetalen  Nerven  nur  schwach  ge- 
wesen ist.  Auch  der  Zustand  des  Nerven- 
systems ist  hierbei  von  Belang,  indem  unter 
der  Einwirkung  gewisser  Gifte  eine  Druck- 
senkung leichter  als  sonst  zustande  kommt. 

Einige  zentripetale  Nerven  bewirken  bei 
jeder  Reizstärke  eine  Drucksenkung.  Hierher 
gehören,  außer  dem  schon  erwähnten  Nervus 
depressor  (vgl.  II  C  3),  auch  die  zentri- 
petalen Nerven  der  Skelettmuskeln. 

Die  nähere  experimentelle  Untersuchung 
über  den  Mechanismus  der  reflektorischen 
Senkung  des  Blutdruckes  hat  ergeben, 
daß  hier  sowohl  eine  Erregung  der  gefäß- 
erweiternden Nerven  als  auch  eine  Hemmung 
der  Tätigkeit  der  gefäßverengenden  statt- 
findet. 

4.  Die  Einwirkung  der  inneren  Sekrete 
auf  den  Kreislauf.  Nach  der  Entdeckung 
der  Gefäßnerven  stellte  man  sich  eine  Zeit- 
lang allgemein  vor,  daß  die  Tätigkeit  der 
Gefäßmuskeln  allein  durch  den  Einfluß  des 
zentralen  Nervensystems  unterhalten  und 
reguliert  würde.  Die  oben  erwähnten  Er- 
fahrungen über  die  Leistungen  der  Gefäße 
nach  vollständiger  Isolierung  von  den  Nerven- 
zentren zeigen,  daß  diese  Auffassung  nicht 
mehr  in  seinem  ganzen  Umfange  richtig  sein 
kann. 

Tatsächlich  hat  es  sich  gezeigt,  daß 
gewisse  Organe  durch  eine  Art  ,, innerer 
Sekretion"  dem  Blute  direkt  oder  indirekt 
Substanzen  abgeben,  welche  die  Gefäß- 
muskulatur stark  erregen  können. 

Zu  diesen  Organen  gehören  vor  allem 
die  Nebennieren  und  der  Hirnanhang. 

Aus  den  Nebennieren  wird  durch 
einfache  Extraktion  eine  Substanz,  das 
Adrenalin,  in  Lösung  erhalten,  welche, 
intravenös  eingespritzt,  die  Gefäßnuiskeln 
äußerst  kräftig  reizt  und  dadurch  die  Gefäße 
verengt  sowie  den  Blutdruck  stark  in  die 
Höhe  treibt  (Oliver  und  Schäfer).  Daß 
diese     Substanz     kein    durch     postmortale 


Ki'eislaiif  des  Blutes 


1041 


Veränderungen  gebildetes  Kunstprodukt  dar- 
stellt, folgt  daraus,  daß  sie  auch  im  Blute 
der  Nebennierenvene  nachgewiesen  werden 
kann  (Cybulsky). 

Die  unter  dem  Einfluß  des  Adrenalins 
auftretende  Kontraktion  der  Gefäßmuskeln 
kommt  in  ihrer  vollen  Stärke  auch  dann 
zum  Vorschein,  wenn  die  Gefäße  von  ihren 
Nerven  völlig  isoliert  sind,  und  ist  also 
zum  großen  Teil  wenigstens  durch  die  direkte 
Einwirkung  auf  die  Gefäßmuskulatur  hervor- 
gerufen. 

Die  Herztätigkeit  wird  durch  das  Adrenahn 
beschleunigt.  Wegen  der  überaus  starken 
Gefäßkontraktion  ist  indessen  die  aus  dem 
Herzen  herausgetriebene  Blutmenge,  der 
normalen  gegenüber,  bedeutend  vermindert. 

Die  Wirkung  einer  einmaligen  Ein- 
spritzung von  Adrenalin  dauert  luir  kurze 
Zeit  uncl  geht  allmählich  zurück.  Eine  neue 
Einspritzung  treibt  den  Druck  in  derselben 
Weise  wieder  in  die  Höhe,  und  durch  kon- 
tinuierliches Eingießen  von  Adrenalin  in 
geeigneter  Menge  kann  eine  dauernde  Druck- 
steigerung unterhalten  werden  (Kretsch- 
mer). 

Das  Adrenalin  verursacht  schon  in  außer- 
ordentlich geringen  Gaben  eine  deutliche 
Gefäßkontraktion;  so  konnte  Takamine 
bei  Einspritzung  von  nur  0,0000013  g  des- 
selben eine  deutliche  Drucksteigerung  nach- 
weisen, und  Brodie  löste  mit  0,0000001  g 
Adrenalin  eine  Zusammenziehung  der  Kran- 
arterien des  Herzens  aus. 

Nach  Water  man  und  Smit  würden 
die  Nebennieren  jedem  durch  sie  strömenden 
Kubikzentimeter  Blut  etwa  0,0000001  mg 
Adrenalin  abgeben. 

Die  Abgabe  von  Adrenalin  in  den  Neben- 
nieren steht  unter  dem  Einfluß  der  Nu. 
splaiichnici  und  kann  also  nach  dem  augen- 
blicklich stattfindenden  Bedarf  vom  zen- 
tralen Nervensysteme  aus  reguliert  werden 
(Dreyer,  Tscheboksaroff,  Asher, 
Elliott). 

In  der  zwischen  dem  vorderen  und 
hinteren  Abschnitte  des  Hirnanhanges 
liegenden  mittleren  Partie  wird  eine  Kolloid- 
substanz gebildet,  welche  sich  in  den  Zwischen- 
räumen des  hinteren  Abschnittes  vom  ge- 
nannten Organ  ausbreitet  und  auch  in  das 
Infundibulum  hineindrängt.  Man  stellt  sich 
vor,  daß  diese  Substanz  schließlich  durch 
das  Infundibulum  in  die  dritte  Hirnkammer 
gelangt. 

Auch  diese  Substanz  oder  ein  Teil  der- 
selben (das  Pituitrin)  bewirkt,  wenn  es 
intravenös  eingespritzt  wird,  eine  Gefäß- 
kontraktion und  eine  Zunahme  des  Blut- 
druckes (Schäfer  und  Oliver),  Avobei, 
ganz  wie  beim  Adrenalin,  die  aus  dem 
Herzen  herausgetriebene  Blutmenge  ab- 
nimmt. 

Handwörterbuch  der  Xaturwissensehaften.    Band  V 


Die  Wirkung  scheint  anhaltender  als 
die  des  Adrenalins  zu  sein;  sie  tritt  auch  nach 
vollständiger  Ausschaltung  der  Gefäßnerven 
auf  und  ist  also  wesenthch  von  einer  direkten 
Erregung  der  Gefäßmuskulatur  bedingt. 

Bei  wiederholten  Einspritzungen  wird 
die  Wirkung  des  Pituitrins  immer  geringer. 

Auch  bei  der  Einspritzung  vom  Extrakt 
anderer  Organe  hat  man  oft  eine  Druck- 
steigerung oder  Drucksenkung  beobachtet. 
Es  ist  nicht  unmöglich,  daß  auch  hier  Sub- 
stanzen vorliegen,  welche  in  den  betreffenden 
Organen  gebildet  werden  und  also  nicht 
postmortale  Zersetzungsprodukte  darstellen. 
Da  dies  indessen  nicht  als  bewiesen  angesehen 
werden  kann,  muß  eine  Darstellung  der  be- 
treffenden   Beobachtungen    hier   ausbleiben. 

5.  Allgemeines  über  die  Blutverteilung 
im  Körper.  Zum  Schluß  stelle  ich  noch 
einige  Angaben  über  die  quantitative  Blut- 
zufuhr zu  den  verschiedenen  Organen  zu- 
sammen, um  eine  Vorstellung  darüber  zu 
geben,  wie  das  Blut  im  Körper  verteilt 
wird.  Diese  Angaben  beziehen  sich  in  erster 
Linie  auf  den  Hund. 

Bei  körperlicher  Ruhe  enthalten  die 
Organe  der  Brust-  und  Bauchhöhle  in  der 
Regel  mehr  als  die  Hälfte  der  gesamten 
Blutmenge  des  Körpers.  In  Prozent  des 
Organgewichts  beträgt  der  Blutgehalt  etwa 
20,  während  der  Blutgehalt  der  Haut,  des 
Skeletts,  der  Muskeln  und  der  Nerven- 
substanz nur  etwa  2  bis  3  Prozent  ihres 
Gewichtes  beträgt  (Ranke). 

Dies  sagt  indessen  noch  nichts  in  bezug 
auf  die  Blutzufuhr  zu  den  Organen,  und 
um  diese  kennen  zu  lernen,  muß  der  Blut- 
strom in  den  entsprechenden  Gefäßen  direkt 
geeicht  werden. 

Die  hierüber  gewonnenen  Erfahrungen 
sind  in  der  folgenden  Tabelle  aufgenommen. 
Die  Zahlen  gebeii  die  dem  betreffenden  Orgau 
pro  100  g  Gewicht  in  der  Minute  zugeführte 
Blutmenge  an. 

Die  Blutzufuhr  nach  den  einzelnen  Or- 
ganen ist  also  sehr  verschieden.  Im  all- 
gemeinen kann  man  sagen,  daß  die  drüsigen 
Organe  und  ganz  besonders  die  Organe  mit 
innerer  Sekretion  (Schilddrüse,  Neben- 
nieren) eine  verhältnismäßig  große  Blut- 
zufuhr haben.  Auch  das  Gehirn  scheint  viel 
Blut  zu  bekommen. 

Dagegen  ist  die  Blutzufuhr  zu  den  Ex- 
tremitäten und  auch  den  ruhenden  Muskeln 
an  und  für  sich  ziemlich  gering;  sie  steigt 
aber  bei  der  Muskelarbeit  in  einem  hohen 
Grade  an. 

Literatur.  li.  Tigerstedt,  Lehi-bicch  der  Phy- 
sioloyie  des  Kreislaufes.  Lei])zig  189S.  —  F. 
B.  Hofniann,  Allgemeine  Physiologie  des 
Herzens.  In  Nagels  Handbuch  der  Physiologie, 
I,  S.  22s.  Braunschweig  1909.  —  Derselbe, 
Die    Innervation    des    Herzens    und    der   Blut- 

66 


1042 


Kreislauf  de.s  Hliites  —  Ki-eislauf  der  Stoffe  in  der  organisclien  Welt 


Blutmenge  in  der  Minute  für  100  g  Organgewicht. 


Ors^nn 

Blutmenge 
eem 

Tierart 

Autor 

Kopl  im  ganzen 

(lehirn 

1/ 
bis  280 

.591 
3 

(; 

13 

iS 

•^3 

30 
21 

31 
58 
80 
84 
bis  Soo 
150 

Hund 

Kaninchen 

Hund 

Pferd 
Hund 

Ivatze 
Hund 

Ch 
B 

Tschuewsky 
Jensen 

Schilddrüse 

T  s  c  h  u  e  w  s  k  \' 

Hintere   Extreniitüieii 
versehrt 

.   X 

>rvi>ii 

Uli- 

Hintere  Extremitäten. 

schnitten 

Muskeln  mit  nnverseh 
-Muskeln,  ruhend  .    .    . 
^luskeln  arbeitend   .    . 

Herz 

klagen 

Nerven  durdi- 
•ten  Nerven   . 

Auveau   11.    K'aul'manii 

ohr  und  Henriques 
B  u  r  1 0  n  -  ()  ])  i  t  z 

Darm      

Milz 

Leber     

" 

Nebennieren 

Neu  m  a  n 

Niere,  starke  Diurese  . 

B  u  1- 1 T)  n  -  0  p  i  t  z 

gefäßc,  ebenda,  l,  ,S.  260.  —  G.  F.  Nicolai, 
Die  Mechanik  des  Kreislaufs,   ebenda,  I,  S.  661. 

—  O.  Frank,  Hämodynamik.  In  E.  Tiger- 
stedts  Handbuch  der  physiologischen  ßlethodik, 
II,  Abt.  4.  Leipzig  1911.  —  Äsher,  Die 
Innervation  der  Gefäße,  Ergebnisse  der  Phy. Bio- 
logie, I:  2.,  S.  §46.  —  Bayliss,  Die  Innerva- 
tion der  Gefäße.  Ebenda  V,  S.  819.  —  Carlson, 
Vergleichende  Physiologie  der  Herznerven  bei 
den  Witbellosen.  Ebenda  VIII,  ,S.  371.  —  E. 
Ebstein,  Die  Diastole  des  Hertens.  Ebenda  III, 
2,  S.  123.  —  Langendorff,  Herzmuskel  und 
intrakardiale  Innerration.     Ebenda  I,  2.  S.  263. 

—  Derselbe,  lieber  den  Einfluß  verschiedener 
Temperaturen  auf  die  Herztätigkeit.  Ebenda  II, 
2,  S.  517.  —  Verselbe,  Neuere  Untersnchunge)/ 
über  die  Ursache  des  Herzschlages,  ebenda,  IV, 
ßS.  764.  —  R.  Tiget^stedt.  Intrakardialer  Druck 
und  Herzstoß.  Ebenda  I,  2,  S.  2S4.  —  Der- 
selbe, Der  kleine  Kreislauf.  Ebenda  II,  2, 
S.  528.  —  Derselbe,  Die  Geschwindigkeit  des 
Blutes  in  den  Arterien.  Ebenda  IV,  S.  48I.  — 
Derselbe,  Der  arterielle  Blnidruck.  Ebenda  VI, 
S.  205.  —  Derselbe,  Der  Arterienpuls.  Ebenda 
IUI,    »S'.    593.    —    Derselbe,    Die    chnnischen 

Bedingungen  für  die  Entstehnng  des  Herz- 
schlages. Ebenda  XII,  S.  269.  —  H.  (ierhartz, 
Die  liegistrierung  des  Herzschalles.     Berlin  1911. 

—  F.  Kraus  und  ii.  Nicolai,  Das  Elektrokar- 
diagramm  des  gesunden  und  kranken  ßlenschen. 
Leipzig  1910.  —  Th.  Lewis,  Der  Mechanismus 
der  Herzaktion  und  seine  klinische  Pathologie. 
Autorisiej-te  Uebersetzung.   Wien  und  Leipzig  1912. 

—  S.  Tawara,  Das  Reizlcitungssyslcm  des 
Säugetierherzens.     Jena  1906. 

Die  in  der  Zeitschriftlitcratur  reröffentlichten 
Arbeiten  zur  Physiologie  des  Kreislaufes  sind 
äberaiiK  zahlreich,  und  es  scheint  mir,  daß  eine 
notgedrungen  sehr  kleine  Auswahl  von  ihnen 
nicht  allein  nutzlos,  sondern  geradezu  irre- 
führend sein  würde.  Ich  habe  deshalb  voll- 
ständig  darauf  verzichtet,  im  Literaturverzeichnis 
Journalanf Sätze  avf zunehmen,  und  verweise  in 
bezvg  avf  diese  avf  die  oben  sunammengestpllten 


monograjihischen    Darstellungen,    sowie    auf  die 
Jahresberichte  und  die  Zantralblätter. 

Robert  Tigerstedt. 


Kreislauf  der  Stoffe 
in  der  organischen  Welt. 

1.  Einleitung.  2.  Kreislauf  des  Kohlenstoffes. 
3.  Der  Sauerstoff.  4.  Der  Kreislauf  des  Stickstoffes. 
5.  Der  physikalische  und  chemische  Ivreislauf 
des  Wassers.  6.  Der  Wasserstoff.  7.  Schwefel. 
8.  Phüsphorsäure.  9.  Die  Halogenide.  10.  Sili- 
cium  und  Bor.  Arsen.  11.  Der  I\reislauf  der 
metallischen  Elemente,  a)  Metalle  der  Kalium- 
gruppe, b)  Magnesium,  c)  Ivalk.  Aluminium, 
d)  Eisen  und  andere  Schwermetalle. 

I.  Einleitung.  Solange  man  den  Stoff- 
wechsel der  Mikrobien  mit  seinen  zahlreichen 
überraschend  wechselvollen  und  höchst  un- 
erwarteten Erscheinungen  nicht  oder  erst 
unzureichend  kannte,  schien  es  nur  einen 
einzigen  großen  Kreislauf  der  Stoffe  durch 
die  belebte  Natur  zu  geben.  Derselbe  sollte 
zunächst  darin  bestehen,  daß  die  Pflanzen 
die  mineralischen  Grundstoffe  und  Verbin- 
dungen, welche  wir  in  den  Lebewesen  finden, 
aus  l^nft,  Wasser  und  Boden  aufnehmen,  sie 
zu  organischen  Verbindungen  verarbeiten 
und  so  den  Tieren  die  ihnen  unentbehrliche 
organische  Nahrung  vorbereiten.  Sodann 
sollten  sich  die  Tiere  im  großen  chemischen 
Kreisprozesse  der  Natur  damit  betätigen, 
die  organischen  Verbindungen  unter  Energie- 
gewinn abzubauen.  Den  niedersten  Organis- 
men schrieb  man  nur  die  eine  Rolle  zu,  die 
organischen  Aussclieidungen  der  Tiere  wieder 
zu    mineralisieren.       Heute    sind    alle    diese 


Kreislauf  der  Stoffe  in  der  ors-anischen  Welt 


1043 


Auffassungen  erschüttert.  Wir  haben  die 
Vorstellung  von  einem  einheitlichen  großen 
Kreislaufe  aufgegeben  und  denken  uns 
vieiraehr,  daß  die  einzelnen  organischen 
Fornienkreise  der  Natur  in  ihrem  Stoff- 
austausche voneinander  viel  unabhängiger 
sind,  als  man  früher  angenommen  hatte. 
Wenn  wir  in  den  neuesten  Arbeiten  auf  tier- 
physiologischem Gebiet  lesen,  daß  die  über- 
lebende Lebei  aus  einfachen  Kohlenstoff- 
yerbindungen  Zucker  bereitet,  daß  jedes 
Nahrungseiweiß  im  Darm  bis  zu  den  ein- 
fachsten Aminosäuren  zerfällt,  ja  selbst 
Aminosäuren  im  Tierleibe  entstehen  können, 
so  entfallen  die  wesentlichsten  Charakte- 
ristika, die  man  früher  der  tierischen  Ernäh- 
rung zuteilte,  und  wir  erkennen,  daß  der 
Kreislauf  der  chemischen  Materialien  in 
Tier  und  Pflanze  vielfach  parallele  und  unab- 
hängige Prozesse  betrifft  und  nicht  nur 
solche,  die  ineinander  greifen.  Ebenso 
wichtig  ist  die  Erkenntnis,  daß  viele  Mi- 
krobien  Stoffwechselvorgänge  unterhalten, 
die  ihresgleichen  in  den  höheren  Organismen 
nicht  haben.  Eine  Auslese  solcher  Mikrobien- 
gruppen  bildet  häufig  ein  besonderes  che- 
misches ümlaufssystem,  welches  von  dem 
durch  die  höheren  Organismen  hindurch 
stattfindeiulen  Kreislaufe  völlig  gesondert  ist. 
So  kommt  z.  B.  der  W^asserstoff  bei  den 
höheren  Lebewesen  als  Stoffwechselprodukt 
überhaupt  nicht  in  Betracht,  während  er 
durch  Mikrobien  in  der  Buttersäuregärung 
neben  Methan  reichlich  erzeugt  wird  und 
von  anderen  Mikrobien  wieder  eine  Ver- 
brennung zu  Wasser  erleidet.  Einen  solchen 
mikrobischen  Kreislauf  hat  aber  auch  das 
Methan  und  der  freie  Stickstoff  der  Luft, 
welcher  durch  bestimmte  Bakterien  fixiert, 
durch  die  Salpetergärungserreger  jedoch 
wieder  an  die  Luft  zurückgegeben  wird. 
Bekannt  ist  es  endlich,  daß  sich  viele  Mikro- 
bien an  dem  großen  Sauerstoff  kreislaufe 
absolut  nicht  beteiligen  und  ohne  freien 
Sauerstoff  leben,  indem  sie  ihre  Elnergie 
durch  Reduktion  und  Abbau  verschiedener 
Sauerstoffverbindungen  erhalten.  Wir  sehen 
mithin,  daß  die  Anpassungen  der  Chemismen 
einzelner  Organismenkreise  im  Dienste  einer 
ökonomisch  möglichst  vollkommenen  Ener- 
giegewinnung und  Energieersetzung  höchst 
verschiedenartig  sein  können. 

2.  Kreislauf  des  Kohlenstoffes.  Wenn 
wir  uns  zunächst  dem  Kohlenstoffe  als  dem 
Rückgrate  des  organischen  Chemismus  zu- 
wenden, so  fällt  uns  die  große  Bedeutung 
der  Kohlensäure  auf,  welche  in  enormen 
Quantitäten  aus  Tieren  und  Pflanzen  in 
die  IMedien  der  unbelebten  Natur  hinausgeht, 
aber  auch  in  dem  großartigen  Prozesse  der 
Photosynthese  in  den  grünen  Pflanzen  unter 
Bindung  der  Strahlungsenergie  des  Sonnen- 
lichtes   in   größter   Men2:e   dem    Reiche   der 


Lebewesen  wieder  zugeführt  wird.  Der 
Kohlensäurekreislaiif  scheint  langsam  dem 
Ziele  zuzugehen,  den  allergrößten  Teil  der 
irdischen  Kohlensäure  in  Form  schwer- 
löslicher Karbonate  tierischer,  seltener  pflanz- 
licher Produkte  festzulegen,  und  es  mag  sein, 
daß  so  gut  wie  alle  Karbonate  unserer  Kalk- 
und  Dolomitgebirge  organischen  Wesen  ihre 
Ablagerung  verdanken  und  so  ihre  Kohlen- 
säurekomponente in  letzter  Linie  auf  die 
photosynthetische  Tätigkeit  grüner  Pflanzen 
zurückführen  lassen.  Es  spricht  aber  vieles 
dafür,  daß  in  den  besser  bekannten  geolo- 
gischen Epochen  der  Kohlensäuregehalt  der 
Luft  nicht  größer  gewesen  ist  als  gegen- 
wärtig, und  wenn  einst  die  Luftkohlensäure 
viel  reichlicher  dargeboten  wurde,  so  mag  dies 
nur  in  den  ältesten  Perioden  des  organischen 
Lebens  gewesen  sein.  Bemerkenswert  ist  es 
jedenfalls,  daß  die  Kohlensäurekonzentration 
der  Luft,  die  drei  Volumteile  auf  10000  beträgt, 
noch  lange  nicht  das  Optimum  für  die  Er- 
nährung der  Pflanzen  im  hellen  Sonnen- 
lichte bildet.  Es  ist  bekannt,  daß  die  grünen 
Pflanzen  nicht  die  einzigen  Organismen  sind, 
welche  Kohlensäure  zu  anderen  Kohlenstoff- 
verbindungeu  verarbeiten.  Mangelt  diese 
Fähigkeit  auch,  soweit  bekannt,  allen  niederen 
und  höheren  Tieren  völlig,  ebenso  den 
chlorophyllfreien  Pilzen  und  den  meisten 
Bakterien,  so  kennt  man  doch  nicht  wenige 
Mikrobien,  die  unter  Sauerstoff  verbrauch 
ohne  Lichtzutritt  die  zur  Kohlensäurever- 
arbeitung nötige  Energie  gewinnen.  Hierher 
zählen  die  nitritbildenden,  die  wasserstoff- 
oxydierenden Bakterien,  manche  marine 
Schwefelbakterienformen  u.  a.  m.  An 
allgemeiner  Bedeutung  scheinen  aber  diese 
Prozesse  weit  hinter  cler  photosynthetischen 
Kohlensäureverarbeitung  im  Chlorophyll- 
korn zurückzustehen.  Soweit  bekannt, 
dient  die  aufgenommene  Kohlensäure  nach 
vorheriger  Reduktion  zu  Ameisensäure  und 
Formaldehyd  der  Kondensation  des  letzteren 
zu  Zucker,  dem  wichtigsten  Bau-  und  Ener- 
giematerial in  den  Organismen.  Der  Zerfall 
der  mannigfachen  Kohlenstoffverbindungen, 
die  aus  Zucker  entstehen,  sowie  der  Zucker- 
zerfall selbst,  kann  entweder  durch  Oxyda- 
tion mit  Hilfe  des  Luftsauerstoffes  (,, Sauer- 
stoffatmung'') geschehen  oder  auf  anoxy- 
biontischem  Wege.  Beide  Zerfallsformen 
führen  aber,  wie  bekannt,  zur  W'iederbildung 
von  Kohlensäure.  Sauerstoffatmung  und 
Alkoholgärung  des  Zuckers  stellen  diese 
Typen  klar  vor  Augen.  Kohlensäure  wird 
jedoch  bei  zahlreichen  anderen  anaeroben 
Vorgängen,  vor  allem  bei  der  Buttersäure- 
gärung, abgespalten.  Nicht  zu  vergessen 
ist  die  Produktion  gebundener  Kohlensäure 
in  Form  von  Karbonaten,  die  als  Schalen- 
panzer des  Körpers,  Knochen  usw.  reichlich 
aus    toten    Tieren    der    unbelebten    Natur 

66* 


1U4-I 


Kreislauf  der  Stoite  iu  der  organisclicn  A\'clt 


überliefert  werden.  Im  Pflanzenreiche  sind 
es  vor  allem  gewisse  Algen,  die  dnrcli  Kalk- 
absclieidnnc;  größere  Knollen  nach  Art  von 
Korallenstöcken  formieren.  Die  schwachen 
Kalkkrusteii  mancher  Siißwasserpflanzen 
haben  keine  größere  Bedeutung. 

(ü'gen  diesen  Kohlensäurekreislauf  stehen 
alle  anderen  Kohlenstoffkreisprozesse  sehr 
an  Wichtigkeit  zurück  nncl  besonders  die 
höheren  Organismen  lassen  schließlich  nur 
einen  minimalen  Teil  ihres  Körperkohlen- 
stoffes in  anderer  Form  austreten,  da  wenig- 
stens indirekt  durch  die  Vermittelung  von 
Mikroben  alle  Kohlenstoffausscheidungen  in 
Kohlensäure  übergehen.  Anders  bei  den 
]\likrobien.  Hier  ist  es  vor  allem  das  Methan, 
welches  als  Endprodukt,  besonders  in  der 
Buttersäuregärung,  oft  auftritt  und  anderen 
Mikrobien  als  Rohmaterial  der  Ernährung 
dient.  Möglicherweise  gibt  es  auch  einen 
bakteriellen  lü-eislauf  von  Kohlenoxyd.  Ein 
großer  Teil  des  Kohlenstoffkreislaufes,  der 
noch  unzureichend  erforscht  ist,  bewegt  sich 
jedoch  nicht  bis  zu  Kohlensäure  und  Methan, 
sondern  umfaßt  kompliziertere  Kohlenstoff- 
verbindungen, welche  den  abgestorbenen  Or- 
ganismen entstammen,  in  den  Boden  über- 
gehen und  dort  alsbald  von  Mikrobien  wieder 
aufgenommen  werden.  So  dürfte  es  mit  vielen 
Kohlenhydraten  geschehen,  insbesondere  mit 
Zellulose  und  Holzsubstanz,  welche  von 
Bakterien  und  Pilzen  bis  zu  Zucker  ab- 
gebaut werden,  worauf  der  Zucker  assimiliert 
niul  direkt  weiter  verwendet  wird.  Viele 
organische  Säuren  sind  in  der  gleichen  Art 
das  Ausgangsmaterial  für  den  Kohlenstoff- 
kreislauf, als  Produkte  der  Zersetzung  von 
Fett.  Eiweiß  und  anderen  Körpersubstanzen. 

3.  Der  Sauerstoff.  Der  Sauerstoff  spielt 
nur  als  freies  Element  seine  große  Rolle 
im  organischen  Kreislaufe.  Seine  Eigenschaft, 
durch  Bindung  in  organischen  Körpern  leicht 
Zerfall  unter  bedeutender  Entwickelung  freier 
iMiergie  zu  erzeugen,  befähigt  ihn  als  aller- 
erstes Mittel  zur  Entwickelung  freier  Energie 
aufzutreten  und  eine  ungeheure  Masse  leben- 
der Substanz  auf  der  Erde  in  ihrer  Existenz 
zu  erhalten.  Die  Sauerstoff atmung  ist  ein 
so  allgemeiner  Vorgang,  daß  es  höchst  über- 
raschend wirkte,  als  Pasteur  1861  zuerst 
zeigte,  daß  es  auch  Leben  ohne  Sauerstoff 
gibt.  Doch  sind  alle  anaerobeu  Organismen 
auf  sauerstoffhaltige  Verbindungen  ange- 
wiesen, die  sie  zum  Energiegewinn  aus- 
nutzen, so  daß  ihr  Leben  auf  Kosten  des 
gebundenen  Sauerstoffes  aufrechterhalten 
wird.  Besonders  geeignet  ist  hierbei  die 
Verarbeitung  des  Zuckers  in  Alkohol- 
gärung. Milchsäuregärung,  Buttersäuregä- 
rung, wobei  der  Zerfall  unter  Energieent- 
bindung teilweise  bis  zu  Kohlensäure  erfolgt. 
Jedoch  sind  die  Anaeroben  bei  der  Beschaffung 
des  Zuckers  doch  wieder  auf  die  Sauerstoff- 


organismen angewiesen,  da  die  anaerobe 
Zuckersynthese  in  der  Natur  höchstens  in 
sehr  beschränktem  Umfange  stattfindet. 
Daher  ist  es  wahrscheinlich,  daß  die  Anaerobie 
eine  abgeleitete  Erscheinung  ist,  eine  An- 
passung an  sauerstoffarme  Medien  in  größe- 
ren Tiefen  von  Wasser,  Schlamm  und  Boden, 
und  daß  die  ersten  Lebewesen  der  Erde 
Luftorganismen  gewesen  sind.  Uebrigens 
gibt  es  alle  möglichen  Abstufungen  zwischen 
strengster  Anaerobie  durch  die  mehr  oder 
weniger  fakultativen  Anoxybionten  bis  zu  den 
Aeroben.  Viele  Organismen  müssen  wenig- 
stens in  den  Stand  gesetzt  sein,  temporären 
Sauerstoffmangel  hinreichend  gut  zu  über- 
dauern. Normales  langedauerndes  Vege- 
tieren ohne  Sauerstoff  ist  aber  wohl  bei 
keinen  höheren  Tier-  und  Pflanzenformen 
möglich,  und  nur  niedere  Formen  wickeln 
alle  Lebens-  und  Fortpflanzungsverrichtun- 
gen ohne  Sauerstoff  normal  ab.  Da  nicht 
alle  chemischen  Verbindungen  im  Organis- 
mus vom  Sauerstoff  genügend  leicht  ange- 
griffen werden,  so  brauchen  die  Organismen 
Einrichtungen  zur  Uebertragung  des  Sauer- 
stoffes, ,, Empfänger",  die  ihn  leicht  fesseln, 
und  Katalysatoren,  die  schon  bei  gewöhn- 
licher Temperatur  dieselbe  Oxydationsge- 
schwindigkeit erzeugen,  die  im  Laboratorium 
erst  bei  hohen  Temperaturen  erreicht  wird. 
Freier  Sauerstoff  tritt,  soweit  bekannt,  nur 
in  der  Chlorophylltätigkeit  grüner  Pflanzen 
im  Lichte  aus  den  lebenden  Wesen  in  großen 
Massen  aus,  und  diesem  Prozesse  verdankt 
die  Atmosphäre  die  Konstanz  ihres  Sauer- 
stoffvorrates. Doch  sollen  nach  Lebedew 
die  wasserstoffoxydierenden  Bodenbak- 
terien gleichfalls  bei  ihrer  Kohlensäurever- 
arbeitung' Sauerstoff  ausscheiden,  was  sich 
aber  bei  deren  großem  Sauerstoffbedarf  zur 
Wasserstoffverbrennung  kaum  in  der  Resul- 
tante des  Stoffwechsels  bemerklich  machen 
kann.  Von  einem  Kreislaufe  der  Sauerstoff- 
verbindungen kann  in  der  Biologie  kaum  ge- 
sprochen werden. 

4.  Der  Kreislauf  des  Stickstoffes,  Un- 
gemein verwickelte  Verhältnisse  bietet  der 
Kreislauf  des  Stickstoffes  und  seiner  Ver- 
bindungen durch  die  Organismenwelt  dar. 
Sorgfältige  experimentelle  Arbeiten  schienen 
im  verflossenen  Jahrhundert  bewiesen  zu 
haben,  daß  der  freie  Luftstickstoff  überhaupt 
keinen  xAnteil  an  den  vitalen  Kreisprozessen 
nimmt  und  daß  nur  den  Stickstoffverbin- 
dungen eine  solche  Rolle  zukomme.  Jetzt 
weiß  man  aber,  daß  wohl  die  höheren 
Organismen  den  freien  Stickstoff  nicht  nach- 
weisbar ausnutzen,  der  Luftstickstoff  jedoch 
bei  den  niederen  Lebewesen  als  Nahrungs- 
mittel große  Bedeutung  besitzt.  Nachdem 
man  zunächst  die  Stickstoffixierung  durch 
gewisse  endosymbiontisch  in  WurzelknöUchen 
höherer  Pflanzen  lebende  Bakterien  kennen 


Kreislauf  der  Stoffe  in  der  oro;anisclien  Well 


lu4r 


oelenit  hatte,  fand  man  aerobe  und  aiiaerobe 
Bodenbakterien,  die  reichlich  Stickstoff  bin- 
den, und  manche  Forscher  nehmen  selbst  an, 
daß  auch  gewissen  Schimmel})ilzcn,  Blau- 
algen, vielleicht  noch  anderen  niederen 
Pflanzen,  das  Vermögen  der  Stickstoff- 
fixierung nicht  ganz  abgehe.  Unter  den 
niederen  Tieren  hat  man  noch  keinen  stick- 
stoffixierenden  Organismus  gefunden.  Ohne 
eine  andere  Stickstoffcjuelle  zu  benötigen, 
bauen  die  betreffenden  Mikrobien  alle  ihre 
l.eibessubstaiizen  auf  Kosten  des  Luftstick- 
stoffes auf.  Daß  andererseits  freier  Stick- 
stoff von  Organismen  an  die  Atmosphäre 
abgegeben  wird,  hat  man  schon  lange  ver- 
mutet. Doch  sind  alle  höheren  Lebewesen 
daran  nicht  beteiligt,  und  auch  bei  der  Ei- 
weißfäulnis findet  nicht,  wie  manchmal  ange- 
nommen wurde,  Stickstoffentwickelung  statt. 
Ein  sicheres  Beispiel  kennt  man  jedoch  in  der 
inikrobischen  Salpetergärung,  wo  Nitrate 
ihren  gesamten  Stickstoff  in  elementarer 
Form  abgeben  (Denitrifikationsbakterien  des 
Stalldüngers).  Wenn  man  überlegt,  welche 
Stickstoffmassen  durch  die  stickstoffixieren- 
den  Mikroben  fortwährend  der  Luft  ent- 
nommen werden,  kann  es  auffallend  er- 
scheinen, daß  Stickstoffabgabe  so  wenig 
verbreitet  sein  soll.  Möglicherweise  kennt 
man  wichtige  Vorgänge  dieser  Art  noch  nicht. 
Die  große  Masse  des  Stickstoffes  in  der 
Atmosphäre  könnte  im  Laufe  der  Zeit  jedoch 
sehr  wohl  eine  kleine  Abnahme  erfahren 
haben,  ohne  daß  man  dieselbe  hätte  sicher- 
stellen können. 

Alle  höheren  Organismen  beteiligen  sich 
nur  am  Kreislaufe  des  gebundenen  Stick- 
stoffes. Hier  sind  es  zwei  weitverbreitete 
Verbindungen:  die  Salze  des  Ammoniums 
neben  freiem  Ammoniak  und  die  Salze  der 
Salpetersäure,  welche  eine  bedeutungsvolle 
Rolle  im  großen  organischen  Stoffkreislaufe 
spielen.  Ammoniak  wie  Salpetersäure  können 
sieher  durch  elektrische  P^ntladungen  in 
feuchter  Luft  entstehen,  doch  reichen  solche 
Prozesse  nicht  im  entferntesten  dazu  aus, 
um  eine  nennenswerte  Bildung  von  Ammoniak 
oder  Salpetersäure  in  der  Natur  zu  gew^ähr- 
leisten.  Alle  bekannten  Tatsachen  weisen 
darauf  hin,  daß  das  natürliche  Amnion  und 
Nitrat  organischen  L^sprunges  ist.  Ammo- 
niak ist  das  Mineralisationsprodukt  aller 
tierischen  und  pflanzlichen  Stoff wechselaus- 
scheidungen  sowie  der  Tier-  und  Pflanzen- 
leichen, die  ihren  gesamten  Stickstoff  durch 
mikrobische  Vorgänge  als  Ammoniak  in  die 
unbelebte  Natur  übertreten  lassen.  Sehr 
leicht  liefert  der  als  tierisches  Produkt  weit- 
verbreitete Harnstoff  Ammoniak,  indem  diese 
amidartige  Verbindung  unter  Wasserauf- 
nahme in  Kohlensäure,  Wasser  und  Ammo- 
niak zerfällt.  Die  Harnsäure  liefert  zunächst 
Harnstoff,  der  dem  eben  genannten   Harn- 


stoffgärungsprozesse verfällt.  Viele  Bak- 
terienformen gewinnen  ihre  Betriebsenergie 
aus  dem  Umsätze  großer  Harnstoff  mengen 
zu  Ammonium.  Aus  Aminosäuren,  wie  sie 
bei  der  Eiweißfäulnis  zunächst  entstehen 
müssen,  geht  augenscheinlich  Ammoniak 
neben  Oxyfettsäuren  hervor  (.,Desamidie- 
rung").  Auch  die  Pflanzenalkaloide,  Leci- 
thide  und  andere  Verbindungen  spalten  ihren 
Stickstoff  als  Ammoniak  ab.  Das  Ammoniak 
verfällt  nun  einem  sehr  verschiedenen 
Schicksale,  indem  ein  großer  Teil  von  höheren 
Pilzen,  auch  Blütenpflanzen,  direkt  im 
Boden  oder  Wasser  resorbiert  wird  und  zum 
Aufbau  organischer  Stickstoff  Verbindungen 
dient.      Auch   die   meisten    Spaltpilze    und 

;  niederen  Algen  versorgen  sich  so  mit  Stick- 
stoff. Dieser  Stickstoff  tritt  mit  den  pflanz- 
lichen Materialien   in  den   Tierleib  über,  in 

I  Form  von  Aminosäuren,  Aminen.  ICiweiß,  und 
verwandelt  sich  in  tierische  Substanz,  um 
dann  wiederum  als  Ammoniak  der  unbelebten 
Natur  endlich  zurückgegeben  zu  werden. 
Dies  ist  weitaus  der  bedeutendste  Kreislauf 
stickstoffhaltiger  Materialien.  Einen  Kreis- 
lauf organischer  Stickstoff  Verbindungen,  z.B. 
von  Aminosäuren,  wird  man  nur  in  beschränk- 
tem Ausmaße  zugeben  können.  Wohl  treten 
die  meisten  Aminosäuren  nach  ihrem  Auf- 
bau durch  die  Pflanze  intakt  in  die  Gewebe 
der  Tiere  über  und  stehen  nach  der  Zer- 
setzung der  Leibesstoffe  in  der  Tierleiche  den 
Mikrobien  zur  Verfügung,  die  sie  teilweise 
gewiß  direkt  aufnehmen.  Doch  neigt  man  zu 
der  Annahme,  daß  weitaus  der  größte  Teil 
des  Stickstoffes  ammonisiert  wird,  und  erst 
das  Ammoniak  wieder  in  großer  Masse  in 
die  Organismenwelt  eintritt.  Noch  weniger 
kann  man  von  einem  Eiweißkreislaufe 
sprechen.  Nicht  einmal  der  tierische  Darm 
resorbiert,  wie  man  früher  angenommen  hatte, 
unverändertes  Nahrungseiweiß.  Die  tie- 
rische Assimilation  besteht  vielmehr  in  einer 
totalen  Zersprengung  der  Eiweißmolekel 
über  Albumosen  und  Peptone  hinaus  zu 
Aminosäuren,  aus  denen  dann  erst  art- 
eigenes Eiweiß  aufgebaut  wird.  Nicht  nur  das 
Vermögen  Eiweiß  aus  Aminosäuren  aufzu- 
bauen, sondern  auch  die  Fähigkeit  Amino- 
säuren zu  synthetisieren,  scheint  den  tieri- 
schen Organen  eigen  zu  sein,  so  daß  nicht 
die  Pflanze  allein  diesen  wichtigen  Schritt 
zum  Aufbau  organischer  Stickstoffverbin- 
dungen auszuführen  in  der  Lage  ist. 

Dem  Ammoniakkreislaufe  reiht  sich  der 
gleichfalls  sehr  bedeutungsvolle  Nitratkreis- 
lauf an,  an  dem  sich  allerdings  die  Tiere  nicht 
sichtbar  beteiligen.  Die  Wurzel  dieser  Er- 
scheinung liegt  in  der  Ausnutzung  von 
Ammoniumsalzen  als  Oxydationsmaterial 
durch  3Iikroben  im  Boden  und  W^asser,  wobei 
Nitrite  und  Nitrate  entstehen:  die  Nitri- 
fikation.   Diesem  ubiquitären  Vorgange  ver- 


104Ü 


Kreislaul:  der  IStoffo  in  der  oriAanisclien  Welt 


danken  alle  Nitrate  des  5Tineralreiehes  ihre 
Entstehung.  Im  regenannen  Klima  des 
pazifischen  Südamerikas  ist  sogar  (lelegen- 
heit  zur  Bildung  mächtiger  Natronsalpeter- 
schichten gegeben.  Sonst  tritt  Salpeter  nur 
als  dünne  vom  Kegeu  oft  abgewaschene 
Kruste  auf.  Der  Nitrifikation  verfällt  offen- 
bar ein  sehr  großer  Anteil  des  Ammoniaks 
im  Boden  und  es  ist  sehr  beachtenswert,  daß 
die  höheren  Pflanzen  vielfach  Nitrate  als 
Stickstoffnahrung  dem  Ammoniak  vorziehen. 
Offenbar  ist  dies  die  Folge  der  Anpassung  an 
die  stets  dargebotene  Nitratnahruug  welche, 
von  Bakterien  und  Pilzen  als  mindergeeignet 
zum  größten  Teile  verschont  bleibt.  Die  Ver- 
arbeitung von  Nitraten  verlangt  überdies 
einen  kräftigen  chemischen  Reduktions- 
luechanismus,  wie  er  gerade  in  den  photo- 
synthetisch tätigen  chlorophyllhaltigen  Or- 
ganen der  grünen  (lewächse  zur  Verfügung 
steht.  Hier  gehen  alle  Nitrogrnppen  durch 
Reduktion  in  Aminogruppen  über,  und  über 
Amine  und  Aminosäuren  und  Eiweiß  schließt 
sich  dieserStoffumlauf  dem  großen  Ammoniak- 
kreislaufe  an.  Der  eigentliche  Nitratkreislauf 
hat  also  seine  Wurzel  auf  bakteriellem  Ge- 
biete, wo  die  Nitrate  entstehen.  Die  grünen 
Pflanzen  verwandeln  dieselben  wieder  in 
Aiumoniakderivate,  und  das  in  das  unbelebte 
Substrat  zurückströmende  x\mmoniak  ist  das 
Material  für  neue  Nitrifikation.  Die  übrigen 
in  der  Luft  vorhandenen  Gase,  vor  allem  die 
Edelgase,  sind  bislang  nur  als  indifferent 
für  den  organischen  Ivreislanf  anzusehen. 

5.  Der  physikalische  und  chemische 
Kreislauf  des  Wassers.  Daß  es  einen  großen 
Kreislauf  des  Wassers  durch  die  Organis- 
menwelt gibt,  ist  allbekannt.  Die  Wasser- 
aufnahme zur  Beschaffung  des  Lösungs- 
vehikels für  die  übrigen  Nahrungsstoffe, 
welche  bei  niederen  und  höhereu  Organismen 
gleichmäßig  vollzogen  wird,  kann  kaum  zu 
den  chemiscnen  Vorgängen  im  engeren  Sinne 
gerechnet  werden.  Das  abgegebene,  zum 
größten  Teile  in  Dampfform  wieder  er- 
scheinende Wasser  hat  jedoch  nur  teilweise 
seinen  Ursprung  in  physikalischer  Filtration 
und  ist  zu  einem  beträchtlichen  Anteile 
Verbrennungs])rodukt  der  wasserstoffhaltigen 
organischen  Körpersubstanzen.  Eine  w^esent- 
liche  chemische  Rolle  spielt  ferner  das  auf- 
genommene Wasser  bei  den  grünen  Pflanzen 
in  der  photosynthetischen  Kohlensäureassi- 
milation. Hier  dient  es  im  Reduktions- 
prozesse der  Kohlensäure  zu  Ameisensäure 
und  Formaldehyd  als  chemischer  Baustoff 
und  wird  in  größtem  Maße  dem  physika- 
lischen Wasserkreislaufe  entzogen.  Aber  auch 
bei  der  Fixierung  des  Luftstickstoffes  muß 
Wasser  chemisch  unter  Verbrauch  von  Ener- 
gie gebunden  werden,  und  ich  habe  die  Ver- 
mutuii!,^  geäußert,  daß  zwei  Atome  Stickstoff 
und  zwei  Molekel  Wasser  zunächst   zu   Am- 


moniumnitrit  zusammentreten  könnten,  da 
dieses  Nitrit  bekanntlich  unter  anderen  Be- 
dingungen leicht  in  Stickstoff  und  Wasser 
zerlegt  werden  kann.  An  diese  besonders 
wichtigen  Fälle  chemischer  Aufnahme  von 
Wasser  in  den  Stoffwechsel  reihen  sich  viele 
andere  an,  die  allgemein,  im  tierischen  und 
pflanzHchen  Stoffwechsel  verbreitet  sind. 
Ist  doch  jede  hydrolytische  Spaltung  im 
Organismus  mit  chemischer  Bindung  von 
Wasser  verbunden  und  ebenso  jede  Kon- 
densation mit  Freiwerden  von  Wasser. 

6.  Der  Wasserstoff.  Selbst  der  Wasser- 
stoff hat  einen  Kreislauf,  allerdings  nur  im 
Bereiche  der  Mikrobien.  Reichliche  Mengen 
von  Wasserstoffgas  bilden  sich  bei  der 
anaeroben  Verarbeitung  von  Zucker  uiul 
Kohlenhydraten  sowie  von  verschiedenen 
organischen  Säuren  und  anderen  Stoffen  im 
bakteriellen  Stoffwechsel  neben  Kohlensäure 
und  Methan  als  gasförmige  Produkte.  Hin- 
gegen tritt  Wasserstoffgas  bei  Pilzen,  höheren 
Pflanzen  und  Tieren  kaum  mehr  als  Stoff- 
wechselprodukt auf.  Besonders  Zellulose 
zerfällt  in  der  Natur  in  großem  Maße  bei 
den  w^asserstoffliefernden  bakteriellen  Gä- 
rungsvorgängen. Das  Wasserstoffgas  findet 
sodann  bei  anderen  Mikroben  wieder  Ver- 
wendung als  Oxydationsmatrial.  Dieselben 
verbrennen  Wasserstoff  als  Energiequelle 
und  zeigen  so  einen  Atmungs Vorgang  von 
ungeahnter  Einfachheit.  Höhere  Lebewesen 
verbrauchen  niemals  Wasserstoff.  In  den 
Darmgasen  ist  die  Entstehung  von  Wasser- 
stoff durchaus  mikrobiontischen  Ursprunges. 

7.  Schwefel.  Unter  den  Verbindungen 
ametallischer  Natur  fehlen  Schwefelverbin- 
dungen in  den  Organismen,  soweit  bekannt, 
nie,  wenngleich  dieselben  oft  nur  in  minimalen 
Mengen  gegenwärtig  sind.  In  der  unbelebten 
Natur  sind  es  am  häufigsten  Sulfate,  die  als 
Rohmaterial  zur  Verfügung  stehen,  doch 
bieten  vulkanische  Orte,  warme  Quellen, 
oft  auch  Schwefelwasserstoff  reichlich  dar. 
Der  große  Kreislauf  des  Schwefels  in  der 
lebenden  Natur  hat  manche  .Viuüogien  mit 
dem  Nitratkreislaufe.  Die  aufgenommenen 
Sulfate  werden  im  Organismus  höherer  und 
niederer  Pflanzen  zu  Schwefelwasserstoff- 
resten reduziert,  die  in  keinem  Eiweißstoffe 
fehlen  und  so  zu  den  wesentlichen  Bau- 
elementen der  lebenden  Substanz  zählen. 
Diese  Schwefelwasserstoffreste  werden  von 
den  Tieren  assimiliert  und  es  ist  sehr  zweifel- 
haft, ob  anderweitige  Schwefelversorgung 
stattfindet  außer  durch  organisch  gebun- 
denen Schwefel  dieser  Form.  Aber  schon  die 
oxydativen  Vorgänge  in  den  Tieren  selbst 
liefern  wieder  das  Schwefelsäureion  aus  den 
Schwefelwasserstoffresten  und  Sulfate  werden 
reichlich  unter  den  Stoffwechselprodukten 
ausgeschieden.  Bei  der  Mineralisierung  der 
Leichenstoffe  findet  schließlich  ebenfalls  wieder 


Kreislauf  der  Stoffe  in  der  ors,'aniseheti  Welt 


1047 


Sulfatbilduiig  durch  Boden mikroben  statt. 
Nun  stehen  die  Sulfate  neuerlich  den  Wurzeln 
der  höheren  Pflanzen  zur  Verfügung.  Pilze 
und  Bakterien  verarbeiten  aber  gleichfalls 
meistens  sehr  gut  Sulfate.  Diesem  Sulfat- 
kreislanfe  reiht  sieh  noch  ein  Schwefel- 
wasserstoff kreislauf  an.  Man  wurde  zuerst 
durch  Winogradsky  darauf  aufmerksam 
gemacht,  daß  der  Schwefelwasserstoff  in 
Schwefelquellen  und  in  faulenden  Substraten 
durch  Schwefelbakterien  aus  der  (lattung 
Beggiatoa  oxydiert  wird,  und  zwar  unter 
intermediärer  Bildung  von  Schwefelkörn- 
chen in  den  Zellen.  Dieser  Schwefel  wird 
weiter  bis  zn  Sulfat  verbrannt.  Nun  gibt 
es  aber  wieder  reduzierend  wirkende  anaerobe 
Bakterien,  welche  die  Sulfate  bis  zu  Schwefel- 
wasserstoff reduzieren.  Im  Meeresschlamme 
von  Häfen  und  Aestuarien  sind  solche  For- 
men reichlich  vertreten.  So  werden  alle 
Schwefelvorräte  in  den  Abfällen  der  höheren 
Organismen  bis  zum  äußersten  von  den 
Kleinlebewesen  ausgenutzt  und  in  jeder 
Form  ökonomisch  verwertet. 

8,  Phosphorsäure.  Endlich  ist  auch 
Phosphor  unter  die  nicht  metallischen  Ele- 
mente zu  zählen,  die  sich  nach  dem  Ausweise 
der  Elementaranalysen  von  Pflanzen  und 
Tieren  stets  an  dem  Stoffkreislaufe  in  der 
lebenden  Natur  beteiligen.  Es  handelt  sich 
jedoch  nicht  wie  beim  Schwefel  um  ver- 
schiedene phosphorhaltige  Gruppen,  sondern 
ausschließlich  um  Phosphorsäure,  die  als 
organischer  Esterpaarling  und  als  Phosphat- 
ion eine  äußerst  bedeutsame  Rolle  spielt. 
Die  Aufnahme  des  Phosphations  durch  die 
Pflanzen  aus  dem  Baden  bietet  Komplika- 
tionen durch  das  vorwiegende  Vorkommen 
der  Phosphorsäure  in  schwerlöslicher  Form. 
Hier  hilft  aber  die  Atmungskohlensäure 
der  Wurzeln  und  der  Bodenmikroben,  und 
auch  die  Bildung  organischer  Säuren  durch 
die  letzteren  trägt  wesentlich  zur  Erhöhung 
der  Phosphatlöslichkeit  bei.  In  der  Pflanze 
findet  die  Formierung  organischer  Phosphor- 
verbindungen statt,  unter  denen  die  wichtig- 
stenTypen  durch  die  Phospholipoide  oder  Leei- 
thide,  denPhosphorsäure-Inositester  oderPhy- 
tin  und  die  Nukleinsäuren  vertreten  werden. 
In  allen  ist  Phosphorsäure  in  Esterbindung 
gegenw^ärtig :  in  den  Lecithiden  ist  sie  an 
Glycerin  gebunden.  Da  im  Tierreiche  phos- 
phorhaltige Eiweißstoffe  in  den  Phospho- 
globnlinen  oder  Nukleoalbuminen  bekannt 
sind,  so  ist  es  leicht  möglich,  daß  solche 
Stoffe  auch  noch  im  Pflanzenreiche  zu  finden 
sind.  Endlich  treten  organische  Säuren  in 
Salzen  häufig  als  Phosphatpaarlinge  auf. 
Viele  dieser  organischen  phosphorhaltigen 
Materialien  werden  sicher  bei  der  tierischen 
Ernährung  fertig  von  der  Pflanze  über- 
nommen, doch  ist  es  noch  näher  zn  prüfen, 
inwieweit     Svnthesen     von     Lecithiden     im 


Tierleibe  hierbei  teilweise  erspart  werden 
sowie  es  für  die  Nukleine  feststeht,  daß  sie 
im  Tierorganismus  neugebildet  werden.  Die 
organischen  Phosphorverbindungen  werden 
im  Tierorganismus  oxydativ  abgebaut  und 
liefern  die  in  den  Ausscheidungen  auftretende 
Phosphorsäure,  welche  in  die  inorganische 
Natur  zurückkehrt.  Aus  den  Leichen  der 
Pflanzen  und  Tiere  kommen  die  genannten 
organischen  Phosphorverbindungen  der 
Mikroben  entweder  direkt  zur  Ausnutzung 
oder  es  findet  ein  Abbau  derselben  bis  zur 
Entstehung  von  Phosphationen  statt. 

9.  Die  Halogenide.  Die  zweite  Haupt- 
gruppe ametallischer  (Grundstoffe  umfaßt 
jene  die  sich  zwar  in  weitem  Umfange  an  dem 
Kreislaufe  beteiligen,  zum  Teile  auch  in 
größerer  oder  geringerer  Verbreitung  von 
den  Organismen  benötigt  werden,  jedoch 
nicht  ausnahmslos  für  sämtliche  Tiere  und 
Pflanzen  unentbehrlich  sind.  Die  wichtigsten 
Elemente  dieser  Art  sind  die  Halogene,  von 
denen  insbesondere  das  Chlor  in  den  Chlo- 
riden in  den  allermeisten  Lebewesen  vor- 
kommt und  auch  weitverbreitet  unentbehr- 
lich genannt  werden  muß.  xVndere  chlor- 
haltige Stoffe  als  das  Chlorion  spielen  keine 
Rolle.  Es  ist  noch  wenig  bekannt,  welches 
Schicksal  die  Chlorionen  nach  der  Aufnahme 
in  die  verschiedenen  Organismen  erleiden. 
Alle  Meerespflanzen  und  Seetiere  und  viele 
Landpflanzen  müssen  danernd  in  großer 
Menge  Chloride  aufnehmen.  Den  Landtieren 
bietet  die  pflanzliche  Nahrung  oft  genug  nicht 
hinreichend  Chlor  für  ihren  Bedarf  dar,  so 
daß  Natriumchlorid  aus  der  leblosen  Natur 
zugeführt  werden  muß.  Die  Abscheidung  aus 
dem  Tierleibe  geschieht  als  Natriumchlorid, 
und  in  der  gleichen  Form  kehrt  das  Chlor 
bei  der  Zersetzung  der  Leichen  in  die  un- 
belebte Natur  zurück.  In  welche  Form  das 
Chlor  im  Stoffwechsel  vorübergehend  ein- 
geht, ist  nicht  hinreichend  bekannt.  Für 
die  meisten  Landpflanzen  und  Süßwasser- 
pflanzen steht  fest,  daß  sie  in  völlig  chlorid- 
freier Kultur  normal  gedeihen.  Doch  glaubte 
man  mitunter,  so  besonders  am  Buchweizen, 
nach  Chlorentziehung  deutliche  Krankheits- 
symptome zu  beobachten,  die  bei  Chloriddar- 
reichung wieder  verschwanden.  In  viel  be- 
schränkterem Ausmaße  sind  Jod.  Fluor  und 
Brom  am  organischen  Kreislaufe  beteiligt. 
Vielleicht  fehlen  die  beiden  ersteren  keinem 
Organismus,  wenn  sie  auch  nur  in  äußerst 
kleiner  Menge  vorhanden  sind.  Die  Meeres- 
organismen "  müssen  fortgesetzt  alle  diese 
Halogenide  aufnehmen.  Vom  Jod  weiß  man, 
daß  es  in  Eiweißverbindungen  eintritt  und 
zum  Aufbau  der  Schilddrüse  nötig  ist,  wo  es 
sich  besonders  angehäuft  findet. 

IG,  Silicium  und  Bor;  Arsen.  Weit- 
verbreitet sind  ferner  Silicium  und  Bor  in 
verschiedenen  teilweise  erst  wenig  erforschten 


1048 


Kreislauf  der  Stoffe  in  der  ürt^anischeii  Welt 


Verbind iiii.^en  des  Tier-  und  Pflanzeukörpers. 
Die  pflanzliclien  Lebewesen  nelnnen  Kiesel- 
säure und  deren  lösliche  Salze  fortwährend 
in  kleinen  Mensen  aus  der  mit  Kohlensäure 
aufgeschlossenen  Bodenlösune;  auf,  doch  schei- 
nen dies  zufällige  Bestandteile  der  Nahrung  zu 
sein.  Wenigstens  haben  die  höheren  Pflanzen 
in  tunlichst  kieselsäurefreier  Kultur  völlig 
normales  Gedeihen  gezeigt.  Allerdings  muß 
man  für  die  Organismen  mit  reichlicher 
Kieselsäureeinlagerung  in  den  Membranen, 
vor  allem  für  die  Kieselpanzeralgen,  mög- 
licherweise auch  für  Vorkommnisse  wie  die 
Schachtelhalme,  annehmen,  daß  sie  unbedingt 
Kieselsäurezufuhr  brauchen.  Im  Tierreiche 
spielt  Kieselsäure  selten  eine  Rolle  als 
Skelettbestandteil  und  sie  hat  nur  aus- 
nahmsw^eise  eine  wirkliche  Bedeutung  für 
den  Stoffwechsel.  Das  Bor  ist  zwar  sehr  oft 
als  Bestandteil  von  Organismen  konstatiert, 
tritt  aber  allenthalben  nur  als  zufälliger 
Oemengteil  des  aufgenommenen  und  ver- 
arbeiteten Stoffgemisches  auf.  Das  gleiche 
gilt  von  dem  in  Spuren  außerordentlich  oft 
gefundenen  Arsen  bezüglich  seiner  Bedeutung 
für  die  organische  Natur. 

II.  Der  Kreislauf  der  metallischen 
Elemente.  Der  Ivreislauf  der  metallischen 
Elemente  bezieht  sich  vor  allem  auf  den 
Austausch  der  einfachen  Metallionen  zwischen 
lebender  und  unbelebter  Natur.  Sehr  all- 
gemein werden  die  aufgenommenen  einfachen 
Metallionen,  die  Kationen  der  Metallsalze, 
im  Organismus  unter  Formierung  komplexer 
metallhaltiger  Kationen  oder  Anionen  in 
organische  Form  übergeführt.  Zucker, 
Säuren  und  Eiweißstoffe  sind  sehr  dazu  be- 
fähigt, solche  Reaktionen  in  der  Zelle 
auszuführen,  und  die  meisten  Metallverbin- 
dungen im  Organismus  zählen  zu  diesen 
komplexen  Stoffen.  In  der  Dissimilation 
werden  diese  Metallverbindungen  häufig  zer- 
legt und  es  kommt  zur  Ausscheidung  der 
ursprünglichen  einfachen  Tonen.  Aehnlich 
ist  es  bei  der  Verarbeitung  der  Leichen- 
stoffe in  der  mikrobischen  Fäulnis  und  in 
anderen  Zersetzungs Vorgängen.  Nur  eine 
sehr  geringe  Zahl  von  Metallionen  muß  ganz 
allgemein  als  unentbehrlicher  Bestandteil 
des  organischen  Kreislaufes  bezeichnet 
werden. 

iia)  Metalle  der  Kaliunigruppe. 
In  erster  Reihe  ist  hier  das  Kali  zu 
nennen,  da  es  bisher  nicht  gelungen  ist  die 
Abwesenheit  von  Kali  in  irgendeinem  tie- 
rischen oder  pflanzlichen  niederen  oder 
höheren  Lebewesen  nachzuweisen  oder  zu 
zeigen,  daß  in  kalifreier  Ernährung  ein  Ge- 
deihen irgendeines  Lebewesens  möglich  ist. 
Die  dem  Kali  nächstverwandten  Leicht- 
metalle vermögen  es  nicht  zu  ersetzen.  Im 
Gegensatze  zum  Kali  ist  Natrium  sicher  für 
eine  große  Zahl  von  Organismen  entbehrlich. 


vor  allem  für  die  höheren  Pflanzen.  Hin- 
gegen sind  Meeresdiatomeen  und  andere 
Algen  bereits  als  Wesen  bekannt,  die  für 
ihren  Stoffkreislauf  Natriumionen  ebenso 
nötig  haben  wie  die  niederen  und  höheren 
Tiere.  Die  Tiere  erhalten  ihre  Kaliumvor- 
räte reichlich  mit  der  Pflanzennahrung  er- 
gänzt. In  den  Ausscheidungen  erscheinen 
Kalisalze  wieder.  Eine  Kaliaufnahme  aus  der 
unbelebten  Natur  scheint  nur  bei  Pflanzen 
in  großem  Maßstabe  vorzukommen,  nicht 
jedoch  bei  den  landbewohnenden  Tieren,  wo 
der  Kalibedarf  mit  dem  im  Wasser  gelösten 
Quantum  nicht  gedeckt  werden  kann. 

II  b)  Magnesium.  Ebenso  hervor- 
ragend wichtig  ist  die  Aufnahme  von  Magne- 
siumsalzen für  alle  Organismen,  und  Magne- 
sium kann  so  wenig  wie  Kalium  durch  eines 
der  nächstverwandten  Metalle  ersetzt  werden 
wie  das  Kalium.  Magnesiumsalze  stehen  über- 
all in  der  Natur  reichlich  zur  Verfügung.  Kali 
wie  Magnesia  zeigen  in  ihrem  Kreislaufe 
manche  Aehnlichkeit  und  sind  beide  in 
plasmareichen  Organen  in  größter  ^lenge 
vertreten.  Das  Magnesium  beansprucht  unser 
besonderes  Interesse  als  Bestandteil  des 
Chlorophylls. 

iic)  kalk.  Aluminium.  Der  gleich- 
falls im  Stoffkreislaufe  durch  die  ()rga- 
nismenwelt  fast  überall  nötige  Kalk  ist 
nicht  mehr  ganz  im  gleichen  Maße  von 
Bedeutung.  Wenigstens  hat  man  bei 
Bakterien,  Schimmelpilzen  und  niederen 
Algen  die  Erfahrung  gemacht,  daß  Kalk- 
zusatz zu  deren  Substrat  zum  Gedeihen 
nicht  unbedingt  erforderlich  ist.  Bei  den 
höheren  Pflanzen  aber  führt  Kalkverarmung 
ebenso  unverweigerlich  zu  pathologischen 
Erscheinungen  wie  bei  den  Tieren,  so  daß 
hier  die  Beteiligung  des  Kalkes  am  Stoff- 
kreislaufe eine  Lebensnotwendigkeit  dar- 
stellt. Der  im  natürlichen  Bodensubstrate 
zu  Gebote  stehende  Kalk  liegt  meist  in 
schwerlöslicher  Form  als  Karbonat  und  Phos- 
phat vor  und  wird  so  wie  die  Phosphationen 
erst  durch  die  reichliche  Produktion  von 
Atmungskohlensäure  und  organischen  Säuren 
seitens  der  Pflanzenwurzeln  und  Boden - 
mikroben  in  größerem  Maße  zugänglich. 
Im  Organismus  erleidet  der  iiufgenommene 
Kalk  mannigfache  Umsetzungen  zu  kom- 
plexen Verbindungen  mit  Proteiden  und 
Kohlenhydraten  und  zu  Salzen  organischer 
Säuren.  Er  häuft  sich  mit  dem  Altern  der 
Gewebe  und  Organe  als  Gerüst-  und  Skelett- 
substanz stark  an.  Mit  den  Ausscheidungen 
der  Tiere  gelangt  Kalk  als  oxalsaures  Salz 
und  in  anderen  Formen  aus  dem  Organismus. 
Sehr  große  Quanten  aber  liefern  die  Leichen 
der  Organismen  durch  die  Zellhautgerüste. 
Kalksciialen  und  Panzer  und  Knochen,  die 
sich  in  der  unbelebten  Natur  selbst  bis  zum 
Ausmaße  von  Gebirgsstocken  anhäufen  und 


Ki-eislauf  cl.  Stoffe  i.  d.  om-anisclien  Welt  —  Kreislauf  d.  Stoffe  i.  d.  anorQ-amschen  Natur    KJ49 


nun  langsam  wieder  durch  Lösungsprozesse 
dazu  befälligt  werden,  in  den  organischen 
Kreislauf  wieder  einzutreten.  Die  übrigen 
Metallionen  der  Kalkgruppe  haben  gar  keine 
Bedeutung  für  den  organischen  Stoffkreis- 
lauf. Das  im  Mineralreiche  so  weitverbreitete 
Aluminium  ist  im  Zusammenhange  mit 
der  Dreiwertigkeit  seiner  Kationen  für  die 
Organismen  zu  keiner  Bedeutung  gelangt. 
Es  ist  sehr  häufig  als  Bestandteil  von  Pflanzen 
und  Tieren  gefunden,  oft  in  größeren  Mengen, 
in  keinem  einzigen  Falle  jedoch  als  unent- 
behrlicher Bestandteil  der  Organismenstoff- 
gruppen  erkannt  worden. 

1 1  d)  Eisen  u  n  d  a  n  d  e  r  e  S  c  h  w  e  r  - 
metalle.  Von  allen  anderen  mehrwertigen 
Metallionen  kommen  nur  noch  die  überall  vor- 
handenen Ionen  des  Eisens  als  biologisch 
außerordenthch  wichtig  in  Betracht.  Die 
meisten  Erfahrungen  zeigen  unwiderleglich, 
daß  Eisen  in  ganz  geringer  Menge  zur  nor- 
malen Ernährung  unbedingt  nötig  ist.  Wahr- 
scheinlich sind  eisenhaltige  Proteide  all- 
gemein in  Zellen  vorhanden.  Bei  den  Tieren 
spielen  eisenhaltige  Farbstoffe,  wie  das 
Hämatin,  eine  große  Rolle.  Jedenfalls  geht 
das  in  die  pflanzlichen  Organismen  aufge- 
nommene Eisen  sehr  rasch  in  organische  kom- 
plexe Form  über,  die  erst  mit  dem  Stoff- 
verbrauch und  der  Leichenzersetzung  gelöst 
wird.  Beider  Stoffaufnahme  durch  die  Wurzeln 
ist  auch  das  Eisen,  sowie  Kalk  und  Phosphor- 
säure, erst  durch  schwache  Säurewirkung 
in  besser  lösliche  Form  überzuführen.  An 
Bedeutung  reicht  kein  anderes  Schwer- 
metall im  organischen  Kreislaufe  an  das 
Eisen  heran.  Für  Kupfer  und  Mangan 
wird  man  wohl  anzunehmen  haben,  daß  sie 
für  einzelne  Tier-  und  Pflanzenformen  ebenso 
nötig  sind,  wie  Eisen  in  verbreitetem  Aus- 
maße lebenswichtig  ist.  Vielleicht  könnte 
hier  und  da  auch  das  Zink  eine  wichtige 
Rolle  im  Organismus  spielen.  Wie  sich  bei 
den  mehrwertigen  Metallen  der  Uebergang 
aus  dem  Pflanzenreiche  in  den  Tierorganismus 
vollzieht,  ist  wenig  bekannt.  Ebenso  wissen 
wir  nicht,  ob  der  Kalk  von  den  Tieren  immer 
direkt  aufgenommen  und  verarbeitet  wird 
oder  ob  er  teilweise  wenigstens  auf  dem 
Wege  über  pflanzliche  Kalkverbindungen 
assimiliert  werden  muß. 

Literatur,  Emil  Abderhalden,  Leln-btich  der 
pliystologischen  Chemie.  ..'.  Aufl.,  Berlin-Wien 
1909.  —  Felix  Hoppe- Seyler,  Physiologische 
Chemie.  ■!  Bände,  Berlin  1877.  —  W.  Pfeffer, 
Pflanzenphysiologie.  ;.  Aufl.,  Bd.  I,  Leipzig 
1897.  —  Ft\  Czapek,  Biochemie  der  Pflanzen. 
Jena  1905.  2.  Aufl.,  Bd.  i,  Jena  191-!.  — 
tlul.  Stoklasa,  Kreislauf  des  Phosphat  ions. 
Zentralbl.  f.  Bakteriologie,  II.  Abt.,  Bd.  2f), 
S.  385  (1911).  —  H.  MoUsch,  Die  Pflanze  in 
ihren  Beziehungen  zum  Eisen.     Jena  189S. 

F.   Csapeh: 


Kreislauf  der  Stoffe 
in  der  anorganischen  Natur. 

1.  Allgemeines  und  Definition.  Mechanische 
Vorgänge.  2.  Kreislauf  des  Wassers.  3.  Ivreis- 
lauf  des  Salzes.  4.  Kreislauf  der  Gesteine. 
Chemische  Kreislauf  Vorgänge.  Allgemeines. 
5.  Kreislauf  des  Wassers.  6.  Kreislauf  der  Kohlen- 
säure.  7.  Kreislauf  des  Sauerstoffs.   8.  Stickstoff. 

9.  Ivreislauf     der     Salz-     und     Schwefelsäure. 

10.  Kohlenwasserstoffe.     11.   Kreislauf  der  Ge- 
steine.    12.  Schlußbetrachtung. 

I.  Allgemeines  und  Definition.  Als 
Ej'eislauf  bezeichnet  man  streng  genommen 
nur  einen  Vorgang  der  zum  anfänglichen 
Ausgangsstadium  zurückführt.  Nun  ver- 
laufen aber  alle  freiwilligen  Vorgänge  in 
der  anorganischen  Natur  der  Erde  so,  daß 
im  Grunde  genommen  ein  Zustand  von  ge- 
ringerer Arbeitsfähigkeit  entsteht,  daß  im 
allgemeinen  ein  Energieverlust  stattfindet. 
Somit  kann  man  streng  genommen  von 
einem  Kreislauf  in  der  anorganischen  Natur 
gar  nicht  reden.  Wenn  mau  aber  einzelne 
Episoden  aus  der  Geschichte  unseres  Welt- 
körpers herausgreift,  erscheinen  diese  bei 
oberflächlicher  Betrachtung  als  vollkommene 
Ivreisläufe.  Li  ihrer  Gesamtheit  stellen  diese 
Vorgänge  aber  die  Geschichte  unserer  Erde 
dar.  Die  Erde  hatte  offenbar  einen  x\nfang 
und  hat  offenbar  ein  Ende.  Ob  aber  Anfang 
und  Ende  gleich  sind,  ob  Energiezufuhr  den 
Anfang  bedeutet,  der  Energieverlust  die 
Geschichte  und  das  Ende  desselben  auch  die 
Rückkehr  zum  Anfangsstadium,  so  daß  hier 
ein  großer,  der  größte  Ivreislauf  vorliegt, 
welcher  durch  erneute  Energiezufuhr  zu 
neuem  Leben  erweckt  werden  kann,  darüber 
wollen  wir  am  Schlüsse  dieses  .Vi'tikels  noch 
einiges  sagen. 

Da  man  nun  gemeiniglich  jene  Einzel- 
episoden als  Kreisläufe  bezeichnet,  wollen 
wir  sie  unter  diesem  Titel  betrachten.  Sie 
sind  im  letzten  Grunde  auf  zwei  Ursachen 
zurückzuführen,  deren  eine  außerhalb  unserer 
Erde  gelegen  ist,  das  ist  die  Energiezufuhr 
von  der  Sonne,  deren  andere  in  der  Aende- 
rung  des  Wärmeschatzes  unserer  Erde  selbst 
liegt.  Die  Geologen  und  Astrophysiker 
meinen  fast  übereinstimmend,  daß  auch  die 
Erde  zuerst  eine  Temperatursteigerung  bis  zu 
einem  gewissen  Maximum  und  dann  eine  Tem- 
peraturverminderung durchgemacht  habe, 
die  heute  noch  andauert  und  wenn  keine 
von  außen  kommende  Störung  eintritt,  bis 
zum  absoluten  Nullpunkt  (Wärmetod 
Clausius)  fortschreiten  wird.  Sie  schließen 
dies  aus  den  Verhältnissen  im  Kosmos  einer- 
seits und  aus  den  geologischen  Urkunden  der 
Erde  andererseits.  Als  ebenso  sicher  gilt, 
daß  auch  die  Sonne  einst  wärmer  war  als 
heute  und  daß  sie  sich  auf  dem  Wege  der 
Abkühlung  befindet.     Somit  wird  auch  mit 


1050 


Ivi'eiblaut  der  Stoffe  in  der  aiiorffaiiiselien  Natur 


fortschreitender  Zeit  die  Zufuhr  von  Wärme 
von  der  Sonne  vermindert. 

Auf  den  Wärmeverhist'der  Erde  führt 
der  Geologe  die  Aufrichtunej  der  Gebirge, 
die  Ausbilduns;  des  Reliefs  der  Erde  zurück, 
indem  die  einen  nuMuen,  daß  die  Erde  bei 
der  Abkühlunji;  schrumpfe,  -während  die 
anderen  glauben,  daß  sich  der  innere  Teil 
der  Erde  beim  Kristallisieren  ausdehne. 
Jedenfalls  hat  die  historische  Geologie  den 
Beweis  erbracht,  daß  Gebirgsbildungen,  wie 
sie  heute  gestehen,  auch  in  früheren  geo- 
logischen Epochen  bestanden  haben.  Vier 
solcher  Erdepochen  mit  gewaltigen  Gebirgen 
sind  mit  Sicherheit  nachgewiesen,  wahr- 
scheinlich sind  es  aber  noch  mehr.  Man 
kann  auch  feststellen,  daß  die  Gebirge  um 
so  ausgedehnter  waren,  je  weiter  sie  in  der 
Erdgeschichte  zurückliegen,  und  wahrschein- 
lich haben  die  ältesten  Gebirge  die  ganze 
Erde  bedeckt.  Wie  ja  auch  die  erste  Anlage 
jener  Tiefen,  in  Avelchen  sich  die  Weltmeere 
sammelten,  auf  uralte  Verschiebungen  in 
der  Erdrinde  zurückzugehen  scheint. 

2.  Mechanischer  Kreislauf  des  Wassers. 
Der  Wärmezufuhr  von  der  Sonne  verdanken 
wir  im  wesentlichen  die  Bewegungen  der 
Atmosphäre  und  des  Wassers  auf  der  Erde. 
Wir  verdanken  ihr  auch  die  Entwickelung 
der  Lebewelt. 

Unter  dem  Einfluß  der  klimatischen 
Wärme  verdunstet  das  Wasser  in  den  Meeren, 
Seen  und  Flüssen.  Es  steigt  in  die  Atmo- 
sphäre und  wird  nun  von  den  Winden  weiter- 
getragen, um  anderwärts  als  Tau,  Regen, 
Schnee  und  Eis  wieder  niederzufallen  und 
von  neuem  den  Wasseransammlungen  zu- 
zufließen. Ungefähr  860000  otwti  nehmen 
nach  Meinardus  und  anderen  an  diesem 
Kreislauf  dar.  Drei  Viertel  dieser  Wasser- 
menge fällt  aber  wieder  unmittelbar  in  das 
Meer  und  nur  ein  Viertel  erreicht  das  feste 
Land.  Das  erstere  macht  also  einen  sehr 
kleinen,  das  letztere  einen  größeren  Kreis- 
lauf. xVber  auch  das  letzte  Viertel  vollendet 
seinen  Kreislauf  nur  zum  kleineren  Teile 
unmittelbar,  denn  ein  erheblicher  Teil  ver- 
dunstet sofort  wieder,  um  anderwärts  wieder 
niedergeschlagen  zu  werden,  und  ein  anderer 
erheblicher  Teil  dringt  in  den  Boden  ein, 
um  erst  nach  längerem  oder  kürzerem  Wege 
entweder  als  Grundwasser  das  Meer  zu  er- 
reichen oder  in  Form  von  Quellen  Avieder  an 
die  Oberfläche  und  so  in  Bäche  und  Flüsse 
zu  gelangen.  In  den  Tiefländern  Mittel- 
europas z.  B.  verdunsten  im  Sommer  und 
bei  Tage  wenigstens  50  bis  60%  wieder  und 
gehen  von  neuem  in  die  Atmosphäre  zurück. 
Von  dem  Reste  dringen  16  bis  26 "q  i"  den 
Boden  ein  und  das  übrige  fließt  auf  dem 
Boden  ab,  um  unmittelbar  in  Bäche  und 
Flüsse  und  so  in  das  Meer  zu  gelangen.  Frei- 
lich haben  wir  dabei  auch  der  Ansamm- 


^  /J-i^r-'^ 


lungen  von  Schnee  und  Eis  in  den  höheren 
und  in  den  arktischen  Lagen  zu  gedenken. 
Sie  legen  nur  sehr  langsam  den  genannten 
Weg  zurück.  Das  in  den  Boden  eindringende 
Wasser  gelangt  auch  nicht  seiner  ganzen 
Menge  nach  wieder  in  die  Heimat  zurück, 
sondern  ein  Teil  wird  verbraucht  zur  Bil- 
dung wasserhaltiger  Mineralien. 

Dieser  Kreislauf  des  Wassers  ist  am  ehe- 
sten vergleichbar  dem  Kreislauf  des  Blutes 
im  Körper  der  Tiere  —  das  Meer  ist  das 
Herz,  die  Wolkenzüge  die  Arterien,  die 
Bäche  und  Flüsse  die  Venen.  Er  erfüllt 
auch  eine  ähnliche  Aufgabe,  denn  er  wirkt 
befruchtend  auf  die  Erde,  indem  er  zur 
Existenz  von  Lebewesen  eine  Vorbedingung 
bildet.  Er  ist  aber  auch  in  anderer  Weise 
noch  von  der  allergrößten  Bedeutung  für 
das  Wirtschaftsleben  der  Menschen,  denn 
das  Wasser  fällt  zum  großen  Teile  auf  die 
durch  den  Energieverlust  der  Erde  auf- 
gerichteten Höhen  und  Gebirge.  Von  dort 
nach  der  Tiefe  fließend,  stellt  das  Wasser 
eine  gewaltige  lebendige  Kraft  dar,  welche 
im  wesentlichen  umgewandelte  Sonnen- 
energie ist.  Rehbock  hat  ausgerechnet,  daß 
die  Wasserkräfte  der  Erde  in  jeder  Sekunde 
den  Betrag  von  8  Milliarden '  Pferdekräfteu 
ausmachen,  und  dies  ist  eine  Leistung, 
welche,  durch  Verbrennen  von  Kohlen  er- 
zeugt, nach  Engler  in  kaum  50  Jahren  den 
gesamten  Kohlenvorrat  der  Erde  aufzehren 
würde.  /;/ 

Daß  dieser  Kreislauf  des  Wassers  nicht 
ganz  vollkommen  ist,  nicht  ganz  ohne  Verlust 
verläuft,  haben  Mir  vernommen,  daß  er  An- 
fang und  Ende  hat,  werden  wir  später  noch 
erfahren. 

3.  Kreislauf  des  Salzes.  An  diesen 
Ivreislauf  des  Wassers  schließt  sich  ein 
anderer  an  oder  ist  vielmehr  mit  ihm 
verbunden.  Das  ist  der  lireislauf  der  Salze 
des  Meerwassers.  Das  Meer  verliert  näm- 
lich Wasser  nicht  bloß  durch  Verdunstung, 
sondern  auch  durch  die  Aufpeitschung 
im  Sturm  und  in  der  Brandung.  Da  werden 
kleine  Wasserteile  in  die  Luft  gebracht  und 
vom  Winde  landeinwärts  entführt.  Diese 
Wasserteilchen  nehmen  natürlich  den  Salz- 
gehalt mit  sich  und  so  gelangen  erhebliche 
Mengen  der  Meeressalze  auf  das  feste  Land 
und  von  dort  in  die  Flüsse,  durch  die  sie 
wieder  dem  Meere  zugeführt  werden  können. 
Darum  ist  das  Regenwasser  salzhaltig  — 
sogenanntes  zyklisches  Salz.  Alle  Flüsse 
sind  salzhaltig" und  Posepny  hat  seinerzeit 
versucht  den  ganzen  Salzgehalt  der  Flüsse 
auf  solches  zyklisches  Salz  zurückzuführen. 
Das  ist  Wühl  "nicht  ganz  richtig,  auch  dann 
nicht,  wenn  man  einen  guten  Teil  des  Salzes 
aus  salzhaltigen,  früher  aus  dem  Meere 
abgesetzten  Schichten  ableitet.  Dieses  Salz 
hätte  dann  ebenfalls  einen  Kreislauf  durch- 


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Kreislauf  der  Stoffe  in  der  anorganischen  Natur 


1051 


gemacht.  Zwar  sind  Gewässer,  die  aus  Erup- 
tivgesteinen (z.  B.  aus  Graniten)  kommen,  i 
außerordentlich  salzarm,  aber  immerhin 
müssen  doch  die  vulkanischen  Emanationen, 
die,  wie  wir  später  hören  werden,  große 
Mengen  von  Chlor,  Salzsäure  und  Schwefel- 
säure liefern,  die  Veranlassung  zur  Neu- ' 
bildung  von  Meeressalzen  werden,  und  es 
mag  so  der  wesentlichste  Teil  des  Salz- 
gehaltes der  Flüsse  aus  salzdurchtränkten 
Schichten,  ein  kleinerer  Teil  aus  juvenilem 
Salz  der  vulkanischen  Emanationen  und 
ein  letzter  Teil  aus  dem  obengenannten 
eigentlich  zyklischen  Salz  bestehen.  Dabei 
wollen  wir  nicht  vergessen ,  daß  auch 
durch  die  xVbfallprodukte  von  Menschen  und 
Tieren  den  Flüssen  erhebliche  Mengen  von 
Chlornatrium  zugeführt  werden.  Den  xVnteil 
des  eigentlich  zyklischen  Salzes,  also  des 
Salzes,  das  aus  dem  Meere  auf  dem  Luft- 
wege den  Flüssen  zugeführt  wird,  schätzt 
man  auf  etwa  ein  Zehntel  des  ganzen  Salz- 
gehaltes der  Flüsse.  Ueber  die  Menge  dieser 
Salze  kann  man  sich  eine  Vorstellung  machen, 
wenn  man  hört,  daß  Clarke  allein  die  aus ' 
den  Meeressalzen  (NaCl,  KCl,  MgClj  usw.) ' 
stammende  Chlormenge,  die  jährlich  durch 
Regen  und  Schnee  dem  festen  Lande  zu- 
geführt wird,  auf  2  bis  20 1  für  den  Quadrat- 
kilometer Landes  schätzt.  Sie  ist  natürlich  , 
größer  in  Küstenstrichen,  kleiner  im  Innern 
der  Festländer.  : 

Wir  haben  hier  somit  eigentlich  zwei 
Kreisläufe,  die  aufs  innigste  miteinander  ver- 
knüpft sind.  Dem  einen  gehört  das  Salz  an, 
welches  aus  dem  Meere  stammt,  in  Schichten 
abgelagert,  vom  Wasser  wiedergelöst  oder 
vom  Menschen  abgebaut  und  verbraucht 
durch  die  Flüsse  dem  Meere  wieder  zugeführt 
wird.  Dem  anderen  gehört  das  eigentlich 
zyklische  Salz  an. 

Dieser  Kreislauf  ist  von  viel  geringerer 
Bedeutung  als  der  vorhergehende,  aber 
immerhin  ist  er  nicht  ganz  bedeutungslos 
für  den  Haushalt  der  Pflanzen,  denn  aus  den 
vom  Regen  mitgebrachten  Salzen  des  Meeres 
vermag  der  Verwitterungsboden  das  Kali 
zu  adsorbieren  und  den  Pflanzen  nutzbar  zu 
machen. 

Es  ist  auch  dieser  Kreislauf  nicht  ganz 
vollständig,  weil  einerseits  die  quantitative 
Zusammensetzung  der  Salze  nicht  dieselbe 
bleibt  und  weil  andererseits  ein  großer  Teil 
dieser  Salze  auf  abflußlose  Gebiete  entfällt, 
aus  denen  ihn  das  Wasser  nicht  wieder  ab- 
führt. Natürlich  hat  er  auch  mit  dem 
Kreislauf   des    Wassers    Anfang   und    Ende. 

4.  Mechanischer  Kreislauf  der  Ge- 
steine. Ein  dritter  Kreislauf  schließt  sich 
ebenfalls  enge  an  den  Ivreislauf  des  Wassers 
an,  wenn  gleich  bei  ihm  auch  dem  Winde 
eine  gewisse  Rolle  zukommt.  Es  ist  dies 
der  Kreislauf  der  Bilduns,-  und  Einebnung  des 


Reliefs  der  Erdoberfläche.  Wir  haben 
gesehen,  daß  der  Wärmeverlust  der  Erde 
Berg  und  Tal,  Höhen  und  Tiefen  geschaffen 
hat  und  noch  heute  schafft,  und  wir  haben 
weiter  gehört,  daß  das  Wasser  mit  großer 
lebendiger  foaft  von  den  Höhen  nach  den 
Tiefen  fließt.  Da  nimmt  es  denn  die  an  der 
Oberfläche  verwitterten  Gesteine  mit,  um 
so  größere  Blöcke,  je  stärker  das  Gefälle  ist, 
um  so  größere  Massen,  je  größer  die  Wasser- 
masse ist,  Tag  und  Nacht,  jahraus,  jahrein. 
Durch  gegenseitige  Reibung  werden  die 
Massen  immer  mehr  zerkleinert  und  schließ- 
lich als  feiner  Schlamm  tlem  Meere  zuge- 
führt. Wie  groß  diese  Mengen  sind,  mag 
aus  nachstehender  Tabelle  ersehen  werden, 
in  welcher  die  Wasserführung  und  die  Menge 
der  festen  Bestandteile  angegeben  ist,  welche 
einiee  Flüsse  dem  Meere  zuführen. 


Fluß 


Wasser-  i  Menge  der  mit- 
führung in  geführten  festen 
obm  pro  Stoffe  in  cbm 
Sekunde  pro  Jahr 


Jangtsekiang 

21  810 

182  000  000 

Laplata 

19820 

44  000  000 

Mississippi 

17500 

211  500  000 

Donau 

8502 

35  540  000 

Ganges 

5762 

18030  000 

Hoangln 

3  ^85 

472  500  000 

Po 

I  735 

II  480000 

Pei-ho 

220 

2  266  000 

Themse 

65 

528  300 

Aber  auch  die  Braiulung  arbeitet  hier 
mit.  Immerwährend  drängen  die  Meeres- 
wellen gegen  das  Ufer  und  langen  landein- 
wärts, zerstören  die  Gesteine  und  schütten 
das  zerstörte  Material  am  Meeresgrunde 
auf.  Ebenso  arbeiten  die  Winde  am  Land 
und  tragen  den  Sand  und  Staub  weiter, 
im  Grunde  genommen  auch  dem  Meere, 
den  Tiefen  zu.  So  kommt  das  Gesteins- 
material, das  einst  aus  den  Tiefen  des  Welt- 
meeres oder  aus  dem  Schöße  der  Erde 
entstiegen  war,  wieder  in  die  Tiefen,  füUt 
diese  aus,  und  es  wird  das  Relief  der  Erde 
eingeebnet.  In  —  geologisch  gesprochen  — 
sehr  kurzer  Zeit  wäre  dieses  Werk  vollbracht, 
wenn  nicht  aus  den  Tiefen  des  Weltmeeres 
immer  neue  Gebirge  aufsteigen  würden  und 
jene  Kräfte  ihre  xArbeit  von  neuem  beginnen 
müßten.  Daß  dieser  Kreislauf  seit  dem  Be- 
stehen der  Erde  mindestens  schon  zum 
vierten  Male  im  Gange  ist,  haben  wir  oben 
gesehen. 

Wie  wir  gehört  haben,  nehmen  aber  die 
Gebirgsbildungen  im  Laufe  der  Erdgeschichte 
an  Großartigkeit  ab  und  damit  natürlich 
auch  dieser  Ivreislauf,  der  mit  der  Abtragung 
des  letzten  Gebirges  sein  Ende  erreicht  und 
mit  dem  ersten  Regen  seinen  Anfang  genom- 
men hat. 


70X. 


^^• 


'ai>ff6. 


1052 


Ivi'cislauf  der  Stoffe  in  der  anoruaniselien  Natui- 


Auch  dieser  Kreislauf  liat  eine  sjewisse 
Bedeutung  für  die  Mensoldieit,  denn  er  er- 
schließt immer  wieder  neue  Erdschichten 
und  beut  deren  Schätze  dem  Menschen  dar, 
zum  Teil  in  Form  von  nutzbaren  .Mineralien. 
zum  Teil  in  Form  lunuMi  jininfräuliclien 
Ackerbodens. 

Er  ist  so  wenig  vollkommen,  wie  die 
vorhergehenden,  denn  es  ist  weder  in  Quali- 
tät noch  in  Quantität  dasselbe  Gestein, 
welches  dem  Meere  zugeführt  wird  und  ihm 
dann  wieder  als  Gebirge  entsteigt. 

Chemische  Kreislauf  Vorgänge.  Bei 
all  den  bisher  besprochenen  Kreisläufen 
nun  hat  man  im  wesentlichen  mechanische 
Vorgänge,  die  ihre  Entstehung  der  Störung 
mechanischer  Gleichgewichte  verdanken.  An 
sie  schließen  sich  andere  an,  die  man  mehr 
als  chemische  Prozesse  bezeichnen  kann, 
deren  Ursache  in  Gleichgewichtsstörungen 
beruhen,  welche  durch  Aenderung  von  Tempe- 
ratur und  Druck  hervorgerufen  werden. 
Auch  ein  anderer  charakteristischer  Unter- 
schied zwischen  den  seither  besprochenen  und 
den  folgenden  Kreisläufen  läßt  sich  finden: 
Während  nämlich  seither  die  Energiezufuhr 
von  der  Sonne  eine  wesentliche  Rolle  spielte, 
ist  dies  bei  den  nun  zu  besprechenden  Kreis- 
läufen nicht  mehr  der  Fall,  und  wir  haben 
es  wesentlich  mit  irdischen  Energieverschie- 
bungen zu  tun.  Wir  haben  dabei  allgemein 
folgende  Tatsachen  zu  beachten:  Nach  der 
übereinstimmenden  Meinung  der  Geologen 
war  die  Erde  einst  im  glühend-gasförmigen 
Zustand,  ging  dann  in  den  feurig-flüssigen 
über  und  kühlte  sich  immer  mehr  bis  auf 
den  heutigen  Zustand  ab.  Wie  hoch  die 
Temperatur  früher  einmal  gewesen  sein 
mag,  läßt  sich  heute  noch  nicht  entscheiden, 
doch  mag  sie  an  der  Oberfläche  wohl  mehr  als 
3000"  betragen  haben,  während  sie  im 
Innern  viel  höher  war.  Auch  heute  nimmt 
die  Temperatur  nach  dem  Erdinnern  zu  und 
das  Innere  ist  sicherlicii  heute  noch  3000*^ 
warm.  Es  ist  auch  anzunehmen,  daß  die 
Abkühlung  der  Erde  immer  weiter  fort- 
schreitet. Weiterhin  wissen  wir,  daß  der 
Druck  mit  der  Tiefe  steigt,  und  wenn  man 
auch  keine  Mittel  hat,  den  im  Erdinnern 
herrschenden  Druck  genau  zu  bestimmen, 
so  ist  es  doch  nicht  unwahrscheinlich,  daß 
er  dort  Millionen  von  Atmosphären  beträgt. 
Außerdem  ist  nicht  zu  vergessen,  daß  bei 
der  Aufrichtung  der  (iebirge  ein  gewaltiger 
Feberdruck  entstehen  kann.  Diese  beiden 
Umstände  also,  Aenderung  von  Temperatur 
und  Druck,  sind  für  das  Folgende  ausschlag- 
gebend, denn  die  irdischen  Stoffe  sind 
bezüglich  ihrer  Reaktionsfähigkeit,  bezüg- 
lich der  Gruppierung  ihrer  kleinsten  Teilchen 
von  ihnen  abhängig.  Jede  chemische  Ver- 
bindung ist  ein  Produkt  des  (ileichgewichtes 
bei  bestimmter  Tem))eratur  uiu)  bestimmtem 


Druck,  .\endert  man  eine  dieser  Bedingungen, 
dann  wird  das  Produkt  metastabil  und  es 
können  neue   Reaktionen  stattfinden. 

5.  Chemischer  Kreislauf  des  Wassers. 
Betrachten  wir  nun  aus  diesen  Gesichts- 
punkten die  Bestandteile  unserer  f>de,  so 
ist  es  wieder  das  Wasser,  mit  dem  wir  be- 
ginnen. Woher  kommt  es,  wohin  geht  es  ? 
das  sind  die  beiden  zu  beantwortenden 
Fragen. 

Unsere  Erde  wird  zusammengehalten 
durch  die  Schwerkraft.  Nur  solche  Körper 
können  auf  der  E^rde  zurückgehalten  werden, 
deren  molekulare  Eigengeschwindigkeit  die 
Schwerkraft  nicht  zu  überwinden  vermag. 
So  kann  die  Erde  nach  August  Ritter 
keine  Wasserstoffatmosphäre  besitzen,  wenn 
sie  jemals  an  ihrer  Oberfläche  mehr  als 
1404,4"  C  warm  war,  ja  nach  den  Rechnungen 
von  Johns  ton  Stoney  ist  sie  auch  heute 
nicht  imstande  Wasserstoff  oder  Helium  > 
dauernd  zurückzuhalten,  is5w4\  die  Gas- 
moleküle mehr  als  11  km  Sekundengeschwin- 
digkeit besitzen  und  so  ihr  Auftrieb  stärker 
ist,  als  die  ihm  entgegenwirkende  Schwer- 
kraft. Der  gleiche  Grund  verhindert  auch 
die  Gegenwart  von  Wasserdampf  auf  einer 
mehr  als  3000"  warmen  Erde.  Aber  es  gibt 
noch  andere  Gründe,  welche  die  Gegenwart 
des  Wassers  bei  so  hoher  Temperatur  un- 
möglich machen.  Die  großen  Mengen  ge- 
diegenen Eisens,  die  höchst  wahrscheinlich 
im  Erdinnern  vorhanden  sind  und  ebenso 
die  großen  Mengen  von  Eisenoxydul,  welche 
alle  Gesteine  enthalten,  würden  das  Wasser 
zur  Bildung  von  Eisenoxydul  aus  dem 
gediegenen  Eisen  und  zur  Bildung  von  Eisen- 
oxyd aus  dem  Oxydul  zersetzen  (Gautier). 
Ja  sogar  die  wasserfreien  Silikate  Avürden 
sich  nach  Marc  so  umsetzen,  daß  sich  mit 
dem  Wasser  bei  so  hoher  Temperatur  Kiesel- 
säurehydrat und  Metallhydrate  bilden  würden. 
Aus  diesen  Betrachtungen  ergibt  sich,  daß 
die  Erdatmosphäre  zuerst  wasserfrei  war. 
Da  nun  nach  den  Untersuchungen  von  A. 
Brun  auch  der  heutige  Vulkanismus  überall 
da  wasserfrei  ist,  wo  nicht  oberirdisches 
Wasser  in  den  Vulkan  eindringt,  so  muß 
das  Wasser  entstanden  sein  zu  einer  Zeit, 
als  die  Erde  ihre  heißeste  Periode  hinter 
sich  hatte  und  noch  nicht  mit  einer  festen 
Rinde  bedeckt  war.  Es  ist  entstanden  durch 
den  Rücklauf  der  oben  genannten  Prozesse 
und  das  Verbrennen  des  dabei  etwa  ent- 
standenen Sauerstoffs  mit  den  im  ^lagma 
nachgewiesenen  Wasserstoff  und  Ivolilen- 
wasserstoffen.  Es  ergibt  sich  aus  diesen 
Betrachtungen,  daß  beim  Festwerden  der 
Rinde  der  glutflüssigen  Erde  eine  Wasser- 
dampfatmosphäre mit  beigemischter  Kohlen- 
säure vorhanden  war.  Nachdem  nun  die 
J^:rdoberfläche  bis  auf  258"  C  abgekühlt  war, 
bildete  sich   das  erste  Wasser  auf  ihr,  und 


Kreislauf  der  Stoffe  in  der  anorffianisclien  Natur 


1053 


damit  begann  der  früher  beschriebene  Kreis- 
lauf. 

Die  zweite  Frage  ist  nun  die:  verbleibt 
das  Wasser  auf  der  Erde  oder  verschwindet 
es  wieder?  Wir  haben  gehört,  daß  aus  dem 
Schmelzfluß  im  allgemeinen  wasserfreie  Sili- 
kate kristallisieren,  d.  li.  Mineralien  mit 
negativer  Wärmetönung.  Diese  gehen  bei 
sinkender  Temperatur  nach  dem  Gesetz 
von  der  Wärmetönung  in  solche  mit  posi- 
tiver Tönung  über.  Die  wasserhaltigen 
Silikate  haben  eine  positive  Wärmetönung 
und  müssen  sich  demnach  bei  sinkender 
Temperatur  aus  den  wasserfreien  bilden 
und  bilden  sich  auch.  Avie  die  Erfahrung 
lehrt.  Bei  einem  durchschnittliclien  Wasser- 
gehalt von  10  °o  würden  bereits  5000  Millio- 
nen cbkm  (das  ist  Vio  der  steinigen  Rinde 
der  Erde)  eines  solchen  Silikates  den  ganzen 
Wasservorrat  der  heutigen  Erde  enthalten. 
So  muß  im  Laufe  der  Zeit  der  ganze 
Wasservorrat  verbraucht  werden,  denn  mit 
sinkender  Temperatur  des  Erdinnern  dringt 
das  Wasser  immer  tiefer  in  die  Rinde  ein 
und  kann  in  größeren  Tiefen  verbraucht 
werden. 

Damit  hat  das  Wasser  auf  der  Erde 
auch  seinen  großen  Ivi'eislauf  vollendet. 
Es  war  gebunden  an  die  Gesteine,  wurde  frei 
und  wird  wieder  gebunden  — ■  freilich  in 
etwas  anderer  Form. 

6.  Chemischer  Kreislauf  der  Kohlen- 
säure. Wenden  wir  uns  nun  den  atmosphä- 
rischen Gasen  zu,  so  spielt  unter  ihnen  in 
der  ersten  Zeit  der  Erstarrung  der  Erde 
nächst  dem  Wasserdampf  zweifellos  die 
Kohlensäure  die  erste  Rolle.  Schon  bei  der 
Entstehung  des  Wassers  mag  eine  erheb- 
liche Menge  Kohlensäure  in  die  Atmosphäre 
gelangt  sein,  aber  mit  dem  Beginn  der 
Kristallisation  des  irdischen  Magmas  geht 
die  Kohlensäureproduktion  ins  Ungemessene. 
Nach  den  Untersuchungen  von  \.  Brun 
und  vielen  anderen  ist  die  Kohlensäure  (und 
das  Kohlenoxydgas)  dasjenige  Gas,  welches 
von  den  vulkanischen  Emanationen  in  größter 
Menge  geliefert  wird.  Im  selben  Maße, 
wie  der  Wasserdampf  der  Atmosphäre  kon- 
densiert wird,  nimmt  die  Menge  der  Kohlen- 
säure zu.  Sie  erreicht  beim  Entstehen  der 
ersten  Meere  ein  gewisses  Maximum  in  der 
Atmosphäre,  weil  das  Meerwasser  erhebliche 
Mengen  davon  zu  absorbieren  vermag,  um 
so  mehr,  je  kälter  das  Wasser  und  je  tiefer 
die  Meere  werden.  Die  Zunahme  der  Kohlen- 
säure würde  immer  weiterschreiten,  wenn 
nicht  ein  Verbrauch  eintreten  würde.  Der 
Verbrauch  erfolgt  in  zweierlei   Weise. 

Einerseits  wird  bei  tiefere  Temperatur 
die  Kohlensäure  eine  stärkere  Säure  als  die 
Kieselsäure  und  so  bilden  sich  aus  den 
Silikaten  Karbonate  der  Erdalkalimetalle 
neben   freier   Kieselsäure  und    jene    werden 


in  Form  von  Kalksteinen  zum  Absatz 
gebracht,  d.  h.  die  Kohlensäure  wird  wieder 
dauernd  gebunden.  Andererseits  fällt  in 
diese  Zeit  die  Entwickelung  der  ersten, 
kohlensäureassimilierenden  Organismen  und 
die  Kohlensäure  wird  dadurch  unter  Pro- 
duktion von  Sauerstoff  verbraucht.  Wenn 
nun  auch  in  den  Organismen  pflanzlicher 
Natur  ein  Kreislauf  der  Kohlensäure  statt- 
findet, so  endet  dieser  doch  mit  einem  Ueber- 
schuß  von  Sauerstoff,  weil  erhebliche  Mengen 
von  Kohlenstoff  in  der  Erde  als  Graphit, 
Bitumen  und  Kohle  festgelegt  werden.  Frei- 
lich kann  dieser  Ueberschuß  nicht  die  große 
Menge  des  Sauerstoffs  auf  der  Erde  erklären, 
doch  werden  wir  hierauf  später  zurück- 
kommen. Jetzt  wollen  wir  bei  der  Kohlen- 
säure verbleiben,  deren  endgültiger  Verbrauch 
uns  interessiert.  Der  bereits  erwähnte 
chemische  Verbrauch,  die  Bindung  an  Kalk 
insbesondere,  dauert  fort,  ja  er  wird  größer 
und  größer,  denn  es  beteiligen  sich  Pflanzen 
und  später  auch  Tiere  an  der  Darstellung, 
indem  sie  Skelette  und  Schalen  aus 
solchem  Material  bauen  und  bei  ihrem  Tode 
Schichten  von  Kalkstein  bilden.  Nach 
Clarke  werden  alljährlich  im  Meere  etwa 
1400  Millionen  Tonnen  Kalksteine  gebildet, 
was  einen  Verbrauch  von  600  Millionen 
Tonnen  Kohlensäure  entspricht.  Heute 
schon  liegen  in  der  Erde  60  bis  120  m  Kalk- 
stein rund  um  die  ganze  Erde  und  darin  ist 
150000  bis  300000' mal  so  viel  Kohlensäure 
gebunden,  als  heute  in  der  Atmosphäre  vor- 
handen ist.  Die  Luft  enthält  heute  etwa 
2,5  Billionen  Tonnen  Kohlensäure,  das 
Weltmeer  aber  nach  J.  Murray  etwa 
60  Billionen  Tonnen.  Wir  haben  demnach  im 
Meere  den  großen  Regulator  für  den  Kohlen- 
säuregehalt der  Atmosphäre  zu  suchen. 
Trotz  alledem  würde  aber  in  verhältnismäßig 
kurzer  Zeit  dieser  große  Vorrat  an  Kohlen- 
säure verbraucht  sein,  wenn  nicht  durch  die 
vulkanischen  Emanationen  andauernd  neue, 
juvenile  Kohlensäure  geliefert  würde.  Wie 
wir  aber  gehört  haben,  nehmen  die  vulka- 
nischen Erscheinungen  mit  der  Eigenwärme 
der  Erde  ab  und  darum  muß  auch  die  einst 
im  irdischen  Magma  gebundene,  später 
daraus  befreite  Kohlensäure  durch  Kalk- 
bildung völlig  verbraucht,  wieder  im  Schöße 
der  Erde  gebunden  werden.  Der  Kreislauf 
der  Kohlensäure  ist  zu  Ende. 

7.  Chemischer  Kreislauf  des  Sauer- 
stoffs. Wie  wir  schon  früher  gehört  haben, 
ist  es  nicht  möghch,  daß  die  Erde  ehemals, 
so  lange  sie  im  Schmelzfluß  war,  eine  Sauer- 
stoffatmosphäre besaß,  weil  der  Sauerstoff 
einerseits  auf  der  Erde  so  wenig  zurück- 
gehalten werden  konnte,  wie  heute  der 
Wasserstoff,  und  weil  er  andererseits  zur 
Oxydation  des  Eisens  der  Erde  verbraucht 
worden   wäre,   denn   nach   A.  .Brun   haben 


1054 


Kreislauf  dci'  Stoffe  in  doi-  anormmischen  Natm- 


alle  vulkanischen  Produkte,  ebenso  wie  die 
Erde  selbst,  einen  reduzierenden  Charakter. 
Wir  haben  demnach  nach  chemischen  Pro- 
zessen Umschau  zu  halten,  welche  den 
Sauerstoff  schaffen  konnten.  Wir  haben 
schon  gehört,  dal5  die  Vegetation  der  ersten 
Flora  der  Erde  mit  einem  Ueberschuß  von 
Sauerstoff  arbeitete,  indem  ein  Teil  des 
Kohlenstoffs  in  Form  von  Kohlen  fest- 
gelegt wurde.  Da  man  nun  nach  Engler 
den  gesamten  Kohlenvorrat  der  Erde  auf 
3  Billionen  Tonnen  schätzt,  so  könnten, 
wenn  inan  ihren  Kohlegehalt  zu  75%  an- 
nimmt, höchstens  10  Billionen  Tonnen  Sauer- 
stoff auf  diese  Weise  entstanden  sein.  Auch 
wenn  wir  noch  das  in  der  Erdkruste  vor- 
handene Bitumen  (Petroleum,  Asphalt  usw\) 
hinzurechnen,  kommen  wir  kaum  auf  mehr 
als  das  Doppelte  der  vorgenannten  Zahl. 
Auf  der  Erde  haben  wnr  aber  heute  rund 
1200  Billionen  Tonnen  Sauerstoff  und  so 
müssen  wir  entweder  annehmen,  daß  die 
Vegetation  mit  einem  Gewinn  an  Sauer- 
stoff arbeitet  (z.  B.  Kohlenwasserstoffe 
geliefert  hat,  die  unsere  Erde  verlassen 
haben)  und  der  heute  vorhandene  Sauer- 
stoff die  Summierung  dieses  Gewinnes 
durch  wenigstens  100  Millionen  Jahre  dar- 
stellt. Oder  aber  wir  müssen  noch  eine  andere 
Quelle  von  Sauerstoff  suchen.  Diese  Quelle 
könnte  in  zwei  Umständen  gefunden  werden: 
Eines  der  Hauptgase,  welche  aus  Vulkanen 
zur  Emanation  kommen,  ist  das  Chlor. 
Dieses  vermag  sich  bei  hoher  Temperatur 
mit  dem  Wasserstoff  des  Wassers  zu  verbinden 
und  Sauerstoff  frei  zu  machen.  Dies  ist  der 
eine  Umstand.  Ferner  wissen  wnr,  daß 
glühendes  Eisen  ebenfalls  Wasser  zu  zer- 
setzen vermag  und  freien  Wasserstoff  liefert. 
Der  Wasserstoff  entwich  von  der  Erde  und 
es  ist  nicht  unwahrscheinlich,  daß  beim  Ein- 
dringen des  Eisenoxyds  in  heißere  Schichten 
wieder  Sauerstoff  frei  wurde.  Aus  dem 
Vorstehenden  ergibt  sich,  daß  die  Her- 
kunft des  Sauerstoff^;  keineswegs  klar  ist. 
Sobald  nun  tierisches  Leben  auf  der  Erde  be- 
ginnt, tritt  auch  ein  Sauerstoffverbrauch  ein, 
doch  dürfte  bei  der  innigen  Relation,  die  heute 
zwischen  Tier  und  Pflanzenleben  besteht, 
kaum  eine  erhebliche  Verminderung  statt- 
gefunden haben.  Es  ist  ein  anderer  Vorgang, 
wek'her  große  Verluste  bedingt  und  all- 
mählich den  gesamten  Sauerstoff  aufzehren 
wird:  Alle  Gesteine  und  besonders  die  Erup- 
tivgesteine enthalten  große  Mengen  von 
Eisenoxydul,  zu  dessen  Ueberführung  in 
Eisenoxyd  der  Sauerstoff  der  Atmosphäre 
lange  nicht  ausreicht.  Schon  die  Oxydation 
der  Hälfte  des  in  den  Sedimentgesteinen 
noch  vorhandenen  Eisenoxyduls  würde  den 
gesamten  Sauerstoff  verbrauchen.  Da  heute 
wohl  schon  der  Verbrauch  die  Produktion 
überwiegt,  so  ist  es  glaublich,  daß  in  einer 


vergangenen  Zeit  mehr  Sauerstoff  in  der 
Atmosphäre  war  und  daß  ein  Tag  kommen 
wird,  wo  aller  Sauerstoff  wieder  in  der  festen 
Erdrinde  gebunden  sein  wird.  Sein  Kreislauf 
ist  volleiulet. 

8.  Stickstoff.  Da  nun  diese  großen 
Kreislaufvorgänge  des  Wassers,  der  Kohlen- 
säure und  des  Sauerstoffs  die  wichtigen 
kleinen  Kreisläufe  der  organischen  Welt 
umschließen,  so  liegt  es  nahe,  im  Zusammen- 
hang damit  noch  ein  anderes,  für  die  Orga- 
nismen ebenfalls  höchst  wichtiges  Gas  zu 
betrachten:  den  Stickstoff. 

Nimmt  man  mit  A.  Brun  an.  daß  in 
jedem  Kilogramm  irdischen  Magmas  15  ccm 
freier  Stickstoff  und  50  mg  Salmiak  ent- 
halten sind,  so  würde  die  Kristallisation  eines 
die  ganze  510  Millionen  Quadratkilometer  um- 
fassende Erdoberfläche  1  m  hoch  bedecken- 
den Schmelzflusses  25500  Millionen  Tonnen 
freien  Stickstoffs  und  etwa  17900  Millionen 
Tonnen  Salmiakstickstoffs  liefern.  Da  die 
Atmosphäre  etwa  3800  Billionen  Tonnen 
Stickstoff  enthält,  so  müßte  die  Erde  etwa 
80  bis  90  km  tief  erstarrt  bezw.  kristallisiert 
sein,  was  nicht  allzuweit  von  der  Wirklich- 
keit abweichen  dürfte.  Aus  diesen  Dar- 
legungen ergibt  sich,  daß  gleichzeitig  mit 
Kohlensäure  auch  Stickstoff,  wenn  auch  in 
geringerer  Menge  in  die  Atmosphäre  gelangt 
ist.  Hierher  gehört  aber  nur  der  aus  dem 
Magma  entweichende  freie  Stickstoff.  Der 
Salmiak  wird  zunächst  auf  der  Erde  nieder- 
geschlagen, bedeckt  die  heiße  Ivruste  wie 
Schnee.  Erst  das  kondensierte  Wasser  löst 
den  Salmiak  auf  und  bildet  Sabniakhaltige 
Meere.  Von  dem  Augenblick  an,  in  welchem 
sich  das  Pflanzenleben  auf  der  Erde  ent- 
wickelt, wird  der  Salmiak  verbraucht.  Da 
aber  bei  der  VerAvesung  der  Pflanzen  freier 
Stickstoff  gebildet  wird,  so  tritt  jetzt  eine 
starke  Zunahme  dieses  Gases  in  der  xVtmos- 
phäre  ein.  Ein  dauernder  Verbrauch  an 
Stickstoff  ist  nicht  bekannt.  Zwar  wird 
durch  die  elektrischen  Entladungen  ein  Teil 
des  atmosphärischen  Stickstoffs  mit  dem 
Sauerstoff  vereinigt  und  durch  Regen  und 
Schnee  niedergeschlagen  —  nach  Clarke 
sind  es  für  die  feste  P^rdrinde  alljährlich 
etwa  68  Millionen  Tonnen,  aber  ein  Teil 
ist  in  Form  von  Ammoniak  in  der  Atmos- 
phäre vorhanden  —  und  ein  anderer  Teil 
wird  auch  durch  nitrifizierende  Bakterien 
direkt  gebunden,  aber  dieser  Stickstoff 
wird  durch  die  Verwesungsvorgänge  der 
Organismen  der  Luft  wieder  zugeführt,  so 
daß  ein  chuiernder  Verbrauch  nicht  zu  er- 
sehen ist.  Der  Stickstoff  würde  demnach 
einen  Kreislauf  wie  die  anderen  wichtigen 
atmosphärischen  Gase  nicht  haben,  wenn 
er  nicht  vielleicht  nach  dem  Aufhören 
organischen  Lebens  auf  der  Erde  durch 
elektrische     Entladungen     weiter     oxydiert 


Kreislauf  der  Stoffe  in  der  anorganischen  Natiu- 


1055 


würde  und  in  Form  von  Nitriten  und  Nitraten 
festgelegt  werden  könnte. 

9.  Kreislauf  der  Salz-  und  Schwefel- 
säure. Das  bisher  Besprochene  sind  sehr 
langsam  verlaufende  Vorgänge,  denen  wir 
nun  einige  schneller  verlaufende  anschließen 
wollen,  weil  ihr  Beginn  mit  jenen  zusammen- 
fällt und  es  sich  ebenfalls  zuerst  um  vulka- 
nische Emanationen  handelt.  Neben  der 
Kohlensäure  und  dem  Stickstoff  oder  seinen 
Verbindungen  kommen  nämlich  aus  den 
Vulkanen  noch  verhältnismäßig  große 
Mengen  von  Chlor,  Salzsäure,  schwefeliger 
und  Schwefelsäure,  auch  erhebliche  Mengen 
von  Kohlenwasserstoffen  zur  Emanation. 
Das  Chlor  oxydiert  sich  schnell  zu  Salz- 
säure, die  sciiwefelige  zu  Schwefelsäure, 
so  daß  wir  nur  diese  beiden  Säuren  betrachten 
wollen.  Beide  sind  bei  niedriger  Temperatur 
stärkere  Säuren  als  die  Kieselsäure,  sie  zer- 
stören demnach  die  Silikate,  bilden  freie 
Kieselsäure  neben  den  entsprecheiulen  Salzen 
der  Alkalien  und  des  Kalkes  nebst  der 
Magnesia.  Diese  Salze  sind  leicht  löslich 
und  werden  im  allgemeinen  durch  die  Flüsse 
dem  Meere  zugeführt.  Es  tritt  daher  im  Laufe 
der  Zeit  eine  Anreicherung  der  Salze  im 
Meere  ein.  Nur  entspricht  die  Zusammen- 
setzung der  Meeressalze  keineswegs  dem 
Verhältnis  der  Säuren,  die  aus  den  Vulkanen 
zur  Aushauchung  gelangen.  Sie  ist  verschoben 
zugunsten  des  Chlors  und  der  Salzsäure. 
Dies  hat  seinen  Grund  darin,  daß  die  Schwefel- 
säure nicht  aber  das  Chlor  so  an  dem  Kreis- 
lauf in  den  Organismen  teilnimmt,  daß  ein 
dauernder  Verlust  stattfindet.  Bei  der  Ver- 
wesung der  Organismen  bildet  sich  Schwefel- 
wasserstoff oder  freier  Schwefel.  Der  Schwefel 
bildet  xVblagerungen  in  der  Erdrinde,  der 
Schwefelwasserstoff  verbindet  sich  mit  den 
Schwermelallen,  besonders  Eisen,  zu  Sul- 
fiden, welche  ebenfalls  in  der  P^rde  fest- 
gelegt werden.  Ob  freilich  auf  solche  Weise 
die  gesamte  Menge  der  Schwefelsäure  fest- 
gelegt werden  kann,  bleibt  sehr  fraglich.  Der 
etwa  verbleibende  Rest  aber  wird  mit  den 
Chloriden  in  Form  von  Salzlagern  abge- 
setzt werden  im  selben  Maße,  wie  einstens 
das  Wasser  der  Erde  verbraucht  wird.  So 
mag  dann  auch  hier  wieder  in  der  Erde 
festgelegt  sein,  was  einst  in  anderer  Form 
ihrem  ursprünglichen  Magmenbestande  an- 
gehört hat. 

10.  Kohlenwasserstoffe.  Noch  einige 
Worte  seien  den  Kohlenwasserstoffen  ge- 
widmet. Nach  den  Untersuchungen  von 
A.  Brun  darf  es  für  erwiesen  gelten,  daß 
die  ersten  organischen  Verbindungen,  Kohlen- 
wasserstoffe, ebenfalls  ihre  Entstehung  dem 
Vulkanismus  verdanken.  Er  hat  sie  in  den 
Emanationen  sowohl,  als  in  frischen  vulka- 
nischen Gesteinen  nachgewiesen  — ■  ein 
Kilogramm    Gestein    von    Li  pari    enthielt 


22  bis  25  mg,  ein  Kilogramm  Osidian  von 
Mexiko  sogar  135  mg  solcher  organischer 
Substanz.  Diese  organische  Substanz  wird 
in  der  Erde  teilweise  als  Graphit  festgelegt, 
teilweise  verbrennt  sie  im  Laufe  der  Zeit 
ebenso  wie  alle  Kohlen  und  alle  Bitumina  zu 
Kohlensäure,  die  ihrerseits  dann  eine  Fest- 
legung als  Kalkkarbonat  erfährt.  Es  ist  dies 
ein  Kreislauf  der  vor  Entstehung  der  ersten 
Lebewesen  auf  der  p]rde  begann,  und  über  die 
Lebewesen  mit  deren  völligem  Verschwinden 
zu  Ende  geht. 

II.  Chemischer  Kreislauf  der  Gesteine. 
Zu  Beginn  dieses  Artikels  haben  wir  von 
einem  mechanischen  Kreislauf  der  (iesteine 
gehört.  Wir  haben  gesehen  wie  immer  neue 
Gebirge  dem  Meere  entsteigen  und  wie  diese 
Gebirge  immer  wieder  abgetragen  und  den 
Tiefen  des  Meeres  zugeführt  werden.  Wir 
haben  auch  schon  gesehen,  wie  die  ersten 
Gesteine  der  Erde  aus  dem  Schmelzfluß 
entstanden  und  das  Wasser  erst  später  zur 
Wirkung  gelangte.  Wir  haben  gehört,  wie 
Druck  und  Temperatur  der  Erde  von  außen 
nach  innen  steigen,  wie  die  Temperatur  der 
Erde  im  Laufe  ihrer  Entwickelung  abgenom- 
men hat.  Aus  diesen  Verhältnissen  folgen 
nun  Veränderungen  der  Gesteine  und  Minera- 
lien, welche  ja  Produkte  eines  chemischen 
Gleichgewichtes  sind.  Diese  Veränderungen 
können  ebenfalls  mit  einem  Kreislauf  ver- 
glichen werden.  Sie  sind  bedingt  durch  zwei 
Gesetze,  die  man  als  Temperaturgesetz  und  als 
Volumgesetz  bezeichnen  kann.  Das  erstere, 
auch  Gesetz  der  Wärmetönung  genannt,  be- 
sagt, daß  sich  bei  erhöhter  Temperatur  Stoff- 
assoziationen mit  negativer,  bei  erniedrigter 
Temperatur  solche  mit  positiver  Wärme- 
tönung bilden.  Das  zweite  Gesetz  sagt  aus, 
daß  sich  unter  erhöhtem  Druck  diejenigen 
Stoffassoziationen  bilden,  welche  den  klein- 
sten Raum  einnehmen.  Beachtet  man  neben 
diesen  beiden  (lesetzen  noch  die  Tatsache, 
daß  aus  dem  Schmelzfluß  wesentlich  nur 
Silikate  entstehen  und  daß  in  der  Kälte 
die  übrigen  Säuren  (Kohlensäure,  Salz- 
säure, Schwefelsäure)  stärker  sind  als  die 
Kieselsäure,  so  läßt  sich  die  Aenderung  der 
Gesteine  völlig  verstehen. 

Die  wasserfreien  Silikate  (negative  Wärnie- 
tönung)  der  Eruptiven  gehen  in  wasser- 
haltige (positive  Wärmetönung)  über.  Die 
stärkeren  Basen  Alkalien  und  Erdalkalien, 
auch  das  Eisenoxydul  treten  aus  den  Sili- 
katen aus,  bilden  Karbonate,  Chloride. 
Sulfate  usw.  neben  freier  Kieselsäure 
(Quarz),  das  Eisenoxyd  geht  in  das  Hydrat 
über,  nur  die  Tonerde  verbleibt  im  wesent- 
lichen an  die  Kieselsäure  gebunden  in  Form 
eines  Hydrates,  das  man  Ton  nennt.  So  er- 
klärt es  sich,  daß  man  statt  der  ursprüng- 
lich allein  vorhandenen  Eruptivgesteine  eine 
zweite    Klasse,    die    der    Sedimente    erhält. 


1056 


Kivislauf  der  Stolfe  in  der  anuryauisclieu  xs'atur  —  Kristal Iclieuiie 


welche  sich  in  vier  ö;roße  Gruppen  teilen  läßt: 
I.  Tongesteine,  welche  den  Hauptantcil  der 
Sedimente  bilden;  11.  Saiidsteino,  die  im 
wesentlichen  aus  Quarz  aufü,obaut  sind; 
III.  Karbonate  des  Calciums,  Maj^niesiums 
und  Eisens ;  IV.  die  Salzt^esteine,  d.  h.  Cldoride 
und  Sulfate  der  Alkalien  und  Ertlalkalien. 
Die  Bildung;  der  111.  und  IV.  (iruppe  geht 
durch  die  Lfisung  liindurch  uud  sie  erfüllen 
auf  diesem  Wege  allerlei  wiclitige  Aufgaben 
bei  den  Kreislaufvorgäugeu  der  organischen 
Natur.  Die  erste  Gruppe  stellt  das  wichtigste 
Substrat  des  Ackerbodens  dar  und  hat  die 
ICigentümlichkeit  im  Laufe  der  Zeit  durch 
Adsorption  einen  Teil  der  verlorenen  Alka- 
lien und  Erdalkalieii,  besonders  aber  Kali 
wieder  aufzunehmen. 

Gelangen  nun  die  an  der  Erdoberfläche 
gebildeten  Gesteine  durch  Ueberlagerung 
wieder  in  größere  Tiefen  unter  erhöhten 
Druck  und  Temperatur  oder  erhöhen  sich 
Druck  und  Temperatur  bei  der  Gebirgs- 
bildung,  so  treten  Veränderungen  ein,  welche 
auch  eine  iVrt  des  Kreislaufes  darstellen: 
Wasserhaltige  Verbindungen  (positive 
Wärmetönung)  geheu  wieder  in  wasserfreie 
(negative  Wärmetönuug)  über;  es  entstehen 
wieder  Alkali-  und  Erdalkalisilikate  nach  dem 
Gesetz  vom  kleinsten  Volumen,  kurzum  die 
Gesteine  nähern  sich  nach  Aussehen  und  Be- 
stand wieder  den  Eruptiven,  eine  Art  Kreis- 
lauf ist  mit  der  Bildung  dieser  III.  Klasse 
von  Gesteinen,  der  metamorphischen  Ge- 
steine beendet. 

12.  Schlußbetrachtung,  Innerhalb  der 
von  uns  dargestellten  großen  anorganischen 
Kreisläufe  spielen  sich  nun  die  kleineren 
und  vollkommeneren  organischen  Kreis- 
läufe ab.  Jeder  ist  gleichsam  ein  Stück  des 
anderen  und  gleichzeitig  ein  Stück  der  Erd- 
geschichte und  daraus  schon  ergibt  sich,  daß 
sie  nicht  ganz  vollkommen  sein  können, 
denn  die  Geschichte  der  Erde  schreitet  un- 
aufhaltsam weiter.  Es  fragt  sich  daher,  ob 
das  Ende  der  betrachteten  Kreisläufe  auch 
das  p]nde  der  p]rde  bedeutet  oder  ob  auch 
sie  nur  Stücke  eines  anderen  großen  Kreis- 
laufes seien.  Das  letztere  scheint  nach  den 
neuesten  Erfahrungen  wahrscheiidich.  Wir 
wissen,  daß  bei  den  gegenwärtig  an  der 
Erdoberfläche  herrschenden  Verhältnissen 
(Temperatur  und  Druck)  eiue  Reihe  von 
Elementen  in  Produkte  zerfallen,  M'elche 
sich  im  Weltenraum  zerstreuen,  und  es  ist 
nicht  unwahrscheinlicli,  daß  eine  Anzahl  von 
h^lementen  diesen  Weg  schon  gegangen  ist. 
Müssen  wir  demnach  annehmen,  daß  unsere 
Elemente  bei  hohen  Tem])eraturen  aus  ein- 
facheren Stoffen  entstanden  sind  und  daß 
sie  bei  niedrigeren  Temperaturen,  metastabil 
werdend  wieder,  in  jene  eiiü'achereu  Stoffe 
zerfallen,  so  könnte  das  Schicksal  der  p]rde 
wieder  die  Rückkehr  zum  Nebelfleck  bedeuten. 


aus  dem  sie  einstens  hervorgegangen  ist, 
weil  ihr  von  irgendeiner  Seite  Energie  zu- 
geführt wurde.  Der  allmähliche  Verlust  der 
Energie  bedeutet  die  Rückkehr  zum  Aus- 
gangsstadium. Er  schließt  aber  auch  die 
Möglichkeit  in  sich,  daß  durch  erneute  Energie- 
zufulir    der    Kreislauf   von   neuem   beginnt. 

Literatur.      G.   Linck,   Kreinlaufcorc/ünge  in  der 
Erdgeschichte.     Jena  1912.    —  F.    W.   Clarke, 

The  Data  qf  Geochemistry,  2.  Aufl.  Washing- 
ton 1911.  —  A.  Brun,  Recherches  sur  l'Exha- 
laison  volcaniquc.  Genf  1911.  —  C.  Engler, 
Ueher  Zerfall jtrozesse  in  der  Natnr.  Leipzig  1911. 
—  H.  Scholl,  Die  irdischen  Energieschätze  und 
ihre  Venvcrtujtg.  Leipzig  und  Berlin  1912.  — 
Svante  Arrhenius,  Das  Werden  der  Welten. 
I^eipzig  1909.  — •  1{.  Marc,  Vorlesungen  über 
die  chemische  Gleichgeivichtskhre  usw.    Jena  1911. 

(f.   Linck. 


Kristallchemie. 

Chemische  Kristallographie. 

1.  Einleitung.  2.  Poh'iuorphie :  a)  Historisches; 
b)  Begriff;  c)  Existenzbedingungen  der  Modifi- 
kationen; d)  Zustandsdiagramm  der  kristalli- 
sierten Phasen  eines  Stoffes;  e)  Vergleich  phy- 
sikalischer Eigenschaften;  f)  Kriterien  und 
Methoden;  g)  Polysymraetrie.  3.  Isomorphie: 
a)  Historisches;  b)  Begriff;  c)  Polymorphie  und 
Isomorphie;  d)  Vergleichsgrundlagen  in  che- 
mischer Hinsicht;  e)  Kristallstruktur  als  kristallo- 
graphische  Vergleichsgrundlage,  f)  Entropie; 
g)  isomorphe  Mischkristalle;  h)  Beziehungen  zu 
anderen  Erscheinungen.     4.  Morphotropie. 

I.  Einleitung.  Jeder  Stoff  tritt  in  Ab- 
hängigkeit von  Temperatur  und  Druck  in 
verschiedenen  Formarten  auf.  Die  nähere 
Vergleichung  lehrt,  daß  es  nur  zwei  Gruppen 
mit  wesentlicher  Verschiedenheit  gibt;  ein 
Stoff  befindet  sich  entweder  im  amorphen 
(glasartig,  flüssig,  gasförmig)  oder  im  kri- 
stallisierten Zustand.  Während  Physik 
und  Chemie  als  Endziel  einen  Einblick  in 
den  molekularen  Bau  der  Stoffe  überhaupt 
anstreben,  stellt  sich  die  Kristallographie 
diese  Aufgabe  speziell  für  die  Stoffe  im  kri- 
stallisierten Zustand.  Die  Methoden  der 
Ivristallphysik  sind  jene  der  allgemeinen 
Physik;  dagegen  versagt  der  Versuch  der 
Uebertragung  der  eigentlichen  chemischen 
Methoden  auf  die  Kristallchemie  oder  che- 
mische Kristallographie.  Der  Grund  hier- 
für liegt  darin,  daß  man  sich  die  Molekular- 
hypothese, die  Grundlage  der  reinen  Chemie, 
aus  dem  Verhalten  der  Stoffe  im  gasförmigen 
Zustand  ableitet,  ohne  Rücksicht  auf  einen 
Zustand  mit  vektoriellen  Eigenschaften.  Die 
eigentlichen  molekularen  Wechselwirkungen 
treten    erst    nach    Zerstörung    des    Kristall- 


Kristallchemie 


1057 


baues  in  Erscheinung;  unsere  Kenntnis 
von  etwaigen  Reaktionen  im  kristallisierten 
Zustand  beruht  noch  auf  unsicheren  Grund- 
lagen. Direkte  Eingriffe  in  das  Molekül  im 
kristallisierten  Zustand  kommen  also  nicht 
als  Methode  der  kristallchemischen  For- 
schung in  Betracht.  Das  Untersuchungs- 
verfahren ist  vielmehr  vorwiegend  ein  ver- 
gleichendes: Vergleich  der  Kristalle  von 
Stoffen  in  Parallele  mit  der  chemi- 
schen Zusammensetzung.  Das  allge- 
meine Ergebnis  sind  drei  grundlegende  Er- 
scheinungen mit  folgendem  Inhalt: 

a)  Ein  und  derselbe  Stoff  kann  mehrere 
kristallisierte  Formen  aufweisen,  welche  in 
der  Gesamtheit  der  skalaren  und  vektoriellen 
Eigenschaften  vollständig  verschieden  sind. 

b)  Verschiedene  Stoffe  können  große 
Aehnlichkeit  der  Kjristallform  besitzen,  welche 
dann  parallel  mit  einer  gewissen  chemischen 
Aehnlichkeit  dieser  Stoffe  geht. 

c)  Bei  der  Kristallbildung  können  unter 
Umständen  zwei  Stoffe  eine  gegenseitige 
Beeinflussung  auch  im  kristallisierten  Zu- 
stand erkennen  lassen  (Mischkristalle,  sog. 
feste  Lösungen,  regelmäßige  Verwachsungen). 

Auf  Grund  einer  systematischen  Zu- 
sammenfassung dieser  Erscheinungen  an 
Stoffen  im  kristallisierten  Zustand  teilt  man 
das  Gebiet  der  chemischen  Kristallographie 
gewöhnlich  in  drei  Abschnitte ;  diese  werden 
unterschieden  als  Polymorphie,  Is  o  - 
morphie  und  Morphotropie. 

2.  Polymorphie.  2a)  Historisches.  Die 
Beziehungen  zwischen  den  beiden  Mineralien 
Calcit  und  Aragonit  stellten  zu  Anfang 
des  19.  Jahrhunderts  ein  viel  erörtertes, 
aber  nur  mangelhaft  zu  deutendes  Problem 
der  Kristallographie  dar.  Beide  Mineralien 
haben  dieselbe  chemische  Zusammensetzung 
(kohlensaurer  Kalk,  CO^Ca),  sind  aber  in 
physikalisch  -  kristallographischer     Hinsicht 


zusagen   imstande   sein,    dem   kohlensauren 
Kalk  seine  Form  aufzuzwingen. 

Da  erhielt  im  Jahre  1821  E.  Mitscher- 
lich  einen  künsthch  herstellbaren  Stoff,  das 
Mononatriumphosphat  POiNaHa-HgO 
bei  der  Ivristallisation  aus  Wasser  in  zwei 
ganz  verschiedenen  Kristallarten.  Ferner 
erhielt  er  bald  darauf  den  Schwefel  aus  dem 
Schmelzfluß  in  monokhnen  Kristallen, 
während  die  Auflösung  in  Schwefelkohlen- 
stoff die  gewöhnliche  rhombische  Form 
liefert. 

Mitscherlich  erkannte  als  Inhalt  dieser 
Beobachtungen  eine  wirkliche  Gesetzmäßig- 
keit hinsichtlich  der  Kj'istaUisation  eines 
Stoffes  und  nannte  die  Erscheinung  Di- 
morphie. Später  fand  man  Beispiele  von 
Stoffen  mit  vier  und  noch  mehr  verschie- 
denen Kristallarten,  so  daß  die  erweiterte 
Bezeichnung  Polymorphie  eingeführt 
wurde. 

2b)  Begriff  des  Polymorphismus. 
Die  verschiedenen  Kristallarten,  in  welchen 
man  viele  Stoffe  erbalten  kann,  bezeichnet 
man  häufig  als  Modifikationen.  Der 
Verschiedenheit  zweier  Modifikationen  eines 
Stoffes  besteht  nicht  nur  in  der  vollständig 
verschiedenen  Kristallform,  sondern  bezieht 
sich  auf  alle  physikaMschen  Eigenschaften, 
z.  B.  Dichte,  Schmelzpunkt,  Löslichkeit, 
spezifische  Wärme.  Über  die  letzte  Ursache 
der  Erscheinung,  welche  natürlich  in  be- 
stimmten Vorstellungen  über  den  mole- 
kularen Bau  zweier  Modifikationen  zum 
Ausdruck  käme,  liefert  die  experimentelle 
Untersuchung  zwar  nicht  ein  positives  Er- 
gebnis, wie  etwa  für  die  molekulare  Be- 
schaffenheit eines  Stoffes  im  gasförmigen 
Zustand  oder  in  Lösung;  doch  bestehen,  wie 
sich  weiter  unten  näher  zeigen  wird,  be- 
deutende Analogien  im  wechselseitigen  Ver- 
hältnis zweier  Modifikationen  einerseits  und 


völlig  verschieden;  dem  Aragonit  fehlt  nicht  im  Verhältnis  einer  Kristallart  überhaupt 
nur  die  ausgezeichnete  Spaltbarkeit  des  zur  Schmelze  des  betreffenden  Stoffes. 
Calcit;  auch  die  Kristallformen  beider  Mine-  Schmelze  und  Kristall  eines  Stoffes  unter- 
ralien  lassen  sich  auf  keine  Weise  in  einfache  scheiden  sich  aber  hauptsächlich  durch  die 
Beziehung  zueinander  bringen.  Die  nächst-  \  physikalischen  Eigenschaften ;  eine  mole- 
liegende Schlußfolgerung  wäre  gewesen,  daß   kulare  Verschiedenheit  im  chemischen  Sinne 


hier  ein  und  derselbe  chemische  Stoff  in 
zwei  ganz  verschiedenen  Ivristallarten  vor- 
liege. Dem  widersprach  aber  R.  J.  Hauy, 
welcher  damals  die  lü-istallographie  be- 
herrschte. Er  erkannte  die  Bedeutung  der 
Ki'istallform  eines  Stoffes  für  dessen  Identi- 
fizierung; als  Folge  davon  entstand  die  An- 
schauung, daß  kein  Stoff  mehr  als  eine 
Kristallform  besitze.  Für  den  selteneren 
Aragonit  mußte  also  eine  Erklärung  gesucht 


tritt  nach  außen  hin  nicht  in  Erscheinung. 
Darum  gelten  Schmelze  und  Kiüstall  nur  als 
physikalisch  verschiedene  Zustände  oder 
Phasen  desselben  Stoffes.  Verschiedene 
kristaUisierte  Modifikationen  dieses  Stoffes 
weisen  gegenüber  der  Schmelze  immer  (?)  das 
gleiche  Verhältnis  auf  (Identität  der  Schmel- 
zen verschiedener  Modifikationen);  man  be- 
zeichnet darum  diese  verschiedenen  kristaUi- 
sierten  Formarten  einfach  als  verschiedene 


werden.    Diese  wurde  in  einem  kleinen  Ge- '  kristallisierte    Zustände    oder    Phasen    des- 
halt  an  Strontium  gesucht,  welcher  mehrfach  <  selben  Stoffes. 

im  Ai'agonit  nachgewiesen  wurde;  Strontium-         Außerdem  häuft  sich  die  Zahl  der  Stoffe 
karbonat   (als    Strontianit   rhombisch,   ahn-  mit  mehreren  Modifikationen  um  so  mehr, 
lieh  wie  Aragonit,  kristallisierend)  sollte  so-  je  mehr  Stoffe  man  untersucht  und  je  ver- 
Handwörterbuch der  Naturwissenschaften.    Band  V.  67 


1U58 


Kristallchemie 


schiedenartigeren  physikalischen  Beding- 
ungen man  sie  unterwirft.  Auch  die  so- 
genannten flüssigen  Kristalle  mancher  Stoffe 
stellen  verschiedenartige  kristallisierte  Mo- 
difikationen dar.  Die  Polymorphie  muß 
also  als  allgemeine  Erscheinung  der  Stoffe 
gelten. 

Auf  Grund  der  beiden  geschilderten  Tat- 
sachen, Gleichwertigkeit  verschiedener  Mo- 
difikationen hinsichtlich  ihres  Verhältnisses 
zur  Schmelze  und  allgemeine  Verbreitung, 
wollen  wir  den  Inhalt  der  Polymorphie  in 
folgender  Weise  umschreiben:  Polymorphie 
ist  die  Eigenschaft  der  Stoffe,  in 
verschiedenen  kristallisierten  Zu- 
ständen oder  Phasen  auftreten  zu 
können. 

Man  hat  natürlich  versucht,  näher  in  das 
Wesen  der  Verschiedenheit  zweier  Modi- 
fikationen einzudringen.  Diese  Frage  ist 
ein  spezieller  Bestandteil  der  allgemeineren 
Frage  nach  den  Verschiedenheiten  eines 
Kristalles  gegenüber  seiner  Schmelze.  So- 
lange die  Antwort  auf  letztere  Hypothetisches 
enthielt,  wird  dies  auch  bei  der  ersteren 
der  Fall  sein.  0.  Lehmann  (Zeitschr.  f. 
Kristallographie  1877,  i)  deutet  mit  der 
Bezeichnung  ,, physikalische  Isomerie" 
auf  die  Möglichkeit  der  Anordnung  eines 
und  desselben  chemischen  Moleküles  nach 
verschiedenen  Raumgittern  hin.  Neuere 
Deutungsversuche  gehen  von  der  Asso- 
ziation der  Flüssigkeiten  aus.  Assoziierte 
Flüssigkeiten  enthalten  mehrere  Molekül- 
arten in  bestimmtem  Gleichgewicht,  welches 
sich  mit  den  äußeren  Bedingungen  des 
Druckes  und  der  Temperatur  verschiebt. 
Verschiedene  Gleichgewichtsstufen  zwischen 
diesen  Molekülarten,  in  Verbindung  mit 
gesetzmäßiger  Anordnung,  wie  es  das  Wesen 
des  kristallisierten  Zustandes  erfordert,  sollen 
nach  A.  Smits  (Zeitschr.  f.  physik.  Chemie 
1911,  76,  421)  in  den  verschiedenen  Modi- 
fikationen vorliegen.  Nach  G.  Tamann 
(Zeitschr.  f.  physik.  Chemie  1913,  82,  172) 
können  diese  Molekülarten  auch  getrennt 
auskristallisieren  und  so  Anlaß  zur  Bildung 
polymorpher  Modifikationen  geben;  jede 
Moiekülart  kann  aber  auch  noch  der  An- 
ordnung nach  verschiedenen  Raumgittern 
unterliegen. 

Bereits  0.  Lehmann  wies  darauf  hin, 
daß  die  letzte  Ursache  der  verschiedenen 
Formarten  eines  Stoffes  schließlich  doch  in 
einer  chemischen  Verschiedenheit  zu  suchen 
sei.  Dieser  mit  unserer  obigen  Definition 
nicht  übereinstimmenden  Auffassung  schließt 
sich  G.  Linck  an.  Danach  könnte  man 
allerdings  eigentlich  nicht  mehr  von  poly- 
morphen Modifikationen  eines  Stoffes 
sprechen;  die  einzelnen  Modifikationen 
hätten  nur  noch  die  gleiche  stöchio- 
metrische    Zusammensetzung,    wären    aber 


in  Bezug  auf  Größe  oder  Bauweise  des 
Moleküls  verschieden  und  also  eigentlich 
jede  für  sich  als  Stoff  im  chemischen  Sinne 
zu  bezeichnen.  Die  polymorphen  Körper 
können  nach  G.  Linck  entweder  im  Ver- 
hältnis der  Polymerie  oder  der  Meta- 
mer! e  (Isomerie)  stehen.  Diese  Auffassung 
trifft  mit  großer  Wahrscheinlichkeit  für  eine 
Anzahl  von  Stoffen  aus  dem  Mineralreich 
zu,  welche  man  früher  ohne  w^eiteres  als 
polymorphe  Modifikationen  bezeichnete.  So 
stehen  nach  G.  Linck  die  drei  Mineralien 
Anatas,  Brookit  und  Rutil  mit  der  gleichen 
empirischen  Zusammensetzung  TiOg  zuein- 
ander im  Verhältnis  der  Metamerie.  Von 
den  drei  Minerahen  Andalusit,  Disthen, 
Sillimanit  mit  der  Zusammensetzung  Si05Al2 
gelten  die  beiden  ersteren  unter  sich  als 
metamer,  während  das  letztere  polymer  ist. 
In  manchen  Fällen  deutete  auf  gewisse 
Unterschiede  in  chemischer  Hinsicht  eine 
Verschiedenheit  bestimmter  Reak- 
tionen. So  kann  man  den  Kohlenstoff  in 
der  Form  von  Graphit  mit  chlorsaurem  Kali 
und  Salpetersäure  zu  sogenannter  Graphit- 
säure oxydieren,  nicht  dagegen  in  der  Form 
von  Diamant.  Der  kohlensaure  Kalk  (COaCa) 
in  der  Form  von  Aragonit  färbt  sich  nach 
W.  Meigen  mit  Kobaltnitratlösung  violett, 
was  beim  Calcit  nicht  der  Fall  ist. 

Der  Polymorphismus  der  Elemente,  dessen 
große  Häufigkeit  auch  die  Gruppe  Phosphor, 
Arsen,  Antimon  und  Wismut  erkennen  läßt, 
wurde  als  Allotropie  bezeichnet,  welcher 
Ausdruck  jedoch  als  überflüssig  wieder  außer 
Gebrauch  kam. 

2c)  Existenzbedingungen  der  Mo- 
difikationen. In  Analogie  mit  der  Um- 
w^andlung  Kristall- Schmelze  (Erstarren  und 
Schmelzen)  ist  auch  im  allgemeinen  eine 
direkte  Umwandlung  einer  kristalli- 
sierten Modifikation  in  eine  andere 
möglieh,  ohne  Vermittelung  der  Schmelzung. 
Unter  der  Bedingung  des  gewöhnlichen  at- 
mosphärischen Druckes  unterscheidet  man 
hinsichthch  der  gegenseitigen  Umwandlungs- 
fähigkeit  zwei  verschiedene  Fälle.  Modi- 
fikationen vom  Verhalten  des  rhombisclien 
und  monoklinen  Schwefels  sind  enantio- 
trop.  Erhitzt  man  .den  gewöhnlichen 
rhombischen  Schwefel  unter  gleichzeitiger 
mikroskopischer  Beobachtung  (siehe  S.  1064) 
langsam,  dann  geht  er  bei  der  ganz  bestimm- 
ten Temperatur  von  95,6°  in  die  monokline 
Form  über,  vorausgesetzt  daß  keine  Ver- 
zögerung die  wahren  Vorgänge  verdeckt. 
Dieser  monokline  Schwefel  existiert  dann 
von  95,6"  bis  zu  seinem  Schmelzpunkt  119,5". 
Geht  man  umgekehrt  von  höheren  Tem- 
peraturen zu  tieferen,  dann  erfolgt  die  um- 
gekehrte Umwandlung  monoklin  ->  rhom- 
bisch wieder  genau  bei  95,6".  Der  Umwand- 
lungsvorgang ist  also  reversibel  und  an  eine 


Kristallcliemie 


1059 


ganz  bestimmte  Temperatur,  die  Um- 
wandlungstemperatur (für  den  gewöhn- 
lichen atmosphärischen  Druck),  gebunden. 
Im  Falle  der  Enantiotropie  kann  man  also 
zwei  Modifikationen  ohne  Vermittelung  des 
gelösten  oder  flüssigen  Zustandes  bei  dieser 
bestimmten  Temperatur  ineinander  über- 
führen. Jeder  Fbrmart  kommt  ein  bestimm- 
tes, durch  eine  untere  und  eine  obere  Tem- 
peratur begrenztes  Existenzgebiet  zu. 

Für  den  zweiten  Fall  stellen  die  beiden 
Modifikationen  des  Benzophenons  ein  leicht 
zu  beobachtendes  Beispiel  dar.  Kühlt  man 
dessen  Schmelze  unter  Vermeidung  jeder 
Verzögerungserscheinung  (Reiben,  Zusatz  von 
Kristallsplittern)  ab,  so  erhält  man  beim 
Schmelzpunkt  die  gewöhnliche,  gut  kristalli- 
sierende Form.  Erfolgt  jedoch  die  x\bkühlung 
vorsichtig  und  unter  Ausschluß  jeglicher 
Spur  der  gewöhnlichen  Form,  dann  tritt 
leicht  Unterkühlung  auf.  Aus  der  unter- 
kühlten Schmelze  kann  spontan  eine  zweite 
Modifikation  auskristallisieren,  welche  dann 
nach  kürzerer  oder  längerer  Zeit,  rascher  bei 
mechanischen  Eingriffen  (Reiben  mit  einem 
Glasstab),  in  die  gewöhnhche  Form  über- 
geht. Auch  ist  der  Vorgang  an  keine  be- 
stimmte Temperatur  gebunden.  Es  gelingt 
nicht,  umgekehrt  die  gewöhnliche  Form 
direkt,  ohne  Lösung  oder  Schmelzung,  in 
die  zweite  überzuführen.  Modifikationen 
dieser  Art  stehen  im  Verhältnis  der  Mono- 
tropie.  Dabei  hat  nur  die  gewöhnliche 
Modifikation  ein  eigentliches  Existenzgebiet; 
die  andere  dagegen  tritt  nur  gelegentlich 
unter  Beachtung  bestimmter  Vorsichtsmaß- 
regeln auf  und  ist  immer  bestrebt,  in  die 
eigentlich  beständige  Form  überzugehen; 
letztere  ist  darum  auch  umgekehrt  niemals 
imstande,  direkt  in  die  erstere  sich  umzu- 
wandeln; die  Umwandlung  ist  nur  einseitig, 
nicht  umkehrbar.  Unterhalb  des  eigentlichen 
Schmelzpunktes  kann  also  eine  kristalli- 
sierte Modifikation  auftreten,  welche  ge- 
wissermaßen in  einem  labilen  Gleichgewichts- 
zustand sich  befindet.  Von  zwei  monotropen 
Modifikationen  ist  die  eine  als  labile  zu 
bezeichnen;  die  besitzt  die  Tendenz,  bei 
beliebiger  Temperatur  in  die  stabile  Form 
überzugehen. 

Auch  zur  weiteren  Charakterisierung 
der  Existenzfähigkeit  enantiotroper  Modifi- 
kationen unterscheidet  man  zweckmäßig 
zwischen  einem  labilen  und  einem  stabilen 
Gleichgewichtszustand.  Wie  man  eine 
Schmelze  unter  den  Erstarrungspunkt  ab- 
kühlen kann  ohne  Eintritt  der  Kristalli- 
sation, so  ist  auch  eine  Unterkühlung 
bei  einer  polymorphen  Umwandlung  möglich. 
Die  höher  liegende  Modifikation  kann  auch 
außerhalb  ihres  eigentlichen  Temperatur- 
bereiches in  einem  labilen  Zustand  weiter- 
existieren,  natürlich   mit  der    Tendenz,    in 


die  für  die  entsprechenden  Bedingungen 
stabile  Form  überzugehen.  Enantiotrope 
Modifikation  sind  also  stabil  innerhalb  ihres 
Temperaturgebietes,  können  aber  als  labile 
Formen  noch  außerhalb  desselben  bestehen. 

Die  Existenzbedingungen  labiler  Modi- 
fikationen weisen  große  Analogien  mit 
anderen  labilen  Gleichgewichtszuständen  auf 
(unterkühlte  Schmelzen,  übersättigte  Lö- 
sungen). Li  ihrem  Auftreten  und  ihrer 
Bildung  überhaupt  äußert  sich  eine  allge- 
meine Gesetzmäßigkeit,  wenn  ein  Stoff  einen 
bestimmten  Zustand  verläßt;  es  besteht  die 
Tendenz,  von  den  nun  möglichen  Zuständen 
jenen  einzunehmen,  welcher  die  geringste 
Energieverschiedenheit  gegenüber  dem  ur- 
sprünglichen Zustand  aufweist.  Insbesondere 
monotrope  Modifikationen  besitzen  gegenüber 
einer  stabilen  Form  immer  den  größeren 
Energiegehalt,  was  ihre  Bildung  aus  dem 
unterkühlten  Schmelzfluß  oder  aus  über- 
sättigten Lösungen  begünstigt.  Bei  vielen 
Stoffen  entsteht  sogar  in  der  Regel  bei  Be- 
achtung der  nötigen  Vorsichtsmaßregeln 
zuerst  die  labile  Form. 

Die  Beständigkeit  labiler  Modifikati- 
onen schwankt  innerhalb  weiter  Grenzen. 
Zunächst  begünstigt  die  größere  Starrheit 
des  kristalUsierten  Zustandes  Verzögerungen 
in  der  Umwandlung,  so  daß  allgemein  l3e! 
Kristallen  labile  Zustände  eine  größere 
relative  Beständigkeit  erreichen.  Bei  enan- 
tiotropen  Formen  ist  zwar  meist  eine  Unter- 
kühlung unter  einen  Umwandlungspunkt  zu 
erreichen;  doch  ist  die  Beständigkeit  der 
nun  im  labilen  Zustand  sich  befindenden 
Modifikation  nicht  sehr  bedeutend,  so  daß 
leicht  Umwandlung  eintritt.  Beispiele  für 
eine  extrem  große  Beständigkeit  enantio- 
troper Modifikationen  außerhalb  ihres  eigent- 
lichen Existenzgebietes  treten  nicht  be- 
sonders hervor.  Bei  monotropen  Formen 
zeigen  sich  Unterschiede  in  der  Stabilität 
labiler  Zustände  deutlicher.  Bei  manchen 
Stoffen  hält  sich  ein  labiler  Zustand  nur 
kurze  Zeit  (z.  B.  gewöhnlich  bei  der  labilen 
Form  von  p-Chloracetanihd) ;  bei  anderen 
kann  man  unter  geeigneten  Bedingungen 
die  labile  Form  über  einige  Stunden  erhalten 
(Benzophenon).  In  anderen  Fällen  scheint 
die  labile  Form  unbegrenzte  Zeit  zu  existieren 
(z.  B.  Ai'agonit,  die  labile  Form  des  kohlen- 
sauren Kalkes).  Es  kann  ein  scheinbar 
stabiles  Gleichgewicht  auftreten,  eine  Er- 
scheinung, welche  man  mit  der  Bezeichnung 
metastabil  besonders  hervorhebt. 

Um  die  Bildung  der  wahren  Gleichge- 
wichte zu  fördern,  gibt  es  Hilfsmittel,  ganz 
analog  denjenigen,  welche  man  auch  zur 
Aufhebung  der  analogen  Erscheinung  der 
Uebersättigung  benützt,  nämlich  Gegenwart 
einer  geringen  Menge  der  stabilen  Form. 
Die  Wirkungsweise  einer  solchen  „Impfung" 

67* 


1060 


Kristallchemie 


mit  einem  Ki-istallsplitter  zeigt  sich  gut  am 
Verhalten  des  Benzophenons:  bringt  man 
zur  einmal  erhaltenen  labilen  Form  nur  eine 
Spur  der  gewöhnlichen  Modifikation,  dann 
tritt  sofort  Umwandlung  in  die  stabile  Form 
ein.  Bei  anderen  Stollen  ist  die  Wirkung 
eines  Keimes  nicht  merklich;  z.  B.  verharrt 
die  Aragonitform  des  kohlensauren  Kalkes 
in  ihrem  metastabilen  Zustand  auch  bei 
Gegenwart  von  Calcit.  Ein  anderes  Hilfs- 
mittel zur  Einleitung  einer  verzögerten  Um- 
wandlung ist  ein  mechanischer  Eingriff 
(Reiben  oder  Kjatzen  des  labilen  Ivi-istalles), 
wobei  offenbar  leichter  Keime  der  stabilen 
Form  entstehen.  Auch  die  Gegenwart  einer 
geringen  Menge  eines  Lösungsmittels  be- 
schleunigt eine  Umwandlung;  es  entsteht 
hierbei  offenbar  zuerst  eine  gesättigte  Lösung, 
welche  Keime  der  stabilen  Form  ausscheidet. 
Ein  weiteres  Hilfsmittel  ist  die  Zufuhr  von 
W.ärme  (Temperatursteigerung);  bei  höheren 
Temperaturen  gelingt  auch  die  Umwandlung 
des  Aragonit  in  Calcit  mit  merklicher  Ge- 
schwindigkeit. Die  Umwandlung  ist  bei 
tieferen  Temperaturen  stärker  verzögert; 
bei  enantiotropen  Formen  hängt  diese 
Verzögerung  von  der  Entfernung  vom 
Umwandlungspunkt  ab  (Analogie  mit 
dem  Kj-istallisationsvermögen  unterkühlter 
Schmelzen). 

Umgekehrt  enthalten  die  eben  gemachten 
Darlegungen  auch  die  nötigen  Bedingungen 
zur  Reahsierung  von  Modifikation  im  meta- 
stabilen Zustand:  Ausschluß  einer  jeglichen 
Spur  der  stabilen  Form,  Vermeidung  me- 
chanischer Eingriffe,  rasclie  Abkühlung  der 
einmal  erhaltenen  Kristalle,  Ausschluß  von 
Lösungsmitteln. 

2d)  Zustandsdiagramm  der  kristalli- 
sierten Phasen  eines  Stoffes.  Die  Analogie 
einer  polymorphen  Urawandhing  mit  den  "Vor- 
gängen des  Kristallisierens  und  Schmelzens  setzt 
sich  noch  weiter  fort;  die  Temperatur  einer  poly- 
morphen Umwandlung  ist  ebenso  vom  Druck 
abhängig  wie  die  Schmelztemperatur.  Die  Um- 
wandhnigstemperatur  kann  diu-ch  Druckstei- 
gerung erhöht  oder  erniedrigt  werden.  Ein  ge- 
eignetes Beispiel  zur  qualitativen  Beobachtung 
bietet  das  Thalliumjodür  TU.  Dieses  Salz 
bildet  oberhalb  ca.  130"  tief  rote  kubische,  dar- 
unter grünlichgelbe  doppeltbrechende  Kristalle. 
Streicht  man  nur  mit  mäßigem  Druck  über  das 
grünliche  Pulver  in  einer  Reibschale,  so  entsteht 
in  einem  roten  Strich  die  kubische  Modifikation. 
Durcli  intensiveres  Reiben  kann  man  leicht  die 
rote  Form  in  größeren  Mengen  erhalten,  weil  die 
Rückkehr  in  die  gelbe  Form  ziemlich  langsam 
verläuft.  Es  liegt  hier  also  eine  ganz  bedeutende 
Erniedrigung  der  Umwandlungstemperatur  durch 
Druckerhöhung  vor. 

Auch  in  quantitativer  Hinsicht  wird  die  Ver- 
scliiebung  der  Umwandlung  in  Abhängigkeit  von 
der  Druckänderung  durch  eine  ganz  analoge 
Beziehung  beherrscht,  wie  die  Verschiebung  des 
Schmelzpunktes.     Es  gilt  für  die  Verschiebung 


der     ürawandlungstemperatur,      dt,     mit     der 
Druckänderung  dp  die  Formel 

dt       T.(v'— v) 


dp 
Dabei  bedeutet: 


Q 


T  die   Umwandlungstemperatur  (absolut  ge- 
messen) ; 
v'   das   spez.    Volumen   der  höher  liegenden 

Modifikation ; 
V  das  spez.  Volumen  der  tiefer  liegenden  Form. 
Q  Umwandlungswärme. 

Sinn  und  Größe  der  Temperaturänderimg  in 
Abhängigkeit  vom  Druck  sind  also  hauptsächlich 
durch  v'— V  und  durch  Q  bedingt.  Aus  der  Glei- 
chimg  ergibt  sich  zunächst  das  Vorzeichen  der 
Temperaturverschiebung.  Dieses  ist  positiv 
(Erhöhung  der  Umwandlungstemperatur  durch 
Drucksteigerung),  wenn  v'>v,  d.  h.  wenn  die  bei 
höherer  Temperatur  existierende  Modifikation 
die  geringere  Dichte  hat.  Wenn  v'  <  v,  wird 
das  Vorzeichen  negativ;  bei  erhöhtem  Druck 
wird  also  die  Umwandlungstemperatur  erniedrigt, 
wenn  die  höher  liegende  Modifikation  die  größere 
Dichte  hat. 

Die  Größe  der  Verschiebung  selbst  ist  um  so 
bedeutender,  je  größer  die  Differenz  v' — v  ist, 
je  mehr  sich  "also  die  beiden  Modifikationen  in 
ihrer  Dichte  unterscheiden.  Jedoch  macht  sich 
gleichzeitig  der  Einfluß  von  Q  geltend.  Diese 
Größe  besitzt  im  allgemeinen  bei  polymorphen 
Umwandlungen  niedrigere  Werte  als  bei  dem 
analogen  Vorgang  des  Schmelzens.  Es  ergibt 
sich  also  vielfach  eine  bedeutendere  Verschiebimg 
einer  Umwandlimgstemperatur  mit  dem  Druck 
gegenüber  der  geringeren  Aenderung  eines 
Schmelzpunktes. 

Die  verschiedenen  Umwandlungstemperaturen 
t  zweier  :\Iodifikationen  bei  wechselndem  Druck 
p  kann  man  übersichtlich  diagrammatisch  dar- 
stellen (Fig.  1,  2  und  3).  Die  verschiedenen 
Umwandlungstemperaturen  für  verschiedene 
Drucke  setzen  eine  Umwandlungskurve  zu- 
sammen. Durch  eine  solche  Kurve  wird  das 
Existenzgebiet  der  Modifikationen  in  Abhängig- 
keit von  p  und  t  abgegrenzt.  Zur  Erläuterung 
dienen  folgende  Beispiele: 

1.  Schwefel.  Aus  dem  Werte  für  Dichte, 
s  (rhomb.)  =  2,037  und  s'  (monokl.)  =  1,958 
bei  gewöhnlichen  Druck-  und  Temperaturver- 
hältnissen ergibt  sich  ein  positives  Vorzeichen 
füi-  v'— V.  Also  wird  die  Umwandlungstempe- 
ratur des  Schwefels  durch  Drucksteigerung  er- 
höht; ferner  ist  Q  =  2,52  g-Kal.  G.  Tamann 
bestimmte  für  die  verscliiedenen  Drucke  p  die 
Umwandlungstemperaturen  t : 


P 

1^3  kg 
391  kg 
638  kg 


t 
101,1" 
110,1" 
120,0" 


P 

873  kg 
1108  kg 
1350  kg 


t 
129,9" 
140,1" 
150,1" 


Die  Ergebnisse  (Fig.  1)  führen  zu  folgender 
graphischer  Darstellung : 

(Fig.  1  siehe  nebenstehend  oben) 

2.  Jodsilber.  Die  Werte  für  s  (hexa- 
gonal)  =  5,669  (bei  gew.  Temperatur)  und 
s'  (kubisch)  =  5,771  (bei  145")  ergeben  ein 
negatives  Vorzeichen  für  die  Differenz  v' — v.  Also 
wird    die    Umwandlungstemperatur   (hexagonal- 


Kristallchemie 


1061 


1000 


Fig.     1. 


Umwandlungskurve 
Nach  G.  Tamann. 


2000        p(kg) 
des     Schwefels. 


kubisch)      durch     Drucksteigerung     erniedrigt; 
0  =  6,8  g-Kal.   ca.      Tamann  erhielt  für  ver- 
folgende    Umwandlungs- 


schiedenen    Druck 
temperaturen : 


P 


P 

I  kg 
34°  kg 
700  kg 


144» 

138,80 
133,8° 


P 

1641  kg 
2338  kg 
2948  kg 


t 
120,2' 
110,5' 
100,3' 


Dies  ergibt  (Fig.  2)  folgendes  p,t-Diagramm: 


Umwandlungskurve  des  Jodsilbers.  Nach 
G.  Tamann. 


3.  Ammoniumnitrat.  Von  den  vier enantio- 
tropen  Formen  des  salpetersauren  Ammoniaks 
bezeichnen  wir  die  höchstliegende  als  «-Mo- 
difikation usw.,  so  daß  schließlich  die  bei  ge- 
wöhnlicher Temperatur  existierende  zur  ^- 
Modifikation  wird.  Bei  den  Umwandlungs- 
punkten ist  s((5)  >  s(y);  5(7)  <  s{ß).  Die  Um- 
wandlungstemperatur d:^y  wird  also  durch 
Druck  erhöht,  jene  für  y^ß  erniedrigt.  G. 
Tamann  erhielt  für  die  beiden  Umwandlungen 


261  kg 

691  kg 

821 (930)  kg 


7 
t 

7  «e 
P 

-  i^ 
t 

32,4° 
40,4° 
55,1 
60,12"  (64,2) 

I  kg 
206  kg 
664  kg 
(930  kg 

82,8*» 
80,2" 
70,21 
04,2"] 

Das  Temperaturgebiet  von  7  wird  also  mit 
steigendem  Druck  (Fig.  3)  immer  kleiner;  bei 
800  kg  Druck  z.  B.  betnägt  es  nur  noch  wenige 
Grade. 

Schließlich  schneiden  sich  die  beiden  Um- 
wandlungskurven d  :^  7  und  7  :^  (3  in  einem 
Punkt  (Tripelpunkt  bei  den  interpolierten  Werten 
p  =  930  kg,  t  =  64,2 ")  und  nun  läßt  sich  direkt 
noch  die  Umwandlungskurve  ä  :^  ß  weiter  ver- 
folgen (Fig.' 8). 


90' 
80= 
70' 
60' 
50' 
40' 
30° 

Fig.    3. 


y^ 

\      ß 

y^ 

y       / 

y 

/ 

/ 

s 

/ 

1000 


2000 


p(kg) 


Umwandlung  des  Ammoniumnitrates. 
Nach  G.  Tamann. 


Bei  monotropen  Formen  macht  sich  eine 
Drucksteigerung  oft  im  Sinne  einer  Erhöhung 
der  Stabilität  geltend.  Unter  größerem  Druck 
konnten  insbesondere  vielfach  neue  monotrope 
Formen  realisiert  werden,  z.  B.  beim  Eis  und 
beim  Phenol. 

2e)  Vergleich  physikalischer  Eigen- 
schaften von  Modifikationen.  Unter 
den  physikahschen  Eigenschaften  sind  einige 
vom  Standpunkt  der  Phasenlehre  aus  gegen- 
über anderen  besonders  hervorzuheben.  Wäh- 
rend in  der  Verschiedenheit  der  Kristallform, 
Farbe,  Dichte^)  eine  gemeinsame  Grundlage 
sich  nicht  dartut,  führt  die  Verschiedenheit 
der  Schmelzpunkte,  die  Löshchkeit,  der 
spezifischen  Wärme  zu  dem  allgemeineren 
Satz:  zwei  polymorphe  Modifikationen  eines 
Stoffes  besitzen  verschiedenen  Energiegehalt. 
Insbesondere  ist  im  Falle  der  Monotropie  die 
labile  Form  reicher  an  Energie.  Bei  enantio- 
tropen  Modifikationen  erfolgt  die  Umwand- 
lung in  die  höher  liegende  Form  nur  unter 
Energiezufnhr.  Aeußerlich  macht  sich  die 
Verschiedenheit  hauptsächlich  durch  eine 
Wärmetönung  bei  jeder  polymorphen  Um- 
wandlung geltend;  jedem  solchen  Vorgang 
entspricht  eine  bestimmte  Umwandlungs- 
wärme. Beispiele  für  Werte  derselben  siehe 
oben;  es  können  auch  kaum  meßbare 
Werte  der  Umwandlungswärme  vorkommen, 
z.  B.  beim  Kaliumbichromat. 


1)  Einige  von  G.  Linck  erläuterte  Fälle  für 
die  Dichte  siehe  Seite  1062,  ebenso  die  daraus 
gezogene  allgemeinere  Schlußfolgerung. 


1062 


Kristallcheime 


Die  folgende  Vergleichung  von  Modi- 
fikationen in  physikalischer  Hinsicht  soll 
zugleich  die  nötigen  Beispiele  für  Poly- 
morphie überhaupt  bringen,  t^  bedeutet 
in  den  Tabellen  die  Umwandlungstemperatur 
bei  gewöhnlichem  Druck;  rechts  von  t^  liegt 

ß 

Thalliumjodür  grünlichgelb 

Jodsilber  gelb  (hexagonal) 

Quecksilberjodid  rot  (tetragonal) 

Kupferjodür  gelblich  (kubisch) 

Dichte.  Die  Unterschiede  in  der  Dichte 
Beispiele  zeigen: 

COgCa  rhombisch  (Aragonit)  2,93 

Zinn  grau  5,8 

Tellursäure  monoklin  3,071 

Kohlenstoff  kubisch  (Diamant)  3,520 

SiF6(NH4)o  hexagonal  2,152 


die  Modifikation  (a)  des  höheren  Temperatur- 
bereiches. 

Farbe.  Bei  farbigen  Stoffen  ist  der 
Unterschied  in  der  Färbung  der  Modifikation 
oft  sehr  bedeutend. 


130*'  ca.  rot  (kubisch) 

144"  rot  (kubisch) 

126"  gelb  (rhombisch) 

—  lot  (doppeltbrechend) 

können  recht  verschieden  sein,  wie  folgende 


tl 

s(a) 

monotrop 
20» 

? 

monotrop 

p 

trigonal  (Calcit)  2,712 
tetragonal  (weiß)  7,286 
kubisch  3,053 
monoklin  (?)  (Graphit)  2,3 
kubisch  2,011 

Pf  Jede  polymorphe  Umwandlung  ist  dem- 
nach von  einer  mehr  oder  minder  großen 
sprungweisen  Volumenänderung  begleitet. 
Die  beiden  enantiotropen  Modifikationen  des 
Kupfersulfürs  CugS  sind  in  der  Nähe  des 
Uniwandlungspunktes  (79")  kaum  verschie- 
den in  ihrer  Dichte.  Wir  erhalten  hier  also 
den  Fall  einer  kaum  erkennbaren  Volumen- 
änderung bei  der  Umwandlung.  Ganz  wenig 
verschieden  ist  auch  die  Dichte  der  beiden 
Modifikationen  des  Uranylnatriummagnesi- 
umacetates  und  des  Isopropylaminplatin- 
chlorides. 


G.  Linck  versteht  unter  dem  Kristall- 
volumen  (KV)  den  Inhalt  einer  Pyramide, 
welche  die  drei  Koordinatenaxen  allseitig  im 
primären  Abstand  schneidet  und  findet  in 
mehreren  Fällen  bei  entsprechender  Auf- 
stellung eine  einfache  Beziehung  zweier 
Modifikationen  bezüglich  dieses  Volumens 
und  der  Dichte  D.  Die  Produkte  KV  ver- 
schiedener Modifikationen  stehen  nach  ihm 
in  einem  einfachen  rationalen  Verhältnis  zu- 
einander, wie  folgende  Beispiele  erläutern 
sollen : 


FeS, 


(  Markasit 
■\  Pyrit 


KV 

2,094 


D 

4,86 
5,10 


KV.D 

10,18 

5,10 


Verhältnis 
2  (1,996) 


SiO, 


Tridymit 
Quarz 


5,180 
0,7159 


2,30 
2,653 


7,517 
1,899 


4  (3,96) 


CaCO, 


)  Calcit 
■  ]  Aragonit 


0,7399 

0,4489 


2,713 
2,95 


2,0072 
1,324 


3  (3,032) 

2 


Das  Kristallvolumen  KV  selbst  berechnet 
sich  nach  G.  Linck  auf  einfache  Weise  aus 
den  Parametern  des  KristaUes  (z.  B.  ist  im 
rhombischen  System  KV  =  ac  (für  b  =1) 
oder  =  a.b  (für  c  =  1)  oder  KV  =  b.c  (für  I 
a  =  1). 

Kristallform.  Diese  Verschiedenheit 
bezieht  sich  natürlich  auf  alle  jene  Er- 
scheinungen, welche  das  Gebiet  der  physi- 
kalischen Kristallographie  ausmachen  (geo- 
metrische, optische,  Kohäsions-  usw.  Eigen- 
schaften). Der  Uebergang  einer  Form  in 
eine  andere  vollzieht  sich  in  der  Regel 
derart,  daß  an  Stelle  eines  homogenen 
Kristallindividuums  der  ersten  Art  ein  Aggre- 
gat kleinster  Teilchen  der  zweiten  erscheint. 
Bei  einem  durchsichtigen  wasserhellen  Kri- 
stall vollzieht  sich  die  Umwandlung  gewöhn- 


lich unter  vollständiger  Trübung.  Ueber  die 
Korngröße  der  neuen  Teilchen  und  deren 
Orientierung  gegenüber  dem  ursprünglichen 
Kristall  ist  dabei  wenig  bekannt. 

Andere  spezielle  Fälle  von  Enantiotropie 
dagegen  lassen  gewisse  kristallographische 
Beziehungen  zwischen  den  Modifikationen 
erkennen.  Die  Erscheinungen,  welche  solche 
Stoffe  gleichzeitig  darbieten,  sind  die  folgen- 
den: Die  tiefer  liegende  Modifikation  zeigt 
geringere  Symmetrie  als  die  Form  der 
höheren  Temperatur;  durch  wiederholte, 
mimetische  Zwillingsbildung  ahmt  die  erstere 
die  äußere  Form  der  letzteren  nach;  bei  der 
Umwandlung  geht  aus  dem  mimetischen 
Kristall  ein  homogenes  Individuum  der 
Form  mit  höherer  Symmetrie  hervor;  um- 
gekehrt   sind     bei    der    Umwandlung    der 


Kristallchemie 


106c 


letzteren  die  entstehenden  Zwillingslamellen 
in  bestimmter  Weise  gegenüber  der  Um- 
grenzung orientiert.  Eine  äußerliche  Be- 
gleiterscheinung einer  solchen  Umwandlung 
ist  das  Fehlen  der  Trübung;  die  ursprüng- 
liche Durchsichtigkeit  bleibt  vielmehr  er- 
halten, so  daß  man  die  Gesetzmäßigkeit 
in  der  Neuanordnung  der  Teilchen  am 
Kristall  verfolgen  kann.  Ein  Beispiel  dieser 
Art  stellt  das  Tetraäthylammoniumplatin- 
chlorid  dar  (A.  Ries,  Zeitschr.  f.  Kristallo- 
graphie 1912,  49,  541).  Die  wässerige 
Lösung  dieses  Salzes  liefert  oktaederähnliche 
Kristalle,  aufgebaut  aus  einem  komplizierten 
System  von  Zwillingslamellen  einer  doppelt- 
brechenden Modifikation.  Die  Umwandlung 
in  eine  kubische  Form  bei  95°  liefert  nun 
ein  wirkliches  Oktaeder,  woraus  umgekehrt 
wieder  die  mimetischen  Kristalle  mit  ihrem 
bestimmten  lamellaren  Aufbau  ohne  Verlust 
der  Durchsichtigkeit  hervorgehen  können. 
Ganz  ähnlich  verhalten  sich  die  beiden  Mo- 
difikationen der  entsprechenden  Bromver- 
bindung   und    der    zugehörigen    Zinnsalze. 

Die  beiden  Mineralien  Leuz't  (tj  = 
525»)  und  Borazit  (t^  =  265°)  stellen  wohl 
ebenfalls  solche  Beispiele  dar.  Die  natür- 
lichen Ivristalle  des  ersteren,  in  ihrer  äußeren 
Umgrenzung  dem  Ikositetraeder  (211)  ähn- 
lich, bestehen  aus  einem  System  gesetz- 
mäßig angeordneter  Lamellen;  die  enantio- 
trope  Umwandlung  in  die  eigentliche  kubische 
Form  erfolgt  bei  525".  Umgekehrt  sind  die 
natürhchen  Kristalle,  entsprechend  ihrer 
Entstehung  aus  dem  Schmelzfluß,  aus  einem 
wirklichen  Ikositetraeder  (211)  hervorge- 
gangen unter  gesetzmäßiger  Anordnung  der 
entstehenden    doppeltbrechenden   Lamellen. 

Tension,  Schmelzpunkt,  Löslich- 
keit. Die  Verschiedenheit  im  Energiegehalt 
zweier  Modifikationen  erhält  einen  Ausdruck 
in  einer  verschiedenen  Tension,  ähnlich  dem 
Unterschied  in  der  Dampfspannung  von  Kri- 
stall und  Schmelze.  In  Abhängigkeit  von  der 
Temperatur  t  ändert  die  Tension  p  einer 
Formart  den  Wert.  Die  Darstellung  in  einem 
Diagramm,  mit  den  t-  und  p-Werten  als 
Koordinaten,  liefert  die  Tensionskurven  von 
verschiedenen  Formarten.  Die  Kurve  für 
den  Kristall  und  jene  für  die  Schmelze 
schneiden  sich  in  einem  Punkt,  dem  Schmelz- 
punkt to  des  betreffenden  Stoffes  (Fig.  4). 
Jeder  tieferen  Temperatur  tg  entsprechen  zwei 
Werte  von  p.  Jedoch  ist  dabei  nur  ein 
Zustand  stabil;  die  graphische  Darstellung 
läßt  erkennen,  daß  die  labile  Form  für  eine 
bestimmte  Temperatur  immer  den  höheren 
p-Wert  besitzt. 

Im  Fall  der  Dimorphie  existieren  drei 
Tensionskurven  (Fig.  5  und  6);  die  Kurve 
für  die  Schmelze  I,  jene  für  die  erste  (a)  und 
für  die  zweite  Kristallart  (ß).  Jeder  Modi- 
fikation   kommt   hiernach   ein    eigener 


Schmelzpunkt  zu.  Je  nachdem  a  und  ß 
unterhalb  oder  oberhalb  I  sich  schneiden, 
sind  zwei  Fälle  zu  unterscheiden.      Fig.   5 


Fig.  4. 


J I L 


ri      to  (u) 

Fig.  6. 

gilt  für  enantiotrope  Modifikationen.  I  und 
a  schneiden  sich  im  eigenthehen  Schmelz- 
punkt to  des  Stoffes ;  der  unterhalb  I  liegende 


1064 


Kristallchemie 


Schnittpunkt  von  ß  und  a  entspricht  dem 
Umwandlungspunkt  u  der  beiden  Modifika- 
tionen. Der  Schnittpunkt  I  mit  ß  läßt  sich, 
als  im  labilen  Gebiet  liegend,  nur  unter  be- 
stimmten Vorsichtsmaßregeln  realisieren  und 
stellt  den  Schmelzpunkt  t'^  der  tiefer  liegenden 
Modifikation  dar.  t'{,  ist  niedriger  als  t^. 
Beim  Schwefel  konnteii  wegen  der  ziemlich 
langsamen  Umwandlung  alle  drei  Tem- 
peraturen ermittelt  werden.  Es  ist  u  =  95,6°, 
t'o  (rhombisch)  =  113,5°;  t^  (monoklin) 
=  119,4«. 

Figur  6  gilt  für  den  Fall  der  Monotropie. 
ß  ist  die  Kurve  der  labilen  Modifikation  und 
schneidet  a,  die  Kurve  der  stabilen  Form, 
in  einem  Punkte  oberhalb  I.  t'^,  der  Schmelz- 
punkt der  labilen  Modifikation,  liegt  immer 
tiefer  als  der  Schmelzpunkt  der  stabilen 
Kristallart.  Beim  Benzophenon  ist  t^  —  48° 
und  t'o  =  26°.  Der  Umwandlungspunkt  (u), 
ganz  im  labilen  Gebiet  gelegen,  läßt  sich 
nicht  realisieren,  "weil  man  Kristalle  nicht 
über  ihren  Schmelzpunkt  ohne  Eintritt  der 
Schmelzung  überhitzen  kann. 

Jeder  Formart  kommt  außerdem  bei 
einer  gegebenen  Temperatur  eine  bestimmte 
Löslichkeit  zu.  Die  Löslichkeitskurven 
a  und  ß  zweier  Modifikationen  im  Konzen- 
trations-Teraperaturdiagramm  (Fig.  7)  lassen 
sich  im  allgemeinen  nur  in  ihren  stabilen 
Teilen  (ausgezogen)  vollständig  experimentell 
ermitteln ;  durch  Interpolation  erhält  man  die 
labilen  (gestrichelten)  Teile;  doch  werden 
auch  solche  Gleichgewichte  vielfach  erreicht. 
Im  Falle  der  Enantiotropie  (Fig.  7)  scheiden 
sich  die  beiden  Kurven  in  einem  Punkte, 
welche  der  Umwandlungstemperatur  u  ent- 
spricht.    Bei  jeder  anderen  Temperatur  t. 


Temperat-ur 


Fig.  7. 


besitzt  der  Stoff,  entsprechend  seinen  beiden 
verschiedenen  Modifikationen,  zwei  gesättigte 
Lösungen;  nur  eine  davon  ist  stabil,  nämlich 
jene  mit  der  kleinsten  Konzentration,  welche 
mit  der  stabilen  Kristallart  im  Gleichgewicht 
ist.  Im  Falle  der  Monotropie  liegt  ß  ganz 
oberhalb  a.  Von  den  verscliiedenen  Modi- 
fikationen eines  Stoffes  besitzt  also  bei  einer 


bestimmten  Temperatur  die  stabile  Mo- 
difikation die  geringste  Löslichkeit; 
die  noch  möglichen  labilen  gesättigten  Lö- 
sungen, welche  mit  je  einer  labilen  Kristallart 
im  Gleichgewicht  sind,  besitzen  größere 
Konzentrationen. 

2f)  Kriterien  und  Untersuchungs- 
methoden. In  der  Ursache  der  Verschiedenheit 
der  Kristallform  steht  die  Polymorphie  scheinbar 
manchen  chemischen  Isomeriefällen,  z.  B.  der 
Polymerie  nahe.  Doch  tun  sich  diese  letzteren 
als  wirkliche  chemische  Erscheinungen  kund, 
hauptsächlich  durch  zwei  Eigenschaften,  nämlich 
durch  eine  meßbare  Reaktionsgeschwindigkeit 
bei  der  Umlagerung,  abhängig  von  der  Tem- 
peratur, und  durch  die  Verschiedenheit  der 
Schmelze  oder  der  Lösung  zweier  isomerer 
(polymerer)  Stoffe.  Diese  beiden  Merkmale 
eines  chemischenVorganges  bei  einer  Umwandlung 
fehlen  aber  bei  polymorphen  Modifikationen, 
ebenso  wie  bei  der  Umwandlung  Schmelze  :^ 
Kristall.  Wir  können  Verschiedenheiten  dieser 
Art  mit  dem  Ausdruck  ,,Phasenisomerie" 
bezeichnen,  um  zu  unterscheiden,  daß  nicht 
ein  gewöhnlicher  chemischer  Vorgang  bei  der 
Umwandlung  in  erster  Linie  nach  außen  in  die 
Erscheinung  tritt  und  also  auch  die  Verschieden- 
heit zweier  Modifikationen  bedingt. 

Auf  Grund  dieser  Auffassung  als  ausschließ- 
liche Phasenverschiedenheit  vermögen  wir  mit 
Rücksicht  auf  die  StabiUtätsverhältnisse  ver- 
schiedener Phasen  eines  Stoffes  ein  Kriterium 
der  Polymorphie  aufzustellen,  welches  wir  aber 
in  verschiedener  Weise  ausdrücken  können,  wie 
folgt:  Zwei  polymorphe  Formarten  sind  niemals 
gleichzeitig  in  Berührung  miteinander  bei 
derselben  beliebigen  Temperatur  absolut  stabil; 
die  eine  Form  verschwindet  vollständig,  ohne 
Mitwirkung  eines  Lösungsmittels.  Der  Wert 
dieses  Kennzeichens  wird  durch  metastabile 
Zustände  (Umwandlungsverzögerungen)  manch- 
mal beeinträchtigt.  Oder:  zwei  polymorphe 
Formarten  liefern  identische  Schmelzen  oder 
Lösungen.  F;xperimentell  läßt  sich  die  Identität 
der  Schmelzen  dadurch  zeigen,  daß  Zusatz  einer 
zweiten  Formart  den  Kristalhsationspunkt  einer 
Schmelze  nicht  verändert. 

Die  gewöhnlichen  ^Methoden  zur  Erkennung 
von  Polymorphie  bestehen  in  dem  Nachweis 
einer  Umwandlung  durch  Beobachtung  der 
Aenderung  einer  physikalischen  Eigenschaft;  die 
Hilfsmittel  zur  Vermeidung  von  Verzögerungen 
kommen  dabei  unter  Umständen  in  Anwendung; 
Durch  Ausdehnung  auf  ein  möglichst  großes 
Druck-  und  Temperaturgebiet  wird  ein  Stoff 
systematisch  auf  Polymorphie  hin  untersucht. 
Zur  Verfolgung  polymorpher  Umwandlung  sind 
folgende  Verfahren  vorwiegend  benutzt  worden: 

Optische  Methode.  Sie  beruht  auf  der 
sprungweisen  Aenderung  der  Doppelbrechung, 
manchmal  auch  schon  der  Farbe  bei  der  Um- 
wandlung. Man  verbindet  also  das  Polarisations- 
mikroskop mit  einer  Heizvorrichtung  und  be- 
obachtet dünne  Kristallschichten  bei  stetig  sich 
ändernder  Temperatur.  Ausgehend  von  einer 
Schmelze  erhält  man  dabei  besonders  leicht 
monotrope  Modifikationen. 

Volu metrische  Methode.  Man  verfolgt 
mit  Hilfe  eines  Dilatometers  die  Volumen- 
änderung in  Abhängigkeit  von  der  Temperatur. 


Ki'istallchemie 


1065 


Die  Ausdehnimgskurve  (Fig.  8)  zeigt  eine  Un-    der  Umwandlung  durch  eines  der  anderen  Ver- 
fahren zu  ersetzen  sein. 

Löslichkeitskurve.  Im  Falle  einer  enantio- 
tropen  Umwandlung  weist  die  Löslichkeits- 
kurve im  Umwandlungspunkt  einen  Knick  auf 
(Fig.  7). 

2g)  Anhang:  Polysymmetrie.  Es  gibt 
eine  Anzahl  von  Stoffen  mit  folgenden  kri- 
stallographischen  Eigentümlichkeiten :  In  Ab- 
hängigkeit von  der  Temperatur  treten  zwei 
Formarten  auf  mit  ganz  ähnlichen  Flächen 
und  Winkeln,  nur  verschieden  in  der  Zu- 
gehörigkeit zum  Kristallsystem;  häufig  ist 
die  höher  liegende  Form  trigonal  (oder 
hexagonal),  die  andere  dann  pseudotrigonal 
(bezw.  pseudohexagonal).  In  der  pseudo- 
symmetrischen Form  besteht  große  Neigung 
zur  Zwillingslamellierung,  wodurch  die  An- 
näherung an  die  zweite  Form  noch  größer 
wird.  Der  Grad  der  Verzwillingung  nimmt 
mit  der  Temperatur  zu,  so  daß  ein  allmäh- 
licher Uebergang  zur  höher  symmetrischen 
Form  durch  submikroskopische  Lamellierung 
denkbar  ist.  Der  physikalische  Zustand 
des  Moleküles  wäre  also  bei  beiden  Formen 
der  gleiche. 

Beispiele  dieser  Art  sind  ein  saures 
Ammoniumsulfat    (S04).j(NH4)3H    und    der 


Temperarur 


Fiff. 


u- 


ZeiMnMinuren 


Fig.  9. 


Thermische  Methode.  Die  Abkühlungs- 
geschwindigkeit einer  Substanz  weist  bei  einer 
eintretenden  Umwandlung  eine  Unstetigkeit  auf, 
infolge  der  freiwerdenden  Umwandlungswärme; 
Figur  9  zeigt  schematisch  die  sogenannte  Zeit- 
abkühlungskurve für  eine  enantiotrope  Umwand- 
lung bei  tj. 

Elektrische  Methode.  Auch  die  Aenderung 
der  Leitfähigkeit  in  Abhängigkeit  von  der  Tem- 
peratur hat  man  zum  Nachweis  von  Polymorphie 
benutzt. 

Jede  der  genannten  Methoden  kann  natürlich 
versagen,  wenn  die  sprungweise  Aenderung  der 
benutzten  Eigenschaft  geringer  ist,  als  der 
Fehlergrenze  der  Beobachtung  entspricht.  Bei 
Kaliumbichromat  wird  z.  B.  die  thermische 
Methode  wegen  der  geringen  Wärmetönung  bei 


sogenannte  Chromglaserit  (Cr04)oK3Na.  Die 
Kristalle  des  ersteren  sind  bei  gewöhnlicher 
Temperatur  einfache  monokline  Tafeln  mit 
ausgesprochen  pseudotrigonalem  Charakter; 
beim  Erwärmen  entstehen  darin  Lamellen, 
welche  zahlreicher  und  feiner  werden:  bei 
höherer  Temperatur  bilden  sich  daraus  durch- 
sichtige trigonale  Tafeln  von  analoger  Form. 
Der  CIhromglaserit  verhält  sich  ganz  ähnlich ; 
nur  ist  der  vollständig  lamellenfreie  pseudo- 
hexagonale  Zustand  nicht  bekannt,  wohl 
aber  die  wirklich  hexagonale  Form. 

Eine  solche  Verschiedenheit  der  Ilristall- 
form  ist  nicht  zur  eigentlichen  Polymorphie 
zu  rechnen.  Zwei  Kristallarten  mit  be- 
stimmten Aehnlichkeiten  scheinen  hiernach 
durch  Zwischenstufen  infolge  lamellarer  Zwil- 
lingsbildung ineinander  übergehen  zu  können, 
ohne  eigentliche  Diskontinuität  der  phy- 
sikalischen Eigenschaften.  Man  hat  die  Er- 
scheinung als  Polysymmetrie   bezeichnet. 

3.  Isomorphie.  3a)  Historisches.  Etwa 
gleichzeitig  mit  der  Frage  nach  der  Ursache 
der  kristallographischen  Verschiedenheit  der 
beiden  chemisch  gleich  zusammengesetzten 
Mineralien  Calcit  und  Aragonit  wurde  ein 
anderes  Problem  Gegenstand  der  Erörte- 
rungen ;  es  war  dies  eine  merkwürdige  Ueber- 
einstimmung  der  Kristallform  von  Calcit 
(COgCa),  Eisenspat  (COgFe),  Zinkspat 
(COgZn)  und  Mangenspat  (COgMn).  R.  J. 
Hauy  beurteilte  auch  diese  Beobachtungs- 
tatsache im  Sinne  seiner  Auffassung  von 
der  einzigen  und  bestimmten  Kristallform 
eines  jeden    Stoffes;    die    Eisenspatkristalle 


1066 


Kristallchemie 


sollten  eine  Art  Pseudomorphosen  nach 
Calcit  darstellen  oder  die  Kristallisation 
des  Eisenspates  konnte  bestimmt  sein 
durch  eine  geringe  Beimengung  von  kohlen- 
saurem Kalk,  welcher  dem  Eisenkarbonat 
seine  Form  aufgezwungen  liabe,  ähnlich 
wie  der  Strontianit  dem  kohlensauren 
Kalk  im  Aragonit.  1821  erhielt  nun  E. 
Mitscher  lieh  zwei  künstliche  Stoffe,  das 
MonokaUumphosphat  PO4KH2  und  das 
Monokaliumarseniat  As04KH2,"aus  wässe- 
riger Lösung  in  Kristallen  mit  größter  geo- 
metrischer Aehnlichkeit  (einfache  tetragonale 
Kristalle  der  gleichen  Kombination  und  mit 
fast  identischen  Winkeln).  In  all  diesen  Be- 
obachtungen erkannte  Mitscherlich  eine 
allgemeine  Beziehung  zwischen  KristalKorm 
und  chemischer  Zusammensetzung:  Mit  einem 
gewissen  Grad  der  Aehnlichkeit  der  che- 
mischen Zusammensetzung  wird  auch  die 
Kristallform  zweier  Stoffe  sehr  ähnlicli.  Diese 
nicht  zufällige,  sondern  durch  die  stoffliche 
Natur  bedingte  Kristallähnlichkeit  wurde  als 
Isomorphie  bezeichnet. 

Um  dieselbe  Zeit  "W'urde  für  die  Kristalli- 
sation von  Stoffen  mit  gewisser  chemischer 
Analogie    eine    weitere    Erscheinung    aufge- 
funden.   Bereits  Bernhardi  und  noch  mehr 
Beudant  hatten  beobachtet,  daß  Lösungen, 
welche  Eisen-  und  Zinkvitriol  nebeneinander 
enthalten,  nicht  Kristalle  der  reinen   Salze 
liefern;  diese  zeigten  zwar  die  Form  eines 
der    beiden    Salze,    enthielten    aber   immer 
noch  eine  beträchtliche  Menge  des  zweiten, 
ohne  an  der  homogenen  Beschaffenheit  ein- 
gebüßt zu  haben.     E.  Mitscherlich  kam  j 
bei  Wiederholung  der  Versuche  zum  Schluß, 
daß  bei  einer  bestimmten  Aehnlichkeit  in  der  1 
chemischen    Zusammensetzung    zwei    Stoffe  | 
sich  zu  einem  einzigen  chemisch  und  phy- 1 
sikalisch  homogenen  Kristall  mischen  können.  | 
Die  Form   eines   solchen   Mischkristalles  | 
ist  dabei  durch  jene  der  beiden  Stoffe  be- ' 
stimmt;  Mischkristalle  aus  verschiedenartig 
gemischten  Lösungen  gaben  verschiedene  Zu- 1 
sammensetzung :  die  Mengenverhältnisse  der 
beiden  Komponenten  im  Kristall  entsprechen  i 
nicht    einfachen    Zahlen    gegenüber    einem  1 
Doppelsalz;  die  gleichartigen  Kristalle  können  j 
hinsichtlich  ihrer  Zusammensetzung  eine  kon- 
tinuierliche Mischkristallreihe  bilden. 

3b)   Begriff    der    Isomorphie.      Die 
beiden  geschilderten  Tatsachen,  Aehnlich- 
keit   der    Kristallform    und    Bildung 
von  Mischkristallen  bei  chemisch  be- 
sonders    ähnlich     zusamraengestzten 
Stoffen,  lassen  sich  in  weiter  Ausdehnung, 
in  Parallele  nebeneinander  verfolgen,  so  daß  j 
im    allgemeinen    beide    einander    begleiten. 
Wir  fassen  sie  darum  auch  zusammen  und 
sehen  in  ihnen  zwei  besondere  Erscheinungen,  j 
in  welchen  sich  dieselbe  Ursache,  nämlich  ein 
bestimmter  Grad  der  chemischen  Aehnlichkeit  1 


zweier  Stoffe,  im  kristallisierten  Zustand 
äußern  kann.  Eine  zweite  allgemeine  Gesetz- 
mäßigkeit auf  dem  Gebiet  der  chemischen 
Kristallographie  ist  also  folgende;  Bei  einem 
gewissen  Grad  der  Aehnlichkeit  in  der 
Zusammensetzung  vermögen  zwei 
Stoffe  in  höchst  ähnlichen  Formen  zu 
kristallisieren  und  homogene  Misch- 
kristalle mit  wechselnder  Zusammen- 
setzung zu  bilden.  Die  natürliche  Folge 
der  ersteren  Erscheinung,  die  Kristall- 
ähnlichkeit von  Stoffen  infolge  be- 
sonderer Analogien  in  der  Zusammen- 
setzung ist  als  Isomorphie  zu  bezeichnen; 
mit  dem  dabei  sich  äußernden  besonderen 
Grad  derkristallographischen  und  chemischen 
Aehnlichkeit  ist  zugleich  die  Fähigkeit  zur 
Bildung  isomorpher  Mischkristalle 
verbunden. 

Bei  wirklich  als  isomorph  zu  bezeichnenden 
Stoffen  fehlt  keine  der  beiden  Erscheinungen, 
abgesehen  von  besonderen  Grenzfällen 
(siehe  S.  1072).  Es  ist  aber  nicht  sicher 
festgestellt,  wie  weit  sie  sich  notwendig  be- 
gleiten und  wann  schließlich  überhaupt  diese 
beiden  Aeußerungen  der  Beziehung  zwischen 
KjistaUform  und  chemischer  Zusammen- 
setzung nicht  mehr  als  solche  zu  erkennen 
sind.  Für  eine  eigentliche  Definition  des 
Begriffes  Isomorphie  sind  die  vorhandenen 
Grundlagen  nicht  ausreichend;  wir  haben 
ihn  deswegen  durch  zwei  untereinander  nahe 
verbundene  Beobachtungstatsachen  umschrie- 
ben, welche  die  Kristallisation  von  Stoffen 
mit  besonderer  Konstitutionsähnlichkeit  be- 
treffen. 

3c)  Polymorphie  und  Isomorphie. 
Es  ist  selbstverständlich,  daß  wir  die  Mög- 
lichkeit der  Polymorphie  bei  der  Beurteilung 
eines  Isomorphiefalles  nicht  außer  acht  lassen 
und  insbesondere  nur  die  korrespondierenden 
Modifikationen  von  Stoffen  vergleichen. 
Nicht  allzu  selten  fehlen  jedoch  einander 
entsprechende  Formarten  gerade  bei  Stoffen, 
bei  denen  eine  ausgeprägte  Isomorphie  zu 
erwarten  wäre.  Ein  Beispiel  hierfür  sind  die 
beiden  schon  genannten  Salze  Eisensulfat 
(monoklin)  und  Zinksulfat  (rhombisch).  Es 
besteht  hier  zwar  keine  Uebereinstimmung 
der  Formen,  aber  nur  deswegen,  weil  für  jedes 
Salz  eine  besondere  Modifikation  vorliegt, 
welche  wir  beim  zweiten  noch  nicht  nach- 
Aveisen  konnten.  Prüfen  wir  jedoch  die  beiden 
Salze  auf  die  Fähigkeit  zur  Bildung  von 
Mischkristallen,  dann  erweist  sich  jede 
Ivristallart  wohl  befähigt,  das  zweite  Salz 
bis  zu  einem  beträchtlichen  Gehalt  in 
isomorpher  Mischung  aufzunehmen;  von  den 
monoklinen  Eisensulfatkristallen  kann  Zink- 
sulfat in  seiner  monoklinen  Form  aufge- 
nommen werden  und  ebenso  umgekehrt 
von  den  rhombischen  Kristallen  des  schwefel- 
sauren Zinkes  das  Eisensalz  in  einer  rhom- 


Kristallchemie 


1067 


bischen  Modifikation.  Den  beiden  möglichen 
Formarten  entsprechen  zwei  Keihen  von 
Mischkristallen.  Eine  solche  Beziehung 
zweier  Stoffe,  welche  man  als  Isodimorphie 
bezeichnet  hat,  stellt  keine  wesentlich  neue 
Gesetzmäßigkeit  dar;  aber  sie  ist  bei  der  Be- 
urteilung von  Isomorphiefällen  häufig  zu 
berücksichtigen.  Diese  Art  von  Misch- 
kristallbildung läßt  insbesondere  die  wechsel- 
seitige Einwirkung  zweier  Stoffe  bei  der 
Kristallisation  erkennen;  eine  sonst  unbe- 
kannte Modifikation  kann  dadurch  sogar 
in  isomorpher  Mischung  mit  einer  stabilen 
Kristallart  realisiert  werden. 

Dielsodimorphie(Isopolymorphie)  erlangte 
insbesondere  bei  der  mineralogischen  Sy- 
stematik eine  ausgedehntere  Anwendung. 
Eine  solche  isodimorphe  Reihe  schließt  sich 
z.  B.  an  Pvrit-Markasit  FeS.,  an: 


kubisch 
Pyrit 

Glanzkobalt 
Speiskobalt 


rhombisch 

Markasit 

Arsen  kies 


FeS, 
FeAsS 
(Co,  Fe)AsS 
(Co,  Ni,  Fe)As2 

3d)  Vergleichsgrundlagen  in  chemi- 
scher Hinsicht.  Zur  Beantwortung  der  Frage, 
welche  Stoffe  isomorph  sein  werden,  be- 
sitzen wir  kein  allgemeines  Bestimmungsmerkmal ; 
dagegen  läßt  sich  durch  den  Versuch  meist  ent- 
scheiden, ob  eine  Kristallähnhchkeit  als  Folge 
einer  chemischen  Analogie  vorliegt,  insbesondere 
durch  den  Nachweis  der  Fähigkeit  der  Misch- 
kiistallbildung.  Versagt  dieses  besondere  Hilfs- 
mittel zur  Beurteilung  einer  Aehnlichkeit  der 
Kristallstruktur,  dann  ist  nicht  mit  Sicherheit 
zu  entscheiden,  ob  eine  vorliegende  kristallo- 
graphische  Aehnlichkeit  eine  struktiuelle  oder 
eine  rein  äußerliche  ist.  Also  vom  geometrischen 
Standpunkt  aus  ist  nicht  jede  Frage  vollständig 
befriedigend  zu  beantworten. 

In  chemischer  Hinsicht  hat  ims  die  Erfahrung 
gewisse  Regeln  gesammelt.  Die  Moleküle  iso- 
morpher Stoffe  unterscheiden  sich  in  erster 
Linie  nur  dadurch,  daß  an  Stelle  eines  Atomes 
ein  anderes  ganz  ähnliches  tritt;  so  sind  z.  B. 
isomorph  die  drei  analogen  Salze  S04K.^-S04Rb2- 
SÜ4CS.,.  Man  kann  Gruppen  von  chemischen 
Elementen  zusammenfassen,  deren  Glieder  sich 
regelmäßig  isomorph  vertreten.  Solche  einzelne 
Elementgruppen  sind: 

Chlor,  Brom,  Jod.  Die  entsprechenden 
Verbindungen  dieser  Elemente  sind  immer  iso- 
morph, wobei  jedoch  das  häufige  Vorkommen 
einer  Isodimoi-pliie  nicht  zu  vergessen  ist.  Die 
einfachen  Verbindungen  des  Fluors  weichen  davon 
regelmäßig  stark  ab. 

Kalium,  Rubidium,  Cäsium,  Am- 
monium. Für  diese  Gruppe  gilt  ähnüches  wie 
für  die  erste.  Insbesondere  ihre  Sulfate  bilden 
eine  vollständige  isomorphe  Reihe.  Natrium 
und  Silber  bilden  wieder  eine  eigene  Gruppe. 

Calcium,  Strontium,  Baryum,  Blei. 
In  den  Sulfaten  von  Sr,  Ba,  Pb  besteht  eine 
isomorphe  Reihe,  während  das  Ca-Salz  abweicht; 
dagegen  weicht  in  den  Dithionaten  das  Ba-Salz 
ab,  während  Ca,   Sr,   Pb   darin  sich  isomorph 


vertreten.  Ueberhaupt  existieren  hier  fast  niemals 
bei  allen  Salzen  die  korrespondierenden  Zustände. 
11 
Mg,  Fe,  Mn,  Co,  Ni,  Zn,  Cu.  Diese  zwei- 
wertigen Metalle  bilden  meist  direkt  isomorphe 
Salze;  Isodimorphie  existiert  in  der  Reihe  der 
Sulfate  mit  7  ]\Iol.  Kristallwasser. 

Si,  Ti,  Zr,  Sn.  Die  meiste  Aehnlichkeit  be- 
sitzen Titanium  und  Zinn.  Ferner  vertreten  sich 
isomorph  die  dreiwertigen  Elemente  AI,  Fe,  Cr. 
In  ihrem  sechswertigen  Zustand  sind  isomorph 
S,  Se,  Mn,  Cr  (Sulfate,  Selenate,  Manganate, 
Chromate). 

Chlor  u  n  d  M a  n  g a  n  bilden  in  ihrer  höchsten 
Oxydationsstufe  (siebenwertig)  ebenfalls  iso- 
morphe Verbindungen  (Perchlorate  und  Perman- 
gana te). 

Die  Glieder  dieser  Elementgruppen  vertreten 
sich  in  den  gewöhnlichen  Molekülen  schon  meist 
ausgezeichnet  isomorph.  Doch  scheint  für  die 
Aenderung  der  Kristallform  diuxh  Eintritt  eines 
Substituenten  auch  die  Molekülgröße  von 
Bedeutung  zu  sein,  wie  folgende  Beispiele  zeigen: 
SigOgAlNa  (Albit)  und  Si.OgALCa  (Anorthit) 
kristahisieren  ganz  ähnlich  und  bilden  auch  eine 
ausgedehnte  Mischkristallreihe,  die  Plagioklase. 
Bei  vielen  anderen  Silikaten,  z.  B.  beim  Turmalin, 

I  muß  man  ganz  ähnliche  Beziehungen  annehmen. 

I        Die     beiden     Salze     MoO^FoZn.GHoO     und 

j  SnFßZn.GHjO   besitzen     vollständige    ki-istallo- 

I  graphische  Aehnlichkeit. 

Das  Verhalten  solcher  Stoffe  in  ihrem  kri- 
stallisierten Zustand  ist  sehr  ähnlich  den  Er- 
scheinungen bei  einer  eigentlichen  Isomorphie. 
Bei  zunebmender  Molekülgröße  kommt  offenbar 
der  Einfluß  der  Verschiedenheit  zweier  Sub- 
stituenten nicht  mehr  so  deutlich  zur  Geltung. 
Zum  mindesten  kann  bei  großen  Molekülen  eine 

I  Erscheinung,  ähnhch  der  Isomorphie  auftreten, 

i  wenn  auch  die  Verschiedenheit  in  Substituenten 
besteht,    welche   in    einfachen    Molekülen   keine 

I  isomorphe  Beziehimg  aufweisen  würden. 

I        3e)   Die    Kristallstruktur    als    kri- 
stallograp  bis  che  Vergleichsgrund  läge. 
Im  Sinne  der  Strukturlehre  müssen  wir  iso- 
morphen Stoffen  eine  sehr  ähnliche    Kri- 
stallstruktur zuschreiben.     Diese  Ueber- 
[  einstimmung  im  kristallographischen  Aufbau 
'  drückt  sich  zunächst  in  der  Tatsache  aus,  daß 
;  mit  Verwandtschaftsbeziehungen  vom  Grade 
j  der  Isomorphie  die  Zugehörigkeit  zum  gleichen 
j  Kristallsystem  oder  auch  sogar  zur  gleichen 
I  KristaUklasse    verbunden    zu    sein    pflegt. 
Die  Strukturlehre  gibt  auch  den  Weg  an  für 
den  kristallographischen  Vergleich  isomorpher 
Stoffe.  Von  den  verschiedenen  physikalischen 
Eigenschaften  ist  z.   B.   die   Lichtbrechung 
i  vorwiegend  durch  die  molekulare,  in  zweiter 
I  Linie  erst  durch  die  strukturelle  Beschaffenheit 
;  bedingt;  also  ist  ihre  Vergleichung  im  kri- 
I  stallisierten    Zustand    von    sekundärer    Be- 
j  deutung.      Das   wichtigste  Vergleichsobjekt 
!  sind  Größe  und  Form  der  von  der  Struktur- 
i  theorie     angenommenen     Raumeinheiten 
oder  Elementarparalleloeder. 

Die  unterscheidenden  Bestandteile  der 
i  Moleküle  isomorpher  Stoffe  bedingen  natür« 


1068 


Iviistalk-heinie 


lieh  hierin  noch  gewisse  Unterschiede.  Wie 
sich  diese  an  der  äußeren  Kristalli'orm,  also 
insbesondere  an  Winkeln  und  Axenver- 
hältnis  äußert,  zeige  der  Vergleich  des 
Grundwinkels  a  bei  den  rliomboedrischen 
Karbonaten  (Magnesit,  Maiigauspat,  Siderit, 
Zinkspat) : 

COgMg      COgMn      COgFe      COaZn 
a  =  103021'       102050'       IO304'       103028' 

und  des  Axenverhältnisses  des  Alkalisulfate 

SO4K2  SO^Rbg 

a :  b :  c  =  0,5727 : 1 :  0,7418     0,5723 : 1 :  0,7485 

SO4CS2 
a:b:c=  0,5712:1:0,7531. 

Bei  dieser  Art  des  Vergleiches  weisen  natür 
lieh    kubische    Kristalle     überhaupt    keine 
Unterschiede  auf. 

Einzelne  Gesetzmäßigkeiten  liefert  der 
Vergleich  der  Raumeinheiten  der 
Kristallstruktur.  Deren  Volumen  V  ist 
bei  isomorphen  Stoffen  direkt  proportional 
Molek.-Gew.  M 
dem    Molekularvolumen    ^^^Gb^^^j; 

M 
es  ergibt  sich  direkt  V  =   v. 

Volumen  und  Dimensionen  dieser 
Raumeinheiten  liefern  das  eigentliche  Maß 
zum  Vergleich  isomorpher  Kristalle. 

Die  Volumina  der  Raumeinheiten 
der  Kristallstruktur  oder  die  Mo- 
lekularvolumina isomorpher  Stoffe 
sind  sehr  ähnlich. 

Aber  nicht  allein  im  Volumen,  sondern 
auch  in  entsprechenden  Dimensionen 
der  Raumeinheiten  der  Struktur  zei- 
gen isomorphe  Kristalle  eine  weit- 
gehende   Vergleichbarkeit.     Man  kann 


die    Raumeinheiten    durch    die    Parameter 
charakterisieren  (Fig.  10),  wie  den  Kristall 


a=Axe 


Fig.  10. 


überhaupt;  man  nennt  diese  auf  bestimmte 
Einheiten  bezogen  Parameter  die  topischen 
Axen  x,ip,  o).  Als  Beispiel  zur  Erläuterung 
diene  die  isomorphe  Reihe  der  rhombischen 
pseudohexagonalen  Alkalisulfate.  Als  Raum- 
einheit ist  hier  ein  einfaches  Parallelepiped, 
rhombisches  Prisma  mit  Basis  (Fig.  10)  zu 

M 
wählen.    Sein  Volumen  ist  V  =  -r,  die  Para- 
meter y,  X  i^i^d  0).    Man  hat  also  für  diesen 
speziellen  Fall  nach  einer  kurzen  x\bleitung: 


x  = 

^y'^+-f:- 

1  /2c2V 

0)  =       

'     a 

-y 


/2a2V 


,       Folgende  Tabelle  zeigt  die  vergleichbaren 
Größen  V,  7,  xp  und  w  für  unsere  isomorphe 
i  Reihe: 


S04K2 

S04Rb, 

SO4CS2 

S04(1\H4), 

S04T10 

v  = 

64,9 

73,3 

84,6 

74,0 

74,0 

X  = 

3,881 

4,030 

4.218 

4,079 

4,082 

ip  = 

3,857 

4,004 

4,185 

4,005 

3,964 

ÜJ     = 

4,990 

5,237 

5,517 

3,202 

5,230 

Man  kann  einer  solchen  Tabelle  nicht  nur 
die  mehr  oder  minder  große  Aenderung  des 
Volumens  mit  der  Zusammensetzung  ent- 
nehmen, sondern  auch  ablesen,  in  welcher 
Weise  die  Aenderung  in  den  Hauptrichtungen 
sich  vollzieht. 

Der  Begriff  der  topischen  Axen  wurde 
etwa  gleichzeitig  von  F.  Becke  (Anzeiger 
d.  K.  Akad.  d.  Wiss.  Wien  1893,  30,  204) 
und  W.  Muthmann  (Zeitschr.  f.  Kristallogr. 
1894,  22,  497)  eingeführt. 

Die  Formeln  zur  Berechnung  von  1,  xp,  co 
sind  natürlich  bei  anderem  Elementar- 
parallelepipeden,  also  insbesondere  in  anderen 
Systemen  entsprechend  zu  modifizieren.  Die 
Größen  V,   x^  W  ^""^   ''-^   ermöglichen,   wie 


man   sieht,  jetzt  auch   einen  Vergleich  bei 
kubischen  isomorphen  Kristallen. 

3f)  Entropie.  Bei  größeren  isomorphen 
Reihen  wurden  mancherlei  Gesetzmäßigkeiten 
für  die  Aenderung  physikalischer  Konstanten 
festgestellt,  insbesondere  bei  den  Unter- 
suchungen von  A.  E.  Tutton  (Zeitschr.  f. 
Kristallographie  1904,  38,  602;  1908,  44, 
113;  1893,  21,  491;   1906,  41,  321)  über  die 

I 
rhombischen  Sulfate  SO4R2  und  die  mono- 

II     1 
klinen    Doppelsulfate    (804)2    R    R2.ÖH2Ü, 

I  wobei  R  -  K,  Rb,  Cs,  NH4,  Tl  und  R  =- 

I  Mg,    Fe,    Mn,    Zn  usw..     Bei  den  K-,    Rb- 

und    Cs-Salzen    wachsen    mit    dem    Mole- 


Kiistallcheniie 


1069 


kulargewicht  regelmäßis;  die  Größen  V, 
%,  if,  CO,  ß  und  auch  die  Brechungsindizes; 
NH4-  und  Tl-Salz  kommen  hinsichtlich  der 
Dimensionen  der  Raumeinheit  immer  in  die 
Nähe  des  Rb-Salzes  zu  stehen.  Durchwegs 
der  Größe  des  Molekulargewichtes  entspricht 
die  Reihenfolge  hinsichtlich  der  Dichte,  der 
spezifischen  Refraktion  und  der  Dispersion. 
G.  Linck  ist  noch  weiter  auf  solche 
gesetzmäßige  Aenderung  der  Eigenschaften 
bei  bestimmten  Kjistallreihen  eingegangen. 
Stellt  man  gemäß  seinen  Darlegungen  in 
einer  isomorphen  Reihe  nur  Elemente  bezw. 
deren  analoge  Verbindungen  zusammen, 
welcher  einer  Verwandtschaftsreihe  des  peri- 
odischen Systemes  angehören,  dann  bilden 
die  Kristalle  inbezug  auf  alle  Eigenschaften 


die  gleiche  Reihe  wie  in  bezug  auf  das 
Molekulargewicht;  die  Zahlenwerte  für  eine 
Eigenschaft  können  dabei  mit  dem  Mole- 
kulargewicht steigen  (z.  B.  das  Volumen) 
oder  auch  ihm  entgegengesetzt  in  regelmäßiger 
Weise  fallen.  Diese  Gesetzmäßigkeit  bei 
solchen  Verwandtschaftsreihen  bezeichnet  G. 
Linck  als  katamere  Entropie.  Ordnet 
man  hiernach  eine  eutropische  Kristallreihe 
nach  einer  beliebigen  Eigenschaft,  dann 
sind  die  Kristalle  gleichzeitig  geordnet 
nach  jeder  beliebigen  anderen  Größe  (z.  B. 
Molekulargewicht).  Wir  entnehmen  als 
Beispiel  die  rhombische  Reihe  der  Karbonate 
von  Ca  (Aragonit),  Sr  (Strontianit),  Ba 
(Witherit)  und  Pb  (Cerussit): 


COgCa 
COgSr 
CO,Ba 


Mol.  Gew.    Spez.  Gew.       Achsenverhältnis       Spez.  Wärme 


100,1 
147,6 
197,4 


2,95 
3,74 
4,32 


0,6228: 1:0,7207 
o,6ogo: 1:0,7239 
0,5949:1:0,7413 


0,20 

0,144 

0,108 


Brechungsindizes  (Na) 

u  ß  y 

1,5300      1,6816      1,6860 

1,515        1,516        1,667 

1,530        1,682        1,866 


CO,Pb 


266,9 


6,60 


0,6102: 1 : 0,7230 


0,081 


2,076       2,078 


Danach  gilt  als  eutropisch  nur  die  Reihe 
COgCa,  COgSr,  COgBa,  während  das  iso- 
morphe Bleikarbonat  nicht  die  nähere  Be- 
ziehung aufweist. 

Zwischen  den  Gliedern  einer  eutropischen 
Reihe  gilt  nach  G.  Linck  noch  eine  weitere 
Beziehung  auf  Grund  des  von  ihm  be- 
nutzten Begriffes  des  Ivi'istallvolumens  KV 
(siehe  S.  1062).   Er  berechnet  den  Quotienten 

KV  D 

Q  =  ~V-  (D  =  Dichte,  M  =  Molekular- 

gewicht)  und  findet,  daß  die  Quotienten  Q 
bei  einer  eutropischen  Reihe  in  rationalem 
Verhältnis  zueinander  stehen;  die  Zahlen 
stellen  nach  ihm  im  allgemeinen  eine  arithme- 
tische Reihe  dar.  Als  Beispiel  entnehmen 
wir  wieder  die  Aragonitgruppe  nach  Um- 
rechnung des  Axenverhältnisses  auf  die 
Form  1:1,6056:1,1572  (Aragonit): 


Aragonit 
Strontianit 
Witherit    _ 
Cerussit 


KV 

1,858 
1,952 
2,095 


Q 

0,05470 
0,04911 
0,04584 


Verhältnis- 
zahlen 

24 
22 
20 


1,942 


0,04802 


3g)  Die  isomorphen  Mischkristalle. 
Die  Bildung  von  chemisch  und  physikalisch 
homogenen  Mischkristallen  zeigt  eine  weit- 
gehende Parallele  mit  der  durch  die  chemische 
Verwandtschaft  bedingten  Kj-istallälmlichkeit 
von  Stoffen  und  ist  darum  in  erster  Linie 
als  Fähigkeit  isomorpher  Kristalle  zu  be- 
zeichnen. Ein  solcher  Mischkristall  ist  da- 
durch ausgezeichnet,  daß  in  ihm  zwei  (oder 
auch  mehr)  Komponenten  nicht  in  einem 
einfachen  stöchiometrischen  Verhältnis  ent- 
halten sind;  aus  zwei  Komponenten  kann  sich 


eine  kontinuierliche  Reihe  von  Mischkristallen 
aufbauen.  In  einem  Mischkristall  besteht 
keine  eigentliche  chemische  Bindung  der 
beiden  Bestandteile,  wohl  aber  ist  eine  ge- 
wisse Wechselwirkung  zwischen  ihnen,  viel- 
leicht bedingt  durch  ähnlich  gerichtete 
Kristallisationskräfte,  ein  notwendiges  Postu- 
lat. Das  Wesen  der  isomorphen  Mischkristalle 
äußert  sich  in  einem  allgemeinen,  ihre  phy- 
sikalischen Eigenschaften  beherrschenden  Ge- 
setz: Die  physikalischen  Eigenschaften 
(Dichte,  Lichtbrechung  usw.)  von  Misch- 
kristallen sind  eine  Funktion  der 
Eigenschaften  der  reinen  Kompo- 
nenten und  ändern  sich  kontinuierlich 
mit  der  Zusammensetzung;  wohl 
nicht  genau,  aber  doch  vielfach  mit 
größter  Annäherung  berechnen  sich 
die  gewöhnlichen  Eigenschaften  ad- 
ditiv proportional  dem  Mischungs- 
verhältnis aus  jenen  der  reinen 
Stoffe. 

Diese  einfache  Beziehung  zwischen  Eigen- 
schaften und  Zusammensetzung  von  Misch- 
kristallen ist  besonders  deutlich  am  spe- 
zifischen Gewichte  zu  verfolgen.  Zuerst 
hat  Retgers  (Zeitschr.  f.  phys.  Chemie  1889, 
3,  497)  die  stetige  iVenderung  der  Dichte  an 
den  Mischkristallen  von  SO4K2— S04(NH4)2 
dargetan.  Dieses  Salzpaar  bildet  eine  kon- 
tinuierliche Reihe  von  isomorphen  Mischun- 
gen und  soll  hier  als  erläuterndes  Beispiel  in 
folgender  Tabelle  mit  einigen  Zahlen  an- 
geführt sein: 

Tabelle  siehe  auf  S.  1070  oben. 

Die  berechneten  Werte  der  Dichte  s  sind 
für  unser  Beispiel  additiv  aus  der  prozentu- 


1070 


Kristallchemie 


ZusammensetziinK 

der  Mischkristalle 

in  Ge\v.  =  Vo(NH4)2S04 


s  (beob.)      s  (berechnet) 


o 

2,666 

— 

8,33 

2,560 

2,578 

i8,45 

2,440 

2,451 

29,30 

2,322 

2,332 

•\5,35 

2,005 

2,004 

100 

1,774 

— 

alen  Zusammensetzung  und  den  Eigen- 
schaften der  beiden  reinen  Salze  abgeleitet. 

Die  Dichtebestimmung  wurde  wegen 
ihrer  leichten  Ausführbarkeit  zu  einem  wich- 
tigeren Hilfsmittel  der  chemischen  Kristallo- 
graphie, weil  sie  am  raschesten  eine  Antwort 
Eefert  auf  die  Frage,  ob  zwei  Stoffe  zur  Misch- 
kristallbildung befähigt  sind. 

Andere  physikalische  Eigenschaften  lassen 
sich  nicht  so  einfach  experimentell  verfolgen 
wie  gerade  die  Dichte;  doch  wurde  noch  für 
optische  Erscheinungen,  besonders  für  die 
Lichtbrechung  die  kontinuierliche  Aenderung 
mit  der  Zusammensetzung  nachgewiesen  (Duf  et, 
Bull,  de  la  Soc.  fran^.  mier.  18;  F.  Pockels, 
Kristalloptik.  Leipzig  1906).  Mischkristalle, 
besonders  solche  des  kubischen  Systemes,  zeigen 
oft   die    Erscheinung    optischer    Anomalien. 

Die  eben  behandelte  Gruppe  von  physikali- 
schen Erscheinungen  (Dichte,  Lichtbrechung) 
zeigt,  daß  in  isomorphen  Mischkristallen  die 
Komponenten  im  wesentlichen  mit  ihren  ge- 
wöhnlichen Kristalleigenschaften,  also  mit  höch- 
stens ganz  wenig  veränderter  molekularer  Be- 
schaffenheit enthalten  sind.  Eine  zweite  Gruppe 
von  physikalischen  Erscheinungen  (Schmelzung, 
polymorphe  Umwandlung,  Löslichkeit)  ergibt 
nun  des  weiteren,  daß  trotzdem  ein  homogener 
Mischkristall  nicht  ein  rein  mechanisches 
Gemenge  der  isomorphen  Komponenten 
darstellt.  Die  letzteren  Erscheinungen  betreffen 
das  Gleichgewicht  zwischen  den  verschiedenen 
Phasen  eines  Stoffes.  Ein  Mischkristall  zweier 
Stoffe  verhält  sich  gegenüber  einer  anderen 
Phase  der  beiden,  z.  B.  gegenüber  einer  ge- 
mischten Lösung,  nicht  wie  ein  mechanisches 
Gemenge,  sondern  wie  ein  einphasiges  Ge- 
bilde. Mit  der  Mischkristallbildung 
zweier  Komponenten  ist  also  gleichzeitig 
ihre  Vereinigung  zu  einer  einzigen  Phase 
verbunden.  Die  Gleichgewichtserscheinungen 
zwischen  dem  Mischkristall  zweier  Stoffe  und 
einer  anderen  Phase  derselben  seien  im  folgenden 
kurz  erläutert: 

Schmelzen  und  Erstarren.  Die  Er- 
starrung einer  gemischten  Schmelze  zweier 
isomorpher  Stoffe  vollzieht  sich  im  allgemeinsten 
Fall  in  folgender  Weise:  Bei  einer  bestimmten 
Temperatur  (Anfang  der  Erstarrung)  setzt  die 
erste  Ausscheidung  eines  Mischkristalles  ein, 
dessen  Zusammensetzung  von  jener  der  Schmelze 
verschieden  ist.  Mit  sinkender  Temperatur 
wächst  der  erstarrte  Teil,  wobei  sich  kontinuier- 
lich die  Zusammensetzung  beider  Phasen  ändert, 
weil  jeder  Temperatur  ein  bestimmtes  Gleich- 
gewicht entspricht.  Schließlich  wird  eine  Tem- 
peratur (Ende  der  Erstarrung)  erreicht,  bei  der 
eben  der  letzte  Rest  erstarrt;  der  Endkristall 
hat  nun  die  ursprüngliche  Zusammensetzung 
der    Schmelze.       Ein    isomorpher    Mischkristall 


besitzt  also  keinen  eigentlichen  Schmelzpunkt, 
sondern  ein  Schmelzintervall.  Auf  der  Zeit- 
abkühlungskurve (Fig.  11)  findet  sich  also  in 
unserem  besonderen  Falle  kein  eigentUcher 
Haltepunkt;  der  Beginn  a  und  das  Ende  b  der 
Phstarrung  äußern  sich  in  einer  veränderten 
Abkühlungsgeschwindigkeit. 


Zeit- 


Fig.  11. 


m%A 


M 
Fig.  12. 


Verschieden  zusammengesetzte  Mischungen 
besitzen  natürlich  verschiedene  Anfangs-  und 
verschiedene  Endtemperatur  der  Erstarrung. 
Mit  Hilfe  rechtwinkeliger  Koordinaten  für  die 
prozentische  Zusammensetzung  der  JMischungen 
der  Stoffe  A  (Schm.  P.  =^  a)  undB  (Schm.  P.  =  b) 
und  für  die  Temperatur  läßt  sich  ein  vollstän- 
diges Erstarrungs-  und  Schmelzdiagramm 
übersichtlich  darstellen  (Fig.  12).  Man  trage 
für  jede  Temperatur  einer  beginnenden  Er- 
starrung tj,  t,,  ts .  .  .  die  Zusammensetzung  der 
beiden  im  Gleichgewicht  befindlichen  Phasen 
ein.  Dies  ergibt  zwei  Kurven  amb  und  am'b. 
Erstere  gibt  für  eine  bestimmte  Temperatur  t 
die  Zusammensetzung  der  Schmelze,  letztere 
jene   des  zugehörigen   Mischkristalles  an;   ober- 


Kiistallchemie 


1071 


halb  amb  ist  alles  flüssig,  unterhalb  am'b  ist 
alles  erstarrt;  im  Gebiete  ambm'a  stellt  sich 
mit  der  Temperatur  ein  bestimmtes  Gleich- 
gewicht zwischen  Schmelze  und  Kristall  ein. 
Füi-  eine  bestimmte  Mischung  M  beginnt 
die  Erstarrung  bei  der  Temperatur  tj.  Die 
erste  Ausscheidung  sind  die  Mischkristalle 
m/;  bei  einer  tieferen  Temperatur  U  sind 
Mischkristalle  m^'  im  Gleichgewicht  mit  der 
Schmelze  m.^.  Bei  der  Temperatur  tg  (Ende  der 
Erstarrung)  haben  die  Mischkristalle  m/  die 
ursprüngliche  Zusammensetzung  der  Schmelze  M. 
Bei  der  Erstarrung  ändern  also  die  Misch- 
kristalle ihre  Zusammensetzung  längs  des  Kurven- 
stückes m'  m/  .  .  ma',  die  Schmelze  dagegen 
längs  des  Stückes  m  m^ . .  .  mg.  In  unserem  Falle 
sind  also  die  Mischkristalle  reicher  an  B  als  die 
Schmelze. 


m%  A 


Fig.  13. 


Auf  die  möglichen  Fälle  bei  begrenzter  Misch- 
barkeit wird  hier  nicht  eingegangen. 

Polymorphe  Umwandlungen.  Mit  Rück- 
sicht auf  die  Analogie  zwischen  Schmelzung  und 
polymorpher  Umwandlung  überhaupt  lassen  sich 
die  eben  gemachten  Darlegungen  auch  auf  die 
Umwandlung  isomorpher  Mischkristalle  über- 
tragen. Insbesondere  besitzt  ein  Mischkristall 
im  allgemeinen  keinen  Umwandlungspunkt, 
sondern  ein  Umwandlungsintervall. 

Löslichkeit.  Der  Unterschied  eines  Misch- 
kristalles  gegenüber  einem  mechanischen  Ge- 
menge tritt  besonders  deutlich  hervor  bei  der 
Gegenüberstellung  des  Gleichgewichtes  zwischen 
Lösung  und  zwei  sich  nicht  mischenden  Boden- 
körpern mit  jenem  bei  isomorpher  Mischbarkeit. 
Im  ersteren  Falle  wird  für  eine  bestimmte  Tem- 
peratur- ein  vollständiges  Gleichgewicht  erreicht, 
worin  Zusatz  eines  der  drei  zusammensetzenden 
Stoffe  keine  Aendenmg  hervorbringt.  Ein 
Gleichgewicht  zwischen  Mischkristall  und  Lö- 
sung dagegen  ist  ein  unvollständiges,  abhängig 
vom  Mengenverhältnis;  Zusatz  des  Lösungs- 
mittels oder  eines  der  beiden  isomorphen 
Stoffe  führt  immer  zu  einer  neuen  Gleichgewichts- 
lage. Zu  jedem  Mischungsverhältnis  der  Kom- 
ponenten in  der  Lösung  gehört  im  allgemeinen 
ein  ganz  bestimmtes  anderes  Verhältnis  im 
Mischkristall.  Im  Sinne  der  Phasenlehre  haben 
wir  eben  im  ersteren  Falle  (konstante  Lösung 
zweier  beliebiger  Körper)  drei  Stoffe  (Lösungs- 
mittel und  die  beiden  Körper)  in  vier  Phasen 
(zwei  Bodenkörper,  Lösung,  Dampf),  im  letzteren 
drei  Stoffe  in  drei  Phasen  (Mischkristall,  Lösung, 
Dampf). 

Bei  der  Erläuterung  der  Kristallisation  einer 
Lösung  zweier  isomorpher  Stoffe  beschränken 
wir  uns  wieder  auf  den  Fall  der  lückenlosen 
Mischbarkeit.  Bei  einem  Punkte  der  Ein- 
engung werden  sich  Mischkristalle  mit  be- 
stimmter Zusammensetzung  verscliieden  vom 
Mischungsverhältnis  in  der  Lösung  ausscheiden. 
Bei  weiterer  Verdampfimg  und  Ausscheidung 
ändert  sich  stetig  die  Zusammensetzimg  des 
MischkristaUes ;  erst  wenn  der  letzte  Rest  des 
Lösimgsmittels    weggeht,    erreicht    der    Misch- 


100  %B 


Fig.  14. 


Das  behandelte  Beispiel  stellt  den  Fall  der 
lückenlosen  Mischbarkeit  ohne  Maximun  oder 
Minimum  auf  der  Erstarrungskurve  dar.  In 
Figur  13  besitzt  die  Erstarrungskurve  ein 
Maximum,  in  Figur  14  ein  Minimum.  In  beiden 
letzteren  Fällen  findet  bei  einer  ganz  be-  , 
stimmten  Zusammensetzung  Mj  homogene  Er- 
starrung statt;  sonst  erfolgt  sie  ebenfalls  mit ;  Fig.  15 
Intervall. 


Mol.=  °/oAinder 
gelösl-en  Menge 

Beispiel  einer  Löslichkeitskurs^e  eines 
isomorphen  Stoffpaares. 


1072 


KristaJichcinie 


kiistall    das    ursprüngliche   Mischungsverhältnis 
der  Lösung. 

Die  Löslichkeitskurvc  eines  isomorphen 
Stoffpaares  A  und  B  für  eine  bestimmte  Tem- 
peratur erliält  man  in  einem  Diagramm  mit 
rechtwinlveligen  Koordinaten  für  die  prozentuale 
Zusammensetzung  des  Mist'hkristalles  und  für 
das  ^risohungsverhältnis  von  A  und  B  in  der 
Lösung  (Fig.  15).  In  einem  Bunkt  M  auf  der 
Löslichkeitskurve  des  angenommenen  Beispieles 
enthalten  die  .Mischkristalle  m  Mol.-Proz.  A  und 
sind  im  Gleichgewicht  mit  einer  Lösimg,  deren 
gelöste  Stoff  menge  1  Mol.-Proz.  A  enthält.  In 
unserem  Falle  besitzt  außerdem  die  Löslichkeits- 
kurve einen  besonderen  Punkt  N,  für  welchen 
das  Mischverhältnis  im  Kristall  und  in  der 
Lösung  das  gleiche  ist. 

Unbegrenzte  und  begrenzte  Misch- 
barkeit. Zahlreiche  Fälle  sind  untersucht, 
wo  zwei  isomorphe  Stoffe  in  allen  Verhält- 
nissen zu  Mischristallen  sich  vereinigen;  es 
existiert  hier  zwischen  zwei  reinen  End- 
gliedern eine  kontinuierliche  Reihe  von 
Mischkristallen.  Andererseits  ist  aber 
auch  der  Fall  denkbar,  daß  zwei  wirklich 
isomorphe  Kristalle  nur  bis  zu  einem  ge- 
wissen Grad  sich  gegenseitig  aufnehmen. 
Von  der  ganzen  isomorphen  Mischkristall- 
reihe existieren  nur  zwei  Endstücke,  welche 
sich  an  die  beiden  reinen  Stoffe  A  und  B 
anschließen  (Mischkristallreihe  mit 
Lücke).  In  der  oben  genannten  Gruppe  der 
Alkalisulfate  kommen  beide  Fälle  vor.  Das 
Salzpaar  SO4K2— S04(NH4)2  bildet  eine 
lückenlose  Reihe  von  Mischkristallen,  wäh- 
rend bei  SO4K0— SO4CS2  die  Mischbarkeit 
nur  eine  sehr  begrenzte  ist.  Ein  Vergleich 
der  Werte  für  das  Molekularvolumen  V 
zeigt,  daß  große  Verschiedenheit  im  Mo- 
lekularvolumen oder  in  der  Raumeinheit 
der  Struktur  der  Mischkristallbildung  ent- 
gegenwirkt. 

3h)  Beziehungen  zu  anderen  Er- 
scheinungen. In  den  beiden  Grunder- 
scheinungen der  Isomorphie,  Kristallähnlich- 
keit und  Mischkristallbildung  als  Folge 
chemischer  Aehnlichkeit,  bestehen  Bezie- 
hungen zu  zwei  anderen  Erscheinungen: 

Der  sogenannte  Eisensalmiak  (Chlorammo- 
niumkristalle mit  Gehalt  an  Eisenchloridsalz) 
zeigt  die  Möglichkeit  einer  Aufnahme  fremder 
Substanz  von  selten  eines  kristallisierenden 
Stoffes,  ohne  daß  chemische  Verwandtschafts- 
beziehungen erkenntlich  w^ären.  Solche 
Mischungen  kann  man  als  feste  Lösungen 
im  weiteren  Sinne  bezeichnen.  Das  Ver- 
hältnis der  isomorphen  Mischkristalle  zu 
dieser  wenig  bekannten,  erweiterten  Misch- 
fähigkeit im  kristallisierten  Zustand  ist 
vielleicht  durch  eine  besondere  Bedingung 
für  die  molekulare  Beschaffenheit  bei  er- 
steren  charakterisiert;  in  den  isomorphen 
Mischkristallen  sind  die  beiden  Komponenten 
■offenbar  mit  den  physikalischen  Eigenschaften 
ihrer    lüistallmoleküle    enthalten,    während 


für    den    erweiterten    Bereich    der    festen 
Lösungen  diese  Bedingung  nicht  festgelegt  ist. 

Kjistallähnlichkeit  und  orientierende  Wir- 
kung bei  der  Kristallisation  in  Verbindung 
mit  einer  gewissen  chemischen  Analogie 
machen  auch  die  Begleiterscheinungen  bei 
den  sogenannten  regelmäßigen  Ver- 
wachsungen aus.  Beispiele  hierfür  sind 
die  Stoffpaare  Calcit  (C03Ca)-Natriumnitrat 
(NOgNa)  und  Baryt  ( SO  4Ba)- Kalium- 
permanganat (Mn04K).  Calcit  und  Natrium- 
nitrat kristallisieren  mit  einem  ganz  ähn- 
lichen Grundrhomboeder;  ihre  chemische 
Formel  weist  eine  gewisse  Analogie  auf; 
ein  Tropfen  Natriumnitratlösung  scheidet 
auf  einer  Spaltfläche  des  Calcites  das 
Salz  in  bestimmter  Orientierung  ab.  Bei 
einer  solchen  regelmäßigen  Verwachsung 
ist  ferner  der  bestimmende  Einfluß  einer 
Aehnlichkeit  in  Molekularvolumen  und 
topischen  Achsen  nachgewiesen.  Aehnliches 
gilt  für  das  rhombische  Salzpaar  SOiBa- 
Mn04K.  Die  regelmäßigen  Verwachsungen 
bringen  offenbar  ebenfalls  gewisse  chemische 
Verwandtschaftsbeziehungen  zweier  Stoffe  im 
kristallisierten  Zustand  zum  Ausdruck  und 
schließen  sich  darum  mehr  an  die  mit  der 
Isomorphie  verbundenen  Erscheinungen  an. 

In  rein  kristallograpbischer  Hinsicht  zei- 
gen Stoffe,  wie  die  eben  genannten,  größte 
Aehnlichkeit  in  Gestalt  und  Volumen,  obwohl 
von  eigentlicher  chemischer  Verwandtschaft 
der  Moleküle  selbst  nicht  gesprochen  werden 
kann.  Man  hat  für  diese  besonderen  Fälle 
die  Bezeichnung  Homöomorphismus  be- 
nutzt. Die  geometrische  Aehnlichkeit  sei 
durch  die  beiden  folgenden  Beispiele  dar- 
getan : 

J  Rhombooder- 

winkcl 

Calcit  (CO  gCa,  rhomboedrisch)  74"  55 ' 

Natrinmnitrat  (NOgNa,  rhomboedr.)  73"  27' 

IL  a:b:c 

Aragonit(C03Ca,  rhombisch)  0,6224:1:0,7205 
Kaliumnitrat  (NO3K,  rhomb.)  0,591 : 1 : 0,701 

Durch  die  Fähigkeit,  in  regelmäßiger 
paralleler  Anordnung  aufeinander  zu  ver- 
wachsen, sind  besonders  auch  isomorphe 
Kristalle  ausgezeichnet.  Ein  Ivristall  von 
gewöhnlichem  Alaun  z.  B.  wächst  in  einer 
gesättigten  Chromalaunlösung  regelmäßig 
weiter;  wir  haben  den  Fall  der  parallelen 
Ueberwachsung  isomorpher  Stoffe.  Man 
kann  besonders  bei  Mischkristallen  Schichten 
von  verschiedener  Zusammensetzung  er- 
halten. Bei  isomorphen  Stoffen  vermag  selbst 
ein  beliebiges  Bruchstück  des  einen  Kjistalles 
in  der  Lösung  des  anderen  Stoffes  wieder 
„auszuheilen".  Solche  Kristalle,  welche  sich 
aus  Schalen  und  Zonen  von  verschiedener 
Zusammensetzung  aufbauen,  hat  man  als 
Schichtkristalle     bezeichnet.       Bei    Mi- 


Kristallchemie 


1073 


neralieii  beobachtet  mau  z.  B.  sooenannten 
zonaren  Bau  häufis»;  iu  der  Reihe  der 
Phvgioklase. 

Diese  Schichtkristallbilduus;  ist  zurliruud- 
lage  einer  Theorie  des  Mischkristallbaues  vou 
0.  Wiener  (Physik.  Zeitschr.  1904.  5,  832) 
und  Ambron n  (Zeitschr.  f.  phys.  Chemie 
1897,  22,  121)  s;emacht  worden.  Danach 
soll  ein  isomor])her  Mischkristall  durch  die 
submikroskopische  orientierte  Verwachsuns; 
der  Komponenten  zustande  kommen  und 
also  sozusagen  ein  Schichtkristall  sein,  auf- 
oebaut  aus  abwechselnden  dünnsten  Schich- 
ten der  enthaltenen  Stoffe. 

4.  Morphotropie.  Im  vorheriiehenden 
Abschnitt  über  ls()nu)rphie  haben  wir  in  der 
Vergleichbarkeit  der  Kristallform  bestimmter 
Stoffe  ein  Hilfsmittel  zur  Erforschung  der 
Beziehungen  zwischen  Kristallform  und  che- 
mischer Zusammensetzung  gefunden.  Die 
Ausdehnung  des  Vergleiches  auf  die  Kri- 
stallisation von  Stoffen  von  geringerem  Ver- 
wandtschaftsgrade als  er  bei  Isomorphie 
vorliegt,  führt  zu  dem  erweiterten  (iebiet 
der  Morphotropie.  Diese  umfaßt  all- 
gemein nach  P.  Groth  die  Frage,  welche 
Aenderungen  im  Kristallbau  allmähliche 
Aenderungen  im   Moleküle  begleiten. 

Die  morj)hoti()pische  Vergleichung  zweier 
kristallisierter  Stoffe  erfordert  wieder  die 
Kenntnis  der  Raumeinheiten  ihrer  Kristall- 
struktur;    als     Maße     dienen     dann     deren 


Volumina    V    und    die    to))ischen     Achsen 

X^    W^   ('>■ 

Das  umfangreichere  Gebiet  der  Morpho- 
tropie befindet  sich  hinsichtlich  der  Einzel- 
forschung noch  mehr  in  einem  anfänglichen 
Zustand,  (iegenstand  der  Vergleichuns;  sind 
in  erster  Linie  organische  Stoffe,  weil  hier 
durch  allmähliche  Substitution  verhältnis- 
mäßig geringe  Aenderungen  im  chemischen 
Molekül  in  der  mannigfachsten  Weise  vor- 
zunehmen sind.  In  den  Bereich  der  Unter- 
suchung wurde  z.  B.  die  mor})hotropische 
Wirkung  einer  Substitution  von  Wasserstoff 
durch  Methvl.  durch  die  Nitrograppe  NO.,, 
durch  HydroxylOH,  durch  Carboxyl  COOK 
gezogen. 

Als  spezielles  Beispiel  sei  folgendes  er- 
läutert : 

Morphotropische  Wirkung  einer 
Methyl-  und  Aethylsubstitution  im 
Ammoniumjodid.  Ammoniumjodid  NH4J 
kristallisiert  kubisch  mit  hexaedrischer  Spalt- 
barkeit: Tetramet  hylammoniumjodid  und 
Tetraäthylanimoniumjoclid  zeigen  in  ihren 
tetragonalen  Kristallen  deutlich  morpho- 
tropische Beziehungen  zum  Ammoniumsalz. 
Die  Kohäsionsverhältnisse  bedingen  ähnliche 
Ellementarparalleloeder,  jiämlich  den  Würfel, 
bezw.  tetragonales  Prisma  mit  Basis.  Die 
vergleichbaren  A^olumina  V  und  Parameter 
X-,  ^>,  o)  werden  auf  (Irund  der  Kristall- 
messung und  Dichtebestimmuns:  erhalten. 


V 

7. 

t 

i)i 

.\  II  4-1 

57-5 

3,860 

3,860 

3,860 

^{C\\,),i 

loS.j 

5,319 

5, .319 

3,842 

N(CJl5)4J 

162.9 

6,648 

6,648 

3,686 

Durch  Einführung  von  Methyl  bezw. 
Aethyl  an  Stelle  der  vier  H-Aitome  im 
Ammoniumjodid  wächst  das  Volumen  des 
Elementarparalleloeders,  aber  nur  in  den  zwei 
Richtungen  y^  und  1/'  in  größerem  Maße, 
während  in  der  dritten  Richtung  o)  die  Aus- 
dehnung nur  sehr  gering  ist. 

Aehnlich    geartete     Strukturbeziehungen 
konnten    bereits    für    eine    große    Zahl    von 
vergleichsfähigen  Kristallen  festgestellt  wer- 
den.    Es   sind   dies   Stoffe  von  geringerem 
Verwandtschaftsgrade    als    die    isomorphen.  I 
Die   Morphotropie   im   weiteren    Sinne   ver-  [ 
gleicht  also  Stoffe  mit  größerer  Verschieden- 
heit im  Kristallbau.    Diese  Ausdehnung  des 
kristallographischen  Vergleiches  zum  Zwecke  ; 
einer  Ermittelung  von  Beziehungen  zwischen  ' 
Kristallform     und     chemischer    Zusammen-  i 
Setzung  umfaßt  aber  nicht  mehr  jenen  Sicher- 1 
heitsgrad   in   der   Feststellung  der    Kristall-  i 
struktur  wie  bei  der  Isomorphie.     -le  größer  I 
eine   morphotro])ische    Kristallreihe   ist   und 
je  deutlicher  die  Vergleichung  von  Struktur- 
eigenschaften  sich   gestaltet,   um   so   zuver- 
lässiger werden   die   Schlußfolgerungen   hin- 

Ilanclworterbucli  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


sichtlich  des  Kristallbaues.  Die  Fähigkeit 
der  Mischkristallbildung  ist  bei  Stoffen,  für 
deren  Kristalle  morphotrope  Beziehungen 
im  w'eiteren  Sinne  mit  größter  W^ahrschein- 
lichkeit  anzunehmen  sind,  im  allgemeinen 
nicht  zu  erwarten  und  kann  deswegen  nicht 
mehr  zum  Nachweis  struktureller  Verwandt- 
schaftsbeziehungen dienen. 

Literatur.  A.  Arzmni,  Die  Besiehuiujen  zwischen 
Kristallform  und  chemischer  Zusammensetzung. 
In  Graham-  Otto^ s  Lehrbuch  der  Chemie. 
Braunschweig  1898.  —  -ß.  Brauns,  Chemische 
Mineralogie.  Leipzig  1896.  —  C  Voelter, 
Physikalisch-cheini.'!che  3Iineralogie.    Leipzig  1905. 

—  P.  Groth,  Einleitung  in  die  chemische 
Kristallographie.  Leipzig  1904.  —  G.  Linck, 
Grundriß  der  Kristallographie,  S.  Aufl.    .Jena  19lo. 

—  Gesammelte  Schrificn  ron  E,  Mitscherlich, 
Berlin  1896.  —  H,  W,  Bakhitis-Iioozebooni, 
Die  heterogenem  Gleichgewichte  vom  Standpunkt 
der  Phasenirhre,  I  und  IL  Braunschweig  1901 
und  1904.  — •  G.  Taniann,  Kristallisieren  und 
Schmehcn.     Leipzig  190S. 

B.   Gossner. 


68 


1074 


Kristalle  (Flüssige  Kiistalle) 


Kristalle. 

Flüssige   Kristalle. 

1.  Definition.  2.  Geschichtliches.  3.  Che- 
mische Reinheit,  Znsammensetzung  und  Kon- 
stitution. Ansichten  von  Quincke,  Tanunann, 
Neinst.  Untersuchungen  Vorländers.  4.  Phy- 
sikalische Eigenschaften  der  kristallinischen 
Flüssigkeiten.  5.  Form  und  optisches  Verhalten 
der  flüssigen  Kristalle.  6.  Verschiedene  An- 
schauungen. 

1.  Definition.  Flüssige  Kristalle  sind 
chemisch  homogene  reine  Stoffe,  die  in  einem 
bestimmten       Temperaturintervall      Eigen- 

/  Schäften  einer  Flüssigkeit,  den  Mangel  einer 
t4^-  ößkb'izitätsgrenze,  mit  Eigenschaften  eines 
liristalls,  nämlich  mit  der  Fähigkeit,  in  ihrer 
Lösung  zu  wachsen,  und,  wenn  sie  nicht 
regulär  sind,  mit  Doppelbrechung,  ver- 
binden. Mit  Rücksicht  auf  diese  Eigen- 
schaften sind  die  Körper  fließende  Kristalle, 
fließend-weiche  Kristalle,  flüssige  Kristalle, 
kristallinische  Flüssigkeiten,  doppelbrechend( 
Flüssigkeit,  anisotrope  Flüssigkeiten,  kristal- 
linisch-flüssige Substanzen,  und,  mit  Rück- 
sicht auf  eigenartige  Bewegungserscheinungen, 
scheinbar  lebende  Kristalle  genannt  worden. 
Der  Ausdruck  flüssige  Kristalle  gilt  für  die 
Einzelformen,  die  der  kristallinischen  Flüs- 
sigkeiten für  ihre  Aggregate. 

2.  Geschichtliches.  Die  flüssigen  Kristalle 
als  solche  sind  von  0.  Lehmann  entdeckt 
worden;  seine  erste  Abhandlung  ,,über 
fließende  Kristalle"  ist  i.  J.  1889  erschienen, 
ihr  folgte  i.  J.  1890  eine  solche  ,,über  tropfbar 
flüssige  Kristalle"  und  ,,über  kristallinische 
Flüssigkeiten".  Den  xVnstoß  zu  der  erst- 
genannten Veröffentlichung  gab  das  Benzoat 
des  Cholesteryls,  das  F.  Reinitzer  an  Leh- 
mann eingeschickt  hatte  und  an  dem  schon 
Reinitzer  auffallendes,  sich  scheinbar  wider- 
sprechendes Verhalten  beobachtet  hatte,  daß 
nämlich  die  Substanz  gewissermaßen  zwei 
Schmelzpunkte  zeigt,  indem  sie  bei  145,5° 
zunächst  zu  einer  trüben,  jedoch  völlig 
flüssigen  Flüssigkeit  schmilzt,  die  bei 
178,5°  plötzlich  völlig  klar  wird.  Beim  Ab- 
kühlen tritt  zunächst  eine  violette  und  blaue 
Farbenerscheinung  auf,  die  aber  rasch  ver- 
schwindet, Avorauf  die  Masse  milchig  trübe, 
aber  flüssig  bleibt;  danach  erst  erstarrt 
die  Substanz  bei  weiter  fallender  Temperatur 
zu  einer  weißen,  kristallinischen  Masse. 
Durch  mikroskopische  Untersuchung  hat 
Reinitzer  weiter  festgestellt,  daß  beim 
Schmelzen  der  festen  Substanz  zur  trüben 
Flüssigkeit  die  Trübung  nicht  durch  ausge- 
schiedene Kristalle,  sondern  durch  eine 
Flüssigkeit  bewirkt  werde,  welche  in  der 
geschmolzenen  Masse  ölige  Streifen  bildet 
und  bei  gekreuzten  Nikols  hell  erscheint 
(Fig.  1). 


0.  Lehmann  bestätigte  die  Beobachtung 
von  Reinitzer  und  stellte  fest,  daß  die 
rätselhafte,  dem  Temperaturintervall  145" 
bis  178, 5*^  entsprechende  Modifikation  des 
Cholesterylbenzoats  wirklich  eine  kristalli- 
sierte,    völlig     einheitliche,      enantiotrope 


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Fig.    1.      Cholesterylbenzoat,    verunreinigt,    ein 

Erei    doppelbrechender,    flüssiger    Kristallmasse 

mit  ,, öligen''  Streifen. 


Modifikation  sei,  daß  es  doppelbrechende 
Ivristalle  seien,  deren  Aggregatzustand 
aber  dem  Flüssigkeitszustand  so  nahe 
steht,  daß  sie  nicht  imstande  sind,  auch  nur 
der  Einwirkung  des  eigenen  Gewichts  Wider- 
stand zu  leisten,  sondern  wie  Syrup  oder 
flüssiger  Gummi  zerfließen;  sie  fließen  mit 
der  Flüssigkeit,  als  ob  sie  nur  optisch  aniso- 
trope Teile  dieser  selbst  wären.  Von  dem 
bis  dahin  Bekannten  war  ihnen  nur  etwa 
die  reguläre  Modifikation  von  Jodsilber  an 
die  Seite  zu  stellen,  deren  Kristalle  nach 
früheren  Untersuchungen  Lehmanns  wachs- 
artige Konsistenz  haben.  Die  Kristalle 
von  dieser  Beschaffeidieit  nannte  Lehmann 
fließende    Kristalle. 

Bei  diesen  war  es  noch  zweifelhaft,  ob  sie 
eine  meßbare  Elastizitätsgrenze  besitzen: 
eine  solche  feldt  vollständig  nach  Lehmanns 
weiteren  Beobachtungen  den  von  L.  Gatt  er- 
mann dargestellten  Präparaten  des  Azoxy- 
phenetol  und  Azoxyanisol;  das  erstere  ist  in 
dem  Temperaturintervall  von  134''  bis  165". 
das  andere  von  116"  bis  134"  völlig  flüssig  und 
doch  stark  dopj)elbrechend,  auf  ihren  Zu- 
stand bezieht  sich  der  Titel  der  Abhandlung 
tropfbarflüssige    Kristalle. 


Kristalle  (Flüssige  Kristalle) 


1075 


Ihnen  fehlt  ein  Merkmal  der  Kristalle, 
polyedrische  Form;  fließend-weiche  Kristalle, 
die  eine  Form  zn  bilden  vermögen,  entdeckte 
Lehmann  am  Ölsäuren  Kalium  und  Ammo- 
nium; sie  bilden  quadratische  Pyramiden, 
sind  aber  so  weich,  daß,  sobald  zwei  sich  be- 
rühren, sie  zu  einem  zusammenfließen,  daß  sie 
beim  Strömen  der  Flüssigkeit  an  einem  Hin- 
dernis sich  deformieren,  auch  Tropfenform 
annehmen,  nachher  aber  sich  wieder  strecken 
und  zu  ihrer  Normalform  ausrecken.  Die 
Ivraft,  welche  die  gestörte  Form  der  flüssigen 
Kristalle  wieder  "herstellt,  hat  Lehmann 
„Gestaltungskraft"  genannt.  Analog 
wie  Ammoniumoleat  verhält  sich  in  seiner 
fließend-kristallinischen  Modifikation  der  von 
Vorländer  (1904)  dargestellte  Paraoxybenzoe- 
säureäthylester,  der  Paraazoxybromzimt- 
säureäthylester  und  das  Lecithin.  Nach  den 
Ausführungen  Lehmanns  sind  diese  fließen- 
den Kristalle,  trotz  der  polyedrischen  Form, 
welche  sie  frei  schwebend  annehmen,  wahre 
Flüssigkeiten. 

Eigenartige  Gestaltänderungen  und  Be- 
wegungserscheinungen beobachtete  Leh- 
mann an  dem  von  Vorländer  dargestellten 
Paraazoxyzimtsäureäthylester ,  nach  Zu- 
satz von  Lösungsmittel  in  der  Nähe  des 
Schmelzpunktes  der  kristallinisch-flüssigen 
Modifikation,  indem  sich  da  stab-  und 
schlangenförmigen  Gebilde  entwickeln,  die 
sich  bewegen  und  die  Lehmann  deswegen 
scheinbar  lebende  Kristalle  genannt 
hat. 

Die  Deutungen,  welche  Lehmann  seinen 
Beobachtungen  gegeben  hat,  haben  vielfach 
Widerspruch  gefunden  und  zu  sehr  heftigen 
Polemiken  (gegen  Nernst,  Tammann, 
Quincke)  Veranlassung  gegeben,  während 
sie  andererseits  durch  exakte  Untersuchungen 
(von  R.  Scheue k  und  Vorländer)  Bestä- 
tigung und  Erweiterung  erfahren  haben.  Ln 
folgenden  soll  versucht  werden,  das  tat- 
sächliche zusammenzustellen  ohne  Berück- 
sichtigung der  theoretischen  Erörterungen 
und  der  mehr  oder  weniger  unklaren  und 
phantastischen  Folgerungen;  von  Jodsilber, 
der  einzigen  anorganischen  Verbindung,  die 
nach  Lehmanns  Beobachtungen  eine  kri- 
stallinisch-flüssige Modifikation  besitzt,  wird 
abgesehen,  da  die  Erscheinungen  sehr  wenig 
prägnant  sind  und  zur  Klärung  nicht  wesent- 
lich beitragen.  Zudem  besitzt  nach  den 
neuesten,  im  Laboratorium  von  Vorländer 
angestellten  Untersuchungen  Tubandts  die 
aus  dem  Schmelzfuß  erhaltene  liristallniasse, 
wenn  das  Jodsilber  unter  vollständigem  Licht- 
ausschluß und  sorgfältiger  Vermeidung  auch 
kleiner  Spuren  organischer  Substanz  oder 
anderer  Verunreinigung  dargestellt  war, 
auch  dicht  vor  dem  Schmelzpunkt  nicht 
einen   so    hohen  Grad   von  Plastizität,    daß 


man  sie  als  flüssig  im  gewöhnhcheii  Sinne  des 
Wortes  bezeichnen  könnte.  Jodsilber  dürfte 
demnach  auf  der  Reihe  der  kristallinisch- 
flüssigen Substanzen  zu  streichen  sein,  die 
Erscheinung  wäre  dann  auf  organische  Ver- 
bindungen beschränkt. 

3.  Chemische  Reinheit,  Zusammen- 
setzung und  Konstitution.  Ansichten  von 
Quincke,  Tammann  und  Nernst.  Wenn 
eine  Substanz,  die  flüssige  Kristalle  zu 
liefern  vermag,  in  einem  Kölbchen  wenig 
über  ihren  ersten  Schmelzpunkt  erhitzt 
wird,  so  schmilzt  sie  zu  einer  trüben, 
in  dickerer  Schicht  undurchsichtigen,  aber 
vollkommen  flüssigen  Masse;  die  mikro- 
skopisch-optische Prüfung  zeigt,  daß  sie 
in  diesem  Zustand  doppelbrechend  ist. 
Wegen  dieser  Trübung  ist  von  Quincke, 
Tammann  und  Rotarski  die  chemische 
Homogeneität  und  Reinheit  bezweifelt  und 
für  p-Azoxyanisol  z.  B.  angenommen  worden, 
daß  ihm  gleichzeitig  entstandenes  p-Azoanisol 
beigemischt  sei.  R.  Schenck  imdEichwald 
konnten  jedoch  nachweisen,  daß  das  von 
dem  x\zoanisol  völlig  gereinigte  Azoxyanisol 
die  Phänomene  noch  viel  charakteristischer 
und  schöner  zeigt  als  das  verunreinigte  Prä- 
parat; sie  haben  den  strengen  Beweis  dafür 
erbracht,  daß  fremde  Verunreinigungen  die 
Ursache  für  das  Auftreten  der  trüben 
Schmelzflüsse  nicht  sein  können. 

Der  von  Quincke  und  in  etwas  anderer 
Form  von  G.  Wulff  erhobene  Einwand,  daß 
in  der  trüben  Schmelze  feste  Kristalle  ent- 
halten seien,  die  von  einer  dünnen  Flüssigkeits- 
haut umhüllt  werden,  wurde  durch  Unter- 
suchungen von  Ab  egg  und  Seitz  widerlegt, 
die   aus   der    Größe   der  Dielektrizitätskon- 
stanten   der    kristallinischen    Flüssigkeiten 
und  aus  deren  Verhältnis  zu  den  Konstanten 
der  klaren  Schmelze  und  der  festen  Kjistalle 
den  Schluß  gezogen  haben,  daß  in  der  trüben 
Schmelze  feste  Kriställchen  nicht  vorhanden 
sein  können.  Tammann  und  Nernst  hatten 
angenommen,  daß  die  trübe   Schmelze  aus 
zwei  flüssigen  Substanzen  bestehe,  von  denen 
die  eine  ein  in  der  anderen  mehr  oder  weniger 
!  lösliches    Reduktionsprodukt     der    anderen 
sei,    und  daß  beide  eine  Emulsion  mitein- 
I  ander  bilden,  es  konnte  aber  kein  Beweis  für 
diese    Annahme   erbracht   werden,    dagegen 
1  haben    Lehmann,     Schenck    und    Vor- 
lländer  viele  Gründe,  die  iVrt  der  Doppel- 
I  brechung,  das  Auftreten  der  Doppelbrechung 
auch  in  völlig  reiner  Substanz,  vorgebracht, 
welche  gegen  diese  Annahme  sprechen.    Zu- 
i  dem  sind  die  Schmelzen  nur  trüb,  insofern 
i  sie    Aggregate    flüssiger     Ivristalle     bilden, 
während    isoherte    flüssige     Kristalle    klar 
durchsichtig  sind.  Nach  allen  Untersuchungen 
ist  nicht  daran  zu  zweifeln,  daß  die  flüssigen 
Kristalle  chemisch  reine,  homogene  Körper 
sind. 

68* 


1076 


Kristalle  (Flüssige  Kristalle) 


Nach  den  riitorsiicliuiii:;on  Vorländern 
über  die  Konstitution  der  kristallinisch- 
l'Iüssioen  Substanzen  steht  die  Kähiskeit  zur 
Bildung  kristallinischer  Flüssiii;keiten  in  der 
allernächsten  Beziehun«^  zu  dem  Bau  des 
chemischen  Moleküls  und  wird  der  kristal- 
linisch-niissiü;e,  anisotrope  Zustaiul  durch 
eiiu'  möglichst  liiu-are  Struktur  der  Mole- 
küle hervor^erulen:  und  wie  das  Molekül 
lineare  Struktur  hat.'  nach  einer  Richtung 
(Achse)  gestreckt  ist,  so  sind  auch  die  Kri- 
stalle in  optischer  Hinsicht  einachsio;.  Es 
besteht  somit  eine  Beziehung  zwischen  der 
linearen  Gestalt  der  Moleküle  und  der  Ge- 
stalt bezw.  den  optischen  Eigenschaften  der 
i'lüssigen  Kristalle.  Jedoch  besitzt  nicht 
jede  Substanz,  für  die  eine  derartige  Struk- 
tur angenommen  werden  kann,  eine  kristal- 
linisch-flüssige Phase.  Nach  V  o  r  1  ä  n  d  e  r  s 
"Untersuchungen  tritt  bei  den  Benzolderi- 
vaten die  kristallinisch-flüssige  Phase  nur  bei 
Para-Disubstitutionsprodukten  auf,  nicht  bei 
den  m-  und  o-Derivaten.  Sobald  zu  den  beiden 
Para-Substituenten  ein  dritter  Substituent 
hinzutritt  wird  der  kristallinisch-flüssige  Zu- 
stand verhindert.  Je  mehr  die  Struktur 
nach    der    Länge    des    Moleküls    ausgedehnt 


wird,  um  so  günstiger  ist  sie  für  den  kristal- 
linisch-flüssigen Zustand.  Die  Verbindungen 
B( ). CeH4. N: N. CgH,. OR  oder  RO-CßH^. eil: 
N.CßH^.COOH  u.  a.  sind  kristaUiniscIi- 
flüssig  im  (iegensatz  zu  den  kürzeren  RO. 
CgH4.N:N.C6H5  und  R0.(;6H,.CH:N.(V,H,. 
Infolge  von  Verzweigung  der  Kohlenstofi- 
kette  sind  die  a-Substitutionsprodukte  der 
p-Methoxyzinitsäure  für  sich  nicht  kristalli- 
nisch-flüssig, während  die  Säure  eine  solche 
Phase  gibt.  Während  bei  der  Azoxybenzoe- 
säure  nur  der  Aethyläther  kristallinisch- 
flüssig ist,  bilden  sämtliche  aliphatische  Ester 
der  p-Azoxyzimtsäure  vom  Methyl-  bis  zum 
Cetylester  die  kristallinisch-flüssige  Phase. 
Bei  Verbindungen  mit  freiem  Phenolhydroxyd 
existieren  keine kristallinisch-flüssigenPhasen. 
Auf  ({rund  dieser  Erfahrungen  konnte  Vor- 
länder die  Zahl  der  bekannten  Substanzen 
mit  kristallinisch-flüssigen  Modifikationen  um 
mehr  als  200  vermehren:  sie  könnte  auf  dem 
gleichen    Wege    beliebig    vermehrt    werden. 

Die  Verbindungen,  welche  die  eine  oder 
andere  Erscheinung  der  kristallinisch-flüs- 
sigen Kristalle  besonders  deutlich  zeigen, 
sind  n.  a.  tue  folgenden: 


1.  Cholesterylbenzoat 

2.  Cholesterylpropionat 
?>.  p-Azoxyanisol 

4.  p-Azoxyphenetol 

.0.  ])-Azoxyanisolphcnetol 


7.  ])-Azoxyzimtsäureäthylester 

8.  p-Methoxyzimt säure 

9.  Anisal-p-aminozimtsäureester 
10.  Anisaldazin 


G.jvH^j.G^rljUo 
C;H45.C3H,0., 

CH30.C6H4.N — N.C6H4.CH30 

C.WA) .  CßH^ .  N N .  CßH^ .  C^H^O 

0 
CH.O.flH'  .N N.C«H..C.,H,0 


().  p-Azoxybenzoesäureäthylester       0 


0 
N.CeH^.COOC.^Hs 

N.CgH^.COOCHs 
N.C«H,.CH:CH.CO()R 


0\  i 

N.C6H4.CH:GH.COOR 
CH30.C,.H4.GH:CH.COOH 
( IHgO .  (\B^.  GH :  N .  GeH4 .  GH :  GH .  GOOR 
( ^ HoO .  GfjH^ .  GH  :  N .  N .  GH .  ( V.H 4 .  GH.,0 


J)ie  Ölsäuren  Salze,  die  wie  Kalium-  und 
Ammoniumoleat  gewisse  ^Erscheinungen,  po- 
lyedrische  Form  verbunden  mit  Flüssigkeits- 
zustand, besonders  deutlich  wahrnehmen 
lassen,  sind  kaum  je  chemisch  völlig  ein- 
heitliche Stoffe,  die  Konstitution  der  Oel- 
säure  pflegt  man  aber  ebenfalls  durch  eine 
lange  offene  Kette  darzustellen. 

4.  Physikalische  Eigenschaften  der 
kristallinischen  Flüssigkeiten.  Jede  Sub- 
stanz, die  eine  kristallinisch-llüssige  Phase 
zu  bilden  vermag,  besitzt  wenigstens  zwei 
Schmelzpunkte;  bei  dem  ersten  geht  die 
kristallinisch-feste  Substanz  in  die  trübe 
kristallinisch-flüssige  über,  bei  dem  zweiten 


wird  diese  klar,  isotrop,  er  wird  dabei'  als 
der  Klärungsi)unkt  bezeichnet.  Nicht 
selten  zeigt  eine  derartige  Substanz  im  festen 
Zustand  Polymorphie  und  ist  enantiotro]): 
nach  ihrem  Verhalten  im  flüssigen  Zustanil 
können  die  Substanzen  auch  in  bezug  auf 
diesen  als  polynn)rph,  enantiotrop  oder 
monotrop  aufgefaßt  werden.  Wie  eiiu>  be- 
stimmte Modifikation  einer  polymorphen 
festen  Substanz  iniuM'halb  eines  begrenzten 
Tem])eraturintervalles  beständig  ist,  so  auch 
die  kristallinisch-flüssige  Modifikation:  die 
untere  Grenze  bildet  der  Schnu^lzpunkt,  bei 
welchem  der  Uebergang  aus  dem  festen  in  den 
triibf  bissigen    anisotropen    Zustand    erfolgt, 


Kristalle  (Flüssige  Kristalle) 


107^ 


die  obere  Grenze  ist  der  Klärun^jspiinkt.  bei 
welchem  die  Flüssigkeit  klar  und  isotrop 
wird.  Diese  Punkte  sind  für  einige  der  Sub- 
stanzen folgende  (nach  Schenok): 


Schmelz- 

Klärungs- 

piiiikt 

p  linkt 

Cholesterylbenzoat     .    . 

I43.5« 

178,5" 

Cholestervlpi'opion;)  t 

98" 

114« 

p-Azuxvanisol 

iiö" 

134° 

p-Azuxvphenetol    .    .    . 

137,5° 

168» 

p-Azoxyanisolphenetol  . 

93,5° 

149,6° 

Anisaldazin 

160O 

180O 

p-Az(ixvbenzoesäiiieätlivl- 

oster     

"3,5° 

120  50 

Wird  die  Schmelze,  nachdem  die  Klä- 
rungstemperatur überschritten  war,  wieder 
abgekühlt,  so  durchläuft  sie  zunächst  wieder 
den  kristaUinisch-flüssigen  Zustand,  ehe  sie 
kristallinisch-fest  wird,  es'  besteht  voll- 
kommene Analogie  mit  enantiotropen 
Substanzen.  Nur  Cholesterylacetat 
\erhält  sich  in  dieser  Beziehung  anders, 
indem  für  die  kristallinisch-flüssige  Form 
kein  begrenztes  Bestäudigkeitsgebiet  exis- 
tiert, ihre  Arten  verhalten  sich  wie 
monotrope  Körper.  R.  Schenck  u.  Fr. 
Schneider  ist  es  gelungen,  die  enantio- 
tropen Modifikationen  des  p-Azoxyanisol  in 
m(uiotrope  überzuführen,  indem  sie  durch 
Beimischung  einer  fremden  Substanz  (Benzo- 
phenon)  bewirkten,  daß  der  Umwandlungs- 
punkt der  kristallinisch-flüssigen  Phase  in  die 
isotrop-flüssige  unter  den  Umwandlungsjninkt 
der  festen  in  die  kristallinisch-flüssige  Phase 
herabgedrückt  wurde.  Der  eigentliche 
Schmelzpuidvt  liegt  dann  unter  dem  Um- 
wandlungspunkt wne  es  bei  monotropen 
Körpern  sein  nuiß. 

Wie  ein  kristallinisch  -  fester  Körper 
mehrere  Modifikationen  bilden  kann,  so 
auch  kristaUinisch-flüssige  Körper;  die  Poly- 
morphie im  flüssigen  Zustand  hat  zu- 
erst F.  M.  Jaeger  am  Cholesterylcajirinat 
beobachtet,  das  sodann  0.  Lehmann  weiter 
untersucht  hat;  es  besitzt  drei  flüssige  Zu- 
stände, einen  isotrop-  und  zwei  kristallinisch- 
flüssige, die  sich  durch  verschiedene  Doppel- 
brechung unterscheiden  und  von  denen  die 
eine  in  die  andere  durch  Temperaturänderung 
übergeführt  werden  kann;  bei  der  Um- 
wandlung beobachtet  man,  daß  die  Kristalle 
(k'r  neuen  Modifikation  in  regelmäßiger  Orien- 
tierung gegen  die  ersteren  auftreten;  die 
nujlekulare  Richtkraft  der  Modifikation  I 
erstreckt  sich  auch  auf  die  angrenzenden  , 
^loleküle  der  Modifikation  II.  Der  von  Vor-  j 
1  an  der  und  Wilke  dargestellte  Anisal-p- 
aminozimtsäureäthylester  geht  bei  108"  j 
aus  dem  kristallinisch-festen  Zustand  in  eine 
zähflüssige  Masse  über,  diese  wandelt  sich 
bei  117"  in  eine  andere  dünnflüssige,  doppel- 


brechende Flüssigkeit  um,  welche  bei  136" 
in  die  isotrope  Schmelze  übergeht;  beim  Ab- 
kühlen treten  die  einzelnen  Zustände  in  der 
umgekehrten  Reihenfolge  auf,  verhalten  sich 
demnach  enaiitiotroj).  Andere  Substanzen 
besitzen  noch  eine  größere  Zahl  flüssiger  Zu- 
stände, der  Anisahiminozimtsäureäthylester 
besitzt  deren  vier,  drei  kristallinisch-flüssige, 
eine  isotrope  mit  den  vier  Uebergangspunkten 
lOO».  109",  117"  und  138";  der  Phenylbenzal- 
aminozimtsäureäthylester  gar  deren  fünf 
mit  den  5  Schmelz-  und  Umwandlungspunkten 
bei  145",  178",  204",  208"  und  216";  seine 
Modifikationen  sind  sehr  zäh  und  tragen  den 
Charakter  von  Harzen. 

Neben  Modifikationen,  die  im  Verhältnis 
der  Enantiotropie  stehen,  koiumen  auch  mono- 
trope vor,  beiderlei  Arten  bei  derselben  Sub- 
stanz oder  auch  nur  monotrope.  So  besitzt 
nach  Vorländer  Aethoxybenzalamino-a- 
Methylzimtsäureäthylester  eine  enantio- 
trope  kristallinisch-flüssige  und  eine  mono- 
trope kristallinisch-flüssige  Phase,  dazu  zwei 
feste  Phasen.  Uebergangspunkte  124",  94", 
76".  Aethoxybenzalamino  -  a  -  Aethylzimt- 
säureäthylester  besitzt  2  monotrop  kristal- 
linisch-flüssige Phasen  und  2  feste  Phasen. 
Uebergangspunkte  73",  61",  45". 

Manche  Substanzen  schmelzen  zwar  zu 
einer  kristallinischen  Flüssigkeit,  es  fehlt 
ihnen  aber  die  isotrop-flüssige  Phase:  sie 
sind  etwa  solchen  Körpern  zu  vergleichen, 
die  bei  einfachen  Atmosphärendruck  ver- 
dampfen ohne  zu  schmelzen.  Dies  findet  sich 
bei  Bis-p-nitrobenzal-p-phenylen-diamin  und 
Bisphenylbenzalphenylendiamin. 

Wie  der  Schmelzpunkt  allgemein,  so  ist 
nach  den  Untersuchungen  von  R.  Schenck 
auch  der  Klärungspunkt  von  äußeren  Druck 
abhängig,  der  Uebergang  in  die  isotrope  klare 
Flüssigkeit  vollzieht  sich  unter  Auftreten 
einer  Wärnietönung  und  })lötzlicher  xVende- 
rung  der  Dichte;  durch  Zusatz  fremder  Sub- 
stanzen kann  der  Klärungspunkt  beträchtlich 
herabgedrückt  werden.  Während  die  trüben 
Schmelzen  mit  fremden  Stoffen  nur  in  be- 
schränktem Umfange  mischbar  sind,  mischen 
sie  sich  untereinander  meist  in  allen  Verhält- 
nissen. Da  sie  in  dieser  Beziehung  den 
Mischungen  isomorjjher  fester  Stoffe  ähneln, 
bezeichnet  Schenck  sie  als  isomorphe 
Mischungen  flüssiger  Kristalle;  wie 
der  Schmelzpunkt  dieser  aus  dem  der  Kom- 
ponenten nach  der  Mischungsregel  berechen- 
bar ist,  so  gelang  es  Schenck,  auch  den 
Klärungspunkt  eines  flüssig  isomorphen  Ge- 
misches aus  denen  der  Komponenten  zu  er- 
mitteln; der  von  p-Azoxyanisol  wird  z.  B. 
durch  den  Zusatz  der  p-Azoxypheuetols 
nicht  erniedrigt,  soiulern  erhöht.  Misch- 
kristalle können  bei  kristallinisch-flüssigen 
Stoffen  nicht  nur  durch  gleichzeitige  Kristal- 
lisation, sondern  auch  durch  Diffussion  ent- 


1078 


Ki-istalle  (Flüssige  Kristalle) 


stellen,  sobald  die  beiden  kristallinischen 
Flüssigkeiten  ineinander  löslich  sind.  Zwei 
kristaliinisch-l'lüssij^e  Modifikationen  dessel- 
ben Stoffes  mischen  sich  nur  in  beschrcänkteni 
Verhältnis. 

Der  Grad  des  Flüssigkeitszustandes 
der  trüben  Schmelzen  ist  bei  verschiedenen 
Substanzen  verschieden  und  von  der  Tempe- 
ratur abhängig.  Um  ein  Urteil  über  den  Grad 
der  Zähigkeit  der  kristallinischen  Flüssig- 
keiten zu  bekommen,  sind  von  Schenck  und 
Eichwald  messende  Bestimmungen  aus- 
geführt worden.  In  der  Tabelle  sind,  da  die 
Zähigkeit  eine  mit  der  Temperatur  veränder- 
liche Größe  ist,  die  oberen  und  die  unteren 
beobachteten  Werte  angegeben.  Als  Maß- 
stab dient  die  Zähigkeit  des  Wassers  bei 
0",  welche  gleich  100  gesetzt  wird. 


so  ist  für  Anisaldazin  durcli  Conrat  fest- 
gestellt worden,  daß  beim  Klärungspunkt  die 
Aenderung  der  Dichte  unstetig  erfolgt,  indem 
der  Wert  von  2,034  der  isotropen  Schmelze 
bei  183,72"  auf  1,315  der  anisotropen  Schmelze 
bei  182,33"  springt,  wobei  der  Klärungspunkt 
bei  182,75»  liegt. 

Die  Messung  der  Dielektrizitätskon- 
stanten durch  Abegg  und  Seitz,  Eich- 
wald, Bühner  u.  a.  haben  ergeben,  daß 
diese  Größe  bei  der  Umwandlung  der  einen  in 
die  andere  flüssige  Phase  kaum  eine  Aenderung 
erfährt,  w^ährend  beim  Erstarren  ein  be- 
trächtliches Sinken  dieser  Größe  eintritt. 
Die  Werte  der  Dielektrizitätskonstanten  sind 
nach  Bühner 


Substanz 


Zähl 

gkeit 

der  iso- 

der aniso- 

trop. Phase 

trop.  Pase 

beim  Klär.- 

Punkt 

893 — 621 

420 

856—472 

357 

327—309 

449 

171 — III 

167 

141 — 128 

174 

106 —  91 

159 

79 —  66 

95 

Zustand 


Cholesterylbenzoat     . 
p-Azoxybenzoesäure- 

äthylester    .... 
p-Diacetoxylstilben- 

chlorid 

p-Azoxyanisolphenetol 
p-Azoxyanisol.    .    .    . 
p-Methoxyzimtsäure  . 
p-Azoxyphenetol    .    . 


Die  beiden  ersten  Stoffe  besitzen  die  Kon- 
sistenz ungefähr  von  Olivenöl,  die  übrigen 
die  der  höheren  Alkohole,  der  letzte  ist 
dünnflüssiger  als  Wasser.  Bei  der  Mehrzahl 
der  untersuchten  Körper  erwies  sich  die  aniso- 
trope Flüssigkeit  bedeutend  beweglicher  als 
die  isotrope,  die  Zähigkeit  steigt  beim  Klä- 
rungspunkt plötzlich  auf  den  höheren  Betrag, 
nur  bei  den  beiden  zähesten  Stoffen  besitzt 
die  anisotrope  Phase  die  größere  Zähigkeit. 
Sorgfältigste  Untersuchungen  über  die  Zähig- 
keit in  der  allernächsten  Umgebung  des  Um- 
wandlungspunktes der  anisotropen  in  die 
isotrope  Schmelze,  die  Schenck,  Hempel- 
mann  und  Dickenschied  ausgeführt  haben, 
haben  das  übereinstimmende  Resultat  ge- 
geben, daß  die  Zähigkeitskurve  ein  Minimum 
besitzt  und  von  dieser  tiefsten  Stelle  wieder 
ansteigt,  daß  eine  Diskontinuität  nicht 
nachzuweisen  ist,  daß  die  Kurven  hierin 
den  Emulsionskurven  gleichen.  Dies  findet 
aber  auch  bei  solchen  kristallinischen  BTüssig- 
keiten  statt,  deren  anisotrope  Schmelze  klar 
ist  und  sicher  nicht  als  eine  Emulsion  ange- 
sprochen werden  kann. 

Der  scheinbar  stetige  Uebergang  von  den 
Konstanten  der  kristallinischen  zu  denen  der 
amorphen  Schmelze  ist  nur  auf  die  Zähigkeit 
beschränkt,  schon  nichtmehraul'  dieDichte: 


isotropflüssig  . 
anisotropflüssig 
fest 


5^ 


O  :^ 


N  o  ;f;^ 


(US     -ai  s^-^ 


4,8 
4,9 

2,4 


4,8 
4,9 
3,3 


4,3 
4,3 
2,9 


4,8 
2.8 


Spätere  Messungen  von  Specht  und 
Sultze  nach  verfeinerten  Methoden  von 
Drude  ergaben,  daß  die  Temperaturkurve 
der  Dielektrizitätskonstanten  sowohl  beim 
l  Uebergang  aus  der  isotropflüssigen  zur  anisop- 
;  flüssigen  Schmelze,  als  auch  bei  den  Ueber- 
gängen  zwischen  zwei  anisotrop-flüssigen 
Phasen  zwar  kleine,  aber  doch  deutlich  wahr- 
nehmbare Diskontinuitäten  aufweist.  So 
beträgt  die  D.  E.  des  p-Azoxyanisol  nach 
Specht  bei  139, P  (isotrope  Schmelze)  5,232, 
bei  132,6"  (anisotrope  Schmelze)  5,479. 

Die  Messung  der  optischen  Konstan- 
ten der  flüssigen  Kristalle  ist  begreif licher- 
!  weise  mit  besonderen  Schwierigkeiten  ver- 
bunden. 0.  Lehmann  erhielt  für  Parazoxy- 
phenetol  durch  Suspension  in  einer  gleich 
stark  brechenden  Flüssigkeit  als  Werte  der 
Hauptbrechungsexponenten  1,8  und  1,5; 
die  Stärke  der  Doppelbrechung  an  der  gleichen 
Substanz  hat  er  zu  0,33,  Mauguin  zu  0,37 
gemessen.  Nach  den  Messungen  und  Be- 
rechnungen von  E.  Dorn  und  W.  Lohmann 
ist  für  die  zweite  kristallinisch-flüssige  Phase 
von  Aethoxybenzalamino-a-Aethylzimtsäure- 
äthylester  für  Na-Licht  bei  28"  co  =  l,529;e 
=  1,907  e  —  oj  =  0,378;  für  Aethoxybenzal- 
amino -a  -  Methylzimtsäureäthvlester  o  = 
1,520  und  £  =  1,914,  e  —  co  =  0,394.  Die 
Doppelbrechung  ist  demnach  reichlich  doppelt 
so  groß  als  bei  Kalkspat  und  nimmt  nach 
dem  violetten  Ende  des  Spektrums  noch 
erheblich  zu.  Die  unten  in  Figur  6  abgebildete 
Interferenzfigur  ist  die  der  letzteren  Verbin- 
dung. Die  Brechungskoeffizienten  für  die 
amorphe  Schmelze,  sowie  für  den  ordentlichen 
Strald  der  beiden  kristallisch-flüssigen  jModifi- 


Kristalle  (Flüssige  Kristalle) 


1079 


kationen  wurden  direkt  bestimmt,  während   für    verschiedene    Wellenlänge    des    Lichtes 
der  für  den  außerordentlichen  Strahl  aus  Mes-   ausgeführt.    Die  Ergebnisse  für  die  eine  der 
sungen  an  den  Ringen  im  konv.  pol.  Licht   beiden   untersuchten    Substanzen    zeigt   die 
berechnet    wurde.        Die     Untersuchungen   folgende  Tabelle  (nach  Schenck): 
wurden  bei  verschiedenen  Temperaturen  und  \ 

Aethüxybonz;ilamino-c<:-aethylzimtsäureaethylester. 


Art  des 
Strahls 

Temp. 

Li 

X  =  6708 

Na 
l  =  5893 

Hg  gr. 
;.  =  5461 

Hg.  bl. 

^-  =  4357 

Phase 

() 

270 

1,5211 

1.52S6 

1,5337 

1,5687 

2  80 

1,5220 

1,5288 

1,5353 

1,5704 

29O 

1,5234 

1,5305 

1,5369 

1,5731 

30O 

1,5249 

1,5332 

1,5400 

1-5794 

1 

KristaUin- 
fl.  Phase 

i' 

2  80 

1.8851 

1.9075 

1.9357 

2.2074       1 

IL 

Doppelbrecli. 

2  80 

0,3' '3 

0.378 

0.400 

0,630 

30O 

1,5371 

1,5408 

1.5504 

1,5956 

35° 

1,5394 

1,5454 

1.5544 

1,6025 

Kristallin- 

40O 

1,5423 

1,5487 

1,5584 

i,6iii 

fl.  Phase 

45" 

1,5453 

1,5523 

1,5625 

1,6166 

I 

50O 

1,5490 

1,5566 

1,5681 

53" 

— 

1,5620 

— 

— 

560 

"^ 

1,5679 

"" 

"~ 

60O 

1,0134 

1,6308 

1,6440 

1,6955 

70O 

1,6088 

1,6264 

1,6392 

1,6911 

SqO 

1,6041 

1,6208 

1,0342 

1,6852 

90O 

1-5992 

1,6166 

1,6291 

1,6796 

Isotrope 

ioqO 

1,5943 

1,6118 

1,6239 

1,6742 

Schmelze 

iiqO 

1,5895 

1,6071 

1,6191 

1,6695 

I200 

1,5847 

1,6043 

— 

1,6647 

I300 

1.5800 

— 

— 

— 

Die  Substanzen  befolgen  in  der  zweiten 
kristallinisch-flüssigen  Phase  quantitativ  die- 
selben Gesetze,  wie  die  einachsigen  festen 
Kristalle.  Hierin  sehen  Dorn  und  Loh  mann 
einen  weiteren  starken  Grund  gegen  die 
Emulsionstheorie  der  kristallinischen  Flüssig- 
keiten. Mit  dem  Uebergang  der  einen  Modi- 
fikation in  eine  andere  sind  starke  Sprünge 
und  plötzliche  Aenderungen  in  den  optischen 
Konstanten  verbunden. 

5.  Form  und  optisches  Verhalten  der 
flüssigen  Kristalle.  Die  trüben  Schmel- 
zen, welche  Aggregate  der  flüssigen  Kristalle 
sind  und  desw^egen  zweckmäßig  kristallinische 
Flüssigkeiten  genannt  werden,  erweisen  sich 
bei  Untersuchung  im  polarisierten  Licht  als 
lebhaft  doppelbrechend  in  einer  mit  ihrer 
Bewegung  fortwährend  wechselnden  Weise. 
Wenn  es  sich  nur  darum  handelt,  nachzu- 
weisen, daß  die  Körper  flüssig  und  zugleich 
doppelbrechend  sind,  bedarf  es  keiner  wei- 
teren 3Iittel,  als  die  Substanz  auf  einem 
Objektträger  mit  einem  flachen  Uhrglas 
als  Deckglas   unter  einem  Lehman nschen 


Kristallisationsmikroskop  zu  schmelzen  und 
das  Deckglas  schaukelnd  zu  bewegen,  wäh- 
rend die  Temperatur  unter  der  Klärungstem- 
peratur gehalten  wird.  Um  aber  die  Form 
zu  untersuchen,  welche  die  flüssigen  Ki'istaUe 
frei  schwebend  annehmen,  muß  die  Sub- 
stanz in  kleine  Teilchen  getrennt  werden, 
was  durch  Zusatz  einer  sehr  geringen  Menge 
eines  Lösungsmittels  (Bromnaphtalin,  Kolo- 
phonium, Oel  usw.)  erreichbar  ist.  Für  seine 
neuesten  Untersuchimgen  verwendet  Leh- 
mann ein  mit  großer  Apparatur  versehenes 
Mikroskop  für  thermische  Analyse  in  Ver- 
bindimg mit  einem  Kapillarrotator. 

Während  die  kristaUinischen  Flüssig- 
keiten durch  die  Brechung,  Reflexion  und 
Beugung  des  Lichtes  an  der  Grenze  der 
einzelnen  Kristalhndividuen  trüb  erschei- 
nen, sind  die  isolierten  flüssigen  Kristalle 
klar  durchsichtig.  Die  Bezeichnung  „doppel- 
brechende Flüssigkeiten"  weistLehmann  zu- 
rück, weil  die  flüssigen  Ivristalle  sich  von 
Flüssigkeiten,  die  durch  heftige  mechanische 
Störungen    doppelbrechend    geworden    sind. 


1080 


Kristalle  (Flüssige  Kiistalle) 


selir  wesentlich  dadurch  unterscheiden,  daß    Kristalk'  kann  man  solche  unterscheiden,  die 


ihre  bei  der  Fortwachsunji,"  neu  anjielagerten 
Schichten     die    gleiche    Anisotropie    zeii^en 


o~. 


rpä%'i9?X^.o'^-0p 


frei  schwebend  nur  Kugelt'orni  aniu'htnen 
und  andere,  die  polyedrische  Formen  bilden. 
Die  ersteren  werden  wohl  auch  im  enf;eren 
Sinn  i'lüssio;e  Kristalle,  die  anderen  fließende 
Kristalle  genannt.  Bei  den  ersteren  wirtl 
die  Form  nur  durch  die  Oberflächenspau- 
nunc;  ü,ebildet,  bei  den  anderen  tritt  dazu 
die  (iesta]tun2;skraft  der  Substanz.  Die 
Untersuchunt^en  verdanken  wir  besonders 
O.  Leiimann,  der  durch  seine  ü,roßen  Ki- 
lahrunsen  im  (iebiete  der  mikroskopischen 
Kristailanalyse  wie  kein  anderer  die  beson- 
tleren  Schwierigkeiten,  die  sich  hier  bieten, 
zu  überwinden  vermochte:  Photographien 
für  die  Abbildungen  hat  er  und  Vorländer  in 
dankenswerter  Weise  zur  Verfügung  gestellt. 
Flüssige  Kristalle  in  Kugelform 
<ind  besonders  gut  aus  p-Azoxyphenetol  oder 
einer  Mischung  dieser  Substanz  mit  Azoxy- 
anisol  zu  erzielen.  Azoxyphenetol,  das  im 
kristallinisch-flüssigen  Zustand  leichter  be- 
'^"'''  ''  weglich  ist  als  Wasser,  nimmt  frei  schwe- 
l»end  Kugelgestalt  an;  die  Kugeln  (Fig.  2) 
Fig.  2.  Kristalltropfen  von  Paiaaz..x\  phenetol  besitzen  eine  regelmäßige  innere  Struktur, 
in  natürlichem  Licht.    :sach  U.  Lehmann.     ;  die  im  gewöhnlichen  Licht    bei    genügender 

Vergrößerung  dadurch  hervor- 
tritt, daß  eine  Kugel  je  nach 
ihrer  Lage  entweder  einen  dunklen, 
von  einem  grauen  Hof  umgebe- 
nen Kern  im  Zentrum  (Kristall- 
tropfen in  der  ersten  llau])tlagel 
oder  eine  bikonvexe  Linse  (Kris- 
talltropfen in  der  zweiten  Haupt- 
lage) zu  enthalten  scheint,  (le- 
bilde,  die  nicht  existieren,  son- 
dern nur  durch  die  Lichtbrechung 
infolge  der  inneren  Struktur  er- 
scheinen und  deren  Zustande- 
kommen Lehmann  durch  eine 
symmetrische  Anordnung  der 
Moleküle  in  konzentrischen  Kreisen 
um  eine  durch  den  Kern  gelegte 
Achse,  die  Symmetrieachse,  er- 
klärt. Sobald  zwei  Kristalltropfen 
sich  berühren,  fließen  sie  in  einen 
zusammen,  zeigen  für  kurze  Zeit 
zwei  Kerne,  bald  nur  jioch  einen. 
Dies  führt  Lehmann  darauf  zu- 
rück, daß  sich  die  ^Moleküle  der 
zusa  nimengef  lossenen  Tropfen 
parallel  richten  und  nennt  den 
Vorgang  ..spontane  Homöo- 
tropie'".  Beim  Zusammenfließen 
mehrerer  Kristalltropfen  werden 
die  Erscheinungen  entsprechend 
und  daß  die  Struktur  bei  den  mannig-  komplizierter.  Sok-hesZusammenfließen  zweier 
faltigsten  und  eingreifendsten  Störungen  Kristalltropfen  zu  einem  einheitlichen  Indi 
erhalten  bleibt;  hieraus  schließt  Lehmann,  viduum  vergleicht  0.  Lehmann  mit  der 
daß  die  flüssigen  Kristalle  „molekulare  Kopulation  niederer  Lebewesen.  Wenn 
Richtkraft"  besitzen,  welche  den  Flüssig-  die  sich  mischenden  Stoffe  erheblich  ver- 
keiten  abgeht.  schieden  sind,  so  treten  eigentümliche  Struk- 

Nach  der  Forntenauslnidung  der  flüssigen    turstörungen  auf  (Fig.  3),  z.  B.  Tropfen  aus 


Fig.  3. 
Licht. 


Zusammengesetzte  Ki'istalltropfeii  in  natürlichem 
Dibenzalbenzidin  gemischt  mit  Aethoxybenzalazin. 
Nach  O.  Lehmann. 


Kristalle  (Flüssige  Kiistalle) 


1081 


zusammengeschichteten  Lamellen,  die  so  lein   ändert  sich  ihr  Verhalten  in  eiitsprecliender 

sein  können,  daß  stärkste  Veri^rüßerung  dazu    Weise.    Je  nacli  ihrer  Dicke  geben  sie  außer 

gehört,    sie    wahrzunelimeii :    ilire    Struktur   den  schwarzen  Streifen  lebhafte  Iiiterfereiiz- 

könnte    man    mit   (U'r    Mikropertliitstruktur 

der  Alkalifeldspate  vergleichen.   Ueber  einem 

Nicol  erweisen  sich  die  Kugeln  als  dichroi- 

tisch,  indem  sie  in  zwei  gegenüberliegende 

gelbe    und    farblose  Felder   zerfallen;    beim 

drehen    des    Präparats    werden    die    vorher 

farblosen  gelb,  die  gelben  farblos  (  Fig.  4).  Wird 


Fi^'  4.  Kri.^talltriipli'ii  in  |j(4ansiertem  Licht 
(über  einem  ^"icol):  wegen  des  Dichroismus  sind 
die  Tropfen  in  weiße  und  gelbe  (hier  lielle  und 
dunklere)  Felder  geteilt.  Paraazoxyanisol  mit 
etwas  Paraazo.xyphenetol.     ]N'ach  ().  Lehmann. 

das  Nicoische  Prisma  über  dem  Präparat 
angebracht,  so  erscheinen  die  vorher  gelben 
Felder  farblos  und  die  farblosen  gelb.  Flüssige 
Kristalle,  die  durch  Aufnahme  fremder  Stoffe 
uefärbt  sind,  werden  ebenfalls  dichroitisch. 
Bei  gekreuzten  Nicols  (Fig.  5)  geben  Tropfen 
in  der  ersten  Hauptlage  bei  sehr  geringer 
Dicke  ein  schwarzes  Kreuz,  dessen  Arme  den 
Schwingungsrichtungen  der  Nicols  parallel 
gehen:  in  dickeren  Tropfen  treten  durch 
Ueberlagerung  Komphkationen  ein.  Tropfen 
in  der  zweiten  Hau))tlage  verhalten  sich 
zwischen  gekreuzten  Nicols  in  der  Mitte  ein- 
heitlich und  so,  als  ob  die  ^Moleküle  nicht, 
wie  bei  den  ersteren,  konzentrisch  um  die 
Glitte,  sondern  in  parallelen  Linien  an- 
geordnet  seien.     Beim    Rollen    der   Tropfen 


Fig.     5.       Kristalltropfen 
zwiscdien  gekreuzten  Nicols 


von     Azoxj'phenetol 
Nach  ().  Lehmann. 


färben.  Manche  Forscher,  wie  Friedel  und 
(Irandjean  vertreten  auf  (Irund  eigner 
l'orschungen  die  Ansicht,  daß  die  Doppel- 
In'echung  der  flüssigen  Kristalle  keine  Eigen- 
schaft dieser  sei.  sondern  an  die  Grenz- 
schichten gebunden  sei,  welche  dem  (das 
adhärieren.  Sie  ziehen  daher  die  Bezeich- 
nung ,, anisotrope  Flüssigkeit''  vor, 
welche  sich  dadurch  empfiehlt,  daß  sie 
keine  hypothetische  Annahme  über  Kristall- 
struktur enthält.  Der  Auslegung  ihrer 
Beobachtungen  hält  Lehmann  entgegen, 
daß  sie  mit  zu  dicken  Schichten  und  nicht 
reiner  Substanz  gearbeitet  haben ;  man 
müsse  die  Versuche  so  einrichten,  daß  frei 
schwebende  Tropfen  zur  Beobachtung  ge- 
langen, nur  solche  werden  kugelförmig  und 
zeigen  die  von  Lehmann  beschriebenen  Er- 
scheinungen. 

Wie  zwei  Tropfen  zu  einem  zusammen- 
fließen können,  so  formt  sich  ein  geteilter 
Tropfen  in  kurzer  Zeit  zu  zwei  Kugeln, 
welche  sich  verhalten  wie  der  ursprüngliche 
Tropfen.  Im  magnetischen  Feld  drehen  sich 
die  Tropfen  bis  zur  Uebereinstimmung  der 
Symmetrieachse  mit  den  magnetischen  Kraft- 
linien, außerdem  erleiden  sie  eine  Aenderung 
der    Struktur    derart,    daß    auch    die    Aus- 


1082 


Kristalle  (Fliissige  Ki-istalle) 


löschungsrichtungen,  d.  h.  dip  Achsen  der 
einzelnen  Moleküle  nach  Lehmann  sich 
den  Kraftlinien  nähern;  nach  Beseitigung 
des  Feldes  kehrt  die  frühere  Struktur  zurück. 
Jede  künstlich  hervorgerufene  Störung  der 
Struktur,  z.  B.  durch  Erzeugung  wirbelnder 
Ströme  im  Innern,  verschwindet  infolge  der 
spontanen  Homöotropie  sofort  wieder. 

Durch  die  adsorbierende  Wirkung  des 
Glases  ordnen  sich  die  Teilchen  in  den 
kristallinischen  Flüssigkeiten  so,  daß  im 
parallelen  polarisierten  Licht  die  Schichten 
wie  einfach  brechend  ,,pse udoisotrop"  er- 
scheinen, im  konvergenten  Licht  aber  ein 
Interferenzbild  wie  einachsige  Kristalle  geben. 
Diese  durch  eiiien  äußeren  Zwang  herbei- 
geführte Parallelrichtung  der  Teilchen  nennt 
Lehmann  ,, erzwungene  Homöotropie". 
Vermindert  man  die  molekulare  Richtkraft 
der  Kristalltropfen  von  p-Azoxyphenetol 
durch  Beimischung  von  Parazoxyzimt- 
säureäthylester,  so  wirkt  auch  bei  Anwesen- 
heit eines  Lösungsmittels  die  adsorbierende 
Kraft  des  Glases  so  intensiv,  daß  die  Kri- 
stalle sofort  nach  ihrer  Entstehung  pseudo- 
isotrop scheinen,  indem  sich  die  optische 
Achse  senkrecht  zur  Glasfläche  stellt,  na- 
mentlich bei  sehr  dünner  Schicht.  Lehmann 
nennt  dies  „spontane  Pseudoisotropie". 
Die  ,, öligen  Streifen",  die  dann  öfters  noch  zu 
beobachten  sind,  sind  solche  Partien,  in 
denen  diese  regelmäßige  Stellung  der  Achsen, 
die  vielleicht  auf  Parallelrichtung  blättchen- 
förmiger  Moleküle  beruht,  nicht  eingetreten 
ist,  wo  diese  Blättchen  vielmehr  hochkant 
stehen,  statt  mit  der  Fläche  dem  Glase 
anzuliegen.  Die  Ursache  ihrer  Entstehung 
ist  Verunreinigung  der  kristallinischen  Flüs- 
sigkeit. 

Fügt  man  der  kristallinischen  Flüssigkeit 
mechanische  Verunreinigung  zu,  z.  B.  Tusche, 
so  schieben  die  flüssigen  Kristalle  diese  zur 
Seite,  was  Lehmann  als  ihre  Selbstreini- 
gung bezeichnet.  Auf  der  Oberfläche  einer 
in  der  Mutterlauge  befindliehen  Luftblase 
breiten  sich  die  flüssigen  Kristalle  zu  einer 
pseudoisotropen  Schicht  aus,  es  entstehen 
hohle  Sphärokristalle. 

Mit  Untersuchung  der  im  konvergenten 
polarisierten  Licht  auftretenden  Inter- 
i'erenzerscheinungen  hat  sich  besonders  Vor- 
länder beschäftigt.  Hiernacli  geben  die 
„pseudoisotropen"  kristallinischen  Flüssig- 
keiten, nachdem  sie  durch  Aufrichtung  der 
Kristalle  zwischen  Objektträger  und  Deck- 
glas klar  und  durchsichtig  geworden  sind, 
ein  scharfes,  auch  bei  Drehung  unveränder- 
tes Interferenzbild  einachsiger  Kristalle, 
welches  von  dem  einer  festen  einachsigen, 
senkrecht  zur  optischen  Achse  geschnittenen 
Kristallplatte  nicht  zu  unterscheiden  ist 
(Fig.  6);  die  Dop])elbrechung  der  a-methy- 
lierten    und    a-äthylierten    Zimtsäureäthyl- 


ester  ist  mehr  als  zweimal  so  stark  als  die  des 
Kalkspaths.  Der  optische  Charakter  ist 
negativ  bei  allen    den    flüssigen   Kristallen. 


Fig.    6.       Interferenzbild   einer   kristallinischen 

Flüssigkeit,    Aethoxybenzalamino-a-methylzimt- 

säureaethylester   im  konvergenten    polarisierten 

Licht.    Nach  Vorländer. 


welche  pleochroitisch  sind  und  Schiller- 
farben (siehe  weiter  unten)  zeigen,  auch 
dann,  wenn  sie  zwei  pleochroitische  kristalli- 
nisch-flüssige Phasen  bilden,  positiv  bei 
allen  anderen.  Wenn  eine  nicht  pleochroi- 
tische Substanz  mehrere  kristaUinisch-flüs- 
Phasen    bildet,    so    können    diese    den 


sige 


Fig.  7.    Interi'erenzbild  einer  zirkalarpolarisiereu- 

den  krist;dUnis('hen  Flüssigkeit.    Optisch  aktiver 

Araylester     der    Anisalaminozimtsäure.       JMach 

Vorländer. 


Kristalle  (Flüssige  Kiistalle) 


1083 


gleichen  oder  auch  entgegengesetzten  Cha- 
rakter der  Doppelbrechung  haben. 

Bei  manchen  kristallinisch-flüssigen  Kri- 
stallen treten  Erscheinungen  auf  wie  die  der 
zirkularpolarisierenden  festen  Kri- 
stalle (Fig.  7);  die  Stärke  der  Drehung  wird 
nach  Vorländer  konstitutiv  beeinflußt  von 
Doppelbindung,  aromatischen  Resten  u.  a., 
und  ist  ungemein  groß;  so  soll  Cyanbenzal- 
aminozimtsäure-akt.-amylester  ein  spez. 
Drehungsvermögen  (1  mm  Dicke)  von  12000^ 
bis  130000  ijjj  Natriumlicht  haben.  Solche 
kristaUinisch-flüssige  Substanzen,  Avelche 
gleichzeitig  stark  pleochroitisch  und  zirkular- 
polarisierend sind,  geben  im  konv.  pol.  L. 
nach  Untersuchungen  von  Vorländer  und 
Huth  Interferenzfiguren,  bei  denen  die 
Farben  nur  in  je  zwei  diagonal  gelegenen 
Quadranten  die  gleichen,  in  den  anderen 
Quadranten  abweichende  sind.  Die  Mittel- 
linie dieser  Färbungen  fällt  bei  gekreuzten 
Nicols  nicht  zusammen  mit  einer  der  Schwin- 
gungsrrchtungen,  sondern  bildet  mit  diesen 
einen  Winkel  von  etwa  45";  hierdurch  unter- 
scheiden sich  die  Erscheinungen  von  denen 
absorbierender  fester  Ivristalle,  sie  sind 
ohne  Analogon  bei  diesen. 

Ueber  die  Deutung  der  Erscheinungen 
gehen  trotz  aller  Klarheit  der  Interferenz- 
bilder die  Ansichten  auffallend  auseinander. 
0.  Lehmann  gibt  im  allgemeinen  nicht 
zu,  daß  eine  pseudoisotrope  kristallinische 
Flüssigkeit  als  ein  einheitlicher  optisch  ein- 
achsiger Kristall  aufzufassen  sei  und  meint, 
daß  nach  der  Theorie  von  Mallard  auch  eine 
optisch  zweiachsige  Masse  optisch  ein- 
achsig erscheinen  könne.  Flüssige  Kristalle, 
wie  Azoxyphenetol,  die  als  kristallinische 
Flüssigkeiten  pseudoisotrop  und  optisch  ein- 
achsig sind,  hatte  Lehmann  nach  ihren 
sonstigen  optischen  Eigenschaften  als  mono- 
klin  bestimmt,  ,, nichts  destoweniger  bildet 
das  Paraazoxyphenetol  optisch  einachsige 
pseudoisotrope  Massen,  weil  parallel  zur  Glas- 
fläche keine  Richtung  vor  der  anderen  be- 
vorzugt ist".  Nur  in  seltenen  Fällen 
entspricht  nach  Lehmanns  Auffassung 
in  den  flüssigen  Kristallen  die  An- 
ordnung der  Moleküle  der  Raumgitter- 
struktur der  regelmäßigen  festen  Kristalle. 
Meist  ist  nur  die  Achse,  um  welche 
sich  die  Moleküle  besonders  leicht  drehen, 
bei  allen  Molekülen  ])arallel,  während  die 
dazu  senkrechten  Nebenachsen  alle  mög- 
lichen, sich  beständig  ändernden  Richtungen 
einnehmen.  Diese  halb-  oder  pseudoisotrope 
Struktur  würde  die  Mitte  halten  zwischen 
derjenigen  homogener  fester  Kristalle  und 
der  homogener  nicht  kristallinischer  Flüssig- 
keiten. Auch  die  Zirkularpolarisation 
hält  Lehmann  nicht  für  eine  natürliche 
und  der  Substanz  eigentümliche  Eigenschaft, 
sondern  nimmt  an,  daß  sie  durch  Ueberein- 


anderschichtung  der  doppelbrechenden  Mole- 
küle erzeugt  werde;  sie  kann  in  flüssig-kri- 
stallinischem p-Azoxyphenetol  und  ähnlichen 
Stoffen  durch  Mischung  mit  wenig  Kolo- 
phonium hervorgerufen  werden.  Durch  Auf- 
nahme von  Kolophonium  wird  zugleich  die 
Struktur  der  flüssigen  Kristalle  gestört;  bei 
einer  Temperaturdifferenz  zwischen  Ober- 
und  Unterseite  geraten  die  Kugeln  in  leb- 
hafte Rotation  um  so  schneller,  je  größer 
die  Temperaturdifferenz  ist  und  je  nach  der 
Beschaffenheit  der  Substanz  und  dem  Lö- 
sungsmittel im  Sinne  des  Uhrzeigers  oder  ent- 
gegengesetzt. 

Gewisse  kristallinische  Flüssigkeiten,  wie 
Cholesterinverbindungen,  zeichnen  sich  da- 
durch aus,  daß  sie  in  der  Nähe  ihrer  Umwand- 
lungstemperatur bei  Betrachtung  mit  freiem 
Auge  auf  dunklem  Hintergrund,  sowie  bei 
mikroskopischer  Beobachtung  zwischen  ge- 
kreuzten Nicols  außerordentlich  prächtige, 
leuchtende  Farbenerscheinungen  zeigen, 
welche  an  die  Schillerfarben  des  Opals  oder 
des  Laboradorfeldspats  erinnern,  diese  aber 
an  Lebhaftigkeit  noch  übertreffen.  Nach 
Lehmanns  Untersuchungen  kommt  der 
Farben  Schiller  nur  bei  solchen  Körpern 
vor,  die  mehrere  kristallinisch-flüssige  Phasen 
zu  bilden  vermögen  und  tritt  besonders  leb- 
haft dann  auf,  wenn  man  die  Masse  durch 
Andrücken  des  Deckglases  pseudoisotrop 
macht.  L  e  h  m  a n  n  nimmt  an ,  daß  die  Farben- 
erscheinung dadurch  bedingt  ist,  daß  sich 
mit  sinkender  Temperatur  in  immer  reich- 
licherem Maße  Moleküle  der  Modifikation  II 
in  der  kristallinisch-flüssigen  Modifikation  I 
in  Lösung  befinden.  Mit  dem  Farbenschiller 
ist  immer  eine  außerordentliche  starke  Dre- 
hung der  Polarisationsebene  verbunden  (siehe 
oben).  Gleich  intensiver  Farbenschiller  kann 
[  durch  Mischung  zweier  kristalhnischer  Flüs- 
sigkeiten erzeugt  werden,  so  z.  B.  aus  Chole- 
'  sterylkaprinat  +  Cholesterylchlorid  oder 
Choierylkaprinat  +  Parazoxyphenetol;  die 
Erscheinung  wäre  in  analoger  Weise  zu  er- 
klären. 

Flüssigelvristalle  mit  polyedrischer 
Form;  fließende  Kristalle.  ^Manche  flüssigen 
Kristalle  nehmen  freischwebend  mehr  oder 
weniger  vollkommene  Polyederform  an,  die 
Gestaltungskraft  ist  bei  ihnen  stärker  als  die 
Oberflächenspannung,  sie  werden  aus  diesem 
Grunde  als  fließende  Kristalle  von  den  flüs- 
sigen unterschieden.  Zu  diesen  gehört  vor 
'  allen  Ammoniumoleat,  Paraazoxybenzoe- 
säureäthylester  und  Paraazoxybromzimt- 
säureäthylester.  Ammoniumoleat  wird 
mit  Alkohol  unter  Erwärmen  verrührt,  die 
Lösung  auf  einem  Objektträger  mit  ebenem 
Deckglas  untersucht.  Zur  besseren  Erken- 
nung der  sich  ausscheideiulen  Kristalle  wird 
empfohlen,  als  Lichtquelle  das  direkte  Licht 
einer  intensiven    Bogenlampe   zu   benutzen. 


1084 


l\  ristal It '  ( Fl iissit>-e  Kristalle) 


Im  natürlichen  Licht  heben  sie  sich  nur  sehr 
wenig  ab,  weil  ihre  Lichtbrechuni!;  sehr  an- 
nähernd gleich  der  der  Lösung  ist,  besser 
sind  sie  im  polarisierten  Licht  zu  erkennen, 
obwolil  sie  auch  da  wegen  ihrer  geringen 
Dicke  und  schwachen  I)()|Ji)elbrechung  nur 
Interl'erenzfarben  L  Ordiumg  geben.  Die 
b'orm  (Fiii.  8)  ist  die  einer  spitzen  (luadra- 


Fig.  8.       Ammoniuinoleat.       Flüssig-pdlycdiisclie   Kristalle.      Nach 
().  Lehmann. 


tischen  i^-ramide.  die  Auslöschung  der 
Kristalle  erfolgt  parallel  und  senkrecht  zu 
ihrer  Längsrichtung.  Durch  Beimischung 
von  Magdalarot  (mit  etwas  ()liven(")l  zur  Ver- 
minderung der  Löslichkeit)  erhält  numdichroi- 
tische  Kristalle.  Das  merkwürdige  ist  nun, 
daß  sobald  zwei  in  ihrer  Lösung  schwinnnende 
Kristalle  in  Berührung  kommen,  sie  zu- 
sammenfließen und  sich  in  kurzer  Zeit  zu 
einem  einzigen  von  einheitlicher  Struktur 
vereinigen,  woraus  hervorgeht,  daß  den  Kri- 
stallen eine  F^lastizitätsgreuze  fehlt,  ihre 
Moleküle  aber  doch  eine  orieutierentle  Kicht- 


kraft  aufeinander  ausüben.  Bei  geringem 
tiehalt  der  Lösung  an  Alkohol  verschwinden 
die  Kriställchen  scheinbar,  in  Wahrheit  wer- 
den sie  spontan  pseudoisotrop,  indem  sich 
die  optische  Achse  senkrecht  zur  (ilasfläche 
stellt.  Dasselbe  tritt  ein,  wenn  eine  größere 
Menge  von  Ammoniumoleat  zwischen  Ob- 
jektträger und  Deckgläschen  gepreßt  wird 
(erzwungene  Pseudoiso- 
tropie).  Wenn  man 
größere  Individuen  in 
mehrere  teilt,  so  streckt 
sich  alsbald  jedes  Bruch- 
stück vermöge  der  Ge- 
staltungskraft der  Sub- 
stanz ganz  von  selbst 
wieder  zu  einem  spitzen 
Oktäder.  Lecithin  in 
Alkohol  gelöst  gibt 
flüssige  Kristalle,  die 
sich  denen  des  Am- 
moniumoleats  ganz  ana- 
log verhalten.  Die  Bil- 
dung polyedrischer  For- 
men, die  Doppelbrechung 
der  Kristalle  und  ihr 
Üichroismus  sind  Eigen- 
schaften, die  mit  der  An- 
luihme,  es  lägen  Emul- 
sionen vor,  unvereinbar 
sind.  Beim  Herum- 
strömen der  Mutterlauge 
um  Hindernisse  können 
sich  darin  freischwim- 
mende flüssige  Kristalle 
infolge  ihrer  sehr  geringen 
inneren  Reibung  unter 
stetiger  Aenderung  ihrer 
Auslöschungsrichtungen 
deformieren,  entspre- 
chend den  Krümmungen 
der  Stromlinien,  und  ver- 
halten sich,  als  ob  sie 
nur  mit  Doppelbrechung 
ausgestattete  Teile  der 
Flüssigkeit  wären.  Bei 
weitgehender  Krümmung 
kann  aber  ein  Knick  ent- 
stehen, so  daß  sich  zu 
dessen  beiden  Seiten  die 
Moleküle  in  Zwillingsstellung  befinden. 

In  Gegensatz  zu  0.  Lehmann  ist  A. 
Mlodziejowski  bei  dem  Studium  von 
Ammoniumoleat,  das  aus  wasserhaltiger  al- 
koholischer Lösung  bei  Zimmertemperatur 
ausgeschieden  war.  zu  der  xVuffassung  ge- 
kommen, daß  die  Symmetrie  der  fließenden 
Kristalle  des  Ammoniumoleats  nichts  Ge- 
meinsames hat  mit  der  Symmetrie  der  Kri- 
stalle im  allgemeinen,  daß  ihre  Doppel- 
brechung in  keinem  Zusammenhang  mit  ihrer 
Größe  steht,  daß  sich  die  F^rscheinungen  viel 
leichter  vom  Standpunkte  Quinckes  als  von 


Kiistalle  (Flüsjsige  Kristalle 


1085 


die    fließenden 


dem  Lehmanns  erklären  lassen,  daß  man  die 
Existenz  der  fließenden  Kristalle  des  Am- 
moninmoleats  zu  verneinen  hat.  Auch  Frie- 
del  und  Grandjean  vermochten  an  Am- 
moniumoleat  weder  eine  Form  zu  erkennen, 
die  sich  in  die  oewcihnlichen  Kristallsysteme 
einreichen  ließe,  noch  auch  homogene  Aus- 
löschune;:  sie  meinen,  daß 
Kristalle  den  echten  noch 
fernerstehen  als  die  flüssi<?en 
Kristalle  und  möchten  sie 
als  einen  besonderen  A2:2,"re- 
Satzustand  betrachten. 

Lehmann  hcält  ihnen  ent- 
.^es^en,  daß  sie  ihre  Be- 
obachtunc>en  an  zu  pjroßen 
Individuen  angestellt  hcätten, 
die  nicht  einfach  in  der 
Ijösuno;  gewachsen  waren, 
sondern  sich  durch  Zusam- 
menfließen vieler  kleiner 
Individuen  gebildet  hatten. 
In  seinen  letzten,  in  den 
Sitzungsberichten  der 

Heidelberger  Akademie  der 
Wissenschaf  ten  erschienenen 
Schriften  weist  Lehmann 
mit  Hilfe  des  verbesserten 
Mikroskops  für  thermische 
Kristallanalyse  aufs  neue 
nach,  daß  Ammoniumoleat 
zweifellos  polyedrische 

fließende  Kristalle  bildet 
und  daß  diese  im  pol.  Licht 
homogen  auslöschen  wie 
feste  Kristalle,  daß  sie  nach 
ihren  Eigenschaften  dem 
f|uadratischen  System  zuzu- 
weisen sind. 

Weit  mehr  als  Am- 
moniumoleat eignen  sich  zur 
Beobachtung  die  fließend - 
kristallinische  Modifikation 
von  Vorländers  Para- 
a  z  0  X  y  b  e  n  z  0  e  s  ä  n  r  e  - 
äthylester  und  Para- 
a  z  0  X  y  b  r  0  m  z  i  m  t  s  ä  u  r  e  ä  t  h  y  1  e  s  t  e  r .  Dieses 
bildet  nach  den  Beobachtungen  des  genann- 
ten Forschers,  wenn  sich  die  Ivristalle  aus 
der  isotropen  Schmelze  bei  Zusatz  von  sehr 
wenig  Bromnaj)htalin  ausscheiden,  gerade 
einachsige  Säulen  und  völlig  entwickelte 
vierseitige  Pyramiden  mit  ziemlich  scharf- 
kantiger ebener  Basis,  und  die  Kristalle  sind 
doch  so  flüssig,  daß  sie  mit  großer  (Geschwin- 
digkeit und  kräftigem  Ruck  zusammen- 
fließen, sobald  sie  sich  berühren  (Fig.  9). 
Wird  ein  frei  schwebender  Kristall  beliebig 
deformiert,  so  nimmt  er.  sich  selbst  über- 
lassen, wieder  Polyederform  an.  Bei  ge- 
kreuzten Nicols  erfolgt  die  Auslöschung 
])arallel  und  senkrecht  zur  Längsrichtung  der 
Kristalle.  Die  Kristalle  des  Benzoesäureäthyl- 


esters  verhalten  sich  ähnlich;  ein  an  einen 
größeren  Kristall  heranschwimmender  kleiner 
wird  im  Momente  der  Berührung  sofort  in 
parallele  Stellung  gedreht  und  vollständig 
aufgenommen,  so  daß  die  Nadel  hier  verdickt 
wird.  Werden  der  Reihe  nach  eine  Menge 
kleinerer  Kristalle  aufgenommen,  so  erhält 
die   Nadel  ebensoviele   Anschwellungen,   die 


9.       Kliiss 
iraazoxvbr 


ig-polyedrisi-lu'    Kristiille     mit  geraden    Kanten, 
omzimtsäureaethylester.     Nach  Vorländer. 

sich  symmetrisch  um  die  Achse  ordnen,  wo- 
durch Formen  entstehen,  die  an  gedrechselte 
Säulchen.  Kegel,  Puppen  u.  dgl.  erinnern. 
Alle  diese  (lebilde  sind  bei  sinkender  ü^ 
wogung  beständig  in  lebhaftester  Bewegung, ''^'«^^^ 
sie  Hießen  mehr  und  mehr  zusammen.  'Schließ- 
lich ist  das  ganze  (Tcsichtsfeld  mit  eng  an- 
einander gereihten,  zu  netz-  oder  mosaik- 
artig gestalteten  Mustern  vereinigten  Kri- 
stallen erfüllt,  die  wegen  des  Dichroismiis 
der  flüssigen  Kristalle  nach  Einschaltung 
eines  Nicols  weiß  und  gelb  erscheinen. 

Treffen  zw'ei  fließende  Kristalle  unter 
90**  zusammen,  so  fließen  sie  ohne  Parallel- 
richtung ineinander,  bilden  einen  Zwilling: 
vor  ihrer  Vereinigung  erscheint  wegen  des 
Dichroismus  der  eine  weiß,  der  andere  gelb. 


108G 


Kristalle  (Flüssig'  Kristalle) 


Die  ungcwühiiliclisten  Erscheinungeu 
zeigen  die  i'lieüeiuleu  Kristalle  des  von  Vor- 
länder dargestellten  Paraazoxyzimt- 
säureäthylester,  die  scheinbar  leben- 
den Kristalle  Lehmanns,  indem  sie  nach 
dessen  Eeobachtnngen  die  Eigenschaft  haben, 
sich  zn  kopnlieren,  sieh  selbst  zu  teilen,  durch 
Innenaufnahme  zu  wachsen,  sich  ähnlich  wie 
Bakterien  zu  bewegen;  die  Substanz  ist 
fließend-kristallinisch  zwischen  den  Tempe- 
raturen 139,5  bis  298°.  Um  die  beweglichen 
Kristalle  zu  erhalten,  nuiß  man  die  Substanz 
mit  einer  Spur  Lösungsmittel  (Monobrom- 
naphthalin)  bis  nahe  zum  Schmelzen  er- 
hitzen. Bei  der  Abkühlung  erscheinen  zu- 
nächst polj^edrische  Kristalle  mit  gerundeten 
Kanten  und  Ecken  in  der  Grundform  einer 
quadratischen  hemimorphen  Pyramide  (Fig. 
10).    Berühren  sich  zwei  solche  Kristalle,  so 


tlächeuspannung  nicht  mehr  widerstehen 
können  und  zu  Tropfen  sich  zusammenziehen, 
die  an  einer  Stelle  schwach  abgeplattet  sind 
und  im  pol.  Licht  bei  gekreuzten  Nicols  ein 
schwarzes  Kreuz  geben  wie  radialfaserige 
Aggregate;  mit  einem  Nicol  zeigen  die 
Kugeln  w'egen  des  Dichroismus  der  Sub- 
stanz abwechsebid  weiße  und  gelbe  Qua- 
dranten. Bei  Berührung  mit  einem  anderen 
Tropfen  oder  einer  PjTamide  fließen  beide 
zusammen,  bei  Vereinigungen  von  vielen  kann 
ein  fazettiertes  kugeliges  Gebilde  entstehen 
(E'ig.  10),  das  seiner  Struktur  nach  eine 
Vereinigung  von  vielen  Pyramiden  ist,  deren 
Spitzen  nach  der  Mitte  zu  gerichtet  sind. 
Diese  Formen  haben  nur  für  kurze  Zeit  Be- 
stand. Die  Abplattung  des  Tropfens  geht 
bei  dessen  Fortwachsung  plötzlich  in  eine 
Vorwölbung  über,  es  bildet  sich  eine  Knospe 
(Fig.  11).   Unmittelbar  darauf  entwickelt  sich 


^  V.^^"^ 


4fe  O  - 


Fig.    10.       Flüssige    (fließende)    Kristalle    von 

Paraazoxyziratsäureaethyloster.     Nach   0.  Leh- 

m  a  n  n. 


fließen  sie  sofort  zu  einem  von  einheitlicher 
Struktur  zusammen,  falls  sie  nahezu  gleiche 
Orientierung  haben,  andernfalls  können  sie 
sich  zu  Zwillingen  nach  der  Basis  vereinigen. 
Soweit  gleichen  sie  den  soeben  besprochenen 
Kristallen;  sie  sind,  wne  alle  die  folgenden 
Formen,  doppelbrechend  und  dichroitisch 
mit  symmetrischer  Auslüschung  wie  andere 
quadratische  Kristalle.  Sinkt  die  Temperatur 
weiter,  so  treten,  wohl  infolge  Aufnahme  von 
Lösungsmittel,  immer  weichere  Ivristalle  auf, 
welche    schließlich    dem    Druck    der    über- 


Fig.  11.    Knospenbiklung  bei  fließenden,  ,, schein- 
bar lebenden"  Kristallen vun  Paraazoxyzimtsäure- 
aethylester.     Nach  ü.  Lehmann. 

die  Knospe  zu  einerlangen  Schlange  (Fig.  12), 
die  sich  windet  und  krümmt  wie  ein  Wurm 
und  heftige  schlängelnde  Bewegungen  aus- 
führt. Sie  liegen  manchmal  in  dichten 
Knäuel  nebeneinander  uiul  füllen  das  ganze 
Gesichtsfeld  aus,  plötzlich  sind  sie  ver- 
schwunden, sie  haben  sich  zu  Kugeln  kon- 
trahiert; der  Vorgang  kann  sich  danach 
wiederholen,  wenn  die  Temperatur  möglichst 
unverändert  auf  der  gleichen  Höhe  gelialten 
wird.  Ein  anderer  Tropfen  dehnt  sich  ein- 
fach in  die  Länge  und  bildet  sich  in  ein 
Stäbchen  mit  halbkugeligen  Enden  aus,  das 
sich  zwischen  anderen  hindurchbewegt,  vor- 


Kristalle  (Flfissige  Kristalle) 


1087 


wärts  und  rückwärts  kriecht  wie  Bakterien:  Moleküle  verschieden.  Auch  mit  dem  bis- 
zuweilen  krümmt  sich  ein  Stäbchen  plötzlich  herigen  Kristallbegriff  und  den  Theorien  der 
zu  einem  Ring  zusammen,  der  sich  alsbald  in  Raumgitterstruktur  sind  flüssige  Ivristalle 
einen  Tropfen  verwandelt.  Da  die  Formen  nicht  vereinbar.  Nicht  die  regelmäßige 
in  die  Länge  wachsen,  obwohl  ihr  Stoff  von  Anordnung  der  Moleküle  zu  einem  regel- 
den  Seiten  aufgenommen  wird,  so  läge  eine  mäßigen  Punktsystem  sei  das  Wesentliche 
Art  von  Wachstum  durch  Intussuszeption  vor.  des  Kristalls,  sondern  die  Anisotropie  des 
Häufig  teilt  sich  eine  der  Formen  zu  zwei  in  Moleküls  selbst,  welche  indirekt  erst  den 
Form  und  Struktur  gleichen, 
ein  Vorgang,  den  Lehmann 
mit  der  Zellteilung  ver- 
gleicht; oder  aus  einer 
Schlange  schießt  eine 
dünnere  hervor,  aus  dieser 
eine  noch  dünnere  usw. 
Alle  die  Formen,  welche  die 
Abbildungen  nebeneinander 
zeigen,  können  sich  in 
schneller  Folge  auseinander 
entwickeln,  es  herrseht  in 
der  Tat  rege  Bewegung  in 
dem  Tropfen,  solange  die 
Temperatur  auf  der  erforder- 
lichen Höhe  gehalten  wird 
und  Lösungsmittel  vorhan- 
den ist;  bei  fallender  Tem- 
])eratur  erstarrt  plötzlich 
die  Substanz  zu  fester  kris- 
tallinischer Masse.  Alle 
diese  Bewegungen  und  Vor- 
gänge stehen  mit  dem 
Wachsen  der  fließenden 
Kristalle  in  engster  Be- 
ziehung und  sind  eine  Folge 
von  starkem  Temperatur- 
gefälle in  dem  Präparat. 
Die  übertriebene  Betonung 
der  scheinbar  lebenden 
Kristalle  hat  vielfach  Ver- 

Avirrung  angerichtet,  aber  es  ist  keine  Frage,  regelmäßigen  Aufbau  des  Körpers  zur  Folge 
daß  das  Verhalten  dieser  Myehnformen  ohne  i  habe.  Lehmann  will  daher  diese  Theorien 
Beispiel  ist  in  der  Welt  der  Kristalle  und   nicht  mehr  gelten  lassen  und  definiert  einen 


V.: 

/'•' 

5    "OJ 

o 

•v:,. 

■"•""' 

Fig.  12. 


K:*- 


,,Kvistall\vünner'"  von  Paraazoxyziiutsäureäthylester. 
Nach  0.  Lehmann. 


Beachtung  verdient. 

6.  Verschiedene  Anschauungen.  Seine 
Untersuchungen  über  die  flüssigen  Kristalle 
haben  Lehmann  veranlaßt,  bestehende 
theoretische  Anschauungen  zu  verwerfen. 
So  hält  er  jetzt  für  erwiesen,  was  er 
schon  früher  ausgeprochen  hatte,  daß  es 
keinen   Polymorphismus  und   keinen  Amor- 


Ivristall  allgemein:  ,,Ein  Kristall  ist  ein 
anisotroper,  mit  molekularer  Richt- 
kraft begabter  Körper",  der  infolge 
dieser  Eigenschaften  die  Fähigkeit  hat  zu 
wachsen.  —  Vorländer  schließt  sich  dieser 
Auffassung  an.  Aus  der  linearen  Gestalt 
der  Moleküle  ergebe  sich  die  Parallelrichtung 
derselben,    die   Anisotropie   der  Flüssigkeit. 


phismus    im    Sinne    der    heute    geltenden    ,,Die  Anisotropie    des    Moleküls   wird 


Theorie  geben  kann,  daß  nicht  die  Art  der 
Aggregation  der  Moleküle  die  Eigenschaften 
eines  Stoffes  bedingt,  sondern  deren  Kon- 
stitution, so  daß  man  also  genötigt  wäre 
zu  erklären:  ,,Kein  Stoff  kann  in  meh- 
reren polymorphen  Modifikationen 
auftreten;  kein  Stoff  besitzt  eine 
kristallisierte  und  eine  amorphe  Mo- 
difikation; kein  Stoff  besitzt  drei 
Aggregat  zustände".  Alle  diese  soge- 
nannten Modifikationen  seien  vielmehr  stoff- 
lich,  d.   h.   durch   die   Beschaffenheit  ihrer 


bis  zu  einem  gewissen  Grade  durch 
die  Strukturformeln  der  kristalli- 
nisch -  flüssigen  Substanzen  veran- 
schaulicht." 

R.  Schenck  schließt  sich  Lehmann  in 
der  Annahme  an,  daß  die  Moleküle  eine  eigene 
Richtkraft  besitzen  und  daß  die  lineare  Aus- 
bildung der  Moleküle  sicher  ein  wesentliches 
Moment  für  die  Stabilität  der  flüssigen  Kri- 
stalle sei,  welches  die  Wirkung  der  Gestal- 
tungskraft unterstützt;  er  stimmt  Lehmann 
aber  nicht  bei  in  der  Anschauung,  daß  in 


1088 


Kriätalle  (Flüssige  Kristalle) 


])ülyim)ri)hon  Modilikatioiioii  die  Moleküle 
selbst  uii2;leich  bescli;it'l'en  seien,  soiitlern 
nimmt  an.  daß  die  Unlerscliiede  der  poly- 
morphen Formen  dureli  (piantitative  Unter- 
schiede in  den  Intensitäten  von  Eis^en- 
sehwingungen  th'r  l\h'ktronen  oder  vielleicht 
auch  der  Atome  innerhall)  der  ^Moleküle  be- 
dingt sei.  —  (1.  liinck  nimmt  in  seinem 
(irundriß  der  Kristallograi)liie  an.  ein  flüs- 
siger Kristall  habe  so  geringe  Viskosität,  daß 
das  Molekularnetz  der  Oberflächenspannung 
keinen  Widerstand  mehr  entgegenzusetzen 
vermag.  Dann  müssen  die  Moleküle,  dem 
Gesetz  der  Oberflächenspannung  folgend, 
eine  Kugel  bilden;  besitzen  die  ^Moleküle 
eine  vorherrschende  Längenausdehnung,  so 
müssen  sie  sich  mit  dieser  radial  stellen  und 
einen  Sphärokristall  bilden,  dessen  optische 
p]igenschaften  denen  optisch  einachsiger 
Kristalle  sehr  ähnlich  werden.  Die  Bewe- 
gungen der  scheinbar  lebenden  Kristalle  er- 
klärt er  ebenfalls  aus  dem  Temperaturgefälle 
in  dem  Präparat,  wie  früher  der  Verfasser 
dieses  Artikels  in  Anschluß  an  ein  Referat  im 
Neuen  Jahrb.  f.  Min. 

Viktor  Goldschmidt  zieht  es  vor,  die 
flüssigen  Kristalle  nicht  als  Kristalle,  sondern 
als  ,, orientierte  Flüssigkeiten"  zu  bezeichnen; 
diese  Bezeichnung  könnte  sich  aber  doch 
nicht  auf  solche  flüssige  Kristalle  beziehen, 
welche  eine  eigene  polyedrische  Form  an- 
zunehmen vermögen.  Des  weiteren  definiert 
(ioldschmidt :  ., Orientierte  Flüssigkeit  ist 
ein  spindelig  gleitendes  System  von  Par- 
tickeln",  wobei  er  unter  gleitendem  System 
ein  solches  versteht,  bei  dem  jeder  Punkt 
den  mittleren  Abstand  von  der  Gesamtheit 
der  Nachbarn  nicht  ändert,  so  daß  jeder 
Systempunkt  sich  auf  seinen  Nachbarn  glei- 
tend fortbewegt.  Die  Teilchen  befänden 
sich  im  Zustande  einachsiger  Bindung,  voll- 
ziehen nach  der  Richtung  dieser  Achse  nur 
Oszillation,  rotieren  gleichzeitig  um  diese 
Achse;  die  Oszillationsfläche  wäre  ein  Ro- 
tationskörper von  der  Gestalt  einer  Spindel. 
Diese  kinetisch-theoretischen  Anschauungen 
nähern  sich  etwas  den  molekular-theoretischen 
gut  begründeten  Anschauungen  Vorländers. 
—  G.  Wulff  glaubte  auf  Grund  seiner  Be- 
obachtungen annehmen  zu  dürfen,  daß  die 
doppelbrechenden  Tröpfchen  mit  isotroper 
Flüssigkeit  gefüllte  Blasen  seien,  deren  Hülle 
doppelbrechend  ist;  die  ,, flüssigen  Kristalle" 
von  Parazoxyphenetol  seien  daher  Schaum- 
zellen. Dieser  Annahme  widersprechen  aber 
doch  die  physikalischen  Eigenschaften  der 
flüssigen  Kristalle  —  Friedel  und  Grand- 
jean  meinen,  daß  der  Zustand  der  flüssigen 
Kristalle  als  ein  neuer  Zustand  der  Materie 
aufzufassen  sei,  ebenso  verschieden  von  dem 
kristallisierten  Zustand  wie  von  dem  Zustand 
einer  gewöhnlichen  isotropen  Flüssigkeit. 

Da  in  dem  Gebiete  der  flüssigen  Kristalle 


noch  maiH'hes  der  Aufklärung  bedarf,  dürfte 
es  sich  empfehlen,  Jie  Theorien  der  Raum- 
gitterstruktur, die  in  bezug  auf  die  festen 
Kristalle  so  gut  wie  denkbar  begründet  sind, 
vorerst  beizubehalten. 

Literatur.     E.   Dorn  und  W.   Lohmann,  Be- 
st immiivg     der     optische»     Konstanten      einiffer 
ßüssiger  Kristalle.    Ann.  d.  Pkys.  (J^),  29,  190'.>. 
—  G.  Friedel  et  F.  Grandßean,   Les  iifjuides 
(inisotrnpes  de  Lehmann,      ('ompf.  rend.,    t.   151. 
Avgitst  1910.    —    V.    Goldschniidtf    Ueber  das 
Wesen    der  Kristalle.      Ann.    d.    NnturplnL,    9. 
P,   M,  Jaeger,   Stoße,  die  drei  flüssige  Phasen 
bilden.     Chem.    Centratbl.,   1907,  II.    —    A.   C. 
de   Kode,     Ueber    Bildung    und     Umwandlung 
von    fließenden     Mischkristallen.       Zeitschr.     f. 
phys.  Ch.,  48,  1909.   —    O.  Lehmann,    Ueber 
fließende  Kristalle.     Z.    phys.    <'h.,    4,    1889.   — 
Ueber  tropfbarflüssige  Kristalle.     Ann.  d.  Phys. 
iV.  K.,  40,  1890.  —    Ueber  kristallinische  Flüssig- 
keiten.    Ann.    de    Phys.,    N.    F.,    41,    1890.    — 
Fließend  -kristallinische   Trichiten,    deren   Krai'l- 
wirkiingen   und  Bewegungserscheinungen.     Ann. 
d.    J'hys.,    4.    Folge,    19,    1906.    —   Neue   Unter- 
suchungen   über  flüssige   Kristalle.     Sitzung.^ber. 
d.  Heidelberger   Akad.    d.    Wissensch.,    3    Teile, 
1911     bis     191S.     —     Außerdem     etwa     60    Ab- 
handlungen  über  flüssige    und  scheinbar  lebende 
Kristalle:    Flüssige    Kristalle.      Mit    ■19    Tafeln. 
Leipzig    I904.     —    Flüssige    Kristalle    und    dir 
Theorien       des      Lebens.       Leipzig       1906.       — 
Die     scheinbar     lebenden     Kristalle.       Eßlingrn 
1907.   —   Flüssige  Kristalle,    Myelinformen    und 
Muskelkraft.     München    1910.    —    Das  Kristalli- 
sationsmikroskop lind  die  damit  gemachten  Ent- 
deckungen, insbesondere  die  der  flüssigen  Kristalle. 
Braunschu-eig    1910.     —     Die    neue     Well    der 
flüssigen  Kristalle.  Leipzig  1911. —  Ch,  Magnin, 
Cristaux       liquides      en      lumiere      convergente. 
Compt.    rende,    f.    151,    JVo.    W,    1910.     —     A. 
Mlodziejoirskl,    Beobachtungen   über  fließende 
Kristidie     des     Amnion  iiimoleats.       Zeitschr.     f. 
Krist.,   52,    191-!.     —     G.     Quincke,    Flüssige 
Kristalle,    Myelinformen    und    künstliche    Zellen 
mit    ftilssir/-kristallinischen    Wänden.      Verhandl. 
d.  Deutschen  Physikal.  Ges.,  X,  JVr.  17,  1908.  — 
Reinitzer,   Monatshefte  für  Chemie,  9,  1888.  — 
Zur  Geschichte   der  flüssigen  Kristalle.    Ann.  d. 
Phys.  (4),    27,    1908.    —    K.  Schenck,     Unter- 
suchungen    über     die     kristallinischen    Flüssig- 
keiten,  4   Teile.     Zeitschr.  f.   phys.   Ch.,  25,  27, 
28,  29,   1898  bis  1899.  —  Kristallinische  Flüssig- 
keiten und  flüssige  Kristalle.     Leipzig  190-j.    — 
j       Bericht    über    die    neueren    Untersuchungen    der 
I       kristallinischen   Flüssigkeiten    (mit  ausführlicher 
I       Angabe  der  Literatur).    Jahrb.  d.  Badioaktiritiit 
i      und  Elektronik,  6,   Heft  4.  —  G.   Tammann, 
T'eber  die  .^genannten  flüssigen  Kristalle.     Ann. 
d.  Phys.  (4),  Bd.  4,  l!>i)l,  8,  190^',  19,   1906.   — 
D.     Vorländer,      Xeue     Erscheinungen     beim 
I       Schmelzen  und  Kristallisieren.     Zeitschr.  f.  phys. 
'       Ch.,  57,   1906.  —  Substanzen  mit  mehreren  festen 
und  mehreren  flüssigen  Phasen.     Ber.  d.  Deutsch, 
ehem.  Ges.,  40,  1907.  —  Einfluß  der  molekularen 
j       Gestalt    auf  den  kristallinisch-flüssigen   Zustand. 
I       Ebenda,  40,   1907,  ferner  41,  1908,  43,  1910.   — 
Systembestimmung     und    Achsenbilder    flüssiger 
KriMalle.    Z.  f.  phys.  Ch.,  51,  1907.  —  Kristrdli- 
iiisch-flüssige     Substanzen.     Stuttgart    1908.     — 


Kristalle  (Flüssige  Kristalle)  —  Kristallformen 


1089 


Vorländer  und  Hauswaldt,  Achsenbilder 
flüssiger  Kristalle.  Nova  Acta.  Abhandlungen 
d.  K.  L.  C.  Deutschen  Afcad.  d.  Naturh.,  90. 
Halle  1909.  —  Vorländer  und  Htith,  Ueber 
de7i  Charakter  der  Doppelbrechung  flüssiger 
Kristalle.  Zeitschr.  f.  phys.  Chem.,  75,  1911, 
78,  1913.  —  Fr.  Wallerant,  Les  corps 
cristalliscs  mous  ou  liquides  d'apris  0.  Lehmann 
et  R.  Schcnck.  Bull.  soc.  fr.,  28,  1905,  29,  1906, 
30,  1907.     Compt.  rend.,  141,  143. 

R.   Brauns. 


Kristallformen. 

1.  Kristall.  Kristallform.  Einfache  und  kom- 
binierte Formen.  2.  Konstanz  der  Kanten- 
winkel. Verzerrung.  Zonenverband.  3.  Gesetz 
der  rationalen  Achsenschnitte.  Grundform  und 
abgeleitete  Formen.  Symbole.  4.  Symmetrie. 
Symmetrieelemente.  Kristallsysteme.  Kristall- 
klassen. 5.  Formen  der  einzelnen  Klassen:  a) 
Reguläres  System,  b)  Tetragonales  System,  c) 
Hexagonales  System,  d)  Rhombisches  System, 
e)  i\Ionoklines  System,  f)  Triklines  System.  6. 
Zwillingskristalle.  7.  Gesetzmäßige  Verwach- 
sung verschiedenartiger  Kristalle.  8.  Tracht 
der  Kristalle.  9.  Komplikation.  Normalreihen 
und  primäre  Reihen.  Zonenentwickelung.  10. 
Projektion  der  Kristallformen.  Goldschmidt- 
sche  Symbole.     Goniometer. 

I.Kristall.  Kristallform.  Einfache  und 
kombinierte  Formen.  Die  meisten  Sub- 
stanzen bilden,  wenn  sie  aus  dem  flüssigen 
oder  gasförmigen  Zustande  in  den  festen 
übergehen  oder  sich  ans  einer  Lösung  fest 
ausscheiden,  homogene  Körper  von  gesetz- 
mäßiger Form,  Kristalle.  Kristalle  finden 
sich  deshalb  nicht  nur  fertig  gebildet  in  der 
Natur,  gleichsam  als  Individuen  des  Mineral- 
reiches, sondern  können  auch  leicht  künstlich 
im  Laboratorium  erhalten  werden.  Sie 
werden  von  ebenen  Flächen  begrenzt,  welche 
sich  unter  bestimmten,  für  die  betreffende 
Substanz  charakteristischen  Winkeln  schnei- 
den, die  mit  Hilfe  des  Reflexionsgoniometers, 
welches  im  Prinzip  auf  der  Zurückwerfung 
des  Lichtes  an  den  spiegelnden  Kristall- 
flächen beruht,  gemessen  werden.^)  Die 
Form  der  Kristalle  ist  keine  bloß/äußerliche, 
sondern  steht  in  innigster  Beziehung  zu  deren 
Substanz,  wie  auch  zu  ihrem  gesamten  physi- 
kalischen Verhalten.  Die  Kristalle  sind 
im  Gegensatz  zu  den  amorphen,  isotropen 
Körpern,  z.  B.  Glas,  anisotrop,  d.  h.  ihr 
physikalisches  Verhalten  wechselt  im  all- 
gemeinen mit  der  Richtung,  in  welcher  das- 
selbe geprüft  wird,  ja  ihre  Substanz  verhält 
sich  auch  gegen  chemische  Angriffe,  nach  1 
verschiedenen  Richtungen  geprüft,  dem  Grade 


^)  Näheres   hierüber   s.    am    Schlüsse   dieses 
Artikels. 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


nach  verschieden.  Das  Studium  der  Form 
eines  Kristalles  darf  deshalb  nicht  ein  bloß 
geometrisches  sein,  sondern  muß  sich  auch 
auf  das  gesamte  Verhalten  ihres  Trägers  er- 
strecken, ja  es  werden  nicht  selten  erst  hier- 
durch die  eigenartigen  Verhältnisse  der 
äußeren  Form  dem  richtigen  Verständnisse 
erschlossen.  Im  idealen,  wenngleich  in 
Wirklichkeit  selten  erreichten  Falle  sind 
die  Kristallflächen  tadellos  ebene  Flächen, 
was  bei  kleinen  Kristallen  häufiger  vorkommt 
als  bei  größeren,  die  bei  ihrem  längeren  und 
auf  größeren  Raum  sich  erstreckenden  Wachs- 
tum leichter  Störungen  in  ihrer  Ausbildung 
ausgesetzt  waren.  Oft  zeigen  aber  auch 
gewisse  Kristallflächen  eigentümliche  Strei- 
fungen oder  Zeichnungen,  welche  keine 
Wachstumsstörungen,  sondern  gesetzmäßige 
Erscheinungen  sind  und  in  naher  Beziehung 
zur  ganzen  Formentwickelung  des  betreffen- 
den Körpers  stehen.  So 
bemerkt  man  z.  B.  auf  den 
Würfelflächen  des  Pyrits 
(Fig.  1)  häufig  eine  dichte 
Streifung  parallel  einer 
Würfelkante,  wobei  die 
Streifen  auf  je  zwei  be- 
nachbarten Flächen  zu- 
einander senkrecht  stehen, 
eine  Gesetzmäßigkeit, 
deren  Bedeutung  weiterhin  erklärt  werden 
soll. 

Von  besonderer  Bedeutung  für  die  richtige 
Auffassung  der  Formen  der  Kristalle  sind  die 
Eigenschaften  der  mechanischen  und  che- 
mischen Kohäsion  derselben.  Die  erstere 
tritt  hauptsächlich  hervor  in  der  relativen 
Härte  und  der  Spaltbarkeit  der  Kristalle, 
wobei  letztere,  auf  verschiedenen  Flächen 
oder  auf  derselben  Fläche  nach  ungleichen 
Richtungen  geprüft,  oft  verschiedene  Härte- 
grade erkennen  lassen,  andererseits  parallel 
zu  gewissen  Plächen  mehr  oder  w^eniger  leicht 
spaltbar  sind.  Die  chemische  Kohäsion  zeigt 
sich  darin,  daß  sich  die  Flächen  eines  Kristalls, 
wenn  sie  mit  einer  lösenden  oder  den  Kristall 
chemisch  angreifenden  Flüssigkeit  in  ge- 
eigneter  Weise  (meist  während  nur  kurzer 
Zeit)  behandelt  werden,  mit  bestimmt  gestal- 
teten und  auf  jeder  Fläche  parallel  liegenden 
kleinen  Vertiefungen  bedecken,  welche  man 
Aetzfiguren  (Aetzgrübchen)  nennt.  Die- 
selben sind  jedesmal  ihrer  Gestalt  und  Lage 
nach  für  die  betreffende  Fläche  (und  das 
angewandte  Aetzmittel)  charakteristisch,  ihre 
Form  steht  auch  zur  ganzen  Kristallform  in 
gesetzmäßiger  Beziehung.  Folgende  Bei- 
spiele mögen  das  Gesagte  erläutern  bezw. 
eine  Anwendung  zeigen. 

Die  verschiedenen  Kristalle  des  Kalk- 
spats weisen  eine  so  große  Mannigfaltigkeit 
der  Formen  auf,  daß  man  wohl  daran  zweifeln 
könnte,  ob  in  ihrer  Gesamtheit  ein  für  dieses 

69 


1090 


Kristallformeü 


Mineral  charakteristisches  Merkmal  ent- 
haltensei. Indes  läßtsich  aus  jedem  derartigen 
Ivristall  durch  Spaltung  eine  für  alle  gemein- 
same Form  (Spaltungsform)  darstellen,  näm- 
lich ein  Rhomboeder  mit  stumpfen  Winkeln 
von  lOö"  5'  (Fig.  2).  Die  unter  sich  gleich- 
artigen Flächen  dieser  Form  treten  auch  wohl 
selbst  als  Kristallflächen  am  Kalkspat  auf. 
Sie  bilden  für  sich  eine  einfache  Kristall- 
form im  Gegensatz  zu  anderen  flächen- 
reicheren Gestalten  des  Kalkspats,  welche  von 
verschiedenartigen  Flächen  begrenzt  werden, 
also  Kombinationen  von  mehreren  Formen 


-f 

m 

m 

n-i- 

Fig.  2. 


Fi£r.  3. 


darstellen.  Alle  einfachen  Formen  aber, 
welche  am  Kalkspat  (wie  bemerkt,  oft  zu 
mehreren  kombiniert)  erscheinen,  stehen  zu 
jenem  Rhomboeder,  der  sogenannten  Grund- 
form, in  bestimmter  Beziehung,  so  daß  sie 
sich  daraus  mathematisch  ableiten  lassen. 
Beim  Quarz  beobachtet  man  in  der  Regel 
Kristalle  in  Form  sechsseitiger  Prismen  mit 
beiderseits  aufgesetzten  sechsseitigen  Pyra- 
miden (Fig.  3).  Beim  Aetzen  solcher  Kristalle 
mit  wässeriger  Flußsäure  bedecken  sich  die 
Flächen  mit  Aetzfiguren,  welche  dreierlei 
Art  sind,  dabei  gleichartig  auf  den  6  Prismen- 
flächen, nur  abwechselnd  gleichartig  auf  den 
Pyramidenflächen.  Hierdurch  zerfällt  die 
ganze  Kristallform  in  3  einfache  Formen 
mit  jedesmal  6  gleichartigen  Flächen, 
nämlich  das  sechsseitige  Prisma  (m)  und 
2,  je  6  Pyramidenflächen  umfassende 
Rhomboeder  (r  und  r'),  welch  letztere  zwar 
ihrer  Gestalt  nach  gleich,  ihrer  Stellung  und 
der  Beschaffenheit  ihrer  Flächen  nach  hin- 
gegen verschieden  sind:  die  angegebene  Form 
der  Quarzkristalle  ist  also  eine  dreizählige 
Kombination.  Die  Zerlegung  der  oft  sehr 
flächenreichen  Gestalten  der  Kristalle  in  die 
einzelnen  einfachen  Formen  wird  auch 
häufig  durch  die  ungleiche  Beschaffenheit 
(Streifung,  Zeichnung,  Glanz)  der  ver- 
schiedenen Flächen  unterstützt. 

2.  Konstanz  der  Kantenwinkel.  Ver- 
zerrung. Zonenverband.  Die  Flächen 
einer  einfachen  oder  kombinierten  Kristall- 
form schneiden  sich,  wie  bemerkt,  unter 
gewissen,  für  den  betreffenden  Köri)ercharak- 


teristischen  Winkeln,  wodurch  ihre  gegen- 
seitige Lage  bestimmt  ist.  Unter  dieser  Lage 
versteht  man  demnach  nur  die  Richtung  der 
betreffenden  Fläche,  nicht  auch  ihren  Ort. 
Da  die  Kristalle  homogen  sind,  also  nach 
allen  parallelen  Richtungen,  mögen  sie 
Linien  oder  Ebenen  entsprechen,  sich  gleich 
verhalten,  so  ist  es  an  und  für  sich  gleich- 
gültig, ob  die  Zentraldistanz  der  einzelnen 
Flächen  in  bezug  auf  einen  Mittelpunkt  des 
Kristalls  größer  oder  kleiner  bezw.  gleich 
oder  ungleich  ist,  da  die  Beschaffenheit  der 
Flächen  hierdurch  nicht  geändert  wird.  Es 
kann  sich  dabei  nur  die  Art  ihrerUmgrenzung, 
d.  i.  ihre  Gestalt  und  Größe  ändern;  je 
weiter  eine  Fläche  bei  paralleler  Verschie- 
bung im  Vergleich  zu  den  benachbarten  vom 
Mittelpunkte  abrückt,  um  so  kleiner  wird 
sie  sein  und  umgekehrt.  Bei  einer  einfachen 
Form  ist  deshalb  zu  unterscheiden,  ob  alle 
Flächen  derselben  gleich  groß  entwickelt  und 
deshalb  auch  gleichgestaltet  sind,  oder  ob 
sie  nach  Größe  und  Gestalt  differieren.  Im 
ersten  Falle  befindet  sich  die  Form  im  Gleich- 
gewichte, im  zweiten  Falle  spricht  man  von 
einer  Verzerrung  derselben.  Die  Tat- 
sache, daß  bei  der  Verzerrung  einer  Form 
die  für  dieselbe  charakteristischen  Kanten- 
winkel dieselben  bleiben,  wird  als  das  Gesetz 
der  Winkelkonstanz  bezeichnet  (erkannt 
von  Nikolas  Steno  ]669).  Eine  Verzerrung 
wird  besonders  dann  eintreten,  wenn  beim 
Wachsen  des  Kristalles  der  Zufluß  der  ihn 
aufbauenden  Substanz  von  verschiedenen 
Seiten  her  ein  ungleichmäßiger  ist.  Die 
geometrische  Kristallographie  betrachtet  die 
einzelnen  Formen  im   Gleichgewichte. 

Die  Lage  einer  Kristallfläche  läßt  sich 
noch  in  anderer  Weise,  als  durch  die  von 
letzterer  mit  anderen  Flächen  gebildeten 
Winkel,  ausdrücken.  Dies  geschieht  durch 
die  Ermittlung  ihres  Zonenverbandes. 
Unter  einer  Zone  versteht  man  eine  Reihe 
von  Flächen,  welche  sich  in  parallelen 
Kanten  treffen  oder  bei  hinreichender  Aus- 
dehnung treffen  würden,  welche  man  sich 
demnach  alle  in  der  Weise  parallel  verschoben 
und  zusammengerückt  denken  kann,  daß  sie 
sich  in  einer  Geraden,  der  Zonenachse 
(parallel  zu  jenen  Kanten)  schneiden.  Jede 
Fläche  einer  Zone  geht  also  deren  Achse 
parallel.  Schon  2  nicht  parallele  Flächen 
bestimmen  eine  Zonenachse  resp.  eine  Zone, 
da  sie  sich  in  einer  Kante  schneiden.  Indem 
aber  eine  Fläche  zwei  bekannten  Zonen  zu- 
gleich angehört,  ist  ihre  relative  Lage  (parallel 
zu  zwei  divergierenden  Geraden)  vollkommen 
bestimmt.  In  der  Tat  gehört  nun  jede  an 
einem  Kristall  auftretende  Fläche  zwei  oder 
mehreren  (ausgebildeten  oder  möglichen) 
Zonen  desselben  an,  wie  denn  überhaupt  alle 
an  den  Kristallen  gleicher  Art  auftretenden 
Flächen  untereinander  in  diesem  sogenannten 


Kristallformen 


1091 


Zonenverbande  stehen.  Geht  man  deshalb 
umgekehrt  von  4  Grundflächen  aus, 
welche  ein  im  allgemeinen  unregelmäßiges 
Tetraeder  (mit  der  für  einen  geschlossenen 
Körper  kleinstmöglichen  Flächeuzahl)  bilden, 
so  erhält  man  auf  folgende  Weise  alle  weiteren, 
kristallonomisch  möglichen  Flächen  der- 
selben Kristallart.  Man  legt  zunächst 
parallel  zu  je  2  der  6  vorhandenen  Kanten 
(resp.  Zonenachsen)  eine  neue  Fläche. 
Dadurch  entstehen  im  ganzen  3  solche 
Flächen,  welche  sich  wiederum  bei  hin- 
reichender Ausdehnung  in  3  neuen  Kanten 
(entsprechend  neuen  Zonen)  schneiden. 
Parallel  zu  einer  dieser  Kanten  und  einer 
schon  früher  vorhandenen  kann  man  weiter- 
hin je  eine  neue  Fläche  legen,  welche  wieder- 
um neue  Kantenrichtungen  erzeugen  usf. 
Das  Gesetz,  nach  welchem  alle  möglichen 
Flächen  eines  Kristalles  in  dieser  Verbindung 
miteinander  stehen,  nennt  man  das  Zonen- 
gesetz (Gesetz  des  Zonenverbandes).  Es 
kann  auch  als  das  Grundgesetz  der 
Kristallographie  bezeichnet  werden,  da 
es  eine  Eigenschaft  ausdrückt,  welche  einer 
jeden  echten  Kristallform  zukommt. 

3.  Gesetz  der  rationalen  Achsen- 
schnitte. Grundform  und  abgeleitete 
Formen.  Symbole.  Die  Beantwortung  der 
Frage,  ob  die  Natur  eine  unbegrenzte  Mannig- 
faltigkeit der  untereinander  im  Zonenver- 
bande stehenden  Flächen  oder  Formen 
hervorbringe,  ergibt  sich  aus  einem  zweiten 
Gesetze  von  allgemeiner  Gültigkeit,  welches 
zum  Teil  aus  dem  Zonengesetze  mathema- 
tisch herleitbar  ist,  zum  anderen  Teil  aber 
den  Ausdruck  von  zahllosen  Einzelbeobach- 
tungen darstellt.  Es  ist  das  Gesetz  der  ein- 
fachen rationalen  Achsenschnitte,  ein 
Gesetz,  welches  zuerst  von  Hauy,  wenn- 
gleich in  einer  anderen  als  der  hier  gewählten 
Form,  ausgesprochen  wurde.  Man  wählt 
jedesmal  für  die  Kristalle  derselben  Art  als 
Achsen  (a,  b,  c)  die  Richtungen  dreier,^) 
nicht  paralleler  Kanten,  welche  durch  einen 
Punkt,  den  Achsenmittelpunkt,  gelegt  wer- 
den; durch  je  2  Achsen  geht  demnach  eine 
Achsenebene,  entsprechend  einer  Kristall- 
fläche. Legt  man  dann  sämtliche  übrigen 
Flächen  desselben  Kristalls  oder  der  Kristalle 
gleicher  Art  (nach  paralleler  Verschiebung) 
durch  einen  und  denselben  Punkt  einer  dieser 
3  Achsen,  so  bringen  sie  auf  den  beiden 
anderen  Achsen  Abschnitte  hervor,  welche 
(bei  jeder  einzelnen  Achse)  vom  Mittelpunkt 
aus  gemessen,  zueinander  in  rationalen  Ver- 
hältnissen stehen,  und  zwar  lassen  sich, 
wie  die  angestellten  Messungen  ergaben, 
diese  Verhältnisse  bei    geeigneter    Wahl 


der  Achsen  durch  einfache  ganze  oder 
gebrochene  Zahlen,  wie  1,  2,  3,  ^/j  usw., 
auch  durch  00  für  den  Fall  der  Parallelität 
zur  betreffenden  Achse,  darstellen.  Hierin 
liegt  eine  Beschränkung  der  Mannigfaltigkeit 
der  Flächen  bezw.  Formen  eines  Körpers. 
Wie  bemerkt,  ist  die  Rationalität  der  Achsen- 
schnitte eine  notwendige  Folge  des  Zonen- 
gesetzes, wie  denn  auch  letzteres  aus  dem 
Gesetz  der  rationalen  Achsenschnitte  mathe- 
matisch abgeleitet  werden  kann.  Jedes 
von  beiden  Gesetzen  kann  deshalb  als  das 
Grundgesatz  der  Kristallographie  bezeichnet 
werden.  Die  Wahl  der  kristallographischen 
Achsen  ist  stets  so  zu  treffen,  daß  sämtliche 
zu  einer  Kristallform  gehörigen  Flächen 
auch  eine  gleichartige  Lage  zu  denselben 
besitzen.  Eine  der  Formen,  deren  Flächen 
alle  3  Achsen  schneiden,  wählt  man  als 
Grundform;  ihre  Flächen  bringen  auf  den 
Achsen  Abschnitte  hervor,  welche  die  ein- 
fachen Achsenlängen,  bezogen  auf  eine 
solche  Länge  als  Einheit,  vom  Achsenmittel- 
punkte aus  gemessen,  bestimmen.  Hieraus 
ergibt  sich  das  Achsenverhältnis,  im  all- 
gemeinen a:b:c  =  a:l:c  (wobei  b  als  Ver- 
gleichseinheit gewählt  wird).  Auf  dieses 
Achsenverhältnis  wird  die  Lage  aller  anderen 
Flächen  der  gleichen  Kristalle  bezogen;  ihre 
Abschnitte  auf  den  Achsen,  die  sogenannten 
Parameter,  stellen  Produkte  aus  den  be- 
treffenden Achsenlängen  und  (nach  dem 
Gesetze  der  rationalen  Achsenschnitte)  ra- 
tionalen, ganzen  oder  gebrochenen,  ein- 
fachen Zahlen  (Parameterkoeffizienten)  dar. 
Hieraus  ergibt  sich  für  die  betreffende  Fläche 
bezw.  Form  ein  kristallographisches 
Symbol,  z.  B.  2a  :  b  :  3c,  a  :  V,b  :  2c 
u.  dgl.  Dadurch,  daß  man  die  beiden 
Hälften  einer  Achse,  vom  Achsenmittelpunkte 
aus  gerechnet,  als  positiv  oder  negativ  unter- 
scheidet, kann  man  ferner  die  Lage  jeder 
einzelnen  Fläche  einer  Form  in  einem  be- 
stimmten Oktanten  im  Symbol  zum  Aus- 
druck bringen.  Die  angegebene  Art  der 
Symbolisierung  wurde  von  Weiß  eingeführt; 
eine  andere,  jetzt  üblichere,  welche  nach 
Miller  benannt  ist,  beruht  darauf,  daß  man 
nicht  die  direkten  Parameterkoeffizienten, 
sondern  das  auf  ganze  Zahlen  gebrachte  Ver- 
hältnis ihrer  reziproken  Werte  ohne  Bei- 
fügung der  Achsenbezeichnung  anführt. 

Das  Symbol  der  Grundform  a  :  b  :  c 
wird  dabei'  gleich  [111],  2a  :b  :3c  wird  zu 
[362],  a  :  V2b  :  2c  zu  [643].  Der  Parameter- 
koeffizient 00  (s.  oben)  wird  zu  0.  Die  ein- 
zelnen Zahlen  eines  Millerschen  Symbols 
heißen  die  Indizes  der  Fläche  bzw.  Form. 
Sind  sie  negativ,  so  wird  dies  durch  ein 
darüber  gesetzte^Minuszeichen  ausgedrückt  1). 


^)  Nur  in  einem   Kristallsystem,  dem  hexa- 1 
gonalen,   führt  man  die  verschiedenen   Flächen         ^)  lieber  die  Symbole  der  einzelnen  Flächen 
auf  4  statt  3  Achsen   zurück  (s.  weiter  unten),    einer  Form  s.  auch  die  Anmerkung  zum  Oktaeder. 

69* 


1092 


Kaistallt'üiinon 


Das  Gesetz  der  rationalen  Achsenschnitte 
wird  nicht  anf^ehoben  durch  den  Umstand, 
daß  —  im  alls'emeinen  ausnahmsweise  und 
vereinzelt  —  aucli  solche  Kristalli'lächen  auf- 
treten, welche  bei  hochzifferi^en  Indizes 
bezw.  kompliziertem  Symbol  sich  in  ihrer 
La,s;e  sehr  einer  Fläche  mit  einfachem  Symbol 
nähern.  Solche  Flächen  worden  als  vizinale 
bezeichnet. 

4.  Symmetrie.  Symmetrieelemente. 
Kristallsysteme  und  Kristallklassen.  Nach 
den  Symmetrieverhältiiissen  ihrer  Formen 
teilt  man  die  Kristalle  in  eine  Anzahl  von 
Klassen  ein,  deren  es,  wie  sich  aus  dem 
Zonengesetz  oder  dem  Gesetz  der  rationalen 
Achsenschnitte  herleiten  läßt,  nur  32  geben 
kann  (von  zwei  so  hergeleiteten  Klassen 
sind  bisher  noch  keine  Beispiele  angetroffen 
worden).  Nach  der  Art  der  Achsen,  auf 
welche  man  die  einzelnen  Kristallformen 
bezieht,  unterscheidet  man  dann  6  (nach 
einigen  Autoren  7)  Kristallsysteme,  auf 
welche  sich  die  verschiedenen  Kristallklassen 
in  ungleicher  Zahl  verteilen  (s.  unten). 

Die  Symmetrie  eines  Kristalles  wird 
bestimmt  durch  die  Regelmäßigkeit,  welche 
sich  in  der  Zahl  und  Anordnung  der  an  ihm 
auftretenden  gleichartigen  Flächen  zu  er- 
kennen gibt.  Dabei  ist  jedoch  vorausgesetzt, 
daß  auch  die  flächenreichsten  Formen, 
welche  der  betreffende  Kristall  darbieten 
kann,  daran  vertreten  seien.  In  diesem 
Falle  kann  man  die  wahre  Symmetrie  des 
Kristalles  dadurch  ermitteln,  daß  man  unter- 
sucht, in  welcher  Weise  sich  gleichartige 
Flächen  an  ihm  wiederholen  und  ist  so  im- 
stande, jede  einzelne  Kristallklasse  zu  unter- 
scheiden. Flächenärmere  Formen  sind  hin- 
gegen oft  mehreren  verschiedenen  Klassen 
gemeinsam,  doch  zeigen  die  betreffenden 
Kristallflächen  dann  physikalisch  ver- 
schiedene Symmetrie,  was  sich  z.  B.  in  den 
abweichend  gestalteten  und  gelagerten  Aetz- 
figuren  zu  erkennen  gibt.  So  gehört  der 
Würfel  sämtlichen  ö  Klassen  des  regu- 
lären Systems  an,  und  doch  besitzen  dabei 
seine  Flächen  (und  damit  die  ganze  Form) 
jedesmal  physikalisch  eine  andere  Art  der 
Symmetrie.  Solche  flächenärmere  Formen 
sind  als  Grenzformen  flächenreicherer  Ge- 
stalten zu  betrachten,  aus  denen  sie  gleich- 
sam hervorgehen,  wenn  das  Verhältnis 
gewisser  Achsenschnitte  zu  denjenigen  der 
Grundform  den  Grenzwert  1  oder  00  erreicht. 
Sie  reichen  also  für  sich  bezw.  ohne  genauere 
Untersuchung  des  physikalischen  Verhaltens 
ihrer  Flächen  zur  Bestimmung  des  Sym- 
metriegrades der  betreffenden  Kristallklasse 
nicht  aus.  Dies  vorausgeschickt,  sind  nun 
folgende  sogenannte  Symmetrieelemente 
bezw,  Arten  der  Wiederholung  gleichartiger 
Flächen    zu    unterscheiden :    Symmetriezen- 


trum,   Symmetrieebenen,    Deckachsen    und 
Spiegelachsen. 

Als  Zentrum  der  Symmetrie  be- 
zeichnet man  einen  Punkt  innerhalb  eines 
regelmäßig  ausgebildeten  Kristalles  bezw. 
einer  im  Gleichgewicht  befindlichen  Kristall- 
form, welcher  die  Eigenschaft  besitzt,  daß 
alle  durch  ihn  gelegten  und  von  den  Kristall- 
flächen begrenzten  Geraden  in  ihm  halbiert 
werden.  Besitzt  ein  Kristall  ein  Zentrum 
der  Symmetrie,  so  geht  jeder  seiner  Flächen 
eine  zweite  gleichartige  parallel. 

Eine  Symmetrie  ebene  teilt  einen  Kri- 
stall in  der  Weise,  daß  der  eine  Teil  nach 
jener  Ebene  das  Spiegelbild  des  anderen 
darstellt;  dies  gilt  dann  nicht  nur  hinsicht- 
lich der  Anordnung  der  (sich  so  wiederholen- 
den) Flächen,  sondern  auch  in  betreff  des 
gesamten  physikalischen  Verhaltens  des  Kri- 
stalles. Eine  Deckachse  (Symmetrieachse) 
stellt  einedurchdenMittelpunkt  des  Kristalles 
gehende  Gerade  dar,  um  welche  derselbe  um 
einen  aliquoten  Teil  einer  ganzen  Umdrehung 
so  gedreht  werden  kann,  daß  sich  die  Endlage 
mit  'der  Anfangslage  deckt.  Das  Kristall- 
polyeder fällt  also  nach  der  Drehung  in  all 
seinen  Punkten  bezw.  Flächen  mit  solchen 
der  Anfangslage  zusammen.  Aus  dem 
Zonengesetz  bezw.  dem  Gesetz  der  ratio- 
nalen Achsenschnitte  läßt  sich  ableiten,  daß 
die  Deckachsen  der  Kristallformen  nur  zwei-, 
drei-,  vier-  oder  sechszählig  sein  können  mit 
Drehungen  um  180°,  120°,  90"  oder  60". 
Eine  Spiegelachse  (auch  Achse  der  zu- 
sammengesetzten Symmetrie  genannt)  end- 
lich kommt  einem  Kristall  zu,  wenn  der- 
selbe durch  die  Verbindung  einer  Drehung 
um  eine  Gerade  um  90°  oder  60"  mit  einer 
Spiegelung  nach  einer  zu  jener  Linie  senk- 
rechten Ebene  ein  Bild  liefert,  welches  sich 
mit  der  Anfangslage  des  Kristalles  deckt. 
Es  gibt  vier-  und  sechszählige  Spiegelachsen, 
wobei  nach  jedesmaliger  Drehung  um  90" 
bezw.  60"  abwechselnd  ein  Spiegelbild  und 
dann  der  Kristall  selbst  mit  der  ursprüng- 
lichen Lage  zur  Deckung  kommt.  Eine  vier- 
zählige  Spiegelachse  ist  deshalb  gleichzeitig 
eine  zweizählige  Deekachse,  eine  sechszählige 
Spiegelachse  zugleich  eine  dreizählige  Deck- 
achse. 

Ebenso  wie  die  verschiedenen  Flächen 
eines  Kristalles  durch  veränderte  Zentral- 
distanz (Verzerrung)  ihre  Natur  nicht  ändern, 
also  wesentlich  nur  durch  ihre  Lage  charakte- 
risiert sind,  kann  man  auch  eine  Symmetrie- 
ebene oder  eine  Achse  parallel  mit  sich 
verschoben  denken,  ohne  daß  sie  ihren 
Charakter  als  solche  verliert.  Alle  solche 
Elemente  stellen  also  in  Wirklichkeit  keine 
einzelnen  Ebenen  oder  Linien,  sondern 
Richtungen  dar. 

Die  verschiedenen  Symmetrieelemente 
bedingen  nun  (als  verschiedene  Faktoren  der 


Kristallformen 


1093 


Flächenwiederholung),  indem  sie  für  sich 
oder  mannigfaltig"  kombiniert  an  dem  Bau 
eines  Kristalles  gleichsam  tätig  erscheinen, 
den  Grad  der  Symmetrie  desselben. 
Alle  denkbaren  Fälle  führen,  wie  schon  be- 
merkt, zu  32  möglichen  Kristallklassen, 
von  welchen  allerdings  eine  gar  kein  Sym- 
metrieelement aufweist,  bei  der  also  nur  das 
Zonengesetz  bezw.  das  Gesetz  der  rationalen 
Achsenschnitte  gilt  und  jede  einzelne  Kristall- 
fläche schon  für  sich  eine  selbständige  Form 
darstellt.  So  wichtige  und  anschauliche 
Symmetrieelemente  die  Symmetrieebenen 
auch  sind,  so  ist  doch  zu  beachten,  daß  14 
von  32  Klassen  jeder  Symmetrieebene  ent- 
behren. Noch  seltener  wird  ein  Zentrum  der 
Symmetrie  angetroffen,  21  Klassen  besitzen 
ein  solches  nicht.  Andererseits  findet  man  bei 
fast  allen  eine  oder  mehrere  Deck-  bezw. 
Spiegelachsen.  Jedes  der  sechs  Kristall- 
systeme umfaßt  mehrere  Kristallklassen,  wo- 
bei für  die  Zugehörigkeit  zu  einem  be- 
stimmten System  jedesmal  wenigstens  ein 
gewisses  Maß  von  Symmetrie  erforderlich 
ist;  eine  Ausnahme  bildet  in  dieser  Hinsicht 
nur  die  erwähnte  ganz  unsymmetrische 
Klasse.  Auf  diese  Weise  ergibt  sich  folgende 
Charakteristik  der  verschiedenen  Systeme. 

1.  Reguläres  System:  5  Klassen, 
sämtlich  mit  4  gleichen,  dreizähligen  Deck- 
achsen (bezw.  sechszähligen  Spiegelachsen). 

2.  Tetragonales  (quadratisches)  Sy- 
stem: 7  Klassen,  welche  eine  einzige  vier- 
zählige   Deck-    oder    Spiegelachse    besitzen. 

3.  Hexagonales  System:  12  Klassen, 
davon  5  mit  einer  einzigen  sechszähligen 
Deckachse  und  7  mit  einer  einzigen  drei- 
zähligen Deck-  bezw.  sechszähligen  Spiegel- 
achse. (Die  letzteren  7  Klassen  werden  auch 
wohl  zu  einem  besonderen,  dem  sogenannten 
trigonalen  System  zusammengefaßt,  vgl. 
unten). 

4.  Rhombisches  System:  3  Klassen 
mit  3  ungleichen,  zweizähligen  Deckachsen, 
oder  mit  einer  solchen  und  2  durch  die- 
selbe gehenden  Symmetrieebenen. 

5.  Mo  n  okiin  es  System:  3  Klassen 
mit  einer  zweizähligen  Deckachse  und  dazu 
senkrechten  Symmetrieebene  oder  mit  einem 
dieser  beiden  Symmetrieelemente. 

G.  Triklines  System  :  2  Klassen,  ledig- 
lich mit  einem  Zentrum  der  Symmetrie  oder 
auch  ohne  ein  solches. 

In  dieser  Reihenfolge  nimmt  im  ganzen 
der  Grad  der  Symmetrie  mehr  uncl  mehr 
ab  (eine  besondere  Stellung  nimmt  das  hexa- 
gonale  System  ein).  Durch  Abbau  der 
Symmetrieelemente  kann  man  die  weniger 
symmetrischen  Kristallklassen  aus  den  höher 
symmetrischen  ableiten,  umgekehrt  auch 
durch  Häufung  jener  Elemente  von  den 
weniger  symmetrischen  zu  den  höher  sym- 
metrischen Klassen  gelangen.     Im  späteren 


speziellen    Teile    ist    der    erstere    Weg    ein- 
geschlagen. 

Die  Formen  der  einzelnen  Systeme  be- 
zieht man  auf  folgende  Achsenkreuze : 

1.  Reguläres  System:  3  gleich  lange 
und  gleichwertige,  aufeinander  senkrechte 
Achsen  a  (hier  ist  also  a  =  b  ==  c). 

2.  Tetragonales  System:  3  aufein- 
ander senkrechte  Achsen,  von  welchen 
2  (Nebenachsen  a)  gleich  lang  und  gleich- 
wertig sind,  die  3.  (Hauptachse  c)  aber  länger 
oder  kürzer  ist. 

3.  Hexagonales  System:  4  Achsen, 
von  denen  3  gleich  lange  und  gleichwertige 
(Nebenachsen  a)  in  einer  Ebene  liegen  und 
sich  unter  60"  schneiden,  während  die  4., 
längere  oder  kürzere  (Hauptachse  c)  aut 
jenen  senkrecht  steht.  —  Im  trigonalen 
System  wählt  man  als  kristallographische 
Achsen  die  3  Polkanten  einer  trigonalen 
Pyramide  resp.  die  Polkanten  eines  Rhom- 
boeders ;  die  3  Achsen  sind  gleich  lang  und  das 
Achsenkreuz  ist  im  einzelnen  charakterisiert 
durch  den  von  2  Achsen  gebildeten  Winkel  a. 

4.  Rhombisches  System:  3  ungleich 
lange,  aufeinander  senkrechte  Achsen  (a, 
b,  c). 

5.  Monoklines  System:  3  ungleich 
lange  Achsen  (a,  b,  c),  wovon  2  (a,  c)  einen 
schiefen  Winkel  {ß)  bilden,  während  die 
3,  b  auf  jenen  beiden  senkrecht  steht. 

6.  Triklines  System  :  3  ungleich  lange 
Achsen  (a,  b,  c),  welche  sich  sämtlich  schief- 
winklig kreuzen. 

Wie  schon  bemerkt,  müssen  die  Achsen 
stets  so  gewählt  werden,  daß  alle  gleich- 
artigen, d.  i.  zur  nämlichen  Form  gehörigen 
Flächen  jedesmal  gleiche  Parameterkoeffi- 
zienten erhalten,  also  zu  dem  betreffenden 
Achsenkreuz  eine  gleichartige  Lage  besitzen. 
Umgekehrt  gehören  aber  nicht  immer  alle 
in  dieser  Weise  gleichartig  gelegenen  Flächen 
einer  und  derselben  Form  an,  sie  können 
sich  auch  auf  2,  4  oder  gar  8  ver- 
schiedene Formen  verteilen,  indem  immer 
nur  die  Hälfte,  der  vierte  oder  (in  einer  Klasse 
des  hexagonalen  Systems)  der  achte  Teil 
derselben  physikalisch  gleichwertig  ist.  Eine 
solche  Zerlegung  in  mehrere  selbständige,  oft 
nur  durch  ihre  gegenseitige  Stellung  äußer- 
lich verschiedene  Gestalten  findet  natürlich 
stets  nach  bestimmten  Symmetriegesetzen 
statt.  Je  nachdem  alle  gleichartig  gelegenen 
Flächen  nur  eine  einzige  Form  bilden  oder 
sich  je  zur  Hälfte  bezw.  zum  vierten  oder 
achten  Teile  auf  2,  4  oder  8  Formen  ver- 
teilen, bezeichnet  man  die  einzelnen  Gestalten 
als  holoedrisch,  hemiedrisch  eventuell 
hemimorph,  tetartoedrisch  oder 
ogdoedrisch.  Indes  ist  zu  bemerken,  daß 
häufig  auch  scheinbar  holoedrische  Formen 
entsprechend  der  geringeren  physikalischen 
Svmmetrie    ihrer    Flächen    in    Wirklichkeit 


1094 


Kristallformen 


einer  heniiedrischen,  überliaupt  teilflächigen 
Fornienreihe  anü:eliören.  Sie  treten  dann  wohl 
in  Kombination  mit  flächenreicheren,  äußer- 
lich deutlich  teilflächi<i;en  Gestalten  auf,  deren 
Grenzformen  sie  für  bestimmte  Werte  der 
Parameterivoeffizientcn  (1  und  oo)  bilden. 
Im  folji;enden  werden  die  Formen  der  ver- 
schiedenen, zu  Systemen  vereini2;ten  Klassen 
kurz  besprochen,  wobei  wir  in  jedem  System 
von  der  das  Achsenverhältnis  bestimmenden 
Grundform  ausoehen. 

5.  Formen  der  einzelnen  Klassen. 
5a)  Eeguläres  System.  1.  Hexakisokta- 
edrische  (regulär -holoedrische)  Klasse. 
Die  Grundform,  das  0  k  t  a  e  d  e  r  (Fig.  4), 


Fig.  4. 

wird  umschlossen  von  8  gleichseitigen 
Dreiecken.  Jede  Fläche  schneidet  alle 
3  Achsen  in  gleicher  Entfernung  vom 
Achsenmittelpunkte,  daher  das  Weißsche 
Symbol  a  :  a  :  a,  nach  Naumann  0,  nach 
Miller  [lll}.i)  Die  Flächen  treffen  sich 
in  12  gleichen  Kanten  von  109"  28'  16",  die 
Kanten  in  6  gleichen,  vierflächigen,  zu 
zweien  durch  eine  Achse  verbundenen  Ecken. 
Das  Oktaeder  der  holoedrischen  Klasse  be- 
sitzt ein  Zentrum  der  Symmetrie,  3  durch  je 


2  Achsen  gehende  Hauptsymmetrieebenen, 
sowie  6  gewöhnliche,  welche  je  durch  eine 
Aclise  gehen  und  den  Winkel  der  beiden 
anderen  Achsen  halbieren;  ferner  3  vier- 
zählige  Deckachsen,  entsprechend  den  kri- 
stallographischen  Achsen,  6  zweizählige  Deck- 
achsen, welche  die  Mitten  je  zweier  gegen- 
überliegender Kanten  verbinden,  endlich 
4  sechszählige  Spiegelachsen,  senkrecht  zu 
den  Flächen.  Diese  Symmetrieelemente 
kommen  allen  Formen  der  holoedri- 
schen Klasse  zu,  sind  also  für  letztere 
charakteristisch.  Die  Achsenebenen  wür- 
den, als  Flächen  am  Oktaeder  auftretend, 
dessen  Ecken  gerade  abstumpfen  und  ent- 
sprechen den  6,  zu  je  2  parallelen,  quadra- 
tischen Flächen  des  Würfels  (Hexaeders), 
Figur  5;  sein  Symbol  ist  a:ooa:coa, 
GoOoo,  [100]  —  die  Flächen  schneiden  eine 
Achse  und  gehen  den  beiden  anderen  Achsen 
parallel.  12  Kanten,  8  Ecken ;  letztere  werden 
durch  die  Flächen  von  0  abgestumpft  (Fig.  6). 


Fix.  5. 


Fiff.  6. 


^)  {111}  stellt,  Iwie  auch  das  Naumann - 
sehe  Symbol  0,  die  Gesamtheit  der  8  Oktaeder- 
flächen dar,  während  die  einzelnen  Flächen 
dieser  Form  je  nach  ihrer  Lage  in  den  verschie- 
denen Oktanten  folgende,  in  runde  Klammern 
gefaßte  Symbole  erhalten :  (111),  (131),  (111), 
(111)  oben,-  (111),  (in),  (lil),  (111)  unten  (s. 
Fig.  4).  Allgemein  erhält  man  im  regu- 
lären System  die  Symbole  der  einzelnen  Flächen 
einer  Form  durch  Umstellung  der  Indices  bzw. 
Aenderung  der  Vorzeichen.  Im  tetragonalen 
und  hexagonalen  System  behält  dabei  der 
letzte  (auf  die  Hauptachse  bezügliche)  Index 
stets  seine  Stelle,  während  im  rhombischen, 
monoklinen  und  triklinen  System  (mit  nur 
ungleichen  Achsen)  nur  eine  Aenderung  der 
Vorzeichen  in  Betracht  kommt.  In  den  drei- 
achsigen Systemen  bezieht  sich  der  erste  Index 
stets  auf  die  nach  vorn  gerichtete,  der  zweite 
auf  die  von  rechts  nach  links  verlaufende,  der 
dritte  auf  die  vertikal  gestellte  Achse. 


Halten  sich  in  einer  solchen  Kombination  beide 
Formen  das  Gleichgewicht,  so  entsteht  der 
sogenannte  Mittelkristall,  an  welchem  nur 
(von  ungleichen  Flächen  gebildete)  Kombi- 
nationskanten und  Kombinationsecken  auf- 
treten. Die  dritte  primäre  Form  dieser 
Klasse  ist  das  Dodekaeder  (Fig.  7)  mit 
12  (nur  je  2  Achsen  in 
gleichem  Abstände  vom 
Mittelpunkt  schneidenden) 
rhombischen  Flächen,  24 
Kanten  von  120",  6  vier- 
und  8  dreikantigen  Ecken. 
Symbol:  a:a:ooa,  00  0, 
[110].  Die  vierkantigen 
Ecken  werden  durch 
00  Ox),  die  dreikantigen 
durch  0  abgestumpft; 
umgekehrt  stumpfen  die  Dodekaederflächen 
sowohl  die  Kanten  von  0  wie  von  00  Ooo 
gerade  ab. 

Durch  Anwendung  des  Gesetzes  der  ratio- 
nalen Achsenschnitte  gelangt  man  zu  weiteren 
Formen,  indem  man  zwei  Achsenschnitte  im 
Verhältnis  zum  dritten  variieren  läßt.  Dabei 
können  jene  beiden  zunächst  unter  sich 
gleich,  aber  kleiner  oder  größer  als  der  dritte 
sein.  So  erhält  man  die  Triakisoktaeder 
(Pyramidenoktaeder)  a:a:ma,  m  0.  [hhl]h>l. 


Kristallformen 


1095 


mit  24  gleichschenklig-dreiseitigen  Flächen, 
12  längeren  und  24  kürzeren  Kanten,  6  acht- 
flächigen und  8  dreiflächigen  Ecken  (häufiges 
Beispiel  a:a:2a,  2  0,  {221},  Fig.  8),  sowie 
die  Ikositetraeder  a:ma:ma,  mOm, 
{hkk}h>k,  begrenzt  von  24  symmetrischen 
Vierecken,  mit  24  längeren  und  24  kürzeren 
Kanten  und  dreierlei  Ecken  (am  gewöhn- 
lichsten a  :  2a  :  2a,  2  02,  {211],  Fig.  9).    Sind 


zu.  Eine  dreizählige,  am  Granat  häufige 
Kombination  zeigt  Figur  12.  Aus  der  all- 
gemeinsten Form  mOn  lassen  sich  die  übrigen 
6  ableiten,  indem  entweder  je  2,  4,  6  oder 
8  Flächen  der  ersteren  in  ein  Niveau,  d.  i. 
zu  einer  Fläche  zusammenfallen.  Bei  der 
Ableitung  der  folgenden  Klassen  des  regulären 
Systems  erscheint  es  auch  zweckmäßiger, 
jedesmal  von  mOn  auszugehen. 


r  Fig.  13. 


Fi?.  8. 


alle  drei  Parameter  verschieden  und  ist  einer 
derselben  oo,  so  resultieren  die  Tetrakis- 
hexaeder  (Pyramidenwürfel)  a  :  na  :  oo  a, 
oo  On,  [hkO},  umschlossen  von  24  gleich- 
schenkligen Dreiecken,  mit  12  längeren  und 
24  kürzeren  Kanten,  8  sechsflächigen  und 
6  vierflächigen  Ecken  (häufig  a:2a:ooa, 
oo02,  [210}^  Fig.  10).  Haben  schließlich 
alle  drei  Parameterkoeffizienten  ungleichen, 
aber  endlichen  Wert,  so  resultieren,  die  all- 
gemeinste   und    flächenreichste    Form    der 


Fig.  12. 
d  ==  00  0  [110) 
n  =  202  [211] 
s  =..3072  [321]. 


Fig.  14. 


Fig.  10 


Klasse  darstellend,  die  Hexakisoktaeder 
a  :  na  :  ma,  mOn,  [hkl]  — h>k>l —  mit 
48  ungleichseitig- dreiseitigen  Flächen,  je 
24  Kanten  dreierlei  Art  und  ebenfalls  dreierlei 
(acht-,  sechs-  und  vierflächigen)  Ecken 
(häufigstes  Beispiel  a  :  Vaa  :  Sa.'SOVa,  [321], 
Fig.  11). 

Hinsichtlich  der  Kombinationen  sei  noch 
erwähnt,  daß  die  24  Kanten  von  oo  0  durch 
die  Flächen  von  202  gerade  abgestumpft, 
durch  je  2  Flächen  von  3OV2  zugeschärft 
(richtiger  ebenfalls  abgestumpft)  werden. 
Die  Flächen  der  Triakisoktaeder  schärfen  in 
gleicher  Weise  die  Kanten  von  0,  die  Flächen 
der  Tetrakishexaeder  diejenigen  von  00  Ooo 


2.He  xakistetr  ae  drisch  e(tetraedrisch- 
hemiedrische)  Klasse.  Die  Formen  derselben 
entstehen  gleichsam  aus  den  holoedrischen, 
wenn  diejenigen  Flächen  der  letzteren  aus- 
fallen, welche  in  den  abwechselnden,  von 
den  drei  Hauptsymmetrieebenen  gebildeten 
Räumen,  den  Oktanten,  liegen,  während  die 
übrigen  Flächen  sich  stärker  ausdehnen  und 
so  eine  geschlossene  Form  bilden.  Auf  diese 
Weise  gehen  je  nach  der  Wahl  der  bleibenden 
Flächen  aus  einem  Hexakisoktaeder  zwei 
kongruente  Hexakistetraeder  hervor,  die 
sich  äußerlich  nur  durch  ihre  Stellung  unter- 
scheiden, indem  die  eine  Form  gegen  die  andere 
um  eine  Achse  um  90"  gedreht  ist.  Man  be- 
zeichnet sie  (nach  den  betreffenden  Oktanten) 
als  positiv  (Fig.  13)  oder  negativ  (Fig.  14) 

,   ,  ^        mOn  .  ,         „  „ 

±  72  (a  :  na  :  ma),  i  —ix-,  im  ersteren  l^alle 

mit  denFlächen  des  oberen,  vorderen, rechten, 
im  anderen  mit  denen  des  entsprechenden 
linken  Oktanten;  daher  die  beiden  Miller- 
schen  Symbole  [hkl]  und  [hkl],  z.  B.  [321} 
und  [321].  Die  Hexakistetraeder  werden  um- 
schlossen von  24  ungleichseitigen  Dreiecken, 
besitzen  36  Kanten  und  14  Ecken  je  dreier- 
lei Art.  Wieallen  Formen  dieser  Klasse, 
kommen  ihnen  nur  noch  sechs  gewöhnliche 
Symmetrieebenen  zu,  da  die  Hauptsymmetrie- 
ebenen gemäß  obiger  Ableitung  ihren  Cha- 
rakter als  solche  verloren  haben;  die  vier- 
zähligen  Deckachsen  sind  in  ebensolche 
Spiegelachsen,  die  sechszähligen  Spiegel- 
achsen    in     dreizählige    Deckachsen    über- 


1096 


Ki'istalli'ornien 


gegangen.  Zentrum  der  Symmetrie  und  zwei- 
zäiilige  Deckaclisen  fehlen.  Die  beiden,  in 
obiger  Weise  ans  einem  Hexakisoktaeder  ab- 
geleiteten Hexakistetraeder  sind  völlig  von- 
einander unabhängige  Formen,  können  je- 
doch in  Kombination  auftreten.  Ihre  Flächen 
verhalten  sich  physikalisch  und  chemisch 
(z.  B.  gegenüber  lösenden  Substanzen)  ver- 
schieden, was  in  analoger  Weise  für  alle 
korrelaten  positiven  und  negativen  Formen 
dieser  Klasse  gilt. 

Obige   Ableitung   auf   die   Ikositetraeder 
angewandt  führt  zu  den  Triakistetraedern 

±  ^-^,   [hkk]  und  [hkkj   mit    12  gleich- 


schenklig-dreiseitigen   Flächen,    6    längeren  g 


zugleich  in  solchen,  welche  ihre  Flächen  be- 
halten und  solchen,  die  sie  verlieren.  Die 
betreffenden  Flächen  bleiben  deshalb  von 
derllemiedrie  geometrisch  unberührt.  Den- 
noch sind  auch  diese  Formen  nach  ihren 
Symmetrieverhältnissen,  welche  sich  z.  B. 
in  der  Gestalt  und  Lage  ihrer  Aetzfiguren 
zu  erkennen  geben,  als  hemiedrisch  zu  be- 
trachten. Dies  ist  z.  B.  beim  Würfel  häufig 
auch  daraus  zu  ersehen,  daß  nur  seine  ab- 
wechselnden Ecken  (durch  die  Flächen 
eines  Tetraeders)  abgestumpft  erscheinen 
(Fig.  18).  Die  Kanten  der  Tetraeder  werden 
durch  die  Flächen  des  Würfels,  die  Ecken 
durch  die  Flächen  des  Tetraeders  entgegen- 
gesetzter    Stellung    abgestumpft.        Dabei 


Fig.  15. 


Fiff.  16. 


Fig.  17. 


Fig.  18. 


und  12  kürzeren  Kanten,  4  sechs-  und  4  drei- 
kantigen Ecken  (Figur  15  zeigt  nur  eine 
positive  Form). 

Die  Triakisoktaeder  liefern  die  Deltoid- 

mO  - 

dodekaeder  ±  ^,  {hhlj  und  [hhl],  um- 
schlossen von  12  Deltoiden,  mit  12  längeren 
und  12  kürzeren  Kanten,  6  vierflächigen  und 
je  4  spitzeren  und  stumpferen  dreiflächigen 

Ecken  (Fig.  16+  ^  ).  Das  Oktaeder  end- 
lich geht  in   die  beiden  Tetraeder  ±  -^ , 

[111]  und  [111]  über,  welche  von  4  gleich- 
seitigen Dreiecken  umschlossen  werden,  6 
Kanten    und    4    Ecken    besitzen    (Fig.    17 

Hiermit  ist  die  Reihe  der  deutlich  hemi- 
edrischen  Gestalten  dieser  Klasse  erschöpft, 
indem  die  übrigen  Formen :  Tetrakishexaeder, 
Dodekaeder  und  Würfel  äußerlieh  unver- 
ändert bleiben,  weil  die  Hauptsymmetrie- 
ebenen auf  ihren  Flächen  senkrecht  stehen, 
letztere  also  gleichzeitig  in  benachbarten 
Oktanten  liegen,  und  die  zur  Ableitung  dieser 
Hemiedrie  vorgenommene  Raumteilung  bei 
ihnen  keine  ganzen  Flächen  umschließt. 
Während  bei  solchen  holoedrischen  Formen, 
welche  hier  infolge  der  Hemiedrie  eine  äußere 
Veränderung  erfahren,  die  Normalen  ihrer 
Flächen  in  die  Oktantenräume  fallen,  liegen 
diese  Normalen  bei  den  anderen  innerhalb 
der    Grenzen    benachbarter    Oktanten,   also 


unterscheiden  sich  häufig  die  Flächen  der 
beiden  Tetraeder  durch  abweichende  Be- 
schaffenheit (betreffend  Glanz  oder  Streifung). 
Eine  Kombination  beider  Tetraeder  im 
Gleichgewicht  darf  natürlich  nicht  mit  dem 
(holoedrischen)  Oktaeder  identifiziert  werden. 
Das  Dodekaeder  spitzt  die  Tetraederecken 
dreiflächig  zu,  während  ein  Triakistetraeder 
die  Kanten  des  Tetraeders  gleicher  Stellung 
zuschärft.  Dreizählige  Kombinationen  von 
Zinkblende  und  Fahlerz  zeigen  Figur  1 9  u.  20. 


Fig.  19. 

0  =  +  §  [111] 

0,  =  -,?  um 

h  =  00  Ooo  [100] 

Fig.  20. 

0 

=  +  ?  [111] 

i 

=  +  'Tim 

d 

-=  ooO  [110]. 

3.  Die  dyakisdodekaedrische  (penta- 
gonal-hemiedrische)  Klasse  kann  man  in  der 
Weise  aus  der  holoedrischen  herleiten,  daß 
man  sich  den  Raum  nach  den  gewöhnlichen 
Symmetrieebenen  in  24  Einzelräume  geteilt 
denkt,   in   denen    die   Flächen   abwechselnd 


Kristallformen 


1097 


bleiben  oder  verschwinden.  Nur  zwei  Formen 
erleiden  dadurch  eine  äußere  Veränderung": 
die  Hexakisoktaeder  uud  die  Tetrakishexa- 
eder.  Erstere  gehen  in  je  zwei  kongruente 
Dyakisdodekaeder  ülser,  welche  man, 
je  nach  der  zugehörigen,  im  vorderen,  oberen, 
rechten  Oktanten  rechts  oder  links  unten 
gelegenen  Fläche  des  Hexakisoktaeders  als 
rechtes  [khl}  (Fig.  22)  oder  als  linkes  [hkl] 
(Fig. 21)  —  stets  h>k>l  —  bezeichnet.  Dem 

linken  gibt  man  auch  das  Symbol  + 

dem  rechten  —  ~^-    .     Ein   Dvakisdodeka- 


(früheren)  gewöhnlichen  Symmetrieebenen 
symmetrisch  teilbar  sind  (s.  Fig.  1).  Die 
Streifung  wird  hier  durch  Oszillation  von 
sehr  schmalen  Flächen  eines  Fentagon- 
dodekaeders  und  solchen  des  Würfels  hervor- 
gebracht (sogenannte  Kombinationsstrei- 
fung). 

Sehr  häufig  treten  Pentagondodekaeder, 
insbesondere    das    am    Pyrit    gewöhnliche 

°°^^^  (Fig.  23)  auf.  Der  Würfel 


2 


Pyritoeder 

stumpft  dessen  längere  Kanten,  das  Oktaeder 
8  dreiflächige  Ecken  desselben  ab  (Fig.  24). 
Sind  Pyritoeder  und  Oktaeder  im  Gleich- 
gewicht, so  entsteht  das  sogenannte  Iko- 
saeder  (Fig.  25)  mit  8  gleichseitig-  und 
12  gleichschenklig-dreiseitigen  Flächen. 


Fig.  21. 


Fi-.  22. 


eder  wnrd  umschlossen  von  24  Trapezoiden 
(mit  zwei  gleichen  Seiten),  besitzt  12  längere, 
12  kürzere  und  24  mittlere  Kanten,  8  drei- 
flächige Ecken  und  18  vierflächige  zweierlei 
Art.  Nach  obiger  Ableitung  haben  die 
gewöhnlichen  Symmetrieebenen  ihren  Cha- 
rakter als  solche  verloren,  es  sind  hingegen 
noch  folgende  Symmetrieelemente  vorhan- 
den: 3  Hauptsymmetrieebenen;  3  zwei- 
zählige  Deckachsen,  entsprechend  den  vier- 
zähligen  der  ersten  Klasse:  4  sechszählige 
Spiegelachsen  wie  bei  jener  Klasse;  ein 
Zentrum  der  Symmetrie.  Jeder  Fläche  ent- 
spricht also  eine  parallele  Gegenfläche,  wes- 
halb man  diese  Klasse  auch  im  Gegensatz 
zur  vorhergehenden  (einer  geneigtflächig- 
hemiedrischen)  als  parallelflächig-hemi- 
edrische  bezeichnet  hat.  Den  Tetrakishexa- 
edern  entsprechen  die  Pentagondodeka- 
eder   beider    Stellungen   (khO)    und    [hkO} 

ooOnl 
bezw.  T    -2"    (Figur  23  stellt  [hkO]  dar), 

umschlossen  von  12  symmetrischen  Fünf- 
ecken, mit  6  meist  längeren  und  24  meist 
kürzeren  Kanten,  20  dreiflächigen  Ecken 
zweierlei  Art.  Die  übrigen  Formen  stimmen 
äußerlich  mit  den  holoedrischen  überein, 
da  ihre  Flächen  von  einer  oder  mehreren 
teilenden  Ebenen  (s.  oben)  senkrecht  ge- 
troffen werden.  Dennoch  ist  auch  ihre 
Symmetrie  von  derjenigen  holoedrischer 
Formen,  entsprechend  dieser  Klasse,  wesent- 
lich verschieden.  Ein  schönes  Beispiel  liefern 
hierfür  die  nach  den  abwechselnden  Kanten 
gestreiften  Würfel  des  Pyrits,  welche  nur 
noch  nach  den  (hier  bleibenden)  Haupt- 
symmetrieebenen,   nicht    mehr    nach    den 


Fie.  23. 


Fig.  24. 


Fig.  25. 

4.  Pentagon-ikositetraedrische  (gy- 
roedrisch-hemiedrische)  Klasse.  Die  Teilung 
des  Raumes  nach  allen  neun  Symmetrie- 
ebenen führt  zu  48  Einzelräumen;  in  jedem 
liegt  eine  Fläche  eines  Hexakisoktaeders.  Je 
24  Flächen  einer  solchen  Form,  aus  jenen 
Räumen  abwechselnd  ausgewählt,  bilden  ein 
Pentagonikositetraeder,   und  zwar  ein 

•    T    ,         niOn         j  mOn 
rechtes  oder  ein  linkes,  — ^  r  und  — ^^  1, 

[khl]  und  [hkl]  (Fig.  26  und  27).  Dieselben 
werden  von  24  unregelmäßigen  Fünfecken 
umschlossen,  besitzen  CO Kantenund38 Ecken 
je  dreierlei  Art.    Die  beiden,  aus  demselben 


Fig.  26. 


Fig.  27. 


1098 


Kristallfonncn 


Hexakisoktaeder  hervorij;egangenen  Penta- 
gonikositetraeder  unterscheiden  sich  aber 
nicht  nur  durch  ihre  Stellung,  sondern 
durch  die  entgegengesetzte  Anordnung 
ihrer  Flächen,  infolgedessen  sie  nur  spiegel- 
bildlich gleich  sind  (sie  verhalten  sich  zu- 
einander etwa  wie  die  rechte  zur  linken 
Hand).  Derartige,  nicht  in  parallele  Stellung 
zu  bringende  Formen,  welche  zu  den  geneigt- 
flächigen gehören  und  keine  Symmetrie- 
ebenen besitzen,  bezeichnet  man  allgemein 
als  enantiomorph.  Hier  sind  von  Sym- 
metrieelementen nach  dem  Gesagten  ver- 
loren gegangen  das  Zentrum  der  Symmetrie 
und  die  Symmetrieebenen,  gebheben  die 
Deckachsen  (wie  bei  Klasse  1),  doch  sind 
die  dreizähligen  keine  sechszähligen  Spiegel- 
achsen mehr.  Alle  übrigen  regulären  Formen 
erleiden  unter  dem  Einflüsse  dieses  He miedrie- 
gesetzes  äußerlich  keine  Veränderung,  doch 
entspricht  das  physikalische  Verhalten  ihrer 
Flächen  den  hier  herrschenden  Symmetrie- 
verhältnissen. Die  Ikositetraeder  des  Sal- 
miaks und  die  Würfel  des  Sylvins  lassen  so 
durch  die  auf  ihren  Flächen  erzeugten  Aetz- 
figuren  die  Zugehörigkeit  zu  dieser  Klasse 
erkennen. 

5.  Tetr  a^  drisch -pentagon  dodeka- 
edr  i  s  ch  e(regulär-tetartoedrische)  Klasse.  Die 
Formen  derselben  lassen  sich  aus  den  holo- 
edrischen durch  gleichzeitige  Anwendung  je 
zweier  regulärer  Hemiedriegesetze,  und  zwar 
gleichgültig  welcher,  ableiten,  wie  man  denn 
eine  jede  Tetartoedrie  auf  die  gleichzeitige 
Wirkung  zweier  Hemiedriearten  des  betreffen- 
den Systems  zurückführen  kann.  So  ent- 
stehen hier  aus  einem  Hexakisoktaeder  die 
tetraedri sehen  Pentagondodekaeder, 
welche  von  12  unsymmetrischen  Fünfecken 
umschlossen  werden,  und  deren  es  jedesmal 
im    ganzen    4   gibt:    ein    positives    rechtes 

H T—  r  [khl]  (Fig.  28),  ein  positives  linkes 

H j~  1  [hkl]  (Fig.  29),  ein  negatives  rechtes 


mOn 


mOn 


T—  r  [hkl],  ein  negatives  linkes 

[khl].    Diese  Formen  können  nach  ihrer  Ab-  i 


Fig.  28. 


leitung  weder  Symmetrieebenen  noch  ein 
Zentrum  der  Symmetrie  besitzen,  doch 
kommen    ihnen    noch    3   zweizählige  Deck- 


achsen, entsprechend  den  kristallographi- 
schen  Achsen,  und  (wie  allen  Kristallformen 
des  regulären  Systems)  4  dreizählige 
Deckachsen  zu;  sie  zeigen  den  geringsten,  in 
diesem  System  möglichen  Grad  von  Sym- 
metrie. Die  rechten  und  linken  tetraedri- 
schen  Pentagondodekaeder  sind  enantio- 
morph; die  positiven  und  negativen  rechten, 
ebenso  die  linken,  hingegen  jedesmal  äußer- 
lich nur  durch  ihre  Stellung  verschieden,  sie 
können  durch  Drehung  um  90°  um  eine 
kristallographische  Achse  zur  Deckung  ge- 
bracht werden. 

Die  übrigen  regulären  Formen  gehen,  ent- 
prechend  den  hier  herrschenden  Symmetrie- 
verhältnissen, entweder  in  scheinbar  nur 
hemiedrische  über  (Ikositetraeder  in  Triakis- 
tetraeder,  Triakisoktaeder  in  Deltoiddodeka- 
eder,  Oktaeder  in  Tetraeder,  Tetrakishexa- 
eder  in  Pentagondodekaeder)  oder  bleiben 
äußerlich  unverändert  (Dodekaeder,  Würfel). 
An  einem  hierhin  gehörenden  Kristall  können 
deshalb  tetraedrisch-hemiedrische  Formen 
mit  solchen  kombiniert  auftreten,  welche  der 
pentagondodekaedrischen  Hemiedrie  (Klasse 
3)  entsprechen,  doch  ergibt  sich  hieraus  die 
Möglichkeit  der  Bildung  von  Kristallen 
zweierlei  Art.  So  liefert  Natriumchlorat, 
NaClOg,  Kristalle  in  zwei  Modifikationen, 
welche  sich  auch  optisch  gegensätzlich  ver- 
halten.    Die  einen  weisen  die  Kombination 

—  2  •   — 2~  ^  ^       ^'"^^  zirkularpolari- 

sierend  rechts  drehend,  die  anderen  er- 
scheinen in  der  zu  jener  enantiomorphen 

Kombination  — ^  •    — ^ —  lund  sind  links - 

drehend.  Im  allgemeinen  gilt  das  Gesetz, 
daß  solcheKristalle,  welche  einer  mit  Enantio- 
morphie  verbundenen  Klasse  angehören,  in 
zwei  verschiedenen  Modifikationen  existieren, 
wenngleich  in  manchen  Fällen  bisher  nur 
eine  derselben  beobachtet  wurde. 

Sb)  Tetragonales  (quadratisches) 
System.  6.  Ditetragonal-bipyramidale 
(tetragonal-holoedrische)  Klasse.  Die  Grund- 
form, eine  tetragonale  Doppelpyramide 
(Bipyramide), gewöhnlich  kurz  als  Pyramide 
(Fig.  30)  bezeichnet,  wird  umschlossen  von 
8  gleichschenkligen  Dreiecken,  deren  Grund- 
linien in  4  Randkanten,  und  deren  Schenkel 
in  8  Polkanten  zusammentreffen.  Die  Pol- 
kanten stoßen  zu  je  4  in  einer  Polecke,  2 
Polkanten  mit  2  Randkanten  in  je  einer 
(der  4)  Randecken  zusammen.  Die  (vertikal 
gestellte)  Hauptachse  c  verbindet  die 
beiden  Polecken,  die  beiden  gleichen 
Nebenachsen  a,  a  je  2  gegenüber- 
liegende Randecken.  Als  Z  w  i  s  c  h  e  n  - 
achsen  bezeichnet  man  die  Verbindungs- 
linien der  Mittelpunkte  je  zweier  gegen- 
überliegender    Randkanten     (sie    halbieren 


Kristallformen 


1099 


die  von  den  Nebenachsen  gebildeten  Winkel). 
Das  Längenverhältnis  einer  Nebenachse 
zur  (kürzeren  oder  längeren)  Hauptachse 
(a :  c  =  1:  c)  ist  für  jede  im  tetragonalen 
System  kristallisierende  Substanz  ein  be- 
sonderes, dabei  irrationales,  da  es  sich,  ent- 
sprechend den  verschiedenen  Ausdehnungs- 
koeffizienten nach  der  Richtung  von  a  und 
c,  mit  der  Temperatur  —  wenn  auch  nur  in 
sehr  geringem  Maße  —  stetig  ändert.  Dieses 
Achsen  Verhältnis  wird  aus  der  Größe  des 
Pol-  oder  Randkantenwinkels  der  Grundform 
berechnet.  Das  Symbol  der  letzteren  ist 
a :  a :  c,  P,  [111].  Ihr  kommen  hier, 
wie  den  Formen  dieser  Klasse  überhaupt, 
folgende  Symmetrieelemente  zu:  eine  Haupt- 
symmetrieebene, entsprechend  der  Achsen- 
eijene  a,  a;  vier  weitere  Symmetrieebenen, 
welche  sich  in  c  schneiden,  und  wovon  zwei 


repräsentieren  die  ditetragonalen  (acht- 
seitigen) Pyramide  n  (Fig.  32),  um- 
schlossen von  16  ungleichseitigen  Drei- 
ecken, mit  16  abwechselnd  schärferen  und 
stumpferen  (dabei  längeren  oder  kürzeren) 
Polkanten  und  8  gleichen  Randkanten, 
2  achtflächigen  Polecken.  4  spitzeren  und 
4  stumpferen  vierflächigen  Randecken.  Alle 
Achsenschnitte  einer  Fläche  sind  hier  ver- 
schieden und  von  endlicher  Größe,  daher 
das  Symbol  a  :  na  :  mc,  mPn,  [hkl]  h>k 
(Beispiel:  SP^a,  [321]). 


Fig.  30. 


Fig.  31. 


durch  eine  Nebenachse  gehen  (primäre 
Hauptschnitte),  zwei  die  von  den  Neben- 
achsen gebildeten  Winkel  halbieren  (sekun- 
däre Hauptschnitte);  1  vierzählige  Deck- 
achse nach  c,  2  zweizählige  nach  den  Neben- 
und  2  ebensolche  nach  den  Zwischenachsen ; 
ein  Zentrum  der  Symmetrie.  —  An  die 
Grundform  schließt  sich  die  Reihe  der 
stumpferen  o  der  s  pitzeren  P  r  o  t  o  p  y  r  a  m  i  d  e  n 
an,  deren  Flächen  bei  gleichen  Achsen- 
schnitten a,  a  die  Hauptachse  in  verschie- 
dener Entfernung  mc  vom  Achsenmittel- 
punkte aus  treffen.  Ihr  allgemeines  Symbol 
ist  demnach  a:  a  :  mc,  mP,  [hhl]  h^l  (Bei- 
spiele: V2P  {112},  2P  (2211). 

Eine  zweite  Art  von  tetragonalen  Pyra- 
miden bilden  die  Deuteropyramiden 
(Fig.  31),  äußerlich  den  Protopyramiden 
gleichend,  jedoch  durch  ihre  Stellung  zum 
Achsenkreuze  von  ihnen  verschieden,  indem 
sie  dazu  um  die  Hauptachse  um  45"  gedreht 
sind.  Jede  Fläche  geht  einer  der  beiden 
Nebenachsen  parallel;  letztere  Achsen  ver- 
bindeu  die  Mittelpunkte  der  gegenüber- 
liegenden Randkanten;  daher  das  Symbol 
a:ooa:mc,  mPco,  [hOll 

Die    allgemeinste    Form    dieser    Klasse 


Fi-   32. 


FiK.  33. 


Während  alle  Formen  des  regulären 
Systems  geschlossene  sind,  d.  h.  den 
Raum  vollständig  umschließen,  ist  dies  hier 
wie  in  den  folgenden  Systemen  nicht  mehr 
der  Fall.  Infolge  der  Ungleichwertigkeit  der 
Achsen  gibt  es  auch  offene  Formen,  welche 
den  Raum  nicht  allseitig  begrenzen  und  dem- 
nach nie  für  sich  allein,  sondern  nur  mit 
andereuFormen  kombiniert  auftreten  können. 
Die  offenen  Formen  dieser  Klasse  gehen  aus 
den  geschlossenen  hervor,  indem  die  auf  die 
Hauptachse  bezüglichen  Koeffizienten  der 
Naumannschen  Symbole  =  00  oder  =  0 
werden.  In  den  betreffenden  Millerschen 
Zeichen  erhält  die  Hauptachse  allein  oder 
zugleich  mit  einer  Nebenachse,  oder  endlich 
jede  Nebenachse  den  Index  0.  Die  offenen 
Formen  sind  hiernach  sämtlich  Grenzformen. 
Den  Proto-  und  Deuteropyramiden  ent- 
spricht für  den  Fall,  daß  m  =  co  bezw. 
1  =  0  wird,  je  ein  tetragonales  (quadra- 
tisches)Prisma:dasProtoprisma  a  :  a  :  00c, 
00  P,  [110},  und  das  Deuteroprisma 
a  :00  a  :00  c,  ooPoo,  [100],  beide  mit  4 
parallelen,  rechtwinkligen  Kanten.  Ebenso 
entsprechen  den  ditetragonalen  Pyramiden 
die  ditetragonalen  (achtseitigen)  Pris- 
Imen  a:  na  :00c,  coPn,  [hkO],  verschieden 
nach  dem  wechselnden  Werte  von  n  bezw.  h 
und  k;  mit  8,  zu  je  4  gleichen  Kanten, 
welche  in  den  primären  bezw.  sekundären 
Hauptschnitten  liegen.  Wird  endlich  in 
mP  m  =  0,  wobei  [hhl}  in  [001]  übergeht,  so 
resultiert  die  aus  zwei,  den  Nebenachsen 
I  parallelen  Flächen  bestehende  Basis 
00  a  :  00  a  :  c,  OP,  welche  in  Kombination  mit 
den  Prismen  diese  beiderseitig  abschließt. 
Kombinationen:    die    Flächen    der    Proto- 


1100 


Ki'istallfonnen 


Pyramiden  treten  am  Protoprisma  als  vier- 
flächigc  Zuspitzungen  von  den  Seiten,  am 
Deuteroprisma  als  solche  von  den  Kanten 
aus  auf.  An  der  Kombination  ooP  ,  P  (Fig. 33) 
würden  die  Kombinationseckeii  durch  die 
(dabei  rhombisch  gestalteten)  Flächen  der 
Deuieropyramide  2Poo  [201]  abgestumpft 
werden.  Die  Flächen  der  ditetragonalen 
Pyramide  3P3  [311}  stumpfen  die  Kom- 
binationskanten von  ooPoo  .  P  ab  (Zirkon 
Fig.  34).  Eine  vierzählige  Kombination  von 
Vesuvian  stellt  Figur  35  dar. 


metrieebenen  verlieren.  Die  allgemeinste, 
aus  der  ditetragonalen  Pyramide  abgeleitete 
Form,  ein  tetragonales  Skalenoeder, 
wird  von  8  ungleichseitigen  Dreiecken  um- 
schlossen und  erscheint  in  zwei  kongruen- 
ten, stellungsverschiedenen  Modifikationen 
(Fig.  36  u.  37),  deren  eine  gegen  die  andere 


Fig.  34. 
a  =  ooPoo  [100] 
p  =  Pllll} 
s  =  3P3[311]. 


lig.  35. 
m  =  ooP[110] 
a=ooPoo[100] 
n-P{ni] 
c  =  OP  [001]. 


7.  Ditetragonal-pyramidale  (ditetra- 
gonal-hemimorphei  Klasse.  Indem  durch  die 
Teilung  des  Raumes  nach  der  Hauptsym- 
metrieebene allein  zwei  voneinander  un- 
abhängige Teilräume  entstehen,  zerfallen 
die  holoedrischen  geschlossenen  Formen  (Py- 
ramiden) in  je  eine  selbständige  obere  und 
eine  untere  offene  Pyramide,  welche  je- 
doch kombiniert  auftreten  können  (ge- 
schlossene Einzelformen  gibt  es  hier  also 
nicht).  Die  Hauptsymmetrieebene  verliert 
nach  dem  Gesagten  ihren  Charakter  als 
solche,  ebenso  fallen  die  zweizähligen  Deck- 
achsen fort,  während  die  primären  und 
sekundären  Hauptschnitte  als  Symmetrie- 
ebenen sowie  die  vierzählige  Deckachse 
bleiben.  Kein  Zentrum  der  Symmetrie.  Die 
Prismen,  auf  deren  Flächen  die  teilende 
Ebene  senkrecht  steht,  bleiben  äußerlich  un- 
verändert, die  Basis  hingegen  zerfällt  in 
eine  obere  und  eine  davon  unabhängige 
untere  Fläche.  Diese  Art  der  hemiedrischen 
Flächenentwickelung  wird  als  Hemimorphie 
nach  der  Hauptachse  bezeichnet.  Ein  Bei- 
spiel liefern  die  Kristalle  von  Jodsuccinimid, 

8.  Tetragonal-skalenoedrische  (te- 
tragonal-sphenoidisch-hemie(hische)  Klasse. 
Die  in  den  abwechselnden  Oktanten  ge- 
legenen Flächen  der  holoedrischen  Formen 
bleiben  bezw.  verschwinden,  wodurch  (ähn- 
lich wie  in  Klasse  2)  die  Hauptsymmetrie- 
ebenc  und  die  primären  Hauptschnitte  (als 
teilende  Ebenen)  ihren  Charakter  als  Svm- 


Fig.  36. 


um  die  Hauptachse  um  90°  gedreht  ist: 
,  mPn  ^  ,  ,,  ^  mPn  ,,  -, 
-f  -g—  [likl]  und g-  [hklj.  Sym- 
metrieelemente: die  beiden  sekundären 
Hauptschnitte,  eine  vierzählige  Spiegelachse 
c.  2  zweizählige  Deckachsen  a.  Kein 
Zentrum  der  Symmetrie.  Die  einer  Proto- 
pyramide  entsprechenden  Flächen  ordnen 
sich  zu  zwei  kongruenten,  nichtregulären 
Tetraedern,     einem     positiven    und    einem 

•  mP 

negativen  t e t r ag o  n  al e n  S p h e  n  o i  d  ^t    ^^  , 

[hhl]  und  [hhl],  umschlossen  von  4 
gleichschenkligen  Dreiecken  (auch  als  Bi- 
sphenoid,  entsprechend  einer  Bipyramide, 
bezeichnet).  Die  übrigen  Formen  (Deutero- 
pyramiden,  Prismen,  Basis)  stimmen,  obiger 
Ableitung  gemäß,  geometrisch  mit  denen 
von  Klasse  6  überein.     Ein  wichtiges  Bei- 

P3 

spiel  liefert  Kupferkies  mit  +  -^  [313],  auch 

P        P 

in     den     Kombinationen     +  ^ 


+ 


2  • 


Poo.2Poo.0P(Fig.  38, 


tj      und 
Hierhin 


gehören  auch  saures  Kaliumphosphat  und 
das  Ai-senat,  KH2PO4  und  KH2ASO4,  mit 
unsymmetrischen     Aetzfiguren    auf    ooPoo, 


FIk.  38. 


[111] 


p=  -H   2  i^^^l      P'  =  —  -ö-[ll]] 

c  =  o"p[OOl]      e  =  Poo"[101] 
z  =  2Pa3  [201]. 


Kristallfoiunen 


1101 


welche  auch  nach  ihrer  Lage  auf  den  be- 
nachbarten Flächen  (100)  und  (010)  dieser 
Klasse  entsprechen. 

9.  Tetragonal-bipyramidale  (tetra- 
gonal-pyramidal-hemiedrische)  Klasse.  Denkt 
man  sich  den  Raum  durch  die  primären  und 
sekundären  Hauptschnitte  geteilt,  so  ge- 
langt man  zu  8  Teilräumen,  welche,  ab- 
wechselnd mit  den  Flächen  der  allge- 
meinsten Form  besetzt,  je  zwei  Tritopyra- 
miden,  d.  s.  tetragonale  Pyramiden  von 
Zwischenstellung  (zwischen  der  Lage  einer 
Proto-  und  einer  Deuteropyramide)  liefern: 


mPn 


und 


mPn 


(Fig.  39 ),  (k  hl]  und  [h  kl]. 

Dieselben  gleichen  äußerlich  einer  Proto-  oder 
Deuteropyramide.  Die 
rechte  und  die  linke 
Form  unterscheiden  sich 
durch  ihre  Stellung, 
indem  erstere  gegen 
letztere  um  die  Haupt- 
achse um  einen,  im  ein- 
zelnen wechselnden  Win- 
kel   gedreht    ist.      Von 

Symmetrieelementen 
sind  außer  dem  Zen- 
trum der  Symmetrie 
nur  mehr  die  Haupt- 
symmetrieebene  und  die 
vierzählige  Deckachse 
geblieben.  Die  Proto- 
und  Deuteropyramiden  bleiben  äußerlich  un- 
verändert, alle  geschlossenen  Formen  sind 
tetragonale  Pyramiden.  Dementsprechend 
gibt  es  hier  auch  nur  tetragonale  (vierseitige) 


Fig.  39. 


Prismen:  Tritoprismen 


GoPn 


2 


00  Pn 


[khO],  [hkO],  Protoprisma  und  Deutero- 
prisma. Ein  Beispiel  bildet  der  Scheelit  mit 
mehreren  Tritopyramiden. 

10.  T  e  t  r  a  g  0  n  a  1  - 1  r  a  p  e  z  0  e  d  r  i  s  c  h  e 
(tetragonal  -  trapezoedrisch  -  hemiedrische) 
Klasse.  Als  teilende  Ebenen  fungieren  hier 
alle  Symmetrieebenen;  jeder  der  16  Teil- 
räume ist  mit  einer  Fläche  einer  ditetra- 
gonalen  Pyramide  besetzt,  aus  welch  letzterer 
sich  bei  abwechselndcx  Wahl  der  Flächen 
zwei     enantiomorphe     tetragonale     Tra- 

m  Pn 

pezceder  (Fig. 40  und  41)  ableiten  :  — ^ —  r 


Fig.  40. 


Fig.  41. 


mPn 

und  — 2 — 1,  [khl]  und  [hkl],  jedes  um- 
schlossen von  8  Trapezoiden.  Während  die- 
selben (nach  obigem)  keine  Symmetrieebene 
mehr  besitzen,  auch  das  Zentrum  der  Sym- 
metrie fehlt,  sind  alle  Deckachsen  geblieben 
(analog  wie  bei  Klasse  4).  Alle  übrigen 
Formen  bleiben  äußerlich  unverändert.  Bei- 
spiele treten  unter  den  Mineralien  nicht  auf, 
doch  wurden  gewisse  Körper  (wie  Nickel- 
sulfat, Strychninsulfat)  aus  ihren  Aetz- 
erscheinungen  oder  dem  optischen  Ver- 
halten (Zirkularpolarisation)  als  hierhin  ge- 
hörig erkannt.  Trapezoederflächen  wurden 
daran  jedoch  nicht  Iseobachtet. 

11.  Tetragonal  -  pyramidale  (tetra- 
gonal -  hemiedrisch  -  hemimorphe)  Klasse. 
Durch  Verbindung  des  Gesetzes  der  pyra- 
midalen Hemiedrie  (Klasse  9)  mit  Hemi- 
morphie  nach  der  Hauptachse  (Klasse  7) 
gelangt  man  zu  (oberen  oder  unteren) 
offenen  Trito-,  Deutero-  und  Protopyra- 
miden,  bei  äußerlich  unveränderten  Pris- 
men der  9.  Klasse.  Die  Basis  zerfällt  in 
zwei  voneinander  unabhängige  Flächen.  Von 
Symmetrieelementen  ist  nur  mehr  die  vier- 
zählige Deckachse  vorhanden.  Hierhin 
rechnet  man  den  Wulfenit,  welcher,  obgleich 
anscheinend  isomorph  mit  Scheelit  (s.  oben), 
doch  zuweilen  Kristalle  zeigt,  die  an  den 
beiden  Enden  der  c-Achse  ungleich  begrenzt 
sind. 

12.  Tetragonal  ■  b  i  s  p  h  e  n  o  i  d  i  s  c  h  e 
(sphenoidisch -tetartoedrische)  Klasse.  Diese 
Tetartoedrie,  von  der  bisher  noch  kein  Bei- 
spiel bekannt  ist.  läßt  sich  aus  der  gleich- 
zeitigen Wirkung  der  sphenoidischen  und 
der  pyramidalen  Hemiedrie  (Klasse  8  und  9) 
ableiten.  Die  allgemeinsten  Formen  würden 
die  tetragonalen  Sphenoide  dritter 
Art  sein,  nach  ihrer  Lage  zum  Achsenkreuz 
den  Tritopyramiden  (Klasse  9)  analog.  Jede 
ditetragonale  Pyramide  würde  deren  vier, 
geometrisch  gleiche,  liefern :  ein  positives 
und  ein  negatives  rechtes,  sowie  ein  positives 
und  ein  negatives  linkes,  die  Deutero-  und 
Protopyramiden  je  zwei  tetragonale  Sphe- 
noide zweiter  und  erster  Art.  Prismen  und 
Basis  entsprechen  hier  äußerlich  denen  der 
9.  Klasse.  Das  einzige  Symmetrieelement 
ist  die  mit  c  zusammenfaUende  vierzählige 
Spiegelachse,  das  Minimum  der  für  die 
Zugehörigkeit  zum  tetragonalen  System  er- 
forderlichen Symmetrie. 

5c)  Hexagonales  System. Dieses  System 
soll  hier  alle  (12)  Kristallklassen  umfassen, 
welche  eine  einzige  sechszählige  Deck-  oder 
Spiegelachse  oder  eine  dreizählige  Deck- 
achse (Hauptachse  c)  besitzen  (eine  Teilung 
in  hexagonale  und  trigonale  Klassen  ist  also 
nicht  vorgenommen,  vgl.  oben  S.  1093).  Die 
Verhältnisse  sind  mehrfach  denen  des  tetra- 
gonalen Systems  analog. 


1102 


Kristallfornien 


13.      Dihexagonal  -  bi  p  y  r  a  mi  d  al  e 

(hexagonal-holoedrische)  Klasse.  Die  Grund- 
form, eine  hexagonale  Pyramide  bezw. 
Bipyramide  (Fig."  42),  wird  von  12  gleich- 
schenkligen Dreiecken  umschlossen,  deren 
Schenkel  in  12  Polkanten,  deren  Grund- 
linien in  6  Randkanten  zusammenstoßen. 
Die  Polkanten  treffen  zu  je  6  in  einer  Pol- 
ecke, je  2  Polkanten  mit  2  Randkanten  in 
einer  (der  6)  Randecken  zusammen.  Die 
Hauptachse  c  verbindet  die  beiden  Polecken, 
die  3  gleichen  (einander  unter  eo**  schneiden- 
den) Nebenachsen  a  je  2  gegenüberliegende 
Randecken.  Drei  mit  den  Nebenachsen  in 
einer  Ebene  liegende  Zwischenachsen  hal- 
bieren   deren    Winkel.       Das    (irrationale) 


Eine  zweite  Art  von  hexagonalen  Pyra- 
miden bilden  die  Deuteropyramiden, 
welche,  äußerlich  den  Protopyramiden  glei- 
chend, gegen  diese  um  die  Hauptachse  um  30° 
gedreht  sind.  Ihre  Flächen  schneiden  alle 
vier  Achsen,  darunter  eine  Nebenachse  in 
einfacher,  die  beiden  anderen  in  doppelter 
Länge :    a  :  2a  :  2a  :  mc ,    mP2 ,    [2  h .  h .  h .  1}. 

Die  allgemeinsten  Formen  dieser  Klasse 
sind  die  dihexagonalen  Pyramiden 
(Fig.  44),  umschlossen  von  24  ungleich- 
seitigen Dreiecken,  mit  24  (abwechselnd 
schärferen  und  stumpferen)  Pol-  und  12 
gleichen  Randkanten,  2  zwölfflächigen  Pol- 
und  6  spitzeren  und  6  stumpferen  vier- 
flächigen   Randecken.        Sie    erhalten    das 


+a 


Fig.  42. 


+  32 


Fig.  44. 


Achsenverhältnis  a  :  c=  1 :  c,  für  jede  hexa- 
gonal  kristallisierende  Substanz  ein  be- 
sonderes, wird  aus  der  Größe  des  Pol-  oder 
Randkantenwinkels  der  Grundform  be- 
rechnet. Das  Symbol  der  letzteren  ist  nach 
Naumann  P  (a  :  a  :  co  a  :  c).  Nach  Miller- 
Bravais  enthalten  die  Symbole  der  hexa- 
gonalen Formen  4  Indizes;  davon  beziehen 
sich  die  drei  ersten  der  Reihe  nach  auf  die 
Nebenachsen  ai,  aa,  a.^  (Fig.  43),  der  letzte 
auf  die  Hauptachse.  Die  Hälften  der 
Nebenachsen  werden  abwechselnd  als  positiv 
oder  negativ  bezeichnet.  Für  die  Grund- 
form, repräsentiert  durch  ihre  vorn  oben 
gelegene  Fläche,  erhält  man  so  das  Symbol 
[1011]  (+  ai :  00  a, :  —  ag :  +  c). 

Der  Grundform  (wie  allen  Formen  dieser 
Klasse)  kommen  als  Symmetrieelemente  zu : 
eine  Hauptsymmetrieebene,  durch  die  Neben- 
achsen gehend;  3  primäre  und  3  sekundäre 
Hauptschnitte,  wovon  die  ersteren  außer 
durch  c  durch  eine  Nebenachse,  die  letzteren 
durch  eine  Zwischenachse  gehen;  eine  sechs- 
zählige  Deckachse  nach  c,  3  zweizählige  nach 
den  Neben-  und  3  ebensolche  nach  den 
Zwischenachsen;  ein  Zentrum  der  Sym- 
metrie. —  An  die  Grundform  schließen  sich 
(wie  bei  Klasse  6)  die  verschiedenen  stump- 
feren oder  spitzeren  Protopyramiden  an 
mit  dem  allgemeinen  Symbol  a  :  a  :  oo  a  :  mc, 
mP,  {hOhl}  hs:l. 


Symbol  a:na:-^j  a:mc,  mPn,  [hikl]  h> 

k>i   (z.  B.  a:V2a:3a:3c,  3PV2,  [3121}). 

^...  b  h        ,,.,..- 

Dabei  ist  m  =  v,  »  =  ü  ^"^d  (wie  bei  jeder 

hexagonalen  Form)  h  +  i  +  k  bezw.  die 
Summe  der  drei  ersten  Indizes  unter  Berück- 
sichtigung der  Vorzeichen  =  0.  Reihenfolge 
und  Vorzeichen  dieser  Indices  wechseln 
natürlich  mit  den  einzelnen  Flächen  der 
Form,  z.B.  (2131)  (kihl),  (1231)  (ikhl), 
(1321)  (ihkl),  welche  Flächen  nach  rechts 
auf  (3121)  folgen. 

Analog  wie  in  Klasse  6  gehen  auch  hier 
die  offenen  Formen  aus  den  geschlossenen  her- 
vor, wenn  die  auf  die  Hauptachse  oder  auf 
alle  drei  Nebenachsen  bezüglichen  Para- 
meterkoeffizienten 00,  die  betreffenden  In- 
dizes also  gleich  0  werden.  So  gelangt  man 
zum  hexagonalen  Protoprisma  coP, 
[lOlO],  zum  Deuteroprisma  00 P2,  [2110], 
sowie  zu  den  dihexagonalen  Prismen 
ocPn,  [hikO];  endlich  zur  Basis  als  Grenz- 
form stumpfer  Pyramiden  OP,  [0001}.^)  Eines 


1)  Häufig  geht  man  zur  Bezeichnung  einer 
dihexagonak'U  Pyramide  von  der  vorn  oben 
rechts  (statt  der  links)  gelegenen  Fläche  aus, 
deren  Symbol  (kihl)  mit  dem  mittleren  (statt 
dem  größeren)  auf  +  aj  bezüglichen  Index  be- 


Kristallfonnen 


1103 


der  wenigen  Beispiele   dieser  Klasse  liefert 
der  Beryll  (Fig.  45). 


Fig.  45. 

m  =  ooP  [1010]  u  =  2P  [2021} 

c  =  OP  [0001]  s  =  2P2  [2111] 

p  =  P[1011]  V  =  3P743121]. 

14.  Dihexagonal  -  pyramidale  (hexa- 
gonal-holoedrisch-hemimorphe)  Klasse.  In 
Analogie  mit  Klasse  7  zerfallen  die  holoedri- 
schen geschlossenen  Formen  (Pyramiden)  in 
eine  obere  und  eine  untere  offene  Pyra- 
mide, die  Basis  in  eine  obere  und  eine 
untere  Fläche,  während  die  Prismen  äußer- 
lich unverändert  bleiben.  Von  Symmetrie- 
elementen  sind  noch  die  primären  und  sekun- 
dären Hauptschnitte  und  die  sechszählige 
Deckachse  vorhanden  (Beipsiel:   Jodsilber). 

15.  Ditrigonal -bipyramidale  (tri- 
gonal-hemiedrische)  Klasse.  Die  in  den  ab- 
wechselnden, von  den  primären  Haupt- 
schnitten gebildeten  Räumen  gelegenen  Flä- 
chen der  dihexagonalen  Pyramiden  liefern 
je   zwei    (nur   stellungsverschiedene)   ditri- 

1      T^  1         ,    niPn     ,  rn, 

gonale    Pyramiden  zt — s — ,   [hikl]  und 

[ikhl]  mit  abwechselnd  gleichen  Polkanten, 
welchen  zwei  d  i  t  r  i  g  o  n  a  1  e  Prismen 
entsprechen.  Außer  der  Hauptsymmetrie- 
ebene bleiben  die  drei  sekundären  Haupt- 
schnitte, ebenso  die  den  Zwischenachsen 
entsprechenden  zweizähligen  Deckachsen. 
Die  Hauptachse  ist  eine  dreizählige  Deck- 
achse; ein  Zentrum  der  Symmetrie  fehlt. 
Die  Protopvramiden  liefern  je  zwei  trigo- 

mP 
nale     Pyramiden     j^     ^    ,     [liOhl]    und 

[Ohhl],  das  Protoprisma  zwei  entsprechende 
trigonale  Prismen.  Die  übrigen  Formen 
sind  äußerlich  denen  der  holoedrischen 
Klasse  (13)  gleich.  Das  einzige  unter  den 
Mineralien  bekannte  Beispiel  bildet  der 
Benitoit,  BaTiSigOg. 


ginnt,  z.  B.  [2131]  statt  [3121].  Entsprechende 
Symbole  sind  dann:  dihexagonale  Prismen 
[kihO],  Deuteropyramiden  [h.h.2h.l],  Deutero- 
prisma [1120].  Doch  ist  zu  bemerken,  daß  die 
Buchstaben  h — 1  von  verschiedenen  Autoren  in 
verschiedener  Weise  zur  Bezeichnung  der  ein- 
zelnen Indices  verwendet  werden. 


16.  Ditrigonal-skalenoe  d  r  i  s  che 
(rhomboedrisch-hemiedrische)  Klasse.  Die 
Teilung  des  Raumes  nach  der  Hauptsym- 
metrieebene  und  den  primären  Haupt- 
schnitten führt  zu  12  Einzelräumen  (Dode- 
kanten).  Die  in  den  abwechselnden  (posi- 
tiven oder  negativen)  Dodekanten  gelegenen 
Flächen  einer  dihexagonalen  Pyramide  bilden 
zwei,  nur  stellungsverschiedene  hexagonale 
Skalenoeder  (ein  positives  zeigt  Figur  46), 
umschlossen  von  12  ungleichseitigen  Drei- 
ecken mit  12  schärferen  und  ebensoviel 
stumpferen  Polkanten  und  6  gleichen,  auf- 
und  absteigenden  Mittel-  oder  Randkanten 
(Symbol  s.  unten).  Aus  den  Protopyramiden 
leiten  sich  in  gleicher  Weise  je  2  Rhom- 
boeder  ab,  umschlossen  von  6  Rhomben, 

mP 
mit   6  Pol-  und   6   Randkanten :   ±  -^  = 

±mR,  [hOhl]  und  [Ohhl]  (Fig.  47  u.  48). 


Fig.  47. 


Fig.  46. 


Fig.  48. 


Jedem  Skalenoeder  kann  ein  Rhomboeder 
eingeschrieben  werden,  dessen  Randkanten 
mit  denen  des  ersteren  zusammenfallen,  das 
sogenannte  Rhomboeder  der  Mittelkanten. 
Man  bezeichnet  nun  nach  Naumann  ein 
Skalenoeder  mit  ±mRn,  wobei  ±mR  das 
betreffende  Rhomboeder  der  Mittelkanten 
ist,  während  der  Koeffizient  n  hier  angibt, 
wievielmal  die  Hauptachse  beim  Skalenoeder 
länger  ist  als  bei  seinem  Rhomboeder  der 
Mittel  kanten.  Geht  man  von  dem  Symbol 
der  ursprünglichen  dihexagonalen  Pyramide 
mPn  aus,  so  ergibt  sich  das  Naumannsche 

^         1      niPn 
Skalenoedersymbol  nach  der  Formel  ±     ^    ■ 


^^nr(2-n)j^ 


z.    B.    ± 


2 


n  2  — n' 

3tV4l^3.  Andererseits  gelten  für  ein  posi- 
tives und  ein  negatives  Skalenoeder  die 
Symbole    [liTkl]    und    [ikhl],    z.    B.    [3121] 

und  [1231]  -  ±  ^"o'^  =  ±  R3  (hier  ist  ±  R 


1104 


Kristallformen 


das  Rhomboeder  der  Mittelkanten).  Skale- 
noeder  nnd  Rhomboeder  besitzen  als  Sym- 
metrieebenen noch  die  sekniidären  Haiipt- 
schnitte;  c  ist  eine  sechszählie;e  Spieü;elac'hse, 
die  Nebenachsen  sind  z\veizähli<^e  Deck- 
achsen, auch  ist  ein  Zentrum  der  Symmetrie 
vorhanden.  Alle  übrigen  Formen  stimmen 
äußerlich  mit  den  holoedrischen  überein: 
ocR  =  ooP,  OR  =  OP.  Wichtigstes  Bei- 
spiel ist  der  sehr  formenreiche  Kalk- 
spat mit  +  R  (Spaltungsform  Fig.  2), 
— 1/2  R  (die  Polkanten  von  R  gerade  ab- 
stumpfend), —  2R,  +4R,  +R3,  +V4R3, 
00  R,  00  P 2,  OR;  den  Kombinationen  00  R. 
OR;  ooR.— V?R;  — 2R.+  R;  ooR.+  R3. 
+  R:  +R.+  R2.  +  VsR2  u.  a.  (s.  Fig.  49 
nnd  50.  sowie  von  Eisenglanz  Fig.  51).  Wählt 


ebene,  sechszählige  Deckachse  und  Zentrum 
der  Symmetrie  sind  geblieben.  Die  Proto- 
und  Deuteroformen  nebst  der  Basis  bleiben 
äußerlich  unverändert.  Wichtigstes  Beispiel 
der  Apatit  (Fig.  52 1,  welcher  seine  Zugehöris- 


Fig.  52. 
c=0P[000l}    a  =  ooF[10lU] 
X  =  P  [1011]      r  =  VzP  [1012] 
SPVs 


>P2[211]]  u 


r  [2131]. 


Fig.  50.  _ 
r  =  +  R  [1011] 
v  =  -f  R3  [3121]. 


Fig.  49. 
a  =  00  R  [1010] 
e  =  —  1/2  R  [0112] 


Fig.  51. 
r  =  +  R  [1011] 
s  =  +  ViRilOll] 
n  =  V3P2  [4223]. 


man  (nach  Miller)  die  Polkanten  des  Grund- 
rhomboeders  +  R  als  Achsen,  so  erhalten 
folgende  Formen  die  beistehenden  drei- 
ziff  erigen  Symbole:  OR  =  [111],  +R  = 
[100],  — V2R  =  [110],  00  R  =  [211],  ooP2  = 
[110],  +  R.3  =  [210]. 

17.  Hexagonal-bi pyramidale  (hexa- 
gonal-pyramidal-hemiedrische)  Klasse.  Sie 
entspricht  genau  der  tetragonalen  Klasse  9; 
den  Raum  teilende  Ebenen  sind  die  primären 
und  sekundären  Hauptschnitte.  Die  dihexa- 
gonalen  Pyramiden  liefern  je  zwei  hexagonale 
Pyramiden    von    Zwischenstellung,    Trito- 


pyramiden: 


mPn 


r  und 


mPn 


l,[kihl] 


und  [hikl],  welche  nur  stellungsverschieden 
sind,    die    dihexagonalen    Prismen    je   zwei 

r  00  P  n  1 
hexagonale     Tritoprismen     — ^ —  r  und 


00  Pn 


1,  [kihO]uiul[liikO].  Hauptsymmetrie- 


keitzu  dieser  Klasse  durch  das  Auftreten  von 
Tritopyramiden  und  Tritoprismen,  wie  auch 
durch  gut  ausgebildete  Aetzfiguren  auf  den 
Flächen  von  00 P  und  OP,  hervorgerufen 
durch  verschiedene  Säuren,  bestimmt  zu  er- 
kennen gibt. 

18  Hexagonal-trapezoedrische  (he- 
xagonal-trapezoedrisch-hemiedrische)  Klasse. 
Analog  wie  in  Klasse  10  bilden  hier,  wo  man 
sich  den  Raum  nach  allen  Symmetrie- 
ebenen geteilt  denkt,  die  Flächen  der  all- 
gemeinsten Form  zwei  enantiomorphe  hexa- 
gonale Trapezoeder,  ein  rechtes  und  ein 
linkes,  umschlossen  von  12  Trapezoiden: 
mPn  mPn  .^  7^ 

— ^ —  r    und    -o      ^'    v^^^^^i    ^'"*^    [hikl], 

während  die  übrigen  Formen  äußerlich  den 
holoedrischen  entsprechen.  Im  Vergleich  zu 
Klasse  13  sind  alle  Symmetrieebenen  und 
das  Zentrum  der  Symmetrie  fortgefallen,  alle 
Deckachsen  geblieben.  Einzelne  künstlich 
dargestellte  Stoffe  wurden  aus  den  Aetz- 
figuren als  hierhin  gehörig  erkannt. 

19.  Ditrigonal-pyramidale  (rhom- 
boedrisch-hemimorphe)  Klasse.  Die  Ver- 
bindung des  Gesetzes  der  rhomboedrischen 
Hemiedrie  (Klasse  16)  mit  Hemimorphie 
nach  der  Hauptachse  (Klasse  14)  führt  zu 
offenen  ditrigonalen  Pyramiden  als 
allgemeinsten  Formen,  und  zw^ar  in  je  vier 
äußerlich  gleichen,  oberen  bezw.  unteren, 
positiven  oder  negativen  Modifikationen. 
Leitet  man  dieselben  (unter  Einwirkung  der 
Hemimorphie)  von  den  Skalenoedern  ab,  so 

.    ,.    ^      ,    ,       mRn        ,   niRn 
erhalten  sie  die  Symbole  ± — g —  0,  ±  — g"  " 

(0  oben,  u  unten).  Von  Symmetrieelementen 
bleiben  nur  mehr  die  sekundären  Haupt- 
schnitte und  die  Hauptachse  als  dreizählige 
Deckachse.  Die  Deuteropyramiden  zerfallen 
in  eine  obere  und  eine  untere  offene  hexa- 
gonale Pyramide  zweiter  Art,  die  Proto- 
pyramiden  in  4  obere  oder  untere  offene 
trigonale  Pvramiden  mit  den  Rhomboedern 

1T1  R 
entsprechenden    Symbolen     ±     ^^  0    und 


Kristallformen 


1105 


± 


m  T? 

— p"  u.  Statt  der  dihexagonalen  Prismen 

erscheinen  je  2  ditrigonale  Prismen  (mit  ab- 
wechselnd gleichen  Winkeln),  statt  des 
Protoprismas  2  trigonale  Prismen.  Die 
Basis  zerfällt  in  eine  obere  und  eine  untere 
Fläche.  Nur  das  Deuteroprisma  bleibt 
äußerlich  unverändert.  Charakteristisch  für 
die  hierhin  gehörigen  Ivi-istalle,  insbesondere 
des  —  infolge  der  Hemimorphie  —  deutlich 
polar-pyroelektrischen    Turmalins,    ist    das 

_,  .  00  R    1 

Auftreten  eines  trigonalen  Prismas     ^     als 

Grenzforra  steiler  trigonaler  Pyramiden 
(Rhomboederhälften).  Während  an  einem 
Ende  der  Turmalinkristalle  trigonale  und 
ditrigonale  Pyramiden  erscheinen,  ist  das 
andere  wohl  vorwiegend  oder  allein  von  einer 
Basisfläche  begrenzt.  Indes  sind  doppel- 
endig ausgebildete  Kristalle  dieses  Minerals 
relativ  selten.     Figur  53  zeigt  eine  häufige 


Fig.  53. 
=  ooP2  [2110]  P  =  +  ^  [1010] 

r  =  +  I  0  u  [1011]  [Olfl] 


V2R 


0  [011^ 


Kombination,  an  der  die  beiden  verschie- 
denen, aus  dem  Grundrhomboeder  abge- 
leiteten trigonalen  Pyramiden  zugleich  auf- 
treten. 

20.  Hexagonal-pyramidale  (pyrami- 
dal-hemiedrisch-hemimorphe)  Klasse.  Bei  der 
Verbindung  der  pyramidalen  Hemiedrie  mit 
Hemimorphie  nach  Achse  c  entstehen  aus 
den  geschlossenen  Pyramiden  der  Klasse  17 
ebensolche  offene,  während  die  Prismen  der 
genannten  Klasse  äußerlich  unverändert 
bleiben;  die  Basis  zerfällt  in  eine  obere  und 
eine  untere  Fläche.  Keine  Symmetrieebene 
und  kein  Zentrum  der  Symmetrie;  Achse  c 
eine  sechszählige  Deckachse.  Den  betreffen- 
den Kristallen  kommen  zwei  enantiomorphe 
Modifikationen  zu,  welche  mehrfach  zwillings- 
artig miteinander  verwachsen.  Beispiele: 
Kaliumlithiumsulfat,  zirkularpolarisierend ; 
Nephelin,  nicht  zirkularpolarisierend,  aber 
aus  seinen  Aetzfiguren  als  erstes  Beispiel 
dieser  Klasse  erkannt. 

21.  Trigonal-bipyramidale  (trigonal- 
tetartoedrische)   Klasse.      Bei   gleichzeitiger 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


Wirkung  der  Hemiedriegesetze  von  Klasse  15 
und  17  liefern  je  6  Flächen  der  allgemeinsten 
Form  4  trigonale  Pyramiden  dritter 
Art, nachMiller-Bravais  mit[kihl],  [hiklj, 
[ihkl]  und  [ikTil]  zu  bezeichnen.  Sie  be- 
sitzen noch  die  Hauptsymmetrieebene  und 
in  c  eine  dreizählige  Deckachse,  hingegen 
kein  Zentrum  der  Symmetrie.  Den  Deutero- 
und  Protopyramiden  entsprechen  je  2  tri- 
gonale Pyramiden  zweiter  und  erster 
Art,  den  dihexagonalen  Prismen,  dem  Deu- 
tero-  und  Protoprisma  je  4  trigonale 
Prismen  dritter  bezw.  je  2  zweiter  und 
erster  Art.  Nur  die  Basis  bleibt  äußerlich 
unverändert.  Ein  Beispiel  für  diese  Klasse 
ist  noch  nicht  bekannt. 

22.  Rhomboedrische  (rhomboedrisch- 
tetartoedrische)  Klasse.  Das  Gesetz  der 
rhomboedrischen  verbunden  mit  dem  der 
pyramidalen  Hemiedrie  führt  zu  den  posi- 
tiven oder  negativen,  rechten  oder  linken 
Rhomboedern  dritter  Art  ( von 
Zwischenstellung)  als  allgemeinsten  Formen, 

:£— ^— rl    (hier    betrachtet   als    Hemieder 

von  Skalenoedern),  bei  welchen  die  Haupt- 
achse noch  eine  sechszählige  Spiegel- 
achse darstellt,  womit  ein  Zentrum  der 
Symmetrie  verbunden  ist.  Auch  die  Flächen 
der  Deutero-  und  der  Protopyramiden 
erscheinen  als  Rhomboeder  (im  ersteren 
Falle  als  rechte  oder  linke  zweiter  Art,  im 
letzteren  als  positive  oder  negative  erster 
Art).  Statt  der  dihexagonalen  Prismen  hat 
man  je  2  hexagonale  Tritoprismen;  Deu- 
tero- und  Protoprisma  nebst  der  Basis 
bleiben  äußerlich  unverändert.  Deutliche 
Beispiele  liefern  Phenakit,  Dioptas  (Fig.  54) 


Fig.   54. 
m  =  ooP2  [2110]    r  =  -  2R  [0221] 
s=-^^^r  [1:18.17.8]. 


und  Dolomit  (bei  letzterem  lassen  auch  die 
gänzlich  unsymmetrischen  Aetzfiguren  auf 
den  Flächen  des  Spaltungsrhomboeders  +  R 
die  Zugehörigkeit  zu  dieser  Klasse  erkennen) 
23.    Trigonal-trapezoedrische    (tra- 

70 


1106 


Kiistallformen 


pezoedrisch-tetartücdrisclie)  Klasse.  In 
dieser  wichtigen,  mit  Enantiomorphie  ver- 
bundenen Klasse,  deren  Hauptvertreter  der 
Quarz  ist,  erscheinen  infolge  der  gleich- 
zeitigen Wirkung  des  Gesetzes  der  tra- 
pezoedrischen  und  der  rhoniboedrischen  He- 
miedrie  als  allgemeinste  Formen  die  po- 
sitiven oder  negativen,  rechten  oder  linken 

m  1        ,  mPn     ,,  .=-,, 

trigonalen  Trapezoeder  + — ^  r  ikihl] 

,^.     ^^,        mPn,   ,  m,  ZT.-     r^^        mPn 
(Flg.  55),  +     4—1  [hikl]  (Flg.  56),  — 4— r 

mPn 


[ihklj. 


1  [ikhl],    umschlossen    von 


6  Trapezoiden,  mit  6  gleichen  Pol-  und  6  ab- 
wechselnd gleichen,  aut-  und  absteigenden 


bination  00  K  (=  ooP).+ li.  —  E  in  schein- 
bar holoedrischer  (00  P.  P  entsprechender) 
Entwickelung  auf,  doch  ist  auch  häufig  +  R 
stärker  entwickelt  als  — R,  und  die  Flächen 
des  ersteren  sind  wohl  glänzend,  die  des 
letzteren  matt.  Ferner  ist  durch  die  Aetz- 
figuren  +  R  leicht  von  — R  zu  unterscheiden 
(vgl.  S.  1090),  Formenreichere  Kombinationen 

2P2  -        6P«/ 

mit  ^rl  -  [1121]  [2111]  und  +  — 4— rl 

=  [5161]  [6151]  lassen  die  beiden  Arten 
von  Kristallen,  rechte  und  linke,  erkennen. 
Die  rechten  (Fig   58)  zeigen  außer  cx)R(m), 

2P2  6P^/ 

+  R(r)und  — R(rJ:  -4-  r(s)und+  -^r 

(x),  s  und  X  rechts  von  +  R liegend,  die  lin 


Fig.  55. 


Fig.  56. 


Fig.  57. 


Fig.  58. 


Fig.  59. 


Randkanten.  Die  derselben  dihexagonalen 
Pyramide  entsprechenden  (positiven  bezw. 
negativen)  rechten  und  linken  Trapezoeder 
sind  enantiomorph,  die  (rechten  bezw.  linken) 
positiven  und  negativen  nur  stellungsver- 
schieden. Die  Hauptachse  ist  hier  eine  drei- 
zählige  Deckachse,  die  Nebenachsen  sind 
zweizählige  Deckachsen.  Die  Deutero- 
pyramiden  zerfallen  in  2,  von  6  gleichschenk- 
ligen   Dreiecken    umschlossene    trigonale 

JJ1P2  

Pyramiden,  eine  rechte  -^— r  [h.h.2h.l] 

mP2  -  - 

und  eine  linke  .  1  [2h.h.h.l],  deren  ein- 
zelne Flächen  rechts  oder  links  vom  positiven 
Dodekanten  liegen.  Die  Protopyramiden 
liefern  je  2  Rhomboeder  ±mR,  die  di- 
hexagonalen Prismen  je  2  —  ein  rechtes 
und  ein  linkes  —  ditrigonale  Prismen 

—^  r  [kihO]  und     4     1  [hikO]  —  Figur  57 

zeigt  ein  rechtes  — ,  das  Deuteroprisma,  ent- 
sprechend den  Deuteropyramiden,  endlich  2 

QP)  po  _      

trigonale    Prismen     ~^— rl[1120][2110]. 

Nur  das  Protoprisma  und  die  Basis  bleiben 
äußerlich  unverändert. 

Die   Quarzkristalle  weisen  oft  die  Kom- 


ken(Fig.59),denrechtenspiegelbildlichgleich: 

2P2  6P^/ 

— ,    1  und  +  — r-^l,  s  und  x  links  von  +  R 

liegend.  Die  Flächen  s  sind  oft  nach  der 
Kombinationskante  mit  +  R  gestreift.  Die 
rechten  Kristalle  drehen  die  Polarisations- 
ebene des  (in  der  Richtung  der  Hauptachse 
durchgehenden)  polarisierten  Lichtes  nach 
rechts,  die  linken  nach  links. 

24.  Trigonal-pyramidale  (ogdoedri- 
sche)  Klasse.  Unterliegen  die  Formen  der 
trigonal-bipyramidalen  Klasse  (21)  der  He- 
mimorphie  nach  der  Hauptachse,  so  gehen 
sie  in  diese  letzte  Klasse  des  hexagonalen 
Systems  über.  Dabei  liefern  die  verschiedenen 
trigonalen  Pyramiden  je  2  offene  Pyramiden 
der  betreffenden  Stellung,  welche  als  einziges 
Symmetrieelement  nur  noch  die  dreizählige 
Deckachse  besitzen  als  das  mindeste  Maß 
von  Symmetrie,  welches  zur  Zugehörigkeit 
zum  hexagonalen  System  erforderlich  ist. 
Weil  hier  eine  dihexagonale  Pyramide  in 
acht  voneinander  unabhängige  offene  tri- 
gonale Pyramiden  dritter  Art  zerfällt, 
wird  diese  Klasse  als  ogdoedrischc  be- 
zeichnet. Während  die  trigonalen  Prismen 
äußerlich  denen  der  Klasse  21  entsprechen, 
zerfällt  die  Basis  in  eine  obere  und  eine  untere 


Kristallformen 


1107 


Fig.  60. 


Fläche.  Diese,  wie  die  vorige  mit  Enantio- 
morphie  verbundene  Klasse  steht  insofern 
in  vollkommenstem  Gegensatz  zur  holo- 
edrisch-hexagonalen  Klasse,  als  bei  ihr  allein 
alle  Formen  von  den  entsprechenden  holo- 
edrischen geometrisch  abweichen.  Ein  Bei- 
spiel liefert  Natriumperjodat,  NaJOi.SHaO, 
mit  zweierlei,  wie  bei  Quarz  rechts-  bezw. 
linksdrehenden  lu-istallen. 

5d)  Khombisches  System.  25.  Rhoni- 
b  isch-bipyramidale  (rhombisch -holo- 
edrische) Klasse.  Die 
Grundform  (Fig.  60) 
ist  eine  rhombische, 
von  8  ungleichseitigen 
Dreiecken  umschlos- 
sene Pyramide 
(bezw.  Bipyramide) 
mit  8,  zu  je  4  gleichen 
Pol-  und  4  Eand- 
kanten,  2  Polecken 
und  4  Randecken. 
Die  Polecken  werden 
durch  die  Vertikal- 
achse c,  je  2  gegen- 
überliegende Rand- 
ecken  durch  die 
kürzere  (bei  gewöhn- 
licher Aufstellung  nach  vorn  gerichtete) 
Brachydiagonale  a  und  durch  die  längere 
Makro  diagonale  b  verbunden.  Das  Achsen- 
verhältnis a:b:c  =  a:l:c  wird  aus  der 
Größe  zweier  Kantenwinkel  berechnet.  Die 
Grundform  erhält  das  Symbol  a:b:c  = 
P[lll].  Wie  allen  Formen  dieser  Klasse 
kommen  ihr  außer  dem  Zentrum  der  Sym- 
metrie 3,  durch  je  2  Achsen  gehende  Sym- 
metrieebenen und  ebensoviele,  jenen  Achsen 
entsprechende  zweizählige  Deckachsen  zu. 
An  P  schließt  sich  zunächst  (wie  im  quadrati- 
schen System)  die  Reihe  der  Proto Pyra- 
miden a:b:nic  =  mP  [hhl]  an.  Von  diesen 
lassen  sich  weiter  die  Brachy-  und  Makro- 
pyramiden ableiten,  bei  welchen  a  oder  b 
nmal  verlängert  erscheint;  demnach  na:b  :mc 
=  raPn  [khl]  und  a:nb:mc  =  mPn  [hkl], 
wobei  h  >  k.^)  Zu  diesen  geschlossenen,  all- 
gemeinsten Formen  kommen  als  offene  die 
entsprechenden  vertikalen  Prismen:  Proto- 
prisma  ooP{110},  Brachyprismen  coPn 
[khO]  undMakroprismen  coPn[hkO], ferner 
die  horizontalen  rhombischen  Prismen  oder 
Domen:  Brachydomen,  deren  Flächen  der 
Brachydiagonale  parallel  gehen,  coa:b:mc 
=  niPoo  [Ohl]  und  Makrodomen  mit  zur 
Makro  diagonale  parallelen  Flächen,  a:Gob  :mc 
=  mPoo[h01].      Endlich    3    Flächenpaare, 


^)  Das  über  P  gesetzte  Zeichen  -  oder  -  deutet 
an,  daß  sich  der  hinter  P  befindliche  Koeffizient 
auf  die  kürzere  Achse  a  oder  auf  die  längere  b 
bezieht. 


parallel  zu  den  Achsenebenen:  das  Brachy- 
pinakoid    coa  :b:ooc  =  ooPoo  [010],    das 

Makropinakoida:oob:ooc  =  ooPoo  {100} 
und  die  Basis  od a.:coh:c  =  0P[001].  Aus- 
gezeichnete Beispiele  sind  Schwefel  (Fig.  61), 
Baryt  (Fig.  62),  Aragonit  (Fig.  63),  Topas 
(Fig.  64). 


Fig.  61.  Fig.  62. 

Fig.  61. 

0  =  P  [111}    n  =  VsP  [113] 

c  =  OP  [001]  q  =  Poo  [011]. 

Fig.  62.    q  =  Poo  [011]    r,  =  V2  Poo  [102] 


Fig.  63.  Fig.  64. 

Fig.  63. 

b  =  ocPoo  [010]  m  =  00  P  [110]  q  =  Pro  [011]. 

Fig.  64. 

p,  =  ooP2  [120]    p  =  ooP  [110] 

o  =  P[lll}  n  =  2Poo[021} 

c  =  OP  [001]. 

26.  Rhombisch-pyramidale  (rhom- 
bisch-hemimorphe)  Klasse.  Die  Hemi- 
morphie  nach  einer  der  3  kristallograpliischen 
Achsen,  welche  man  dabei  allgemein  zur 
Vertikalachse  c  wählt,  bewirkt  den  Zerfall 
der  rhombischen  Pyramiden  in  je  eine  obere 
(0)  und  eine  untere  (u)  offene  Pyramide. 
Diese  besitzen  noch  die  beiden,  durch  c 
gehenden  Symmetrieebenen ;  auch  ist  c  noch 
eine  zweizählige  Deckachse.  Die  Domen 
liefern  je  2  obere  und  2  untere  Flächen  als 
selbständige  Formen,  die  Basis  zerfällt  in 
eine  obere  und  eine  untere  Fläche,  während 
die  Prismen,  das  Brachy-  und  das  Makro- 
pinakoid  äußerlich  unverändert  bleiben.  Ein 
Beispiel  bildet  Kieselzinkerz,  dessen  Kristalle 
(Fig.  65)  oben  die  Basis  und  Domenflächen, 
unten  die  (offene)  Brachypyramide  2P2  auf- 
weisen  (die    Flächen    des    Brachypinakoids 

70* 


1108 


Kristallfonnen 


liefern  Aetzfiguren,  welche,  der  Hemimorphie 
entsprechend,  nach  oben  und  unten  ver- 
schieden gestaltet  sind). 


Fig.  65. 

b  =  ooPoo  [010]      p  =  c»P  [110] 

r,  =  3Pooo  [301]       r  =  P^o  [101] 

q  =  Pooo  [011]       q,  =_3PaDo  [031] 

0  =  2P2u    [121]. 

27.  RhomlDisch  -  b  i  s  p  h  e  n  o  i  d  i  s  c  h  e 
(rhombisch-hemiedrische)  Klasse.  Indem  die 
in  den  abwechselnden  Oktanten  gelegenen 
Flächen  der  verschiedenen  rhombischen  Py- 
ramiden bleiben  bezw.  verschwinden,  gehen 
letztere  in  je  2  unregelmäßige  Tetraeder, 
r  h 0  m b i  s  c h  e  S  p h e n 0 i  d e  (oder  Bisphenoide) 
über,  welche  von  4 ungleichseitigen  Dreiecken 
umschlossen  werden  und  enantiomorph  sind : 
im  allgemeinen  [hkl]  und  [hkl].  Sie  besitzen 
keine  Symmetrieebene  mehr  und  kein  Zen- 
trum der  Symmetrie,  wohl  aber  noch  die  3 
zweizähligen  Deckachsen.  Alle  anderen 
Formen  gleichen  äußerlich  den  holoedrischen 
(Klasse  25).     Beispiel:  Bittersalz,  MgSOi. 

P  P 

7H2O,  hauptsächlich  mit  00  P,  +  9  "iid —  9  • 

5e)  Monoklines  System.  28.  Prisma- 
tische (monoklin-holoedrische)  Klasse.  Zu 
kristallographischen  Achsen  wählt  man 
2,  innerhalb  der  einzigen  hier  vor- 
handenen Symmetrieebene  gelegene  Kanten 
(Vertikalachse  c  und  Klinodiagonale  a), 
welche  sich  unter  einem  schiefen  Winkel  ß 
schneiden,  als  dritte  die  zu  beiden  (bezw. 
zur  Symmetrieebene)  senkrechte  zweizählige 
Deckachse  (Orthodiagonale  b).  a.  b  und  c 
sind  ungleichwertig  und  verschieden  lang; 
die  Ermittlung  des  Achsenverhältnisses  er- 
fordert hier  die  Messung  dreier  unabhängiger 
Kantenwinkel.  Durch  die  3  Achsenebenen 
wird  der  Raum  in  8  Teile  geteilt,  von  denen 
nur  mehr  je  4  gleichartig  sind.  Die  all- 
gemeinste Form  wird  demnach  nur  von  4, 
zu  je  2  parallelen  Flächen  gebildet  und  stellt 
ein  (offenes)  schiefwinkliges  Prisma  (mit 
Zentrum  der  Symmetrie)  dar.  Ein  solches 
wird  nach  Naumann  als  Hemipyramide 
bezeichnet,  und  zwar  je  nach  der  Lage  der 
Flächen  in  den  Oktanten  mit  spitzem  oder 


Fig.  66. 


mit  stumpfem  <.ß  als  positive  oder  ne- 
gative. Bei  der  gewöhnlichen  Aufstellung 
(die  Achse  a 
nach  vorn  herab 
geneigt)  liegen 
deshalb  die 
Flächen  einer 
positiven  Hemi- 
pyramide vorn 
unten  und  hin- 
ten oben,  die 
einer  negativen 
vorn  oben  und 
hinten  unten. 
Die  Grund- 
form(Fig.66)ist 
(a:b:c')  (a:b:c), 
+  P.-P,[iri] 
[111];  beide,  im 
übrigen  voneinander  unabhängige,  Hemi- 
pyramiden  bilden  daher  eine  scheinbar  ein- 
fache, monokline  oder  klinorhombische  Pyra- 
mide. Analog  wie  im  rhombischen  System 
unterscheidet  man  bei  den  Hemipyramiden 
eine  Proto-,  Klino-  und  Orthoreihe: 
(a:b:mc')  (a:b:mc),  ±mP,  [hhl]  [hhl]; 
(na:  b:mc')  (na:b:mc),  ±  mgn,  [khl]  [khl]; 
(a:nb:mc')(a:nb:mc),  ±mEn,  [hkl][hkl]; 
wo  h>k,  indes  a^b.^)  Den  Hemipyra- 
miden entsprechen  die  vertikalen  Prismen : 
Protoprisma  ccP[110],  Klinoprismen 
oo5n[khO]und  Orthoprismen  x5n[hkOj. 
Die  Klino domen  mit  4,  zur  Achse  a  paral- 
lelen Flächen:  coa:b:mc,  mSx',  [0hl] unter- 
scheiden sich,  ebenso  wie  die  Prismen,  nicht 
wesentlich  von  den  Hemipyramiden,  weil 
a  und  c  unter  den  innerhalb  der  Symmetrie- 
ebene gelegenen  Kanten  beliebig  gewählt 
werden  können.  Alle  übrigen  Formen  be- 
sitzen nur  je  2  parallele  Flächen:  es  sind  die 
positiven  und  negativen  Ortho-Hemi- 
domen  (a:oob:mc')  (a:oob:mc),  ^t  niEoo, 
[hOl]  [hOl],  das  Klino pinakoid  00 a:b:ooc, 
oo3?oo,  [010],  das  Orthopinakoid  a:oob: 
00  c,  00? 00,  [100]  und  die  Basis  00  a  :00b:  c, 
OP,  [001].  Zahlreiche  wichtige  Mineralien, 
wie  Gips  (Fig.  67),  Orthoklas  (Fig.  68), 
Augit  (Fig.  69),  Hornblende,  Epidot,  liefern 
Beispiele  für  diese  Klasse. 

29.  Sphenoidische  (monoldin-hemi- 
morphe)  Klasse.  Hemimorphie  nach  der 
Orthodiagonale  (als  der  einzigen  ausgezeich- 
neten Richtung  monokliner  Kristalle)  führt 
zu  zwei  e  n  an  t i  0  ni  0  r  p h e  n  Modifikationen ,j e 
nachdem  die  rechts  (r)  oder  links  (1)  liegenden, 
die  b-Achse  schneidenden  Flächen  bleiben, 
während    die   anderen    verscliwinden    bezw. 


^)Der  durch  P  gezogene  schiefe  oder  horizon- 
tale Strich  deutet  an,  daß  sich  der  hinter  P 
befindliche  Koeffizient  auf  die  geneigte  Achse  a 
oder  auf  die  horizontale  b  bozichtj 


Kristallfonnen 


1109 


von  jenen  unabhängig  werden.  Die  all- 
gemeinste Form  bestellt  deshalb  nur  aus 
2,  auf  derselben  Seite  der  Achsenebene  ac 


Fig.  67 


Fis.  69. 


-P{111]. 


Fig.  68. 

Fig.  67. 
b  =  oo?oo  [010]    p  =  ooP  [110]    0 

Fig.  68. 

P  =  DP  [001]  M  =  oo5oo  [010] 

T  =  ooP  [110]    _    X  =  +Ea)  [101] 

y  =  +  2£oo  [201]  0  =  +P  [111] 

n  =  25oo  [021]. 

Fig.  69. 
a  =  ooBoo  [100]      p  =  cx?P  [110] 
b  =  oo5oo[010]      o  =  +P[lll]. 

gelegenen  und  gegen  diese  gleichgeneigten 
Flächen  (nach  v.  Fedorow  als  Sphenoid 
bezeichnet).  Symmetrielement  ist  nur  mehr 
die  zweizählige  Deckachse  b.'  Alle  Formen, 
deren  Flächen  dieser  Achse  parallel  gehen, 
sind  den  entsprechenden  der  vorigen  Klasse 
geometrisch  gleich.  Beispiele:  Lithium- 
sulfat, LiaSOi.HoO,  dessen  Kristalle  in  zwei 
enantiomorphen  Kombinationen  auftreten ; 
ähnlich  Rechts-  und  Linksweinsäure  (Figur 
70  stellt  einen   Kristall  der  ersteren   dar); 


Fig.  70. 
a  =  ooPoo  [100]        c  =  OP  [001] 
r  =  _  £oo  [101]       e  =  +  500  [101] 

P  =  -g-  1-  [IIU]       p,  =   2     1  [110] 
q  =  ^r[Oll]. 


Rohrzucker,  nur  in  einer  Modifikation  er- 
scheinend, mit  ooBoo,OP, +Boo, — P  und 
5oo  nur  links,  ooP  hingegen  rechts  und 
links,   doch   beiderseitig   mit   verschiedenen 


Aetzfiguren,      wodurch     der     hemimorphe 
Charakter  gleichfalls  deutlich  hervortritt. 

30.  D  0  m  a  t  i  s  c  h  e  (monoklin-hemie- 
drische)  Klasse.  Eine  hemiedrische  Aus- 
bildung monokliner  Formen  ist  in  der 
Weise  möglich ,  daß  die  Hemipyramiden, 
Klinodomen  und  Prismen  nur  mit  je  2 
Flächen  erscheinen,  die,  zu  beiden  Seiten 
der  Sj-mmetrieebene  gelegen,  sich  in  einer 
Kante  innerhalb  dieser  Ebene  schneiden. 
Eine  derartige  (nach  v.  Fedorow  als  Doma 
bezeichnete)  Form  erscheint  in  zwei,  äußer- 
lich nur  durch  ihre  Stellung  verschiedenen 
Modifikationen,  indem  die  eine  gegen  die 
andere  um  die  b-Achse,  welche  keine  zwei- 
zählige Deekachse  mehr  ist,  um  180°  gedreht 
ist.  Kein  Zentrum  der  Symmetrie.  Alle 
Formen,  deren  Flächen  der  Orthodiagonale 
parallel  liegen,  liefern  je  2  voneinander 
unabhängige  Flächen;  nur  das  Klino- 
pinakoid  stimmt  in  dieser  Klasse  äußerlich 
mit  dem  holoedrischen  überein.  Hierhin 
gehört  der  Skolezit,  auf  dessen  vorn  gelegenen 
Flächen  des  Prismas  ooP  andere  Aetz- 
eindrücke  erscheinen,  als  auf  den  die 
Gegenform  darstellenden  hinteren  Flächen 
dieser  Form. 

5f)Triklines  System.  Sl.Pinakoidale 
(triklin-holoedrische)  Klasse.  Jede  Form 
besteht  nur  aus  2  parallelen  Flächen,  und 
sämtliche  Formen  sind  dabei  insofern  gleich- 
wertig, als  eine  jede  als  allgemeinste  Form 
betrachtet  werden  kann.  Da  es  weder  Flächen 
noch  Kanten  bezw.  Zonen  von  ausgezeichneter 
Lage  gibt,  so  kann  man  irgend  drei  Kanten- 
richtungen als  kristallographische  Achsen 
wählen,  welche  man,  analog  mit  dem  rhom- 
bischen System,  als  Brachydiagonale  a, 
Makrodiagönale  b  und  Vertikalachse  c  be- 
zeichnet. Alle  drei  Achsen  sind  verschieden 
lang  und  schneiden  sich  schiefwinklig, 
wobei  b :  c  =  a,  a:  c  =  jö,  a:  b  =  7,  gelegen 
im  vorderen,  oberen,  rechten  Oktanten. 
Zur  Bestimmung  des  Achsenverhältnisses 
und  der  Achsenwinkel  ist  die  Messung  von  5 
voneinander  unabhängigen  Kantenwinkeln 
erforderlich.  Nur  je  2  gegenüberliegende 
Oktanten  sind  noch  gleichwertig.  Die  Kamen 
und  Symbole  der  Formen  nach  Naumann 
schließen  sich  an  die  des  rhombischen 
Systems  an  (v.  Fedorow  bezeichnet  alle 
triklin-holoedrischen  Formen  als  Pinakoide), 
doch  besteht  natürlich  eine  (achtflächige) 
scheinbare  trikline  Pyramide  aus  vier  von- 
einander ganz  unabhängigen  Flächen- 
paaren oder  Tetartopvramiden.  Die 
Grundform  P  (Fig.  7i)  stellt  demnach 
eine  Kombination  folgender  Tetartop^Ta- 
miden  dar:  (a:b:c)P'  [111],  (a:b^:c  'P  [111], 
(a:b:c')  P,[lll],  (a:b':c')  ,P[ril].  Nur  die 
Wahl  der  Achsen  ist  hier  die  Ursache,  warum 
die    verschiedenen    Flächen    die    3   Achsen 


1110 


Kristallfornien 


^-RUIi) 


jedesmal  in  der  gleichen  (einfachen)  Ent- 
fernnng  vom  Achsenmittelpunkt  schneiden, 
sich  deshalb  zu  einer  vollständigen  triklinen 

Pj'ramide  er- 
gänzen. Außer 
dem  Zentrum  der 
Symmetrie  ist  in 
dieser  Klasse  kein 
weiteres  Sym- 
metrieelement 
vorhanden. Aehn- 
lich  wie  bei  der 
Grundform  ge- 
staltet sich  die 
Bezeichnung  der 
Brachy-  und 
der  Makro- 
tetartopyra- 
miden.    Die  der 

Vertikalachse 
parallelen  Flä- 
chen liefern  (von  vorn  betrachtet)  rechte 
und  linke  Hemiprismen  (der  Proto-, 
Brachy-  oder  Makroreihe),  die  der  Achse  b 
parallelen  obere  oder  untere  Hemimakro- 
domen,  endlich  die  der  Achse  a  parallelen 
obere  rechte  oder  linke  Hemibrachy- 
domen.  Die  3  Pinakoide  endlich  ent- 
sprechen den  gleichnamigen  rhombischen. 
Ausgezeichnete  BeispieleliefernAlbit  (Fig.  72), 
Axinit,  Kupfervitriol. 


Fis.  71. 


Fig.  72. 
oP{001|        M  =  ooPoo  [010] 
ooT  [110]        I  =  ooP'  [110] 
X  =  ,P,  oo  [101]. 


32.  Asymmetrische  (triklin-hemi- 
edrische)  Klasse.  Jede  Form  resp.  jedes 
Flächenpaar  der  vorigen  Klasse  zerfällt 
in  2  voneinander  unabhängige  Flächen, 
jede  einzelne  Fläche  stellt  also  eine 
selbständige  Form  dar.  Demnach  sind 
alle  Oktanten  ungieichwertig,  und  es  fehlt 
jedes  Symmetrieelement,  die  Anordnung  der 
Flächen  gehorcht  nur  mehr  dem  Zonengesetz. 
Treten  2  parallele  Flächen  zugleich  auf, 
so  unterscheiden  sie  sich  durch  ihr  physi- 
kalisches Verhalten  (Wachstumserschei- 
nungen, Aetzfiguren),  auch  wohl  durch  ihre 
Ausdehnung.  Man  kann  die  einzelnen 
Formen  in  ähnlicher  Weise  bezeichnen, 
wie  die  entsprechenden  der  vorigen  Klasse, 
doch  muß  man  dabei  für  die  übliche  Auf- 


stellung eines  Kristalls  hinzufügen,  ob  es 
sich  um  eine  vorn  oder  hinten,  bezw.  eine 
rechts  oder  links,  oben  oder  unten  gelegene 
Fläche  handelt.  Besonders  zweckmäßig 
sind  hier  die  Millerschen  Symbole,  weil 
sie  jede  einzelne  Fläche  zu  bezeichnen  ge- 
statten. Als  Beispiele  kennt  man  bis  jetzt 
nur  künstlich  dargestellte  Kristalle,  so  von 
Calciumthiosulfat,  CaSaOg.GHaO,  saurem 
Strontiumtartrat,  Sr(C4H506)2.5H20,  Ka- 
liumdichromat,  KoCroO,. 

6.  Zwillingskristalle.  Häufig  beob- 
achtet man  eine  Verbindung  mehrerer  Kri- 
stalle gleicher  Art  in  paralleler  Lage; 
dieselben  stellen  dann  im  Grunde  genommen 
nur  ein  einziges  Individuum  dar.  Im  Gegen- 
satz hierzu  bezeichnet  man  als  Zwillings- 
kristalle solche  Gebilde,  welche  man  als 
eine  gesetzmäßige  Verwachsung  zweier 
gleichartiger  Kristalle  in  nicht  paralleler 
Stellung  betrachten  kann.  Die  Bildung  eines 
Zwillingskristalls  geschieht  aber  nicht  etwa 
in  der  Weise,  daß  sich  zwei  schon  fertige 
Kristalle  zu  einem  Doppelindividuum  ver- 
einigen, sondern  es  schreitet  dabei  das 
Wachstum  eines  Kristalles  von  einem  Punkte 
bezw.  einer  (ebenen  oder  unebenen)  Grenz- 
fläche aus  nach  beiden  Seiten  ungleichsinnig 
fort,  jedoch  so,  daß  sich  die  beiden,  einzeln 
homogenen  Teile  in  einer  gesetzmäßigen, 
kristallonomisch  definierbaren  Stellung  zu- 
einander befinden  (über  nachträgliche 
Zwillingsbildung  durch  Umlagerung  infolge 
Gleitung  oder  Temperaturwechsel  s.  unten). 
Eine  solche  gesetzmäßige  Orientierung  hängt 
im  allgemeinen  davon  ab,  daß  gewisse, 
wenigstens  je  zwei  kristallonomische  Elemente 
beider  Individuen  —  Kristallflächen  oder 
Kanten  bezw.  Zonenachsen  —  gleiche  Lage 
haben.  Weitaus  am  häufigsten  herrscht 
dabei  die  hier  zunächst  zu  besprechende 
Regel,  daß  gleichartige  Elemente  beider 
Kristalle  parallel  gehen,  und  zwar  nicht 
nur  zwei,  sondern  entweder  1.  alle  innerhalb 
einer  bestimmten  Fläche  F  liegenden  Kanten 
oder  2.  alle  innerhalb  einer  Zone  C  liegenden 
Flächen. 

1.  Die  erstgenannte  gegenseitige  Lage 
zweier  Kristalle  kann  auf  die  Weise  erreicht 
werden,  daß  sie  zu  einer,  bei  beiden  parallel 
gerichteten  Kristallfläche  F  symmetrisch, 
d.  h.  nach  jener  Fläche  spiegelbildlich  zu- 
einander gestellt  werden  (Spiegelung),  oder 
daß  der  eine  Kristall  gegen  den  anderen 
um  die  Normale  N  zu  dieser  Fläche  um  180" 
gedreht  wird  (Hemitropie).  Doch  sind 
nicht  für  jede'  Art  der  Zwillingsbildung 
nach  1  beide  Methoden  zugleich  zulässig, 
wie  sich  ergibt,  wenn  man  im  einzelnen  die 
Anwendung  auf  Kristalle  mit  oder  ohne 
Zentrum  der  Symmetrie  (zentrische  und 
azentrische  Kristalle)  macht.  Man  gelangt 
so   unter   der   Bedingung,   daß   eine  gleich- 


Kristallformen 


1111 


artige  Kristallfläche  F  beider  Individuen 
a  und  b  parallel  gerichtet  ist,  zu  folgenden 
drei  Möglichkeiten : 

a)  Kristall  b  ist  hemitrop  gegen  a  um  die 
Normale  N.  Die  gleiche  Stellung  von  b 
wird  erreicht  durch  Spiegelung  von  a  nach  F 
(gilt  für  zentrische  Kristalle). 

ß)  b  ist  hemitrop  gegen  a  um  N,  aber  nicht 
spiegelbildlich  dazu  nach  F  (gilt  für  azentri- 
sche  Kristalle). 

y)  h  ist  spiegelbildlich  zu  a  nach  F,  aber 
nicht  hemitrop  dazu  nach  N  (gilt  ebenfalls 
für  azentrische  Kristalle). 

N  entspricht  im  allgemeinen  keiner 
möglichen  Kante,  kann  aber,  was  allerdings 
nur  selten  zutrifft,  einer  solchen  parallel 
gehen.  Dann  würden  a  und  b  außer  F  eine 
Zonenachse  C  und  alle  darin  liegenden 
Flächen  parallel  haben,  es  läge  sowohl 
Fall  1  wie  2  vor.  Nimmt  man  hingegen  an, 
daß  im  Falle  2  die  zur  gemeinsamen  Zonen- 
achse C  normale  Ebene  E  keine  kristallo- 
nomische  Fläche  darstelle,  so  ergibt  sich 
hieraus  für  die  hier  befolgte  Einteilung  keine 
Schwierigkeit. 

2.  Sollen  alle  Flächen  einer  Zone  C 
bei  a  und  b  parallel  sein,  so  kann  die  Stellung 
von  b  zu  a  durch  Hemitropie  um  die  Achse 
jener  Zone  oder  auch  durch  Spiegelung 
nach  der  zu  ihr  senkrechten  (hier  nicht 
kristallonomischen)  EbeneE  erreicht  werden; 
doch  gibt  es  auch  hier  wiederum  Fälle,  wo 
nur  die  eine  oder  die  andere  Methode  zu- 
lässig ist.  Man  gelangt  so  unter  der  Voraus- 
setzung, daß  eine  gleichartige  Zone  C  beider 
Individuen  a  und  b  parallel  ist,  zu  folgenden 
weiteren  Möglichkeiten : 

a)  Kristall  b  ist  hemitrop  gegen  a  um 
die  Zonenachse  C-  Die  gleiche  Stellung  von 
b  wird  erreicht  durch  Spiegelung  von  a  nach 
E  (zentrische  Kristalle). 

ß)  h  ist  hemitrop  gegen  a  um  ;,  indes 
nicht  spiegelbildlich  zu  a  nach  E  (azentrische 
Kristalle). 

y)  h  ist  spiegelbildlich  zu  a  nach  E,  aber 
nicht  hemitrop  dazu  nach  ^  (azentrische 
Kristalle). 

In  manchen  Fällen  können  hierhin  ge- 
hörige Zwillinge  auf  zweierlei  Art  gedeutet 
werden.  So,  wenn  bei  la  F  auf  einer  Sym- 
metrieebene senkrecht  steht,  damit  also  eine 
kristallonomische  Kante (i^)  bildet.  Dann  tritt 
gleichzeitig  Fall  2a  ein,  wobei  E  (normal 
zu  4)  keine  kristallonomische  Fläche  zu 
sein  braucht  (z.  B.  bei  den  sogenannten 
Karlsbader  Orthoklaszwillingen,  zu  deuten 
nach  la  mit  F  =  ooEco,  oder  nach  2a  mit 
C  =  Achse  c).  Wäre  hingegen  E  ebenfalls 
kristallonomisch,  so  würde  sie  für  1«  eine 
zweite  Fläche  F  darstellen,  wie  man  denn 
z.  B.  Zwillinge  zentrisch-regulärer  Kristalle 
mit  F  =  0  auch  als  solche  nach  202  auf- 
fassen   kann    (die    Flächen    von    0   werden 


von  den  gewöhnlichen  Symmetrieebenen 
senkrecht  in  Kanten  getroffen,  auf  welchen 
die    Flächen    von    202    senkrecht    stehen). 

Eine  Ebene  F  oder  E,  nach  welcher 
a  und  b  symmetrisch  liegen,  bezeichnet  man 
als  Zwillings  ebene.  Eine  Symmetrie- 
ebene kann  nicht  Zwillingsebene  sein,  weil 
dies  nur  zur  parallelen  Stellung  beider 
Individuen  führen  würde.  Die  Normale  N 
und  die  Zonenachse  C  werden,  falls  nach 
ihnen  Hemitropie  stattfindet,  Zwillings- 
achse genannt.  Die  Zwillingsebenen  F 
sind  im  allgemeinen  häufige  Ivristallflächen 
und  haben  meist  einfache  Indizes.  Ent- 
sprechendes gilt  auch  von  den  als  Zwillings- 
achsen C  fungierenden  Zonenachsen  (über 
die  Ableitung  von  Zonensymbolen  vgl. 
S.  1117). 

Die  zu  einem  Zwilling  verbundenen 
Kristalle  können  ziemlich  gleich  groß  oder 
von  sehr  verschiedener  Größe,  dabei  fast 
vollständig  oder  nur  zum  Teil  ausgebildet 
sein.  Auch  kann  der  eine  Kristall  den 
anderen  in  Form  einer  von  parallelen 
Ebenen  begrenzten  Platte  oder  dünnen 
Lamelle  umschließen,  ja  solche  Platten  oder 
Lamellen  können  wiederholt  und  in  größerer 
Zahl  in  ersteren  eingeschaltet  sein,  also  mit 
Teilen  desselben  abwechseln  (wiederholte 
Zwillingsbildung).  Die  Grenze  beider  In- 
dividuen wird  entweder  von  der  Zwillings- 
ebene (welche  dann  gleichzeitig  die  soge- 
nannte Zusammensetzungsfläche  ist)  ge- 
bildet, oder  beide  berühren  sich  in  einer 
anderen,  manchmal  auf  der  Zwillingsfläche 
senkrechten  Ebene,  oder  endlich  auch  in 
keiner  ebenen,  sondern  einer  völlig  unebenen 
Fläche,  wie  es  denn  überhaupt  bei  der 
Zwillingsbildung  wesentlich  nur  auf  die 
gegenseitige  Stellung  der  beiden  Individuen 
ankommt.  Man  unterscheidet  ferner  so- 
genannte Juxtapositions-  und  Penetra- 
tionszwillinge. Bei  den  ersteren  erscheinen 
die  beiden  Individuen  gewöhnlich  in  der 
zur  (meist  ebenen)  Zusammensetzungsfläche 
senkrechten  Richtung  verkürzt,  bei  den 
letzteren  durchkreuzen  oder  durchdringen 
sich  gleichsam  die  beiden  verbundenen 
Kristalle.  Sind  mehr  als  zwei  Individuen  in 
nicht  paralleler  Stellung,  aber  zu  je  zweien 
stets  nach  demselben  Gesetze  verbunden, 
so  spricht  man  von  einem  Drilling,  Vierling 
usw. 

Er  gänzungs  Zwillinge.  Mi  metische 
Kristalle.  Häufig  verbinden  sich  2, 
einer  Hemiedrie  oder  Tetartoedrie  unter- 
worfene oder  2  hemimorphe  Kristalle 
so  zu  einem  Zwilling,  daß  ihre  kristallo- 
graphischen  Achsen  parallel  gerichtet  sind 
und  beide  nach  einer  Fläche  symmetrisch 
liegen,  welche  in  der  betreffenden  holo- 
edrischen bezw.  einer  höher  symmetrischen 
hemiedrischen  Klasse  eine  Symmetrieebene 


1112 


Kristallformen 


war,  hier  aber  infolge  der  teilflächigen  Aus- 
bildung diesen  Charakter  verloren  hatte; 
solche  Zwillinge  bezeichnet  man  auch  als 
Ergänzungszwillinge,  weil  sich  in  ihnen 
gleichsam  (aber  nicht  in  Wirklichkeit)  teil- 
flächige Hälftgestalten  wieder  zu  voll- 
flächigen ergänzen.  Ein  solcher  Zwilling, 
als  Durchwachsungszwilling  und  einheit- 
lich gedacht,  würde  wieder  eine  höhere 
Symmetrie  (Holoedrie  oder  Hemiedrie)  auf- 
weisen, da  jene  Zwillingsebene  für  den 
Komplex  nunmehr  zur  Symmetrieebene 
geworden  wäre.  Ergänzungszwillinge  be- 
obachtet man  z.  B.  bei  Pyrit  (pentagondo- 
dekaedrisch),  Scheelit  (tetragonal-pyramidal- 
hemiedrisch),  Kieselzinkerz  (rhombisch-hemi- 
morph),  Dolomit  (rhomboedrisch-tetarto- 
edrisch),  Zinnwaldit  (monoklin-hemimorph). 
Hier  zeigt  sich  also  gewissermaßen  ein  Be- 
streben, durch  Zwillings  Verwachsung  die  durch 
die  hemiedrische,  tetartoedrische  oder  hemi- 
morphe  Ausbildung  verloren  gegangene  Sym- 
metrie wieder  herzustellen.  ■ —  Auch  in 
vielen  anderen  Fällen  gibtsichin  der  Zwillings- 
bildung, ohne  daß  Ergänzungszwillinge  vor- 
liegen, ein  ähnliches  Bestreben  zu  erkennen, 
wenn  nämlich  durch  die  betreffende  Verwach- 
sung und  Penetration  die  Symmetrie  eines 
höher  symmetrischen  Systems,  als  welchem  die 
Einzelkristalle  angehören,  äußerlich  mehr  oder 
weniger  erreicht  wird.  Unterstützt  wird  die  Er- 
reichung einer  solchen  Scheinsymmetrie  durch 
den  Umstand,  daß  häufig  die  Einzelkristalle 
schon  an  sich  Winkelwerte  aufweisen,  welche 
denen  eines  höher  symmetrischen  Systems 
nahekommen,  so  wenn  z.  B.  der  Winkel 
des  rhombischen  Prismas  nahezu  90°  oder 
120°  beträgt.  Ist  eine  solche  Annäherung 
eine  große,  so  entstehen  wohl  durch  mehrfache 
Zwillingsbildung  nach  demselben  Gesetze 
kompliziert  gebaute  sogenannte  Kristall- 
stöcke oder  Sammelindividuen,  welche  wegen 
der  auffallenden  Nachahmung  einer  höheren 
Symmetrie  als  mime  tische  Kristalle  be- 
zeichnet werden.  Beispiele  liefern  die  Kri- 
stalle von  Boracit,  Leucit  und  Perowskit, 
sämtlich  anscheinend  regulär,  doch  aus 
rhombischen  Teilindividuen  kompliziert  auf- 
gebaut. Solche  raimetischen  Kristalle  gehen 
oft  bei  einer  gewissen  höheren  Temperatur 
in  das  höher  symmetrische  System  über, 
was  insbesondere  durch  optische  Prüfung  er- 
kannt wird  (Boracit  und  Leucit  werden  beim 
Erhitzen  einfachbrechend,  also  regulär,  bei 
der  Abkühlung  wieder  doppeltbrechend, 
rhombisch), 

Beispiele  von  Zwillingsbildung,  ge- 
ordnet  nach    obiger    Einteilung  (S.   1111): 

la)    Reguläre    oktaedrische   Zwillinge, 

Zw.-Eb.  0,  bei  Spinell  und  Magnetit  (Fig.  73) ; 

[oo021 
pentagondodekaedrische  mit   — ^  ,  Zw.-Eb. 

00  0,   bei  Pyrit   (Penetrations-  und   Ergän- 


zungszwillinge des  ,, eisernen  Kreuzes", 
Fig.  74);  —  quadratische  mit  ooP,  coPoo, 
P  und  Poo,  Zw.-Eb.  Poo,  bei  Zinnstein 
(Fig.    75)    und    Rutil    (auch    Drillinge    bis 


Fig.  75. 


Fig.  76. 


Fünflinge  und  Achtlinge;  bei  letzteren 
gruppieren  sich  8  Kristalle  von  Rutil 
im  geschlossenen  Kreise,  indem  je  2  als 
Zwillingsebenen  fungierende  Flächen  (101) 
und  (011)  der  Einzelkristalle  einen  Winkel 
von  fast  genau  45°  einschließen);  —  rhom- 
bische Zwillinge  häufig  mit  ooP  als  Zw.-Eb., 
insbesondere  bei  solchen  Kristallen,  deren 
Prismenwinkel  nahezu  90°  beträgt  (Bour- 
nonit)  oder  nahezu  120°  (Aragonit,  Strontia- 
nit,  Witherit  und  Cerussit).  Einen  Drilling 
von  Aragonit  zeigt  Figur  76.  Als  Durch- 
wachsungszwillinge  nähern  sich  die  be- 
treffenden Kristalle  äußerlich  noch  mehr  der 
Symmetrie  des  quadratischen  bezw,  hexa- 
gonalen  Systems.  Von  hexagonalen 
Zwillingen  sind  hier  besonders  zu  erwähnen 
diejenigen  des  Kalkspats  mit  Zw.-Eb.  OR 
(Fig.  77),  —  1/2  R  (Fig.  78),  -f  R  oder  — 2R. 


Fifi:.  78. 


Im  monoklinen  System  tritt  sehr  häufig' 
ooEoo  als  Zw.-Eb.  auf:  Karlsbader  Zwillinge 
des  Orthoklas  mit  ooP,  ooSoo,  OP,  +  £cc(x) 


Kristallforinen 


1113 


oder  +  2Eoo,  oft  verwachsen  mit  oogco 
(Fig.  79),  ferner  solche  von  Augit  mit  coP, 
oo?oo,  +P,  Hornblende    mit  ooP,    oogco, 


Fig.  79. 


Fig.  80, 


OP,  +P;  bei  Orthoklas  anch  Zw.-Eb.  2gGO  1 
(Fig.  80)  und  OP  (Bavenoer  und  Manebacher 
Zwillinge).  Im  triklinen  System  ist  wohl 
Zw.-Eb.  das  Brachypinakoid,  so  bei  Albit 
in  ähnlicher  Kombination  wie  Orthoklas 
(Fig.  81). 

Iß)  Zwillinge  der  regulär-tetra- 
edrischen  Zinkblende,  bei  welchen  F  eine 
Tetraederfläche  ist,  mit  oft  ungleich  be- 
schaffenen (glänzenden  und  matten)  Flächen 
der  beiden  Tetraeder;  an  der  Zwillingsgrenze 
stoßen  solche  matte  und  glänzende  Flächen 
zusammen,  a  und  b  liegen  also  nicht  sym- 
metrisch nach  F.  Diesen  Zwillingen  ent- 
sprechen im  quadratischen  System  die 
analog    gebauten    des    sphenoidisch-hemi- 

edrischen  Kupferkieses    mit  ±,^    (Fig.  82). 


Hemitropie  um  die  zu  dieser  Fläche  Normale 
N  erhalten  werden  kann.  Weiterhin  die 
sogenannten  brasilianischen  Quarzzwillinge 
(Fig.  84):  ein  rechtes  und  ein  linkes  Indi- 
viduum stehen  symmetrisch  zueinander  nach 
F  =  ooP2,  können  aber,  da  sie  enantiomorph, 
also  wesentlich  verschieden  sind,  durch  keine 
Drehung  in  parallele  Stellung  gebracht 
werden.  Hierhingehören  auch  die  monoklin- 
hemiedri  sehen  (domatischen)  Skolezit- 
zwillinge,  bei  welchen  F  =  ooPoo  ist. 

2a)  Der  trikline  Periklin,  eine  Varietät 
des  Albits  (vgl.  Fig.  72)  in  nach  der  Makro- 
diagonale gestreckten   Kristallen  mit   Basis 
(P),  Hemimakrodoma  (x),  Prisma  (T  und  1) 
und  Brachypinakoid  (M)  zeigt  sehr  gewöhn- 
lich Zwillingsbildung  mit  Hemitropie  nach 
der  Zonenaehse  C  der  beiden  erstgenannten 
Formen    bezw.    nach    der    Makrodiagonale, 
wobei    die    Individuen    a    und    b    zugleich 
nach  der  zu   C  senkrechten,  nichtkristallo- 
i  nomischen  Ebene  E  zueinander  symmetrisch 
[liegen.    Hierdurch  entsteht  auf  dem  Brachy- 
j  pinakoid    eine    stumpfe    ein-    bezw.    aus- 
springende    Zwillingskante     (Fig.     85,    wo 
0  =  iP,). 


Fie.  84. 


Fig.  85. 


Fiff.  83. 


Als  Beispiel  im  hexagonalen  System  lassen 
sich  die  sogenannten  Dauphincer- Quarz- 
zwillinge (F  =  OR)  betrachten,  bei  denen 
2  rechte  oder  2  linke  Kristalle  (vgl.  Fig.  58  u. 
59)  so  miteinander  verwachsen,  daß  der  eine 
gegen  den  anderen  um  die  Hauptachse 
(N)  um  180"  (oder  auch  60")  gedreht  ist 
(Figur  83  zeigt  die  Verwachsung  zweier 
rechten  Kristalle). 

ly)  Hier  liefern  Beispiele  die  Zwillinge 
des  Kupferkieses  nach  Poo  (101),  wo  beide 
Individuen  nach  (101)  symmetrisch  liegen, 
ohne  daß  ihre  gegenseitige   Stellung  durch 


2/5)  Zwillinge  dieser  Art  beobachtet 
man  am  monoklin-hemimorphen  Rohr- 
zucker, indem  zwei  gleichartige  Individuen 
a  und  b  in  der  Weise  verwachsen,  daß  b 
gegen  a  um  die  Vertikalachse  bezw.  die  be- 
treffende Zonenachse  C  ^^^i  180°  gedreht 
ist.  Dabei  ist  eine  spiegelbildlich  gleiche 
Stellung  nach  E schon  deshalb  ausgeschlossen, 
weil  eine  solche  in  dieser  enantiomorphen 
Klasse  zu  ungleichen  Individuen  a  und  b 
(einem  rechten  und  einem  linken)  führen 
würde. 

'2y)  Die  bei  ly  aufgeführten  Kupferkies- 
zwillinge können  auch  als  Verwachsungen 
nach  diesem  Modus  aufgefaßt  werden, 
indem  beide  Individuen  nach  der  zur  Kante 
(111):(111)  senkrechten  (nicht  kristallo- 
nomischen)  Ebene  symmetrisch  liegen,  nicht 
aber  a  zu  b  nach  dieser  Kante  hemitrop  ist. 

Während  in  den  bei  weitem  häufigsten, 
unter    1    und    2    aufgeführten    Fällen    von 


1114 


Kristallformen 


Zwillingsbildung  von  beiden  Individuen  eine 
gleiche  Fläche  und  alle  darin  liegenden 
gleichen  Kanten  oder  eine  gleiche  Kante  bezw. 
Zone  und  all  e  darinliegendengleicheii  Flächen 
parallel  gerichtet  sind,  sind  auch  Fälle  denk- 
bar und  teilweise  in  der  Natur  verwirklicht, 
in  denen  neben  einem  bei  a  und  b  parallelen 
gleichartigen  Elemente  (Fläche  oder  Kante) 
nur  einzelne  gleiche  oder  auch  ungleich- 
artige Elemente  beider  Individuen  parallele 
Lage  besitzen.  Solches  ist  der  Fall,  wenn 
neben  einer  gleichen,  parallelen  Fläche  F 
nur  je  eine  darin  liegende  gleiche  Kante 
oder  je  eine  derartige  ungleiche  Kante 
(C  einerseits  und  l^'  andererseits)  parallel 
laufen  oder  endlich,  wenn  zwei  in  F  liegende 
ungleiche  Kanten  beider  Individuen  wechsel- 
weise parallel  sind  —  ferner,  wenn  neben 
einer  parallelen  gleichartigen  Kante  bezw. 
Zone  ^  zwei  einzelne  ungleiche  Flächen 
(F  einerseits  und  F'  andererseits)  dieser  Zone 
parallel  gehen,  oder  wenn  je  zwei  derartige 
Flächen  von  a  und  b  wechselweise  parallel 
gerichtet  sind. 

x\ls  einzelne  Beispiele  einer  derartigen 
Verwachsung  seien  erwähnt:  die  sogenannten 
Karlsbader  Zwillinge  der  triklinen  Feld- 
spate, bei  welchen  das  Brachypinakoid  und 
die  Vertikalachse  beider  Individuen  parallel 
sind  (a  ist  gegen  b  um  die  in  (010)  liegende 
Normale  zur  Vertikalachse  um  180"  gedreht); 
die  (von  Brögger  beschriebenen)  Zwillinge 
des  Hydrargillits,  bei  welchen  die  Basis- 
flächen beider  Individuen  parallel  und  je 
zwei  darin  liegende  Kanten  (001):  (100) 
und  (001):  (110)  wechselweise  parallel  sind; 
endlich  die  (von  Baumhauer  beobach- 
teten) Zwillinge  von  Kryolith,  wo  beide 
Individuen  die  Zonenachse  (001)  :  (110) 
gemeinsam  haben,  während  (001)  des  einen 
zu  (110)  des  anderen  parallel  geht. 

Den  Vorgang  der  Zwillingsbildung  kann 
man  sich  im  allgemeinen  so  denken,  daß  zu- 
nächst eine  vorläufige  Orientierung  zweier, 
gleichsam  den  Keim  des  Zwillings  bildenden 
Moleküle  nach  einer  kristallonomischen  Fläche 
oder  einer  Zonenachse  stattfindet,  worauf 
erst  nach  entsprechender  Bewegung  des 
einen  Moleküls  gegen  das  andere  innerhalb 
jener  Fläche  oder  um  jene  Zonenachse 
die  definitive  Fixierung  bezw.  Zwillings- 
bildung und  von  da  aus  das  beiderseitige 
Weiterwachsen  des  Kristalles  erfolgt.  Um- 
gekehrt kann  aber  auch  eine  nachträgliche 
Zwillingsbildung  bezw.  Umlagerung  von 
Molekülen  in  Zwillingsstellung  in  einem 
schon  fertigen,  einfachen  Kristall  durch 
einseitig  wirkenden  Druck  (sogenannte  Glei- 
tung) herbeigeführt  werden  (schönstes  Bei- 
spiel: die  künstlichen  Kalkspatzwillinge  nach 
—  HR),  welche  Erscheinung  indes  an  dieser 
Stelle  nicht  behandelt  werden  soll.  Endlich 
gelingt   es    zuweilen   auch,    durch    Erhitzen 


in  einem  einfachen  Kristall  Zwillingslamellen 
hervorzurufen  oder,  falls  solche  schon  vor- 
handen sind,  ihre  Zahl  zu  vermehren.  Eine 
solche  Vermehrung  von  Lamellen  tritt  ins- 
besondere beim  Erhitzen  mimetischer  Kri- 
stalle (Boracit,  Kaliumsulfat)  ein;  sie  bildet 
dann  den  Uebergang  zum  faktischen  Eintritt 
in  die  gleichsam  erstrebte  höhere  Symmetrie. 
7.  Gesetzmäßige  Verwachsung  ver- 
schiedenartiger Kristalle.  In  ähnlicher 
Weise,  wie  sich  gleichartige  Kristalle  gesetz- 
mäßig zu  Zwillingen  verbinden,  können  auch 
ungleichartige  in  regelmäßiger  Weise  mit- 
einander verwachsen,  wenngleich  diese  Er- 
scheinung nur  an  verhältnismäßig  wenigen 
Körpern  und  im  ganzen  viel  seltener  beob- 
achtet wird  als  die  Zwillingsbildung.  Bei 
einer  solchen  Verwachsung  treten  chemisch 
verschieden  konstituierte  Kristalle  zusam- 
men, welche  sowohl  derselben  als  auch  ganz 
verschiedenen  Kristallklassen  angehören 
können.  Die  Gesetzmäßigkeit  der  gegen- 
seitigen Lage  beider  Kristalle  besteht  darin, 
daß  mindestens  eine  bestimmte  Fläche  des 
einen  zu  einer  des  anderen  parallel  liegt, 
und  ebenso  mindestens  je  eine  in  diesen 
Flächen  gelegene  Kante  bei  beiden  parallel 
gerichtet  ist  (hierzu  kommt  häufig  noch 
die  nahezu  parallele  Lage  gewisser  weiterer 
Flächen  oder  Kanten).  Doch  kann  auch  bei 
gleicher  Kristallklasse  eine  vollständige  Pa- 
rallelstellung beider  Individuen  nach  den 
kristallographischen  Achsen,  im  regulären 
System  also  auch  nach  den  Flächen  und 
Kanten  stattfinden.  Die  Vorbedingungen 
des  Eintretens  einer  regelmäßigen  Verwach- 
sung im  einzelnen  Falle  sind  noch  nicht  hin- 
reichend erforscht,  doch  wird  man  annehmen 
müssen,  daß  eine  gewisse  Analogie  im  mole- 
kularen Bau  von  beiderlei  Kristallen  (d.  i. 
in  der  Anordnung  der  Moleküle  innerhalb 
gewisser  Flächen  bezw.  nach  gewissen  Kan- 
ten und  in  der  Wirkungsweise  der  zwischen 
den  Molekülen  tätigen  Kräfte)  die  gesetz- 
mäßige Verbindung  derselben  ermöglicht. 
Die  verwachsenen  Kristalle  können,  etwa 
bei  der  Ausscheidung  aus  derselben  Lösung, 
gleichzeitig  entstanden  sein,  oder  es  kann 
der  eine,  später  gebildete,  sich  auf  dem  an- 
deren, schon  fertigen  auflagern.  So  beobachtet 
man,  daß  ein  Kristall  der  einen  Art  in  den 
anderen  wie  eingesenkt  erscheint  oder  ihn 
vollständig  durchwächst,  auch  wohl  gleich- 
sam die  Fortsetzung  desselben  bildet,  oder 
daß  beide  in  Form  von  Lamellen  mit- 
einander abwechseln,  andererseits,  daß  die 
eine  Substanz  den  Kristallen  der  anderen 
in  einzelnen  Individuen  aufliegt  oder  die- 
selben in  zusammenhängender,  zuweilen 
nur  sehr  dünner  Schicht  überzieht.  Mügge 
führt  ca.  70  solcher  Verwachsungen  als 
sicher  bestimmt  auf,  woran  sich  ebensoviele 
verschiedene  Mineralien  bezw.  künstlich  dar- 


Kristallformen 


1115 


gestellte  Stoffe  beteiligen  (indes  ist  die  Zahl 
der  häufiger  zu  beobachtenden  Verwach- 
sungen nur  eine  kleine).  Gewisse  Mineralien 
(Glimmer,  Bleiglanz,  Eisenglanz,  Kalkspat, 
Kupferkies,  Pyrit,  Rutil,  Augit,  Horn- 
blende) treten  "ziemlich  oft  in  solcher  Ver- 
wachsung auf,  andere  (Quarz,  die  Feldspate) 
nur  vereinzelt,  wieder  andere  gar  nicht. 
Isomorphe  Stoffe  haben  meist  die  Fähigkeit, 
mit  derselben  dritten  Substanz  in  analoger 
Weise  zu  verwachsen.  Einige  der  wichtig- 
sten gesetzmäßigen  Verwachsungen  sind 
folgende : 

a)  Fahlerz  und  Zinkblende.  Beide, 
tetraedrisch-hemiedrisch,  kommen  (bei  Kap- 
nik)  so  miteinander  verwachsen  vor,  daß  ihre 
kristallographischen  Achsen  parallel  sind. 
Dabei  sitzen  die  Blendekristalle  so  auf  denen 
des  Fahlerzes,  daß  die  gleichnamigen  Tetra- 
eder beider  gleichgerichtet  sind,  oder  es 
trägt  umgekehrt  die  Zinkblende  zahlreiche 
Faiüerzkriställchen,  wobei  die  kristallo- 
graphischen Achsen  beider  zwar  ebenfalls 
parallel  liegen,  indes  das  positive  Tetraeder 
des  Fahlerzes  mit  dem  negativen  der  Zink- 
blende zusammenfällt. 

b)  Kupferkies  und  Fahlerz.  Sehr 
verbreitet  sind  die  mit  Kupferkies  meist 
zusammenhängend  überzogenen  Fahlerz- 
kristalle. Der  tetragonal-sphenoidisch-hemi- 
edrische  Kupferkies  mit  einem,  dem  regu- 
lären sehr  nahestehenden  Achsenverhält- 
nis (a:  c  =  l:  0,9856)  und  deshalb  nahezu 
dem  regulären  System  entsprechenden  Win- 
keln ist  dabei  zum  Fahlerz  so  orientiert,  daß 
seine  negativen  Oktanten  mit  den  positiven 
des  Faiilerzes  zusammenfallen.  Hieraus 
ergeben  sich  für  die  Kupferkieskristalle 
drei  Stellungen  auf  demselben  Fahlerzkristall, 
je  nachdem,  auf  welcher  Würfelfläche  des 
letzteren  ihre  Hauptachse  senkrecht  steht. 

c)  Magnetit  und  Eisenglanz.  Bei  den 
schönen  Verwachsungen  des  regulär-holo- 
edrischen Magnetits  mit  rhomboedrisch- 
hemiedrischem  Eisenglanz  von  der  Alp  Ler- 
cheltiny  im  Binnentai  (Wallis)  erscheinen  die 
Oktaeder  in  der  Stellung  auf  den  nach  der 
Basis  tafelförmigen  Kristallen  des  letzteren, 
daß  ein  Flächenpaar  von  0  der  genannten 
Fläche  des  Eisenglanzes  parallel  geht,  wäh- 
rend die  zugehörigen  Oktaederkanten  wie 
die  Zwischenachsen  des  Eisenglanzes  (also 
normal  zu  den  Kanten  zwischen  Basis  und 
Rhomboeder)  gerichtet  sind.  Hierbei  sind 
zwei,  zueinander  hemitrope  Stellungen  der 
Magnetitoktaeder  möglich,  und  es  kommt 
vor,  daß  die  hierdurch  verschieden  gerich- 
teten Magnetitkristalle  zu  Zwillingen  nach 
der  Oktaederfläche  zusammenstoßen  und  ver- 
wachsen; diese  Zwillingsbildung  ist  also  hier 
eine,  durch  die  regelmäßige  Verwachsung 
verursachte,  sekundäre  Erscheinung.  Der 
Magnetit  kann  endlich  von  dem  fortwachsen- 


den Eisenglanz  zum  Teil  wieder  überdeckt 
werden.  —  In  gleicher  Stellung  ist  zuweilen 
Eisenglanz  (oder  Titaneisen)  in  die  Oktaeder 
des  (mit  Magnetit  isomorphen)  Magnoferrits 
(MgFejO«)  eingelagert. 

d)  Rutil  mit  Magnetit  und  Eisen- 
glanz. Gleichfalls  auf  der  Alp  Lercheltiny 
finden  sich  tafelig  ausgebildete  Oktaeder 
von  Magnetit,  in  deren  Tafelfläche  Kriställ- 
chen  des  tetragonal-holoedrischen  Rutils 
in  drei  Orientierungen  so  ein-  und  aufgewach- 
sen sind,  daß  eine  Fläche  des  Deuteroprismas 
parallel  jener  Oktaederfläche  und  die  Haupt- 
achse parallel  einer  Kante  derselben  ist. 
Besonders  interessant  sind  aber  die,  im 
Tavetsch  in  schönster  Ausbildung  vorkom- 
menden Verwachsungen  von  Rutil  mit 
Eisenglanz  (Fig.  86).  Auf  den  Eisenglanz- 
tafeln mit  OR  und  -j-R  erscheinen  die  meist 
nach  der  Hauptachse  gestreckten  Rutil- 
kristalle der  Kombination  ooPS.P  in  der 
Stellung,  daß  eine  Fläche  des  Deutero- 
prismas  der  Basis  des  Eisenglanzes  parallel 
geht,  während  die  Hauptachse  parallel  einer 
hexagonalen  Zwischenachse  des  letzteren 
gerichtet  zu  seinscheint.  Bei  genauerer  Unter- 
suchung zeigt  sich  jedoch,  daß  die  Achse 
c  des  Rutils  ein  wenig  (um  2"  11')  von  jener 
Lage  nach  rechts  oder  links  abweicht,  wes- 
halb je  zwei,  so  einander  entsprechende 
Rutilprismen  einen  Winkel  von  4°  22'  mit- 
einander einschließen.  Daraus  berechnet 
sich,  daß  hierbei  je  eine,  zur  Basis  des  Eisen- 
glanzes senkrechte  Fläche  der  Deuteropyra- 
mide   4Px>    des    Rutils    einer   solchen    des 


/. 

\ 

\      rft 

1^ 

v# 

< 

C0P5 

/ 

V 

^ 

+  R 

Fig. 

86. 

Fig.  87. 


!  dihexagonalen    Prismas    co  PV?    des  Eisen- 

j  glanzes  parallel  liegen  würde  (beide  Flächen 

wurden  indes  als   Kristallflächen  an  diesen 

'  Mineralien  noch  nicht  beobachtet).  Im  ganzen 

igibt  es  demnach  sechs  derartige  Stellungen 

des    Rutils,   der   bei   reichlichem   Auftreten 

!  prächtige    sternförmige    Gruppen    auf    den 

1  Tafeln  des  Eisenglanzes  bilden  kann.   Je  zwei 

unter  4"  22'  zueinander  geneigte  Rutilki istalle 

durchdringen   auch   häufig    den    Eisenglanz 

und  treten  auf  beiden  Seiten  seiner  Tafeln 

'hervor;    zugleich    weisen    sie    gern    mono- 


1116 


Kristallformen 


klinen  Habitus  auf  durch  nur  teilweise  Aus- 
bildung der  Flächen  von  P  (siehe  die  Figur) 
und  liegen  dann  symmetrisch  zur  Halbierungs- 
linie des  von  den  beiden  Hauptachsen  ge- 
bildeten Winkels.  Im  Binnental  kommen 
endlich  auch  regelmäßige  Verwachsungen  der 
beschriebenen  Art  vor,  woran  sich  Eisenglanz, 
Magnetit    und     Rutil    zugleich    beteiligen. 

e)  Staurolith  und  Cyanit  (Fig.  87). 
Die  Verwachsung  findet  in  der  Weise  statt, 
daß  das  Makropinakoid  (M)  des  triklinen 
Cyanits  parallel  dem  Brachypinakoid  (b) 
des  rhombischen  Stauroliths  liegt,  außerdem 
gehen  die  beiden  Vertikalachsen,  wonach  die 
Kristalle  gestreckt  sind,  parallel.  Beide  Mine- 
ralien sind  meist  mit  den  genannten  Flächen 
aneinander  gewachsen,  doch  finden  sich  auch 
Kristalle,  bei  welchen  das  eine  Mineral  in 
der  Richtung  der  c-Achse  als  Fortsetzung 
des  anderen  erscheint.  Schönstes  Vorkommen 
vom   Monte   Campione   bei   Faido   (Tessin). 

f)  Augit  und  Hornblende,  beide  mono- 
klin,  kommen  vielfach  so  miteinander  ver- 
wachsen vor,  daß  auf  den  Augitkristallen 
Hornblendekriställchen  aufsitzen,  oder  daß 
Hornblende  einen  Augitkristall  umschließt. 
Dabei  sind  sowohl  die  Flächen  des  Klino- 
wie  des  Orthopinakoids  bei  beiden  parallel 
gerichtet,  also  auch  die  Achsen  c  und  b,  und 
4-  ^00  des  Augits  ist  in  gleichem  Sinne  ge- 
neigt wie  OP  der  Hornblende. 

g)  Orthoklas  und  Plagioklas.  Von 
den  mannigfaltigen,  makroskopischen  bis 
mikroskopischen  Verwachsungen  dieser 
beiden,  im  System  (Orthoklas  monoklin, 
Plagioklas  triklin)  verschiedenen,  in  den 
Winkelverhältnissen  und  oft  auch  im  Habitus 
der  Kristalle  sehr  ähnlichen  Mineralien,  seien 
hier  nur  die  schönen  Vorkommnisse  aus  dem 
Granit  des  Riesengebirges  erwähnt,  bei 
welchen  den  Kristallen  des  Orthoklas  kleinere 
klare  Kristalle  von  Albit  (Natronplagioklas) 
aufgelagert  sind.  Letztere  sind  so  orientiert, 
daß  die  Flächen  (010)  und  die  Vertikalachsen 
beider  parallel  gerichtet,  dabei  die  Basis- 
flächen gleichsinnig  geneigt  sind.  Indem 
hiernach  für  den  Albit  zwei  hemitrope  Stel- 
lungen (entsprechend  Zwillingsbildung  nach 
coPco(OlO))  möglich  sind,  so  haben  seine 
Kristalle  auf  (110)  und  (110)  des  Orthoklas 
einerseit;^,  sowie  auf  (110)  und  (110)  anderer- 
seits gleiche  Lage,  letztere  hemitrop  zur 
ersteren,  während  die  an  der  vorderen 
stumpfen  Prismenkante  und  die  (seltenen) 
auf  der  Basis  des  Orthoklas  gelegenen  Albite 
meist  schon  Zwillinge  nach  dem  Brachy- 
pinakoid sind. 

8.  Tracht  der  Kristalle.  Kristalle 
derselben  Art  können  hinsichtlich  der  an 
ihnen  auftretenden  Formen  und  bei  Kom- 
binationen je  nach  der  relativen  Ausdehnung 
der  verschiedenen   Flächen   einen  sehr  un- 


gleichen ,, Habitus"  oder  verschiedene 
,, Tracht"  aufweisen.  Auch  die  Zwillingsbil- 
dung kann  den  betreffendeji  Kristallen  ein 
neues,  charakteristisches  Formgepräge  geben. 
Jene  Mannigfaltigkeit  hängt  von  den  ver- 
schiedenen, bei  der  Bildung  der  Kristalle 
herrschenden  Umständen  ab,  vor  allem  wohl 
von  den  in  der  Lösung  oder  dem  Schmelz- 
flusse, worin  die  Kristallisation  stattfindet, 
gleichzeitig  vorhandenen  Stoffen  (Lösungs- 
genossen). Daher  zeigen  oft  Kristalle  gleicher 
Art  von  verschiedenen  Fundorten  große 
Unterschiede  in  ihrer  Tracht,  allein  es  kommt 
auch  vor,  daß  selbst  Kristalle  von  gleichem 
Fundorte,  ja  sogar  in  unmittelbarer  Kähe 
entstanden,  wesentlich  verschiedene  Form- 
entwickelung aufweisen,  woraus  zu  schließen 
ist,  daß  die  betreffende  Substanz  in  dieser 
Hinsicht  eine  große  Empfindlichkeit  gegen- 
über äußeren  Umständen  besitzt.  Sehr  ver- 
schiedene Tracht  zeigen  z.  B.  die  Kristalle 
des  Kalkspats  (sie  erscheinen  vorwiegend 
tafelförmig,  prismatisch,  rhomboedrisch, 
skalenoedrisch,  dabei  wohl  infolge  Zwillings- 
bildung eigenartig  verzerrt),  während  die  des 
Quarzes  im  allgemeinen  viel  weniger  variieren. 
Eine  auffallend  große  Mannigfaltigkeit  der 
Formen  bieten  die  sämtlich  von  gleichem 
Fundort  (Alp  Lercheltiny)  stammenden  bin- 
nentaler  Kristalle  des  tetragonalen  Anatas 
dar  (ditetragonale  Pyramiden,  spitze  oder 
sehr  stumpfe  Protopyramiden,  auch  pris- 
matisch nach  ooPoo).  Mehrfach  wurde,  zum 
Teil  mit  Erfolg,  versucht,  durch  künst- 
liche Züchtung  von  Kristallen  aus  Lösungen 
mit  verschiedenen  Lösungsgenossen  die  Ein- 
wirkung der  letzteren  auf  die  Tracht  zu  er- 
mitteln. Da  von  der  Wachstumsgeschwindig- 
keit eines  Kristalles  in  der  zu  einer  Fläche 
senkrechten  Richtung  die  Ausdehnung  dieser 
Fläche  abhängt  (je  größer  jene  Geschwindig- 
keit gegenüber  anderen  Flächen  ist,  um  so 
geringer  muß  diese  Ausdehnung  sein),  so 
wurde  (nach  F.  Becke)  an  möglichst  gleich- 
mäßig ausgebildeten  Kristallen  der  Aisstand 
paralleler  Flächenpaare  bezw.  der  einzelnen 
Flächen  vom  Mittelpunkt  des  Kristalls 
(Zentraldistanz)  bestimmt  und  durch  den 
Radius  einer  dem  Volumen  des  Kristalls 
gleichen  Kugel  dividiert  (relative  Zentral- 
distanz), um  die  so  für  verschiedene  Formen 
erhaltenen  Mittelwerte  miteinander  zu  ver- 
gleichen. Doch  kann  hier  nicht  auf  die  Ein- 
zelresultate eingegangen  werden.  Was  den 
Einfluß  der  Zwillingsbildung  auf  die  Tracht 
der  Kristalle  betrifft,  so  zeigt  sich  häutig, 
daß  hemitrope  Zwillinge  nach  der  gemein- 
samen Fläche  (Zwillingsebene),  innerhalb 
welcher  die  gleichen,  zusammenfallenden 
Richtungen  beider  Individuen  eine  verstärkte 
Wachstumsgeschwindigkeit  bedingen  können, 
besonders  stark  ausgedehnt  sind  (so  bei  Gold 
und  Silber,  Bleiglanz  und  Magnetit  nach  der 


Kristin  tonnen 


1117 


als  Zwillingsebene  fnngierenden  Oktaeder- 
fläche, bei  Albit  nach  dem  Brachypinakoid), 
oder  es  kann  in  solchem  Falle  wenigstens 
nach  einer,  in  der  erwähnten  Fläche  liegen- 
den gemeinsamen  Richtung  eine  stärkere 
Entwickelung  stattfinden  (Karlsbader  Zwil- 
linge von  Orthoklas  gestreckt  nach  Achse  c, 
Bavenoer  nach  Achse  a).  Erwähnt  sei  hier 
noch  die  interessante  Tatsache,  daß  Zwil- 
lingskristalle, die  gleichzeitig  mit  einfachen 
Kristallen  unter  gleichen  Umständen  ent- 
standen, im  allgemeinen  größer,  oft  bedeutend 
größer  sind  als  die  einfachen  Kristalle. 
9.  Komplikation.  Primäre  Reihen. 
Zonenentwickelung.  Zwei  nicht  parallele 
Kristallflächen  bestimmen  durch  die  Rich- 
tung der  Kante,  in  welcher  sie  sich  schneiden, 
eine  Zone  bezw.  Zonenachse.  Aus  den 
Mi  11  er  sehen  Symbolen  zweier  derartiger 
Flächen  (hkl)  uiid  (hik^li)  läßt  sich  ein  Sym- 
bol (uvw)  der  betreffenden  Zone  ableiten, 
wobei  u  =  kli — Ikj,  v=  Ih^  —  hl^,  w=  hki — kh^. 
Jede  weitere,  dieser  Zone  angehörige 
Fläche  (h2k2l2)  muß  der  Gleichung  genügen: 
h2U+k2V  +  l2W  =  0. 

ZweiderartigeFlächen(h'k'r)und(h"k"l") 
werden  aber  erhalten  durch  Addition  oder 
Subtraktion    der    Indices   der    beiden   Aus- 
gangsflächen, indem: 
h'^=h+hl,  k'  =k+ki,  1'  =l  +  li,  und 
h"=h— hl,  k"  =  k  — kl,  1"=1— li. 

Daß  auch  die  Indizes  h'k'l'  undh"k"l"der 
für  die  Ausgangsflächen  geltenden  obigen 
Gleichung  genügen,  also  wirklich  der  Zone 
(hkl) :  (hikil])  angehörige  Flächen  dar- 
stellen, ergiebt  sich  aus  der  Art  ihrer  Ablei- 
tung von  selbst.  Die  durch  Addition  der 
Indizes  erhaltene  Fläche  stumpft  die  von 
den  beiden  Ausgangsflächen  gebildete  Kante 
ab,  die  durch  Subtraktion  der  Indizes 
erhaltene  teilt  den  Winkel  dieser  Kante. 
Am  wichtigsten  ist  die  Ableitung  einer  neuen 
Fläche  durch  Addition  der  entsprechenden 
Indizes,  welche  man  als  Komplikation 
bezeichnet.  Mit  Hilfe  des  Begriffs  der  Kom- 
plikation kann  man  nun  (anstatt  in  Form 
des  eingangs  behandelten  Gesetzes  des  Zonen- 
verbandes) das  Grundgesetz  der  Kristallo- 
graphie wie  folgt  aussprechen:  ,,Geht  man 
von  vier  Grundflächen  (100),  (010),  (001)  und 
(111)  aus,  so  erhält  man  die  Symbole  aller 
weiteren,  an  dem  betreffenden  Kristall  mög- 
lichen Flächen  durch  Komplikation  aus  den- 
selben." Dabei  ist  die  Komplikation  eine 
einfache  (z.  B.  (100)+ (010)  =  (110)),  oder 
eine  wiederholte (z.B.(110)  +  (010)  =  (120)). 
In  obiger  Fassung  des  Grundgesetzes  ist  das 
Gesetz  der  rationalen  Achsenschnitte,  deren 
Reziproke  die  Millerschen  Indizes  sind, 
mit  enthalten.  Auch  das  Gesetz  des  Zonen- 
verbandes ist  darin  eingeschlossen,  denn  das 
Symbol    einer    jeden    durch    Komplikation 


aus  den  genannten  vier  Grundflächen  er- 
haltenen Fläche  kann  auf  zwei  oder  mehr 
verschiedene  Arten  durch  Addition  (oder 
Subtraktion)  aus  anderen  Symbolen  erhalten 
werden,  woraus  ihre  Zugehörigkeit  zu  zwei 
oder  mehr  verschiedenen  Zonen  hervorgeht. 
Die  drei  Flächen  (110),  (011)  und  (101)  z.  B. 
liegen  einmal  in  den  Zonen  (100) :  (010), 
(010):  (001)  und  (100) :  (001),  andererseits 
in  den  von  (111)  und  je  einer  der  drei  anderen 
Grundflächen  gebildeten  Zonen,  indem:  (110) 
-(111)  — (001);  (011)  =  (111)  — (100);  (101) 
=  (111)  — (010).  Für  alle  übrigen  Flächen 
ergibt  sich  die  Zugehörigkeit  zu  mehreren 
Zonen  daraus,  daß  man  ihre  Symbole  auf 
mehrfache  Weise  in  zwei  Symbole  spalten 
kann,  z.  B.  (211)  =  (100)+ (111)  =  (110)  + 
(101)  =  (210) +(001).  Da  das  Gesetz  der 
rationalen  Achsenschnitte  (und  das  Zonen- 
gesetz) im  Komplikationsgesetze  mit  ent- 
halten sind,  so  läßt  sich  aus  letzterem  auch 
die  Art  der  an  den  Kristallen  möglichen 
Deckachsen  herleiten,  welche  dann  in  Kom- 
bination mit  den  übrigen  Symmetrieele- 
menten zu  den  32  möglichen  Kristallklassen 
führen. 

Die  Komplikation  und  umgekehrt  die 
Spaltung  der  Symbole  ermöglicht  die  rasche 
Beantwortung  zahlreicher  kristallographi- 
scher  Fragen.  Dabei  gilt  allgemein  und  für 
alle  Kristallsysteme  mit  Ausnahme  des 
triklinen  die  Regel,  daß 

1.  jede  durch  zwei  gleichartige  Flächen 
gebildete  Kante  durch  die,  aus  jenen  Flächen 
durch  einfache  Komplikation  abgeleitete 
Fläche  gerade  abgestumpft  wird;  und  daß 
dabei 

2.  durch  Subtraktion  stets  eine  kristallo- 
nomische  Fläche  erhalten  wird,  welche  auf 
jener  abstumpfenden  senkrecht  steht, 
also  den  betreffenden  Kantenwinkel  halbiert. 

Beispiel:  (100) +(010)  =  (110);  (100)  — 
(010)  =  (110)  —  gedacht  für  Würfel  und 
Dodekaeder. 

Für  das  trikline  System  hat  diese  Regel 
natürlich  keine  Bedeutung,  weil  es  derartiger 
Kanten  ermangelt. 

Andererseits  läßt  sich  aus  der  Möglichkeit 
der  Spaltung  eines  Symbols  in  jedem  einzelnen 
Falle  erkennen,  welche  Kanten  durch  die 
betreffende  Fläche  abgestumpft  werden 
bezw.  ob  eine  Fläche  einer  bestimmten  Zone 
angehört  oder  nicht. 

Beispiele:  aus  der  Spaltung  des  Symbols 
(321)  in  (111)  und  (210)  ergibt  sich,  daß  (z.B. 
beim  Pyrit)  das  Dyakisdodekaeder  {321}  die 
Kanten  zwischen  dem  Pentagondodekaeder 
[210]  und  dem  Oktaeder  abstumpft;  ebenso 
aus  der  Spaltung  in  (211)  und  (110)  die 
(beim  Granat  häufige)  Abstumpfung  der 
Kanten  zwischen  Ikositetraeder  [211}  und 
Dodekaeder  [110],  sowie  aus  der  Spaltung 
in    (310)    und   (011)   die   Abstumpfung   der 


1118 


Kiistallfüi'inen 


Kanten  zwischen  Tetrakishexaeder  [310] 
und  Dodekaeder  durch  das  Hexakisoktaeder 
[321}. 

Als  Grundflächen  (lüü),  (010),  (001)  und 
(111)  wird  man,  sofern  nach  dem  betreffenden 
Kristallsystem  überhaupt  eine  Wahl  zulässig 
ist,  möglichst  Flächen  wählen,  die  sich  durch 
Häufigkeit  und  bedeutende  Entwickelung 
auszeichnen.  Besonders  häufige  und  groß 
entwickelte  Flächen,  sogenannte  starke 
Flächen,  sind  es  auch,  zwischen  denen  sich 
vorzugsweise  wichtige  und  flächenreiche 
Zonen  bezw.  Zonenstücke  spannen.  Zur 
Bildung  solcher  flächenreichen  Zonen  führt 
die  wiederholte  Komplikation,  ihr  Bau 
kann    ein    wesentlich    verschiedener    sein. 

Denkt  man  sich  zunächst,  daß  zwischen 
zwei  gleichartigen,  also  auch  gleich  starken 
Flächen,  etwa  (100)  und  (010),  einfache  und 
dann  wiederholte  Komplikation  eintritt,  so 
gelangt  man  zu  folgenden  Reihen: 

I.  (100)  (110)  (010) 
IL  (100)  (210)  (110)  (120)  (010) 
III.  (100)  (310)  (210)  (320)  (110)  (230) 
(120)  (130)  (010)  usw. 

Solche  Zonenstücke  sind  wegen  der 
Gleichwertigkeit  der  beiden  Endflächen 
durchaus  symmetrisch  gebaut.  Sie  werden 
nach  V.  Goldschmidt  als  Normalreihen 
I,  II,  III  usw.  bezeichnet.  Häufig  trifft 
man  so  gebaute  Zonenstüeke  an,  manchmal 
fehlen  auch  einzelne  Glieder,  oder  es  er- 
scheinen andere  weitere,  die  nach  dem  be- 
treffenden Grade  der  Komplikation  nicht 
oder  noch  nicht  zu  erwarten  waren.  Das- 
selbe ist  oft  der  Fall,  wenn  die  beiden  als 
Endflächen  eines  Zonenstücks  fungierenden 
Flächfen  nicht  absolut,  aber  doch  annähernd 
gleich  stark  bezw.  in  dieser  Hinsicht  gleich- 
wertig sind.  Durch  passende  Umformung 
der  Symbole  lassen  sich  solche  Zonenstüeke, 
wenn  nötig,  genau  oder  annähernd  auf 
eine  Goldschmidt  sehe  Normalreihe 
zurückführen.!)  Ein  derartiger,  symme- 
trischer Bau  einer  Zone  stellt  aber  nicht 
den  allgemeinen,  sondern  einen  speziellen 
Fall  dar,  indem  im  allgemeinen  eine 
Zonenspannung  zwischen  ungleichen  bezw. 
ungleich  starken  Flächen  eintreten  wird. 
Dann  ist  aber  kein  symmetrischer,  sondern 
ein  unsymmetrischer  Bau  der  Zone  zu  er- 
warten, indem  die  Komplikation  nach  ent- 
gegengesetzter Eichtung  in  ungleicher  Weise 
fortschreiten  wird.  Geht  man  z.  B.  von 
(100)  (110)  (010)  aus,  so  wird  in  solchem 


!)  So  läßt  sich  7,.  B.  das  Zonenstück:  (101) 
(312)  (211)  (321)  (110)  durch  Auffassung  der 
Endflächen  als  Grundflächen  (100)  und  (010)  und 
Umformung  der  Symbole  Chkl)  in  (h— k.h— 1.0) 
überführen  in:  (100)  (210)  (110)  (120)  (010), 
entsprechend  einer  Normalrcihe  II. 


Falle  leicht  die  weitere  Komplikation  zwi- 
schen (100)  und  (110)  eine  einfache,  zwischen 
(110)   und    (010)   hingegen    eine   mehrfache 
sein,  indem  die  Endfläche  (010)  in  wieder- 
holte Aktion  tritt,  so  daß  man  etwa  folgende 
Reihe  erhält:  (100)  (210)  (110)  (120)  (130) 
(140)    (010).      Es    kann    auch    (210)    ganz 
ausbleiben,    während     (120),     (130),     (140) 
hinzutreten.      Man    bezeichnet    dabei    nach 
B  a  u  m  haue  r   (100)   als  die  (schwächere) 
Ausgangsfläche    und    (010)     als     die 
(stärkere)    Zielfläche,    die  ganze    Reihe 
(100)    (110)    (120)    (130)     (140)    aber    als 
eine   primäre    Reihe   und   (210)   als   eine 
sekundäre  Fläche.     Die   Glieder  der  pri- 
mären Reihe  in  einem  Zonenstück  zeichnen 
sich  durch  besonders  große  Häufigkeit  aus, 
doch    nimmt    die    letztere    mit    steigenden 
Indizes  der  betreffenden  Symbole  ab.  Weniger 
häufig  sind  im  Verhältnis  zu  den  benach- 
barten primären  Flächen  die  hieraus  durch 
Komplikation  entstehenden  sekundären,  noch 
seltener  die  etwa  vorhandenen,  zwischen  eine 
primäre  und  eine  sekundäre  sich  einschieben- 
den tertiären  usw.    Im  weiteren  Verlauf  der 
Zone  nach  der  Zielfläche  hin  nimmt  diese  Kom- 
plikation ab,  bis  zuletzt  nur  mehr  primäre 
Flächen,  oft  mit  ziemlich  hohen  Indizes,  die 
Reihe    beschließen.        Die    Ausgangsfläche 
braucht  indessen  nicht  eine  Grundfläche  zu 
sein;    sie    wie    auch  die    Zielfläche  können 
irgendein   anderes,    komplizierteres    Symbol 
haben.     Doch  bemerkt  man  dann  sehr  oft, 
ja  wohl  als  allgemeine  Regel,  daß  bei  natur- 
gemäßer   Aufstellung    der    Kristalle    mög- 
lichst  frei   entwickelte    (d.  h.    nicht   durch 
andere  sie  kreuzende  Zonen  gestörte)  und 
flächenreiche   Zonen   sich  in   der   oben   an- 
gegebenen   Art    von    einer    Ausgangsfläche 
mit  komplizierterem  Symbol  nach  einer 
Zielfläche    mit    einfacherem    Symbol   hin 
erstrecken.  Nicht  immer  auch  ist  die  Differenz 
zwischen    den    entsprechenden    Indizes    der 
Glieder  einer  primären  Reihe  gleich  1,  zu- 
weilen beträgt  sie  2  (wenn  z.  B.  (113),  (115) 
und  (117)  häufiger  sind  als  (112),  (114)  und 
(116)),  auch  wohl  3  oder  4.     Entsprechend 
diesen  ungewöhnlichen  Differenzen  gestalten 
sich  auch  die  Symbole  der  sekundären  und 
tertiären    Formen     abweichend    von     den- 
jenigen   des    Zonenbaues    mit    der    Index- 
differenz 1.     Auch  wird  hierdurch  bedingt, 
daß  innerhalb  einer  Zone  Flächen  von  kom- 
plizierterem Symbol  solche  von  einfacherem 
an     Stärke    bezw.    Häufigkeit    übertreffen 
können.       Endlich    können    immerhin    ein- 
zelne Flächen  innerhalb   einer  sonst  regel- 
mäßig   gebauten    Zone    unerwartet    häufig 
oder    selten    erscheinen,    andere    gegen    Er- 
warten   noch    gar    nicht    beobachtet    sein; 
solche  besondere  kristallographische  Eigen- 
tümlichkeiten der  betreffenden  Körper  ver- 
dienen   aufmerksame    Beachtung    und   sind 


lüistallformen 


1119 


von  Wichtigkeit  für  unsere  Vorstellungen 
über  den  molekularen  Bau  der  Kristalle. 
Ebenso  ist  es  in  letzterer  Beziehung  von 
großer  Bedeutung,  zu  ermitteln,  welche 
Flächen  bei  einer  bestimmten  Kristallart 
vorzugsweise  als  Ausgangs-  und  Zielflächen 
fungieren. 


Als  einige  einfache  Beispiele  von  nach 
obigen  Regeln  gebauten  Zonenstücken  mit 
zugrunde  liegender  primärer  Reihe  seien 
folgende  angeführt  :^) 

Der  rhombische  Beryllonit  (NaBeP04) 
weist  u.  a.  die  nach  (010)  als  Zielfläche  sich 
erstreckenden  Zonen  auf : 


I 

(110) 
I  II 

(101)      (212) 


II 

(230) 

I 
(111) 


I 

(120) 
II 

(232) 


I 

(130) 
I 

(121) 


I 

(140) 

I 
(131) 


I 

(150) 

I 
(141) 


I 
(160) 

I 
(151) 


,  .  (010), 
I 

(161)  .  . 


.  (010). 


Am  monoklinen  Terlinguait  (HgaClO)  wurde  folgende  flächenreiche  Zone  mit  der 
Zielfläche  (011)  beobachtet: 

III  I  I  I  I  I 

.  (011). 

Am  rhombischen  Strontianit  erscheinen  in  der  Zone  der  Brachydomen: 

I         II        III         I         II  I  I  I  I  I  I  I 

(001)    (012)    (023)    (011)    (032)    (021)    (031)    (041)    (051)    (061)    (071)    (081)  .  .  .  (010), 


I 

III 

II 

III 

I 

I 

I 

I 

I 

(111) 

(344) 

(233) 

(355) 

(122) 

(133) 

(144) 

(155) 

(166) 

Hier  fehlt  zur  vollkommen  regelmäßigen  |  primärer  Reihen  mit  der  Indexdifferenz  2 
Entwickelung  zwischen  (001)  und  (012)  noch 'liefert  die  Protopyramidenzone  des  rhom- 
die  tertiäre  Fläche  (013). 

Ein  schönes   Beispiel  der   Entwickelung 


bischen  Schwefels : 


I       III       n       III        1        II        I        I        1 

(111)       (335)       (224)       (337)       (113)      (228)       (115)       (117)       (119)  .  .  .  (001). 
=  (112)  =  (114) 


Hier  muß  man  zur  Herleitung  der  Sym- 
bole der  primären  Reihe  das  Symbol  der 
Zielfläche  (001)  verdoppeln,  z.  B.  (111) 
+  2  (001)  =  (113).  Andererseits  dürfen  die 
Symbole  der  sekundären  Flächen  zur  Ab- 
leitung der  tertiären  Formen  nicht  vorher 
vereinfacht,  sondern  müssen  in  ihrer  direkt 
erhaltenen  Form  zur  Komplikation  ver- 
wendet werden,  z.  B.  (224)  +  (111)  =  (335). 

Besonders  reich  an  flächenreichen  Zonen 
ist  der  monokline  Jordanit  (4PbS,  AsgSj), 
bei  welchem  als  Zielfläche  all  dieser  Zonen 
das  meist  stark  entwickelte  Klinopinakoid 
fungiert.  Die  Indizes  der  betreffenden  pri- 
mären Reihen  steigen  dabei  teilweise  in  un- 
unterbrochener Folge  bis  zu  18  und  20  an. 

IG.  Projektion  der  Kristallformen. 
Goldschmidtsche  Symbole.  Goniometer. 
In  den  zum  Zwecke  der  Veranschaulichung 
oder  Berechnung  hergestellten  Abbildungen 
bezw.  Projektionen  der  Kristallformen  in 
der  Ebene  erscheinen  die  einzelnen  Flächen 
entweder  wiederum  als  solche  oder  als  Linien 
oder  endlich  als  Punkte.  Im  ersten  Falle 
erhält  man  die  üblichen  Kristallbilder, 
indem  man  sich  von  den  Ecken  und  Kanten 
des  Kristalls  auf  die  Ebene  der  Zeichnung 
Senkrechte  gefällt  denkt,  wobei  jene  Ebene 
entweder  nicht  mit  einer  bestimmten  Kri- 


stallfläche zusammenfällt  (sogenannte  schiefe 
Projektion)  oder  einer  solchen  Fläche  ent- 
spricht (gerade  Projektion  auf  diese  Fläche). 
In  beiden  Fällen  bleiben  die  am  Kristall 
parallelen  Kanten  auch  in  der  Figur  parallel, 
der  Beschauer  betrachtet  also  den  Kristall 
gleichsam  aus  unendlicher  Entfernung. 

Bei  Anfertigung  einer  sogenannten 
Linienprojektion  denkt  man  sich  alle 
Flächen  des  Kristalls  soweit  parallel  ver- 
schoben, daß  sie  durch  einen  Punkt  gehen, 
und  hierauf  von  einer  außerhalb  dieses 
Punktes  liegenden  Ebene  (bezw.  Kristall- 
fläche), der  Projektionsebene,  geschnitten; 
die  Schnittlinien  der  einzelnen  Flächen  auf 
dieser  Ebene  liefern  die  Projektion.  Die 
zu  einer  Zone  gehörenden  Flächen  erzeugen 
dabei  entweder  parallele  Projektionslinien^ 
indem  die  Zonenachse  der  Projektionsebene 
parallel  geht,  oder  sie  schneiden  sich  sämtlich 
in  einem  Punkte  (Zonenpunkt).  Die  Ver- 
bindungslinie zweier  Zonenpunkte  stellt  eine 
Fläche  dar,  welche  beiden  Zonen  zugleich 
angehört  (entsprechend  dem  Satze,  daß  eine 
Kristallfläche   durch  ihre   Zugehörigkeit   zu 


M  Die  Symbole  der  primären,  sekundären  und 
tertiären  Flächen  sind  durch  übergesetzte  Ziffer» 
I,  II,  III  bezeichnet. 


1120 


Kristallfovincn 


zwei  Zonen  ihrer  Lage  nach  bestimmt  ist). 
Weit  gebräuchlicher  als  die  Linien-  ist  die 
Punktprojektion.  Sie  beruht  entweder 
darauf,  daß  man  von  einem  Punkte  im 
Innern  des  Kristalls  aus  auf  alle  Flächen 
Senkrechte  fällt  und  diese  Senkrechten  durch 
eine  ebene  Fläche  (Kristallfläche)  schneiden 
läßt:  gnomonische  Projektion;  oder  daß 
man  jenen  Punkt  in  den  Mittelpunkt  einer 
Kugei  verlegt  und  die  Kugelfläche  als 
Schnittfläche  benutzt,  dann  aber  noch  die 
so  auf  der  Kugelfläche  erzeugten  Schnitt- 
punkte (Flächenpole)  auf  einen  größten  Kreis 
der  Kugel,  also  eine  Ebene,  projiziert 
(s.  weiter  unten):  sphärische  Projektion. 

Bei  der  gnomonischen  Projektion  fallen 
die  Punkte  aller  Flächen,  welche  zur  Pro- 
jektionsebene senkrecht  stehen,  ins  Unend- 
liche; solche  Flächen  können  deshalb  nicht 
im  Projektionsbilde  erscheinen  und  werden 
durch  nach  der  entsprechenden  Kichtung 
zeigende  Pfeile  angedeutet.  Andere  Flächen 
geben,  falls  sie  eine  Zone  bilden,  Projektions- 
punkte, die  auf  einer  geraden  Linie  liegen. 
Der  Durchschnittspunkt  zweier  oder  mehrerer 
solcher  Zonenlinien  stellt  also  die  Projektion 
einer  Fläche  dar,  welche  diesen  Zonen  zugleich 
angehört. 

In  der  Absicht,  die  Symbole  der  Kristall- 
formen möglichst  zu  vereinfachen  und  zur 
Konstruktion  gnomonischer  Projektionen  be- 
sonders dienlich  zu  machen,  hat  V.  Gold- 
schmidt  eine  neue  Art  der  Bezeichnung 
eingeführt.  Seine  Symbole  sind  zwar  nicht 
wesentlich  von  den  Millerschen  [hkl]  ver- 
schieden, doch  wird  dabei  der  dritte  Index  1 
derselben  =  1  gesetzt  und  weggelassen.  Das 
Goldschmidtsche  allgemeine   Zeichen  pc| 

h    k 
ist  so  gleich  j  .  y.   Wird  p  =  q,  so  setzt  man 

p  nur  einmal.  Eine  Schwierigkeit  ergibt 
sich  für  die  Prismen  [hkO],  wobei  h  größer 
oder  kleiner  als  k  sein  kann.  Hier  würde  nach 
obigem  sowohl  p  als  q  stets  od  sein.     Man 

schreibt  nun,  wennh>k,  pq  =  ,    oo   oder 

pco,  sowie  wenn  h<k,  pq  =  oo  p  oder  ooq. 

Nach  dieser  Schreibweise  wird  z.  B.  [001}  =  0, 
{0101  =  0  00,  {100}  =  00  0,  {310}  =  3oo, 
[230}  =  00  V2,  [102}  =  V2  0,  [221}  =  2,  [233} 
=  Va  1-  Indem  man  als  Projektionsebene 
im  allgemeinen  die  Basis  wählt,  drückt  man 
die  Lage  einer  Fläche  pq  in  den  vier  oberen 
Oktanten  dadurch  aus,  daß  man  p  bezw.  q 
als  positiv  (ohne  Vorzeichen)  oder  als  negativ 
mit  übergesetztem  Minus  bezeichnet.  So 
erhält  man:  vorn  rechts  pq,  vorn  links  pq, 
hinten  rechts  pq,  hinten  links  pq  (die 
parallelen  Flächen  der  vier  unteren  Ok- 
tanten erhalten  noch  Minuszeichen  unter 
dem  Symbol,  z.  B.  pq). 


Die  gnomonischen  Projektionen  geben  ein 
klares  Bild  der  Anordnung  der  Flächen  eines 
Kristalls  und  eignen  sich  vorzüglich  zum 
Studium  der  Zonenbildung  und  der  Ver- 
teilung der  Flächen  innerhalb  der  einzelnen 
Zonen. 

Hinsichtlich  der  sphärischen  Projektion 
ist  zu  bemerken,  daß  die  dort  zunächst  auf 
der  Kugel  erzeugten  Flächenpole,  soweit  sie 
zu  einer  Zone  gehören,  auf  einem  größten 
Kreise  der  Kugel  liegen  müssen.  Der  von 
den  Normalen  zweier  Flächen  gebildete 
Winkel  —  derselbe,  welcher  auch  bei  der 
goniometrischen  Messung  direkt  erhalten 
wird  —  erscheint  in  Form  des  zwischen 
beiden  Polen  befindlichen  Bogens.  Von  der 
Kugelfläche  (bezw.  einer  Kugelhälfte)  mit 
den  darauf  befindlichen  Flächenpolen  wird 
nun  eine  Abbildung  auf  der  Ebene  eines 
größten  Kreises  in  folgender  Weise  ent- 
worfen. Man  wählt  hierzu  einen  Kreis, 
welcher  senkrecht  zur  Achse  einer  besonders 
wichtigen  Zone,  der  sogenannten  Grundzone, 
steht  (Grundkreis)  und  verbindet  den  von 
seiner  Peripherie  nach  allen  Seiten  am 
weitesten  (um  90")  abstehenden  Punkt  der 
Kugel  (Augenpunkt)  mit  den  Flächenpolen 
der  gegenüberliegenden  Kugelhälfte.  Die 
Verbindungslinien  durchstechen  die  Ebene 
des  Grundkreises  und  erzeugen  so  darauf 
die  Projektionspunkte  der  einzelnen  Flächen. 
Eine  solche  Projektion  liefert  demnach 
gewissermaßen  die  Innenansicht  einer  Kugel- 
hälfte vom  Augenpunkte  aus.  Man  kann 
natürlich  auch  die  zweite  Hälfte  der  Kugel 
auf  die  gleiche  Ebene  projizieren,  indem  man 
als  Augenpunkt  den  clem  erstgewählten 
diametral  gegenüberliegenden  Punkt  der 
Kugelfläche  nimmt.  Die  Projektionspunkte 
aller  Flächen  der  Grundzone  liegen  auf  der 
Peripherie  des  die  Projektion  begrenzenden 
Grundkreises,  die  Punkte  derjenigen  Zonen, 
deren  Achsen  der  Ebene  des  Grundkreises 
parallel  gehen,  auf  einem  Durchmesser  dieses 
Kreises.  Die  Punkte  aller  anderen  Zonen 
liegen  jedesmal  auf  einem  Kreisbogen,  welcher 
den  Grundkreis  in  den  Endpunkten  eines 
Durchmessers  schneidet  (diese  beiden  Punkte 
entsprechen  zugleich  zwei  vorhandenen  oder 
möglichen  Flächen  der  betreffenden  Zone). 
Kennt  man  deshalb  für  eine  Zone  diesen 
Durchmesser  und  dazu  einen  weiteren  ihr 
angehörigen  Flächenpunkt,  so  kann  man 
leicht  den  Bogen  konstruieren,  welcher  die 
Zone  darstellt.  Der  Projektionspunkt  einer 
Fläche,  die  zwei  odermehrerenZonenzugleich 
angehört,  ist  der  Durchschnittspunkt  der  be- 
treffenden Zonenlinien  bezw.  Zonenkreise. 
Eine  derartige  Projektion  mit  ausgezogenen 
Zonenlinien  stellt  ein  Netz  von  sphärischen 
Dreiecken  in  der  Ebene  dar,  wobei  die  Drei- 
ecksseiten den  Normalenwinkeln  zwischen  je 
zwei  Flächen  entsprechen.     Sie  bildet  des- 


Kristallfoi'men 


1121 


halb,  nachdem  eine  gewisse  Anzahl  solcher  1  niung    zu    vergleichen    sind,    auszudrücken 
Winkel  durch  Messung  bestimmt  wurde,  auch  l(Theodolitgüniometer).     Man    geht    da- 


in  vorläufiger  Skizze  eine  vortreffliche  Grund- 
lage und  ein  wesentliches  Hilfsmittel  zur 
weiteren  Berechnung  der  Winkel  und  Flächen- 
symbole eines  Kristalles. 

Was  endlich  die  Messung  der  Kanten- 
winkel eines  Kristalles  betrifft,  so  geschieht 
sie  mit  Hilfe  des  Reflexionsgoniometers 
(bei  spiegelnder  Glätte  der  Kristallflächen) 
in  folgender  Weise.  Man  befestigt  den  Kristall 
mit  Wachs  auf  der  Achse  des  den  wesent- 
lichen Teil  des  Instrumentes  bildenden 
horizontalen,  etwa  in  Viertelgrade  geteilten 
Kreises  und  orientiert  ihn  mit  Hilfe  be- 
sonderer, dort  angebrachter  Vorrichtungen 
(Kreuz-  und  Kugelschlitten)  so.  daß  die  zu 
messende  Kante  sich  genau  (oder  nahezu 
genau)  in  der  Mitte  des  Kreises  befindet  und 
auf  letzterem  senkrecht  steht,  also  der  Achse 
parallel  geht  (die  Kante  ist  dann  ,. zentriert" 
und  ,. justiert").  Die  zum  Kreise  senkrechte 
Lage  beider  Flächeu  der  Kante  wird  daran 
erkannt,  daß  das  von  ihnen  reflektierte  Bild 
des  Signals  —  eines  durch  eine  Lampe  be- 
leuchteten Spaltes  im  horizontalen  soge- 
nannten Kollimatorrohre  —  sich  bei  der 
Drehung  der  Achse  nebst  Kristall  horizontal 
bewegt.     Es  gleitet  dabei  in  dem  ebenfalls 


bei,  wenn  möglich,  von  einer  Fläche  aus,  in 
welcher  die  Normalen  einer  besonders  wich- 
tigen Zone  des  Kristalles  liegen ;  die  Achse 
der  letzteren  stellt  man  mit  Hilfe  der  Justier- 
vorrichtung der  Drehungsachse  des  verti- 
kalen Kreises  parallel,  wodurch  jene  zur  Zone 
senkrechte  Fläche  auch  zum  horizontalen 
Teilkreise  senkrecht  steht. 

Das  von  dieser  Fläche  (Polfläche)  reflek- 
tierte Bild  des  Signals  wird  im  horizontalen 
Fernrohr  eingestellt  und  ändert  —  woran 
man  die  richtige  Orientierung  erkennt  — 
seine  Lage  natürlich  nicht,  wenn  nur  die 
Achse  des  vertikalen  Kreises  gedreht  wird. 
Doch  werden  dadurch  der  Reihe  nach  die 
verschiedenen  Zonenachsen,  welche  innerhalb 
der  Polfläche  liegen,  in  die  vertikale  Lage 
gebracht,  und  ihre  einzelnen  Flächen  können 
demnach  durch  Drehung  des  horizontalen 
Kreises  nacheinander  im  Fernrohr  eingestellt 
werden.  Falls,  wie  bei  triklinen  Kristallen, 
keine  zu  einer  Zonenachse  normale  Fläche 
vorhanden  ist,  so  verfährt  man  im  wesent- 
lichen gleich,  indem  man  mit  Hilfe  der 
Justiervorrichtung  eine  als  Polfläche  ge- 
wählte Fläche  normal  zur  Achse  des  verti- 
kalen Kreises  richtet  und  dann  die  übrigen 


wagerechten,  auf  die  Mitte  des  Kreises  ge-  Flächen,  wie  angegeben,  einstellt.    So  erhält 


richteten  Beobachtungsfernrohre  an  dem 
horizontalen  Faden  des  darin  befindlichen 
Fadenkreuzes  entlang.  Man  dreht  nun  die 
Achse  mit  Kreis  und  Kristall  so,  daß  einmal 
die  eine  und  dann  die  andere  Fläche  das  Bild 
des  Signals  in  die  Mitte  des  Gesichtsfeldes 
des  Fernrohrs  wirft,  worauf  es  mit  dem  verti- 
kalen Faden  des  Fadenkreuzes  zur  Deckung 
gebracht  wird.  Jedesmal  wird  an  einem 
feststehenden  Nonius  die  Stellung  des  Kreises 
(etwa  auf  halbe  Minuten)  abgelesen  und 
schließlich  durch  Subtraktion  der  beiden 
erhaltenen  Winkelwerte  voneinander  die 
Größe  des  Winkels  bestimmt,  welchen  die 
Normalen  der  beiden  Flächen  miteinander 
bilden  (Normalen winkel).  Das  Supplement 
dieses  Winkels  entspricht  dem  eigentlichen, 
inneren  Kantenwinkel.  Bei  dünnen  oder 
sehr  kleinen  Kristallen  kann  man  die  ver- 
schiedenen Winkel  einer  justierten  Zone, 
deren  Achse  bezw.  Mitte  man  annähernd 
genau  zentriert  hat,  in  einer  Tour  durch- 
messen, ohne  jede  Kante  besonders  einzu- 
stellen. 

Außer  diesem  früher  allein  gebräuch- 
lichen einkreisigen  Goniometer  bedient 
man  sich  neuerdings  vielfach  eines  zwei- 
k  reis  igen  Instrumentes.  Dasselbe  besitzt 
zwei  zueinander  senkrechte,  geteilte  Kreise, 
jeder  um  seine  Achse  drehbar,  wodurch  es 
möglich  ist,  die  Lage  einer  Fläche  durch 
zwei  Winkel,  welche  mit  der  Länge  und 
Breite  bei  einer  geographischen  Ortsbestim- 
Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


man  bei  der  Ablesung  an  beiden  Kreisen 
für  jede  Fläche  zwei  Winkel  (bezogen  auf 
die  Polfläche  und  den  einer  zweiten  Ausgangs- 
fläche entsprechenden  Meridian),  welche  die 
Lage  derselben  bestimmen  und  die  Berech- 
nung anderer  Winkel  und  der  Symbole  er- 
möglichen ;  Aequatorialwinkel  (p  undMe- 
ridi  an  winkel  zur  Polfläche  q  Bei  der  sphä- 
rischen Projektion  wählt  man  dann  den  verti- 
kalen Kreis  des  Goniometers  als  Grundkreis, 
der  Projektionspunkt  der  Polfläche  bildet  also 
das  Zentrum  der  Projektion.  Die  Winkel  q) 
werden  auf  dem  Grundkreis  aufgetragen,  die 
Winkel  q  (mit  Hilfe  einer  einfachen  Kon- 
struktion) vom  Zentrum  aus  auf  den  Radien 
dieses  Kreises.  Zweckmäßig  bedient  man 
sich  hierzu  eines  Netzes,  bei  welchem  der 
Grundkreis  in  360  Grade  eingeteilt  ist,  und 
konzentrische  Kreise  die  Meridianwinkel  an- 
geben, vom  Zentrum  aus  gezählt.  Man  kann 
dann  die  für  die  einzelnen  Flächen  erhaltenen 
Winkel  q)  und  q  direkt  eintragen  und  erhält 
so  die  Projektionspunkte  der  Flächen  und 
im  ganzen  eine  übersichtliche  Abbildung  des 
Kristalles. 

Literatur.  Avßer  auf  die  größeren  Lehrbücher 
der  Mineralogie  von  Nanma^in-ZirUel,  G. 
Tschermak,  M.  Bauer  und  F.  Klockmann, 

die  Handbücher  der  speziellen  Mineralogie  von 
J.  J).  Dana  und  C.  Hintze,  die  „Geometrische 
Kristallographie"  von  Th.  Liebisch.  die 
„Physikalische  Kristallographie"  von  P.  Groth 
und  den  „Grundriß  der  physikalischen  Kristallo- 

71 


1122 


Kristallformen  —  Kristallisation 


graphie"  von  Th.  Liebisch  sei  hier  zunächst 
auf  den  „Grundriß  der  Kristallographie"  von 
G.  Linck  vericiesev,  u'clchem  mit  gütiger 
Erlaubnis  des  Verfassers  die  Mehrzahl  der 
obigen  Figuren  entnommen  wurde.  Ferner 
seien  emvähnt:  H.  Baiitnhauer,  Die  neuere 
Entwickelung  der  Kristallographie.  Braun- 
schweig  190')  (Heft  7  der  Sammliing  ,.Die  Wissen- 
schaft"). —  Derselbe,  lieber  das  Gesetz  der 
Komplikation,  und  die  Entwickelung  der  Kristall- 
flächen in  flächenreichen  Zonen.  Fortschritte 
der  3/ineralogie  usw.,  Bd.  1.  Jena  1911.  — 
F.  Heche,  Ueber  die  Ausbildung  der  Zivillings- 
kristalle,  ebenda.  —  Hilda  Gerhart,  Ueber 
die  Veränderungen  der  Kristalltracht  von  Doppel- 
sidfaten  durch  den  Einflvß  von  Lösungsgenossen. 
Tschermaks  mineralog.  und  petrograph.  3[it- 
teilungen,  Bd.  24,  1905.  —  V.  Goldschmidt, 
Inder  der  Kristallformen  der  ilineralien,  3  Bde., 
Berlin  18Sß — 1891.  —  Derselbe,  Ueber  Entwicke- 
lung der  Kristallformen,  zwei  Teile.  Zeitschr.  f. 
Kristallographie,  Bd.  28, 1897.  — Derselbe,  Atlas 
der  Krystallformen.  Heidelberg.  Erscheint  seit 
1913.  —  St.  Kretitz,  Ueber  die  Ausbildung 
der  Kristallform  bei  Calcitzwillingen.  Denkschr. 
d.  Kais.  Akad.  d.  Wissensch.  Wien,  mathem.- 
naturw.  Klasse,  Bd.  80,  1906.  —  O,  Mügge, 
Die  regelmäßigen  Verwachsungen  von  Mirieralien 
verschiedener  Art.  Neues  Jahrb.  für  3Iinera- 
logie  usw.,  Beilage-Bd  XVI,  1903.  —  Derselbe, 
Ueber  die  Zwillingsbildung  der  Kristalle.  Fort- 
schritte der  3Iineralogie  usw.,  Bd.  1,  1911.  — 
F.  Neiigebauer,  Die  KristalUracht  von  ein- 
fachen Kristallen  und  Karlsbader  Zwillingen 
des  Orthoklases.  Tschermaks  mineralog.  und 
petrograph.  Mitteilungen,  Bd.  25,  1906.  —  H, 
Tertsch,  Neuere  Studien  über  Kristalltrachten. 
Fortschritte  der  Mineralogie  usw.,   Bd.   2,    1912. 

H.  Baumhauer. 


Kristallisation. 

1.  Der  Vorgang  der  Kristallisation.  2.  Die 
Bedingungen  für  das  Eintreten  von  Kristallisation. 
3.  Die  \orgänge  beim  Kristallisieren,  wenn 
Keime  von  außen  nicht  eingeführt  werden 
(spontane  Kristallisation).  4.  Die  Vorgänge  beim 
Kjistallisieren  wenn  Keime  von  außen  eingeführt 
werden  oder  sich  von  selbst  gebildet  haben  (fort- 
schreitende Kristallisation).  5.  Direkte  Beobach- 
tungen über  den  Kristallisationsvorgang  und  das 
Aussehen  der  verschiedenen  Produkte  in  den 
einzelnen  Stadien  der  Kristallisation. 

I.  Der  Vorgang  der  Kristallisation. 
Unter  Kristallisation  versteht  man  ganz 
allgemein  den  Uebergang  einer  Substanz 
aus  einem  nicht  kristallinischen  Zustand  in 
den  kristallinischen.  Dieser  letztere  ist  durch 
ganz  besondere  Eigenschaften  gekenn- 
zeichnet (s.  den  Artikel  über  „Aggregat- 
zustände"). Während  in  allen  anderen 
Zuständen  die  Moleküle,  die  die  anorganische 
Materie  zusammensetzen  sich  nach  allen 
Kichtungen    bewegen,    in    einer    Weise,    die 


irgendeine  Gesetzmäßigkeit  zum  mindesten 
nicht  erkennen  läßt,  findet  in  der  kristalli- 
sierten Materie,  wie  wir  auf  Grund 
wohlbegründeter  Anschauungen  annehmen, 
eine  Verteilung  und  Bewegung  der  Moleküle 
nach  ganz  bestimmten  Gesetzmäßigkeiten, 
nach  einem  bestimmten  Raumgitter,  statt. 
(Raumgittertheorie,  von  Sohncke^)  zuerst 
aufgestellt,  in  neuester  Zeit  durch  die  Arbeiten 
von  Laue  und  seinen  Mitarbeitern'^)  experi- 
mentell sicher  gestellt.)  Während  in  allen 
anderen  Zuständen  die  Natur  des  Stoffes 
in  allen  ihren  Teilen  gleichwertig  ist,  ist  sie 
dies  bei  den  Kristallen  keineswegs.  Ein  Stück 
des  nicht  kristallisierten  Glases  hat  in  allen 
Teilen  und  Richtungen  gleiche  Eigenschaften. 
Schneiden  wir  aus  demselben  Platten  von 
gleicher  Dicke,  so  sind  dieselben  gleich, 
ganz  unabhängig  davon  in  welcher  Richtung 
das  Glas  in  Platten  gesägt  worden  ist.  Schnei- 
den wir  dagegen  aus  einem  Quarzkristall 
Platten,  so  werden  dieselben  verschieden 
sein  je  nachdem  in  welcher  Richtung  der 
Kristall  zerschnitten  wurde.  Bei  dem  Glas 
ist  ferner  die  Größe  des  Glasklumpens  gänz- 
lich unbeschränkt  und  nur  von  der  ver- 
wendeten Menge  Glasschmelze  abhängig. 
Dies  ist  bei  der  kristallisierten  Materie  aber 
keineswegs  der  Fall.  Aus  einer  beliebig 
großen  Menge  einer  Schmelze,  scheiden 
sich  stets  einzelne  Individuen  ab;  dieselben 
können  groß  oder  klein  sein,  immer  aber 
werden  sie,  selbst  bei  einer  unendlichen 
Menge  angewandter  Schmelze,  endlicheDimen- 
sionen  annehmen,  Dimensionen,  die  über- 
haupt zu  der  Menge  der  angewandten  nicht 
kristallisierten  Materie  zum  mindesten  nur 
in  einer  sehr  lockeren  nicht  direkt  zu  über- 
blickenden Beziehung  stehen.  Es  ist  also, 
wie  wir  das  Gesagte  zusammenfassen  können, 
die  Kristallisation  der  erste  Schritt 
zur  Individualisierung  der  Materie. 
Während  das  Endprodukt  der  Kj-istalli- 
sation  unter  allen  Umständen  kristallisierte 
Materie  ist,  kann  das  Ausgangsprodukt  recht 
verschieden  geartet  sein.  Es  kann  sich  um 
Kristallisation  aus  dem  dampfförmigen  Zu- 
stande handeln,  oder  aus  dem  geschmolzenen, 
dem  gelösten  oder  schließlich  dem  amorph- 
festen, glasartigen  Zustande.  Je  nachdem 
nun  der  Vorgang  aus  dem  einen  oder  anderen 
der  angeführten  Zustände  erfolgt,  werden 
sich  mancherlei  Unterschiede  ergeben.  An- 
dererseits werden  auch  zahlreiche  Erschei- 
nungen beschrieben  werden,  die  für  den 
Kristallisationsprozeß  ganz  allgemein  charak- 
teristisch und  daher  unabhängig  davon  sind, 


1)  Theorie  der  Kristallstruktur.  Leipzig  1879 ; 
Zeitschr.  f.  Ivrist.  14,  426  (1888). 

^)  Friedrich,  Knipping  und  Laue,  Sitz.-B. 
d.  kgl.  Bayer.  Akad.  Juli  1912  S.  303.  M.Laue 
ebenda  S.  363. 


Kristallisation 


1123 


aus  welchem  Zustand  die  Kristallisation 
erfolgt. 

So  ist  das  Auftreten  des  kristallinischen 
Zustandes  in  allen  Fällen  mit  einer  spontanen 
und  grundsätzlichen  Aenderung  fast  aller 
Eigenschaften  verbunden. 

Am  auffälligsten  sind  meist  die  Aende- 
rungen  des  Aussehens.  Aus  den  gasförmigen 
oder  leicht  beweglichen  geschmolzenen  oder 
gelösten  Substanzen  entstehen  feste,  mit 
Kanten  und  Flächen  umgebene  Körper, 
die  Kristalle.  Hier  haben  wir  also  eine 
spontane  und  sehr  erhebliche  Vergrößerung 
der  inneren  Reibung.  Eine  Aenderung  der 
inneren  Reibung  wird  unter  allen  Umständen 
bei  der  Kristallisation  eintreten,  es  braucht 
aber  nicht  unbedingt,  wie  eben  beschrieben, 
eine  Vergrößerung  zu  sein.  Erhitzt  man 
z.  B.  erstarrte  Schmelzen,  sogenannte  Gläser, 
so  erfahren  dieselben  vielfach  noch  weit 
unterhalb  ihrer  Erweichung  Kristallisation, 
sogenannte  Entglasung.  Es  ist  schwer  fest- 
zustellen, aber  keineswegs  notwendig,  daß 
die  hierbei  sich  bildenden  Kristalle  eine 
größere  innere  Reibung  haben,  als  das  Glas, 
aus  dem  sie  entstanden  sind.  Bei  den  so- 
genannten flüssigen  Kristallen  (über  deren 
Natur  allerdings  noch  keine  vollständige 
Einigkeit  herrscht)  ist  es  sogar  erwiesen, 
daß  die  innere  Reibung  der  nicht  kristalli- 
nischen Flüssigkeit  bisweilen  größer  ist  als 
diejenige  der  daraus  entstandenen  kristalli- 
nischen. 

Bei  den  flüssigen  Kristallen  fehlt  auch 
das  Auftreten  von  Grenzflächen  und  Kanten 
als  Kriterium  für  den  kristallinischen  Zu- 
stand, denn  infolge  der  geringen  inneren 
Reibung  können  sich  hier  keine  Kristall- 
flächen ausbilden.  In  solchen  Fällen  müssen 
andere  Eigenschaften  auf  die  kristallinische 
Natur  hinweisen.  Es  sind  dies  meist  die 
optischen  Eigenschaften.  Diese  werden 
ebenfalls  durch  den  Kristallisationsvorgang 
spontan  und  vollständig  verändert.  Die 
optische  Dichte,  das  ist  die  Refraktion  der 
Kristalle,  ist  von  derjenigen  der  zugehörigen 
Schmelze  verschieden,  und  während  die- 
selbe bei  den  Schmelzen  in  allen  Richtungen 
gleich  ist,  trifft  dies  nur  bei  den  Kristallen 
des  regulären  Systems  zu,  während  bei  allen 
anderen  Kristallen  die  Refraktion  in  ver- 
schiedenen Richtungen  verschieden  ist.  Sie 
sind  ,, optisch  anisotrop". 

Eine  vielfach  recht  erhebliche  Aenderung 
erleidet  das  Volumen,  was  zumal  bei  dem 
IJebergang  aus  dem  gasförmigen  Zustand 
der  Fall  ist,  wo  die  Kristallisation  mit  einer 
ganz  außerordenthchen  Kontraktion  ver- 
knüpft ist.  Bei  der  Kristallisation  aus 
Schmelzen  ist  die  Volumänderung  erheblich 
geringer,  sie  kann  sowohl  in  einer  Volum- 
abnahme, als  in  einer  Volumzunahme  be- 
stehen, wie  letzteres,  z.  B.  bei  der  Erstarrung 


des  Wassers  der  Fall  ist.  Bei  der  Kristalli- 
sation aus  Lösungen  findet  ebenfalls  im 
ganzen  eine,  wenn  auch  meist  sehr  geringe, 
Volumänderung  statt,  d.  h,  das  Volum  von 
Lösungsmittel  plus  gelöstem  Stoff  ist  ein 
anderes  als  dasjenige  der  Lösung.  Neben  diesen 
meist  sehr  auffälligen  Aenderungen  ist  der 
Kristallisationsvorgang  noch  mit  einer  Reihe 
anderer  weniger  auffallender  Aenderungen 
verknüpft. 

Vielfach  erfährt  die  Farbe,  in  allen  Fällen, 
wo  es  sich  um  Elektrizitätsleiter  handelt, 
die  elektrische  Leitfähigkeit,  bei  der  Ent- 
glasung von  Gläsern  die  Härte,  die  Sprödig- 
keit  und  die  Elastizität  eine  spontane  Aende- 
rung. Solange  keine  Kristallisation  eintritt, 
ändern  sich  alle  die  bisher  genannten  Eigen- 
schaften kontinuierlich  mit  der  Temperatur, 
im  Momente  der  Kristallisation  wird  diese 
Aenderung  diskontinuierlich.  Es  kann  da- 
her im  Prinzip  eine  jede  dieser  Eigenschaften 
dazu  benutzt  werden,  um  an  ihrer  spontanen 
Aenderung  den  Kristallisationseintritt  zu 
bestimmen.  In  Praxi  benutzt  man  hierzu 
am  häufigsten  einen  Vorgang,  den  wir 
bisher  noch  nicht  erwähnt  haben,  nämlich 
die  Aenderung  der  inneren  Energie.  Die 
Materie  hat  im  kristallisierten  Zustand 
stets  einen  geringeren  Energieinhalt  als  im 
nicht  kristallisierten.  Es  findet  also  bei 
der  Kristallisation  Energieabgabe  in  Form 
von  Wärme  statt.  (Latente  Schmelzwärme, 
Kristallisationswärme,  Sublimations  wärme.) 
Die  Wärmeabgabe  kann  thermometrisch 
bequem  gemessen  werden,  und  es  dienen 
daher  die  thermometrischen  Methoden  in 
erster  Linie  dazu,  uniden  Eintritt  von  Kristalli- 
sation, zumal  aus  Schmelzen  zu  bestimmen. 
Bei  der  Kristallisation  aus  Lösungen  in 
Lösungsmitteln  mit  erheblichem  Dampf- 
druck ist  die  thermometrische  Methode 
nicht  immer  angebracht,  da  hier  mit  der 
Kristallisation  bisweilen  ein  Freiwerden  von 
Wärme  nicht  verknüpft  ist,  ja  sogar  Wärme 
aufgenommen  werden  kann.  Dies  rührt 
daher,  daß  bei  dieser  xAi't  der  Kristallisation 
neben  dem  Wärme  liefernden  Vorgang  der 
Verfestigung,  noch  ein  osmotischer  energie- 
verzehrender Vorgang  einherläuft,  der  durch 
die  Trennung  des  gelösten  Stoffes  vom 
Lösungsmittel  bedingt  ist.  In  diesen  Fällen 
benutzt  man  am  vorteilhaftesten,  um  das 
Einsetzen  der  Kristallisation  mit  Sicherheit 
zu  erkennen,  die  diskontinuierliche  Aende- 
rung des  Dampfdruckes  der  Lösung  im 
Augenblicke  der  Kristallisation  (Differential- 
tensimeter  von  Bremer-Frowein). 

2.  Die  Bedingungen  für  das  Eintreten 
von  Kristallisation.  Der  Temperaturpunkt, 
bei  dem  Kristallisation  einer  Schmelze  ein- 
treten kann,  heißt  Kristallisations-  oder 
Erstarrimgspunkt.  Er  ist  identisch  mit 
demjenigen  Punkt,  bei  dem  umgekehrt  die 

71* 


1124 


Kristallisation 


Verflüssigung  des  betreffenden  Stoffes  ein- 
tritt, dem  sogenannten  Schmelzpunkt.  Phy- 
sikalisch ist  er  dadurch  charakterisiert,  daß 
in  ihm  Gleichgewicht  zwischen  den  Kristallen 
und  ihrer  Schmelze  besteht.  Oberhalb 
dieses  Punktes  kann  daher  eine  Schmelze 
unter  keinen  Umständen  kristallisieren.  Die 
Erreichung  des  Schmelzpunktes  ist  also 
eine  notwendige  Bedingung  für  die  Kristalli- 
sation. Es  ist  aber  nicht  notwendig,  daß 
die  Kristallisation  bei  dieser  Temperatur 
auch  tatsächlich  eintritt,  wie  wir  weiter 
unten  sehen  werden,  sie  kann  vielmehr 
auch  ausbleiben.  Die  x\bkühlung  der  Schmelze 
bis  auf  den  Schmelzpunkt  ist  also  noch  keine 
ausreichende  Bedingung  für  das  Eintreten 
von  Kristallisation.  iVußer  durch  Abkühlung 
kann  eine  Schmelze  unter  Umständen  auch 
bei  konstanter  Temperatur  zur  Kristalli- 
sation gebracht  werden,  durch  Aenderung 
des  Druckes.  Wir  hatten  oben  gesehen, 
daß  mit  dem  Kristallisationsvorgang  aus 
Schmelzen  stets  eine  mehr  oder  weniger  er- 
hebliche Volumänderung  verknüpft  ist.  Je 
nachdem  nun  ob  dieselbe  positiv  oder  negativ 
ist,  wird  auch  der  Schmelzpunkt  durch 
Druck  erhöht  oder  erniedrigt.  Diese  Er- 
höhung oder  Erniedrigung  kann  quantitativ 
durch  die  nachstehende  Formel  wieder- 
gegeben werden: 


herbeizuführen.  Außerordentlich  ist  dagegen 
der  Einfluß  von  Druckänderungen  auf  die 
Temperatur,  bei  der  Kristallisation  aus  dem 
dampfförmigen  Zustande.  Es  ist  dies  die- 
selbe Temperatur,  bei  der  umgekehrt  unter 
dem  angeführten  Druck  sich  Kristalle  des 
betreffenden  Stoffes  in  Dampf  verwandeln, 
die  sogenannte  Sublimationstemperatur.  Auch 
für  diese  gilt  eine  der  oben  angeführten 
analoge  Beziehung: 


dT 


dT^T(V3~V,) 
dp  ~q 


dT 
dp 


T(V,-V2) 


dT 


hierin  ist  -t~  die  Aenderung  des  Schmp.  mit 

dem  Druck.  V^  das  Volum  der  Schmelze, 
V2  dasjenige  der  Kristalle.  T  ist  die  in  ab- 
soluter Zählung  gerechnete  Temperatur  und 
q   die    Kristallisationswärme.      Da    q   stets 

dT 
positiv  ist,  so  wird  für  Vj  >  V2  -1-  positiv, 


für  V,  <  V. 


dT 
dp 


negativ.     So  läßt  sich  z.  B. 


berechnen,  daß  der  Schmelzpunkt  des  Wassers, 
das  beim  Gefrieren  eine  Volumzunahme  er- 
fährt, durch  einen  Druck  von  2200  Atmo- 
sphären auf  — ^22"  erniedrigt  wird.  Es  ist 
also  möglich  Wasser  direkt  oberhalb  dieser 
Temperatur  durch  Erhöhung  des  Druckes 
auf  2200  Atmosphären  zum  Schmelzen  zu 
bringen.  Andererseits  wird  der  Schmelz- 
punkt des  Schwefels,  der  sich  beim  Kristalli- 
sieren zusammenzieht,  durch  Steigerung 
des  Druckes  auf  etwa  1300  Atmosphären  von 
120°  auf  150°  erhöht.  Durch  Drucksteigerung 
kann  also  der  Schwefel  bei  einer  Temperatur 
unterhalb  150"  zur  Kristallisation  gebracht 
werden.  Wie  die  angeführten  Beispiele 
beweisen,  gehört  aber  bei  der  Kristallisation 
von  Schmelzen  bereits  ein  recht  erheblicher 
Druck  dazu,  um  auch  nur  einigermaßen 
merkliche  Aenderungen  des  Schmelzpunktes 


w^orin  T^  die  Veränderung  der  Sublimations- 
temperatur mit  dem  Druck  V3  das  Volum 
des  Dampfes  — q  die  Sublimationswärme 
bedeuten. 

Wegen  der  außerordentlich  großen  Diffe- 
renz zwischen  dem  Volumen  des  Dampfes 
und  demjenigen  der  daraus  entstehenden 
Kristalle  ist  hier  naturgemäß  der  Druck- 
einfluß sehr  erheblich,  und  eine  Druckerhö- 
hung ist  ein  sehr  geeignetes  Mittel,  um 
Kristallisation  hervorzurufen.  Man  hat 
hier  also  zwei  Wege  zur  Einleitung  der 
Kristallisation:  Entweder  man  erniedrigt 
die  Temperatur  bei  konstant  gehaltenem 
Druck  bis  unter  die  Sublimationstemperatur 
für  diesen  Druck,  oder  man  erhöht  den 
Druck  bei  konstant  gehaltener  Temperatur 
bis  über  den  Sublimationsdruck  für  diese 
Temperatur.  Ebenso  wie  bei  der  Kristalli- 
sation von  Schmelzen,  ist  aber  auch  hier 
das  Erreichen  des  Sublimationsdruckes  bezw. 
der  Sublimationstemperatur  zwar  eine  not- 
wendige, aber  noch  keine  hinreichende 
Bedingung  für  das  Eintreten  von  Kristalli- 
sation. 

Bei  der  Kristallisation  aus  Lösungen, 
speziell  aus  Lösungen  in  flüchtigen  Lösungs- 
mitteln, kann  die  Temperaturerniedrigung 
nicht  immer  zu  einer  Kristallisation  führen. 
Druckänderungen  werden  hier  nur  in  ganz 
untergeordnetem  Maße  eine  Rolle  bei  der 
Einleitung  von  Kristallisation  spielen.  Ob 
ein  fester  Stoff  aus  einer  Lösung  kristalli- 
siert oder  nicht,  hängt,  in  erster  Linie  von 
seiner  Löslichkeit  in  dem  betreffenden  Lö- 
sungsmittel und  von  der  gelösten  Menge 
ab.  Jeder  für  gewöhnlich  feste  Stoff  ist  in 
einer  Flüssigkeit  nur  in  begrenztem  Maße 
löslich.  Ist  diese  Grenze  erreicht,  so  nennt 
man  die  Lösung  gesättigt.  Nur  aus  einer 
gesättigten  Lösung  kann  Kristallisation  er- 
folgen. Notwendig  aber  ist  das  Eintreten 
der  Kristallisation  auch  aus  einer  solchen 
Lösung  nicht,  vielmehr  kann  auch  hier  die- 
selbe ausbleiben.  Die  Löslichkeit  ist  nun 
mit  der  Temperatur  veränderlich,  in  einigen 
Fällen  stark  in  anderen  dagegen  nur  wenig 
und  zwar  sind  Fälle  zunehmender  und  solche 
abnehmender    Löslichkeit    bekannt.       Man 


Ki-istallisation 


1125 


kann  also  durch  Temperaturänderung  (Steige- 
rung oder  Abkühlung)  eine  Lösung  zur 
Kristallisation  bringen,  wenn  dieselbe  so 
konzentriert  ist,  daß  durch  die  Temperatur- 
änderung die  Sättigungsgrenze  erreicht  wird. 
Unter  allen  Umständen  kann  man  aber  die 
Bedingungen  für  eine  Iviüstallisation  schaffen, 
wenn  man  der  Lösung  bei  unveränderter 
Temperatur  fortgesetzt  Lösungsmittel  ent- 
zieht, also  durch  Verdampfung  des  Lösungs- 
mittels. 

Wie  oben  erwähnt,  ist  die  Erreichung 
des  Schmelzpunktes,  des  Sublimations- 
punktes oder  des  Sättigungspunktes,  mit 
einem  Wort  des  Gleichgewichtspunktes 
zwischen  der  kristallinischen  und  der  nicht- 
kristallinischen Phase  eine  notwendige 
aber  noch  nicht  hinreichende  Vorbedin- 
gung für  das  Auftreten  derselben.  Vielmehr 
ist  es  möglich,  diese  Grenzen  weitgehend  zu 
überschreiten,  ohne  daß  Kristallisation  ein- 
tritt. Man  spricht  dann  von  unterkühlten 
Dämpfen  oder  Schmelzen  und  von  über- 
sättigten Lösungen.  Die  Erscheinung  der 
Unterkühlung  wurde  wohl  zuerst  von  dem 
Danziger  Physiker  Fahrenheit^)  entdeckt 
und  zwar  am  Eise,  während  die  ersten  ein- 
gehenden Untersuchungen  über  die  Ueber- 
sättigung  von  Lösungen  etwa  50  Jahre 
später  von  dem  Petersburger  x\potheker 
Lowitz^)  angestellt  wurden.  Auf  die  nahen 
Beziehungen  zwischen  diesen  beiden  Er- 
scheinungen hat  Berthollet  hingewiesen. 
Ueber  die  Gründe  für  diese  Ueberschreitungs- 
erscheinungen  und  die  Mittel  zu  ihrer  Be- 
seitigung hat  sich  in  der  Folge  ein  reger 
Meinungsaustausch  gebildet,  an  dem  nach- 
einander Fahrenheit,  Lowitz,  Gay- 
Lussac,  Violette,  Schweigger,  Gernez 
u.  a.  teilnahmen.  Das  definitive  Resultat 
der  Versuche  aller  dieser  Forscher  läßt 
sich  dahin  zusammenfassen,  daß  der  Zustand 
der  Unterkühlung  bezw.  Uebersättigung 
nur  durch  Zusatz  von  Kjistallen  der  ent- 
stehenden oder  einer  ihr  isomorphen  Form 
aufgehoben  werden  kann.  Solche  Zusatz- 
kristalle nennt  man  Keime.  Ueber  die 
Größe  der  Keime,  die  notwendig  sind,  um 
Kristallisation  hervorzurufen,  sind  von 
OstwakP)  Versuche  angestellt  worden, 
mit  dem  Ergebnis,  daß  dieselben  sehr  klein 
sein  können.  So  genügte  ein  über  einen 
Salolkristall  gezogenes  Haar,  um  in  eine 
übersättigte  Salolschmelze  gebracht,  augen- 
blicklich in  derselben  Kristallisation  hervor- 
zurufen. Diese  Eigenschaft  verlor  das  Haar 
auch  noch  nicht,  wenn  es  durch  die  Finger 
oder  durch  Fließpapier  gezogen  wurde.  Die 
unterste    Grenze,    die    noch    Kristallisation 


1)  Philos.  trans.  1724  Nr.  382. 

2)  Nov.  comra.  Petropol.  XI  271  (1794). 

3)  Z.  f.  phys.  Ch.  (1897)  22,  289. 


auszulösen  vermag,  wird  auf  10-* — ^lO-^^  g 
geschätzt. 

Es  geht  aus  dem  Gesagten  ohne  weiteres 
hervor,  daß  große  Vorsichtsmaßregeln  not- 
wendig sind,  um  eine  unbeabsichtigte  Impf- 
wirkung durch  so  kleine  Ivristallteile  zu  ver- 
meiden, und  daß  es  daher  nicht  immer  leicht 
sein  dürfte,  festzustellen,  ob  eine  Kristalli- 
sation auf  eine  solche  Impfwirkung  zurück- 
zuführen ist.  Immerhin  darf  als  sicher 
festgestellt  gelten,  daß  nur  in  einem  begrenzten 
Intervall  unter  dem  Schmelzpunkt  bezw. 
über  dem  Sättigungspunkt  Einführung  von 
Keimen  zur  Hervorrufung  von  Kristalli- 
sation notwendig  ist,  während  bei  größerer 
Entfernung  vom  Gleichgewicht  unter  allen 
Umständen  spontane  Ilristallisation  ein- 
tritt. Das  Gebiet  in  dem  nur  durch  Ein- 
führung von  Keimen  KristaUisation  hervor- 
gerufen werden  kann,  ist  auch  als  meta- 
stabiles Gebiet  bezeichnet  worden.  Ob 
dieses  Gebiet  tatsächlich  scharf  umgrenzt 
ist,  und  ob  in  demselben  überhaupt  keine 
freiwillige  Kristallisation  möglich  ist,  oder 
ob  dieselbe  hier  nur  so  langsam  erfolgt,  daß 
war  sie  nicht  beobachten  können,  ist  eine 
noch  immer  trotz  aller  in  dieser  Richtung 
angestellten  Versuche  und  theoretischen 
Erörterungen  nicht  mit  Sicherheit  ent- 
schiedene Frage. 

Interessant  gestalten  sich  die  Erschei- 
nungen, wenn  aus  einer  Lösung  zwei  ver- 
schiedene Salze  sich  ausscheiden  können. 
So  vermag  aus  einer  Lösung  von  Natrium- 
sulfat ein  Salz,  das  Glaubersalz,  mit  zehn 
Molekülen  Kristallwasser,  und  ein  Salz  mit 
sieben  Molekülen  Kristallwasser  zu  kristalli- 
sieren. Diese  beiden  Salze  besitzen  verschie- 
dene Löslichkeit,  und  die  Flüssigkeit  kann 
infolgedessen  in  bezug  auf  nur  eines  der- 
selben (schw^erer  lösliche),  oder  in  bezug  auf 
beide  übersättigt  sein.  Ist  ersteres  der  Fall, 
so  wirken  nur  Kristalle  der  schwerer  lös- 
lichen Form  als  Keim,  ist  letzteres  der  Fall, 
so  bringt  jede  der  beiden  Salzarten  nur  ihre 
Form  zur  Kristallisation. 

3.  Die  Vorgänge  beim  Kristallisieren, 
wenn  Keime  von  außen  nicht  eingeführt 
werden  (spontane  Kristallisation).  Es 
sei  zunächst  der  Vorgang  an  Schmelzen  be- 
sprochen. Läßt  man  eine  solche  Schmelze 
j  genügend  langsam  unter  ihren  Schmelz- 
punkt sich  abkühlen,  so  wird  bei  einiger 
Entfernung  von  demselben  die  Kristallisation 
einsetzen.  Diesem  Vorgang  muß  ein  anderer 
Vorgang  vorausgegangen  sein,  nämlich  die 
freiwillige  Entstehung  eines  Ki'istallkeimes 
aus  der  Schmelze,  ein  Vorgang,  den  wir 
als  kristallinische  Urzeugung  bezeichnen 
können.  Ist  dieser  Keim  einmal  gebildet, 
so  ist  der  weitere  Verlauf  des  Vorganges 
der  gleiche,  als  hätten  wir  den  Keim  von  außen 
eingeführt,  was  wir  weiter  unten  besprechen 


1126 


Kristallisation 


werden.  Es  fragt  sich  also  zunächst:  wie 
kommt  dieser  erste  Keim  zustande.  Experi- 
mentell läßt  sich  auf  diese  Frage  wohl  kaum 
eine  entscheidende  Antwort  geben.  Die 
kinetische  Molekulartheorie  hingegen,  die 
stets  mehr  und  mehr  auch  als  experi- 
mentell fundierte  Theorie  betrachtet  werden 
kann,  wie  sie  wohl  für  den  vorliegenden 
Fall  zuerst  von  Coppet^)  ausgesprochen 
wurde,  stellt  sich  den  festen  iVggregatzustand 
als  gegeben  vor  durch  Schwingungen  der 
Moleküle  um  gewisse  Gleichgewichtslagen, 
in  welchen  sie  durch  Kohäsionskräfte  fest- 
gehalten werden,  während  in  dem  flüssigen 
Zustand  die  Moleküle  als  frei  beweglich 
gedacht  werden.  Es  ist  nun,  um  Kristalli- 
sation zu  bewirken,  das  Vorhandensein  eines 
Keimes  erforderlieh,  der  zwar  sehr  klein  sein 
kann,  wie  wir  oben  gesehen  hatten,  immerhin 
verglichen  mit  den  Molekülen  noch  erheb- 
liche Dimensionen  besitzen  muß.  Wird  ein 
solcher  Keim  von  außen  nicht  eingeführt, 
so  muß  er  in  der  Flüssigkeit  selbst  durch 
das  Zusammentreten  mehrerer  Moleküle 
in  ganz  bestimmter  Orientierung  ent- 
stehen. Dieses  Zusammentreten  wird 
um  so  leichter  erfolgen,  je  größer  die  Zahl 
der  Moleküle  in  der  Raumeinheit,  d.  h.  je 
höher  die  Konzentration  und  je  rascher  ihre 
Bewegung,  d.  h.  je  höher  die  Temperatur  ist. 
Diese  Erklärung  kann  scheinbar  zunächst 
nur  auf  die  Kristallisation  aus  Lösungen 
Anwendung  finden.  Geht  man  aber  von 
der  Vorstellung  aus,  daß  in  einer  Schmelze 
immer  nur  eine  ganz  bestimmte  Art  von 
Molekülen  zur  Kristalhsation  befähigt  ist, 
und  daß  die  relative  Menge  dieser  Moleküle 
mit  sinkender  '  Temperatur  ständig  wächst, 
so  können  wir  die  Schmelzen  ohne  weiteres 
als  Lösungen  solcher  zur  Kristallisation  be- 
fähigter Moleküle  in  normalen  Molekülen 
auffassen,  und  die  oben  angeführten  Vor- 
stellungen lassen  sich  dann  auch  auf 
Schmelzen  übertragen.  Der  Erstarrungs- 
punkt wird  dann  der  Punkt,  an  dem  eben 
Sättigung  an  den  kristallisierbaren  Molekülen 
vorliegt.  Aber  wenn  wir  diese  letztere  An- 
sicht auch  nicht  gelten  lassen  wollen,  so 
können  wir  doch  ohne  weiteres  die  molekular- 
kinetische Anschauung  auch  auf  Schmelzen 
übertragen.  Wir  brauchen  uns  den  Schmelz- 
punkt nur  dadurch  gegeben  vorzustellen, 
daß  in  ihm  ebenso  viele  Molekülgruppen  sich 
bilden  als  zerfallen;  je  weiter  wir  daher 
unter  den  Schmelzpunkt  gelangen,  um  so 
größer  wird  die  Wahrscheinlichkeit,  daß 
sich  auch  eine  Gruppe  von  der  erforderlichen 
Größe  und  Form  bildet,  daß  sie  als  Keim 
dienen  kann. 

Wie   leicht   einzusehen   ist,   werden   die 
beiden    oben    angeführten    Einflüsse    beim 

1)  Ann.  d.  ehem.  phys.  (5)  G,  275  (1875). 


xYbkühlen  einer  Schmelze  und  ebenso  einer 
solchen  Lösung,  bei  der  die  Löslichkeit 
mit  der  Temperatur  zunimmt,  einander 
entgegenwirken.  Es  ist  daher  vorauszu- 
sehen, daß  es  ein  bestimmtes  Temperatur- 
intervall geben  wird,  in  dem  der  Einfluß 
der  Konzentrationszunahme  überwiegen 
wird,  und  infolgedessen  die  Wahrschein- 
lichkeit für  die  Keimbildung  zunehmen  und 
ein  anderes  Intervall,  in  dem  die  Abnahme 
der  Molekularbeweglichkeit  überwiegen  und 
somit  die  Keimbildungsgeschwindigkeit  mit 
der  Temperatur  abnehmen  wird.  Bei  Schmel- 
zen kommt  bei  sinkender  Temperatur  noch 
bewegungshemmend  die  stark  anwachsende 
innere  Reibung  in  Betracht,  ein  Einfluß,  der 
bei  Lösungen  nicht  sonderlich  ins  Gewicht 
fällt. 

Die  experimentellen  Untersuchungen, 
namentlich  G.  Tammanns^),  stehen  mit  der 
eben  geäußerten  Auffassung  durchaus  im 
Einklang.  T  am  mann  fand  bei  einer  großen 
Anzahl  von  Untersuchungen,  die  er  mit 
verschiedenen  leicht  unterkühlbaren  Schmel- 
zen anstellte,  indem  er  die  in  einer  bestimmten 
Zeit  pro  Flächeneinheit  gebildete  Zahl  von 
Kristallisationszentren  abzählte  und  diese 
Zahl  der  spontanen  Kristallisationsgeschwin- 
digkeit proportionalsetzte,  daß  diese  Kristalli- 
sationsgeschwindigkeit zunächst  im  Schmelz- 
punkt und  auch  noch  in  einer  mehr  oder 
weniger  erheblichen  Entfernung  unter  dem- 
selben =  null  ist,  daß  sie  dann  aber  sehr 
stark  mit  wachsender  Unterkühlung  zu- 
nimmt, durch  ein  Maximum  geht,  um  dann 
wieder  abzunehmen  und  schließlich  in  einer 
genügenden  Entfernung  vom  Schmelzpunkt 
wieder  gleich  null  zu  werden.  Diese  Er- 
scheinung ist  in  der  Figur  1  graphisch  wieder- 
gegeben. Die  Messungen  beziehen  sich  auf 
Betol,  das  bei  einer  Temperatur  von  91^  C 
schmilzt,  und  zwar  gilt  die  mit  1  bezeichnete 
Kurve  für  reines  Betol.  Man  ersieht,  daß 
erst  bei  einer  Temperatur  von  ca.  35"  also 
bei  einer  Unterkühlung  von  etwa  55"  die  in 
2  Minuten  gebildete  Kernzahl  meßbar  wird, 
daß  das  Maximum  der  spontanen  Kristalli- 
sationsgeschwindigkeit bei  einer  Unter- 
kühlung von  etwa  70"  erreicht  wird,  und  daß 
unterhalb  etwa  • — 5  bis  —10"  also  bei  einer 
Unterkühlung  von  rund  100"  die  Keim- 
bildungsgeschwindigkeit wiederum  auf  null 
abgesunken  ist.  Um  die  Zahl  der  gebildeten 
Keime  sichtbar  zu  machen,  benutzte  Tam- 
mann  einen  Kunstgriff;  er  „entwickelte" 
die  Schmelze,  indem  er  sie  auf  eine  dicht 
unter  dem  Schmelzpunkt  liegende  Tempe- 
ratur erhitzte.  Hierbei  vergrößerten  sich 
die  gebildeten  Kristallkeime  durch  Wachsen, 
so  daß  sie  für  das  bloße  Auge,  oder  wenigstens 
im   Mikroskop   sichtbar   wurden.      Figur    2 


^)  ,, Kristallisieren  und  Schmelzen"  S.  148ff. 


Kristallisation 


1127 


zeigt  eine  solche  „entwickelte"  Betolplatte. 
Verunreinigungen  wirken  auf  die  spontane 
Kristallisationsgeschwindigkeit  stark  ver- 
ändernd ein,  und  zwar  findet  in  den  meisten 
Fällen  eine  Erhöhung  vereinzelt  aber  auch 
eine  Verminderung  statt.  So  wird  die  im 
Maximum  gebildete  Kernzahl  durch  0,1% 
Anissäure  bereits  auf  das  dreifache  erhöht. 
Merkwürdigerweise  wirken  auch  unlösliche 
Stoffe  stark  erhöhend  auf  die  maximal 
gebildete  Kernzahl,  wie  aus  den  Kurven  2 
bis  5  der  Figur  1  sich  ergibt,  die  sich  der 
Keihe  nach  auf  Zusätze  von  0,5  °/o  Schmirgel 
0,5%  Bergkristall,  0,5%  Feldspat  und 
0,5%  geschmolzenen  Feldspat  beziehen. 
Die  Lage  des  Maximums  wird  durch  die 
Zusätze  nicht  erhebhch  verändert,  eben- 
sowenig wird  durch  dieselben  eine  erhebhche 
Erweiterung  des  Gebietes  der  spontanen 
Kristallisation  bewirkt,  was  mit  der  oben 
besprochenen  Tatsache  harmoniert,  daß 
fremde  Zusätze  eine  Aufhebung  der  Unter- 
kühlung in  einem  Gebiet,  in  dem  spontan 
keine  Kristalle  entstehen,  nicht  zu  bewirken 
vermögen. 

Für  die  spontane  Kristallisation  aus 
Lösungen  und  aus  Dämpfen  sind  die  Bedin- 
gungen experimentell  kaum  mit  nennens- 
wertem Erfolge  untersucht  worden.  Wir 
werden  aber  wohl  kaum  fehl  gehen,  wenn 
wir  annehmen,  daß  hier  ganz  analoge  Be- 
dingungen vorliegen  dürften.  Der  Grund, 
daß  hier  die  Untersuchungen  keinen  ein- 
deutigen Erfolg  gezeitigt  haben,  liegt  darin, 
daß  bei  den  Lösungen  die  Ueberschreitungs- 
intervalle  meist  viel  geringer  sind  als  bei 
vielen  Schmelzen,  und  daß  fernerhin  die 
Bildung  von  Keimen  durch  lokale  Ver- 
dampfung des  Lösungsmittels  viel  schwerer 
zu  vermeiden  ist. 

4.  Die  Vorgänge  beim  Kristallisieren, 
wenn  Keime  von  außen  eingeführt  werden, 
oder  sich  von  selbst  gebildet  haben  (fort- 
schreitende Kristallisation).  Wird  ein  Keim 
in  eine  übersättigte  Lösung  gebracht,  so 
hebt  er  die  Uebersättigung  auf  und  bringt 
somit  alles  über  den  Sättigungspunkt  gelöste 
zur  x\bscheidung.  Bei  Innehaltung  gewisser 
Vorsichtsmaßregeln  kann  man  es  hierbei 
leicht  bewirken,  daß  sich  die  ganze  ausge- 
schiedene Masse  an  dem  eingeführten  Keime 
abscheidet.  Diese  Abscheidung  erfolgt  so, 
daß  die  abgeschiedene  Substanz  sich  parallel 
an  den  Keim  anlagert,  ihn  vergrößernd,  ohne 
seine  Form  und  seine  Symmetrieverhältnisse 
zu  ändern.  Wir  sagen  der  Kristall  wächst. 
Der  Ivi'istall  wirkt  also  gewissermaßen  rich- 
tend auf  die  in  seiner  Umgebung  befind- 
lichen Moleküle,  eine  richtende  Wirkung,  die 
man  z.  B.  bei  den  weichen  Kristallen  des 
Cholesterinbenzoates  direkt  beobachten  kann. 
Ein  kleiner  Kjistall,  der  hier  in  die  Nähe 
eines    großen    kommt,    richtet    sich  sofort 


nach  diesem,  bevor  die  beiden  durch  Ver- 
schmelzen ein  einziges  Individuum  bilden. 
Ebenso  kann  man  beobachten,  daß   Stoffe, 


1W 


120 


700 


t. 


dO 


60 


ifO 


20 


30 


20  JO 

Temp. 


Fig.  1. 

die  kristallographisch  ähnlich  sind,  wenn 
sie  aus  ein  und  derselben  Lösung  kristalli- 
sieren, Gebilde  geben,  in  denen  der  eine  Stoff 
mit  dem  anderen  parallel  verwachsen  ist. 

Läßt  man  einen  Keim  in  einer  ungerührten 
Lösung  wachsen,  so  wird  er  nach  einiger 
Zeit  den  Ueberschuß  in  seiner  Umgebung 
aufgezehrt    haben;    aus    der   weiteren    Um- 


1128 


Kristallisation 


gebuiig  diffundiert  neue  Substanz  an  den 
lüistall  heran  und  so  verbreitert  sich  ständig 
nm  ihn  herum  eine  Zone  geringerer   Kon- 


Fig.  2. 

zentration.  Das  kann  man  sehr  deutlich 
sichtbar  machen,  wenn  man  einen  gefärbten 
Stoff  aus  einem  nicht  gefärbten  Lösungs- 
mittel kristallisieren  läßt  und  durch  Zusatz 
zäher  Stoffe  die  Diffusion  in  der  Lösung  ver- 
mindert. Um  den  Kristall  herum  bildet  sich 
allmählich  ein  hellerer  Hof,  der  sogenannte 
Kristallisationshof. 

Eingehende  quantitative  Untersuchungen 
über  das  Wachstum  eines  Keimes  in  einer 


Schmelze,  speziell  seine  Wachstumsgeschwin- 
digkeit sind  zuerst  von  Gernez^)  angestellt 
worden.  Die  unterkühlte  Schmelze  befand 
sich  in  einem  mit  Skala  versehenen  U-Rohr. 
Durch  Impfen  wird  an  einer  Stelle  dieses 
Rohres  Kristallisation  bewirkt  und  das  Fort- 
schreiten der  Grenzschicht  in  der  Zeiteinheit 
beobachtet.  Seine  Versuche  stellte  Gernez 
am  rhombischen   Schwefel  und  am  gelben 


Phosphor  an.  In  beiden  Fällen  fand  er  eine 
starke  Zunahme  der  fortschreitenden  Kristalli- 
sationsgeschwindigkeit —  wir  wollen  für 
dieselbe  die  allgemein  übliche  Abkürzung 
K.  G.  benutzen  —  mit  wachsender  Unter- 
kühlung, d.  h.  also  mit  abnehmender  Tem- 
peratur. Auch  Moore^)  bestätigte  diese  Be- 
funde von  Gernez.  Diese  Beobachtungen 
erregten  anfangs  Befremden,  nachdem  man 
gewohnt  war,  Reaktionsgeschwindigkeiten 
mit  abnehmender  Temperatur  abnehmen  zu 
sehen.  Nun  erstreckten  sich  aber  die  Ver- 
suche von  Gernez  und  Moore  nur  über 
Unterkühlungsintervalle  von  etwa  20**. 

Tammann  und  Friedländer^)  fanden 
im  Benzophenon  einen  Stoff,  der  sich  mit 
Leichtigkeit  bis  zu  100''  unter  seinen  Schmelz- 
punkt abkühlen  läßt,  ohne  spontan  zu 
kristallisieren,  und  sie  konnten  erweisen, 
daß  bei  dieser  Unterkühlung  die  K.  G. 
praktisch  gleich  Null  wird. 

Bei  etwas  geringerer  Unterkühlung  wird 
die  K.  G.  merklich  und  steigt  mit  Zunahme 
der  Temperatur  an.  Von  diesem  Ende  aus  be- 
trachtet scheinen   also   die    Befunde   denen 
von   Gernez  und  Moore  direkt  zu  wider- 
sprechen.    Mißt  man  aber  über  das  ganze 
Unterkühlungsintervall,    so    lassen    sich    im 
wesentlichen  drei  verschiedene  Gebiete  unter- 
scheiden, die  am  einfachsten  durch  die  Figur  3 
wiedergegeben   werden.      In   dem    Intervall 
A  wächst  konform  mit  den   Befunden  der 
älteren  Forscher  die  K. 
G.  mit  steigender  Unter- 
kühlung,  also  sinkender 
Temperatur,      in      dem 
Intervall   B    bleibt    die- 
selbe   konstant    und    in 
dem  Intervall  C  nimmt 
sie     rapide     ab.       Die 
Größe  des  Intervalles  B 
variiert  stark  von   Stoff 
zu  Stoff,  und  kann  sich 
eventuell  zu  einem  ein- 
zigen  Maximum   zusam- 
menziehen, wie  dies  z.  B. 
beim  Salipyrin  der  Fall 
ist. 

Die  Erklärung  für 
dieses  Verhalten  ist 
gleichfalls  von  Tam- 
mann gegeben  worden. 
Im  Intervall  A,  bei  hohen  Temperaturen,  ist 
die  wahre  K.  G.  sehr  groß,  das  Gefälle 
zwischen  der  Temperatur  der  Schmelze  und 
der  Temperatur  des  Bades  sehr  klein,  so 
daß  die  durch  den  Kristallisationsvorgang 
frei  werdende  Wärme  nicht  rasch  genug 
abgeführt  werden  kann  und  infolgedessen 
die   Kristallisation  hemmt.      Je  weiter  wir 


1)  Compt.  rend.  95  S.  1278  (1882). 


2)  Z.  f.  phys.  Chem.  12  S.  545  (1893). 

3)  Kristallisieren  und  Schmelzen  S.  133  ff. 


Kristallisation 


1129 


uns  vom  Schmelzpunkt  entfernen,  um  so 
geringer  werden  diese  Einflüsse.  Im  Inter- 
vall B  wird  die  frei  werdende  Kristallisa- 
tionsw'ärme  rasch  genug  abgeführt,  so  daß 
hier  in  der  Grenzschicht  immer  die  Tempe- 
ratur des  Schmelzpunktes  herrscht.  Die 
maximale  gemessene  K.  G.  gibt  daher  die 
wahre  K.  G.  bei  der  Temperatur  des  Schmelz- 
punktes wieder.  Im  Intervall  C  schließlich 
genügt  die  Kristallisationswärme  nicht  mehr 
um  die  Grenzschicht  auf  die  Temperatur 
des  Schmelzpunktes  zu  erwärmen  und  wir 
messen  daher  wieder  die  K.  G.  bei  tieferen 
Temperaturen  als  der  Schmelzpunkt,  die 
wie  alle  chemischen  Vorgänge  rasch  mit  der 
Temperatur  abnimmt. 

Dieser  Erklärung  fügen  sich  wohl  die 
meisten  der  von  Tarn  mann  untersuchten 
Fälle.  Es  sind  aber  auch  eine  Reihe  von 
Kristallisationen  von  Schmelzen  untersucht 
worden,  die  durch  die  Ta mm  an  sehe  Theorie 
sicherlich  nicht  erklärt  werden  können. 
So  zeigen  z.  B.  die  Schmelzen  vo^i  Kiesel- 
säureanhydrid und  von  verschiedenen  Sili- 
katen unmittelbar  in  der  Nähe  ihres  Schmelz- 
punktes eine  so  geringe  fortschreitende 
Kristallisationsgeschwindigkeit,  daß  sie  auch 
bei  Gegenwart  der  kristallisierten  Phase, 
selbst  nach  Tagen  nur  unmerklich  kristalli- 
siert sind.  Diese  Stoffe  zeichnen  sich  im 
allgemeinen  dadurch  aus,  daß  ihre  Schmelzen 
in  der  Nähe  des  Schmelzpunktes  sehr  zäh- 
flüssig, ja  nahezu  fest  sind.  Es  liegt  daher 
nahe  die  Langsamkeit  der  Gleichgewichts- 
einstellung mit  der  geringen  Diffusions- 
geschwindigkeit in  solchen  Systemen  in 
Zusammenhang  zu  bringen.  Erinnern  wir 
uns  nun  an  die  weiter  oben  gegebene  Mög- 
lichkeit, Schmelzen  als  Lösungen  einer 
Molekülart  in  einer  anderen  aufzufassen,  so 
wird  die  Rolle,  die  die  Diffusionsgeschwin- 
digkeit bei  der  Kristallisation  von  Schmelzen 
spielen  kann,  ohne  weiteres  verständlich. 

Eine  sehr  maßgebende  Rolle  spielt  aber 
die  Diffusion  bei  der  Kristallisation  aus 
Lösungen.  Diese  Tatsache  ist  nach  dem 
Seite  13  Gesagten  leicht  verständlich.  Ein 
Kristall  in  einer  übersättigten  Lösung  ward 
zunächst  die  unmittelbar  in  seiner  Um- 
gebung befindliche  Substanz  zur  Kristalli- 
sation bringen.  Die  Lösung  in  dieser  Gegend 
wird  daher  stets  gesättigt  sein.  Es  kann  nun 
weitere  Kristallisation  nur  dadurch  hervor- 
gerufen werden,  daß  neue  übersättigte  Lösung 
an  den  Kristall  diffundiert.  Erfolgt,  was 
zunächst  sehr  wahrscheinlich  ist,  der  Vor- 
gang der  Abscheidung,  also  der  eigentliche 
Kristallisationsvorgang  rasch,  im  Vergleich 
zu  dem  Diffusionsvorgang,  so  wird  das  Tempo 
der  Kristallisation  lediglich  durch  den  letz- 
teren bedingt  sein. 

Nun  ist  es  aber  möglich  durch  Rühren 
der  Lösung  die  Diffusion   an   den    Kristall 


erheblich  zu  beschleunigen,  und  es  erhebt 
sich  die  Frage,  ob  man  durch  eine  hin- 
reichend verstärkte  Rührgeschwindigkeit  die 
Diffusionsgeschwindigkeit  so  groß  machen 
kann,  daß  sie  nicht  mehr  für  die  Geschwin- 
digkeit des  Vorganges  maßgebend  wird,  daß 
also  die  wahre  K.  G.  von  der  Diffusions- 
geschwindigkeit überholt  wird.  Nernst 
und  Brunner^)  haben  diese  Frage  dahin 
beantwortet,  daß  der  Vorgang  in  der  Grenz- 
schicht mit  praktisch  unendlicher  Geschwin- 
digkeit verläuft,  und  daß  somit  stets  die 
Diffusionsgeschwindigkeit  für  den  Vorgang 
maßgebend  bleibt. 

Allerdings  haben  Nernst  und  Brunner 
ihre  Untersuchungen  an  dem  Vorgang  der 
Auflösung  angestellt,  aber  sie  wollten  deren 
Ergebnisse  auf  alle  heterogenen  Vorgänge 
ausgedehnt  wissen.  Ihre  Auffassung  genauer 
präzisiert  war  die,  daß  um  den  sich  lösenden 
Kristall  und  entsprechend  um  den  wachsenden 
lüistall  stets  eine  dünne  Schicht  besteht,  in 
der  die  Konzentration  der  Sättigung  herrscht. 
Die  Dicke  dieser  Schicht  ist  von  der  Rühr- 
gesehwindigkeit  abhängig,  die  Diffusion  durch 
dieselbe  bedingt  die  Reaktionsgeschwindig- 
keit. Diese  Auffassung  konnte  für  den 
Auflösungsvorgang  fast  ausnahmslos  bis  zu 
den  höclisten  Rührgeschwindigkeiten  be- 
stätigt w^erden  mit  der  Abänderung,  daß 
oberhalb  bestimmter  Rührgeschwändigkeiten 
die  Dicke  der  Diffusionsschicht  offenbar  sich 
nicht  mehr  merklich  ändert.  Man  muß 
annehmen,  daß  dieser  unveränderliche  Teil 
der  Diffusionschicht  nicht  wie  der  ver- 
änderliche durch  Reibung,  sondern  durch 
molekulare  Kräfte,  durch  Adsorption  von 
dem  Kristall  festgehalten  wird.  Für 
den  Kristallisationsvorgang  konnte  dagegen 
die  Nernst- Brunn  er  sehe  Auffassung  nur 
in  einzelnen  Fällen  bestätigt  werden;  in 
diesen  Fällen  verlief  der  Kristallisations- 
vorgang dem  der  Auflösung  ganz  analog, 
die  Kurven  der  Auflösung  und  Abscheidung 
waren  zueinander  vollkommen  spiegelbildlich 
gleich.  In  den  meisten  Fällen  aber  ergab  sich 
für  den  Kristallisationsvorgang  ein  Verhal- 
ten, das  nicht  durch  die  Theorie  erklärt  w^ar. 
Die  Kristallisation  verläuft  hier  erheblich 
langsamer,  oft  mehr  als  zehnmal  so  langsam 
als  die  Auflösung.  Dabei  gehorcht  der  Vor- 
gang hier  auch  einem  anderen  Zeitgesetz, 
so  daß  es  mit  Sicherheit  als  erwiesen  an- 
gesehen werden  kann,  daß  in  diesen  Fällen 
der  Vorgang  nicht  durch  die  Diffusion  ge- 
regelt wird.'-)  Es  dürfte  wohl  eine  plausible 
Annahme  sein,  daß  in  allen  diesen  Fällen, 
ähnlich  wie  es  bei  der  Kristallisation  der 
Silikate  und  des  Quarzes  aus  ihren  Schmelzen 


1)  Z.  f.  phys.  Cbem.  47,  56. 

2)  Marc,  Ztschr.  f.  phys.  CL  Bde.:  61,  67, 
73,  75,  79. 


1130 


Kristallisation 


angenommen  wurde,  neben  dem  Kristalli- 
sationsvorgang noch  ein  molekularer,  also 
spezifisch  chemischer  Vorgang  einhergeht. 
Jedenfalls  ist  es  von  Bedeutung,  daß  die 
Vorgänge  der  Auflösung  und  der  Kristallisa- 
tion, nicht  wie  man  erwarten  würde,  symme- 
trisch sind,  sondern  vielfach  ganz  verschie- 
denen Gesetzen  gehorchen. 

Wie  wir  oben  gesehen  hatten,  hört  bei 
genügend  tiefen  Temperaturen  unter  dem 
Schmelzpunkt  bei  Schmelzen  sowohl  die 
spontane  Bildung  von  Kristallisationszentren 
als  auch  die  fortschreitende  Kristallisation 
praktisch  ganz  auf,  und  es  gelingt  vielfach 
durch  rasches  Abkühlen  von  Schmelzen  diese 
in  das  betreffende  ünterkühlungsgebiet  zu 
bringen,  ohne  daß  bei  den  Zwischentempe- 
raturen Kristallisation  eingetreten  wäre. 
Man  erhält  auf  diese  Weise  amorphe,  schein- 
bar dauernd  stabile,  feste  Gebilde,  die  so- 
genannten Gläser,  Ueber  die  Fähigkeit,  durch 
rasches  Abkühlen  leicht  unterkühlt  zu  werden, 
gibt  folgende  von  T  am  mann  gegebene 
Tabelle  Aufschluß:  von  153  Stoffen  ließen 
sich 

22  oder  14%  um  nicht  mehr  als  10"  einige 
Sekunden  lang  unterkühlen, 

54  oder  35%  um  10  bis  20"  einige  Sekunden 
lang  unterkühlen, 

19  oder  13%  um  mehr  als  20"  eine  Minute 
lang  unterkühlen, 

59  oder  38%  konnten  im  glasigen  Zu- 
stand erhalten  werden. 

Ganz  besonders  eignen  sich  natürlich  zur 
Unterkühlung  die  langsam  kristallisierenden 
Stoffe  wie  Quarz  und  die  meisten  Silikate, 
namentlich  die  Erdalkalisilikate,  die  denn 
auch  das  Material  zu  unseren  technischen 
Gläsern  liefern.  Solche  amorph  erhaltenen 
unterkühlten  Schmelzen  zeigen  im  allge- 
meinen keine  merkliche  Kristallisationsten- 
denz mehr  bei  geAvöhnlicher  Temperatur. 
Werden  sie  aber  auf  Temperaturen  erwärmt, 
bei  denen  bereits  eine  meßbare  spontane 
und  eine  ebenfalls  merkliche  fortschreitende 
Kristallisationsgeschwindigkeit  herrscht,  so 
wird  die  ausgebliebene  Kristallisation  ein- 
treten können,  zumal  auch,  wenn  bei  der 
vorhergegangenen  raschen  Abkühlung  sich 
bereits  unmerklich  kleine  Keime  gebildet 
hatten,  die  Gläser  entglasen.  Hierbei 
beobachtet  man  meistens  ganz  analoge  Er- 
scheinungen, wie  sie  Tammann  bei  seiner 
Untersuchung  der  Keimbildung  beschrieben 
hat  (Fig.  2),  es  geht  die  Kristallisation  von 
einzelnen  Zentren  aus,  die  sich  durch  all- 
seitiges Wachsen  zu  kugelförmigen  iVggre- 
gaten  auswachsen,  den  sogenannten  Steinen 
der  Glastechnik.  Diese  verhängnisvollen 
Steine  treten  in  der  Glastechnik  besonders 
dann  auf,  wenn  Gläser,  zum  Zweck  der  Be- 
seitigung von  Spannungen  einer  Wieder- 
erwärmung unterworfen  werden.     Auch  bei 


den  natürlichen  Gläsern,  den  Obsidianen, 
Lipariten  und  Trachyten  ist  häufig  eine 
solche  Steinbildung  zu  beobachten.  Von 
dieser  Entglasung  durch  Wärme  ist  streng 
diejenige  zu  unterscheiden,  die  viele  Gläser 
durch  äußere  Einflüsse  wie  Feuchtigkeit, 
Luft,  Kohlensäure  und  andere  chemische 
Agentien  erleiden  und  der  ein  rein  chemischer 
Vorgang  zugrunde  liegt.  Die  Besprechung 
dieser  Vorgänge  gehört  nicht  hierher. 

Ebenso  wie  die  spontane,  ist  auch  die 
fortschreitende  K.  G.,  in  starkem  Maße  von 
der  Beimengung  von  Verunreinigungen  ab- 
hängig. Für  Schmelzen  wurde  dieses  zu 
erst  von  Bogojavlenski^)  dargetan.  So 
ergab  sich  z.  B.  für  Benzil,  daß  seine  K.  G. 
durch  Beimengungen  von  0,1%  Benzo- 
phenon  um  etwa  10%,  und  durch  8% 
Benzophenon  auf  etwa  die  Hälfte  erniedrigt 
wird.  Eingehende  Untersuchugnen  sind  auch 
von  Pickardt^)  angestellt  worden,  deren 
Resultat  erst  weiter  unten  besprochen  wer- 
den soll.  ' 

Die  K.  G.  aus  Lösungen  ist  ganz  außer- 
ordentlich von  der  x\nwesenheit  von  Bei- 
mengungen abhängig,  wie  dies  von  Marc 
und  Wenk^)  gezeigt  worden  ist. 

Bereits  ein  Gehalt  von  nur  0,05  %  Chino- 
lingelb  oder  Ponceaurot  setzte  die  Kristalli- 
sation einer  um  mehr  als  15%  übersättigten 
KaliumsuKatlösung  so  stark  herab,  daß 
selbst  nach  6  Stunden  trotz  der  Anwesenheit 
zahlreicher  zugesetzter  Kristallkeime  keine 
meßbare  Kristallisation  eingetreten  war, 
während  bei  Abwesenheit  von  Farbstoff, 
aber  unter  sonst  ganz  gleichen  Bedingungen, 
wenige  Minuten  genügten,  um  die  Ueber- 
sättigung  vollständig  aufzuheben.  Andere 
Farbstoffe  erwiesen  sich  als  fast  oder  voll- 
ständig wirkungslos.  Eine  nähere  Unter- 
suchung zeigte,  daß  nur  solche  Zusätze  ver- 
langsamend auf  den  Kristallisationsvorgang- 
wirken, die  von  den  Kristallen  adsorbiert 
werden.  Dies  sind  aber  eine  Reihe  von 
Farbstoffen,  die  verschieden  sind,  bei  den 
verschiedenen  lü'istallarten,  und  eine  Anzahl 
von  Kolloiden  wie  Gummi  arab.,  Gelatine, 
Stärke,  Eiweiß  u.  a.  mehr,  von  denen  eben- 
falls erwiesen  worden  ist,  daß  sie  stark  ver- 
langsamend auf  die  Ivristallisation  einwirken. 

Es  lag  also  nahe  anzunehmen,  daß 
zwischen  der  Adsorbierbarkeit  und  der  die 
Kristallisation  hemmenden  Wirkung  enge  Be- 
ziehungen bestehen,  und  diese  Annahme 
ließ  sich  noch  dadurch  bestärken,  daß 
zwischen  Konzentration  des  Zusatzes  und 
bremsender  Wirkung  ein  gleicher  Zusammen- 
hang gefunden  wurde,  wie  zwischen  Kon- 


1)  Ztschr.  f.  phys.  Ch.  27,  585  (1898). 

2)  Ztschr.  f.  phys.  Ch.  42,  17  (1902). 

3)  Ztschr.  f.  phys.  Ch.  68,  104  (1909);  Ztschr. 
f.   Kristallogr.  47  S.  125  (1909). 


Kristallisation 


1131 


zentration  und  adsorbierter  Menge.  Es 
bremsen  also  die  kolloiden  Zusätze  dadurch, 
daß  sie  an  den  Keimen  adsorbiert  werden,  und 
dadurch  die  Konzentration  der  kristallisier- 
baren Substanz  selbst  in  unmittelbarer 
Nähe  des  Keimes  verringern.  Daß  nicht 
einfach  ein  mechanisches  Abschließen  des 
Keimes  gegen  die  Umgebung  durch  den 
adsorbierten  Zusatz  stattfindet,  geht  daraus 
hervor,  daß  die  Geschwindigkeit  der  Auf- 
lösung durch  die  Zusätze  nicht  erheblich 
oder  gar  nicht  geändert  wird. 

Anschließend  an  die  hier  beschriebenen 
an  Lösungen  gemachten  Erfahrungen  hat 
Fr  eundlich^)  die  Messungen  vonPickardt^) 
über  die  Beeinflussung  der  K.  G.  in  Schmel- 
zen durchgerechnet  und  gelangt  zu  dem 
bemerkenswerten  Ergebnis,  daß  auch  hier 
zwischen  der  bremsenden  Wirkung  der  Zu- 
sätze und  ihrer  Konzentration  die  gleichen 
Beziehungen  bestehen,  wie  zwischen  adsor- 
bierter Menge  und  Adsorption.  Auch  dieses 
Resultat  ließe  sich  nur  verstehen,  wenn  man 
die  Schmelzen,  wie  weiter  oben  auseinander- 
gesetzt, als  Lösungen  auffaßt.  Tammann^) 
gibt  neuerdings  eine  andere  Erklärung  für 
die  von  Pickard  t  beobachteten  Beziehungen. 
Er  zeigt,  daß  man  dieselben  unter  der  An- 
nahme berechnen  kann,  daß  durch  den  Zu- 
satz zufolge  des  Raoult  van't  Hoffschen 
Gesetzes  der  Schmelzpunkt  erniedrigt  wird, 
daß  also  die  maximale  K.  G.,  die  ja  der 
Temperatur  des  Schmelzpunktes  entspricht, 
bei  tieferer  Temperatur  verläuft,  als  in  der 
reinen  Schmelze,  und  daß  sie  deswegen 
langsamer  verläuft.  Für  diese  Auffassung 
spräche  auch  der  Befund  Pickardts,  daß 
von  32  Stoffen  26  in  äquimolekularer  Kon- 
zentration die  gleiche  Wirkung  hatten,  was 
ja  von  dem  Raoult  van't  Hoffschen 
Gesetz  postuliert  wird,  während  nur  5  eine 
zu  kleine  und  einer  eine  zu  große  Wirkung 
ausübte.  Diese  Abweichungen  erklärt  Tam- 
mann  durch  spezifische  Wirkungen  der  Zu- 
sätze, wie  sie  z.  B.  durch  Bildung  von  Misch- 
kristallen in  geringem  Maße  mit  der  Haupt- 
substanz bedingt  wären..  Den  Einfluß  von 
Zusätzen  solcher  Stoffe,  die  mit  der  Haupt- 
substanz teilweise  oder  in  allen  Verhältnissen 
Mischkristalle  bilden  können,  haben  Bogo- 
javlenski  und  Sacharow*)  untersucht. 

5.  Direkte  Beobachtungen  über  den 
Kristallisationsvorgang  und  das  Aus- 
sehen der  verschiedenen  Produkte  in  den 
einzelnen  Stadien  der  Kristallisation. 
Eingehende  Untersuchungen  über  diesen 
Punkt  sind  wohl  zuerst  von  Vogelsang^) 

1)  Ztschr.  f.  phys.  Ch.  75  245  (1910). 
8)  1.  c. 

3)  ztschr.  f.  phys.  Ch.  81,  171  (1912). 
*)  Protokolle  der  Natm-forschergesellschaft  d. 
Universität  Jurjew.  15,  197  (1906). 
5)  Die  Kristalliten.  Bonn  1875. 


angestellt  worden.  Vogelsang  ließ  unter 
dem  Mikroskop  sich  verschiedene  Kristalli- 
sationsvorgänge abspielen,  und  zwar  unter 
solchen  Bedingungen,  daß  der  Vorgang 
möglichst  langsam  erfolgte.  Er  behandelte 
experimentell  zunächst  nur  die  Abscheidung 
aus  Lösungen  und  zwar  Schwefel  aus 
Schwefelkohlenstofflösung  und  kohlensauren 
Kalk  aus  wäßriger  Lösung. 

Um  den  Kristallen  bei  ihrer  x\usbildung 
ein  erhebliches  Hindernis  entgegenzusetzen 
und  diese  dadurch  zu  verlangsamen,  erhöhte 
er  die  innere  Reibung  stark,  indem  er  das 
Lösungsmittel  mit  Kanadabalsam  ver- 
mischte. Auf  diese  Weise  erhielt  er  der  Reihe 
nach  die  verschiedensten  Entwickelungs- 
vorgänge  bei  der  Bildung  von  Kristallen. 
Die  hierbei  erzielten  gewissermaßen  embryo- 
nalen Kristalle  nennt  Vogelsang  Kristal- 
liten. 

Auf  der  niedrigsten  Entwickehmgsstufe 
stellen  sich  die  Kristalle  als  kleine  kugel- 
förmige Teilchen  dar,  die  Globulite  genannt 
werden.  Diese  Kügelchen  reihen  sich  durch 
Molekularattraktion  zu  Schnüren  anein- 
ander, die  als  Margarite  bezeichnet  werden. 
Diese  Schnüre  gruppieren  sich  dann  weiter 
unter  gewissen  Bedingungen  zu  fein  den- 
dritischen und  strahligen  Aggregaten.  Die 
einzelnen  Margariten  bilden  dabei  meist 
ganz  bestimmte  Winkel  gegeneinander. 
Nebenbei  findet  man  vielfach  Büschel  haar- 
förmiger  Kristallindividuen  ,,Trichite".  Im 
weiteren  Entwickelungsstadium  treten  dann 
an  Stelle  der  rundlichen  Globuliten  längliche 
bis  nadlige  aber  immer  noch  gerundete  Be- 
standteile, die  als  Longulite  bezeichnet 
werden,  aus  denen  sich  im  weiterem  Verlauf 
feine  Kristallnadeln  und  schließlich  regel- 
rechte kantige  Kristalle  entwickeln.  Die 
Fähigkeit,  in  kristallitischer  Form  sich  abzu- 
scheiden, ist  bei  den  verschiedenen  Stoffen 
sehr  verschieden  und  wird  von  Vogelsang, 
wohl  nicht  mit  Unrecht,  mit  einer  gewissen 
Instabilität  der  kristallisierenden  Systeme 
in  Zusammenhang  gebracht.  Solche  Kristal- 
liten zeigen  sich  vielfach  an  natürlichen 
Eiskristallen  sowie  an  Schliffen  künstlicher 
und  natürlicher  Gläser  sowie  an  Schlacken, 
An  solchen  Schliffen  konnten  noch  viel 
eingehender  alle  Uebergangsformen  zwischen 
den  primitiven  Globuliten  und  den  fertig 
ausgebildeten  Kristallen  beobachtet  werden. 
Uebergangszustände  zwischen  diesen  Kristal- 
liten und  den  fertig  ausgebildeten  Kristallen 
bezeichnet  Vogelsang  als  ,,Mikroliten". 

Es  scheint  kaum  zweifelhaft,  daß  kristal- 
litische  Abscheidung  in  ihren  verschiedenen 
Stufen  vorzüglich  dadurch  hervorgerufen 
wird,  daß  die  fortschreitende  Kristallisation 
stark  gehemmt  wird,  während  die  spontane 
nicht  oder  nicht  w^esentlich  beeinflußt  wird, 
und    es    wird    verständlich,    daß    in    stark 


1132 


Kristallisation 


labilen  Sj^stemen,  bei  denen  also  eine  spon- 
tane Kristallisation  besonders  leicht  erfolo;t, 
diese  Kristallitenbildung  besonders  häiit'i;^ 
ist.  Außer  durch  Zusatz  von  stark  die 
Diffusion  hemmenden  Stoffen,  wie  dies  hier 
geschehen  ist,  kann,  wiewir  oben  sahen,  auch 
durch  Zusatz  gewisser  kolloidaler  Verun- 
reinigungen die  fortschreitende  Kristalli- 
sation stark  herabgemindert  werden,  ohne 
die  spontane  Keimbildungsfähigkeit  zu  be- 
einflussen und  es  ist  daher  nicht  wunderbar, 
wenn  solche  Zusätze  ebenfalls  Kristalliten- 
bildung  befördern.  Wir  kommen  weiter  unten 
noch  darauf  zurück.  Eine  unvollständige 
Kristallbildung  wird  auch  dadurch  bewirkt, 
daß  Abscheidung  aus  genügend  starken 
Uebersättigungen  stattfindet,  ohne  daß  für 
einen  entsprechend  raschen  Konzentrations- 
ausgleich gesorgt  wird.  Hierbei  wird  im  all- 
gemeinen ein  besonders  verstärktes  Kanten- 
und  Eckenwachstum  bemerkbar,  was  auf 
Grund  der  Figur  4,  die  der  Molekularphisik 


Fig.  4. 

von  0.  Lehmann  entnommen  ist,  leicht 
zu  erklären  ist.  Längs  der  Kristallflächen 
herrscht,  wie  wir  ja  gesehen  hatten, 
stets  infolge  der  sofort  erfolgenden  Kristall- 
lisation  die  Konzentration  der  Sättigung, 
auf  einer  in  einiger  Entfernung  vom 
Kristall  gedachten  Kugelschale,  durchweg 
die  gleiche  Uebersättigung.  Es  besteht 
also  zwischen  der  Konzentration  in  dieser 
Kugelschale  und  derjenigen  an  dem  Kristall 
ein  Konzentrationsgefälle,  das  an  den 
Kanten  und  Ecken  besonders  steil  ist. 
Infolgedessen  wird  hier  besonders  leb- 
hafte Diffusion,  demnach  aber  auch  be- 
sonders rasches  Wachsen  stattfinden.  Man 
versteht  ohne  weiteres,  daß  dieser  Einfluß 
um  so  geringer  sein  wird,  je  geringer  das 
Konzentrationsgefälle  überhaupt,  je  geringer 
also  die  Uebersättigung  der  Lösung  ist. 

Die  Resultate  dieses  bevorzugten  Ecken- 
und  Kantenwachstums  sind  die  sogenannten 
Kristallskelette,  zu  denen  auch  die  bekannten 
treppenförmigen  Salzkristalle,  sowie  die  zahl- 
reichen Kristalldendriten  gehören,  wie  man 
sie  besonders  erhält,  wenn  rasche  Kristalli- 
sation längs  einer  Fläche  stattfindet  (Eis- 
blumen), 


Gerade  das  entgegengesetzte  Ziel  als  das 
von  Vogelsang  befolgte,  nämlich  das  Er- 
zielen möglichst  vollkommener  allseitig 
gleichmäßig  ausgebildeter  Kristalle,  wird 
häufig  erstrebt,  es  ist  Gegenstand  der  so- 
genannten „Kristallzüchtung".  Es  ist  ver- 
ständlich, daß  man  hierloei  gerade  die 
leichte  Keimbildung  zu  vermeiden  sucht  und 
große  fortschreitende  K.  G.  anstreben  wird. 
Zu  diesem  Zweck  sucht  man  bei  möglichst 
geringen  Uebersättigungen  zu  arbeiten,  das 
Bilden  von  Kriställchen  an  den  Wandungen 
der  Gefäße  oder  auf  der  Oberfläche  zu  ver- 
meiden, die  in  die  Lösung  fallen  und  hier 
als  Keim  dienen  könnten,  durch  sorgfältiges 
Filtrieren  die  Lösung  von  etwa  gebildeten 
Kristallkeimen  zu  befreien,  Temperatur- 
schwankungen, die  eine  lokale  Kristall- 
abscheidung  hervorrufen  könnten,  nach  Mög- 
lichkeit auszuschließen.  Andererseits  sucht 
man  alle  Verunreinigungen,  die  eine  Verlang- 
samung der  fortschreitenden  K.  G.  bewirken 
könnten,  nach  Möglichkeit  zu  entfernen, 
und  diese  fortschreitende  K.  G.  durch  Be- 
förderung der  Diffusion  zu  erhöhen  und 
letztere  für  alle  Teile  möglichst  gleichmäßig 
zu  erhalten,  was  durch  gutes  Rühren  bewirkt 
werden  kann.  Als  Keim  benutzt  man  einen 
oder  vereinzelte  möglichst  gut  ausgebildete 
Kristalle,  deren  Oberfläche  sorgfältig  rein 
gehalten  werden  muß.  Bei  peinlicher  Be- 
rücksichtigung solcher  Bedingungen  gelingt 
es  bisweilen  von  gewissen  Stoffen  recht 
erhebliche  gut  ausgebildete  Kristalle  zu 
züchten,  und  der  Referent  entsinnt  sich 
gelegentlich  einer  Ausstellung  einen  Alaun- 
kristall von  etwa  50  cm  Oktaederkantenlänge 
gesehen  zu  haben.  Es  handelte  sich  aller- 
dings um  Chromalaun,  bei  dessen  Undurch- 
sichtigkeit  etwa  vorhandene  Einschlüsse 
nicht  entdeckt  w^erden  konnten. 

Im  allgemeinen  kann  man  aber  sagen, 
daß  das  Problem  der  Kristallzüchtung  noch 
längst  nicht  gelöst  ist,  und,  daß  es  häufig 
nicht  gelingen  will,  selbst  bei  größter  Sorgfalt 
gut  ausgebildete,  namentlich  optisch  ein- 
wandfreie, Kristalle  von  einigermaßen  er- 
heblichen Dimensionen  zu  erhalten,  während 
in  anderen  Fällen  eine  stehengelassene,  ver- 
gessene, oder  ohne  jede  Sorgfalt  behandelte 
Lösung  die  schönsten  Exemplare  liefert. 
Es  ist  evident,  daß  noch  eine  Reihe  von  Ein- 
flüssen bei  der  Kristallisation  in  Betracht 
gezogen  werden  müssen,  deren  Tragweite  wir 
noch  kaum  zu  ermessen  vermögen,  ja  die 
uns  zum  Teil  wohl  noch  gar  nicht  bekannt 
sind.  So  kann  z.  B.  häufig  die  Beobachtung 
gemacht  werden,  daß  in  geräumigen  Gefäßen 
unter  sonst  gleichen  Bedingungen  erheblich 
größere  Kristallindividuen  entstehen,  als 
in  kleinen  Gefäßen,  eine  Beobachtung,  die 
bereits  von  Goethe  beschrieben  wor- 
den ist. 


Ej'istallisation 


113c 


Einen  ganz  besonders  starken  Einfluß 
auf  die  Ausbildung  von  Kristallen  haben 
Beimengungen  und  Verunreinigungen,  die 
in  der  Lösung  enthalten  sind.  Untersuchun- 
gen, die  diese  Auffassung  belegen,  sind  in 
außerordentlicher  Anzahl  vorhanden.  Man 
kann  hierbei  zwei  Arten  der  Beeinflussung 
unterscheiden.  Gewisse  Zusätze  bewirken 
lediglich  Verzerrungen  des  Kristallhabitus, 
begünstigen  nadeiförmige  oder  blättrige  Ab- 
scheidung, andere  dagegen  bewirken  das  Auf- 
treten ganz  neuer  Formen,  die  bei  Abwesen- 
heit der  Verunreinigung  nicht  in  merklicher 
Weise  entstehen. 

Zu  diesen  letzteren  gehört  zum  Beispiel 
die  oktaedrische  Ausbildung  des  Steinsalzes 
bei  Gegenwart  gewisser  Zusätze,  z.  B.  des 
Harnstoffes,  wie  es  zuerst  wohl  von  Abbe 
Hauy  realisiert  worden  ist,  oder  die  Ab- 
scheidung des  normalerweise  als  Oktaeder 
auftretenden  Alaunes  als  Würfel,  einer 
Form,  in  der  dieser  von  Leblanc^)  erhalten 
worden  ist.  Diese  Erscheinung  ist  von 
A.  Ritzel-)  erklärt  worden.  Sie  ist  bedingt 
durch  die  verschiedene  Löslichkeit  der 
Formen  eine  Verschiedenheit,  die  durch  den 
Zusatz  ausgeglichen  und  durch  weiteren  Zu- 
satz in  ihr  Gegenteil  verkehrt  wird.  So  fand 
er,  daß  in  reiner  wässeriger  Lösung  die 
Oktaederfläche  des  Chlornatriums  löslicher 
ist  als  die  Würfelfläche,  während  in  einer 
10%  Harnstoff  enthaltenden  Lösung  die 
Löslichkeit  der  Würfelfläche  größer  ist. 
Bei  einem  etwa  5%  enthaltenden  Gemisch 
war  die  Löslichkeit  der  beiden  Formen 
gleich.  In  der  Gegend  von  5%  Zusatz  erhielt 
Ritzel  dementsprechend  auch  meist  beide 
Formen  nebeneinander,  während  bei  klei- 
neren Zusätzen  ausschließlich  Würfel,  bei 
größeren  ausschließlich  Oktaeder  entstanden. 

Der  andere  Fall,  daß  die  Form  durch 
Zusätze  nicht  verändert  wird,  wohl  aber  der 
Habitus  in  mehr  oder  weniger  starkem  Maße, 
ist  ebenfalls  sehr  häufig  beobachtet  worden. 
Besonders  stark  ist  der  formverzerrende 
Einfluß  von  einigen  Kolloiden,  sowie  von 
gewissen  Farbstoffen  wie  dies  bereits  von 
0.  Lehmann^)  und  von  Retgers*)  und 
neuerdings  von  Marc  und  Wenk^)  fest- 
gestellt worden  ist.  Die  letzteren  haben  eine 
Theorie  für  diese  Erscheinung  gegeben. 
Es  ließ  sich  nämlich  zeigen,  daß  die  den 
Kristallhabitus  verändernden  Zusätze  alle 
auch  dieselben  waren,  die  die  K.  G.  in  so 
starkem  Maße  herabsetzten,  und  der  Schluß 


1)  Cristallocheuiie.     Paris  1802. 

2)  Ztschr.  f.  Kristallogr.  49,  152  (1911). 

3)  Ztschr.  f.  Kristallogr.  (1877)  1,  453;  Ztschr, 
f.  phys.  Ch.  (1891)  8,  543. 

«)  Ztschr.  f.  phys.  Chem.  (1892)  9,  269,  (1893) 
12,  615. 
5)  1.  c. 


lag  nahe,  diese  beiden  Tatsachen  in  Zusam- 
menhang zu  bringen.  Nimmt  man  an,  was 
durch  spätere  spezielle  Untersuchungen  auch 
bestätigt  worden  ist,  daß  die  verschiedenen 
Flächen  verschieden  stark  adsorbieren,  so 
wird  die  Kj-istallisationsgeschwindigkeit  in 
den  verschiedenen  Richtungen  verschieden 
stark  gehemmt,  und  der  Kristall  muß  sich 
ungleichmäßig  ausbilden.  Macht  man  die 
Konzentration  des  Zusatzes  genügend  groß, 
so  wird  zunächst  in  einer  Richtung  die  Wachs- 
tumsgeschwindigkeit praktisch  gleich  null 
werden.  Der  Kristall  wird  blättrig  werden. 
Wird  die  Wachstumsgeschwindigkeit  in  allen 
bis  auf  eine  Richtung  gleich  null,  so  wird  der 
Kristall  sich  haarförmig  bis  spießig  ausbilden, 
und  wird  sie  schließlich  für  alle  Richtungen 
praktisch  null,  so  wird  ein  ausgeschiedener 
Keim  praktisch  in  keiner  Richtung  weiter- 
wachsen und  man  erhält  embrionale,  fast 
submikroskopische  globulitenartige  Indivi- 
duen. Alle  diese  Fälle  konnten  praktisch 
realisiert  werden. 

Außer  durch  diese  Stoffe,  bei  denen  ein 
Zusammenhang  zwischen  Beeinflussung  und 
anderen  Eigenschaften  und  somit  die  Ur- 
sache der  formändernden  Wirkung  auf- 
gefunden werden  konnte,  sind  aber  noch 
zahlreiche  Einflüsse  von  Lösungsgenossen 
beobachtet  worden,  wo  dies  nicht  möglich 
war,  z.  B.  bei  den  verschiedenen  in  neuerer 
Zeit  von  Gerhart^)  studierten  Fällen. 
Hier  wäre  vielleicht  an  eine  chemische  Ver- 
änderung der  Keimoberfläche  durch  den  Zu- 
satz zu  denken. 

Während  wir  also  in  dem  Vorstehenden 
eine  ganze  Reihe  von  physikalischen  und 
chemischen  Einflüssen  kennen  gelernt  haben, 
die  der  gleichmäßigen  allseitigen  Ausbildung 
der  Kristalle  hinderlich  sind,  und  eine  Ver- 
zerrung derselben  herbeiführen,  sind  anderer- 
seits auch  Eigenschaften  bekannt,  die  be- 
günstigend auf  die  Ausbildung  großer  form- 
vollendeter Kristalle  einwirken.  So  kann 
man  häufig  beobachten,  daß  ein  verletzter 
Kristall,  der  in  eine  nicht  zu  stark  über- 
sättigte Lösung  gebracht  wird,  wieder  aus- 
heilt, unter  Umständen  sogar  ohne  Zufuhr 
von  Substanz  aus  der  Lösung,  also  indem 
die  Substanz  sich  an  den  unverletzten 
Flächen  ablöst  und  an  den  verletzten  wieder 
abscheidet.  Ferner  ist  es  häufig  festgestellt 
worden,  daß  ein  großer  Kristall  bei  konstanter 
Temperatur  und  in  einer  gesättigten  Lösung 
auf  Kosten  der  gleichzeitig  darin  enthaltenen 
kleinen  Kristalle  wächst.  Diese  Erschei- 
nungen sind  durch  eine  zuerst  von  Curie^) 
formulierte  Theorie  erklärt  worden,  wonach 


1)  Gerhart,  Tscherm.  Min.  petr.  :\Iitt.  (1906) 
24   359. 

'  2)  Bull.  soc.  Min.  1885  VIII.  145. 


1134 


Kristallisation  —  Kristallographie 


ein  jeder  Kristall  die  Form  anzunehmen 
strebt,  bei  der  seine  Oberl'lächeneiiergie  ein 
JMinimum  ist.  Nun  ist  die  Oberfläche  und 
mithin  die  Oberi'Lächenenergie  von  vielen 
kleinen  Kristallen  größer  als  die  eines  gleich 
schweren  großen  Kristalles  und  eng  damit 
verbunden  ist  die  Tatsache,  daß  die  Löslieh- 
keit  der  kleinen  Ivristalle  größer  ist  als  die- 
jenige der  großen.  Es  werden  sich  also  in 
ein  und  derselben  Lösung  die  kleinen  Kristalle 
auflösen  und  an  dem  großen  Kristall  wieder 
abscheiden  (Sammelkristallisation).  Eine 
solche  Sammelkristallisation  spielt  z.  B. 
bei  der  bekannten  ständigen  Vergrößerung 
des  Gletscherkorns  eine  ausschlaggebende 
Rolle.  Ebenso  wird  durch  Verletzung  das 
Löslichkeitsgieichgewicht  eines  Kristalles  mit 
seiner  Umgebung  gestört  und  erst  durch 
das  Ausheilen  der  Verletzung  wieder  her- 
gestellt. Natürlich  gehen  diese  Vorgänge 
infolge  der  im  allgemeinen  sehr  geringen 
Löslichkeitsdifferenzen  nur  langsam  vor  sich. 

Beim  Schmelzen  spielt  ebenfalls  die 
Ausbildung  einzelner  Kristallindividuen  eine 
gew'isse  Rolle  und  zwar  weniger  die  Form 
als  die  Größe  der  einzelnen  Individuen.  Dies 
ist  z.  B.  in  der  Metallographie  der  Fall, 
w^o  ein  enger  Zusammenhang  zwischen  der 
Korngröße  und  der  Festigkeit  der  verschie- 
denen Metalle  und  Metallegierungen  fest- 
gestellt werden  kann.  Die  Korngröße  steht 
sicherlich  mit  der  Abkühlungsgeschwindig- 
keit in  enger  Beziehung.  Wird  z.  B.  bei  der 
Abkühlung  das  Intervall  maximaler  Keim- 
bildungsgeschwindigkeit besonders  langsam 
durchschritten,  so  wird  die  Kristallisation 
von  zahlreichen  Zentren  ausgehen  und  ein 
besonders  feinkörniges  Aggregat  erzielt  wer- 
den. Wird  dagegen  dieses  Intervall  rasch 
durchschritten  und  die  langsamere  iVbküh- 
lung  in  ein  Temperaturintervall  fallen,  in 
dem  die  fortschreitende  K.  G.  noch  erheb- 
lich ist,  so  wird  die  Kristallisation  von 
wenigen  Zentren  aus  erfolgen  und  ein  grob- 
körniges Aggregat  entstehen. 

Ueber  die  Vorgänge,  die  sich  bei  der 
Kristallisation  aus  Dämpfen  abspielen,  sind 
erheblich  weniger  Versuche  angestellt  wor- 
den. Es  wurde  zunächst  die  Frage  behandelt^), 
ob  Dämpfe  überhaupt,  da  wo  sie  mit  dem 
kristallinischen  Zustand  im  Gleichgewicht 
sind,  direkt  als  Kristalle  sich  niederschlagen, 
oder  ob  sie  zuerst  sich  zu  Flüssigkeiten  kon- 
densieren. Diese  Frage  wurde  dahin  be- 
antwortet, daß  Stoffe,  die  leicht  unter- 
kühlbare Flüssigkeiten  bilden  können,  sich 
zuerst  als  Tropfen  ausscheiden,  während 
bei  den  schwer  unterkühlbaren  sofort  lunstall- 
bildung  eintreten  soll.  Es  ist  aber  wohl 
anzunehmen,  daß  in  allen  Fällen  zuerst  eine 
Kondensation    zur    Flüssigkeit    stattfindet, 


der  dann  allerdings  bei  den  schwer  unter- 
kühlbaren  Stoffen  die  Kristallisation  mit 
großer  Geschwindigkeit  folgt.  Es  werden 
daher  bei  diesen  Vorgängen  kaum  erheb- 
lich andere  Gesetzmäßigkeiten  zu  erwarten 
sein,  als  sie  bei  der  flüssigen  Kondensation 
einerseits  und  dem  Uebergang  vom  ge- 
schmolzenen zum  kristallinen  Zustand,  an- 
dererseits beobachtet  worden  sind.  Den 
Stempel  des  ursprünglich  flüssigen  Zustandes 
tragen  z.  B.  auch  ausgesprochen  die  ver- 
schiedenen Metallniederschläge,  die  Kohl- 
schütter durch  Kondensation  von  Metall- 
dämpfen erhalten  hat.  Kohlschütter  und 
Ehlers 2)  untersuchten  unter  anderem  auch 
den  Einfluß  von  Gasbeimengungen  auf 
den  Verteilungsgrad  der  erhaltenen  Metall- 
niederschläge und  finden  diese  zunehmend 
feiner  verteilt,  je  größer  die  Dichte  des 
beigemengten  Gases  war,  ein  Befund,  der 
zu  dem  Einfluß  von  Zusätzen,  die  die  innere 
Reibung  erhöhten,  auf  die  kristallitenartige 
Abscheidung  in  naher  Beziehung  stehen 
dürfte. 

Ebenso  wie  die  Kristalle,  die  mit  ihrer 
Lösung  oder  der  Schmelze  im  Gleichgewicht 
stehen,  zeigen  auch  die  mit  dem  Dampf 
im  Gleichgewicht  sich  befindenden  Kri- 
stalle die  Tendenz  verletzte  Stellen  auszu- 
heilen und  auf  Kosten  gleichzeitig  vorhandener 
kleiner  Kristalle  zu  wachsen.  Es  läßt  sich 
diese  Tatsache  ebenfalls  durch  die  oben  er- 
wähnte Theorie  von  Curie  erklären,  denn 
eine  größere  Oberflächenenergie  bedingt 
nicht  nur  größere  Löslichkeit,  sondern  auch 
größeren  Dampfdruck.  Es  müssen  sich  also 
die  kleinen  Kriställchen  verflüchtigen  und 
auf  den  großen  Kristallen  wieder  ab- 
scheiden. 

Literatur.  G,  Tanimann,  KryslalHsieren  und 
Schmelzen.  Leipzig  1903.  —  O.  Lehmann, 
3Iolekv.larphy.uk  i.  Leipzig  1S8S.  —  Vogel- 
sang, Die  Kristallüen.  Bonn  1875.  —  ^yal- 
lerant,  Ky^yntallogruphie.  Paris  1909.  — 
Cr.  Linck,  Grundriji  der  Kristallographie, 
3.  Aufl.     Jena  1913. 

U.   Marc. 


^)  F.  B  e  c  k  e  r ,  Ztschr.  f.  phys.  Ch.  78, 39  (1912). 


Kristallographie. 

Die  Kristallographie  ist  die  Lehre  von 
den  Kristallen,  von  allen  ihren  Eigenschaften. 
Der  älteste  Zweig  ist  die  geometrische 
Kjistallographie,  die  Betrachtung  der  Kristall- 
formen. Mit  ihnen  haben  sich  schon  Keppler, 
Linne  und  Nicolans  Steno  beschäftigt. 
Von  dem  Letzteren  rührt  eines  der  Grund - 


1)  Ztschr.  f.  Elektroch.  1912,  18,  374. 


Kristallograpliie  —  Kristallphysik  (Mechanische  Egenschaften) 


1135 


gesetze  der  Kristallographie,  das  Gesetz 
von  der  Konstanz  der  Kantenwinkel  her 
(1669).  Das  zweite  Grundgesetz,  das  Gesetz 
von  der  Rationalität  der  Indices  geht  auf 
Hauy  (Ende  des  17.  Jahrhunderts)  zurück. 
Die  Aufstellung  der  sechs  Kristallsysteme 
stammt  von  Christian  Samuel  Weiß 
(1815)  und  die  Ableitung  der  allein  und  not- 
wendig möglichen  32  Symmetrieklassen  ist 
auf  Hess el  zurückzuführen.  So  hat  man  die 
Kristallform  als  etwas  der  Substanz  eigen- 
tümliches erkannt,  man  hat  den  symmetri- 
schen Bau  der  Kristalle  und  den  Zusammen- 
hang der  Formen  untereinander  einge- 
sehen. 

Ein  zweites  Gebiet  der  Kristallographie 
wurde  durch  Brewster  (1819)  in  Zusammen- 
hang mit  den  geometrischen  Eigenschaften 
gebracht,  indem  er  zeigte,  wie  auch  die 
optischen  Eigenschaften  den  Symmetrie- 
gesetzen folgen.  Die  Kristalloptik  war  zu 
seiner  Zeit  schon  weit  gediehen,  nachdem 
Erasmus  Bartholin  bereits  1670  die 
Doppelbrechung  im  Kalkspat  und  Malus 
1808  die  Polaxisation  der  durch  Doppel- 
brechung entstehenden  Strahlen  entdeckt 
hatte.  Die  Uebereinstimmung  anderer 
physikalischer  Eigenschaften  mit  der  geome- 
trischen Symmetrie  ward  ebenfalls  schon 
früh  erkannt  und  es  kann  hier  besonders 
Mitscherlich  als  einer  der  Bahnbrecher 
genannt  werden,  der  die  Ausdehnung  der 
Kristalle  durch  Temperatursteigerung  mit 
den   Symmetriegesetzen  im  Einklang  fand. 

Ein  drittes  Gebiet  ist  die  chemische 
Kristallographie,  die  uns  belehrt  über  die 
Abhängigkeit  der  Form  von  dem  chemischen 
Bestände  und  über  die  Beziehungen  der 
Stoffe  untereinander.  Auf  diesem  Gebiete 
dürfen  wir  wiederum  Mitscherlich  als  den 
Inaugurator  einer  neuen  Zeit  betrachten. 
Seine  Lehre  vom  Isomorphismus  und  Poly- 
morphismus (1821)  ergab  hier  die  Grund- 
lage. 

Man  teilt  demnach  gewöhnhch  die  Kri- 
stallographie in  drei  Kapitel:  geometrische, 
physikalische  und  chemische  Kristallogra- 
phie, Diesen  Kapiteln  könnte  man  noch 
eines  über  die  Genesis  der  Kristalle  und  über 
den  inneren  Bau  der  Kristalle  anhängen. 
Auf  dem  ersteren  Gebiet  sind  L e  e  u  w  e  n  h  o  e  k 
und  Vogelsang  die  ersten  Arbeiter  gewesen 
und  das  Letztere  blieb  bis  in  unsere  Tage 
der  theoretischen  Forschung  vorbehalten. 
Erst  vor  kurzem  ist  es  auch  hier  gelungen, 
experimentell  vorzugehen  und  das  Verdienst 
davon  gebührt  Laue  und  seinen  Mitarbeitern, 
welche  durch  die  Interferenz  von  Röntgen- 
strahlen den  molekularen  Bau  der  Kristalle 
sozusagen  sichtbar  gemacht  haben. 

Zwischen  aU  den  Gebieten  der  Kristallo- 
graphie besteht  ein  inniger  Zusammenhang, 


welcher  in  den  Eigenschaften  des  an  sich 
anisotropen  Moleküls  beruht  und  in  dem 
mehr  oder  minder  symmetrischen  Bau  der 
Kristalle  zum  Ausdruck  kommt.  Die  Sym- 
metrie beherrscht  die  Form  in  gleichem 
Maße,  wie  die  physikalischen  Eigenschaften, 
sie  ist  zum  Teil  sogar  grundlegend  für  die 
chemischen  Eigenschaften.  Wir  finden 
einen  Zusammenhang  zwischen  Gestalt  und 
Volumen  der  Materie  einerseits  und  ihren 
chemischen  Konstanten  andererseits.  Diesen 
Zusammenhang  völlig  zu  ergründen,  gleich- 
sam einen  dem  Molekulargewicht  äqui- 
valenten Ausdruck  für  Volumen  und  Gestalt 
zu  finden,  alle  Eigenschaften  der  Kristalle 
auf  die  Grundeigenschaften  des  Moleküls, 
sein  Gewicht  und  sein  Volumen  zurück- 
zuführen ist  Endzweck  der  Kristallographie. 

Sie  steht  heute  schon  auf  einer  sehr 
hohen  Stufe  der  Vollkommenheit,  weil  sie 
sich  systematisch  nur  nach  dem  einen  Gesetz 
der  Symmetrie  auibauen  läßt,  wie  kaum 
eine  zweite  Naturwissenschaft. 

Sie  leistet  deshalb  auch  dem  Physiker 
und  dem  Chemiker  viel  in  bezug  auf  Voraus- 
sage von  Eigenschaften  und  ist  darum 
längst  aus  der  mönchischen  Abgeschieden- 
heit herausgetreten,  in  der  sie  noch  von 
Goethe  befunden  wurde. 

Literatur.  Wichligste  Lehrbücher  der  Kristallo- 
graphie: P.  V,  G^roth,  Physikalische  Kristallo- 
graphie, 4.  Aufl.  Leipzig  1905.  —  Th.  Lie- 
bisch, Grundriß  der  physikalischen  Kristallo- 
graphie. Leipzig  1896.  —  G.  Linck,  Grundriß 
der  Kristallographie,  S.  Anfl.  Jena  1913.  — 
E.  Sommerfelclt,  Geometrische  Kristallographie. 
Leipzig- 1906.  —  H.  Baiiinhauer,  Die  neuere 
Entwickelung  der  Kristallographie.  Braun- 
schiveig  1905.  —  ^1.  Becker,  Kristalloptik. 
Stuttgart  1903.  —  W.  Voigt,  Lehrbuch  der 
Kristallphysik.  Leipzig  und  Berlin  1910.  — 
A.  Arzruni,  Physikalische  Chemie  der  Kristalle. 
Braunschweig  1893.  —  jP.  v.  Groth,  Chemische 
Kristallographie.  Leipzig  1906.  —  F.  v.  Kobell, 
Geschichte  der  Mineralogie  von  1650  bis  1860. 
München  I864. 

G.   Lincic. 


Kristallphysik. 

Mechanische  Eigenschaften. 

1.  Elastische  Deformationen.  2.  Unelastische 
Deformationen  ohne  Trennung  (plastisches 
Verhalten):  a)  Translationen.  b)  Emfache 
Schiebungen.  3.  Unelastische  Deformatmnen 
mit  Trennung  (sprödes  Verhalten):  a)  Spalt- 
barkeit, b)  Zerreißfestigkeit  und  Druckfestigkeit, 
c)  Härte,     d)  Schlag-  und  Druckfiguren. 

Bei  mechanischer  Beanspruchung  von 
Kristallen  ist  zu  unterscheiden  zwischen  nur 


1136 


Kristullpliysik  (Mechanische  Eigenschaften) 


vorübergehenden  (nur  wcährend  der  Dauer 
der  Beanspruchunis?  vorliandeiien)  und  dauern- 
den (auch  nach  Aufhören  der  Beanspruchung 
bestehen  bleibenden)  Veränderungen ;  erstere 
nennt  man  elastische,  letztere  unelas- 
tische. Unter  den  kristallinischen  Körpern 
gibt  es  nur  wenige,  welche  elastische  Defor- 
mationen von  großem  Betrage  gestatten, 
also  durch  große  Vollkommenheit  des 
elastischen  Verhaltens  ausgezeichnet  sind 
(z.  B.  Ghmmer),  bei  den  meisten  wird  die 
Elastizitätsgrenze  schon  bei  geringen  Be- 
trägen der  Deformation  überschritten  und 
es  tritt  dann  dauernde  Deformation  ent- 
weder ohne  Trennung,  nämlich  bei  plas- 
tischem Verhalten,  oder  mit  Trennung, 
nämhch  bei  sprödem  Verhalten  ein. 

I.  Elastische  Deformationen.  Das 
elastische  Verhalten  ist  hier  nur  hinsicht- 
lich der  Veränderungen  der  Form,  nicht 
auch  der  optischen,  elektrischen  und  an- 
derer Eigenschaften  behandelt. 

a)  Dilatations-  und  Deformations- 
komponenten. Zerlegt  man  die  elastischen 
Kräfte,  welche  auf  3  zu  den  rechtwinkligen 
Achsen  OX,  OY  und  OZ  senkrechte  Flächen- 
elemente cox,  coy,  v>z  wirken,  je  in  drei  Kom- 
ponenten, nämlich  Xx,  Yx,  Zx  für  das  Ele- 
ment cox,  Xy,  Yy,  Zy  für  f o V  uiid  Xz,  Yz,  Zz 
für  ojz,  so  müssen  für  den  Fall  des  Gleichge- 
wichts  die   Tangentialspannungen 

sein,  es  bleiben  also  außer  den  3  Normal- 
spannungen Xx,  Yy,  Zz  nur  noch  3  vonein- 
ander verschiedene  Komponenten  der  Kraft 
übrig.  Diese  bestimmen  auch  die  3  Kom- 
ponenten Xn,  Y„,  Zn  der  elastischen  Kraft  F, 
welche  auf  ein  Flächenelement  oju  einwirken, 
dessen  Normale  die  Winkel  a,  ß,  y  mit  den 
Achsen  bildet,  nämlich 

Xn  =  Xx.cos  a  +  Xy.cos  ß  +  X-z  .cos  y  \ 
Yn  =  Yx.cosa  +  Yy,cos^  + Yz.cosy       (1) 
Zn  =  Zx.cosa  +  Zy.cos/?  +  Zz  .  cosy  j 


Gibt  man  dem  Flächenelement  co  alle 
möglichen  Lagen  und  trägt  auf  den  zu- 
gehörigen Richtungen  von  F  Strecken  gleich 
der  Größe  von  F  ab,  so  bestimmen  ihre  End- 
punkte das  (vom  Deformationsellipsoid  ver- 
schiedene) Elastizitätsellipsoid. 

Die  durch  die  elastischen  Kräfte  bewirk- 
ten Deformationen,  bestehend  aus  Dilata- 
tionen Xx,  jy,  Zz,  parallel  den  drei  Achsen 
und  den  Aenderungen  der  Winkel  Vz,  Zx,  Xy 
der  Achsenebenen  sind  im  allgemeinen  nur 
klein,  so  daß  für  sie  das  verallgemeinerte 
Hookesche  Gesetz  in  Anwendung  kommt, 
wonach  sie  durch  lineare  und  homogene 
Gleichungen  mit  den  6  Komponenten  der 
elastischen  Kraft  Xx,  .  .  .  verbunden  sind, 
nämlich: 

—  Xx  =  CiiSx  +  Ci2yy  +  fiaZz  +  PuVz  +  f'isZx  +  CuXy 

—  Yy  =  CaiXx  +  CaaYy  + +  CagXy 

—  Zz   =  CsiXx  +  Cgayy  + +  CjeXv 

—  Yz   =  C41XX+ +  C45Xy 

—  Zx  =-  C51XX+ +  CseXy 

—  Xy  =  C6iXx+ +  CseXy 

b)  Die  36  Koeffizienten  Chk  der  Gleichun- 
gen (2)  heißen  die  Elastizitätskonstanten 
(und  zwar  Hauptelastizitätskonstanten,  wenn 
das  zugrunde  gelegte  Axensystem  der  Sym- 
metrie des  Kristalls  entspricht),  es  sind 
Drucke,  welche  also  durch  (2)  in  Beziehung 
gesetzt  werden  zu  den  Komponenten  der 
elastischen  Kräfte  und  zu  den  Komponenten 
der  Deformation. 

Durch  Auflösung  von  (2)  nach  Xx  usw. 
erhält  man  die  Deformationskomponenten 
ausgedrückt  durch  die  Komponenten  der 
elastischen  Kraft  Xx  usw.  und  gewisse  Aggre- 
gate der  Konstanten  Chk,  welche  Voigt  als 
Elastizitätsmoduln  Shk  bezeichnet  hat 
(sie  sind  gleich  dem  reziproken  Verhältnis 
der  aus  den  Chk  gebildeten  Determinanten 
zu   gewissen    Unterdeterminanten),   nämlich 


(2 


—  Xx  =  s,iXx  +  SaiYy  +  SgiZz  +  S41  Yz  +  SsiZx  +  SsiXy   1 

Xy  =  —  yx   =   SigXx   +   «26  Yy  SogZz   +   S^gYz  +   SggZx  +   SegXy     j 


(3) 


Die  Moduln  Shk  bestimmen  die  elastische 
Deformation  in  viel  einfacherer  Weise  als 
die  Konstanten  Chk  und  stellen  Koeffi- 
zienten der  Dilation  und  Winkeländerung 
bei  einseitigem  Druck  (Zug),  ferner  der 
Drillung  und  Krümmung  vor. 

c)  Symmetrie.  Da  nach  Green  infolge 
des  Prinzips  der  Erhaltung  der  Energie 
Chk  =  Ckh  ist,  können  von  den  36  Koeffizien- 
ten Chk  nur  21  voneinander  verschieden  sein ; 


dasselbe  gilt  von  den  Moduln  Shk.  Ihre  Zahl 
vermindert  sich  aber  noch  weiter  für  Kristalle 
mit  Symmetrieeigenschaften.  Von  letzteren 
kommt  bloße  zentrische  Symmetrie  dafür  zu- 
nächst nicht  in  Frage,  da  elastische  Vorgänge 
an  sich  zentrisch  symmetrisch  sind.  Aus  dem 
letzteren  Grunde  können  aber  von  den  32 
nach  ihrer  geometrischen  Symmetrie  zu  unter- 
scheidenden Klassen  nur  jene  11  hinsichtlich 
ihres  elastischen  Verhaltens  voneinander  ver- 


Kristallphysik  (Mechanische  Eigenschaften) 


1137 


schieden  sein,  welche  auch  nach  eventneller 
Hinzufügnng  eines  Zentrums  der  Sj^mmetrie 
noch  geometrisch  verschieden  bleiben.  Von 
diesen  11  Klassen  müssen  nun,  wie  Minni- 
ge rode  gezeigt  hat,  im  elastischen  Verhalten 
auch  gleich  sein  die  beiden  regulären  und  2 
von  den  4  hexagonalen  Gruppen,  so  daß 
nach  dem  elastischen  Verhalten  nur  neun 
Gruppen  zu  unterscheiden  bleiben. 

Charakterisiert  durch  die  Zahl  der  Mo- 
duln Shk  sind  dies  folgende: 

1.  trikline,  21  Shk, 

2.  monokline  13  Shk, 

3.  rhombische  9  Shk, 

4.  rhomboedrisch-tetartoedrische  und  og- 
doedrische  des  hexagonalen  Systems,   7  Shk, 

5.  pyramidal-hemiedrische,  hemimorph- 
tetartoedrische  und  sphenoidisch-tetartoe- 
drische  des  tetragonalen  Sj^stems,  7  Shk, 

6.  alle  anderen  tetragonalen,  6  Shk, 

7.  rhomboedrisch-hemiedrische,  trape- 
zoedrisch-tetartoedrische,  zweite  hemimorphe 
Tetartoedrie  des  hexagonalen  Systems,  6  Shk, 

8.  alle  anderen  hexagonalen,  5  Shk, 

9.  reguläre,  3  Shk, 

[10.  amorphe  Substanzen  haben  2  Shk.] 
Dürfte  man  voraussetzen,  daß  die  Mole- 
küle Kräfte  aufeinander  ausüben,  welche  nur 
von  ihrer  gegenseitigen  Entfernung,  nicht  auch 
von  der  Richtung  abhängen,  so  daß  auch  die 
durch  elastische  Beanspruchung  geweckten 
Kräfte  parallel  den  Verbindungslinien  der 
Moleküle  gerichtet  wären,  so  würde  sich  die 
Anzahl  obiger  Konstanten  noch  weiter  ver- 
mindern (auf  15  bei  triklinen,  auf  10  bei  j 
monoklinen,  auf  6  bei  rhombischen,  auf  6 — 4 
bei  hexagonalen  und  tetragonalen,  auf  2  bei 
regulären  und  auf  1  bei  amorphen  Sub- 
stanzen). Es  müßten  alsdann  auch  Ivi-istalle 
ohne  geometrische  Symmetrieebenen  in  ihrem 
elastischen  Verhalten  nach  3  zueinander 
senkrechten  Ebenen  symmetrisch  sein.  Das 
ist  indessen  z.  B.  am  Quarz  nicht  der  Fall, 
wie  schon  Savart  aus  dem  Vergleich  der 
Klangfiguren  am  Quarz  mit  solchen  an  nach 
3  zueinander  senkrechten  Ebenen  symmetri- 
schen Körpern  schließen  konnte.  Auch  nach 
Voigts  Untersuchungen  ist  die  aus  obiger 
Voraussetzung  folgende  Gleichheit  gewisser 
Elastizitätskonstanten  (die  sogenannte 
Poissonsche  Relation)  im  allgemeinen 
nicht  erfüllt;  nämlich  nur  annähernd  bei 
Steinsalz,  gar  nicht  bei  Topas,  Baryt, 
Pyrit;  die  größten  Abweichungen  zeigen  die 
(durch  polare  Achsen  ausgezeichneten)  > 
Kristalle  von  Turmalin,  Quarz  und  NaClOs. 
Auch  bei  gewissen  amorphen  Körpern 
(Feuerstein,  Opal,  Obsidian)  ist  diese  Rela- 
tion nicht  erfüllt  und  braucht,  wie  Voigt 
gezeigt  hat,  auch  nicht  erfüllt  zu  sein,  wenn 
man  annimmt,  daß  sie  aus  kleinen,  unregel- 
mäßig zueinander  gelagerten  anisotropen 
Teilchen  bestehen,  wie  z.  B.  dichter  Flußspat, 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


Baryt,  Kalkstein,  welche  ebenfalls  erst  durch 
2  Konstanten  in  ihrem  elastischen  Verhalten 
bestimmt  sind. 

d)  Bestimmung  von  Dehnungs- 
und Torsionskoeffizienten.  Durch  die 
Gleichungen  (3)  läßt  sich  die  an  einem  Stabe 
bei  einer  bestimmten,  seiner  Längsrichtung 
parallelen  Belastung  auftretende  Verlänge- 
rung in  Beziehung  setzen  zu  seinen  Moduln 
Shk  und  seinen  Richtungscosinus.  Die 
für  kleine  Belastungen  dem  Zuge  pro- 
portionale Verlängerung  bezeichnet  man  bei 
einem  Stab  von  1  m  Länge,  1  qmm  Quer- 
schnitt und  1  kg  Belastung  als  seinen  Deh- 
nungskoeffizienten E.  Seine  Abhängig- 
keit von  der  kristallographischen  Orientierung 
des  Stabes  wird  durch  eine  Gleichung  dar- 
gestellt, welche  in  bezug  auf  die  Richtungs- 
cosinus vom  4.  Grade  ist  und  im  allgemeinsten 
Falle  alle  21  Konstanten  Shk  enthält.  Denkt 
man  sich  die  Werte  von  E  auf  allen  von 
demselben  Punkt  ausgehenden  Richtungen 
durch  Strecken  von  entsprechender  Länge 
dargestellt,  so  erfüllen  deren  Endpunkte 
die  sogenannte  Oberfläche  des  Dehnungs- 
koeffizienten. 

Ebenso  kann  man  die  an  einem  Stabe 
von  zylindrischem  Querschnitt  durch  ein 
Kräftepaar  bewirkte  Drillung  durch  die 
Gleichungen  (3)  in  Beziehung  setzen  zu  seinen 
Richtungscosinus  und  seinen  Shk.  Ist  R 
der  Radius,  L  die  Länge,  N  das  Drehungs- 
moment und  r  der  Drillungswinkel,  so  be- 
zeichnet man 

"~  L.N  '^ 

als  den  Drillungskoeffizienten.  Seine 
Variation  mit  der  kristallographischen  Orien- 
tierung des  Stabes  kann  ähnlich  wie  vorher 
durch  eine  Oberfläche  des  Drillungs- 
koeffizienten anschaulich  dargestellt  wer- 
den. 

Den  Dehnungskoeffizienten  kann  man 
besser  als  durch  Beobachtung  der  Verlange 
rung  belasteter  Stäbe  ermitteln  durch  Mes- 
sung der  Durchbiegung  des  auf  zwei  Schnei- 
den liegenden,  in  der  Mitte  belasteten  Stabes; 
ist  B  seine  Breite,  D  die  Dicke,  L  die  freie 
Länge  zwischen  den  Schneiden  und  x  der 
Zuwachs  der  Durchbiegung  für  einen  Be- 
lastungszuwachs von  1  g,  so  ist: 

Dabei  wird  man  den  Stäben  eine  möglichst 
einfache  Orientierung  zu  seinen  Symmetrie- 
elementen geben,  um  eine  (die  Durchbiegung 
im  allgemeinen  begleitende)  Drilluug  zu  ver- 
meiden. Dasselbe  gilt  von  den  zur  Beob- 
achtung der  Drillung  benutzten  Stäben. 
Stäbe,  welche  beim  Biegen  nicht  gedrillt 
werden,   erfahren   beim  Drillen   auch   keine 

72 


1138 


Kristall physik  (Mechanische  Eigenschaften) 


Durchbiegung,  sind  also  zugleich  für  beiderlei 
Beobachtungen  besonders  geeignet.  Außer- 
dem ist  zu  beachten,  daß  die  für  die  gebogenen 
und  gedrillten  Stäbe  von  Voigt  abgeleiteten 
Formeln  nur  (leltung  haben,  so  lange  die 
Lcängsdimension  der  Stäbchen  ihre  Querdimen- 
sionen erheblich  übertrifft,  denn  nur  so  lange 
werden  Größen,  welche  als  Faktor  das  Ver- 
hältnis beider  in  zweiter  Potenz  enthalten 
vernachlässigt  werden  dürfen. 

M.  Brillonin  (Compt.  rend.  153,  710,  1911) 
hat  vorgeschlagen,  die  Beobachtungen  über 
Drillung  zu  ersetzen  durch  solche  über  die 
Deformation  der  Oberflächen  von  kleineren 
gebogenen  Plättchen,  welche  durch  Interferenz 
sichtbar  gemacht  werden. 

e)  Form  der  Oberfläche  des  Deh- 
nungs-  und  Drillungskoeffizienten 
und  spezielle  Werte.  Hinsichtlich  der 
Oberflächen  (E  und  T-,)  des  Dehnungs- 
und Drillungskoeffizienten,  welche  die  beste 
Uebersicht  des  elastischen  Verhaltens  in  den 
oben  unterschiedenen  9  Gruppen  gewähren, 
gilt  folgendes: 

9.  E  hat  4  Kreisschnitte  parallel  den 
Flächen  des  Oktaeders ;  Maxima  liegen  parallel 
den  vierzähligen,  Minima  parallel  den  drei- 
zähligen  Achsen  (Flußspat,  Steinsalz,  Sylvin, 
Pyrit,  NaClOg)  oder  umgekehrt  (Kalium- 
alaun, Chromalaun).  Bei  Pyrit  ist  E  senk- 
recht zu  den  Würfelflächen  =  0,0428,  senk- 
recht zu  den  Oktaederflächen  =  O.O443;  bei 
den  meisten  andern  oben  genannten  Sub- 
stanzen sind  beide  Werte  bis  etwa  zehnmal 
größer  (für  Stahl  ist  E  =  O.O45  ca).  Bei 
NaClOg  bewirkt  Dehnung  parallel  einer 
Würfelkante  bemerkenswerterweise  Ver- 
größerung des  Querschnittes,  —  T„  hat 
dieselben  Kreisschnitte  wie  E. 

8.  E  ist  Rotationsfläche  um  die  Haupt- 
achse, deren  Normalebene  zugleich  Sym- 
metrieebene. (Beryll:  E  =  O.O4462  parallel 
zur  Hauptachse,  O.O4432  senkrecht  zur  Haupt- 
achse, das  Maximum  =  O.O4573  bei  43.5^ 
Neigung  zur  Hauptachse.)  —  Auch  T^  ist 
Rotationsfläche  um  die  Hauptachse. 

7.  E  hat  dieselben  Symmetrieelemente 
wie  die  rhomboedrische  Symmetrie  in  geo- 
metrischer Hinsicht;  ein  zentraler  Schnitt 
parallel  einer  Symmetrieebene  durch  die 
Hauptachse  ist  nur  zentrisch-symmetrisch; 
solche  nach  einer  Ebene  senkrecht  zur  vorigen 
sind  disymmetrisch,  der  senkrecht  zur 
Hauptachse  ist  wieder  ein  Kreis.  — Analog  T^. 
Untersucht  sind  Kalkspat,  Eisenglanz,  Ko- 
rund (mit  dem  kleinsten  bisher  gemessenen 
Wert  von  E),  Turmalin. 

6.  und  5.  tetragonale  Kristalle  sind  bisher 
nicht  untersucht. 

4.  Am  Dolomit  (rhomboedriseh-tetar- 
toedrisch)  ist  die  elastische  Symmetrie 
nicht  mehr  der  geometrischen,  sondern  nur 


noch  der  kristallographischen  Symmetrie 
seines  Spaltrhomboeders  gleich,  indem  die 
Schnittkurve  von  E  mit  einer  Spaltfläche 
nur  noch  ein  Zentrum  der  Sjanmetrie  hat, 
nicht  aber  mehr  zwei  Symmetrielinien. 

3.  Beim  Baryt  weichen  die  Schnitte  von 
E  und  T^  mit  den  drei  Symmetrieebenen 
stark  von  Kreisen  ab;  beim  Topas  in  der 
Ebene  (100)  wenig,  in  den  anderen  Sym- 
metrieebenen sehr  merklich,  bei  ^Vragonit 
ähnlich. 

2.  und  1.  Hier  sind  Messungen  mit  be- 
friedigendem Erfolg   bisher  nicht  gelungen. 

Eine  Untersuchung  der  elastischen  Kon- 
stanten von  Gesteinen,  namentlich  in  Hinsicht 
auf  ihre  kubische  Zusammendrückbarkeit  stellten 
F.  D.  Adams  vmd  E.  G.  Coker  an  (Carnegie 
Inst.  Publ.  46,  1906).  Ueber  die  Elastizitäts- 
moduln anderer  kristalliner  Aggregate  vgl.  F. 
Auerbach  in  Handb.  d.  Physik,  herausg.  von 
Winkel  mann  I,  1908,  Gesteine  S.  561,  Metalle 
S.  557. 

Literatur.  W.  Voigt,  Lehrbuch  der  Kristall- 
physik 1910.  —  Th.  Liehisch ,  Physikalische 
Kristallographie  1891.  —  Verseihe,  Grundriß 
der  physikalischen  Kristallographie  1896. 


2.  Unelastische  Deformationen  ohne 
Trennung  (plastisches  Verhalten).  Wird 
ein  Körper  über  eine  gewisse  Grenze  G 
hinaus  beansprucht,  z.  B.  auf  Zug,  so 
erfährt  er  eine  dauernde  Deformation, 
zunächst  ohne  völlige  Trennung  in  mehrere 
Teile;  erst  bei  weiterer  Steigerung  der 
Beanspruchung  bis  zu  einem  Wert  F 
tritt  eine  solche  ein.  F— G  gilt  gewöhnlich 
als  Maß  der  Plastizität,  bei  absolut 
spröden  Körpern  wäre  F— G=0,  d.  h.  bei 
jeder  Ueberschreitung  der  Elastizitätsgrenze 
G  würde  alsbald  Zerreißung,  Bruch  usw. 
stattfinden.  In  Kristallen  variiert  F— G 
mit  der  Richtung  derart,  daß  derselbe 
Kristall  für  Beanspruchung  in  einer  Richtung 
spröde,  für  Beanspruchung  in  einer  anderen 
plastisch  sein  kann.  Indessen  ist  zu  bemer- 
ken, daß  bei  der  obigen  üblichen  Definition 
der  Plastizitätsgröße  ein  Faktor  nicht  zur 
Geltung  kommt,  welcher  bei  Kristallen  von 
der  größten  Bedeutung  ist,  nämlich  die 
Dauer  der  Einwirkung.  Bei  hinreichend 
langer,  wenn  auch  beliebig  kleiner  Ueber- 
schreitung der  Grenze  G  für  gewisse  Rich- 
tungen kommt  es  bei  vielen  Kristallen,  auch 
ohne  Steigerung  dieser  Beanspruchung,  zur 
Trennung  in  mehrere  Teile,  so  daß  hier  nach 
jener  Definition  F — G=0  wäre,  obwohl 
gerade  diese  Kristalle  als  besonders  plastisch 
geiten  müssen. 

Beanspruchungen  auf  Zug  oder  Druck 
oberhalb  G  bewirken  nämlich  in  Kristallen 
vielfach  ein  Gleiten  der  beanspruchten  Tede, 


Kiistallphysik  (Mechanische  Eigenschaften) 


1139 


und  zwar  zum  Teil  bis  zum  völligen  Ab- 
schieben, längs  ebenen  Flächen,  den  Gleit- 
flächen, während  eine  etwa  dem  Wert  F 
entsprechende  Beanspruchung  nur  in  ge- 
wissen Richtungen  erreicht  werden  kann  und 
dann  zur  Trennung  nach  unregelmäßigen 
(Bruch-)  oder  ebenfalls  ebenen  Spalt- 
flächen führt.  Während  letztere  wohl  von  ; 
jeher  bekannt  waren,  sind  die  Gleitflächen 
zuerst  von  Brewster  am  Kalkspat  beob- 
achtet und  von  E.  Keusch  zuerst  will- 
kürlich hergestellt. 

Für  die  Gleitnng  ist  außer  der  Lage  der 
Gleitfläche  charakteristisch  eine  Richtung 
nach  welcher  sie  am  leichtesten  oder  aus- 
schließlich erfolgt,  ferner  die  Art  und  Größe 
der  Bewegung.  Nach  letzteren  sind  zwei 
Arten  von  Gleitung  zu  unter- 
scheiden: Bei  „Translation"  erfahren  die 
Teilchen  keinerlei  Aenderung  ihrer  kristallo- 
graphischen  Orientierung  gegenüber  den  in 
Ruhe  bleibenden  und  gleichzeitig  kann  der 
Betrag  der  Bewegung  jeder  beliebige  sein; 
bei  den  als  ,, einfache  Schiebung''  be- 
zeichneten Gleitungen  erfahren  die  Teilchen 
eine  Umorientierung,  welche  abhängig  ist  von 
der  Gleitfläche  oder  Gleitrichtung,  zugleich 
ist  der  Betrag  der  Bewegung  ein  ganz  be- 
stimmter. In  beiden  Fällen  bleibt  der  Kristall 
seiner  Art  nach  derselbe,  speziell  auch  sein 
Volumen  ungeändert  (die  Form  nicht). 

2  a)  Translationen.  1.  Trans- 
1  a  t  i  0  n  s  d  r  u  c  k.  Messungen  über  die- 
jenige Beanspruchung  >  G,  bei  welcher 
"Translation  eintritt  sind  bisher  nur  am  Eis 
angestellt.  Wird  ein  parallel  der  Hauptachse 
geschnittener  Stab  von  etwa  1  qcm  Quer- 
schnitt so  auf  zwei,  etwa  1  cm  voneinander 
entfernte  parallele  feste  Balken  a  und  b 
gelegt,  daß  die  Basis  (0001)  den  Balken 
parallel  und  zwar  vertikal  verläuft,  und  nun 
belastet,  so  tritt  eine  Verschiebung  von 
nach  (0001)  lamellaren  Schichten  in  der 
Richtung  der  Schwere  ein,  wenn  die  Belas- 
tung etwa  1,5  kg  pro  qcm  des  Querschnitts 

parallel    (0001) 

überschreitet 
(Fig.  1,  in  wel- 
cher   die    Spur 
i  der  Basis  durch 
Strichelung  an- 
gedeutet    ist), 
während  die  50- 
fache  Belastung 
bei     demselben 
Stab  keineTrans- 
lation    bewirkt, 
wenn  seine  Basis 
zwar  auch  ver- 
tikal, aber  senkrecht  zu  den  Schneiden  liegt 
(so  daß,  um  eine  Bewegung  in  der  Vertikalen 
zu  erzielen,  ein  Zerreißen  der  Lamellen  nach 


Fig.  1. 


der  Basis  stattfinden  müßte).  Die  Grenz- 
belastung G  für  die  Translation  ist  vermut- 
lich stark  von  der  Temperatur  abhängig, 
und  zwar  derart,  daß  sie  sich  mit  Annähe- 
rung an  den  Schmelzpunkt  stark  ver- 
mindert, indessen  fehlen  darüber  Mes- 
sungen. Dagegen  sind  die  Ebenen  T,  längs 
welchen  die  Translation  erfolgt,  und  die  Rich- 
tungen t  parallel  denen  sie  am  leichtesten 
vor  sich  geht,  bei  zahlreichen  I{jistaUen  er- 
mittelt. 

2.  Kristallographische  Orientierung. 
Danach  ist  die  Translationsebene  T 
stets  eine  rationale  Fläche,  meist  von  sehr 
einfachen  Indices,  vielfach  (z.  B.  Cyanit  (100), 
KMnCl3.2HoO  (010),  Anisenyltetrazotsäure 
(001),  Glimmer  (001),  Gips  (010),  Vivianit 
und  Verwandte  (010),  Antimonglanz  und 
Verwandte  (010),  Anhydrit  (001),^  Bleiglanz 
(001))  eine  Fläche  vollkommener  Spaltbarkeit, 
aber  durchaus  nicht  immer  (BaBr.,.2H,>0 
(100),  KCIO3  (001),  Phosgenit  (110),  D"olom'it, 
Magnesit  und  Eis  (0001),  Steinsalz  (110), 
Kupfer,  Silber  und  Gold  (111)).  Die  Rich- 
tung leichtester  Translation  t  ist 
ebenfalls  von  einfachen  rationalen  Indices 
und  meist  um  so  ausgeprägter,  je  niedriger 
die  Symmetrie  der  Translationsebene  ist,  je 
geringer  also  die  Anzahl  gleichwertiger  Rich- 
tungen t  ist.  (Cyanit  [001],  KMnCl3.2H20 
[101],  Anisenyltetrazotsäure  [100]).  Ent- 
hält T  mehrere  kristallographisch  gleich- 
wertige Richtungen  t,  so  scheint  Trans- 
lation auch  nach  allen  zwischenliegenden 
Richtungen  in  T,  wenn  auch  mit  geringerer 
Leichtigkeit,  also  erst  bei  höheren  Werten 
von  G  möglich  zu  sein  (Kupfer  usw.,  Blei- 
glanz, Eis).  Seltener  scheinen  die  Fälle  wo 
Translation  nach  mehreren  Richtungen  mög- 
lich ist,  obwohl  T  keine  kristallographisch 
gleichwertigen  enthält  (Glimmer  [100]  und 
[310],  Gips  [001]  und  ungefähr  senkrecht  dazu). 
Soweit  nicht  die  Symmetrie  von  T  Gleich- 
heit bedingt  (z.  B.  Lorandit  T  =  (101), 
t  =  [010],  Gips,  Antimonglanz)  ist  ungleiche 
Leichtigkeit  der  Translation  auch  für 
Richtung  und  Gegenrichtung  zu  er- 
warten, festgestellt  ist  dies  bei  BaBro.2H.,0, 
KCIO3,  Glimmer. 

3.  Translationsstreifung.  Ein  meist 
sicheres  Merkmal  für  stattgehabte  Trans- 
lation und  die  Lage  von  T  und  t  ist  die 
Translationsstreifung,  welche  dadurch 
zustande  kommt,  daß  der  Betrag  der  Glei- 
tung für  verschiedene  Schichten  parallel 
T  im  allgemeinen  ein  verschiedener  ist,  je 
nach  Dauer  und  Stärke  der  Beanspruchung 
der  einzelnen  Schichten.  Sie  erscheint  auf 
allen  Flächen  mit  Ausnahme  derer  aus  der 
Zone  t  und  verläuft  stets  parallel  T,  durch- 
setzt dabei  die  auf  gewachsenen  Flächen  so 
häufige   Kombinationsstreif ung  und   andere 

72* 


1140 


Kristallphysik  (Mechanische  Eigenschaften) 


Oberfläclienzeichnunc,en  und  kann  jeden  be- 
liebigen Grad  von  Feinheit  erreichen.  Dabei 
ist  (zum  Unterschied  von  der  Zwillings- 
streii'ung)  die  Lage  der  Reflexe  der  ver- 
schobenen Oberflächenteile  eine  durchaus 
wechselnde,  namentlich  weicht  sie  nach 
beiden  Seiten  von  denen  der  ursprünglichen 
Fläche  ab  und  vielfach  erscheint  infolge 
Beugung  an  den  feinen  Streifen  kein  meß- 
barer Reflex  mehr.  Ist  der  Betrag  der 
Translation  erheblich  und  zugleich  für  be- 
nachbarte Schichten  stetig  zunehmend,  so 
erscheinen  alle  Flächen  außerhalb  der  Zone 
t  zylindrisch  gekrümmt  (Zylinderachse  die 
Kante  zu  t);  diese  krummen  Flächen  sind 
also  Scheinflächen.  Leichtigkeit  der  Trans- 
lation kann  die  Messung  von  Kristallflächen 
außerhalb  der  Zone  t  daher  sehr  erschweren 
oder  unmöglich  machen  (Endflächen  von 
Cyanit,  Gips,  Antimonglanz,  Seitenflächen 
der  Glimmer). 

4.  Fehlen  kristallographischer  Lm- 
orientierung.    Sie  ist  namentlich  durch  op- 
tische Untersuchung  der  verschobenen  Teile 
nachgewiesen.     So  geht  bei  optisch  einheit- 
lichem, wie  Figur  1  deformiertem  Eis  die 
Auslöschung  nach-  wie  vorher  parallel  der 
Spur     von     (0001),     ähnlich     bei     Cyanit, 
BaBr2.2H20,    Anhydrit,    Phosgenit.       Bei 
anderen,  namentlich  undurchsichtigen,  Sub- 
stanzen ist  das  Bestehenbleiben  der  ursprüng- 
lichen kristallographischen  Orientierung  aus 
dem  Fehlen  von  Translationsstreifung  und 
scheinbarer  Krümmung  auf  solchen  Flächen, 
welche    erst    nach    der    Translation    ange- 
spalten    sind,     erschlossen     (BaBr.,.2H20,  i 
Spaltflächen  (001),   Phosgenit,   Spaftflächen  : 
(001),  Bleiglanz,  Spaltflächen  (001).    Ferner 
ist  bezeichnend,  daß  die  Translationsstreifung 
aller  Flächen   beim   Anätzen   verschwindet,  j 
ebenso  beim  Weiterwachsen.     Reste  der  bis  i 
zum  Eintreten  der  Translation  entstehenden  \ 
Spannung  machen  sich  aber  öfter  auch  noch 
nach   Aufhören  der  Beanspruchung  optisch  I 
durch  Anisotropie  bei  sonst  isotropem  Ver- 
halten und  in  Störungen  der  Interferenzbilder 
oder  in  der  Beschaffenheit  von  Bruchflächen  1 
bemerkbar.    (Doppelbrechung   im    Steinsalz 
[Pleochroismus   in    blauem].    Zweiachsigkeit  j 
von    Phosgenit,   Streifen  und  Schlieren  auf 
Bruch-    und    Spaltflächen    von    Phosgenit, 
Bleiglanz,  Eis). 

5.  Biegung  und  Drillung  unter 
Translation.  Wenn  ein  Kristall  mit  der 
Ebene  T  (z.  B.  Eis  mit  (0001))  so  auf  zwei 
parallele  Bälkchen  gelegt  wird,  daß  t  senkrecht 
zu  letzteren  verläuft  (Fig.  2),  so  erfährt  er 
bei  Belastung  eine  zunächst  elastische  (sehr 
kleine)  Durchbiegung,  wobei  in  der  obersten 
Ebene  T,  nämlich  T^  die  größte  Druck-, 
in  der  untersten  T.,  die  größte  Zugspannung 
entsteht,  während  in  den  zwischenliegenden 


Ebenen  T  bis  zur  mittleren  die  Spannungen 
auf  Null  sinken.  Wird  bei  hinreichender 
Belastung  die  Elastizitätsgrenze  zunächst  in 


Tj  und  Tg  überschritten,  so  verschieben  sich 
diese  in  der  Richtung  t  gegen  die  nächst 
benachbarten,  wobei  die  Teilchen  in  Tj  und 
Tg  ihren  normalen,  der  Grenzspannung  bzw. 
dem  Grenzdruck  entsprechenden  Abstand 
wieder  gewinnen,  während  das  Maximum 
von  Zug  und  Druck  parallel  t  nunmehr  in 
den  T^  und  To  benachbarten  Schichten  T 
eintritt  uiid  auch  hier  zunächst  überschritten 
wird,  da  durch  das  Loslösen  der  Schichten 
Tj  und  T.2  von  den  benachbarten  die  Bean- 
spruchung der  letzteren  immer  größer  wird 
usf.  Der  Kristall  verhält  sich  also  so,  als 
wäre  er  aufgelöst  in  sehr  feine  und  dadurch 
um  eine  Richtung  f  senkrecht  t  in  T 
(die  Fältelungsrichtung)  leicht  biegsame 
aber  nicht  ausdehnbare  Schichten  parallel 
T,  welche  sich  mit  größerer  oder  geringerer 
Reibung  in  der  Richtung  t  aufeinander  ver- 
schieben können.  In  der  Tat  erscheint  bei 
derartig  unelastisch  gekrümmten  Stäben 
(z.  B.  von  Eis)  auf  den  Flächen  außerhalb 
der  Zone  t,  speziell  auf  den  Endflächen  des 
Stabes  senkrecht  zu  t,  die  für  die  Translation 
charakteristische  Streifung  parallel  T. 

Denkt  man  sich  einen  Stab,  dessen  Längs- 
richtung t  ist, 
und  in  welchem 
Translation  längs 
T  nur  im  Sinne 
des  in  Figur  3  ge- 
zeichneten Pfeiles 
möglich  ist,  nicht 
auch  in  der 
Gegenrichtung, 
am   einen   Ende, 

beiK,  so  eingeklemmt,  daß  eine  Verschiebung 
der  Lagen  T  gegeneinander  bei  K  unmöglicli 
ist  und  darauf  am  freien  Ende  belastet,  so 
wnrd  unelastische  Biegung  nicht  eintreten 
können,  weil  die  in  Tj  hervorgerufenen 
Spannungen  infolge  des  Festklemmens  bei 
K  durch  Translation  nicht  vermindert, 
sondern  bis  zum  Zerreißen  der  Lagen  T 
gesteigert  werden  können.  Biegung  unter 
Translation  wird  dagegen  möglich,  wenn  der 
Stab  um  t  um  180"  gedreht  wird 
(Fig.  4).i) 

1)  Dies  läßt  sirli  veranschaulichen  durch  ein 
Modell  ans  Bogen  dünnen  und  glatten  Papiers, 


Fig.  3. 


Kristallphysik  (Mechanischie  Eigenschaften) 


1141 


Derartige  Ivristalle  mit  einseitiger 
Translationsfähigkeit  sind  daher  nur 
einseitig  unelastisch  biegbar  (BaBro.2HoO 
[hier  sind  nach  t  langgestreckte  Kristalle 
am  oberen  Ende  nur  nach  rechts  (Fig.  5), 


Fi?:.  4. 


Fig.  5. 


am  unteren  nur  nach  links  biegbar,  indem 
die  in  der  Richtung  t  große  Ausdehnung 
von  T  so  wirkt,  als  wäre  der  Kjistall  in  der 
Mitte  eingeklemmt];  KCIO.,,  Glimmer). 

Geht  dagegen  die  Translation  in  Richtung 
und  Gegenrichtung  merklich,  oder  aus 
Symmetriegriinden  genau  gleich  leicht  vor 
sich,  so  gilt  dies  auch  für  die  Biegung  um 
f  nach  beiden  Seiten,  solche  Ivi-istalle  lassen 
sich  also  um  f  fälteln  (Antimonglanz, 
Gips,  Cyanit,  KMnCl3.2H.,0).  In  den  unter 
Translation  gebogenen  kristallen  ändert 
sich  natürlich  die  physikalische  Orientierung 
nach  Maßgabe  der  Krümmung  der  Ebene  T, 
in  jedem  hinreichend  kleinen  Teilchen  parallel 
T  ist  dagegen  die  Orientierung  wie  bei  bloßer 
Translation  noch  die  ursprüngliche. 

Nach  t  langgestreckte  Kristalle  gestatten 
auch  eine  unelastische  Drillung  um  t 
und  zwar  ebenfalls  unter  Translation  parallel 
T  längs  t,  wie  die  auf  den  Endflächen  solcher 
Kristalle  auftretende  Streifung  verrät.  Auch 
hierbei  geht  die  Streifung  am  Cyanit,  Gips 
und  Antimonglanz  nur  nach  t;  da  aber 
alle  3  Minerale  außer  nach  T  auch  nach 
anderen  Flächen  aus  der  Zone  t  spalten,  ver- 
halten sie  sich  vielleicht  derart,  daß  sie  wäh- 
rend des  Drillens  in  feine  Fäden  parallel  t 
zerfallen,  von  welchen  jeder  für  sich  drillbar 
ist  und  welche  sich  umeinander  winden. 
Feine  Fäden  von  Glimmer  parallel  [010], 
ebenso  solche  von  Nemalith  sind  sehr  stark 


durch  welche  schräg  zu  T  in  der  Vertikalebene 
durch  t  nicht  dehnbare,  aber  leicht  biegsame 
Fäden  gezogen  sind,  wie  in  Fig.  3  und  4  an- 
gedeutet. 


unelastisch  drillbar.  Kristalle  mit  mehreren 
Ebenen  T  und  Richtungen  t  sind  um  alle 
Richtungen  biegbar  und  drillbar  (Steinsalz). 

6.  Bedeutung  der  Translation  für 
Kristallstruktur,  Geologie  und  Tech- 
nik. Besteht  Translationsfähigkeit  nach 
mindestens  3  nicht  in  einer  Ebene  liegenden 
Richtungen  t,  wozu  also  mindestens  2  Ebenen 
T  gehören,  so  kann  der  Kristall  durch  bloße 
Translation  in  jede  beliebige  Form  ohne  Ver- 
lust seiner  kristallographischen  Homogenität 
übergeführt  werden.  Auf  der  Erfüllung  dieser 
Bedingung  beruht  ganz  wesentlich  die 
Geschmeidigkeit  der  regulären  Metalle 
Gold,  Silber,  Kupfer  und  Blei,  ferner  die 
große  Plastizität  von  Steinsalz  und  Ver- 
wandten T  =  (110),  t  =  [110],  Salmiak, 
T  =  (110),  t  =  [001]  und  Bleiglanz  T  =  (001), 
t  =  [110].  Das  Vorhandensein  mehrerer 
Richtungen  t  in  demselben  T  zieht  hier 
offenbar  die  Fähigkeit  zu  Translation  nach 
allen  zwischenliegenden  Richtungen  in  T 
nach  sich.  (Nachgewiesen  ist  z.  B.  bei  Stein- 
salz und  Bleiglanz  auch  Translationsfähigkeit 
nach  [001];  hinsichtlich  der  Ebenen  aus  der 
Zone  zweier  T  ist  bisher  Analoges  nicht 
beobachtet.)  Daß  die  Deformationen  in  der 
Natur  in  Wirklichkeit  jemals  reine  Trans- 
lationen sind,  ist  indessen  sehr  wenig  wahr- 
scheinlich, da  jeder  Druck  in  der  Richtung 
t  der  einen  Translationsebene  im  all- 
gemeinen auch  Biegungen  um  f  einer  anderen 
bewirken  wird. 

Auch  die  sogenannten  flüssigen 
Kristalle  sind  (soweit  sie  nicht  etwa 
Aggregaten  zu  vergleichen  sind)  möglicher- 
weise kristallinische  Substanzen  mit  einer 
so  außerordentlich  großen  Translations- 
fähigkeit (anscheinend  nicht  nur  nach  3  Rich- 
tungen, sondern  nach  allen  und  auch  nach 
allen  Flächen),  daß  ihre  Grenze  G  ähnlich 
niedrig  liegt  wie  bei  Flüssigkeiten.  Sie 
könnten  dann  jedem  kleinen  Druck  unter  Ver- 
änderung ihrer  Konturen,  aber  unter  Auf- 
rechterhaltung der  physikalischen  Orientie- 
rung nachgeben,  außerdem  natürlich  be- 
liebige Verbiegungen  usw.  ohne  Aufhebung 
des  Zusammenhanges»  erfahren.  Dabei  würde 
der  niedrige  Wert  von  G  angesichts  der 
Forderung,  daß  die  Oberflächenenergie  ein 
Minimum  sei,  nicht  nur  das  Fehlen  ebener 
Begrenzungsflächen,  sondern  auch  das  so- 
fortige Wiederverschwinden  bzw.  nicht  Sicht- 
barwerden der  Translationsstreifung  und 
das  Herrschen  der  Tropfenform  trotz  aller 
Deformationen  bedingen. 

Bei  amorphen  Substanzen  ist  eine  Ver- 
schiebbarkeit von  beliebigem  Betrage  ohne 
Aufhebung  des  Zusammenhanges,  wie  sie  in 
der  Translationsfähigkeit  kristalliner  vorliegt, 
nicht  zu  erwarten  und  auch  nicht  beobachtet. 
Die  bei  Festigkeitsversuchen  beobachteten  den 
Translationsstreifen        ähnlichen       sogenannten 


1142 


Kristallphysik  (Mechanische  Eigenschaften) 


Lüders  sehen  Linien  treten  an  feinkörnigen 
Aggregaten  kristalliner  Massen  auf  und  sind 
in  ihrer  Lage  von  der  Form  des  Versuchsstückes 
abhängig. 

Da  die  Ebenen  T  meist  sehr  einfache 
Indices  liaben,  wird  man,  bei  Annahme  von 
Rauragitterstruktur  für  IvristaUe.  ge- 
neigt sein,  ihnen  ähnlich  wie  den  Spalt- 
flächen, mit  denen  sie  ja-  oft  zusammen- 
fallen, im  allgemeinen  besonders  große 
Netzdichte  zuzuschreiben.  Indessen  reicht 
auch  hier  wie  bei  der  Spaltung  die  Annahme 
einfacher  Raumgitterstruktur  zur  Erklärung 
der  Translationsfähigkeit  nicht  aus,  es  käme 
vielmehr  auch  auf  die  Eigenschaften  (nament- 
lich Form)  der  Teilchen  an,  mit  welchen  das 
Raumgitter  besetzt  ist,  wie  namentlich 
BaBro.2H20  zeigt,  wo  Translation  nur  nach 
der  einen  Richtung  in  t,  nicht  auch  in  der 
Gegenrichtung  möglich  ist,  ebenso  KClOc, 
wo  nicht  Translation,  sondern  einfache 
Schiebung  stattfindet,  wenn  senkrecht  T 
gleichzeitig  ein  Druck  ausgeübt  wird.  Würde 
man  annehmen,  daß  die  Struktur  mehreren 
ineinander  gestellten  Raumgittern  entspricht, 
so  ließe  sich  die  leichte  Verschiebbarkeit 
längs  T  etwa  dadurch  erklären,  daß  die 
Ebenen  T  für  die  verschiedenen  Gitter  nahezu 
in  demselben  Niveau  liegen,  also  besonders 
,, glatt"  sind,  auch  brauchte  die  Form 
der  in  nahe  demselben  Niveau  liegenden 
,,Punkt"haufen  dann  für  die  Bewegung  nach 
verschiedenen  Richtungen  in  T  und  auch  für 
Richtung  und  Gegenrichtung  nicht  gleich 
günstig  zu  sein. 

Daraus,  daß  T  und  t  einfache  Indices  haben, 
folgt,  daß  die  einzelnen  Deckschiebungen  von  sehr 
kleinem  Betrage  sind.  Nimmt  man  an,  daß  der 
Widerstand  gegen  Translation  mit  der  Entfernung 
der  Teilchen  aus  der  Ruhelage  abnimmt,  so 
wird  die  Translationsbewegung  nur  scheinbar 
eine  gleichförmige,  in  Wirklichkeit  vielmehr  eine 
solche  von  sehr  kurzer  Periode  sein,  welche 
,,quanten\veisc''  erfolgt,  indem  für  jeden 
Kristall  die  Bewegung  nach  Wegelänge,  Rich- 
tung und  bewegter  Masse  ein  Multiplum 
kleiner  Einheiten  ist,  welche  allerdings,  soweit 
Translation  nach  mehreren  Ebenen  oder  Rich- 
tungen möghch  ist,  nicht  eindeutig  vorgeschrieben 
ist.  Jedesmal  wenn  dieses  Bewegungscjuantum 
erreicht  ist,  wird  ohne  äußere  Einwirkung  eine 
weitere  Bewegung  nicht  eintreten. 

Die  Translationsfähigkeit  des  Eises  ist 
von  Bedeutung  für  die  Gletscherbewegung 
zumal  da,  wo  die  Innentemperatur  des  Eises 
Druckschmelzung  nicht  gestattet.  Es  ist 
zu  erwarten,  daß  in  diesem  Falle  die  Trans- 
lation nach  nur  1  Ebene  eine  Orientierung 
dieser  Ebene  senkrecht  zur  Druckrichtung 
nach  sich  zieht.  Aehnliches  gilt  von  Ge- 
steinen, die  reich  sind  an  Glimmer  oder  an 
hinsichtlich  der  Cohäsion  glimmerähnlichen 
Gemengteilen  (Phyllite,  Glimmer-,  Talk-, 
Chlorit-,     Graphitschiefer     usw.);     Gesteine 


dagegen,  welche  wesentlich  aus  Gemeng- 
teilen mit  Translationsfähigkeit  nach  meh- 
reren Ebenen  und  Richtungen  bestehen,  wie 
z.  B.  Steinsalz,  werden  im  allgemeinen  durch 
Druck  keine  Schieferung  annehmen,  weil 
neben  Translationen  wohl  stets  auch  Ver- 
biegungen  eintreten  werden,  in  diesem  Falle 
wird  vielmehr  die  Festigkeit  des  Gesteins 
durch  die  Deformation  seiner  Gemengteile 
sogar  erhöht  werden. 

Das  für  manche  Gemengteile  stark  ge- 
preßter Gesteine  charakteristische  Fehlen 
deutlicher  Endflächen  an  gewissen  Gemeng- 
teilen (Cyanit,  Glimmer,  Diallag,  Sillimanit) 
beruht  wahrscheinlich  auf  Translation. 

Da  Translation  in  der  Natur  fast  stets 
von  Biegungen  um  f  begleitet  sind,  werden 
sehr  geringe  Inhomogenitäten,  welche  in  T 
liegen,  eine  dauernde  Aufhebung  oder 
Schwächung  des  Zusammenhanges  zwischen 
zwei  benachbarten  Ebenen  T  zur  Folge  haben 
können,  indem  höchst  feine  keilförmige 
Zwischenräume  bestehen  bleiben,  welche  sich 
alsbald  mit  Gasen  oder  Lösungen  füllen, 
deren  Bestandteile  in  Form  feiner  Blättchen 
auf  diesen  feinen  Klüften  auskristallisieren 
und  dabei  ebenso  wie  etwa  veranlaßte  Neu- 
bildungen eine  gesetzmäßige  Stellung  zum 
Kristall  annehmen.  Darauf  beruht  es  zum 
Teil,  daß  manche  zu  Translationen  fähige 
Minerale  in  gepreßten  Gesteinen  voll  sind 
von  feinen  Einlagerungen,  die  sich  nament- 
lich sehr  bemerkbar  machen,  wenn  sie 
metallischer  oder  halbmetallischer  Natur 
sind.  Die  veranlassen  die  von  Judd  als 
,,schillerization"  (Schiller)  bezeichneten  Er- 
scheinungen (Einlagerungen  in  Diallag  und 
Hypersthen  [PTitaneisen],  Sillimanit,  Glim- 
mer, Rhaetizit,  blauer  Farbstoff  längs  (110) 
in  Steinsalz  u.  ä.). 

Die  Deformationsfähigkeit  von  Steinsalz- 
kristallen (soweit  sie  lediglich  auf  Translation 
beruht)  nimmt  nach  Versuchen  von  Milch 
mit  der  Temperatur  stark  zu.  Da  nach  Heyd- 
w^eiller  u.  a.  die  innere  Reibung  auch  bei 
anderen  Substanzen  mit  steigender  Tempe- 
ratur, zumal  bei  Annäherung  an  den 
Schmelzpunkt,  außerordentlich  schnell 
sinkt,  ist  anzunehmen,  daß  auch  die  Plasti- 
zität der  Gesteine  in  größeren  Tiefen  erheblich 
zunehmen  wird,  was  denn  auch  durch  Ver- 
suche von  F.  D.  Adams  und  Nicholson 
an  Marmor,  ferner  durch  Messungen  der 
Ausflußgeschwindigkeit  des  Eises  und  ande- 
rer kristallisierter  (aber  nicht  kristallo- 
graphisch-einheitlicher)  Stoffe,  sowie  all- 
gemein durch  geologische  Erfahrungen  be- 
stätigt wird.  Indessen  bleibt  in  diesen  Fällen 
zweifelhaft,  wie  weit  die  stattgehabten 
Deformationen  auf  Translation  beruhen. 

Seit  Erkennung  der  Translationsfähigkeit 
von  Gold,  Silber  und  Kupfer  ist  das  Er- 
scheinen von   Translationsstreifung  auf  an- 


Kristallphysik  (Mechanische  Eigenschaften) 


1143 


geschliffenen  Flächen  von  Metallaejgregaten 
in  der  Technik  vielfach  zur  Feststellung  der 
Ueberschreitung  der  Elastizitätsgrenze  G 
bei  mechanischer  Beanspruchung  benutzt 
worden.  Indessen  sind  bei  diesen  Unter- 
suchungen die  Translationsstreifungen  im 
allgemeinen  nicht  unterschieden  von  den 
unter  denselben  Umständen  auch  auftretenden 
Streifungen   infolge   einfacher   Schiebungen. 

Literatur.  E-  Tteusch,  Pogg.  Ann.  132,  441, 
1867  tmd  147,  S07,  1872.  —  O.  Mügge,  Neues 
Jahrb.  f.  Min.  usw.  1889  I,  145;  1892  IT,  95; 
1895  II,  211;  189S  I,  71;  1899  II,  55,  1901  II, 
80.  Galt.  Nachr.  191S,  561.  —  Mc  Connel,  Proc. 
Roy.  Soc.  49,  S2S,  1891.  —  Johnsen^  Neues 
Jahrbuch  für  Mineralogie  usw.,  1902  II,  ISS. 
—  F.  Fischer,  das.  B.  B.  32,  S7,  1911.  — 
B.  Milch,  das.  1909  I,  60.  —  Taricco,  Atti. 
R.  Acc.  dei  Lincei  19,  278  und  508,  1910.  — 
Eiving  und  Rosenhatn,  Phil.  Trans.  Roy. 
Soc.  London  A,  193,  35S,  1899.  —  Tanimann, 
Ann.  Phys.  (4)  7,  198,  1902.  Johnsen,  Fort- 
schritte der  Mineralogie  3,  100,  191S.  —  Auer- 
bach in  Wi  nkelmanns  Handbuch  der  Physik 
I,   870,  1908. 


2  b)  Einfache  Schiebungen. 
1.  Art  und  Größe  der  Deformation. 
Wie  bei  den  Translationen  bewegen  sich  auch 
bei  den  einfachen  Schiebungen  die  Teilchen 
schichtweise,  alle  parallel  derselben  Richtung, 
der  Schiebungsrichtung  Oj,  und  der 
deformierte  Teil  grenzt  sich  also  gegenüber 
dem  in  Ruhe  bleibenden  auch  hier  (unter 
anderen)  durch  eine  Ebene,  die  Gleit- 
fläche Kj,  ab,  auch  ist  der  Betrag  der 
Bewegung  für  alle  in  derselben,  der  Gleit- 
fläche parallelen  Ebene  liegenden  Teilchen 
derselbe,  für  die  verschiedenen  der  Gleitfläche 
parallelen  Ebenen  ist  er  aber  nicht  ein  be- 
liebiger, sondern  proportional  ihrem 
Abstände  von  der  Gleitebene,  welche 
zugleich  als  Trennungsfläche  fungiert,  und 
für  jede  einfache  Schiebung  ein  ganz 
bestimmter. 

Zugleich  lehrt  die  Beobachtung,  daß 
der  Kristall  seiner  Art  nach  derselbe 
geblieben  ist,  seine  kristallographische 
Orientierung  sich  aber  geändert  hat  und 
zwar  derart,  wie  sie  durch  Hemitropie  ent- 
weder um  die  Normale  von  Kj,  oder  um  a, 
erreicht  würde,  d.  h.  sie  ist  nach  dem  Sprach- 
gebrauch zwillingsmäßig  entweder 
nach  K|  oder  nach  Oj. 

Die  Deformation  ist  eine  homogene, 
alle  parallelen  Ebenen  und  Richtungen  sind 
es  auch  nach  der  Deformation,  und  haben  also 
gleiche  Richtungsänderung  und  Längen- 
änderung erfahren.  Denkt  man  sich  durch 
den  Mittelpunkt  einer  aus  dem  Kristall 
angefertigten  Kugel  vom  Radius  1  eine  Ebene 
parallel  der  Schiebungsrichtung  ö^  und  zu- 


gleich senkrecht  zur  Gleitfläche  Kj  gelegt, 
die  Ebene  der  Schiebung  S,  und  die 
eine  Hälfte  der  Kugel  längs  der  durch  ihren 
Mittelpunkt  gelegten  Gleitfläche  K,  ver- 
schoben, so  geht  ihr  kreisförmiger  Durch- 
schnitt mit  S  in  einen  elliptischen  über 
(Fig.  6),  sie  selbst  in  ein  dreiachsiges  EUipsoid. 
Ist  seine  große  Achse  a,  so  wird,  da  der  Kri- 
stall seiner  Art  nach  unverändert,  also  auch 
seine  Dichte  die  gleiche  bleibt,  und  in  der 
Richtung  senkrecht  zur  Ebene  der  Schiebung 
keinerlei  Aenderung  Platz  greift,  die  kleine 

Achse  gleich       sein  müssen.    Die  Gleichung 
a 

des  Deformationsellipsoids  ist  also 
t  ^_  y2  +  a^z^  =  1. 

019 

Die  Gleitfläche  K,  ist  offenbar  eine  der 
beiden  Kreis- 
schnittsebenen 
dieses  Ellip- 
soids,  für  ihren 
Neigungswinkel 
k  mit  der  großen 
Achse  a  ergibt 
sich  ctg  k  =  a. 
Die  zweite 
Kr  eis- 
schnitts- 
ebene  Ko  des 
Ellipsoids  ist  in 
Figur  6  be- 
stimmt durch 
den  zweiten  f^ 
Schnittpunkt?' 
von  Kreis  und 
Ellipse,  ihre 
Spur  ist  also 
OP'.  Da  auch 
in  ihr  Längen- 
änderungen 
nicht  stattge- 
funden haben, 
muß  P'  vor  der 
Deformation  da 
gelegen    haben, 

wo  die  der  Schiebungsrichtung  OR  parallele 
Grade  durch  P'  den  foeis  zum  zweiten  Male 
trifft,  nämlich  in  P;  die  zweite  Kreisschnitt- 
ebene hat  also  vor  der  Deformation  die  Lage 
OP  =  K,  gehabt.  Der  Winkel,  um  welchen 
sie  gekippt  ist,  beträgt  POP'  =  2  (90»— 2  k), 
es  ist  also 

,    POP'        ,    0,        a2— 1 
tg     2     =ctg2k=^ 

und  die  Größe  der  Schiebung,  d.  i.  die 
Verschiebung  der  Teilchen,  welche  sich  in 
einer  Ebene  parallel  K^  im  Abstände  1  von 
ihr  befinden  beträgt 

SS'=s  =  a  — -. 
a 


Fig.  6. 


1144 


Krislallpliysik  ( Mechanische  Eigenscliaften) 


Unter  allen  zur  Ebene  der  Schiebung  S 
senkrechten  Ebenen  erfährt  Kg  die  größte 
Kippung;  denn  eine  Richtung,  welche  mit 
0^[  den  Winkel  a  =  arc  tg  x  einschließt, 
bildet  nach  der  Deformation  damit  einen 
Winkel  a  =  arc  tg  (x  -f  s),  die  Kippung 
beträgt  also 

(p  =  arc  tg  (x  +  s)  —  arc  tg  x  ; 
Nun  wird 


dq)  1 

Hx  ^  1  +  (x  +  1)2 


1 


1+X2 


=  0 


für  X  =  —  -^.   Dieser  Wert  von  x  entspricht 

einem  Maximum,  denn  das  Minimum  wird 
offenbar  erhalten  für  x  =  oo,  d.  h.  für  die 

g 

Ebene  K^.   Dem  Wert  x  = ^  entspricht 

aber  die  Lage  von  Kg. 

Die  beiden  Kreisschnittsebenen  K^  und 
Kg  sind  die  einzigen  in  denen  keine  Ver- 
zerrung eintritt,  während  die  Ebene  der 
Schiebung  S  die  größte  Verzerrung  erfährt. 

Ein  aus  OP  und  OR  konstruierter  Rhom- 
bus OPQR  geht  durch  die  Deformation 
über  in  OP'Q'R,  seine  Diagonalen  PR  und 
OQ  in  P'R  und  OQ',  sie  vertauschen  dabei 
ihre  Längen.  Zugleich  fällt  OQ'  als  W^inkel- 
halbierende  der  Kreisschnittsebenen  K^  und 
Ko  zusammen  mit  der  großen  Achse  des 
Ellipsoids,  also  ist  P'R  parallel  seiner  kleinen 
Achse  und  die  beiden  Diagonalen  des  aus 
den  Spuren  der  Kreisschnittsebenen  gebil- 
deten Rhombus  entsprechen  also  jenen 
beiden  Ebenen  welche  vor  wie  nach  der  De- 
formation aufeinander  senkrecht  stehen. 

Figur  6  läßt  erkennen,  daß  man  die,  etwa 
durch  ein  in  P  parallel  o^  wirkendes  Kjäfte- 
paar  bewirkte  Deformation  des  Rhombus 
OPQR  zerlegen  kann  in  1.  eine  Kontraktion 
in  der  Richtung  PR  auf  die  Länge  P'R,  ver- 
bunden mit  einer  Dilatation  in  der  Richtung 
0  Q  auf  die  Länge  0  Q',  und  2.  in  eine  Drehung 
des  so  deformierten  Rhombus  um  den  Winkel 
QOQ'  =  900  — 2k. 

2.  Kr  istall  0  graphisch  e  Orientierung. 
Ein  von  Kj,  K.^  und  S  gebildetes  Parallelo- 
piped  wird  durch  die  Deformation  in  ein  ihm 
deckbar  gleiches  verwandelt;  seiner  Lage 
nach  kann  letzteres  durch  Hemitropie  so- 
wohl um  die  Normale  von  K,  wie  um  Oj 
erhalten  werden.  Ueber  diekristallographische 
Orientierung  des  deformierten  Parallelo- 
pipeds  ist  von  vornherein  nichts  auszusagen, 
die  Erfahrung  zeigt  aber,  daß  sowohl  K^ 
wie  Ko  nach  der  Deformation  dieselben 
Eigenschaften  haben  wie  vorher,  daß  ebenso 
der  kristallographische  Charakter  der  Schie- 
bungsrichtung und  der  Ebene  der  Schiebung 
derselbe  geblieben  ist.  Soweit  die  kristallo- 
graphische Bedeutung  der  genannten  Ebe- 
nen und  Richtungen  in  Frage  kommt,  kann 


also  ein  Parallelopiped  von  der  kristallo- 
graphischen  Orientierung  des  verschobenen 
ebenfalls  durch  Hemitropie  sowohl  um  die 
Normale  von  K^  wie  um  o^  erhalten  werden, 
hinsichtlich  der  kristallographischen  Orien- 
tierung aller  Ebenen  und  Richtungen  des 
verschobenen  Teiles  kann  aber  im  all- 
gemeinen (z.  B.  stets  bei  trikhnen  Ivristallen) 
nur  das  eine  oder  das  andere  der 
Fall  sein,  indem  die  Hemitropie  um  die 
Normale  zu  K,  zu  einem  nach  K^  symme- 
trischen Zwillinge  führen  würde,  die  um  Oi 
zu  einem  Zwillinge  nach  o^. 

Die  Beobachtung  ergibt  nun,  daß  in 
der  Tat  entweder  das  eine  oder  das 
andere  der  Fall  ist,  und  daß  ferner, 
wie  es  bei  allen  sicher  bekannten  gewach- 
senen Zwillingen  zutrifft,  im  ersten  Falle 

(I)  diejenige  Fläche,  deren  sämtliche  Rich- 
tungen beiden,  dem  verschobenen  und  un- 
verschobenen  Teil,  gemeinsam  ist,  das  ist 
die   Gleitfläche   K^,  im  zweiten  Falle 

(II)  jene  Richtung,  deren  sämtliche  Ebenen 
beiden  Kristallen  gemeinsam  sind,  das  ist 
die  Schiebungsrichtung  ö^,  rational 
ist.  Die  einfachen  Schiebungen,  bei  welchen 
Kj  rational  ist,  werden  als  erster  Art  (I), 
jene  bei  welchen  o^  rational  ist,  als  zweiter 
Art  (II)  bezeichnet.!) 

I.  Einfache  Schiebungen  erster  Art. 
Sind  (Fig.  7)  X  und  Y  zwei  rationale 
Kanten  in  der  Gleitfläche  K^,  Z  die  Schnitt- 
linie der  zweiten  Kreisschnittsebene  Kg  mit 


Fig.  7. 

der  Ebene  der  Schiebung  S,  so  geht  jedes 
Parallelopided,  dessen  Kanten  X,  Y,  Z 
parallel  sind  durch  die  einfache  Schiebung 
in  ein  mit  ihm  deckbar  gleiches,  in  bezug  auf 
K^  zu  ihm  symmetrisch  gelegenes  mit  den 
Kanten  X'  ||  X,  Y'  ||  Y,  und  Z'  über,  und 
eine  Fläche  H  mit  den  Indices  (hj  ho  h^)  in 
bezug  auf  X,  Y,  Z  als  Achsen  wird  zu 
einer  Fläche  H',    welche   in  bezug   auf   das 


^)  Nach  E.  V.  Fedorow  lassen  sicli  Kristalle 
nur  auf  diese  beiden  Arten  so  deformieren, 
daß  sie  ihrer  Art  nach  erhalten  bleiben. 


Kristallifliysik  (Mechanische  Eigenschaften) 


1145 


zu  X,  Y,  Z  nach  K^  symmetrisch  gelegene 
Achsenkreuz  X',  Y',  Z'  die    Indices   erhält 

h/  =  hj,  hg'  =  ho,  hg'  —  hy. 

Die  Fläche  H'  hat  also  einen  anderen 
kristallographischen     Charakter     als 
H,    sie    hat    nämlich     diejenigen     kristallo- 
graphischen  Eigenschaften,   welche   am  nn- 
verschobenen    Teil    einer    Fläche    mit  den  [ 
Indices    (h^  ha  hg)    zukommen.     Man  kann  I 
daher   den   deformierten   Teil  des    foistalls 
eventuell  daran  erkennen,  daß  er  im  allgemei- 
nen von  ganz  bestimmten  anderen,  aus  den 
ursprünglichen     hervorgegangenen    Flächen 
begrenzt  ist,  und  kann  aus  der  Art  dieser 
Flächen    und    ihrer    Orientierung   zu    jenen 
aus  welchen  sie  entstanden  auf  die  die  ein-  • 
fache    Schiebung    bestimmenden    Elemente 
Kj  und  K^  zurückschließen. 

vSind  die  Flächen  ursprünglich  nicht  auf  2 
Kanten  in  K^  und  die  Schnittlinie  Z  von  S 
und  Kg  als  Koordinatenachsen,  sondern 
auf  ein  Achsenkreuz  e,  r/,  4  bezogen,  für 
welches  K,  die  Indices  (kuk^gkia)  und  Z 
die  Indices  [021O22O23]  zukommen,  so  ist  zur 
Ermittelung  d"er  Indices  (h^'  h^'  ^3'),  welche 
eine  Fläche  (h^  h2  hg)  in  bezug  auf  das  zu  e, 
fj,  C  in  Zwillingsstellung  nach  K^  stehende 
Achsenkreuz  zukommen,  eine  zweimalige 
Achsentransformation  nötig.  Die  Rechnung 
ergibt  dann: 

ph/  =  2ky^Ah—\A 

gh^'  =  2ki2Zlh  —  haZl 

^hg'  =  2kj3Zlh  —  hs^ 
darin  ist:  |      (1) 

q  ein  Proportionalitätsfaktor, 
J  =  kj^Oai  +  ki2a22  +  ki3Ö'23 
Jh  =  hl  021  +  \  Ooo  +  hg  02g  ) 

Der  Faktor  A  ist  eine  für  jede  einfache 
Schiebung  von  der  gegenseitigen  Orientierung 
von  K^  und  02  abhängige,  von  Null  verschie- 
dene Konstante;  der  Wert  von  zlh  hängt 
von  der  Orientierung  der  Fläche  X  zur 
Richtung  Z  ab.  Beide,  und  damit  auch 
(hj'  h2'  hg')  sind  nur  rational,  wenn  die 
Indices  von  K^  und  von  Z  es  sind  und 
umgekehrt. 

Für  alle  Flächen,  welche  der  Zone  Z  = 
[021  Ö22  Ö23]  angehören,  wird  zJh  =  0,  für 
diese  ist  daher: 


da  sie  o^  ähnlich  gegenübersteht  wie  die 
zweite  Kreisschnittsebene  Kg  der  ersten 
Kj.  Sie  bestimmt  offenbar  mit  K^  die  ein- 
fache Schiebung  vollständig,  und  ist  zu  ihrer 
Charakterisierung  besser  geeignet  als  die 
oben  benutzte  zweite  Kreisschnittsebene 
K2;  letztere  liegt  zwar  in  der  rationalen 
Zone  Ö2,  ist  aber  selbst  im  allgemeinen 
irrational;  denn  wäre  sie  selbst  rational, 
so  müßte  es  auch  ihre  Schnittlinie  mit  K^ 
sein,  das  ist  aber  im  allgemeinen  nicht 
möglich,  da  diese  Schnittlinie  zu  der  ratio- 
nalen Richtung  Oo  senkrecht  steht. 

Zur  Ermittelung  von  K2  und  Ö2  ist  die 
Kenntnis  des  Indices  zwefer  Flächen  H^ 
und  Ha  vor,  und  H/  und  Hg'  nach  der  Defor- 
mation nötig.  Sie  bestimmen  die  Gleitfläche 
Kj  durch  die  Zonen  [ÜJi^')  und  [H2H2'], 
ferner  ergeben  sich  die  Indices  zunächst 
einer  ersten  Fläche  aus  der  Grundzone  durch 
die  Indices  der  Zonen  [H^Ha]  und  [H/  Hg'] 
und  die  Indices  einer  zweiten  Fläche  aus 
der  Grundzone  durch  die  Zonen  [Hj  Hg'] 
und  [H2H1'].  Zur  Bestimmung  der  Elemente 
einer  einfachen  Schiebung  der  Art  I  genügt 
also  die  Kenntnis  der  Indices  zweier  Paare 
von  Flächen,  von  welchen  nicht  3  in  der- 
selben Zone  liegen  vor  und  nach  der  Defor- 
mation. 

IL  Einfache  Schiebungen  zweiter 
Art.  Bildet  man  (Fig.  8)  mit  zwei  rationalen 
Ebenen  aus  der  Zone  der  Schiebungsrichtung 
öl  II  AB,    nämlich    P  ||  ABCD    und     Q  i| 


hj':  hg':  hg'  =  hi:h2:h.,. 

Die  Flächen  aus  der  Zone  von  Z 
haben  also  nach  der  Verschiebung 
dieselbe  kristallographische  Bedeu- 
tung wie  vorher. 

Die  Durclischnittslinie  Z  der  zweiten 
Kreisschnittsebene  mit  der  Ebene  der  Schie- 
bung hat  also  für  die  einfachen  Schiebungen 
der  Art  I  eine  fundamentale  Bedeutung, 
sie  wird  deshalb  Grundzonenachse  oder  kurz 
Grund  Zone  genannt,  und  mit  Oo  bezeichnet, 


ABEF  und  mit  der  zweiten  Kreisschnitts- 
ebene K2  II  BCGEein  Parallelopiped,  so  geht 
dieses  durch  die  Deformation  in  ein  deckbar 
gleiches,  in  bezug  auf  o^  zu  ihm  hemitrop 
gelegenes  über  mit  den  Flächen  P'  ||  A'B' 
LJ  II  P,  Q'  II  A'B'E'F'  II  Q  und  B'E'ML  || 
Kg'.  (In  Figur  8  ist  nur  eine  HäKte  des 
Parallelopipeds  verschoben,  welchesich  gegen- 
über der  unverschobenen  Hälfte  durch  die 
Gleitfläche  Ki  =  LMNJ  abgrenzt;  letztere 
ist  dadurch  chrakterisiert,  daß  sie  der  Zone 
öl  angehört  und  ihr  Umriß  rechteckig  ist; 


1146 


Iviistallphysik  (Mechanische  Eigenscliaften) 


ML  J_  Oj).  Eine  Fläche  H  mit  den  Indices 
(hj  hg  hg)  in  bezui^  auf  die  Kanten  des  ge- 
nannten Paral]elo])ipeds  als  Koordinaten- 
achsen erfährt  nun,  ii;anz  analoij  wie  im  Falle 
(I)  eine  Aenderung  ihrer  kristallographischen 
Bedeutung  in  H'  =  (hj  hg  hg).  Liegen  die 
ursprünglichen  Koordinatenachsen  nicht  in 
K.,  und  parallel  öj,  sondern  hat  o,  die  Indices 
[ön  Oj2  öjg]  und  K,  die  Lidices  (koi  kga  kgg), 
so  ist  wieder  eine  doppelte  Achsentransfor- 
mation nötig  und  die  Rechnung  ergibt  dann 
für  die  Indices  (h\  h'^  h'3)  der  verschobenen 
Fläche  folgende  Werte: 


ghj'  =  2k2i^h  —  hj_/ 


gh. 


2k2o^h  —  hoz^ 


(2) 


ghs  =  2ko3^h— hg-/ 
darin  ist: 

Q  ein  Proportionalitätsfaktor 
zr   =  kaiöii  +  k.20i2  +  kogOig 
^h  =  hj  öij  +  hg  öjo  +  hg  ö^g   - 

A  ist  also  wieder  eine  von  der  kristallo- 
graphischen Lage  der  Elemente  der  Schie- 
bung, Ol  und  Ko  abhängige,  von  Null  ver- 
schiedene Konstante,  während  A  h  von  der 
Orientierung  der  Fläche  H  zur  Schiebungs- 
richtung Ol  abhängt.  Beide,  und  damit  auch 
H',  sind  nur  rational,  wenn  ö^  und  K2  es 
sind  und  umgekehrt.  Die  Schiebungs- 
richtung hat  hier  daher  eine  analoge  funda- 
mentale Bedeutung  wie  die  Grundzone  o^  im 
Falle  I,  sie  ist  zur  Charakterisierung  der  ein- 
fachen Schiebung  besser  geeignet  als  K,,  weil 
diese,  analog  wie  im  Falle  I  die  zweite  Kreis- 
schnittsebene Kg,  im  allgemeinen  irrational 
ist,  denn  es  ist  diejenige  Ebene  aus  der 
Zone  Ol,  deren  Schnittlinie  mit  K2  auf  o^ 
senkrecht  steht  (Fig.  8,  LMNJ). 

Die  Ermittelung  der  Elemente  der  Schie- 
bungen der  Art  II  kann  analog  wie  bei  I 
geschehen. 

Reziproke  einfache  Schiebungen, 
Aus  Gleichung  (1)  sowohl  wie  (2)  ergibt  sich, 
daß,  wenn  eine  Fläche  H  in  H'  übergeht, 
umgekehrt  eine  Fläche  H'  durch  die  ein- 
fache Schiebung  die  Indices  von  H  erhält 
und    also    den  Charakter  von  H  annimmt. 

Werden  nun  bei  zwei  einfachen  Schiebun- 
gen desselben  Kristalls,  einer  der  Art  I, 
einer  der  Art  II  gleichzeitig  die  Verhältnisse 


Ol    und    02    ihre    Rollen    vertauschen ;    sie 
heißen    reziproke. 

;5.  Spezielle  Fälle  der  einfachen 
Schiebungen.  Die  vorhin  angestellten 
Betrachtungen  gelten  speziell  für  alle 
triklinen  Kristalle,  z.  B.  BaCdCl, .  4H2O, 
hier  sind  zwei  reziproke  einfache  Schie- 
bungen bekannt  mit  den  Elementen 

(I)  K,  =  (010),  G2  =  [010]; 

(II)  Ol  =  [010],  Kg  =  (010). 

Da  die  Elemente  ungefähr  senkrecht  zu- 
j  einander  stehen,  ist  die  Größe  der  Schiebung 
j  nur  gering.      Die    Gleitfläche   im   Falle   II, 
d.  i.  die  Zusammensetzungsfläche  des  ent- 
standenen Zwillings  nach  [010],  erhält,  wenn 
a,   ß,  y  die  Winkel,  a,  b,  c,  die  Längen- 
einheiten  der    Koordinatenachsen   sind,   die 
j  Indices 

k2i:k22:k2g  =  a.cosy:o:c.cos  a 

j  Da  nun  y  und  a  hier  nur  wenig  von  90° 
abweichen,  ändert  sich  die  Lage  dieser 
irrationalen  Zusammensetzungsfläche  sehr 
stark  bei  nur  kleinen,  etwa  mit  der  Tempe- 
ratur erfolgenden  Aenderungen  von  a  und  y 
(analog  wie  der  sogenannte  ,, rhombische 
Schnitt"  der  PI agioklas Zwillinge  nach  dem 
sogenannten  Periklingesetz  mit  dem  Kalk- 
gehalt). 

Aehnliche  Verhältnisse  wie  vorher  zeigen 
K2Cd(S04)2.2H20  und  verwandte  Salze. 

Monokline  Kristalle.  Sind  die  Ele- 
mente beide  nicht  von  der  Form  h  0  1,  liegen 
also  nicht  senkrecht  zur  Symmetrieebene 
der  Holoeder  bzw.  nicht  in  ihr,  so 
vereinfachen  sich  die  Verhältnisse  kaum 
gegenüber  denen  trikliner  Kristalle.  Der- 
artige einfache  Schiebungen  sind  z.  B.  be- 
kannt bei 

1)  Titanit.öi  =  [110],  Kg  =  (131)  (nur 
aus  der  Begrenzung  verzwillingter  Teile  er- 
schlossen). 

2.  Bischofit.     a^  =  [112],  K,  =  (111). 

3.  CoCl2.6H,0   und   NiClg-ö-HaO;   Ö3  = 
[011],  K2  =  ail). 

4.  KClO^.Kj  =  (110),  Oo  =  [110]  und 
reziproke  (Fig.  9a  und  b). 

5.  Kryolith  öj  =  [110],  K.j  =  (110). 


und 


(I)  Oll  '■  Ö12 :  öjg  =  (II)  Ö21 :  022  '•  <^2 
(I)  k2i:  k22:  k23  =  (II)  k^j :  kjg :  k^ 


so   werden   die   Transformationsformeln   (1) 
und  (2)  identisch. 

Erfährt  also  ein  Kristall  nacheinander 
beiderlei  Deformationen,  so  wird  er  nachher 
von  denselben  Flächen  begrenzt  wie  vorher. 
Derartige  einfache  Schiebungen,  w^elche  an 
Kristallen  derselben  Art  besonders  häufig 
vorkommen,  sind  demnach  dadurch  charak- 
terisiert, daß   Kl  und    Kg   und   gleichzeitig 


^y>. 


/     i\0 


Fig.  9. 


Kristallphysik  (Mechanische  Eigenschaften) 


1147 


6.  Kalziumchloroaluminat  K^  =  (110),  Og 
=  [310]  und  reziproke. 

7.  Leadhillit  K^  =  (310),  o.,  =  [HO]  und  \ 
reziproke. 

8.  Nickelnatriumuranylacetat,  K^  = 
(110),  02  =  [310]  und  reziproke. 

9.  (NH,)3H(S0^)o,  Kj  =  (310),  o.,  =[110] 
und  reziproke. 

Sind  beide  Elemente  von  der  Form 
hol,  also  bei 

(I)  ki2  =  o,  und  gleichzeitig  Ö22  =  o, 
(II)  Ö12  =  0,  und  gleichzeitig  k22  =  0, 
so  wird  die  Ebene  der  Schiebung  S  =  (010), 
also  rational,  daher  bei  (I)  auch  die  zweite 
Kreisschnittsebene  Ko  und  die  Schiebungs- 
richtung  a^,  bei  (11)  auch  die  Gleitfläche  K^ 
und  die  Grundzone  Oo  rational.  Man  kann 
derartige  einfache  Schiebungen  daher  sowohl 
als  solche  erster  wie  zweiter  Art  auffassen 
und  die  Formeln  (1)  und  (2)  vereinfachen 
sich.     Speziell  in  (1)  wird: 

gh.^  =  h2  (oo,  kii  +  023  k^s) 

für  ho  =  o,  wird  also  auch  hg'  =  o,  d.  h. 
Orthodomen  bleiben  Orthodomen.  Beispiele, 
charakterisiert  durch  die  beiden  Kreisschnitts- 
ebenen,  sind: 

Diopsid  Kj  =  (001),  Kg  =  (100). 

BaC]o.2H20.K^  =  (100),  Ko  =  (001)  und 
reziproke. 

BaBr2.2H20  ebenso. 

Aethylmalonamid.  K^  =  (100),  K,  = 
(001)  und  reziproke. 

KCIO3.K,  =  (100),  K2  =  (001)  und  rezi- 
proke. 

Rhombische  Kristalle.  Von  ein- 
fachen Schiebungen  mit  Elementen  von  all- 
gemeinster Lage  (d.  h.  weder  K^  oder  Kg 
senkrecht  zu  den  Ebenen,  welche  für  die 
Holoeder  Symmetrieebenen  sind,  noch  a, 
und  Oo  ^^  diesen  Ebenen)  ist  bisher  nur  eine 
solche"'!.  Art  beobachtet,  nämlich  bei  (NH,) 
NiCl,.6H20,  K,  =  (111),  Ö2  =  [112]  (= 
Kante  021:110).  Die  Kristalle  sind  pseudo- 
regulär, indem  ungefähr  entspricht:  (HO) 
zwei  Würfelflächen,  (001)  der  dritten  Würfel- 
fläche, (111)  vier  Rhombendodekaederflächen, 
(021)  zwei  Oktaederflächen;  es  ist  also  die 


021 


Gleitfläche  Kj  annähernd  senkrecht  zu  o^ 
(Fig.  10).  Kj  enthält  die  zu  o,  gleichwertige 
Richtung  [112]  =  Kante  [110:111]  (Fig.  10). 
In  allen  anderen  bisher  beobachteten 
Fällen  ist  Kj  senkrecht  zu  einer  der  Ebenen, 
welche  bei  den  Holoedern  Symmetrie- 
ebenen sind,  gleichzeitig  liegt  02'  in  einer 
solchen  Ebene  i);  dann  sind  also  im  Falle  I 
K2  und  ö^  gleichzeitig  mit  K^  und  a,  rational, 
ebenso  die  Ebene  der  Schiebung,  welche  mit 
einer  der  genannten  Symmetrieebenen  zu- 
sammenfällt und  der  Unterschied  der  beiden 
Arten  von  Schiebungen  verschwindet  wieder. 
Beispiele,  charakterisiert  durch  die  beiden 
rationalen  Kreisschnittsebenen,  sind: 

1.  Anhydrit,  K^  =  (101),  K,  =  (101) 
(Aufstellung  nach  Hessen berg). 

2.  Maleinsäureanhydrid    K^  =  (101),    K^ 

=  (101). 

3.  (NH4)NiCl3.6H20,   K^   =   (HO),   K^ 

=  (110). 

4.  Leucit  K,  =  (HO),  Ko  =  (HO) 

(101)  (TOl) 

(011)  (011) 

5.  Saures  weinsaures  Magnesium-tetra- 
hydrat,  K^  =  (HO)  K2  =  (HO). 

6.  Aragonit  und  Verwandte  K^  =  (HO), 
K2  =  (130). 

7.  Carnallit  K,  =  (HO),  Ko  =  (130). 

8.  (NH^)oS04und  Verwandte  K^  =  (HO), 
Kj  =  (130)  und  reziproke. 

Tetragonale  Kristalle.  Einfache 
Schiebungen  mit  Elementen  von  allgemeinster 
Lage  gegenüber  den  ausgezeichneten  Ebenen 
und  Richtungen  sind  nicht  beobachtet, 
ebensowenig  solche  mit  Elementen  der  Form 
hko.  In  allen  Fällen  liegen  vielmehr  die 
beiden  Kreisschnittsebenen  in  einer  der 
ausgezeichneten  Richtungen  senkrecht  zur 
Hauptachse. 

1.  Rutil,    K,    =    (101,) 

i  I    ^^^  erschlossen  aus 

K,    ^    (301),  '  der  Begrenzung  ver- 

"  2.  Zinnstein  ebenso        |    ^";^'|°^''^^  ^^'"^• 
3.  Zinn,    K^  =  (331).  K,  =  (111)   (Beob. 
von  J.  Ganten  1909). 

Hexagonale  Kristalle.  Es  sind  ein- 
fache Schiebungen  nur  an  Kristallen  mit 
dreizähliger  Hauptachse  bekannt,  auch  sind 
in  allen  Fällen  K^  und  Kg  gleichzeitig  rational 
und  zwar  aus  der  Zone  ausgezeichneter  zur 
Hauptachse  senkrechter  Richtungen. 

1.  Kalkspat   K^  =  (1012),    Kg  =  (1011). 


Fi?.  10. 


^)  Ebenen,  welche  entweder  selbst  Symmetrie- 
ebenen oder  zu  einer  Symmetrieachse  senkrecht 
sind,  bezw.  Richtungen,  welche  entweder  selbst 
Symmetrieachsen  oder  zu  einer  Symmetrieebenc 
senkrecht  sind,  werden  im  folgenden  (geometrisch) 
,, ausgezeichnete"  Ebenen  bezw.  Richtungen 
genannt. 


1148 


Kristallphysik  (Mechanische  Eigenschaften) 


2.  NaNOg  ebenso. 

3.  Antimon   und  Wismut,    K^  =  (1012), 

K,  =  (lon). 

4.  Eisenglanz  und  Korund,  K^  =  (1011), 
Kg  =  (T012)  (nur  aus  der  Begrenzung  ver- 
zwillingter  Teile  erschlossen). 

0.  Millerit,  K,  =  (l012),  K.,  =  (1010) 
(Beobachtet  von  J.  Ganten  1909). 

Reguläre  Kristalle.  Da  hier  die 
Normale  einer  jeden  rationalen  Fläche,  und 
damit  auch  die  in  einer  rationalen  Fläche 
liegende  Normale  einer  rationalen  Kante  \ 
stets  rational  ist,  kann  man  hier  jede  ein- 
fache Schiebung  sowohl  als  solche  erster  wie 
zweiter  Art  auffassen.  Beobachtet  sind 
bisher  nur  solche  am  gediegen  Eisen,  wo 
Kl  =  (112),  Ko  =  (112)  ist. 

Lage  der  Elemente  zu  anderen  physi- 
kalisch ausgezeichneten  Flächen  und  Kanten. 
Die  Gleitflächen  und  zweiten  foeisschnitts- 
ebenen  sind,  soweit  rational,  vielfach  zu- 
gleich Spaltflächen  oder  Translationsebenen 
oder  Zwillingsebenen  gewachsener  Zwillinge, 
die  Schiebungsrichtungen  und  Grundzonen, 
soweit  rational,  vielfach  Durchschnittslinie 
zweier  Spaltflächen  oder  Translationsrich- 
tungen oder  Zwillingsachsen  gewachsener 
Zwillinge. 

Bei  den  gewachsenen  Zwillingen  zweiter 
Art  ist  die  Zusammensetzungsfläche,  soweit 
festgestellt,  entweder  identisch  mit  der  Gleit- 
fläche von  nach  demselben  Gesetz  durch 
einfache  Schiebung  entstehenden  Zwillingen 
oder  in  anderen  Fällen  identisch  mit  der 
Ivreisschnittsebene  einer  an  Kristallen  der- 
selben oder  verwandten  Art  bekannten  zur 
genannten  reziproken,  oder  aber  es  würde 
sich  diese  Lage  der  Gleitfläche  Ko  ergeben, 
wenn  man  als  zweite  Kreisschnittsebene  der 
zugehörigen  einfachen  Schiebung  die  Zwil- 
lingsebene eines  zweiten  an  Kristallen  der- 
selben Art  vorkommenden  Gesetzes  annehmen 
würde.  Zuweilen  (Bischofit)  nähert  sich 
die  irrationale  Gleitfläche  K^  in  auffallender 
Weise  einer  rationalen  Lage. 

In  zahlreichen  Fällen  verlaufen  die  Schie- 
bungen derart,  daß  die  durch  Spaltung 
oder  als  Gleitflächen  für  Translation  oder 
einfache  Schiebung  ausgezeichneten  Flächen 
wieder  in  derart  ausgezeichnete  übergeführt 
werden.  Am  Kalkspat  ist  nach  den  Mes- 
sungen von  W.  Voigt  der  elastische  Wider- 
stand innerhalb  der  Ebene  der  Schiebung 
(1210)  ein  Minimum  nahezu  für  die  Schie- 
bungsrichtung   in    der     Gleitfläche    (1012). 

4.  Bedeutung  der  einfachen  Schie- 
bungen, a)  Für  die  Kristallstruktur. 
Bei  Kristallen  des  monoklinen  und  rhom- 
bischen Systems  lassen  sich  hinsichtlich  der 
gegenseitigen     Lage    der    beiden    Ele- 


mente   der    einfachen    Schiebungen    zwei 
Fälle  unterscheiden. 

Im  Falle  a  enthält  bei  Schiebungen 
erster  Art  K^  eine  zu  Ö2  gleichwertige  Rich- 
tung, bei  denen  zweiter  Art  liegt  Ö1  in  einer 
mit  Ko  gleichwertigen  Ebene.  (Beispiele 
1  bis  5  der  monoklinen  und  der  rhombischen 
Kj-istalle.) 

Im  Falle  b  trifft  dies  nicht  zu;  es  lassen 
sich  dann  aber  die  Koordinatenachsen  so 
wählen,  daß  das  Verhältnis  zweier  Indices 
des  einen  Elementes  gleich  dem  dreifachen 
der  entsprechenden  Indices  des  anderen 
wird.  Beispiele  6  bis  9  der  monoklinen, 
6  bis  8  der  rhombischen  Kristalle. 

Die  Tatsache,  daß  pseudohexagonale 
Kristalle,  gleichgültig  ob  monoklin  oder 
rhombisch,  stets  der  Gruppe  b  angehören, 
weist  auf  einen  Zusammenhang  zwischen  der 
diesen  Kristallen  etwa  zuzuschreibenden 
Raumgitterstruktur  und  den  Elementen  ihrer 
einfachen  Schiebungen  hin.  Es  ergibt  sich, 
daß  das  Raumgitter  derartiger  rhombischer 
Kristalle  nur  von  rhombischen  Säulen 
(zentriert  oder  nicht  zentriert)  gebildet 
werden  kann  (nicht  von  Parallelopipeden 
mit  rechteckiger  Basis),  und  zwar  müssen 
die  Seitenflächen  der  Säulen  der  einen  oder 
anderen  Kreisschnittsebene  parallel  sein. 
Für  monokline  Kristalle  gilt  im  Falle  b 
Analoges,  auch  für  tetragonale  und  reguläre 
Kristalle  läßt  sich  bei  einer  analogen  Lage 
der  Elemente  das  Raumgitter  bis  zu  einem 
gewissen  Grade  bestimmen  (Rutil,  Zinnstein, 
Zinn,  Eisen).  Im  Falle  a  kann  das  Raum- 
gitter derartiger  rhombischer  Kristalle  so- 
wohl das  rhombischer  Säulen  wie  auch  von 
Parallelopipeden  mit  rechtwinkliger  Basis 
(zentriert  oder  nicht  zentriert)  sein,  indessen 
müssen  die  Kreisschnittsebenen  den  Seiten- 
flächen der  ersteren  oder  Diagonalebenen 
der  letzteren  parallel  laufen.  (Beispiele  1  bis  5 
der  rhombischen  Kristalle.)  Auch  hier  läßt 
sich  das  Resultat  auf  gewisse  Schiebungen 
monokliner  Kristalle  (Beispiel  1  bis  5)  über- 
tragen. Es  ist  bisher  keine  Kristallart 
bekannt,  bei  welcher  die  Zahl  der  einfachen 
Schiebungen  und  die  Lage  ihrer  Elemente 
ausreichen,  die  Art  ihres  Raumgitters  voll- 
ständig zu  bestimmen  (vorausgesetzt,  daß 
ihr  überhaupt  Raumgitterstruktur  zukommt). 

Nach  Wallerant  ist  die  allgemeine 
geometrische  Bedingung  dafür,  daß  in 
einem  Raumgitter  einfache  Schiebungen  der 
Art  I  oder  II  möglich  sind,  die,  daß  bei 
I.  entweder  die  Gleitfläche  K^  die  Seiten- 
fläche eines  ElementarparaUelopipeds  und 
öo  parallel  der  (außerhalb  Kj  liegenden) 
dritten  Kante  desselben  sei,  oder  daß  Kj 
parallel  einer  l)iagonalfläche^)einesElenientar- 

1)  Das  ist  eine  Ebene  durch  zwei  gegenüber- 
liegende Kanten  des  Parallelopipeds. 


Kristallphysik  (Mechanische  Eigenschaften) 


1149 


parallelopipeds  und  gleichzeitig  o,  parallel 
demjenigen  (außerhalb  K  liegenden)Diagonal- 
durchmesser  desselben  sei,  welcher  parallel 
der  Ebene  liegt,  in  der  sich  die  beiden  gegen- 
überliegenden Kanten  nicht  befinden  (analog 
bei  Schiebungen  der  Art  II).  Die  eben  mit- 
geteilten speziellen  Beziehungen  zwischen 
den  Elementen  und  der  Raumgitterstruktur 
sind  mit  diesen  allgemeinen  Bedingungen  im 
Einklang. 

Bei  diesen  nahen  Beziehungen  zwischen 
den  Elementen  der  einfachen  Schiebungen 
und  der  Raumgitterstruktur  ist  es  wahr- 
scheinlich, daß  die  Kristalle  nach  der  Sym- 
metrie des  Schiebungsvorganges  in  dieselben 
7  Klassen  zerfallen  wie  die  Raumgitter, 
daß  also  je  alle  regulären,  alle  hexagonalen, 
alle  tetragonalen,  alle  trigonalen  in  dieser 
Hinsicht  ebenso  von  gleicher  Symmetrie 
sind  wie  aUe  rhombischen,  alle  monoklinen 
und  alle  triklinen  Kristalle,  wo  diese  Gleich- 
heit wegen  der  zentrischen  Symmetrie  des 
Schiebungsvorganges  selbstverständlich  er- 
scheint. Indessen  sind  Beispiele  einfacher 
Schiebungen  an  teilflächigen  Kristallen  der 
erstgenannten  Kristallsysteme  bisher  nicht 
bekannt. 

ß)    Für    die    Zustandsänderungen. 
In  zahlreichen  Fällen  in  denen  durch  ther-  j 
mische  Analyse  oder  anderweitig  Zustands- 1 
änderungen  in  Kristallen  nachgewiesen  sind,  I 
werden    diese    von    einfachen    Schiebungen 
begleitet,  welche  aber  bisher  nur  selten  näher 
untersucht    sind.       Ein    gesetzmäßiger    Zu- ' 
sammenhang  wird  auch  dadurch  angedeutet, 
daß    bestimmte    Symmetrieänderungen    bei ' 
der  Zustandsänderung  mit  bestimmten  Lagen 
der  Elemente  der  einfachen  Schiebung  ver- 
knüpft sind,   wie   das   namentlich   von   so- ' 
genannten    mimetischen     Kristallen    be- 
kannt ist.    So  haben  bei  den  pseudohexago- 
nalen    Kristallen     von    Aragonit,     Nickel- 
natriumuranylacetat,  (NH4).2S04  u.  a.  K^  und 
Kg  die  Lage  von  hexagonalen  Pseudosymme- 
trieebenen,    ebenso    haben   die    Ebenen    Kj 
und   K2  in  den  verschiedenen   Schiebungen 
des  pseudoregulären  Leucit  die  Lage  rhomben- 
dodekaedrischer  Pseudosymmetrieebenen  u.  ä. 
Die    Ebenen    Kj    können    in   diesen    Fällen 
dadurch  zu  wahren  Symmetrieebenen  werden, 
daß  nach  K^  lamellare,  verschobene  und  un- 
verschobene     Teile     von     nur     molekularer ! 
Dicke    miteinander    abwechseln    (analog    0^ ' 
zu  wahren  zweizähligen   Symmetrieachsen;. 
Indessen   ist   der   Zusammenhang   zwischen ; 
der  Lage  der  Elemente  und  der  Symmetrie- 
differenz  der  in  einander  sich  verwandelnden 
Modifikationen  noch  nicht  hinreichend  klar- 
gelegt. 

Daß  Temperaturerhöhung  einfache  Schie-  [ 
bungen  bei  zahlreichen  Kristallen  begünstigt, 
wird    vermutlich   in   erster   Linie   auf  einer 


Verminderung  der  inneren  Reibung,  speziell 
längs  den  Gleitflächen  (ähnlich  wie  bei  bloßen 
Translationen)  beruhen;  man  kann  sich  aies 
bewirkt  denken  durch  eine  Vergrößerung 
des  Abstandes  der  Schichten  parallel 
K^,  vermutlich  auch  begleitet  von  einer 
Aenderung  in  der  Orientierung  ihrer  Teilchen 
und  vielleicht  auch  ihrer  Konfiguration. 
Darauf  weist  z.  B.  auch  die  leichte  Trennbar- 
keit nach  den  Grenzflächen  Kj  zwischen 
verschobenen  und  unverschobenen  Teilen 
hin,  ebenso  die  Beobachtung  am  KCIO3, 
daß  einfache  Schiebungen  längs  (001)  hier 
vor  sich  gehen,  wenn  während  der  Einwirkung 
des  Kräftepaares  kein  Druck  auf  K^  =  (001) 
ausgeübt  wird,  während  im  anderen  Falle, 
wenn  also  einer  etwaigen  Ausdehnung  senk- 
recht zu  K^  entgegengewirkt  wird,  nur 
Translation  längs  (001)  stattfindet. 

Außer  von  solchen  Abstandsänderungen 
senkrecht  zur  Gleitfläche  kann  eine  geringere 
Dichte  der  bei  steigender  Temperatur  ent- 
stehenden Modifikation  auch  bedingt  sein 
durch  hohle  Kanäle,  welche  da  auftreten 
müssen,  wo  Lamellen  nach  mehreren  (gleich- 
artigen oder  ungleichartigen)  Gleitflächen 
einander  durchkreuzen.  Dadurch  können 
(bei  molekularen  Dimensionen  der  Lamellen) 
Winkeländerungen  (auch  in  K^  selbst)  be- 
dingt werden,  welche  bei  manchen  pseudo- 
hexagonalen  und  pseudotetragonalen  Kri- 
stallen zu  bemerkenswerten  Annäherungen 
an  entsprechende  Winkel  wahrhaft  hexa- 
gonaler  bezw.  tetragonaler  Kristalle  führen. 

Da  merkliche  Dichteänderungen  in  festen 
Körpern  im  allgemeinen  sehr  erhebliche 
Druckkräfte  erfordern,  M'äre  nach  obigem 
anzunehmen,  daß  dies  auch  für  die  einfachen 
Schiebungen  gelten  wird.  Indessen  ist  zu 
bedenken,  daß  hier  hohe  Drucke  im  all- 
gemeinen leicht  zu  erzielen  sein  werden, 
da  die  Umlagerung  nacheinander  für  jede 
molekulare  Schicht  parallel  der  Gleitfläche 
erfolgt,  der  Druck  daher  streng  genommen 
immer  nur  auf  einen  Streifen  von  moleku- 
larer Breite  zu  wirken  braucht.  Nach  den 
bisherigen  Erfahrungen  scheint  es  nicht,  daß 
die  Größe  der  Schiebung  die  Leichtigkeit,  mit 
welcher  sie  vor  sich  geht,  merklich  beein- 
flußt. 

}')  Für  Geologie  und  Technik.  Wo  Sub- 
stanzen, welche  einfacher  Schiebungen  fähig 
sind,  deren  aufgewachsene  Kristalle  aber 
im  allgemeinen  keine  Zwillingsbildung  nach 
Gleitflächen  zeigen,  in  gepreßten  Gesteinen 
liegen,  bekundet  ihre  Zwillingslamellierung 
den  Gebirgsdruck  (Diopsid  (001),  Titanit 
[110],  Bischofit,  Rutil,  Eisenglanz,  Kalk- 
spat u.  a.).  Bei  manchen  dieser  Minerale 
kann  man  bis  jetzt  einfache  Schiebungen 
nicht  bewirken,  hat  aber  umgekehrt  auf 
ihre  Fähigkeit  sie  einzugehen  geschlossen  aus 


1150 


Kiistallphysik  (Mechanische  Eigenschaften) 


dem  Vorkommen  stark  lamellierter  Kristalle 
nur  in  gepreßten  Gesteinen,  der  Art  der 
Ivristallflächen  an  der  Schmalseite  der 
Lamellen,  ihrer  gegenseitigen  Verwerfung 
u.  a.  Die  Abnahme  der  Kohäsion  längs 
den  Zusammensetzungsflächen,  die  Ent- 
stehung von  Oberflächen  an  den  verschobenen 
Teilen,  welche  einer  Gleichgewichtslage 
zwischen  Kristall  und  umgebender  Lösung 
nicht  entsprechen,  sowie  eventuell  die  Bil- 
dung zahlreicher  feiner  hohler  Kanäle  mögen 
dabei  die  Angreifbarkeit  der  deformierten 
Ivristalle  manchmal  so  erhöhen,  daß  die 
Deformation  die  Ursache  besonders  schneller 
Auflösung  oder  Umbildung  solcher  Kristalle 
wird  (Kalkspat,  Diopsid,  Titaneisen).  Das 
Fehlen  des  Leucit  in  allen  älteren  Eruptiv- 
gesteinen beruht  wohl  auf  seiner  leichten 
Zersetzbarkeit,  die  aber  zweifellos  durch  die 
stets  vorhandene  feine  Lamellierung  und  die 
damit  verbundenen  hohlen  Kanäle  gefördert 
wird. 

In  der  Technik  hat  man  (vgl.  oben 
S.  1143)  das  Auftreten  von  Gleitstreifen  viel- 
fach zur  Erkennung  der  Elastizitätsgrenze 
von  Metallen  benutzt,  ohne  aber  meist 
die  durch  einfache  Schiebung  entstandenen 
Lamellen  von  bloßen  Translationslamellen 
zu  unterscheiden.  Mit  Sicherheit  bekannt 
sind  einfache  Schiebungen  am  Antimon, 
Wismut,  Eisen  und  Zinn  (bei  letzterem 
beruht  darauf  das  sogenannte  Zinngeschrei). 

Literatur.  E.  lleuscli,  Pogg.  Ann.  132,  44I, 
1867  und  147,  307,  1872.  —  G.  Rose,  Abhand- 
lungen der  Berliner  Akademie  für  das  Jahr 
1868,  57.  —  H,  Batimhauer,  Zeilschrift  für 
Kristallographie  3,  588,  1879.  —  O.  Mügge, 
JVeues  Jahrbuch  für  ilineralogie  usw.  188S  I,  33  ; 
18S6  I,  185  ;  1888  I,  181;  1889  I,  ISO  und  II,  98; 
B.  B.  VI,  374,  1889;  18941,  106;  1899  II,  55; 
B.  B.  XIV,  246,  1901;  1906  I,  91;  Forischr.  d. 
Min.  1,  56,  1911.  —  Th.  Liebisch,  Neues  Jahr- 
buch für  Mineralogie  vs2i\  B.  B.  VI,  105,  1888. 
—  Keith,  Neues  Jahrbuch  für  Mineralogie  VI, 
177,  1889.  —  A.  Johnsen,  Neues  Jahrbuch  für 
Mineralogie  B.  B.  XXIII.  SS7,  1907 ;  Forlschritte 
der  Mineralogie  3,  110,  1913.  —  P.  Fischer, 
Neues  Jahrbuch  für  Mineralogie  B.  B.  XXXII, 
1,  1911.  —  F.  Wallerant,  Cristallographie, 
Paris  1909,  37.  —  E.  v.  Fedorow,  Verhand- 
lungen der  Kaiserlichen  mineralogischen  Gesell- 
schaft Petersburg  26,  433,  1890.  Zeitschr.  f. 
Krist.  22,  70,  1894 .  —  W.  Voigt,  Annalen  der 
Physik  29,  43s,  1890.  Abbildung  von  Modellen  bei 
0.  Mügge.      Centralbl.  für  Mm.  usw.  1912,  4 18. 


3.  Unelastische  Deformationen  mit 
Trennung  (Sprödes Verhalten).  3a)  Spalt- 
bar k  e  i  t.  1 .  B  e  g  r  i  f  f  u  n  d  M  a  ß .  Während  in 
isotropen  (Glas)  oder  wegen  ihrer  Feinkörnig- 
keit quasiisotropen  Körpern  (dichte  Minerale 
und    Gesteine)    bei    hinreichend    kräftigem 


Schlag  unebene,  meist  muschlige  oder  spHtte- 
rige  Trennungsflächen  entstehen,  bilden  sich 
bei  homogenen  Kristallen  mehr  oder  weniger 
ebene  Spaltflächen.  Ein  erprobtes  Maß 
für  die  Vollkommenheit  der  Spaltbarkeit 
gibt  es  bisher  nicht;  im  allgemeinen  wird 
angenommen,  daß  sie  um  so  vollkommener 
ist,  je  ebener  oder  glatter  die  Spaltfläche 
ist  (abgesehen  von  etwa  gleichzeitig  ein- 
getretenen plastischen  Verbiegungen).  Die 
Vollkommenheit  der  Spaltbarkeit  ist  wohl 
nicht  als  ein  Maß  der  Kohäsion^),  als 
vielmehr  der  Kohäsionsunterschiede  im 
Kjistall  anzusehen;  sind  diese  Unterschiede 
nur  gering,  so  wird  die  Form  und  Lage  der 
Trennungsfläche  schon  durch  geringe  In- 
homogenitäten des  Kristalls  und  kleine  Aende- 
rungen  der  Richtung  und  Art  der  Beanspru- 
chung erheblich  beeinflußt  und  erscheint 
daher  wenig  regelmäßig.  Die  vollkommen- 
sten Spaltflächen  wird  man  dann  erzielen, 
wenn  die  durch  den  Schlag  bewirkte  Bean- 
spruchung lediglich  Spannung  und  zwar 
möglichst  nur  in  der  Richtung  der  Normalen 
der  Spaltfläche  hervorruft,  wie  es  beim  Auf- 
setzen eines  Meißels  auf  eine  zur  Spaltfläche 
möglichst  senkrechte  Ebene  nach  der  Spur 
der  Spaltfläche  der  Fall  ist.  Die  zu  erzielende 
Dünne  der  Spaltblättchen  ist  je  nach  der 
Vollkommenheit  und  Leichtigkeit  der  Spal- 
tung, Größe  und  Homogenität  des  Materials 
und  Geschicklichkeit  des  Experimentators 
sehr  verschieden.  Ueber  die  Abhängigkeit  der 
Spaltbarkeit  von  Temperatur  und  Druck 
ist  bisher  nichts  bekannt. 

2.  Kristallographische  Lage,  Die 
Spaltflächen  haben  meist  sehr  einfache  ratio- 
nale Indices,  vielfach  sind  sie  parallel  oder 
senkrecht  zu  (geometrisch)  ausgezeichneten 
Ebenen  und  Richtungen.  Ueber  ihre  Lage 
zu  Maximis  und  Minimis  der  Dehnungs- 
und Drillungskoeffizienten  sind  Gesetz- 
mäßigkeiten nicht  bekannt,  mit  Gleitflächen 
fallen  sie  vielfach  zusammen.  Beobachtet 
ist    Spaltbarkeit    nach    folgenden    Formen: 

1.  reguläre  Kristalle  nach  (100)  (Stein- 
salz, Bleiglanz),  (111)  (Flußspat,  (NH4)oSiF6), 
(110)  (Zinkblende,  CuJ);  anscheinend  nicht 
nach  mehreren  dieser  Formen  gleichzeitig, 
auch  nicht  nach  anderen  Formen; 

2.  hexagonale  Kristalle  nach  (0001) 
(Beryll)  und  einem  hexagonalen  Prisma 
(Cancrinit,  Wurtzit)  (anscheinend  nicht 
gleichzeitig  nach  Prismen  erster  und  zweiter 
Stellung);  anscheinend  nicht  nach  anderen 
Formen,  wohl  aber  nach  den  genannten 
gleichzeitig  (Apatit); 


1)  Als  Maß  der  Kohäsion  selbst  kann  etwa 
die  Leichtigkeit  der  Spaltung  gelten  (ge- 
messen durch  die  Zerreißfestigkeit  senkrecht  zur 
Spaltfläche). 


Kristallphysik  (Mechanische  Eigenschaften) 


1151 


3.  tetragonale  lü-istalle  nach  (001)  (Apo- 
phyllit,  Hausmannit),  Prismen  erster  und 
zweiter  Ordnung,  auch  nach  beiden  gleich- 
zeitig (Rutil,  Skapolithe),  ferner  nach  Pyra- 
miden erster  oder  zweiter  Ordnung  (Anatas), 
auch  nach  mehreren  der  genannten  Formen 
gleichzeitig  (Anatas);  nicht  nach  ditetra- 
gonalen  Pyramiden  und  Prismen. 

4.  trigonale  Kristalle  nach  (0001)  (Molyb- 
dänglanz, Antimon),  hexagonalen  Prismen 
(Zinnober  (1010),  Willemit  (1120),  Rhom- 
boedern  (Kalkspat)  (auch  nach  positiven 
und  negativen  gleichzeitig,  (Millerit,  Pyro- 
phanit)  auch  nach  mehreren  der  genannten 
Formen  gleichzeitig,  nicht  nach  Pyramiden 
zweiter  Stellung,  dihexagonalen  Prismen 
und  Flächen  skalenoedrischer  Lage; 

5 — -7.  bei  rhombischen,  monoklinen  und 
triklinen  Kristallen  nach  allen  Formen,  viel- 
fach auch  nach  mehreren  gleichzeitig. 

Da  systematische  experimentelle  Unter- 
suchungen über  die  Spaltbarkeit  speziell 
in  den  nicht-holoedrischen,  aber  zentrisch- 
symmetrischen  Symmetrieklassen  fehlen,  er- 
scheint die  Einteilung  der  Kristalle  nach 
ihren  Spaltformen  in  die  vorstehenden 
7  Gruppen  nicht  hinreichend  gesichert.  Es 
ist  nicht  unwahrscheinlich,  daß  bei  geeigneter 
Beanspruchung  Trennungen  auch  nach  an- 
deren mehr  oder  weniger  ebenen  und  ratio- 
nalen Flächen  als  den  gewöhnlich  als  Spalt- 
flächen aufgeführten  zu  erzielen  sind,  nament- 
lich nach  solchen,  welche  symmetrisch  zu 
den  gewöhnlichen  Spaltflächen  oder  sonst 
in  ausgezeichneten  Zonen  liegen.  Dahin 
gehören  vielleicht  die  sogenannten  Reiß- 
flächen. Sie  entstehen  durch  Beanspru- 
chung auf  Zug,  z  B.  am  Kalkspat  parallel 
(1120)  beim  Pressen  eines  Spaltstückes 
zwischen  zwei  gegenüberliegenden  Pol- 
kanten, bei  Steinsalz  parallel  (110)  beim 
Pressen  eines  Spaltstückes  zwischen  zwei 
gegenüberliegenden  Würfelkanten,  beim  Dio- 
psid  parallel  (010),  beim  Pressen  zwischen 
zwei  in  (010)  gegenüberliegenden  Prismen- 
kanten. 

Nicht  zu  verwechseln  mit  den  Spalt- 
flächen sind  Absonderungsflächen  nach 
früheren  Oberflächen  des  Kristalls  infolge 
Unterbrechungen  des  Wachstums,  sie  lassen 
sich  nicht,  wie  wahre  Spaltfläche  an  jeder 
Stehe  des  Kristalls  herstellen  (Kappen- 
quarz, Vesuvian,  Wolframit). 

3.  Oberflächenbeschaffenheit.  Spalt- 
flächen haben  im  allgemeinen  eine  andere 
Beschaffenheit  als  die  gewachsenen  Flächen 
gleicher  Lage,  indem  ihnen  die  von  Anätzung 
oder  Ungleichheiten  des  Wachstums  her- 
rührende Oberflächenzeichnung  fehlt.  Da- 
gegen erscheinen  manche  faserig,  entweder 
durch    oscillatorische  Kombination    mit  be- 


nachbarten Spaltflächen  (z.  B.  (110)  bei 
Hornblende  und  Rutil),  besonders  aber 
solche  außerhalb  der  Zone  einer  leichten 
Translationsrichtung.  xVn  letzteren  sind 
ebene  Teile  oft  kaum  zu  erhalten,  indem  die 
Beanspruchung  auf  Spaltung  meist  auch 
Biegung  unter  Translation  und  also  Trans- 
lationsstreifung  auf  der  entstehenden  Spalt- 
fläche nach  sich  zieht.  Ihre  durch  starke 
Beugung  ausgezeichneten  Reflexe  liegen 
dann  stets  in  der  Zone  zur  Translations- 
fläche (z.  B.  sogenannter  faseriger  Bruch 
nach  (lll)  am  Gips,  im  Gegensatz  zum 
sogenannten  muschligen  nach  (100),  das 
ist  die  Spaltfläche  aus  der  Zone  der  besten 
Translationsrichtung;  faserige  Trennungs- 
flächen (hol)  und  (h  .  3  h  .  1)  bei  Glimmern : 
(001)  bei  Antimonglanz  und  isomorphen, 
im  Gegensatz  zur  muschligen  Oberfläche  der 
Spaltfläche  (100);  Anhydrit  auf  (010);  Cyanit 
auf  (001),  im  Gegensatz  zu  (010)  u.  a.).  Bei 
großer  Vollkommenheit  der  Spaltung  zeigen 
die  Spaltflächen  gut  durchsichtiger  Kristalle 
infolge  Interferenz  des  an  den  ihnen  parallelen 
Sprüngen  reflektierten  Lichtes  vielfach  Perl- 
mutterglanz (Heulandit,  Apophyllit,  Glim- 
mer), so  daß  der  Grad  dieses  Glanzes  ein 
Maß  der  Vollkommenheit  der  Spaltung 
sein  und  dazu  dienen  kann  die  Ungleich- 
artigkeit  von  Spaltflächen  zu  erkennen. 
Manchmal  tritt  dieser  Perlmutterglanz  erst 
beim  schnellen  Erhitzen  infolge  Aufblätte- 
rung durch  das  Entweichen  flüchtiger  Ein- 
schlüsse oder  durch  ungleiche  Dilatation 
ein  (Anhydrit,  manche  Glimmer). 

4.  Bedeutung,  a)  Für  die  Kristall- 
struktur. Bei  Annahme  von  Raumgitter- 
struktur schreibt  man  den  Spaltflächen 
besonders  großen  Abstand,  also  auch  be- 
sonders große  Netzdichte  zu.  Für  einen 
solchen  Zusammenhang  spricht  auch,  daß 
sehr  große  Vollkommenheit  bei  regulären 
Kristallen,  wo  das  Verhältnis  zwischen 
Abstand  und  Netzdichtigkeit  einen  gewissen 
Wert  nicht  überschreiten  kann,  weniger 
oft  erreicht  wird  als  bei  Kristallen  niederer 
Symmetrie,  wo  jenes  Verhältnis  behebig 
groß  sein  kann.  Bei  höchst  vollkommen 
spaltbaren  Mineralen  fehlen  obiger  Annahme 
entsprechend  meist  flach  zur  Spaltfläche 
geneigte  Kristallflächen  (Glimmer,  Chlorit, 
Heulandit,  Apophyllit,  Ganophyllit,  K^FeCvs 
3  H.jO).  Im  Zusammenhang  damit  steht 
ferner  wohl,  daß  die  Spaltung,  falls  ,, höchst" 
vollkommen  fast  stets  nach  pinakoidalen 
Formen  erfolgt. 

Indessen  kommt  es  außer  dem  Abstand 
der  Netzebenen  offenbar  sehr  wesentlich 
auf  die  Eigenschaften  der  die  Raumgitter 
besetzenden  Teilchen  an.  Bei  regulären 
Kristallen  z.  B.  stehen  zwar  den  drei  Arten 
von  Raumgittern  auch  nur  drei  Arten  von 


1152 


Imstallphysik  (]\[eclianische  Eigenschaften) 


Spaltformen  jj;egenüber,  aber  den  sehr  großen 
Unterschieden  in  der  Vollkommenheit  der 
Spaltung,  auch  bei  Spaltung  nach  der- 
'selben  Form,  entsprechen  keinerlei  Unter- 
schiede in  der  Art  der  Raumgitter,  wenn 
man  diese  nicht  in  den  absoluten  Dimen- 
sionen ihrer  Primitivparallelopipede  sehen 
-will,  deren  Einfluß  aber  auch  erst  durch  ihr 
Verhältnis  zur  Größe  (kM-  das  Gitter  besetzen- 
den Teilchen  verständlich  werden  würde. 
Bei  Annahme  von  Struktur  nach  ineinander 
gestellten  Gittern  (regelmäßigen  Punkt- 
systemen) wäre  ein  so  einfacher  Zusammen- 
hang zwischen  Spaltbarkeit  und  Abstand 
der  Netzebenen  in  jedem  der  das  Punkt- 
system aufbauenden  Raumgitter  nicht  zu 
erwarten. 

Man  hat  für  Ivristalle,  welche  als  iso- 
morph gelten  sollen,  wohl  ,, Gleichheit" 
der  Kohäsionseigenschaften,  besonders  der 
Spaltbarkeit  verlangt;  die  Erfahrung  lehrt, 
daß  in  der  Tat  chemisch  und  kristallographisch 
nahe  verwandte  Substanzen  vielfach  Spalt- 
und  Gleitflächen  von  analoger  Lage  haben, 
daß  aber  einerseits  dies  keinesw^egs  stets  der 
Fall  ist,  daß  andererseits  manche  unzweifel- 
haft nichtisomorphe  ebenfalls  darin  über- 
einstimmen. Macht  man  zur  Bedingung  für 
Isomorphie  die  Mischbarkeit  im  kristallinen 
Zustande,  so  ist  zu  bedenken,  daß  diese  dem 
Grade  nach  sehr  verschieden  und  stark 
von  der  Temperatur  abhängig  ist  und  über 
die  Abhängigkeit  der  Spaltbarkeit  von  der 
Temperatur  nichts  bekannt  ist.  Die  Haupt- 
schwierigkeit für  einen  näheren  Vergleich  ver- 
schiedenartiger lü-istalle  hinsichtlich  Spal- 
tung und  Gleitung  liegt  darin,  daß  diese 
Eigenschaften  bisher  wesentlich  nur  quali- 
tativen, nicht  auch  quantitativen  Bestim- 
mungen zugänglich  sind. 

ß)  Für  die  Geologie.  Da  die  ge- 
wachsenen Kristallflächen  in  all  ihrer  Mannig- 
faltigkeit nur  dem  Rationalitätsgesetz  unter- 
liegen, auch  die  Flächenzeichnung  gleich- 
artiger mit  der  Bildungsweise  schwankt,  so 
daß  sie  daran  nicht  immer  erkannt  werden 
können,  sind  die  in  ihrer  Lage  durchaus 
beständigen  Spaltflächen  ein  wichtiges  Mittel 
zur  Orientierung  namentlich  an  flächenreichen 
Kristallen.  Eine  noch  größere  Bedeutung 
gewinnt  die  Spaltbarkeit  für  die  Deutung 
der  nicht  kristallographisch  begrenzten  Ge- 
steinsgemengteile; namentlich  in  ihren  Dünn- 
schliffen verraten  sich  ihre  Spaltflächen 
durch  Risse,  die  je  nach  der  Vollkommenheit 
der  Spaltung  mehr  oder  weniger  gradlinig 
und  zahlreich  sind,  wobei  Zahl  und  Richtung 
zugleich  wichtige  Anhaltspunkte  für  die 
Orientierung  derDurchschnitte liefern.  (Aehn- 
liches  gilt  von  den  (jleitflächen.) 

Die  natürlich  vorkommenden,  namentlich 
die  gesteinsbildenden  Minerale  sind  zum 
Teil  infolge  gebirgsbildender  Vorgänge,  zum 


Teil  auch  wohl  infolge  mechanischer  Bean- 
spruchung bei  der  Bewegung  und  Abküh- 
lung schmelzflüssiger  Massen,  soweit  sie 
gute  Spaltbarkeit  haben,  fast  stets  von 
Spaltrissen  durchsetzt.  Diesen  folgen  viel- 
fach die  Zersetzungsvorgänge,  so  daß  gute 
Spaltbarkeit  im  allgemeinen  ihre  Zersetzung 
beschleunigt,  während  unter  den  unver- 
änderten Mineralen  der  Verwitterungs- 
rückstände der  Gesteine  auffallend  viele 
ohne  deutliche  Spaltbarkeit  sich  häufen 
(Quarz,  Turmalin,  Zircon,  Granat,  Magnetit, 
Spinelle,    Korund,    Titaneisen,    Staurolith). 

7)  Die  Technik  macht  sich  z.  B.  bei 
der  Bearbeitung  der  Edelsteine  (namentlich 
des  Diamant)  die  Spaltbarkeit  zunutze;  im 
ganzen  ist  sie  aber  für  die  Technik  von 
geringer  Bedeutung,  da  diese  im  allgemeinen 
nicht  einzelne  Kristalle,  sondern  Aggregate 
verarbeitet,  wobei  mehr  die  Art  des  Ver- 
bandes der  einzelnen  Individuen  als  die 
Spaltung  des  einzelnen  von  Bedeutung  ist. 
Dies  gilt  namentlich  für  steinige  Materialien ; 
bei  metallischen  kommt  es  außerdem  mehr 
auf  die  Elastizität  und  Plastizität  an. 

Literatur.  M,  L,  Frankenlieim,  De  crystal- 
lonim  cohaesione.  Diss.  Breslau  18J9.  —  A. 
Sadebeck,  lieber  die  Teilbarkeit  der  Kristalle. 
Sehr.  d.  Naturw.  Ver.  f.  Schleswig-Holstein  2, 
S9,  1876.  —  H.  Tertsch,  Zeitschr.  /.  Kristallo- 
graphie usw.  47,  56,  1909.  —  A.  Johnsen, 
Fortschritte  der  ßlincralogie  3,   95,  1913. 


3b)  Zerreißfestigkeit  und  Druck- 
festigkeit. Die  Zerreißfestigkeit  wird 
gemessen  durch  das  Gewicht,  welches  zum 
Zerreißen  eines  vertikal  hängenden  Stabes 
nötig  ist,  geteilt  durch  die  Größe  des  kleinsten 
horizontalen  Querschnittes.  Als  Trennungs- 
fläche wäre  jene  Horizontalebene  von  klein- 
stem Querschnitt  zu  erwarten,  wenn  der  Stab 
völlig  homogen  wäre  und  der  Zug  lediglich 
an  der  horizontalen  Unterfläche  des  Stabes, 
nicht  auch  seitlich,  angreifen  würde. 

Die  ersten  Messungen  an  Kristallen  sind 
von  Sohncke  an  Steinsalz  angestellt,  aber 
unter  experimentell  unzureichenden  Bedin- 
gungen. Genauere  Ergebnisse  erzielten 
Voigt  und  Sella  ebenfalls  am  Steinsalz 
und  zwar  ergab  sich  dabei  die  merkwürdige 
Tatsache,  daß  die  Zerreißungsfestigkeit  außer 
von  der  kristallographischen  Orientierung  der 
Längsrichtung  des  Stabes  auch  von  der  seiner 
Seitenflächen  abhängig  war,  was  sich  so 
deuten  läßt,  daß  die  Oberflächenschicht 
eine  (mit  ihrer  kristallographischen  Orien- 
tierung ebenfalls  wechselnde)  geringere 
Festigkeit  besitzt  als  das  Innere. 

Bei  Flußspat  konnte  festgestellt  werden, 
daß     di       Zugkomponente     senkrecht     zur 


Kristallphyslk  (Mechanische  Eigenschaften) 


1153 


Spaltungsfläche  den  kleinsten  Widerstand 
findet.  Von  Rinne  an  Streifen  von  Glimmer- 
blättern  angestellte  Messungen  ergaben  sehr 
viel  höhere,  aber  auch  relativ  viel  stärker 
schwankende  Werte  als  bei  kSteinsalz. 

lieber  die  Druckfestigkeit  von  ein- 
heitlichen Kj-istallen  liegen  bisher  nur  einige 
Messungen  von  Rinne  vor,  an  kristallo- 
graphisch  orientierten  Würfeln  von  Quarz 
und  Orthoklas.  Der  bei  ersterem  gefundene 
Wert  entspricht  dem  Druck  einer  Gesteins- 
säule von  etwa  57000  m. 

Untersuchungen  über  das  Verhalten  von 
Gesteinen  gegenüber  gerichtetem  Druck, 
bei  welchem  ein  seitliches  Ausweichen  durch 
wechselnden  Druck  auf  die  Seitenflächen 
(Manteldruck)  mehr  oder  minder  erschwert 
und  dadurch  eine  Annäherung  an  die  Be- 
lastungsverhältnisse von  Gesteinen  in  der 
Natur  erzielt  wurde,  ergaben  v.  Karman,  daß 
Marmor  sich  unter  diesen  Verhältnissen  um 
so  plastischer  verhielt,  je  mehr  sich  der 
Manteldruck  einem  gewissen  Optimum 
näherte.  Nach  Versuchen  von  Adams  und 
Nicolson  geht  übrigens  die  Deformation 
von  Marmor  auch  unter  allseitig  gleichem 
Druck  bei  300  bis  400°  ohne  Katäklase  vor 
sich. 

Literatur.  A,  Sella  und  W.  Voigt,  Annalen  der 
Physik  48,  636,  1S9S.  —  F.  Rinne,  Centralbl. 
f.  Mineralogie  usw.,  1902,  Z64.  —  F.  Auerbach 
in  Winkel  in  an  ns  Handbuch  der  Physik  I, 
S06,  847.  —  V.  Kdrnidn,  Zeitschr.  d.  Ver. 
deutsch.  Ing.  1911,  2,  17 4S.  —  Adams  und 
Nicolson,   Proc.  Roy.   Soc.  67,  S28,  1900. 


3c)  Härte.  1.  Ritzmethode.  Für 
die  Härte,  aufgefaßt  als  Ritzbarkeit, 
hat  Mohs  eine  zehnstufige  Skala  (vgl. 
unten)  aufgestellt,  deren  Glieder  da- 
durch charakterisiert  sind,  daß  jedes 
nachfolgende  jedes  vorhergehende  ritzt,  j 
Schon  flüchtige  Beobachtung  lehrt  aber, 
daß  es  dabei  auch  auf  die  Form  des  ritzenden 
Stückes  ankommt,  ferner  auf  die  kristallo- 
graphische  Orientierung  der  Fläche,  welche 
geritzt  wird  und  der  Richtung  in  welcher 
die  ritzende  Spitze  über  die  Fläche  geführt 
wird.  So  ist  bei  Cyanit  die  Ritzbarkeit  auf 
(010)  gleich  7,  auf  (100)  in  der  Richtung 
der  Kante  zu  (010)  nur  4  bis  5,  senkrecht 
dazu  6  bis  7 ;  Hedenbergit  ist  auf  der  vorderen  j 
Fläche  von  (100)  in  der  Richtung  der  Kante 
zu  (010)  von  unten  nach  oben  mit  einer 
Stahlnadel  leicht  ritzbar,  in  der  Gegen- 
richtung nicht.  Aehnliche  Unterschiede 
finden  sich  bei  anderen  durch  Gleitfähig- 
keit ausgezeichneten  Ivristallen  (Kalkspat,  | 
Phosgenit,  Antimonglanz).  | 

Um  kleinere  Mineralkörner  auf  Ritzbar- 
keit zu  untersuchen,  drückt  man  sie  in  Blei 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschalten.    Band  V. 


ein,  mit  feinerem  Pulver  imprägniert  man 
Leder  oder  dgl. 

Um  die  Abhängigkeit  der  Ritzbarkeit  von 
der  physikalischen  Symmetrie  der  geritzten 
Fläche  quantitativ  zu  ermitteln  hat 
namentlich  Exner  mit  einem  nach  Seebeck 
konstruierten  Apparate  Versuche  angestellt. 
Es  wurde  dabei  eine  möglichst  gleichmäßig 
abgeschliffene  KristaUplatte  horizontal  unter 
einer  belasteten  Spitze  in  verschiedenen  Rich- 
tungen weggezogen  und  diejenige  Belastung 
der  Spitze  aufgesucht,  bei  welcher  eben  noch 
ein  Ritz  entstand.  Die  Methode  erlaubt  keinen 
Vergleich  der  Ritzbarkeit  verschiedener 
Kristalle  oder  auch  nur  verschiedener 
Flächen  desselben  Kristalls,  da  bei  der  Art 
der  Messung  die  Oberflächenbeschaffen- 
heit der  Fläche  von  zu  großem  und  nicht  meß- 
barem Einfluß  ist.  Dagegen  veranschaulicht 
sie  sehr  gut  die  physikalische  Symmetrie 
der  Fläche  für  Ritzbarkeit,  wenn  die  ge- 
fundenen Belastungen  auf  den  zugehörigen 
Richtungen  als  Strecken  abgetragen  und 
deren  Endpunkte  zu  einer  sogenannten 
Härtekurve  verbunden  werden  (z.  B. 
Fig.  11,  Steinsalz,  Härtekurve  auf  (111), 
die  Kanten  zum  Würfel  sind  eingezeichnet). 


Fig.  11. 

2.  Abrasionsmethode.  Die  Methode 
von  Exner  schließt  den  zu  messenden 
Wert  nicht  zwischen  zwei  Grenzen  ein, 
sondern  ermittelt  nur  eine  derselben.  Diese 
Schwierigkeit  vermeiden  die  Abrasions- 
methoden, bei  welchen  die  von  der  Kristall- 
fläche durch  Schaben,  Bohren  oder  Schleifen 
entfernte  Substanz  nach  Gewicht  oder 
Volumen  bestimmt  wird.  Pf  äff,  der  diese 
Methode  unter  Benutzung  eines  Drehmeißels 
in  seinem  Mesosklerometer  verwertete, 
erhielt  so  Mittelwerte  für  alle  Richtungen 
einer  Ivristallfläche,  welche  zugleich  mit 
den  an  anderen  gewonnenen  vergleichbar 
waren.  Mit  verschiedenen  unwesentlichen 
Modifizierungen  ist  diese  Methode  auch  von 
Jannetaz  und  Goldberg,  Egon  Müller 
u.  a.  benutzt.  P  ose  hl,  der  das  Wesen  der 
Härte  in  dem  Bestreben  der  Kristalle  sieht 
die  Oberflächenspannung  beizubehalten, 
sucht  die  Kraft  zu  bestimmen,  welche  nötig 

73 


1104 


Kiistullphysik  ( M(H'li;tnis(-he  Eigenschaften) 


ist,  um  ein  Teilchen  der  Oberfläche  von 
den  Naehbarteilchen  zu  trennen  und  be- 
trachtet als  Maß  derselben  die  Tiefe  und 
Breite  möglichst  feiner  Ritze,  welche  durch 
eine  Diamantspitze  hervorgerufen  werden, 
die  mit  einer  möglichst  geringen  Belastung 
versehen  ist.^)  Rosiwal  ermittelte  nach 
den  Vorschlägen  von  Toula  den  Substanz- 
verlust bei  Verreibung  einer  Fläche  mit 
einem  gegebenen  Quantum  Schmirgel  be- 
stimmter ^Vrt,  bis  keine  Abnutzung  mehr 
stattfand,  Behrens  wandte  eine  ähnliches 
Verfahren  auf  Gesteine  an.  Holm qu ist 
veränderte  es  in  der  Weise,  daß  er  das  Ver- 
hältnis der  Abnutzung  ermittelte,  wenn 
zwei  kristallographisch  verschiedene  Platten 
desselben  Ivristalls  oder  zwei  Platten  ver- 
schiedener Kjistalle  mit  einer  gegebenen 
Menge  Schmirgel  bestimmter  Art  aufeinander 
geschliffen  M^irden  bis  keine  Abreibung  mehr 
stattfand. 

Gegen  alle  diese  Abrasionsmethoden 
lassen  sich  ebenfalls  Einwände  erheben, 
denn  ihre  Resultate  hängen  z.  B.  auch  ab 
von  Material  und  Form  des  Meißels,  der 
Art  des  Schleifmittels,  der  Geschwindig- 
keit der  Bewegung  und  ihrer  Richtung,  Be- 
schaffenheit der  Oberfläche,  Druck  und 
anderen  nur  zum  Teil  oder  gar  nicht  berück- 
sichtigten Faktoren.  Wie  kompliziert  der 
Vorgang  des  Ritzens  und  also  auch  der 
Abrasion  ist,  zeigen  namentlich  die  so- 
genannten Druck-,  Schlag-  und  Ritzfiguren 
(vgl.  unten),  welche  dabei  in  mikroskopischem 
Maßstab  auftreten.  H.  Hertz  hat  daher  eine 
ganz  andere  Definition  der  Härte  aufgestellt, 
welche  zwar  gestattet,  einen  viel  einfacheren 
Vorgang  zu  beobachten,  die  aber  den  üb- 
lichen Begriff  ,, Härte"  zweifellos  nicht 
trifft,  weshalb  hier  nur  kurz  darauf  einge- 
gangen werden  soll. 

3.  Methode  von  Hertz  und  Auer- 
bach. Hertz  versteht  unter  Härte  die 
Druckfestigkeit  eines  Körpers  bei  Berührung 
einer  ebenen  Fläche  desselben  mit  einer 
kugelförmigen.  Bei  hinreichendem  Druck 
ist  die  Berührungsfläche  ein  Kreis;  sein 
Radius  wächst  mit  der  dritten  Wurzel  aus 
dem  Druck  bis  die  Elastizitätsgrenze  erreicht 
ist,  was  sich  bei  spröden  Körpern  durch  das 
Entstehen  eines  feinen  Sprunges  längs  der 
Grenze  der  Berührungsfläche,  bei  ])lastischen 
durch  einen  bleibenden  Eindruck  (Mulde) 
verrät.  Der  zugehörige  Grenzdruck  in  Kilo- 
gramm pro  niin^  ist  die  ,, Härte"  (Ein- 
dringungsfestigkeit).  Dieser  Grenzdruck 
Pj  ist  aber  noch  abhängig  von  dem  Krüm- 
mungsradius der  kugeligen  Fläche,  indessen 
ist  nach  Auerbachs  Beobachtungen  der 
WertPi.gVa  konstant  und   wird  von  ihm 

^)  Den  Zusammenhang  der  Teilchen  in  grü  lieren 
Komplexen  bezeichnet  er  als  Tenazitiit. 


i  als  ,, absolute  Härte"  bezeichnet.  Die  so 
'von  Auerbach  gefundenen  Zahlen  sind  in 
der  folgenden  Tabelle  mit  den  von  den  oben 
genannten  Autoren  gefundenen  verglichen, 
indem  bei  allen  der  Wert  für  Korund  gleich 
lüÜO  gesetzt  ist  (mit  Ausnahme  von  Kolonne 
IV,  in  welcher  der  Wert  für  Quarz  gleich  dem 
in  Kolonne  II  gesetzt  ist). 


I 

II 

III 

IV 

V 

Mohs 

Pfaff 

Rosiwal 

Pöschl 

Auerb. 

1. 

Talk 

t1  ' 

0,03 

2,3 

4,4 

2 

Gips 

13,5 

1,25 

9,5 

12.5 

3. 

Kalkspat 

24 

4,5 

22,5 

So 

4. 

Flußspat 

3« 

5 

75,2 

100 

5. 

Apatit 

72 

6,5 

55 

201 

6. 

Feldspat 

200 

37 

108 

220 

7. 

Quarz 

300 

120 

300 

26S 

8. 

Topas 

460 

^75 

450 

457 

9. 

Korund 

1000 

1000 

1000 

10. 

Diamant 

— 

140000 

— 

ca.  2200 

Die  Tabelle  zeigt,  wie  wenig  vergleichbar 
die     bisher    gemessenen    Härtegrade    sind, 

4.  Bedeutung.  Schröder  van  der 
Kolk  betrachtet  den  Härtegrad  als  wesentlich 
bedingt  durch  den  Grad  der  Verdichtung  der 
Substanz,  das  ist  bei  den  Elementen  das 
reciproke  Atomvolumen  =  Dichte  durch 
Atomgewicht  (bei  Verbindungen  ist  das 
mittlere  Atomgewicht  zu  nehmen).  Die 
Härte  soll  aber  gleichzeitig  abhängig  sein 
von  der  Spaltbarkeit  und  zwar  desto  mehr, 
je  einseitiger  und  vollkommener  diese  ist, 
so  daß  Spaltbarkeit  gleichzeitig  nach  drei  oder 
mehr  Richtungen  nur  noch  von  geringem 
Einfluß  sein  soll.  Benedicks  vergleicht 
die  Härte  dem  Gasdruck  und  nimmt  eben- 
falls an,  daß  sie  bei  Elementen  der  Anzahl 
der  Atome  in  der  Raumeinheit  proportional 
ist,  während  nach  Rydberg  die  Härte  eine 
periodische  Funktion  des  Atomgewichtes  ist. 
Nach  den  Erfahrungen  an  Legierungen 
scheint  die  Härte  einer  Kristallart  durch 
kleine  isomorphe  Beimischungen  erhöht  zu 
werden  und  es  würde  dies,  wie  Benedicks 
hervorhebt,  dem  entsprechen,  daß  bei  der 
Auflösung  die  Zahl  der  Atome  in  der  Volumen- 
einheit im  allgemeinen  zunimmt,  ebenso  wie 
der  osmotische  Druck.  Indessen  scheinen  in 
dieser  Hinsicht  bisher  nur  Aggregate,  nicht 
einzelne  Kristalle  untersucht  zu  sein,  so 
daß  zweifelhaft  bleibt  wie  weit  deren  Struktur 
die  Härte  bedingt. 

Die  geologische  Bedeutung  der  Härte 
ist  nicht  sehr  erheblich.  Für  die  Deformation 
der  Gesteine  kommt  Spaltbarkeit  und  Gleit- 
vermögen zweifellos  mehr  in  Betracht  als 
die  Härte.  Die  Zersetzbarkeit  ihrer  Genieng- 
teile  scheint  von  der  Härte  ziemlich  unab- 
hängig zu  sein,  indessen  machen  sich  bei  der 
Erosion  an  harten  Gemengteilen  reiche  Ge- 


Kristallphysik  (Mechanische  Eigenschaften)  —  Kiistallphy sik  (Optische  Eigenschaften)     1 155 


steine  oft  bemerkhch  als  Kuppen.  Rücken, 
Grate  usw.,  auch  gehören  die  härtesten 
Minerale  mit  zu  denen,  die  sich  in  den  Rück- 
ständen der  Erosionsprodukte  anreichern. 
Für  die  Technik  ist  die  Härte  ihrer 
Materialien  (sie  sind,  soweit  kristallin,  fast 
stets  Aggregate)  von  großer  Bedeutung; 
sie  bedient  sich  zu  ihrer  Bestimmung  aller 
oben  genannten  Methoden  mit  gewissen 
Modifikationen. 

Literatur  bei  Auerbach  in  Win  keim  anns 
Handbuch  der  Plujsik  I,  SOI  und  S68,  1908.  — 
F.  Pöschl,  Die  Härte  der  festen  Körper. 
Dresden  1009. 


3  d)  Dru ck-  und  Schi  a  g  f  i  g  u  r  e  n. 
So  hat  man  den  Komplex  von  Sprüngen 
und  umgelagerten  Flächenteilen  bezeichnet, 
welche  da  entstehen,  wo  eine  Nadel  durch 
Schhio  in  eine  Kristallfläche  eingetrieben 
oder  ein  zugerundeter  Stift  in  sie  eingedrückt 
ist.  Sie  können  namentlich  in  dem  Falle, 
wo  die  Fläche  auf  welcher  sie  hervorgerufen 
werden,  höhere  Symmetrie  oder  Pseudo- 
symmetrie  hat  für  die  kristallographische 
Orientierung  in  ihr  dienen.  Sie  hängen 
offenbar  in  komplizierter  und  keineswegs 
überall  aufgeklärter  Weise  ab  von  den 
elastischen  Eigenschaften,  der  Spaltbarkeit, 
einfachen    Schiebungen    und   Translationen. 

So  entstehen  beim  Gips  durch  f^inschlagen 
einer  Nadel  auf  (010)  Sprünge  parallel  den 
Spaltflächen  (100)  und  (111),  letztere  er- 
scheinen aber  in  der  Nähe  der  Schlagstelle 
in  eine  Richtung  nahezu  senkrecht  zur 
ersteren  abgelenkt  (vermutlich  wegen  der 
leichten  Translationsfähigkeit  parallel  der 
ersten  Sprungrichtung).  Beim  Glimmer 
entstehen  auf  der  Spaltfläche  beim  Ein- 
drücken eines  halbkugelig  abgerundeten  Glas- 
stäbchens infolge  Translation  krummflächige 
(unelastische)  Durchbiegungen,  welche  im 
reflektierten  Lichte  eine  für  die  monokline 
Symmetrie  der  Ivristalle  charakteristische 
Lichtfigur  geben;  wird  durch  Schlag  auf 
eine  spitze  Nadel  eine  elastische  Durch- 
biegung und  Durchbohrung  der  Spaltplatte 
bewirkt,  so  reißt  das  entstehende  Gewölbe 
nach  drei  Richtungen  auf  senkrecht  zu  jenen 
Richtungen  nach  welchen  die  Translation 
nach  (001)  schwieriger  erfolgt,  so  daß  die 
entstehenden  Sprünge  nach  der  Kante  zu 
(010)  und  zwei  dazu  unter  ca.  60"  geneigten 
Richtungen,  verlaufen;  werden  die  durch- 
gebogenen Teile  um  die  den  Translations- 
richtungen zugehörigen  Richtungen  f  ge- 
knickt, so  entsteht  die  sogenannte  Druck- 
figur, von  welcher  ein  Strahl  parallel  der 
Kante  zu  (100),  zwei  andere  ungefähr  unter 
60"  dazu  geneigt  verlaufen.  Einfachere 
Schlagfiguren  entstehen  auf  der  vollkommen- 


sten Spaltfläche  von  Anhydrit,  Antimon- 
glanz, Topas,  Apophyllit  u.a. ;  sehr  schöne, 
durch  bloße  Translation,  auf  der  basischen 
Spaltfläche  von  Phosgenit.  Die  Schlag- 
figuren, namentlich  auf  der  Spaltfläche  des 
Kalkspat  und  die  ähnlichen  bei  NaNO.,  und 
KC10;j  sind  die  Folge  von  Spaltung  und  ein- 
facher Schiebung.  ;Vm  Steinsalz  erhält  man 
auf  den  Spaltflächen  Schlagfiguren,  deren 
Strahlen  parallel  den  Diagonalen  verlaufen 
und  wie  am  Glimmer  durch  das  xVufreißen 
der  infolge  Translation  durch  die  einge- 
schlagene Spitze  nach  oben  herausgetriebenen 
und  gewölbten  Spaltblättchen  entstehen. 
Komplizierter  sind  die  Druck-  und  Schlag- 
figuren auf  den  Spaltflächen  von  Bleiglanz, 
wo  je  nach  den  Dimensionen  des  Spaltstückes 
und  der  Wucht  des  Schlages  ganz  verschiedene 
Figuren  erhalten  werden  können  (Weißsche, 
Bau  er  sehe  und  Tariccosche  Figuren). 

Der  beim  Ritzen  entstehende  Komplex 
von  (meist  mikroskopischen)  Spaltrissen, 
Translations-  und  Zwillingsstreifen  und  Ver- 
biegungen  (sogenannte  Ritzfiguren)  kann 
meist  als  eine  Reihe  von  Druck-  und  Schlag- 
figuren aufgefaßt  werden  und  ist,  wie  jene, 
zuweilen  für  das  elastische  und  plastische 
Verhalten  der  Kristalle  und  ihre  Spaltbar- 
keit charakteristisch. 

Literatur  hei  O.  Mügge,  Neues  Jahrbuch  Jür 
Mineralogie  usw.  1898  I,  70  bis  159.  —  Ferner 
E.  Hensch,  Anmilcn  der  Physik  136,  hiO 
und  6-12,  1869.  —  jP.  Fischer,  Neues  Jahrbuch 
für  Mineralogie  usw.,  B.  B.  32,  45,  1911.  — 
Taricco,  Atti  R.  Accad.  dei  Lincei  19,  J78  und 
r>08,  1910.  —   O.   Mügge,   Gott.  Nachr.  191-i. 

O.   Mügge. 


Kristallphysik. 

Optische  Eigenschaften.^) 

A.  Gesetze  der  Lichtfortptlaiizung  in  durch- 
sichtigen Kristallen.  1.  Allgemeine  Grundlagen: 
a)  Wellen-  und  Normalenfläche,  b)  Das  Huvgens- 
sche  Prinzip,  c)  Die  Fresnelsche  Elastizitätsfläche. 

d)  Herleitung  der  Normalen-  und  Strahlenfläche. 

e)  Konstruktion  der  Wellenfläche;  Fresnelsches 
Elhpsoid.  2.  Reguläre  Kristahe.  3.  Optisch- 
einachsige Kristalle:  a)  Fiuidamentalerschei- 
nung  am  Kalkspat,  b)  Gestalt  der  Wellen-  und 
Normalenfläche;  positive  und  negative  Kristalle. 
c)  Dispersion.  4.  Optisch-zweiachsige  Kristalle: 
a)  Fresnels  Konstruktion  der  Wellenfläche.  b) 
Normalenfläche.  c)  Optische  Achsen  (Binor- 
malen und  Biradialen),  d)  Konische  Refraktion, 
e)  Orientierung  der  Wellenfläche  in  zweiachsigen 
Kristallen,  f )  Dispersion.  B.  Interferenzerschei- 
nungen   an    durchsichtigen     Ivristallplattea    im 


^)  Die  Erscheinungen  der  zirkidaren  und 
elliptischen  Polarisation  sind  in  dem  Artikel 
,, Drehung  der  Polarisationsebene"  be- 
liandelt. 

73* 


1156 


Kristall] »hysik  (Uptische  Eigen.schatteu) 


pohuisiorten  Licht.  1.  Analytische  Bctraclitung 
der  Liclitbewegung.  2.  Interferenzcrscheinungon 
im  senkrecht  auffallenden  Licht:  a)  llerleitung 
der  Intensitiitsgleichung.  b)  Die  Jnterferenz- 
erscheinungen  im  homogenen  Licht,  c)  Die  Inter- 
ferenzersclieinungen  im  weißen  Licht,  d)  Keil- 
förmige Platten,  e)  Kombination  von  Kristall- 
platten,  f)  Der  Babinetsche  Kompensator.  ::5. 
Interferenzerscheinungea  im  konvergenten  pola- 
risierten Licht:  a)  Optisch-einachsige  Kristall- 
platten, die  senkrecht  zur  optischen  Achse  ge- 
schnitten sind,  b)  Das  Interferenzbild  optisch 
zweiachsiger  Kristalle,  die  senkrecht  zu  einer 
Mittelhnie  geschnitten  sind,  c)  Dispersion  der 
Achsenbilder  zweiachsiger  Kristalle,  d)  Kom- 
bination einer  senkrecht  zur  Achsenebene  ge- 
schnittenen Kristallplatte  mit  einer  ^■/^-Fhtte. 
Charakter  der  Doppelbrechung.  C.  Absorbierende 
Kristalle.  1.  Pleochroismus.  2.  Reflexion  an  der 
Oberfläche  absorbierender  Kristalle.  Oberflächen- 
farbe, Cdanz.  Schiller.  D.  Optische  Kristall- 
analyse.    E.  Lumineszenz  bei  Kristallen. 

Das  Charakteristikum  für  die  den  Kri- 
stallen eigentümlichen  optischen  Eigen- 
schaften ist  die  Anisotropie,  deren  Einfluß 
auf  die  Ausbreitungsweise  der  Licht- 
schwingungen in  der  Fundamentalerschei- 
nung der  Doppelbrechung  zum  Ausdruck 
kommt.  Während  in  homogenen,  nicht 
kristallisierten  durchsichtigen  Körpern  die 
Gesetze  der  optischen  Vorgänge  von  der 
Eichtung  der  Lichtfortpflanzung  völlig  un- 
abhängig sind  (isotrope  Körper),  tritt  in 
Kristallen  im  allgemeinen  eine  Abhängigkeit 
der  optischen  Eigenschaften  von  der  Rich- 
tung ein  (anisotrope  oder  heterotrope  Körper). 

Diese  Abhängigkeit  läßt  sich  im  allge- 
meinsten Falle  geometrisch  darstellen  durch 
einen  zentrisch  symmetrischen  Körper  mit 
drei  rechtwinkeligen  ungleichen  Achsen.  Die 
Orientierung  seines  Achsensystems  im  Kristall 
und  die  relative  Wertigkeit  seiner  Achsen 
werden  für  jeden  Einzelfall  bestimmt  durch 
die  Gesetze  der  Kristallstruktur.  Der 
kristallographische  Bau  stellt  nicht  nur  eine 
bestimmte  äußere  Form  dar,  sondern  er 
gibt  gleichzeitig  die  räumhche  Verteilung 
der  physikalischen  Eigenschaften  der  Kri- 
stallsubstanz. Kristallographisch  gleich- 
wertige Richtungen  sind  es  auch  in  physi- 
kalischer, speziell  optischer  Hinsicht.  Die 
Symmetrieverhältnisse  der  Kristallform  ge- 
winnen in  dieser  Hinsicht  besondere  Be- 
deutung, insofern  sie  gleichzeitig  die  Sym- 
metrie der  optischen  Eigenschaften  enthalten. 
Die  Orientierung  des  genannten  Achsen- 
systems ist  danach  gegeben  durch  die  Rich- 
tung der  geometrischen  Symmetrieachsen 
des  Kristalles,  deren  Wertigkeit  gleichzeitig 
bestimmend  ist  für  die  Längenverhältnisse 
jener  Achsen. 

Man  kann  danach  sämtliche  Kristalle 
in  optischer  Beziehung  zunächst  in  ebensoviel 
Systeme  abteilen,  als  es  inkristaUographischer 
Beziehung  geschieht.    Die  Beobachtung  zeigt 


aber,  daß  unter  diesen  wieder  Systeme 
mit  ähnlichen  optischen  Eigenschaften  auf- 
treten, so  daß  eine  Zusammenfassung  der- 
selben in  3  Hauptgru})pen  möglich  ward. 
Zur  gleichen  Gruppierung  führt  die  Zu- 
sammenfassung der  Systeme  nach  kristallo- 
graphisehen  Gesichtspunkten,  nämlich  nach 
der    Anzahl    ihrer    Haujjtsymmetrieachsen. 

Die  erste  Gruppe  umfaßt  die  Ivristalle 
des  regulären  Systems.  Dieselben  besitzen 
den  höchsten  Grad  der  Symmetrie  und 
sämtliche  Richtungen  sind  in  optischei' 
Hinsicht  gleichwertig;  die  Kristalle  sind 
optisch  isotrop  und  haben  also  die  Gesetze 
der  Lichtfortpflanzung  mit  den  nicht  kri- 
stallisierten Körpern  gemein  (vgl.  auch  den 
Artikel  ,, Kristallstruktur"). 

Die  zweite  Gruppe  enthält  die  Iviüstalle 
des  hexagonalen  und  des  cjuadratischen 
Systems.  Ihnen  gemeinsam  ist  das  Vor- 
handensein einer  kristallographischen  Haupt- 
symmetrieachse und  damit  einer  Rich- 
tung, um  welche  das  optische  Verhalten 
der  Kristalle  symmetrisch  ist.  Die  Beob- 
achtung zeigt  ferner,  daß  in  dieser  Richtung 
selbst  die  Kristalle  sich  optisch  von  iso- 
tropen Körpern  nicht  unterscheiden  (wenn 
von  optischer  Drehung  abgesehen  wird), 
nicht  doppelbrechend  sind.  Diese  Richtung 
wird  daher  auch  als  Achse  optischer  Iso- 
tropie, kurz  ,, optische  Achse"  bezeichnet. 

Die  dritte  Gruppe  schließlich  bilden 
alle  übrigen  Kristalle,  nämlich  diejenigen 
des  rhombischen,  des  monoklinen  und  des 
triklinen  Systems.  Sie  besitzen  keine 
Hauptsymmetrieachse  und  damit  keine  Rich- 
tung, um  welche  das  optische  Verhalten 
völlig  symmetrisch  ist.  Die  Erfahrung  lehrt 
aber,  daß  diese  Kristalle  zwei  mit  den 
kristallographischen  Achsen  nicht  zusammen- 
fallende, unter  einem  mehr  oder  weniger 
spitzen  Winkel  gegeneinander  verlaufende 
ausgezeichnete  Richtungen  besitzen,  in  denen 
natürliches  Licht  die  Kristalle  ohne  Doppel- 
brechung durchsetzt,  die  also  die  Bedeutung 
zweier  optischer  Achsen  haben.  Die  Kristalle 
dieser  Gruppe  werden  daher  als  optisch 
zweiachsige  Kristalle  bezeichnet. 

Wir  gehen  im  folgenden  jetzt  näher 
auf  die  optischen  Eigenschaften  dieser  Kri- 
staUgruppen  ein  und  betrachten  zunächst 
den  Einfluß  der  Kristallstruktur  auf  die 
Geschwindigkeit  der  Lichtfortpflanzung. 

A.     Gesetze     der     Lichtfortpflanzung     in 
durchsichtigen  Kristallen. 

I.  Allgemeine  Grundlagen.  In  einem 
homogenen  Medium  pflanzt  sich  die  Licht- 
wirkung eines  leuchte udcn  Punktes  allseitig 
geradlinig  mit  bestimmter  endlicher  Ge- 
schwindigkeit fort.  Diese  liat  im  leeren  Raum 
nach     allen     Richtungen     und     unabhängig 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


1157 


von  der  Lichtsorte  den  unveränderlichen 
Wert    c  =  3  X  10^°     cm/sec.         In     jedem 

c 
anderen  Medium  besitzt  sie  den  Wert  v  =    , 

n 

wo  n,  der  Brechungsindex,  eine  durch  die 
Natur  des  Mediums  bestimmte  Größe  dar- 
stellt, die  in  isotropen  ^ledien  nur  noch 
von  der  Lichtsorte,  in  anisotropen  Medien 
außerdem  von  der  Richtung  der  Lichtfort- 
pflanzung abhängt. 

la)  Wellen-  und  Xormalenfläche. 
Das  Kontinuum  aller  Punkte,  in  welchen 
die  von  einem  leuchtenden  Punkt  ausgehende 
Lichtwirkung  iiach  einer  bestimmten  Zeit 
eintrifft,  heißt  die  Wellenfläche  des  be- 
treffenden Mediums.  Die  Form  der  Fläche 
ist  von  der  gewählten  Zeit  unabhängig, 
und  ihre  absoluten  Dimensionen  sind  dieser 
Zeit  direkt  proportional.  Es  genügt  daher, 
die  Fläche  für  irgendeine  beliebige  Zeit 
zu  kennen.  Wie  wir  sehen  werden,  ist  es 
von  Vorteil,  als  Bezugszeit  entweder  1  Se- 
kunde oder  den  c-ten  Teil  derselben  zu 
wählen.  Betrachten  wir  ein  sehr  kleines 
Element  s  einer  beliebigen  Wellenfläche 
(Fig.    1),    so    stellt   der   zugehörige    Radius- 


:<i       '^q: 


Fig.  1. 

Vektor  r  die  Richtung  der  Lichtfortpflanzung 
nach  diesem  Element,  d.h.  deuLichtstrahl, 
dar.  Die  Wellenflächc  gibt  also  die  Vertei- 
lung der  Fortpflanzungsgeschwindigkeit  der 
Lichtstrahlen  in  dem  betreffenden  Medium, 
so  daß  sie  auch  als  Strahlenfläche  be- 
zeichnet werden  kann.  Wird  als  Bezugszeit 
1  Sekunde  gewählt,  sogeben  ihre  Dimensionen 
direkt  die  Strahlgeschwindigkeiten  in  den 
einzelnen  Richtungen  an. 

Wir  erkennen  nun  aber,  daß  der  Licht- 
strahl im  allgemeinen  gegen  sein  zugehöriges 
Wellenelement,  das  wir  gleichzeitig  als 
Element  der  Tangentialebene  im  betrachteten 
Punkt  ansehen  können,  geneigt  sein  kann 
(in  unserem  speziellen  Fall  um  den  Winkel 
zwischen  r  und  v,  wo  v  die  Normale  auf 
der  Tangentialebene  ist).  Wächst  nun  die 
Zeit  um  den  kleinen  Betrag  dt,  so  ver- 
schiebt sich  das  betreffende  Element  parallel 
mit  sich  selbst  in  der  Richtung  des  zuge- 
hörigen Strahls  um  rdt;  die  Tangentialebene 
aber,  der  es  angehört,  verschiebt  sich  längs 


ihrer  Normale  v  um  die  kleinere  Strecke 
PQ'  =  rdt  X  cos  (r,  v),  welche  die  Pro- 
jektion des  Strahlstückes  rdt  auf  die  Nor- 
malenrichtung ist.  Die  Fortpflanzungs- 
geschwindigkeit der  Tangentialebene  der 
Wellenfläche,  die  als  Normalengeschwin- 
digkeit bezeichnet  wird,  ist  also  in  unserem 
Falle  geringer  als  die  entsprechende  Strahlen- 
geschwindigkeit. 

Ist  nun  der  leuchtende  Punkt  sehr  weit 
entfernt,  also  ■  r  sehr  groß,  so  sind  auch 
größere  Stücke  der  Wellenfläche  als  eben 
anzusehen;  man  spricht  dann  von  ebenen 
Wellen.  Solche  unterliegen  der  Beob- 
achtung in  allen  Fällen,  in  denen  man  mit 
parallelem  oder  nahe  parallelem  Licht  ope- 
riert. Dann  ist  auch  der  Beobachtung  direkt 
zugänglich  nur  die  Geschwindigkeit  der 
Wellenfortpflanzung  in  der  Richtung  ihrer 
Normalen,  also  die  Normalengeschwindigkeit 
V.  Die  Kenntnis  der  Wellenfläche  genügt 
in  diesem  Fall  nicht  mehr  zur  Beschreibung 
der  beobachtbaren  Vorgänge.  An  ihre 
Stelle  muß  dann  die  ,,Nornialenfläche" 
treten,  die  nuin  dadurch  erhält,  daß  man  auf 
jeder  durch  den  Mittelpunkt  der  Wellen- 
fläche gelegten  Richtung  die  ihr  entsprechen- 
den Werte  der  Normalengeschwindigkeit 
aufträgt,  die  durch  Projektion  der  jeweiligen 
Strahllängen  auf  die  durch  das  Zentrum  der 
Fläche  gehenden  Wellennormaleu  gefunden 
werden. 

In  allen  Fällen,  in  denen  der  Lichtstrahl 
auf  dem  zugehörigen  Wellenelement  senk- 
recht steht,  fallen  Strahl  und  Normale 
und  entsprechend  Strahlenfläche  und 
Normalenfläche  zusammen.  Es  trifft  dies 
namentlich  für  Kugelwellen  zu.  Andererseits 
ist  der  Unterschied  zwischen  beiden  Flächen 
um  so  geringerj  je  weniger  Strahl  und 
Wellennormale   sich  voneinander   entfernen. 

ib)  Das  Huygenssche  Prinzip.  Die 
Ausbreitungsweise  der  Lichtwirkung,  die 
zur  Ausbildung  der  Wellenfläche  führt, 
ist  nach  Huygens,  dem  Begründer  der 
Undulationstheorie  des  Lichts,  folgender- 
maßen aufzufassen:  Während  sich  eine 
Welle  durch  irgendein  Medium  fortpflanzt, 
durchlaufen  die  Aethervibrationen  nach- 
einander alle  in  der  Fortpflanzungsrichtung 
liegenden  Punkte  derart,  daß  die  Erregung 
an  jedem  Punkte  zeitlich  um  so  später 
erfolgt,  je  größer  sein  Abstand  vom  Er- 
regungszentrum ist.  Die  Fortpflanzung  der 
Schwingung  kann  danach  als  eine  I'^eber- 
tragung  der  Erregung  von  Punkt  zu  Punkt 
angesehen  werden.  Jeder  von  einer  Licht- 
welle getroffene  Punkt  kann  dann  selbst 
als  Ausgangspunkt  von  elementaren  Licht- 
wellen aufgefaßt  werden,  die  sich  allseitig 
ausbreiten  und  die  um  so  später  ihre  Be- 
wegung beginnen,  je  weiter  ihr  Ausgangs- 
punkt vom  ursprünglichen  Zentrum  entfernt 


1158 


KristaUpliysik  ((>|itiseho  Eij^cnseliat'ton) 


ist.  Die  aus  dein  Ziisaninieinvirkoii  dieser 
unendlich  vielen  Wellensysteme  resultierende 
Hauptwelle  wird  lür  joden  Zeitpunkt  durch 
die  alle  einzelnen  Teilwellen  gemeinsam 
umhüllende  Fläche  dargestellt.  Wie  sich 
zeigen  läßt,  treuen  nämlich  an  ihr  alle 
Bewegungen  mit  gleichen  Schwingungs- 
zuständen  ein,  während  sich  in  allen  anderen 
Punkten  des  Raumes  die  Teilwellen  durch 
Interferenz  vernichten.  Man  gelangt  auf 
diesem  Wege  genau  zu  demselben  Haupt- 
wellcusystem,  welches  durch  die  Beobachtung 
in  jedem  Falle  tatsächlich  festgestellt  wird, 
ic)  Die  Fresnelsche  Elastizitäts- 
fläche. Fresnel  ist  es  gelungen,  durch 
relativ  einfache  Annahmen  eine  allgemeine 
theoretische  Darstellung  der  Wellenfort- 
pflanzung in  einem  beliebigen  Medium  zu 
geben.  Wenn  seine  mechanischen  Vor- 
stellungen auch  der  neueren  elektromagne- 
tischen Auffassung  der  Wellenbewegung 
weichen  mußten,  so  haben  doch  seine  Er- 
gebnisse ihre  Bedeutung  unverändert  be- 
wahrt. 

Fresnel  betrachtet  den  Aether  als  ein 
elastisches  Medium,  in  dem  jede  in  einem 
beliebigen  Punkte  auftretende  Verschiebung 
Elastizitätskräfte  auslöst,  welche  das  ur- 
sprüngliche Gleichgewicht  wiederherzustellen 
streben.  Wird  dann  die  Lichtfortpflanzung 
als  elastischer  Vorgang  aufgefaßt,  so  sind 
ihre  Gesetze  direkt  aus  den  elastischen 
Eigenschaften  des  Aethers  im  betreffenden 
Körper  abzuleiten.  Während  in  jedem 
isotropen  Medium  die  Elastizität  des  Aethers 
nach  allen  Richtungen  als  konstant  betrachtet 
werden  muß,  ist  sie  in  den  anisotropen 
Kristallen  mit  der  Richtung  veränderlich 
anzunehmen.  Es  existieren  in  diesen  aber 
drei  zueinander  senkrechte  Richtungen,  in 
denen  die  Elastizität  ihren  größten,  ihren 
kleinsten  und  einen  zwischen  beiden  liegenden 
charakteristischen  Wert  besitzt,  und  welche 
außerdem  die  Eigenschaft  haben,  daß  jede 
Verschiebung  in  ihrer  Richtung  nur  Elastizi- 
tätskräfte in  der  gleichen  Richtung  hervor- 
ruft. Diese  Riehtungen,  die  für  jeden  Punkt 
im  Kristall  die  gleichen  sind,  werden  als 
Elastizitätsachsen  bezeichnet.  Ist  die 
Elastizität  in  diesen  drei  Richtungen  be- 
kannt, so  kann  dieselbe  daraus  für  jede 
andere  Richtung  abgeleitet  werden. 

Es  seien  die  drei  Elastizitätsachsen  des 
betrachteten  Älediiims  zu  Koordinatenachsen  x, 
y.  z  genommen.  Die  Elastizit<ät  nach  diesen 
Achsenrichtungen  sei  mit  a^,  b^,  c^  bezeichnet, 
wobei  wir  diese  Grötle  sf)  definieren,  daß  ihre 
Multiplikation  mit  der  in  der  Achseiuichtung 
erfolgenden  Verschiebung  jeweils  die  Größe  der 
in  dieser  RichtunL»;  hervorgerufenen  Elastizitäts- 
kraft ergibt. 

Tritt  nun  iu  unserem  I\Iedium  eine  Aether- 
verschiebung  c  parallel  einer  txeraden   mit  den 


iN'eigiaigswinkehi  c,  /)',  7  gegen  die  Koordinaten- 
achsen ein,  so  kann  diese  in  die  drei  Komponenten 
ö.cosf«:,  ö.cos/j,  a.cosy 

nach  den  Achsenriclitungen  zerlegt  werden.  Diese 
rufen  in  der  gleichen  Richtung  die  Elastizitäts- 
kräfte 

a-(»  cos  t;,  h'-G  cos  ß.  c-ö  cos  7 

hervor.  Die  Resultierende  dieser  drei  Kiäfte  ist 
dann 


R  =  a  Va*  cos^  a  -f  b*  cos*  ß  +  c*  cos^  y, 

und  der  Kosinus  ihrer  Winkel  gegen  die  Koordi- 
natenachsen ist 

a-ö  cos  cc     b^ö  cos  ß    c^c  cos  7 
R      '       "rT  '  '       ~R      ■ 

Man  sieht,  daß  im  allgemeinen  die  resul- 
tierende Elastizitätskraft  nicht  gleiche  Rich- 
tung hat  mit  den  sie  erzeugenden  Verschiebungen 
(eine  Koinzidenz  trifft  in  Uebereinstimmung  mit 
der  gemachten  Voraussetzung  nur  für  die  spe- 
ziellen Fälle  ein,  daß  die  Verschiebung  in  der 
Achsenrichtung  erfolgt,  wo  also  z.  B.  cc  =  0, 
ß  =  Y  =  90"  wird).  Man  kann  nun  aber  die 
Resultante  in  zwei  andere  Kräfte  zerlegen,  von 
denen  die  eine  parallel,  die  andere  normal  zu 
den  Ver.schiebungsrichtungen  wirkt.  Von  diesen 
beiden  Kräften  lassen  wir  die  letztere,  da  sie,  wie 
im  folgenden  Abschnitt  ersichtlich  wird,  für 
die  Lichtfortpflanzung  nicht  in  Betracht  kommt, 
unberücksichtigt  und  berechnen  nur  die  den 
Verschiebungen  parallele  Komponente.  Dieselbe 
ergibt  sich  als  Summe  der  Projektionen  der  in 
die  Achsenrichtungen  fallenden  Kraftkompo- 
nenten auf  die  Richtung  der  Verschiebungen. 
Sie  ist  also 

a-c  cos^  cc  -f  b-<?  cos-  ß  +  c-c  cos-  7. 

Die  Elastizität  in  der  betrachteten  Richtung, 
die  mit  v^  bezeichnet  werde,  ist  dann 

a-  cos^  cc  +  b-  cos-  ß  +  c^  cos-  7  =  r-. 

Damit  ist  ganz  allgemein  die  für  die  Lichtfort- 
pflanzung maßgebende  Verteilung  der  Elastizität 
in  dem  betrachteten  anisotropen  Medium  fest- 
gestellt.    Setzen  wir  noch 


X  ,,     V 

— ,  cosp  =  -, 


cos  7  = 

V 

und  v^=x^+  y-  +  z-, 
so  folgt  in  rechtwinldigen  Koordinaten 
(x-  -|-  y-  +  z^y  —  a-  X-  —  b^  y-  —  c^  z-  =  0. 

Dies  ist  die  Gleichung  der  Fresnel- 
schen  Elastizitätsfläche.  Sie  stellt 
ein  Ovaloid  dar  mit  den  Halbachsen  a, 
b,  c,  dessen  Radienvektoren  v  für  jede 
beliebige  Richtung  die  Quadratwurzel  der 
Elastizität  angeben. 

id)  Herleitung  der  Normalen-  und 
Strahlenfläche.  Für  die  Fortpflanzungs- 
geschwindigkeit einer  elastischen  AVelle  gilt 
allgemein  die  Beziehung 


f  0' 


wo    v'^    die   Elastizität  des   Aethers   in   der 
Richtung    der    Verschiebungen    und    d    die 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


1159 


Dichte  des  Aethers  bezeichnet,  v  ist  also 
proportional  bezw.  gleich  v.  wenn  wir  d 
konstant  bezw.  gleich  1  setzen.  Die  Radien- 
vektoren des  abgeleiteten  Ovaloids  geben 
danach  direkt  ein  Maß  für  die  Wellenge- 
schwindigkeit. Da  nun  aber  die  Fortpflan- 
zung des  Lichtes  auf  transversalen  Aether- 
schwingungen  beruht,  so  ist  die  Länge  eines 
Radiusvektors  nicht  etwa  maßgebend  für 
die  (Geschwindigkeit  einer  in  seiner  Richtung 
sich  fortpflanzenden  Lichtwelle,  sondern 
nur  für  die  Geschwindigkeit  derjenigen 
Lichtwellen,  deren  Aetherschwingungen  in 
seine  Richtung  fallen,  die  sich  also  senkrecht 
zu  ihr  fortpflanzen  (da  für  diesen  Fall  eine 
zur  Yerschiebungsrichtung  normale  Kom- 
ponente der  Elastizitätskraft  einer  longitudi- 
nalen  Welle  entsprechen  würde,  blieb  diese 
Komponente  in  unserer  vorhergehenden  Ent- 
wickelung  (vgl.  ic)  unberücksichtigt).  Damit 
ist  allerdings  die  Zuordnung  von  Lichtwelle 
und  Radiusvektor  des  Elastizitätsovaloids 
noch  nicht  eindeutig  gegeben,  da  den 
Schwingungen  einer  natürlichen  Lichtwelle 
gleichzeitig  alle  Radienvektoren  zugeordnet 
werden  könnten,  die  in  der  zur  Richtung 
der  Wellenfortpflanzung  normalen  Schnitt- 
ebene des  Ovaloids  liegen.  Die  theoretische 
Betrachtung  lehrt  hierzu  in  Uebereinstim- 
mung  mit  der  Erfahrung  nun  folgendes: 

In  einer  gegebenen  Richtung  können 
sich  in  einem  anisotropen  Medium  inir  die- 
jenigen beiden  transversalen  Schwingungen 
ausbreiten,  die  in  den  zwei  zueinander 
senkrechten  Ebenen  erfolgen,  in  welchen 
sich  von  allen  senkrecht  zum  Strahl  vor- 
handenen Elastizitäten  die  größte  und  die 
kleinste  derselben  vorfinden.  Tritt  also 
eine  ebene  Welle  in  behebiger  Richtung  in 
einen  anisotropen  Ivristall  ein,  so  wird  sie 
im  allgemeinen  in  2  Wellen  zerlegt,  deren 
Schwingungsrichtungen  jeweils  durch  die 
größte  und  kleinste  Achse  der  zur  Fort- 
pflanzungsrichtung senkrecht  stehenden 
Schnittkurve  des  Ovaloids  gegeben  sind 
und  deren  Geschwindigkeiten  der  halben 
Länge  dieser  Achsen  gleich  sind. 

Um  daher  die  Fortpflanzungs- 
geschwindigkeit ebener  Wellen  in 
beliebiger  Richtung  in  einem  aniso- 
tropen Medium  zu  erhalten,  legt  man 
beliebige  Ebenen  durch  den  Mittel- 
punkt seiner  Elastizitätsfläche,  er- 
richtet in  demselben  auf  der  be- 
treffenden Ebene  ein  Lot  und  trägt 
hierauf  den  größten  und  kleinsten 
Halbmesser  der  durch  den  Schnitt 
mit  der  Elastizitätsfläche  gebildeten 
Kurve  ab.  Der  geometrische  Ort  aller  so 
erhaltenen  Punkte  ist  die  Normalenfläche 
des  betreffenden  Körpers.  Dieselbe  ist  eine 
zweischalige  Fläche,  da  sie  gleichzeitig 
die    graphische    Darstellung    der    Fortpflan- 


zungsweise zweier  verschiedener  Wellen- 
züge ist.  Es  ist  bemerkenswert,  daß  zu  ihrer 
Herleitung  die  Kenntnis  einer  einzigen 
charakteristiscluMi  Fläche,  des  Elastizitäts- 
ovaloids des  Mediums,  genügt. 

Ihre  Gleichung  ergibt  sich  auf  folgench; 
Weise : 

Die   Gleichung  der  Elastizitätsfläche  \v:u-: 
(.\2  +  y2  +  z2)2  —  a-^  x2  ~  b^  y2  —  c^  z-  =  0     1) 

Betrachten  wir  nun  eine  Wellennormale, 
deren  Neigung  gegen  die  Hauptachsen  der 
Elastizitätsfläche  durch  die  "Winkel  o:,  ß,  y  ge- 
geben ist,  so  ist  die  Gleichung  der  zu  ihr  senk- 
rechten Diametralebene,  die  wir  durch  den 
I\fittelpunkt  der   Elastizitätsfläche  legen, 

x.cos  (-'  +  y  cos  ß  ~r  z  cos  7  =  0  2) 

Auf  der  Richtung  der  Wellennormalen  sind 
nun  die  Längen  der  beiden  Halbachsen  der  ent- 
standenen Schnittkurve  abzutragen.  Diese 
Längen  sind  I\Iaxinial-  und  ]\Iinimahvert  der  in 
der     Schnittebene     möglichen     Radienvektoren 


l'X"  +  y^  +  z"^  =  1' 

Wie  sich  durch  Differentiation  ergibt,  trifft 
dies  zu,  wenn  die  Bedingungsgleichungen  er- 
füllt sind 

X  —  l-d^x  —  l'  cos  c<  =  0 

y  —  ^b^y  —  r  cos  /3  =  0  8) 

z  —  ?.c^y  —  l'  cos  7  =  0 

wo  /.  und  //  bestimmte  Faktoren  sind.  Werden 
diese  Gleichungen  mit  x,  y,  z  multipliziert  und 
addiert,   so  wird  mit   Berücksichtigung  von   2) 

r~  —  l{(i-x^  -f  b2y2  4-  c^z-)  =  0 
luid  mit  Berücksichtigung  von  li 


Die   Gleichungen  3)  lassen  sich   dann   in  der 
Form  schreiben: 


XI 


y  1 


z    1 


=i'cos  c: 


/.'cos  ß 


=  /.  cos  y. 


Werden  diese  Gleichungen  der  Reihe  nach  mit 


cos  c: 


cos  ß 


-b-'   T^ — c^ 


multipliziert  und  dann  addiert,  so  folgt,  da  die 
Glieder  der  linken  Seite  verschwinden. 


cos^  u 


cos^  ß 


-0. 


Dies  ist  die  allgemeine  Beziehung  für 
die  Fortpflanzungsgeschwindigkeit  v  einer 
ebenen  Welle,  deren  Normale  mit  den 
Elastizitätsachsen  des  betreffenden  Körpers 
die  Winkel  a,  ß,  y  einschließt;  sie  stellt 
also  die  gesuchte  Gleichung  der  Nor- 
mal enf  lache  dar.  In  rechtwinkeligen 
Koordinaten  wird  dieselbe: 


1160 


Ivristall])hysik  (Optische  Eigenschaften) 


(x2  +  y-^  +  z-'f  —  {x-^(b2  +  c^)  +  y-(c2  +  a^) 

+   z2(a2  +  b^)}'  (x-^  +  y-  +  Z-)  +  b'^c^x'-^ 

+  c-a-y-  +  a-b-z^  =  0. 

Es   ist   dies   eine    Gleichiuiii;    0.    (Irades. 

Falls  man  von  der  Krümmung  der  Wellen 
nicht  absehen  darf,  ist  an  Stelle  der  Normalen- 
fläche die  Wellenfläche  in  Betracht  zn 
ziehen.  Diese  ist,  wie  im  vorstehenden 
nnter  i  a  t!;ezei2;t  worden  ist,  anfznfassen  als 
die  ii;emeiiisaine  Umhüllende  aller  ebenen 
Wellen,  die  zur  Zeit  Null  durch  ihren  Mittel- 
punkt hindurchgegangen  sind,  während  um- 
gekehrt die  Normalenfläche  als  der  geometri- 
sche Ort  aller  Fußpunkte  der  vom  Zentrum 
der  Strahlenfläche  auf  alle  ihre  Tangential- 
ebenen gefällten  Senkrechten  definiert  ist. 
Man  kann  danach  die  Gleichung  der  Wellen- 
fläche entweder  ans  der  Gleichung  der 
Elastizitätsfläehe  berechnen,  indem  man 
die  gekrümmten  Wellen  sich  entstanden 
denkt  aus  einer  Aufeinanderfolge  unendHch 
vieler  ebenen  Wellen  (vgl.  A.  Becker,  Kristall- 
optik. Stuttgart  1903),  oder  man  kann  ihre 
Gleichung  direkt  aus  derjenigen  der  Nor- 
malenfläche ableiten  (vgl.  Poekels  Lehr- 
buch der  Kristalloptik  S.  45).  Die  Rechnung 
ergibt  für  die  Gleichung  der  Wellen- 
fläche in  Polarkoordinaten 


dieselbe  Operation  an  der  Gleichung  des 
Elastizitätsovaloids  aus.  so  ergibt  sich  in 
Polarkoordinaten 

cos^  a      cos^  ß      cos^  7  _  1 
a2~  +  ^b2      +  ^2~  ~  ^ 

und  in  rechtwinkelit^en  Koordinaten 


b2    ^    C2  -"• 


a^  cos^  a  .   b^  cos^  ß      c^  cos^ 


7 


=  0. 


o' 


0"^ — c^ 


oder  in  rechtwinkeligen  Koordinaten 

(x2  +  y2  +  z2)  (a^x^  +  b2y2  -f  c^z^)  — 
a2  (b2  -f  c2)  x2  —  b^  (c^  +  a2)  v^ 
—  c2  (a2  +  b^)  z2  +  a-^b^c^  =  0. 

Darin  bedeuten  a,  b,  c,  wie  stets,  die 
Fortpflanzungsgeschwindigkeiten  nach  den 
3  Achsenrichtungen  (dieselben  sind  für  Welle 
und  Strahl  identisch)  und  o  die  Strahlen- 
geschwindigkeit in  der  durch  die  Winkel  a, 
ß,  y  gegen  die  Achsen  gegebenen  Richtung. 

le)  Konstruktion  der  W^ellen- 
fläche,  Fresnelsches  EUipsoid.  Wie 
wir  gesehen  haben,  bildet  das  Fresnelsche 
Elastizitätsovaloid  (vgl.  i  c)  die  Grundlage 
für  die  Konstruktion  der  Normalenfläche. 
Wie  Fresnel  gezeigt  hat,  läßt  sich  nun  auch 
die  Wellenfläche  in  ganz  analoger  Weise 
konstruieren,  wenn  an  Stelle  des  Ovaloids 
eine  Fläche  zugrunde  gelegt  wird,  die  zu 
diesem  in  derselben  Beziehung  steht  wie 
die  Wellenfläche  zur  Normalenfläche. 

Man  erkennt  leicht,  daß  die  Gleichung 
der  Wellenfläche  aus  derjenigen  der  Nor- 
malenflächc  hervorgeht,  wenn  in  letzterer 
die  a,  b,  c  durch  ihre  reziproken  Werte  und 
1 

durch  0-— die  Strahlengeschwindigkeit  — 

ersetzt  wird,  und  wenn  gleichzeitig  die 
Neigungswinkel  an  Stelle  der  Normalen 
dem   Strahl  zugeteilt  werden.     Führen   wir 


Dies  ist  die  Gleichung  eines  dreiachsigen 
Ellipsoids,  das  als  Fresnelsches  EUip- 
soid bezeichnet  wird,  und  dessen  Be- 
deutung darauf  beruht,  daß  es  die  Grundlage 
bildet  für  die  Ableitung  der  Strahlenfläche. 
Für    diese    Ableitung    gilt    folgender    Satz: 

Legt  man  durch  das  Fresnelsche 
EUipsoid  eine  Diametralebene,  so 
ergeben  die  Halbachsen  der  erzeugten 
Schnittkurve  (Ellipse  bezw.  Kreis) 
durch  ihre  Länge  die  Fortpflan- 
zungsgeschwindigkeiten der  beiden 
senkrecht  zu  jener  Ebene  verlaufen- 
den Strahlen  an. 

Wir  wenden  uns  jetzt  zur  Betrachtung 
der  speziellen  Eigenschaften  der  einzelnen 
Kristallgruppen. 

2.  Reguläre  Kristalle.  Wird  im  Innern 
eines  regulären  Kristalls  eine  Lichtwelle 
erregt,  so  pflanzt  sich  dieselbe  nach  allen 
Richtungen  mit  derselben  Geschwindigkeit 
fort,  da  alle  Richtungen  sowohl  in  geome- 
trischer als  in  optischer  Hinsicht  gleichwertig 
sind.  Von  jedem  Erregungszentrum  gehen 
sonach  Kugelwellen  aus,  für  die  Strahl-  und 
Wellennormale  identisch  sind. 

Setzen  wir  a  =  b  =  c,  so  gehen  sämtliche 
im  vorhergehenden  entwickelten  Gleichungen 
in  diejenige  einer  Kugel 

a^  +  y'  +  z-  =  a- 

über,  wo  a  die  nach  allen  Richtungen 
konstante  Lichtgeschwindigkeit  darstellt. 
Wählen   wir  als   Zeiteinheit  den   c-ten   Teil 

einer    Sekunde  (vgl.  la),  so  ist  a  =     .  und 

wir  erhalten  als  charakteristische  Gleichung 
für  die  Lichtfortpflanzung  in  regulären 
Kristallen 

X2  +  y2  +  Z2  =  -,, 

WO  n  der  Brechungsiiidex  des  betreffenden 
Kristalls  ist,  der  nur  noch  abhängt  von  der 
Lichtsorte.  Es  genügt  also  zur  eindeutigen 
Festlegung  der  Lichtfortpflanzung  für  jede 
homogene  Welle  eine  einzige  Konstante  des 
betreffenden  Körpers. 

3.  Optisch-einachsige  Kristalle.  Die 
ty])ischen  p]igenschaften  der  Kristalle  dieser 
(Jruppe  sind  zuerst  am  Kalkspjit  b(M)bachtet 
und  näher  studiert  worden. 


Kristallpliysik  (Optische  Eigenschaften) 


1161 


3a)  Fundamentalerscheiimngen  am 
Kalkspat.  Der  Kalkspat  kristaUisiert  hexa- 
jn^onal  rhomboedrisch  und  spaltet  leicht  in 
drei  Richtuni^en  nach  einem  Rhomboeder, 
d.  i.  in  Stücke,  die  von  0  Hhombenllächen 

begrenzt  sind. 
Während  zwei 
sich  g:egeniiber- 
liesende  Ecken 
von  o  stumpfen  j 
Winkeln  einse- ' 
schlössen  sind, 
weixlen  die 

übrigen  6  Ecken 
von  einem 

stumpfen  und 
zwei  spitzen 
Winkeln  gebil- 
det. Die  Ver- 
bindungslinie ab  der  zwei  stumpfen  Ecken 
ist  die  kristallographische  Hauptachse, 
während  die  Nebenachsen  durch  die  Glitte 
der  auf-  und  absteigenden  Seitenkanten 
gehen. 

Im  Jahre  1669  hat  Erasmus  Bartho- 
linus  an  einem  solchen  Kristall  beobachtet, 
daß  Gegenstände  durch  ihn  doppelt  gesehen 
werden;  er  nannte  ihn  deshalb  Doppels])at. 
Die  Erscheinung  wairde  später  namentlich 
von  Huygens,  Malus  und  Young  ein- 
gehend untersucht  und  erklärt.  Dieselben 
fanden,  daß  ein  in  den  Kristall  eintretendes 
Bündel  paralleler  Strahlen  natürlichen  Lichts 
im  allgemeinen  in  zwei  Strahlenbündel  von 
merklich  gleicher  Intensität  zerlegt  wird, 
die  sich  im  Kristall  in  verschiedener  Richtung 
fortpflanzen,  die  also  verschieden  gebrochen 
werden.  Von  diesen  folgt  das  eine  dem  ge- 
wöhnlichen Brechungsgesetz,  besitzt  also 
nach  allen  Richtungen  im  Kristall  dieselbe 
Fortpflanzungsgeschwindigkeit,  während  die 
Größe  der  Brechung  des  anderen  von 
der  Fortpflanzungsrichtung  im  Ivristall  ab- 
hängt. Slan  nennt  daher  den  ersten  Strahl 
den  gewöhnlich  gebrochenen  oder  ordinären, 
den  anderen  den  außerordentlichen  oder 
extraordinären  Strahl. 

Die  Existenz  eines  ordinären  Strahls 
wurde  mehrfach  durch  entscheidende  Ver- 
suche sichergestellt.  Brewster  legte  zwei 
Kalkspatstücke,  von  denen  das  eine  parallel, 
das  andere  senkrecht  zur  Hauptachse  ge- 
schnitten war,  so  aufeinander,  daß  beide 
ein  einziges  Prisma,  beide  mit  genau  gleich 
großen  brechenden  Winkeln,  bildeten.  Er 
fand,  daß  der  in  der  einen  Hälfte  auftretende 
ordinäre  Strahl  in  derselben  Richtung  auch 
die  zweite  Hälfte  durchlief,  daß  seine  Fort- 
pflanzungsgeschwindigkeit also  dieselbe  Wieb. 
Später  maßen  Swan,  Glazebrook  und 
Hastings  den  Brechungsexponenten  des 
ordinären  Strahls  mit  Prismen,  die  in  ganz 


verschiedenen  Richtungen  geschnitten  waren, 
und  fanden  dasselbe  Resultat. 

Die  beiden  gebrochenen  Strahlen  sind  aber 
nicht  mehr  natürliches,  sondern  geradlinig 
polarisiertes  Licht.  Während  wir  beim 
natürlichen  Licht  Aetherschwingungen  in 
allen  Richtungen  senkrecht  zum  Strahl 
zulassen,  erfolgen  die  Transversalschwin- 
gungen der  beiden  gebrochenen  Strahlen 
nur  noch  in  ganz  bestimmten  Ebenen.  Es 
zeigt  sich,  daß  diese  beiden  Ebenen  selbst 
aufeinander  senkrecht  stehen,  und  zwar 
erfolgen  die  Schwingungen  des  ordinären 
Strahls  jeweils  senkrecht,  diejenigen  des 
extraordinären  Strahls  jeweils  parallel  zu 
der  durch  Strahl  und  Hauptachse  gelegten 
Ebene,  die  als  ..Hauptschnitt"  bezeichnet 
wird. 

Die  Brechung  des  extraordinären  Strahls 
weicht  bei  gleichem  Einfallswinkel  von  der- 
jenigen des  ordinären  am  meisten  ab  in 
dem  Fall,  wo  die  Richtung  seiner  Fort- 
pflanzung zur  Hauptachse  des  Kristalls 
senkrecht  steht.  Je  mehr  sich  seine  Fort- 
pflanzungsrichtung der  Richtung  der  Haupt- 
achse nähert,  desto  geringer  werden  die 
Unterschiede  der  Brechbarkeit  beider 
Strahlen;  sie  verschwinden  schließlich  voll- 
ständig für  den  Fall,  daß  die  Strahlfort- 
pflanzung in  der  Richtung  der  Hauptachse 
erfolgt.  Diese  ist  also  die  ,, optische  Achse" 
des  Kristalls,  längs  welcher  die  Doppel- 
brechung verschwindet. 

Diese  Eigenschaften  des  Kalkspats  be- 
sitzen alle  Kristalle  des  hexagonalen  und 
quadratischen  Systems.  Eine  zusammen- 
fassende Betrachtung  dieser  Eigenschaften 
ermöglicht  die  Aufstellung  der  Wellen-  und 
Normalenfläche. 

3bj  Gestalt  der  Wellen-  und  Nor- 
malenfläche: positive  und  negative 
Kristalle.  Im  Innern  jedes  optisch- 
ftinachsigen  Kristalls  pflanzen  sich  nach 
Torstehendem  zwei  verschiedene  Wellen 
gleichzeitig  von  einem  Erregungszentrum 
aus  fort,  von  denen  die  ordinäre  eine  von 
der  Richtung  unabhängige,  die  extraordinäre 
eine  mit  der  Richtung  veränderliche  Ge- 
schwindigkeit besitzt.  Die  Wellenfläche 
muß  daher,  wie  Huygens  von  vornherein 
richtig  erkannt  hat,  aus  2  Teilen  bestehen, 
von  denen  der  eine,  dem  ordinären  Strahl 
zugehörige  eine  Kugel,  der  andere,  dem 
extraordinären  Strahl  zugehörige  wegen  der 
Symmetrieverhältnisse  eine  Rotationsfläche 
sein  muß,  die  in  der  Hauptachsenrichtung 
mit  der  Kugel  gemeinsame  Pole  hat.  Als 
einfachster  Fall  kam  für  sie  die  Annahme 
i  eines  RotationseUipsoids  in  Betracht,  das 
]  durch  zwei  Parameter  bestimmt  wird,  den 
;  Polarradius  0  und  den  Aequatorialradius  e, 
!  welche  die  Extremwerte  der  vorkommenden 
Fortpflanzungsgeschw'indigkeiten,    die    söge- 


1J62 


Ki-istallphysik  (Dptische  Eigenschaften) 


nannten   H  a  u  p  1 1  i  c  li  t  s  e  s  c  li  \v  i  n  d  i  k  k  e  i  1 1'  n 
des  betreffenden  Kristiills  darstellen. 

Zn  dieser  Wellenfläehe  ü;elangt  man 
auch  in  der  Tat  durch  Anwendung  der 
Fresne Ischen  BetrachtuntJjsweise  (vejl.  le). 
Das  Fresnelsche  hJllipsoid  iieht  für  optisch- 
einachsige Kristalle  in  ein  Rotationsellipsoid 
mit  der  Gleichung 

x^  +  y-  ,   z2  _ 

a2      ^  c2 
über,  falls  die  optische   Achse   zur  z-Achse   d 


Fig.  3. 

gewählt  wird;  dabei  ist  a  =  o  und  c  =  e 
zu  setzen.  Das  Achsenkreuz  des  Ellipsoids 
ist  sonach  das  in  Figur  3  dargestellte. 

Betrachten  wir  nun  die  Vorgänge  in 
einer  die  x-  und  z-xAchse  enthaltenden 
Schnittebene  durch  den  Kristall,  d.  h.  in 
einem  die  x-Achse  enthaltenden  Haupt- 
schnitt. Haben  wir  ein  Erregungszentrum 
homogener  Wellen,  so  breiten  sich  von  ihm 
zwei  Wellenzüge  aus,  nämlich  solche,  deren 
Schwingungen  normal  zur  betrachteten  Ebene 
erfolgen,  und  solche,  deren  Schwingungen 
in  diese  Ebene  fallen.  Die  Schwingungen 
der  ersten  (ordinären)  Welle  erfolgen  danach 
in  allen  Fällen,  welches  auch  die  Fortpflan- 
zungsrichtung der  Welle  sein  mag,  parallel 
zur  y-Achse  und  pflanzen  sich  daher  in  jedÄ- 
Richtung  mit  gleicher  Geschwindigkeit  fort; 
der  Schnitt  unserer  x-z-Ebene  durch,  die 
Wellenfläche  liefert  für  den  ordinären  Strahl 
einen  Ivreis  mit  dem  Radius  o.  Die  im 
Hauptschnitt  erfolgenden  Schwingungen  der 
zweiten  (extraordinären)  Welle  besitzen  keine 
unveränderliche  Richtung,  sondern  verlaufen 
gegen  die  optische  Achse  unter  variablen 
Winkeln.  Ihre  Fortpflanzungsgeschwindig- 
keit ist  dabei  nach  allen  Richtungen  ver- 
schieden, in  denen  sie  andere  Winkel  mit 
der  optischen  Achse  bilden.  Für  den  in  der 
Richtung  der  optischen  Achse  sich  fort- 
pflanzenden extraordinären  Strahl  erfolgen 
die  Schwingungen  parallel  zur  x-Achse. 
Da  diese  beim  Fr  esnel  sehen  EHipsoid 
der  y-Achse  gleichwertig  ist,  so  fällt  die 
Fortpflanzungsgeschwindigkeit  des  extra- 
ordinären Strahls  in  der  betrachteten  Rich- 


tung  mit  derjenigen  des  ordinären    Strahls 
zusammen.    Für  den  senkrecht  zur  optischen 
Achse    sich    fortpflanzenden    extraordinären 
Strahl     verlaufen    die     Schwingungen    der 
optischen  Achse  parallel  und  pflanzen  sich 
infolgedessen    mit    der    Geschwindigkeit    e 
fort,  die  für  Kalkspat,  auf  den  sich  unsere 
Konstruktion    beziehen    möge,    größer    ist 
als  0.    Das  Kontinuum  aller  auf  diese  Weise 
im    betrachteten    Hauptschnitt   festlegbaren 
Punkte  gibt  eine  Ellipse,  welche  den  Kreis 
des  ordinären  Strahls  umschließt.     Da  aber 
die  gleichen  Verhältnisse  vor- 
liegen in  allen  Hauptschnitten 
des  betrachteten  Kristalls,   so 
Eiiipsoid.         ergibt  sich  die  Wellenfläche  als 
die  durch  Drehung  des  erhalte- 
nen   Kurvensystems    um    die 
Symmetrieachse      entstehende 
Rotationsfläche. 
Ovaioid  Es  findet  sich  so  allgemein, 

daß    die    Wellenfläche    op- 
tisch-ei  nach  sigerKr  istalle 
aus  einer  Kugel  für  den  ordi- 
nären   und    einem    Rotations- 
ellipsoid für  den  extraordinären 
Strahl  besteht.   Ihre  Gleichung 
ergibt  sich  aus  derjenigen  der  allgemeinen 
Wellenfläche  (A  1  dj,  wenn  in  dieser  a  =  b  =  o 
und  c  =  e  gesetzt  wird,  zu 

r  e-   +o^"^^n     0^     -1^-0. 

Die  Geschwindigkeit  des  unter  dem 
beliebigen  Winkel  ip  gegen  die  optische  Achse 
sich  fortpflanzenden  ordinären  und  extra- 
ordinären Strahls,  findet  sich  hieraus,  wenn 
die  Beziehung  x  =  ^-sin  y'  und  z  =  ^-cos  t/; 
eingeführt  wird,  zu: 


po=0,     Qc  = 


0  e 


1  e^  cos^  xp  -\-  0^  sin'-^  xp 


In  analoger  Weise  wie  die  Konstruktion 
der  Wellemfläche  läßt  sich  diejenige  der 
Normalenfläche  durchführen,  wenn  man  statt 
des  Fresnelschen  P^llipsoids  das  Elastizitäts- 
ovaloid  zugrunde  legt.  Ihre  Gleichung  hat, 
wie  man  durch  die  Spezialisierung  a  =  b  =  o 
und  c  =  e  (aus  A  1  d)  findet,  die  Form 
^z2o2  4_  (x^  +  y^)  e^  -  (x2  +  y2  +  z^)^}. 
(x'^  +  y-  +  z2  —  o2]  =  0. 

Die  Normalenfläche  optisch  ein- 
achsiger Kristalle  ist  also  eine  Kugel 
für  die  ordinäre  und  ein  Rotationsovaloid 
für  die  extraordinäre  Welle.  Ein  Meridian- 
schnitt des  letzteren  für  Kalkspat  ist  in 
seiner  Beziehung  zur  Meridianellipse  der 
Strahlenfläche  aus  Figur  3  ersichtlich.  Die 
N 0  r  m  a  1  e  n  g  e  s  c  h  w  i  n  d  i g  k  e  i  t  ist,  wie  bereits 
früher  erwähnt,  mit  der  Strahlengeschwindig- 
keit in  allen  Richtungen  identisch,  in  denen 
der    Strahl    selbst    Normale    seines    Wellen- 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


1163 


elements  ist.  In  allen  anderen  Richtnn<>en, 
deren  Winkel  gegen  die  optische  Achse  mit 
(f  bezeichnet "  sei,  wird  die  Normalenge- 
schwindigkeit,  wie  ans  der  obigen  Gleichnng 
ohne  weiteres  ersichthch, 


Die  folgende  Tabelle  gibt  die  Hanpt- 
brechungsindizes^)  einiger  Kristalle  und  einige 
daraus  berechnete  Größen  für  Natriumlicht. 


Vo  =  0,  Vc  —  Vo^  cos^  cp  -\-  Q^  sin^  cp. 

Für  den  Winkel  r  zwischen  Strahl  und 
zugehöriger  Weliennormale  findet  sich  schließ- 
lich, wenn  man  berücksichtigt,  daß 


cos  r 


jOc 


ist, 


to-T  = 


0^  cos^  9^  +  e^  sin^  cp 


2 — .snu/  .cosr/i. 


1 

0           e 

r,ii 

no     !     ne 

•     1   .  , 

011  111      Sek. 

Salpeter 

1                    : 
1,5852    1,3348 

0,6308 

0,7492 

9«  50' 

Kalkspat 

1,6585    1,4864! 

0,6029 

0,6728 

6»  16' 

Tunnaliii 

1,6366 

1,6193 

0,6110 

0.6175 

o»36' 

Apatit 

1,6461 

1,6417 

0,6075 

0,6091 

o«     9' 

Dioptas 

1,644 

1,697 

0,608 

0,589 

I»  49' 

Calomel 

1.9732 

2,6559 

0,5068 

0,3765 

16"  47' 

Der  Winkel  t  wird  danach  Null  für  99  =  0 

TT 

und  ^  =  ^ ;    er    erreicht,    wie    man    durch 

Differentiation  nach  rp  findet,  seinen  ^laxi- 
malwert,  wenn 

tgO/^.n)  =  ±  - 

wird    (d.    i.    bei   schw_acher  Doppelbrechung 
nahe    bei    45  ).    und    der    Maximalwert   ist 


Tni  =  arctg  ± 


2oe 


Derselbe  ist  im  allgemeinen  nur  klein  (vgl. 
die  nachstehende  Tabelle);  er  wächst  mit 
dem  Unterschied  der  Hauptlichtgeschwindig- 
keiten. 

Man  ersieht  aus  Vorstehendem,  daß 
sämtliche  Beziehungen  für  die  Lichtfort- 
pflanzung in  einachsigen  Kristallen  voll- 
ständig quantitativ  bestimmbar  sind,  wenn 
für  den  betreffenden  Kristall  die  beiden 
Parameter  0  und  e,  das  sind  die  Hauptlicht- 
geschwindigkeiten, oder  auch  deren  reziproke 

Werte        =    n«   und         =  n^.,   die   Haupt- 
0  e  ^ 

brechungsindices,  bekannt  sind.  Hinsicht- 
lich der  relativen  Werte  der  Hauptbre- 
chungsindices,  d.  i.  des  Maximal-  und  3Iini- 
malwertes  des  Brechungsindex,  lassen  sich 
die  einachsigen  Kj-istalle  in  zwei  Gruppen 
teilen,  nämhch  in: 

1.  einachsige  Kj-istalle,  bei  denen  der 
ordinäre  Strahl  im  allgemeinen  sich  schneller 
fortpflanzt  und  also  weniger  gebrochen  wird 
als  der  extraordinäre  Strahl.  Sie  werden 
nach  F r  e  s  n  e  1  e  i  n  a  c  h  s  i  g  -  p  0  s  i  t  i  V  genau nt. 
Bei  ihnen  umschließt  die  Kugel  der  Wellen- 
fläche das  EUipsoid  (Quarz,  Eis,  Zinnstein, 
Zirkon,  Eisenoxyd  usw.). 

2.  einachsige  Kristalle,  bei  denen  der 
extraordinäre  Strahl  sich  schneller  fort- 
pflanzt und  also  weniger  gebrochen  wird 
als  der  ordinäre.  Sie  werden  ein  ach  s  ig - 
negativ  genannt.  Bei  ihnen  umschließt  das 
EUipsoid  der  Welleufläche  die  Kugel  (Kalk- 
spat, Korund,  Turmalin,  Rubin,  Apatit  usw.). 


3c)  Dispersion.  Da  die  Lichtgeschwin- 
digkeit und  infolgedessen  die  Größe  der 
Strahlenbrechung  in  allen  materiellen  Kör- 
pern eine  Funktion  der  Wellenlänge  ist, 
müssen  die  betrachteten  Verhältnisse  mit 
der  Wellenlänge  in  quantitativer  Hinsicht 
variieren.  Bei  durchsichtigen  Kristallen, 
auf  die  wir  unsere  Behandlung  zunächst 
beschränkt  haben,  nehmen  die  Brechungs- 
exponenten allgemein  mit  abnehmender 
Wellenlänge  zu.  Diese  Abnahme  kann  aber 
beim  ordinären  und  extraordinären  Strahl 
in  verschiedenem  Maße  erfolgen,  so  daß 
die  Stärke  der  Doppelbrechung,  als 
welche  wir  die  Differenz  der  Hauptbrechungs- 
indices  bezeichnen  können,  mit  der  Wellen- 
länge variieren  kann.  Besonders  deutlich 
zeigt  dies  der  Kalkspat,  dessen  Doppel- 
brechung mit  abnehmender  Wellenlänge 
stark  wächst. 


Wellenlänu-e 

/. 

fi-ft 

1 

1450 

1,6361 

1,4779 

0,1582 

1080 

1,6424 

1,4780 

!      0.1644 

760 

1,6500 

1,4826 

1      0,1674 

589 

1    1,6584 

1,4864 

0,1720 

535 

1,6627 

1,4884 

0,1743 

397 

1,6832 

^,4977 

0,1855 

214 

1,8458 

1.5599 

0,2859 

Es  ist  hier  die  Brechung  des  ordinären 
Strahles  wesentHch  stärker  von  der  Wellen- 
länge abhängig  als  diejenige  des  extra- 
ordinären. Dasselbe  Verhalten  zeigt  bei- 
spielsweise Natronsalpeter  und  Phenakit 
(Be2Si04),  während  bei  Calomel  die  Brechung 
des  extraordinären  Strahls  in  stärkerem  Maße 
beeinflußt  wird.  Eigenartig  ist  das  Ver- 
halten   einiger    Arten    schwach    doppelbre- 


1)  Ueber  die  kleinen  Variationen  der  Haupt- 
brechungsindizes mit  dem  Vorkommen  und  der 
Zusammensetzung  der  Kristalle  siehe  H.  Rosen - 
husch  und  E.  A.  Wülfing  Mikroskopische 
Phvsiographie  1.  Band  2.  Hälfte  1905. 


11(54 


Kris1all|iliysik  (nj.tisdio  Eii;enscliatten) 


chenden  Apophyllits,  die  für  blaues  Licht 
optisch-negativ,  für  rotes  o[)tisch-positiv 
und  für  gelbes  isotrop  sind. 

Durch  Aenderung  der  Wellenlänge  wird 
in  allen  Fällen  nur  der  Kugelradius  und  die 
Exzentrizität  des  l^llipsoids  der  Wellen- 
fläche geändert,  während  die  Orientierung 
der  Wellenfläche  im  Kristall  von  der  Wellen- 
länge völlig  unabhängig  l)leibt. 

4.  Optisch-zweiachsige  Kristalle.  Die- 
selben wurden  von  Biot  und  Brewster 
entdeckt,  ohne  daß  es  sofort  gelungen  wäre, 
die  Gesetze  der  Lichtfortpflanzung  in  diesen 
Körpern  richtig  zu  erkennen.  Es  bestand 
lange  die  irrtündiche  Annahme,  daß  auch 
diese  Kristalle  einen  ordinären  Strahl  be- 
säßen. Erst  Fresnel  wies  durch  Messungen 
mit  Bestimmtheit  nach,  daß  zweiachsige 
Ivristalle  keinen  ordinären  Strahl  besitzen, 
der  nach  allen  Richtungen  gleiche  Fort- 
pflanzungsgeschwindigkeit hätte,  sondern  daß 
beide  Strahlen,  in  die  ein  Bündel  natürlichen 
Lichts  beim  Eintritt  in  solche  Kristalle 
im  allgemeinen  zerlegt  wird,  eine  von  ihrer 
Richtung  abhängige  Geschwindigkeit  haben. 
Es  gelang  ihm  auch,  auf  Grund  seiner  all- 
gemeinen Hilfsflächen,  des  Ellipsoids  und 
der  Elastizitätsfläche,  die  wahren  Gesetze 
der  Doppelbrechung  aufzufinden.  Seine 
theoretischen  Herleitungen  haben  in  der 
Tat  durch  alle  bisherigen  Beobachtungen 
(z.  B.  von  W.  Kohlrausch  [1879],  Dank  er 
[1885],  Scouvart  [1911])  an  durchsichtigen 
zweiachsigen  Kristallen  volle  Bestätigung 
gefunden. 

4aj  Fresnels  Konstruktion  der 
Wellen  fläche.  Es  ist  vorausgesetzt,  daß 
das  dreiachsige  Fresnel  sehe  Ellipsoid,  dessen 
Gleichung  wir  früher  ( A  i  e)  gegeben  haben, 
bei  allen  optisch-zweiachsigen  Kristallen 
als  Hilfsfläche  zur  Herleitung  der  Wellen- 
oder Strahlenfläche  benutzt  werden  kann. 
Wir  legen  hierzu  durch  das  Zentrum  des 
Fresnelschen  Ellipsoids  beliebige  Ebenen, 
errichten  im  Mittelpunkt  des  (im  allgemeinen 
elliptischen)  Querschnitts  ein  Lot  und  tragen  [ 
darauf  die  Länge  der  großen  und  kleinen  1 
Achse  der  Schnittkurve  ab;  die  erhaltenen' 
Strecken  bedeuten  dann  direkt  die  Ge- 
schwindigkeiten der  in  Richtung  des  Lots 
sich  fortpflanzenden  und  in  Richtung  der 
beiden  Halbachsen  schwingenden  Strahlen. 
Die  Wellenfläche  ist  das  Ivontinnum  aller 
solcher  aus  unendlich  vielen  Schnitten 
hervorgehenden  Punkte.  Um  ihre  Gestalt 
zu  erkennen,  genügt  es  aber,  als  Schnitt- 
ebenen nur  die  drei  aufeinander  senkrechten 
Ebenen  zu  wählen,  welche  durch  das  Achsen- 
system des  Fresnelschen  Ellij)soids  gelegt 
werden  können. 

Erforderlich  ist  zur  (luantitativen  Be- 
stimmung die  Kenntnis  der  Achsenlängen 
des  Fresnelschen  Ellipsoids,  d.  h.  der  drei 


Parameter  a,  b,  c.  Dieselben  stellen  die 
Lichtgeschwindigkeiten  derjenigen  Strahlen 
dar,  deren  Schwingungen  den  entspre- 
dienden  Achsenrichtungen  parallel  gehen. 
Setzen  wir 

a=l,b=l.c  =  l, 

n,y  n/  n- 

so  bezeichnen  n„,  n-,,  ir,  die  experimentell 
bestimmbaren  Brechung'sindices  derjenigen 
Strahlen,  deren  Schwingungen  den  ent- 
sprechenden Achsenrichtungen  des  Ellipsoids 
parallel  gehen.  Durch  diese  3  ,,Haupt- 
brechungsindices"  wird  die  Lichtfort- 
pflanzung  in  allen  zweiachsigen  Kristallen 
eindeutig  bestimmt. 

Wir  nehmen  für  die  folgenden  Betrach- 
tungen an,  daß  a  >  b  >  c  sei,  daß  dem- 
entsprechend n„  <  n y  <  n.-  sei:  dann  hat 
das  Achsenkreuz  des  Fresnelschen  Ellipsoids 
die  in  Figur  4  gegebenen  Dimensionen. 


Fig.  4. 

a)  Es  werde  zunächst  ein  Schnitt  in 
der  x-z-Ebene  betrachtet,  welche  nach 
unserer  Annahme  die  größte  und  kleinste 
Achse  des  Ellipsoids  enthält. 

Ein  in  der  Richtung  x  der  größten  Achse 
sich  fortj)flanzender  Strahl  besteht  aus  zwei 
seidvrecht  gegeneinaiuler  schwingenden  Teilen, 
von  denen  der  eine  der  z-Achse,  der  andere 
der  y-Achse  parallel  schAvingt.  Der  erste 
Teil  pflanzt  sich  am  langsamsten  fort;  er 
kommt,  wenn  0  der  Erregungsmittelpnnkt 
ist,  im  Verlauf  der  Zeiteinheit  (es  werde  im 

folgenden        Sekunde    als    Einheit    genom 

nien;  vgl.  A  1  a)  nach  k  und  hat  sich  dabe 


Jvristallphj'sik  (Optische  Eigenst'liaheii) 


IIGO 


um  die   Streclve    oK  =  c  =  — beiderseits 

von  0  fortgepflanzt.  In  derselben  Zeit 
kommt  der  der  mittleren  Achse  b  parallel 
schwingende  Strahl  nach  1,  wobei  ol  =  b  = 

—  ist.  I 

n-/ 

In  derselben  Weise  ist  die  in  der  Richtung 
z  der  kleinsten  Achse  sich  fortpflanzende 
Strahlung  zu  betrachten.  Auch  sie  besteht 
aus  zwei  Teilen,  von  denen  der  eine  der 
x-Richtung,  der  andere  der  y-Riehtung 
parallel  schwingt.  Der  erstere  pflanzt  sich 
am  schnellsten  fort,  nämüch  in  der  Zeit- 
einheit um   die   Strecke   om"   =   a  =       . 

n,- 

Der  andere  Teil  gelangt  gleichzeitig  nach  1", 
wobei  ol"  =  b  =         ist. 

Wi 

Unsere  betrachtete  Schnittebene  schneidet 
demnach  die  gesuchte  Wellenfläche  in  einem 
Kreis  mit  dem  Radius  b  und  in  einer  Ellipse 
mit  den  Halbachsen  a  und  c. 

ß)  Es  werde  jetzt  ein  Schnitt  in  der 
x-v-Ebene  betrachtet,  welche  die  größte 
uiid  mittlere  Achse  des  Fresnelschen  EUip- 
soids  enthält. 

Licht,  das  sich  in  der  x-Richtung  fort- 
pflanzt, schwingt  sowohl  parallel  der  y-, 
als  parallel  der  z-Achse.  Der  erste  Strahl 
pflanzt  sich  in  der  Zeiteinheit  um  die  Strecke 
0 1  =  b  fort,  während  der  andere  Strahl 
nach  k  gelangt,  wobei  ok  =  c  ist. 

Die  in  der  y-Richtung  sich  fortpflanzende 
Strahlung  schwingt  sowohl  parallel  zur 
X-  als  parallel  zur  z-Achse.  Die  beiden 
Strahlen  schreiten  daher  in  der  Zeiteinheit 
um  die  Strecken  om'  =  a  bezw.  ok'  =  c 
fort. 

Unsere  betrachtete  Ebene  schneidet  daher 
die  gesuchte  Wellenfläche  in  einem  Kreis 
mit  dem  Radius  c  und  einer  Ellipse  mit  den 
Halbachsen  a  und  b. 

y)  Es  werde  schließhch  ein  Schnitt  in 
der  v-z-Ebene  betrachtet,  w^elche  die  mittlere 
und 'kleinste  iVchse  des  Fresnelschen  EUip- 
soids  enthält. 

In  der  y-Richtung  sich  fortpflanzendes 
Licht  schwingt  sowohl  parallel  der  größten 
als  parallel  dcT  kleinsten  xVchse  des  EUipsoids. 
Die  beiden  Strahlen  legen  daher  in  der 
Zeiteinheit  die  Strecken  om'  =  a  bezw. 
ok'  =  c  zurück. 

In  der  z-Richtung  sich  fortpflanzendes 
Licht  schwingt  sowohl  parallel  der  größten 
als  parallel  der  mittleren  Achse  des  EUipsoids. 
Die  beiden  Strahlen  legen  daher  in  der 
Zeiteinheit  die  Strecken  om"  =  a  bezw. 
ol"  =  b  zurück. 

Die  betrachtete  Ebene  schneidet  sonach 
die   Wellenfläche   in  einem   Ivreis  mit  dem 


Radius  a  und  einer  p]llipse  mit  den  Halb- 
achsen b  und  c. 

Wir  haben  damit  drei  Hauptschnitte 
der  Wellenfläche  gefunden.  Die  Bezeich- 
nungen unserer  Figuren  sind  dabei  derart 
gewählt,  daß  sie  jeweils  sofort  diejenigen 
Punkte  erkennen  lassen,  welche  bei  der 
räumlichen  Anordnung  der  Schnitte  zu- 
sammenfallen. 

Die  Gleichung  dieser  Wellenfläche  ist 
mit  der  früher  ( A  i  d)  abgeleiteten  allge- 
meinen Form  identiscli. 

Die  Schnitte  der  Wellenfläche  mit  einer 
Koordinatenebene  lassen  sich  mit  Hilfe  der 
(lleiehung  analytisch  auf  sehr  einfache  Weist' 
erkennen: 

Die  Gleichung  lautet 

(x2  +  y2  +  z2)  (a^x^  +  b2y2  +  cH^) 

—  a-  (b-  -I-  c^j  X-  —  b^  (c'-  +  a-)  v- 

—  c2  (a-  +  b^)  z'  +  a-b^c^  =  Ö. " 

Für  einen  Schnitt  parallel  der  [xz]-Ebene,  d.  li. 
V  =  0.  resultiert 


(x^  +  z~  —  h-) .  (ii-x-  +  c-z-  —  a^c'-) 


oder 


x^-|-z-  =  b-  und     „  +  o=l 
c^     a- 


d.  h.  ein  Kreis  mit  dem  Radius  b  und  eine  Ellipse 
mit  den  Halbachsen  a  und  c,  wie  dies  oben  auf 
konstruktivem  Wege  gefunden  worden  ist. 

In  ganz  entsprechender  Weise  wären  auch  die 
anderen  Schnittkurven  zu  erhalten. 

4b)  Normalenfläche.  Die  Konstruk- 
tion der  Normalenfläche  kann  nach  den- 
selben Gesichts])unkten  durchgeführt  werden 
wie  diejenige  der  Wellenfläche,  w^enn  als 
Hilfsfläche  das  Elastizitätsovaloid  zugrunde 
gelegt  wird,  dessen  früher  (A  i  c)  betrachtete 
allgemeine  Form  direkt  auf  die  optisch- 
zweiachsigen Kristalle  übertragbar  ist.  Man 
gelangt  so  zu  einer  Fläche,  deren  ebene 
Schnittkurven  sich  von  den  oben  besprochenen 
dadurch  unterscheiden,  daß  jeweils  an  Stelle 
der  Ellipse  ein  Oval  sich  findet,  während  die 
Kreise  unverändert  wieder  auftreten.  Die 
Gleichung  dieser  Fläche  ist  identisch  mit 
der   früher   (Aid)   allgemein   entwickelten. 

4c)  Optische  Achsen  (Binormalen 
und  Biradialen).  Die  Form  sowohl  der 
Wellen-  als  der  Normalenfläche  ist  dadurch 
charakterisiert,  daß  beide  aus  2  Schalen 
bestehen,  welche  nur  in  vier  konischen 
Doppelpunkten  der  Fläche  zusammen- 
hängen. Es  sind  das  diejenigen  Punkte, 
in  welchen  sich  Ivreis  und  Ellipse  bezw. 
Kjeis  und  Oval  in  den  betrachteten  Schnitt- 
ebenen schneiden.  Da  für  diese  Punkte 
die  den  beiden  im  Kristall  sich  ausbreitenden 
Lichtwellen  zugehörigen  Radienvektoren  ein- 
ander gleich  sind,  stellen  ihre  Verbindungs- 
linien mit  dem  Erregungszentrum  des  Lichts 
Richtungen  gleicher  Fortpflanzungsgeschwin- 


1 1  nr, 


Kristallpliysik  (Optische  Ei,t;'enschaften) 


digkoit   der   beiden    Strahlen    bezw.    ebenen 
Wellen  dar. 

Betrachten  wir  zunächst  in  dieser  Hin- 
sicht die  Normaleniläche,  so  gibt  die 
Lage  ihrer  konischen  Doppelpunkte  die 
Kichtungen  im  Kristall  an,  in  denen  die 
beiden  durch  Doppelbrechung  entstehenden 
ebencTi  Wellen  gleiche  Fortpflanzungs- 
geschwindigkeit besitzen.  Da  jeweils  zwei 
der  vier  Doppelpunkte  auf  einer  durch  den 
Mittelpunkt  der  FLäche  gehenden  Geraden 
liegen,  so  existieren  im  ganzen  zwei  ver- 
schiedene solcher  ausgezeichneten  Rich- 
tungen. Man  nennt  sie  die  optischen 
Achsen  oder  (nach  Fletcher)  die  Binor- 
malen des  betreffenden  Kristalls. 

Beide  optische  Achsen  liegen  immer  in 
einer  Ebene,  und  diese  fällt  stets  zusammen 
mit  der  die  grölite  und  die  kleinste  Achse 
der  Elastizität  enthaltenden  Ebene,  so  daß 
die  mittlere  Elastizitätsachse  jeweils  auf 
ihrer  Ebene  senkrecht  steht.  Die  optischen 
Achsen  liegen  symmetrisch  zu  den  Elastizi- 
tätsachsen und  bilden  einen  Winkel  mit- 
einander, der  für  verschiedene  Kristalle 
sehr  verschiedene  Werte  besitzen  kann. 
Um  die  ausgezeichneten  Richtungen  un- 
abhängig von  jeder  theoretischen  Vor- 
stellung über  die  Art  der  Lichtfortpflanzung 
zu  bezeichnen,  nennt  man  die  Halbierungs- 
linie des  spitzen  Winkels  der  optischen- 
Achse  Bisektrix,  erste  oder  spitze 
Mittellinie;  die  Halbierungslinie  des 
stumpfen  Winkels  der  optischen  Achsen  heißt 
stumpf  eBisektrix,  zweite  oder  stumpfe 
Mittellinie.  Die  auf  ihrer  gemeinsamen 
Ebene  senkrechte  Linie  wird  optische 
Normale  genannt.  Man  sieht,  daß  deren 
Richtungen  identisch  sind  mit  denjenigen 
iler  Elastizitätsachsen.  Während  aber  die 
optische  Normale  in  allen  Fällen  die  Rich- 
tung der  mittleren  Elastizität  angibt,  können 
die  beiden  Mittellinien  ihre  Eigenschaften 
als  Elastizitätsachsen  vertauschen. 

Man  nennt  die  Kristalle,  für  welche  die 
erste  Mittellinie  mit  der  kleinsten  Elasti- 
zitätsachse zusammenfällt,  zweiachsig  po- 
sitiv; die  Kristalle,  für  welche  sie  mit  der 
großen  Elastizitätsachse  zusammenfällt, 
zweiachsig-negativ.  Positiv  sind  z.  B. 
Gips,  Schwerspat,  Topas;  negativ  Aragonit, 
Borax,  Glimmer  u.  a.  m.  Betrachtet  man  die 
optisch-einachsigen  Kristalle  als  zweiachsige 
mit  dem  optischen  Achsenwinkel  Null, 
so  erkennt  man  unschwer  die  gleichartige 
Bezeichnung  als  positive  und  negative  Kri- 
stalle. 

Zur  Bestimmung  des  optischen  Achsen- 
winkels betrachten  wir  den  Schnitt  der 
Normalenfläche  mit  der  [xz|-Ebene,  setzen 
also  in  der  Gleichung  der  ersteren  y—  o. 
Dann  erhält  man  die  Schnittkurven 
z-   ix-     -  b-  =  0  ein  Kreis 


und  (x-  +  z-)-  —  (a^z-  +  c-x'-)  =  0  ein  Oval. 
Die  Schnittpunkte  beider  Kurven  fallen 
mit  den  gesuchten  konischen  Doppelpunkten 
zusammen.  Da  für  sie  beide  Gleichungen 
gleichzeitig  gelten,  findet  sich 


x  =  bl/ 


a2— b2 


und  z=b 


} 


/b2- 


Der  Winkel  der  beiden  optischen  Achsen 
gegeneinander,  der  mit  Sl  bezeichnet  sei, 
findet  sich  daraus  zu 


ß  =  2arctgy  ^,_^,  =  2arcte_-.|/  _-y__--^, 

.Man  kann  diesen  Winkel  auch  aus  einer  Be- 
trachtvmg  der  Elastizitätsfläche  der  optisch- 
zweiachsigen Kristalle  ableiten.  Wenn  zwei 
in  verschiedener  Richtung  schwingende  Wellen 
in  gleicher  Richtung  sich  mit  gleicher  Geschwin- 
digkeit fort{Äanzen,  so  muß  die  zu  ihrer  Fort- 
pflanzungsrichtung normale  Schnittkurve  der 
Fresnelschen  Elastizitätsfläche  ein  Kreis  sein. 
Es  zeigt  sich  nun,  daß  es  zwei  durch  die  y-Achse 
gehende  und  gegen  die  [xy]-Ebene  gleich  geneigte 
Ebenen  gibt,  welche  die  Elastizitätsfläche  in 
Kreisen  schneiden.  Der  von  ihnen  eingeschlossene 
Winkel  ist  mit  demjenigen  der  optischen  Achsen 
identisch. 

Gehen  wir  jetzt  zu  einer  entsprechenden 
Betrachtung  der  Wellen-  oder  Strahlen- 
fläche übe]-,  so  stellen  bei  ihr  die  durch  den 
Flächenmittelpunkt  und  die  vier  konischen 
Doppelpunkte  gezogenen  Verbindungslinien 
die  Richtungen  im  Kristall  dar,  in  denen 
die  beiden  durch  Doppelbrechung  ent- 
stehenden Strahlen  sich  gleichschnell  fort- 
pflanzen. Es  existieren  auch  hier  zwei 
solche  Richtungen,  die  mit  den  oben  be- 
sprochenen Binormalen  nicht  zusammen- 
fallen; sie  werden  sekundäre  optische 
Achsen  oder  besser  (nach  Fletcher)  Bi- 
radialen  genannt.  Ihr  gegenseitiger  Winkel 
wird  auf  dieselbe  AVeise  erhalten  wie  der- 
jenige der  Binormalen,  wenn  man  jetzt  den 
Schnitt  der  Wellenfläche  mit  der  xz-Ebene 
betrachtet.     Es  ergibt  sich  für  ihn 


/a2— b' 


^  =  2  arctg  -  /  r<, o  =  2  arctg  /  -^ , 


Man  sieht,  daß  tg 


.•  V 


tg  il  ist ;  der  Unter- 


schied beider  Achsenwinkel  wächst  also 
mit  dem  Unterschied  der  Brechungsindices 
n„  und  iiy,  d.  h.  des  größten  und  kleinsten 
Brechungsindex,  während  bei  schwacher 
Dopi)elbrechung  beide  Winkel  sehr  nahe 
zusammenfallen.  Die  folgende  Tabelle 
gibt  einige  Daten;  mit  a  ist  darin  der  Winkel 
zwischen  Binormale  und  Biradiale,  d.  i.  die 
halbe  Differenz  der  beiden  entsprechenden 
Achsenwinkel  verzeichnet;  die  Werte  gelten 
für  Natriumlicht. 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


1167 


"1^         "!'■     '     "/         b"?r.         ' 

Baryt 
Gips 
Glimmer 
Aragonit 

1,6361 
1,5208 
1,5609 
1,5301 

1,6372  1,6481 
1,5229!  1,5305 

1,5941 1  1,5997 
1,6816! 1,6859 

35°  24' 

55"  36' 

136"    6' 

1620  20' 

o»    8' 
0«    9' 
qO  30' 
0»  54' 

Fiff.  5. 


Die  gegenseitige  Beziehung  zwischen  Bi- 
normalen und  Biradialen  wird  direkt  er- 
sichtlich aus  Figur  5,  welche  den  oben  er- 
wähnten Schnitt  der  xz-Ebene  durch  die 
Wellenfläche  zeigt.  Die  Verbindungslinie 
OP  stellt  eine  Biradiale  dar,  in  welcher  die 
beiden  senkrecht  gegeneinander  polarisierten 
Strahlen  sich  mit 
gleicher  Geschwin- 
digkeit fortpflanzen. 
Die  Richtung  aber, 
in  welcher  senkrecht 
gegeneinander  pola- 
risierte ebene 
Wellen  den  Kris- 
tall     mit     gleicher 

Geschwindigkeit 
durchlaufen,  d.  i. 
die  Richtung  der 
Binormalen,  ist  ge- 
geben durch  die  von 
0  auf  die  gemein- 
same Tangential- 
ebene von  Kugel  und  Ellipsoid  gefällte 
Senkrechte  OR. 

4d)  Konische  Refraktion.  Wenn- 
gleich in  Richtung  der  Biradialen  zw'ei 
Strahlen  mit  gleicher  Geschwindigkeit  sich 
fortpflanzen,  so  werden  diese  bei  ihrem 
Austritt  aus  dem  Ivristall  doch  verschieden 
gebrochen,  da  ihnen  verschiedene  Wellen- 
ebenen angehören.  Und  zwar  sind  diese 
Wellenebenen  durch  die  Gesamtheit  aller 
im  Punkte  P  an  die  Wellenfläche  möglichen 
Tangentialebenen  gegeben.  Vermöge  der 
trichterförmigen  Vertiefung  bei  P  lassen 
sich  aber  unendlich  viele  Tangentialebenen 
an  das  Ellipsoid  und  die  Kugel  legen,  welche 
alle  um  kleine  Winkel  gegeneinander  geneigt 
sind.  Es  entspricht  also  der  einen  Strahlen- 
richtung OP  eine  unendliche  Zahl  ebener 
Wellen,  deren  Strahlen  jeweils  auf  der  Wellen- 
ebene senkrecht  stehen  und  daher  einen 
Kegel  bilden,  dessen  Spitze  in  P  liegt.  Ein 
in  der  Richtung  OP  den  Kristall  durch- 
laufender Strahl  teilt  sich  beim  Austritt 
in  Luft  in  sehr  viele  Strahlen,  die  einen 
Kegel  bilden,  dessen  Oeffnungswinkel  um 
so  größer  ist,  je  stärker  die  Doppelbrechung 
des  Kristalls.  Fängt  man  das  austretende 
Licht  auf  einem  Schirme  auf,  so  beobachtet 
man  einen  Lichtring,  dessen  Durchmesser 
proportional  mit  dem  Abstand  des  Schirms 
von  der  Austrittsfläche  wächst.     Läßt  man 


andererseits  auf  eine  senkrecht  zu  OP  ge- 
schnittene zweiachsige  Kristall  platte  einen 
Kegel  konvergierender  Strahlen  auffallen,  so 
pflanzen  sie  sich  im  Kristall  alle  in  derselben 
Richtung  fort  und  verlassen  ihn  wieder  in 
einem  Kegel.  Da  ganz  allgemein  die 
Schwingungsrichtung  einer  Welle  mit 
dem  Strahl  und  der  zugehörigen  Wellen- 
normale in  einer  Ebene  liegen,  so  müssen 
alle  Schwingungsrichtungen  der  verschiedenen 
Strahlen  des  Kegels  durch  die  zugehörige 
Binormale  gehen.  Bei  einem  vollen  Umlauf 
des  Strahls  auf  dem  Mantel  des  Kegels 
dreht  sich  demnach  die  zugehörige  Schwin- 
gungsebene um  180**.  Man  nennt  diese  Er- 
scheinung die  äußere  konische  Refrak- 
tion. Dieselbe  wurde  von  Hamilton  aus 
der  Fresnelschen  Wellenfläche  gefolgert 
und  danach  durch  Lloyd  (1832)  durch 
Versuche  am  .Vragonit  bestätigt.  Die 
Strahlen  des  Kegels  divergieren  hier  um 
etwa  3".  Dabei  ist  die  Mitte  des  Gesichts- 
feldes dunkel,  während  (bei  Benutzung 
weißen  Lichts)  ein  farbiger  Ring  den  Kegel 
angibt,  der  gebildet  ist  von  Strahlen,  die 
alle  verschiedene  Schwingungsrichtungen 
haben. 

Betrachten  wir  nun  noch  näher  die 
gemeinsame  Tangentialebene  QR  über  den 
konischen  Doppelpunkten.  Sie  stellt 
die  Weilenebene  dar  für  alle  Strahlen, 
w^elche  vom  Mittelpunkt  0  nach  dem  Be- 
rührungskreis auf  der  Wellenfläche  gezogen 
werden  können,  und  die  Normale  auf  ihr 
gibt  die  Richtung  aller  dieser  Strahlen 
nach  ihrem  Austritt  aus  der  Kristallplatte. 
Lassen  wir  umgekehrt  in  der  Richtung 
dieser  Normalen,  d.  h.  der  Binormalen,  ein 
paralleles  Strahlenbündel  normal  auf  eine 
zur  Binormale  senkrecht  geschliffene  Platte 
auffallen,  so  wird  es  im  Innern  des  Kristalls 
zu  einem  Kegel  zusammengezogen,  dessen 
Spitze  in  0  liegt,  und  der  sich  hinter  0 
wieder  öffnet  und 
am  gegenüber- 
hegendenDoppel- 
punkt  als  Strah- 
lenzylinder aus- 
tritt, der  auf 
einem  Schirm  als 
Lichtring  sich 
darstellt.  Es  ist 
dies  die  Erschei- 
nung der  inne- 
ren  konischen 

Refraktion. 
Bei  Aragonit  be- 
trägt    der     auf- 
tretende    Oeffnungswinkel     1"55'.       Besser 
eignet  sich  zur  Beobachtung  Zucker,  doppelt- 
chromsaures  Kali  oder  Weinsäure,  bei  denen 
die  Kegel  stärker  divergieren  (Fig.  6). 
46)   Orientierung  der  Wellenfläche 


1168 


Kristallphysik  (Optische  Eigenscluitten) 


in  zweiachsigen  Kristallen.  Im  rhom- 
bischen Kristallsystem,  das  sich  durch  drei 
ungleiche,  aber  aufeinander  senkrechte  kri- 
stallographische  Achsen  auszeichnet,  fallen 
die  Achsen  der  Wellenfläche  mit  diesen  in 
der  Richtung  zusammen. 

Das  m  0  n  0  k  1  i  n  e  Kristallsystem  be- 
sitzt zwei  sich  unter  schiefen  Winkeln 
schneidende  Achsen  und  eine  dritte  auf  der 
Ebene  beider  rechtwinkelige,  die  als  Ortho - 
diagonale  bezeichnet  wird.  Der  die  beiden 
geneigten  Achsen  enthaltende  Haui)tschnitt 
ist  das  Klinopinakoid,  welches  zugleich 
Symmetrieebene  des  Kristalls  ist.  Sie  fällt 
mit  der  Ebene  zweier  Achsen  der  Wellen- 
fläche zusammen,  ohne  daß  sich  abei-  eine 
derselben  mit  einer  kristallographischen  Achse 
decken  müßte.  Nur  die  Orthodiagonale 
fällt  mit  einer  Achse  der  Wellenfläche 
zusammen,  weil  sie  Symmetrieachse  ist. 
Die  optische  Achsenebene  liegt  in  der 
Symmetrieebene  oder  senkrecht  dazu.  Die 
Orthodiagonale  kann  also  sowohl  eine  der 
Mittellinien  als  auch  die  optische  Normale 
sein. 

Für  die  triklinen  Kristalle  sind  keine 
gesetzmäßigen  Beziehungen  zwischen  der 
Lage  der  kristallographischen  Achsen  und 
derjenigen  der  Wellenfläche  aufzustellen, 
was  schon  dadurch  einleuchtet,  daß  die 
ersteren  wegen  des  Mangels  jeder  Symmetrie 
ganz  willkürlich  zur  geometrischen  Orientie- 
rung gewählt  werden. 

4f)  Dispersion.  Da  die  gesamte  Licht- 
fortpflanzung, wie  wir  gesehen  haben,  durch 
den  Wert  der  drei  Hauptbrechungsindices 
bestimmt  wird  und  diese  eine  Funktion  der 
Wellenlänge  des  benutzten  Lichts  sind,  so 
müssen  die  quantitativen  Verhältnisse  hier 
ebenso  wie  bei  den  optisch  einachsigen 
Kristallen  von  der  Lichtsorte  beeinflußt 
sein.  Es  kommt  aber  bei  zweiachsigen 
Kristallen  noch  die  Möglichkeit  der  Ab- 
hängigkeit der  Orientierung  der  optisch  aus- 
gezeichneten Richtungen  von  der  Welleiüänge 
hinzu.  Bestimmend  in  dieser  Hinsicht  ist  der 
Satz:  Eine  optisch  ausgezeichnete  Richtung 
bleibt  für  alle  Wellenlängen  dieselbe,  wenn 
sie  mit  einer  kristallographischen  Symmetrie- 
achse zusammenfällt.  Die  Möglichkeit  der 
Variation  mit  der  Farbe  ist  danach  immer 
gegeben  für  die  Lage  der  optischen  Achsen, 
da  diese  niemals  mit  kristallographischen 
Symmetrieachsen  zusammenfallen.  Für 
rhombische  Kristalle  ist  dies  die  einzige 
Variationsmöglichkeit  iu  der  Orientierung. 
Bei  nionoklinen  und  triklinen  Kristallen 
tritt  Aenderung  der  Orientierung  der  Achsen 
der  Wellenfläche  hinzu.  Da  diese  Erschei- 
nungen sich  besonders  bei  l^eobachtung  der  | 
optischen  Achsenbilder  geltend  machen,  sei  ■ 
später  bei  Besprechung  der  letzteren  (B  3  b) ! 
näher  darauf  eingegangen. 


B.     Interferenzerscheinungen    an    durch- 
sichtigen Kristallplatten  im  polarisierten 
Licht. 

Fällt  Licht  auf  einen  Kristall,  so  pflanzt 
sich  dasselbe,  wie  im  vorhergehenden  gezeigt 
worden  ist,  im  allgemeinen  in  zwei  senkrecht 
gegeneinander  polarisierten  Wellenzügen  mit 
verschiedener  Geschwindigkeit  durch  den 
Kristall  fort.  Treffen  beide  Wellen  nach  dem 
Austritt  aus  dem  Kristall  zusammen,  so 
hängt  ihre  gemeinsame  Lichtwirkung  nicht 
mir  von  der  Litensität  jeder  einzelnen  Welle, 
sondern  außerdem  sehr  wesentlich  vom 
Unterschied  ihrer  Schwingungsphasen  ab. 
Die  Folge  dieser  Interferenz  ist  das  von 
Arago  (1811)  und  Biot  (1812)  zuerst 
beobachtete  Auftreten  eigenartiger  Farben- 
erscheinungen, welche  dünne  Kristallplatten 
in  gewissen  Fällen  im  polarisierten  Licht 
zeigen. 

Die  Bedingungen,  unter  denen  die  Inter- 
ferenz eintritt,  sind  durch  grundlegende 
Versuche  von  Fresnel  und  Arago  (1819) 
festgestellt  worden.     Sie  lauten: 

Zwei  in  derselben  Richtung  geradlinig 
polarisierte  Strahlen  interferieren  wie  ge- 
wöhnliches Licht. 

Zwei  rechtwinkelig  gegeneinander  po- 
larisierte Strahlen  interferieren  nie. 

Zwei  rechtwinkelig  gegeneinander  po- 
larisierte Strahlen,  die  von  einem  gemein- 
samen polarisierten  Strahl  herrühren,  inter- 
ferieren, wenn  sie  auf  dieselbe  Polarisations- 
ebene gebracht  werden. 

Zwei  rechtwinkelig  gegeneinander  po- 
larisierte Strahlen,  die  von  natürlichem 
Licht  herrühren,  interferieren  auch  dann 
nicht,  wenn  sie  auf  dieselbe  Polarisations- 
ebene gebracht  werden. 

Es  findet  also  Interferenz  der  beiden 
sich  in  der  Kristallplatte  in  derselben  Rich- 
tung fortpflanzenden,  senkrecht  zueinander 
polarisierten  Wellen  nur  dann  statt,  wenn 
sie  aus  einer  mittels  eines  ,,Polarisators" 
geradlinig  polarisierten  Welle  hervorge- 
gangen sind  und  nach  dem  Austritt  aus 
dem  Kristall  mittels  einer  zweiten  ])olari- 
sierenden  Vorrichtung,  des  ,, Analysators", 
auf  eine  gemeinsame  Polarisationsrichtung 
zurückgeführt  werden.  Die  Beobachtung  der 
Interferenzphänomene  an  Iviistallplatten  kami 
also  nur  in  einem  aus  zwei  polarisierenden 
Vorrichtungen  bestehenden  sogenannten 
Polarisationsapparat  erfolgen  (vgl.  hier- 
über den  Artikel  ,, Lichtpolarisation"). 
Die  Schwingungsebenen  des  den  Polarisator 
und  Analysator  durchsetzenden  polarisierten 
Lichts  nennt  man  Hauptebenen  des 
Apparats. 

Bevor  wir  auf  die  Interferenzvorgänge 
näher  eingehen,  bedarf  es  einer  kurzen 
Betrachtung  der  .Vrt  der  Lichtschwingungen. 


Kristallijliysik  (Optische  Eigenschaften) 


1169 


I.  Analytische  Betrachtung  der  Lichtbe- 
wegung. Jede  Theorie  des  Lichts,  wie  überhaupt 
jede  Theorie  für  einen  sich  wellenartig  aus- 
breitenden Zustand  führt  zu  der  Differential- 
gleichung 


öt^' 


vMs, 


wo  t  die  Zeit,  v  die  Ausbreitungsgeschwindigkeit 
der  Welle  und  xyz  die  Koordinaten  eines  be- 
trachteten Raumpunkts  sind.  Legt  man  für 
ebene  Wellen  die  x-Achse  in  die  Wellennormale, 
d.  i.  die  Fortpflanzungsrichtung,  so  hängt  s  nur 
von  X  und  t  ab,  so  daß  wird 

ö2s_  ^jö^s 
öt^^-^'^'öx^' 

Das  allgemeine  Integral  ist 


s  =  f.(t-ij  +  f,(t+^j. 


s=a  sin  2n\ 


wo  f  irgendeine  Funktion  des  Arguments  t 

bezw.  t  +  *-  ist  und  wo  das  erste  Glied  sich  auf 

eine  in  der  positiven,  das  zweite  Glied  sich  auf 
eine    in    der   negativen    x-Achse    fortpflanzende  : 
Welle  bezieht.     Betrachten  wir  nur  die  erstere, 
und  setzen  wir  für  fj  eine  rein  periodische  Funk-  , 
tion,  wie  es  homogenem  Licht  entspricht,  so  wird 

vTJ 

Wir  haben  damit  einen  analytischen  Ausdruck 
für  eine  gewisse  Zustandsgröße  s  des  durch- 
strahlten ^Mediums,  deren  periodische  Aendenmg 
die  Lichtfortpflanzung  darstellt  und  deren  c^ua- 
dratischem  Mittelwert,  d.  i.  a-,  die  Intensität 
des  Lichts  proportional  zu  setzen  ist.  Worin 
diese  Größe  s  besteht,  bleibt  für  die  cpiantitative 
Behandlung  der  Wellenbewegung  gleichgültig. 
Bei  den  sogenannten  mechanischen  Licht- 
theorien wird  der  den  Raum  erfüllende  Aether 
als  elastischer  Körper  betrachtet  und  s  als  trans- 
versale Verrückung  der  Aetherteilchen  aus  ihrer 
Gleichgewichtslage  aufgefaßt.  In  der  elektro- 
magnetischen Lichttheorie,  welche  die 
optischen  Vorgänge  als  elektromagnetische  auf- 
faßt, ist  s  die  von  der  Zeit  abhängige  senkrecht 
zur  Wellennormale  gerichtete  Größe  der  elek- 
trischen Feldstärke,  der  wir  die  physiologische 
Lichtwirkung  zusehreiben. 

Betrachten  wir  die  durch  die  abgeleitete 
Formel  gegebene  zeitliche  Aenderung  von  s 
in  einem  bestimmten  Punkt  Pq,  für  den 
der  Einfachheit  halber  x  =  0  gesetzt  werden 

kann,  so  ist  Sq  =  a  sin  2  tt  =,  und  es  wird  für 


Richtung  der  Wellennormale  betrachtet, 
durchläuft  s  auf  einer  geraden  Linie  peri- 
odisch alle  Werte  von  +a  über  0 
nach  —  a  usf.  Wir  bezeichnen  a  als 
die  Amplitude,  das  Argument  des 
sinus  als  die  zur  Zeit  t  bestehende 
Phase  der  Schwingung  und  T  als 
Schwingungsdauer.  Letztere  ist 
für  jede  Lichtsorte  eine  charakte- 
ristische Konstante,  die  Phase  ist 
zeitlich  veränderlich,  und  a  ist  be- 
stimmend für  die  Intensität  der 
Lichtwirkung. 

Da  die  Welle  sich  fortpflanzt,  so 
werden  alle  im  Punkte  Pq  betrach- 
teten Variationen  von  s  sich  auch  pig.  7. 
in  jedem  anderen  auf  der  Wellen- 
normalen liegenden  Punkte  abspielen, 
aber  um  so  später  beginnend,  je  größer  der 
Abstand  des  betreffenden  Punktes  vom 
Ausgangspunkt  der  Erregung  ist.  Hat 
ein  Punkt  Pi  von  P,,  den  Abstand  x,  so  ist 
die    Zeit   für    die    Wellenfortpflanzung    auf 

X 

dieser  Strecke  — .  Die  Phase  der  Schwmgung 

X 
V 


t  =  0 
s  =  0 


T 

T 

3T 

4 

2 

4 

a 

0 

— a 

T  usw. 
0 


t- 


zur  Zeit  t  ist  dann  in  diesem  Punkt  27i 
und  der  Bewegungszustand 

X 


=  a  sin  271  ( -??, 


Die  Größe  s  variiert  also  mit  wachsender 
Zeit  zwischen  den  Extremwerten  +  ^  und 
— a  und  erreicht  jeweils  denselben  Wert 
in  Zeitabständen  von  T  Sekunden.     In  der 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V. 


wenn  A  =  v.T,  die  Wellenlänge,  ist. 

Faßt  man  die  durch  Sq  und  Si  dargestellten 
Zustände  nicht  als  gleichzeitige  Zustände 
einer  einzigen  Welle  in  zwei  verschiedenen 
Punkten  auf  ihrer  Normalen,  sondern  als 
gleichzeitige  Zustände  zweier  unabhängiger 
gleichgerichteter  Wellen  in  einem  bestimmten 

Raumpunkt  auf,   so   hat  -s^  die  Bedeutung 

ihres  Gangunterschiedes,  ausgedrückt  in 
Wellenlängen.  Interferieren  beide  Wellen, 
so  summieren  sich  die  s- Werte,  und  die 
resultierende  Intensität  hängt  nicht  allein 
von  den  iVmplituden  der  Einzelwellen, 
sondern  auch  von  ihrem  Gangunterschied 
oder  Phasenunterschied  ab,  da  die  Amplitude 
der  resultierenden  Welle  eine  Funktion  des 
Gangunterschiedes  wird. 

Bezeichnen  wir  die  Amplituden  der  beiden 
Wellen  mit  ao  und  a^  und  setzen 

So=aoSin27r_,   und   Si=ai  sm27ti^  —  y 

so  wird  durch  Superposition 

S  =  So  +  Si  =  A.sin27r(-— (J  , 

worin  die  resultierende  Amplitude  A  der  Be- 
dingung genügt 

A2=ao2  +  ai2  + 2aoai  cos2«y 

74 


1170 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


und  ^  durch 


t£:27r^ 


aj  sin  27r' 
ao+  ai  cos  27t'. 


dargestellt  wird. 


Fig.  8. 

Die  resultierende  Amplitude  ist  danach 
geometrisch  darstellbar  als  die  Diagonale 
eines    Parallelogramms,    dessen     Seiten    ao 

und  a^  den  Winkel  27z  -.-   einschließen. 

2.  Interferenzerscheinungen  im  senk- 
recht auffallenden  Licht.  Eine  dünne 
planparallele  Kristallplatte  werde  derart 
zwischen  Polarisator  und  Analysator  eines 
Polarisationsapparats  gebracht,  daß  die 
Strahlen  sie  normal  durchdringen.  Die 
Platte  sei  in  beliebiger  Richtung  aus  dem 
Kristall  geschnitten,  und  dieser  kann  einer 
behebigen  KristaUgruppe  angehören. 


2a)  Herleitung  der  Intensitätsglei- 
chung. Es  sei  PP'  (Fig.  9)  die  Richtung  der 
Schwingungsebene  des  Polarisators  und  () 
die  Eintrittsstelle  der  von  ihm  gelieferten 
polarisierten  Lichtwelle  auf  der  Unterseite 
der  Kristallplatte,  a  die  Amphtude  der  Welle. 
Beim  Eintritt  in  den  Ivristall  erfolgt  im 
allgemeinen  eine  Teilung  in  zwei  Wellen, 
deren  Schwingungsrichtungen  Hi  und  Hg 
aufeinander  senkrecht  stehen  und  mit  PP' 
den  behebigen  Winkel  a  bezw.  (90  — •  a) 
einschließen.  Ihre  Amplituden  OC  und  OE 
sind  die  Projektionen  der  Amplitude  a  auf 
die  entsprechenden  Schwingungsrichtungen ; 
es  ist  also 


OC 


a.cosa 


OE 


a.sma. 


Beide  Wellen  pflanzen  sich  im  allge- 
meinen mit  verschiedener  Geschwindigkeit 
fort,  so  daß  sie  die  Kiüstallplatte  mit  einem 
Gangunterschied  verlassen.  Dieser  ergibt 
sich  zu 

X       ,/c        c\l         d,  . 

=  d   —  —  —  = —  =  —  (n., — n,), 

wenn  d  die  Dicke  der  Kristallplatte,  /  die  be- 
nutzte Wellenlänge  im  leeren  Räume,  Vi 
und  j'2  die  Fortpflanzungsgeschwindigkeiten, 
Ui  und  n,  die  Brechungsindices  der  beiden 
Wellen  sind. 

Da  die  beiden  Wellen  senkrecht  gegen- 
einander polarisiert  sind,  so  können  sie  nur 
dann  interferieren,  wenn  beide  auf  dieselbe 
Schwingungsrichtung  gebracht  werden.  Dies 
geschieht  durch  den  Analysator,  dessen 
Schwingungsebene  AA'  mit  derjenigen  des 
Polarisators  den  Winkel  x  einschließen 
möge.  Die  durch  ihn  hindurchtretenden 
Komponenten  der  beiden  Amplituden  sind 
dann 

OB  =  a.cosa.cos  (;<  — a) 
und  OD  =  a. sin  a. sin  (x— a). 

Das  Quadrat  der  resultierenden  Amplitude, 
dem  die  gesuchte  Intensität  proportional 
zu  setzen  ist,  ist  dann  nach  der  unter  B  i 
gegebenen  Beziehung 

J  =  A2  =  a2.[cos2a.cos2(x;— a)  +  &u\^a.m\~{x~a) 
+  2cos  asina.cos(>i;^a)sin(;><  — a).cos27r  y  {n^  —  ni)> 
oder  nach  einiger  Vereinfachung 

J  =  a2<cos2^  — sin2a.sin2(>i:  — a)sin2;r  ,  (Ug — n^)\. 

2b)  Die  Interferenzerscheinungen  I  als  von  der  Orientierung  desselben  gegen 
im  homogenen  Licht.  Die  abgeleitete  j  die  Hauptebenen  des  Apparats  und  der 
Beziehung  zeigt,  daß  die  den  Analysator  gegenseitigen  Lage  dieser  Hauptebenen  zu- 
verlassende Intensität  sowohl  vom  Gang-  [  einander  abhängt.  Wir  setzen  zunächst 
unterschied  der  beiden  Wehen  im   Kristall  |  homogenes    Licht    voraus    und    legen    dem 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


1171 


Gangunterschied  bestimmte  spezielle  Werte 
bei. 

1.  Der  Gangunterschied  der  beiden 
Wellen  beim  Austritt  aus  dem  Kristall 
sei  Null  oder  ein  ganzes  Vielfaches 
einer  Wellenlänge.  Die  Intensität  wird 
dann 

J  =  a'-cos-><; 

d.  i.  derselbe  Wert,  der  sich  ergibt,  wenn 
die  vom  Polarisator  kommende  Welle  direkt 
in  den  Analysator  eintritt.  Die  Kristall- 
platte hat"also  in  diesem  Fall  keiner- 
lei ersichtlichen  Einfluß  auf  das 
Gesichtsfeld  des  Polarisationsappa- 
rats, wie  dieselbe  auch  aus  dem  Kristall 
geschnitten  sei  und  welche  Neigung  auch 
ihre  Schwingungsrichtungen  gegen  die  Haupt- 
ebenen des  Apparats  besitzen. 

2.  Der  Gangunterschied  der  beiden 
Wellen   sei   ein   ungerades   Vielfaches 

einer  halben  Wellenlänge.     Dann  wird 

i 
J  =  a2  [cos'->i;  —  sin  2  a .  sin  2  (>i  ^  a)}. 

Die  austretende  Intensität  wird  also  im 
allgemeinen  durch  die  Ivristallplatte  modi- 
fiziert. Ihr  Einfluß  verschwindet  aber, 
falls  2a  oder  2(%--a)  Null  wird,  d.  h.  wenn 
eine  Schwingungsrichtung  im  Kristall  mit 
einer  der  beiden  Hauptebenen  des  Po- 
larisationsapparates   zusammenfällt.        Der 

Einfluß    wird    ein    Maximum    für    « =  ^• 

Für  die  Beobachtung  der  Interferenz- 
erscheinungen werden  im  allgemeinen  zwei 
spezielle  Lagen  der  Hauptebenen  des  Po- 
larisationsapparats gegeneinander  bevor- 
zugt, nämlich  entweder  die  parallele  (j<  =  0) 
oder  die  gekreuzte  {k  =  90").  Unsere  vor- 
stehenden Ergebnisse  sagen  für  diese  Fälle 
folgendes  aus: 

1.  Parallele  Hauptebenen.  Das 
Gesichtsfeld  des  Polarisationsapparats  er- 
scheint ohne  Kristall  hell  in  der  P'arbe  der 
benutzten  Lichtsorte,  da  die  vom  Polarisator 
kommenden  Schwingungen  ungestört  auch 
den  Analysator  durchsetzen  können.  Ein 
dazwischen  gebrachtes  Kristallblättchen 
liefert    im    allgemeinen    wäeder    Helligkeit 

J  =  a2/ 1— sin2  2a.sin2  7i  ,  (Ua— u^)!, 

und  zwar  wird  das  Gesichtsfeld  durch  das 
Blättchen  überhaupt  nicht  beeinflußt,  falls 
der  Gangunterschied  seiner  beiden  Wellen 
Null  oder  ein  ganzes  Vielfaches  der  Wellen- 
länge ist  und  ebensowenig  in  den  Fällen, 
wo  bei  beliebigem  Gangunterschied  die 
Schwingungsrichtungen  der  beiden  Wellen 
im  Kjistall  parallel  oder  senkrecht  zu  den 
Hauptebenen  des  iVpparats  sind  (a  =  0). 
Ist  der  Gangunterschied  beider  Wellen  ein 
ungerades  Vielfaches    einer    halben  Wellen- 


länge, so  wird  die  Helligkeit  des  Gesichts- 
feldes durch  das  Blättchen  verringert  und 
zwar  um  so  mehr,  je  näher  der  Winkel  a 
45"  erreicht. 

2.  Gekreuzte  Hauptebenen.  Das 
Gesichtsfeld  des  Polarisationsapparats  ist 
ohne  Kristallplatte  vollständig  dunkel. 
Durch  ein  zwischengesetztes  Kristallblätt- 
chen erhält  die  Intensität  den  Wert 


J  =  a2sin-2a.sin27r    (no 


Der  Wert  wird  Null,  wenn  sin2a  =  0  oder 
wenn  sin'jz   -  [w^ — •  Uj)  =  0  wird,  d.  h.  wenn 

die  Schwingungsrichtungen  des  Kristalls 
mit  den  Hauptebenen  des  Apparats  zu- 
sammenfallen oder  der  Gangunterschied 
der  beiden  Wellen  Null  ist  oder  ein  ganzes 
Vielfaches  einer  Wellenlänge.  Die  Intensität 
erreicht  ihr  Maximum,  wenn  die  beiden 
Faktoren  den  Wert  1  annehmen,  d.  h.  wenn 
die  Schwingungsrichtungen  des  Kristalls 
mit  den  Hauptebenen  des  Apparats  Winkel 
von  45"  bilden  und  wenn  zugleich  der  Gang- 
unterschied der  beiden  Wellen  ein  un- 
gerades Vielfaches  einer  halben  Wellen- 
länge ist. 

Man  erkennt,  daß  eine  Kristallplatte 
zwischen  gekreuzten  Hauptebenen  gerade 
in  den  Lagen  im  Minimum  der  Intensität 
erscheint,  wo  sie  bei  parallelen  Hauptebenen 
ein  Maximum  liefert,  und  umgekehrt.  Man 
sagt,  die  Erscheinungen  sind  einander  in 
den  beiden  Fällen  komplementär. 

Da    die     (!röße     des     Gangunterschieds 

durch  den  Ausdruck    j  (na  — nj    gegeben 

ist,  so  hängen  die  beobachtbaren  Interferenz- 
erscheinungen sowohl  von  der  benutzten 
Wellenlänge  als  der  Dicke  der  Kristallplatte 
und  der  Differenz  der  in  Betracht  kommenden 
Brechungsindices  ab,  die  mit  der  Richtung, 
in  der  der  lu-istall  geschnitten  ist,  und  mit 
der  Stärke  der  Doppelbrechung  seiner  Sub- 
stanz variiert.  Man  bezeichnet  das  für  die 
optische  Wirkung  maßgebende  Produkt 
d(n2  — Uj),  das  die  Größe  des  Gangunter- 
schieds der  beiden  Wellen  darstellt,  auch  als 
die  ,, optische  Dicke"  des  betreffenden 
Kristalls.  Die  Abhängigkeit  von  der  Wellen- 
länge zeigt  sich  besonders  deutlich  bei 
Verwendung  weißen  Lichts. 

2c)  Die  Interferenzerscheinungen 
im  weißen  Licht.  Die  den  Analysator 
verlassende  Intensität  stellt  sich  in  diesem 
Falle  dar  als  eine  Summe  aller  den  einzelnen 
homogenen  Bestandteilen  des  Lichts  nach 
der  unter  B2a  abgeleiteten  Beziehung  zu- 
kommenden Intensitäten.  Da  der  erste 
Summand  der  Intensitätsgleichung  nur  den 
Winkel    zwischen    den    Hauptebenen     des 

74* 


1172 


Kristallphysik  ((»ptisclie  Eigenseliaften) 


Apparates  enthält  und  daher  von  der  Wellen- 
länge unabhängig  ist,  so  führt  seine  Ver- 
änderung, falls  der  zweite  Summand  Null 
ist,  nur"  zu  einer  Aenderung  der  Gesamt- 
intensität, nicht  aber  der  Farbenzusammen- 
setzung des  den  Analysator  verlassenden 
Lichts"  Das  Gesichtsfeld  des  Apparats  er- 
scheint also  bei  Beleuchtung  desselben  mit 
weißem  Licht  in  allen  Fällen  weiß  (mit  von 
y.  abhängiger  variabler  Intensität),  in  denen 
die  Schwingungsrichtungen  des  Kristalls  mit 
einer  der  Hauptebenen  zusammenfallen 
(a  =  0  oder  =  -k)  oder  in  denen  der  Gang- 
unterschied der  beiden  Wellen  im  Kristall 
für  alle  Wellenlängen  Null  ist.  Letzteres 
ist  nur  möghch,  wenn  n,  —  Uj  =  0  wird, 
d.  h.  wenn  der  Kristall  ein  optisch  iso- 
troper ist. 

In  allen  andren  Fällen  ist  die  austretende 
Lichtintensität  eine  Funktion  der  Wellen- 
länge.^) Das  Gesichtsfeld  erscheint  infolge- 
dessen im  allgemeinen  farbig.  Denn  während 
bei  bestimmter  Plattendicke  und  brechender 
Kraft  des  Kristalls  der  Gangunterschied 
der  beiden  Wellen  einer  Lichtsorte  beispiels- 
weise gerade  eine  ganze  Wellenlänge  beträgt 
und  daher  zum  Beispiel  im  gekreuzten 
Apparat  zur  Auslöschung  führt,  beträgt 
er  für  eine  Lichtsorte  mit  der  doppelten 
Wellenlänge  erst  eine  halbe  Wellenlänge, 
so  daß  diese  mit  größter  Intensität  durch 
den  xVnalysator  hindurchtritt.  Der  ins  Auge 
gelangende  Farbenton  besteht  danach  jeweils 
aus  einer  Mischung  solcher  Einzelfarben, 
die  nicht  durch  Interferenz  ausgelöscht 
wurden,  während  vom  früheren  Weiß  alle 
diejenigen  Farben  eliminiert  sind,  welche 
durch  Interferenz  vernichtet  wurden. 

Die  Farben  kommen,  wie  man  sieht, 
auf  ähnliche  Weise  zustande  wie  diejenigen 
der  New  ton  sehen  Ringe.  Hier  erleiden 
die  Wellen  einen  Gangunterschied  infolge 
der  verschiedenen  Weglängen,  die  sie  mit 
gleicher  Geschwindigkeit  durchlaufen,  in 
unserem  Falle  infolge  der  verscliiedenen 
Geschwindigkeiten,  mit  denen  derselbe  Weg, 
d.  i.  die  Dicke  der  Platte,  durchlaufen  wird. 
Aus  der  Theorie  der  Newtonschen  Ringe 
folgt,  daß  die  Kristallplatte  mit  der  Dicke 
d  im  polarisierten  Licht  mit  der  Annäherung, 
welche  der  Vernachlässigung  des  Dispersions- 
unterschieds der  beiden  den  Kristall  durch- 
setzenden Wellen  entspricht,  dieselbe  Inter- 
ferenzfarbe hervorbringt  wie  eine  Luftschicht, 


^)  Diese  ist  in  der  Hauptsache  durch  das  Glied 

sin-  TT  y  (na — Uj)  bestimmt.    In  gewissen  Fällen 

kann  aber  auch  eine,  wenn  auch  kleine,  Ab- 
hängigkeit der  Schwingungsrichtungen  a  von 
der  Wellenlänge  eine  Rolle  spielen  (vgl.  hier- 
über B  3  c). 


deren  Dicke  h  =  ^  (n,  —  n^)  ist.    Man  kann 

u 

daher  die  im  Polarisationsapparat  auf- 
tretenden Farbenmischungen  direkt  mit  den 
Newtonschen  Farben  vergleichen  und  den 
Vergleich  benutzen  zu  einem  Rückschluß 
auf  den  Wert  von  d(n2^ni). 

Die  im  Polarisationsapparat  auftretenden 
Interferenzerscheinungen  sind  nach  Vor-, 
stehendem  die  folgenden: 

Wird  ein  doppelbrechendes  Kristallblätt- 
chen  zwischen  den  gekreuzten  Apparat  ge- 
bracht, so  zeigt  es  im  allgemeinen  schöne 
Farben,  die  beim  Drehen  des  Blättchens 
in  seiner  Ebene  allmählich  verblassen  und 
bei  einer  bestimmten  Lage  ganz  verschwinden. 
Diese  gibt  die  Orientierung  einer  optischen 
Hauptschwingungsrichtung  im  Kristallblätt- 
chen  an.  Ist  diese  unter  45*'  gegen  die  Haupt- 
ebenen des  Apparats  geneigt,  so  sind  die 
Farben  am  lebhaftesten.  Bleibt  das  Blättchen 
in  seiner  Lage,  und  wird  der  Analysator 
gedreht,  so  verändern  sich  die  Farben  all- 
mählich und  gehen  bei  ParaUelstellung  der 
Hauptebenen  des  Apparats  in  die  komple- 
mentären über. 

Die  Ordnung  der  auftretenden  Farbe 
wächst  mit  der  Größe  des  Gangunterschieds 
d(n2^ni).  Da  hierbei  immer  mehr  Kom- 
binationen der  Wellenlängen  auftreten,  für 
welche  Auslöschung  bei  der  Interferenz  er- 
folgt, so  wird  sowohl  die  Intensität  als  die 
Bestimmtheit  der  Farbe  mit  wachsendem 
Gangunterschied  immer  mehr  abnehmen. 
Es  resultiert  bald  eine  Farbenmischung,  in 
welcher  kein  Farbengebiet  mehr  stark  vor- 
herrscht, so  daß  der  Eindruck  des  Weiß 
hervorgebracht  wird.  Daß  aber  die  Zu- 
sammensetzung dieses  ,,Weiß  höherer  Ord- 
nung" von  derjenigen  des  einfallenden 
weißen  Lichtes  wesentlich  verschieden  ist, 
zeigt  die  spektrale  Zerlegung  der  aus 
dem  Analysator  austretenden  Intensität. 
Das  resultierende  Spektrum  ist  nämlich  in 
diesem  Falle  von  einer  mehr  oder  weniger 
großen  Zahl  dunkler  Streifen  durchzogen, 
die  überall  dort  auftreten,  wo  —  bei  gekreuzten 
Hauptebenen  —  der  Gangunterschied  für 
die  betreffenden  Lichtsorten  eine  ganze 
Anzahl  von  Wellenlängen  beträgt,  wo  also 
d(n2  — ni)  =  mA  ist  und  m  eine  ganze 
Zahl  bedeutet.  Um  die  Anzahl  der  Streifen 
zwischen  zwei  beliebigen  Wellenlängen  1 
und  }!  als  Grenzen  zu  finden,  ist  neben  der 
Dicke  des  Kristalls  die  Differenz  der  Bre- 
chungsindices  für  die  beiden  Wellen,  d.  i. 
also  die  optische  Dicke,  zu  kennen.    Ist  dann 

^("2  — ni)  =  m 


Kristallphysik  ((Jptisclie  Eigenschaften) 


1173 


so  liegen  zwischen  den  beiden  Grenzen 
ebenso  viele  dunkle  Interferenzstreifen  als 
ganze  Zahlen  zwischen  m  und  m'. 

Ist  die  Doppelbrechung,  d.  i.  (Uj  —  ni), 
eines  Kristalls  groß,  so  erreicht  der  Gang- 
unterschied bereits  bei  kleinen  Dicken  d 
einen  merklichen  Wert.  Die  Dicke  muß  daher 
in  solchen  Fällen  klein  gewählt  werden, 
damit  im  Polarisationsapparat  lebhafte  Far- 
ben zu  beobachten  sind.  Um  z.  B.  das 
„Grün    zweiter    Ordnung"    im    gekreuzten 


so  ist  das  Interferenzbild  in  allen  diesen 
Punkten  das  gleiche.  Im  homogenen  Licht 
treten  parallel  zur  Schneide  abwechselnd 
helle  und  dunkle  Streifen  auf,  deren  Abstand 
jeweils  der  Zunahme  des  Gangunterschieds 
der  beiden  Wellen  um  eine  halbe  Wellen- 
länge im  Kristall  entspricht.  Der  Streifen- 
abstand wächst  also,  wenn  der  Keilwinkel 
oder  die  Stärke  der  Doppelbrechung  ab- 
nimmt und  wenn  die  benutzte  Wellenlänge 
zunimmt.     Bei  Verwendung  weißen   Lichts 


Polarisationsapparat    zu    geben,    muß    der   treten   daher   an   die  Stelle   der  hellen  und 


Gangunterschied  der  beiden  gebrochenen 
Strahlen  nach  der  Quincke  sehen  Fest- 
stellung 0,000747  mm  betragen,  d.  h.  es 
muß 

d(n2-ni)  =  0,000747 

oder 

0,000747 


dunklen  Streifen  die  Newton  sehen  Farben, 
deren  Ordnung  aus  der  Zahl  der  aufeinander 
folgenden  Streifen  direkt  zu  ersehen  ist. 

2e)      Kombination     von     Kristall- 
platten.    Werden  im  Polarisationsapparat 
zwei    (oder    mehr)    dünne    doppelbrechende 
Kristallblättchen  aufeinander  gelegt,   so  ist 
d  =  ^'^^^  I  die  im  weißen  Licht  auftretende  Farbe  gegen 

1^2      ^1  'diejenige    eines    einzigen    Blättchens    ver- 

^^^^\  ...  .,      T    1  •  schieden,  und  sie  ändert  sich  beim  Drehen 

Die  beistehende  Tabelle  gibt  die  hiernach  dej.  ßlättchen  gegeneinander.  Liegen  die- 
berechneten  Dicken  für  einige  parallel  zur  :  ggibej^  g^  aufeinander,  daß  die  gleichwertigen 
.optischen  Achsenebene  geschnittene  Ivristalle  ,  Sehwingungsrichtungen  einander  jiarallel 
zusammen  mit  der  Differenz  der  ent-  j  gehen,  so  wirkt  ihre  Kombination  genau  wie 
sprechenden  Hauptbrechungsmdices  (für  JNa- 
Licht)  an. 


Apatit 

Quarz 

Kalkspat      .    .    .    . 

Zinnober  

Quecksilberchlorür 


0,0043 
0,0091 
0,1721 
0,3260 
0,6400 


0,1737 
0,0820 
0,0043 
0,0023 
0,0011 


Gips 

Glimmer 

Aragonit 


0,0090 
0,0388 
0,1557 


0,0762 
0,0192 
0,0048 


eine  einzige  Platte  von  der  Summe  ihrer 
optischen  Dicken.  Dreht  man  aber  die 
eine  Platte  um  90*',  so  wird  wegen  der  da- 
durch hervorgerufenen  Kreuzung  der  gleich- 
wertigen Sehwingungsrichtungen  die  im 
unteren  Blättchen  schneller  fortgepflanzte 
Welle  im  oberen  Blättchen  verzögert,  während 
gleichzeitig  die  unten  langsamer  fortge- 
pflanzte oben  eine  Beschleunigung  erfährt. 
Die  Kombination  wirkt  jetzt  wie  eine 
einzige  Platte  mit  der  Differenz  der  optischen 
Dicken.  Erteilen  beide  Blättchen  den 
beiden  Wellen  entgegengesetzt  gleichen  Gang- 
unterschied, werden  sie  also  mit  gleicher 
optischer  Dicke  gekreuzt,  so  wird  die  Be- 
während hiernach  Apatit  oder  Quarz  schleunigung  des  einen  Strahls  gegen  den 
in  Dicken  von  0,1  mm  lebhafte  Farben  anderen  in  der  unteren  Platte  durch  die 
zeigen,  muß  die  Dicke  der  sehr  stark  doppel- 1  gleichgroße  Verzögerung  in  der  oberen 
brechenden  Kristalle  Kalkspat  oder  gar  Platte  gerade  aufgehoben;  die  Wirkung  der 
Quecksilberchlorür  auf  weniger  als  0,01  mm  \  Kombination  ist  dieselbe,  als  wenn  kein 
herabgesetzt  werden,  um  an  ihnen  noch  doppelbrechender  Kristall  sich  im  Polari- 
Farben  wahrnehmen  zu  können.  sationsapparat  befände. 

2d)  Keilförmige  Platten.  Die  Ab-  Die  analytische  Betrachtung,  die  ganz 
hängigkeit  der  Interferenzerscheinung  von  ■  analog  der  unter  B2a  gegebenen  durchzu- 
der  Plattendicke  zeigt  sich  direkt  bei  Be-  führen  ist,  ergibt  ganz  allgemein  für  die  bei 
nutzung  eines  Kjistallkeils.  Da  alle  auf  Kombination  zweier  lü^istallplatten  aus  dem 
einer  Geraden  parallel  zur  Schneide  liegenden  Analysator  austretende  Intensität  den  Aus- 
Punkte   gleicher    liristalldicke   entsprechen, ,  druck 

J  =  a^  }  cos^  ^  -j-  cos  2  (a  +  /?  —  ?<)  sin  2a  sin  2ß  sin^  7t  -  -  (no— nj 

—  sin  2  (a  +  jö  —  ?i;).cos2a  sin  2|ö.sin^  .t    -  (n^'  ^  n/) 


—  sin  2  (a  -f  /5  —  ?<).sin2a.cos  2ß.s'm^n 


d(n2-n0  +  d'(n/-n/ 


+  sin  2  (a  +  ;ö—  x).sm2a.sin  2ß  s\n~  71 -^^^ ^ — - — ^" -' 


1174 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


wo  a  bezw.  ß  die  NeisunGjswinkel  der 
Sclnvingungsriehtunsen  beider  Platten  gegen 
die  Hanptebene  des  Polarisators,  x  der 
Winkel  zwischen  den  beiden  Hanptebenen 
des  Apparats  und  d(n2  —  n^)  bezw. 
d'(n2' — n/)  die  optische  Dicke  der  beiden 
Kjistallplatten  ist. 

Da  die  Kombination  von  Kristallplatten 
ein  wichtiges  Hilfsmittel  zur  optischen  Unter- 
suchung von  Kristallen  ist,  werden  wir  bei 
der  besonderen  Betrachtung  der  letzteren 
(D)  nochmals  auf  sie  einzugehen  haben. 
Eine  spezielle  Kombination  zu  gleichem 
Zweck  sei  noch  an  dieser  Stelle  besprochen. 

2f)  Der  Babinetsche  Kompensator. 
Zwei  Keile  eines  einachsigen  Kristalls,  meist 
Quarz,  von  gleichem  Winkel  liegen  mit  ent- 
gegengesetzt gerichteten  Schneiden  so  über- 
einander, daß  sie  zusammen  eine  planparallele 
Platte  bilden.  Dieselben  sind  so  geschnitten, 
daß  die  Ebene  der  optischen  Achsen  in  die 
gemeinsame  Berührungsebene  fällt,  während 
die    optische    Achse    selbst    im    einen    Keil 


:  •  :  '  \ :  '.  •'''.j^j.r^^'^ 

y 

:>-''^    1  !  - 

y^ 

Fig.  10. 

parallel  der  Schneide  (ix),  im  anderen 
darauf  senkrecht  ist  (|  j^).  Die  Hauptschnitte 
der  beiden  Keile  kreuzen  sich  demnach, 
und  der  Gangunterschied  der  die  Doppel- 
platte verlassenden  Strahlen  ist  an  jeder 
Stelle  gleich  der  Differenz  der  optischen 
Dicken  der  beiden  Hälften.  Dort,  wo  beide 
mit  gleichen  Dicken  aufeinander  liegen,  ist 
der  Gangunterschied  Null,  nach  der  Schneide 
und  dem  Rücken  zu  wird  er  beiderseits 
größer. 

Schaltet  man  den  Kompensator  zwischen 
den  gekreuzten  Polarisationsapparat,  so  bleibt 
er  in  den  vier  Stellungen  dunkel,  in  denen 
seine  Hauptschnittsrichtungen  mit  einer 
Hauptebene  des  Apparats  zusammenfallen. 
Jn  jeder  anderen  Lage  dagegen,  am  deut- 
lichsten in  einer  Stellung  von  45"  gegen  die 
Hauptebenen,  beobachtet  man  im  homogenen 
Licht  eine  Anzahl  aufeinander  folgender 
dunkler  und  heller  Streifen,  die  den  Kanten 
der  Keile  parallel  laufen  und  gegenseitig 
jeweils  gleichen  Abstand  haben.  Im  weißen 
laicht  erscheint  nur  dort,  wo  der  Gangunter- 
schied beider  Strahlen  verschwunden  ist, 
ein  schwarzer  Streifen,  während  alle  anderen 
Streifen  Interferenzfarben  in  steigender  Ord- 
nung zeigen,  die  aber  auf  der  einen   Seite 


(iangunterschieden    von    entgegengesetztem 
Vorzeichen  entsprechen  wie  auf  der  anderen. 

Wird  nun  eine  Kristallplatte  derart  mit 
dem  Kompensator  kombiniert,  daß  ihre 
Schwingungsrichtungen  denen  der  beiden 
Keilstücke  parallel  laufen,  so  addiert  sich 
ihre  Wirkung  zu  derjenigen  des  einen  Keil- 
stücks. Der  Ort  verschwindenden  Gang- 
unterschieds beider  Wellen  und  damit  der 
schwarze  Interferenzstreifen  wird  daher  ver- 
schoben um  einen  Betrag,  der,  in  Streifen- 
abständen ausgedrückt,  direkt  die  optische 
Dicke  der  hinzugefügten  Kristallplatte  in 
Wellenlängen  mittleren  Lichts  oder  der 
gerade  benutzten  homogenen  Lichtsorte 
angibt. 

3.  Interferenzerscheinungen  im  kon- 
vergenten polarisierten  Licht.  Die  Beob- 
achtung im  konvergenten  Licht  hat  den 
Zweck,  die  Aenderung  der  Interferenz- 
erscheinung mit  der  Richtung  der  Licht- 
fortpflanzung im  Kristall  in  einem  Gesamt- 
bild hervortreten  zu  lassen.  Man  ergänzt 
zu  diesem  Zweck  den  Polarisationsapparat 
durch  zwei  Linsen  oder  Linsensysteme,« 
zwischen  denen  die  Kristallplatte  derart 
aufgestellt  wird,  daß  das  Licht  sie  stark 
konvergent  durchsetzt. 

3a)  Optisch  einachsige  Kristall- 
platten, die  senkrecht  zur  optischen 
Achse  geschnitten  sind.  Die  Erschei- 
nungen, welche  solche  Kristallplatten  im 
konvergenten  Licht  zeigen,  wurden  von 
Brewster  (1813  bis  1818)  aufgefunden  und 
von  Airy  (1831)  und  F.  E.  Neumann 
(1834)  erklärt.  Eine  geometrische  Deutung 
brachten  Bertin  (1861)  durch  Einführung 
der  ,, Oberflächen  gleichen  Gangunterschieds" 
und  Lommel  (1883)  durch  die  Konstruktion 
der  Isogyrenflächen. 

Pflanzt  sich  eine  Welle  in  der  Richtung 
der  Plattennormalen  N  (Fig.  11)  durch  die 


Fig.  n. 

Kristallplatte  fort,  so  fehlt  die  Doppel- 
brechung; die  Platte  verhält  sich  also  in 
dieser  Richtung  wie  ein  optisch  isotroper 
Körper,  und  das  Gesichtsfeld  des  Polari- 
sationsapparats erfährt  keinerlei  xVenderung. 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


1175 


Die  ^egen  die  optische  Achse  geneigt  ein- 
fallende Wellennormale  AB  aber  liefert  in 
der  Kristallplatte  zwei  in  der  Einfallsebene 
liegende  gebrochene  Wellennormalen  BC 
und  BE,  welche  in  den  Richtungen  CD  und 
EF  parallel  untereinander  und  zu  AB  wieder 
austreten.  Diese  Strahlen  werden  durch 
das  benutzte  Linsensystem  wieder  in  einem 
Punkt  vereinigt  und  gelangen  —  nach 
Zurückführung  auf  dieselbe  Schwingungs- 
ebene —  zur  Interferenz  mit  einem  durch 
ihren  Geschwindigkeits-  und  Wegunterschied 
hervorgerufenen  Gangunterschied,  der  um 
so  größer  sein  wird,  je  schiefer  die  Strahlen 
die  Kristallplatte  durchsetzen,  und  der 
andererseits  derselbe  sein  wird  für  alle  den 
Kristall  in  gleicher  Neigung  durchlaufenden 
Strahlen.  Da  aber  alle  Strahlen  gleicher 
Neigung  die  Kristallplatte  in  Kreisen  um 
die  optische  Achse  treffen,  so  stellen  diese 
Kreise  gleichzeitig  den  geometrischen  Ort 
aller  Punkte  dar,  in  denen  die  den  Kristall 
durchsetzenden  Wellen  gleichen  Gangunter- 
schied erhalten,  sie  sind  also  Kurven 
gleichen  G  a  n  g  u  n  t  e  r  s  c  h  i  e  d  s. 

Wird  der  Polarisationsapparat  mit  homo- 
genem Licht  beleuchtet,  so  erscheinen 
abwechselnd  helle  und  dunkle  Ringe,  die 
hellen  dort,  wo  im  gekreuzten  Apparat  der 
Gangunterschied  der  beiden  interferierenden 
Strahlen  ein  ungerades  Vielfaches  einer 
halben  Wellenlänge  beträgt,  die  dunklen 
dort,  wo  er  unter  gleichen  Verhältnissen 
ein  gerades  Vielfaches  derselben  ist.  Die 
Durchmesser  der  Ringe  nehmen  ab  mit  ab- 
nehmender Wellenlänge  des  benutzten  Lichts. 
Eine  Drehung  der  Kristallplatte  in  ihrer 
Ebene   ändert   an   der   Erscheinung   nichts. 

Im  weißen  Licht  enthält  das  Gesichts- 
feld in  der  Mitte  einen  (im  parallelen  Polari- 
sationsapparat) hellen  oder  einen  (im  ge- 
kreuzten Apparat)  dunklen  Fleck,  der  über 
Grau  in  Farbenringe  übergeht,  die  das  ganze 
Sehfeld  angenähert  in  der  Ordnung  der 
Newtonschen  Farben  bedecken.  Je  weiter 
ein  Farbenring  vom  Zentrum  entfernt  ist, 
desto  größer  ist  der  Gangunterschied  der 
interferierenden  und  die  Anzahl  der  dabei 
zur  Auslöschung  kommenden  Wellen,  so 
daß  die  Farbe  allmählich  in  das  Weiß  höherer 
Ordnung  übergeht. 

Die  Lichtintensität  ist  nun  nicht  für 
alle  Punkte  eines  Ringes  dieselbe.  Betrachten 
wir  den  Fall  des  gekreuzten  Polarisations- 
apparats, so  ist  nämhch,  wie  wir  früher 
schon  zeigten,  die  Intensität  am  größten 
dort,  wo  der  Hauptschnitt  (d.  i.  also  die 
durch  die  betreffende  Wellennormale  und 
die  optische  Achse  gelegte  Ebene)  einen 
Winkel  von  45°  mit  den  beiden  Hauptebenen 
des  Apparats  einschließt.  Die  Ringe  erschei- 
nen daher  nur  in  den  entsprechenden  Punkten 
im    Maximum    der    Helligkeit   und    werden 


von  hier  gegen  die  Richtung  der  Hauptebenen 
zu  lichtschwächer.  Fällt  für  eine  Welle 
sclüießhch  der  Hauptschnitt  mit  der  Haupt- 
ebene des  Polarisators  zusammen  oder  steht 
er  auf  dieser  senkrecht,  so  kommt  jeweils 
nur  die  extraordinäre  bezw.  ordinäre  Schwin- 
gung im  Kjistall  zustande,  die  aber  beide 
vom  Analysator  zurückgehalten  w^erden, 
da  sie  senkrecht  zu  seiner  Hauptebene 
stehen.  Alle  Wellen,  deren  Schwingungs- 
richtungen parallel  oder  senkrecht  zu  den 
Hauptebenen  des  Polarisationsapparats 
stehen,  fehlen  also  im  Gesichtsfeld,  und  zwar 
gilt  dies  in  gleicher  Weise  von  allen  Licht- 
sorten. Das  Gesichtsfeld  ist  also  von  zwei 
aufeinander  senkrecht  stehenden  schwarzen 
iVrmen  eines  Ivreuzes  durchzogen,  deren  Lage 
jeweils  die  Richtung  der  Hauptebenen  des 
Apparats  angibt.  Man  bezeichnet  solche 
geometrischen  Orte  aller  Punkte  gleicher 
Schwingungsrichtung  als  Kurven  gleicher 
S  c  h  w  i  n  g  u  n  g  s  r  i  c  h  t  u  n  g  oder  Isogyren.  Das 
optische  Gesamtbild  besteht  also  aus  zwei 
Kurvensystemen. 


Fig.  12. 

Zwischen  parallelen  Hauptebenen  sind 
die  Erscheinungen  die  komplementären.  Die 
in  den  Komplementärfarben  erscheinenden 
Ringe  werden  von  einem  hellen  &euz 
durchsetzt.  Die  beigezeichneten  Figuren 
zeigen  diese  Fälle  für  monochromatisches 
Licht. 

Nach  der  von  Airy  gegebenen  quantitativen 
Untersuchung  findet  sich  ganz  allgemein  für  die 
aus  dem  Analysator  austretende  Intensität  der 
Ausdruck  (vgl.  A.  Becker  Kristalloptik 
S.  101) 

a^f  2jr 

J  =  ^|l  +  cos  2qp  cos  2(qp  —  x)  +  cos  ^-  & 


sin2gj.sin2  (qp- 


..,}, 


wo  (f  der  Winkel  eines  betrachteten  Hauptschnitts 
gegen  die  Hauptebene  des  Polarisators,  x  der 
Winkel  zwischen  den  beiden  Hauptebenen  des 
Apparats  ist  und  0  den  Gangunterschied  der 
interferierenden  Wellen  darstellt.      Derselbe  ist 


-^{v 


7'(,2  Sinn 


—  11  —  i'e  ^  sin^i  >, 


117G 


Kiistallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


wenn  i  der  Einfallswinkel  der  betrachtetenWellen- 
normalen  und  Vg  und  Ve  die  Fortpflanzungsge- 
schwindigkeiten der  beiden  interferierenden 
Wellen  (die  Lichtgeschwindigkeit  c  =  1  gesetzt) 
sind.  Für  kleine  Werte  von  i  läßt  sich  auch 
schreiben 


0=d' 


•2'2 


2ro 


Die  Abhängigkeit  der  Intensität  von  den 
zwei  Variablen  0  und  cp  zeigt  an,  daß  das  Ge- 
sichtsfeld mit  zwei  Arten  von  Kurven  bedeckt 
sein  wird,  mit  solchen,  die  nur  vom  Gangunter- 
schied 0  abhängen,  und  mit  solchen,  die  von  der 
Schwingungsrichtung  qp  abhängig  sind. 

Für  gekreuzte  Hauptebenen,  also  x  =  90", 
wird 


J=    {sm^2(p- 


cos       ©.sm^  2qp 


Das  Gesichtsfeld  wird  dunkel: 

a)  für  qp  =  0",  90",  180"  usw.  unabhängig  von 
dem  Wert  von  0.  Es  ist  dies  die  analytische 
Darstellung  der  Isog3Ten. 

ß)  für  i2=o ?^-  , ^':^ 

Dies  sind  Gleichungen  von  Kreisen,  die  die 
Kurven  gleichen  Gangunterschieds  darstellen. 
Ihre  Radien  sind,  da  sie  dem  Einfallswinkel  i 
proportional  gesetzt  werden  können,  um  so 
größer,  je  größer  die  Wellenlänge  und  je  kleiner 
die  Dicke  der  Platte  und  ihre  Doppelbrechung. 
Die  Radien  aufeinanderfolgender  Ringe  verhalten 
sich  wie  j'O:  j'2:  iT.  .  . 

3b)  Das  Interferenzbild  optisch 
zweiachsiger  Kristalle,  die  senkrecht 
zu  einer  Mittellinie  geschnitten  sind. 
Die  komplizierten  Erscheinungen,  welche 
zweiachsige  Kristalle  im  konvergenten  Licht 
zeigen,  wurden  von  Brewster  (1844)  ent- 
deckt und  von  J.  Herschel  zuerst  näher 
untersucht. 

Wird  eine  senkrecht  zur  ersten  Mittel- 
linie geschnittene  Kristallplatte  in  den  ge- 
kreuzten Polarisationsapparat  gebracht,  so 
zeigen  sich  im  weißen  Licht  um  zwei  Zentren 
gruppiert  schöne  Farbenringe  und  außerdem 
dunkle  Aeste,  deren  Form  und  Intensität 
ebenso  wie  die  Farbe  der  Kurven  bei  der 
Drehung  der  Kristallplatte  variiert.  Es  sind 
dies  wieder  zwei  Kurvensysteme,  nämlich 
die  Kurven  gleichen  Gangunterschieds  oder 
isochromatischen  Kurven  und  die  Isogyren. 
Nach  den  Messungen  von  Herschel  sind 
die  ersteren  Kurven,  für  welche  das  Produkt 
der  Leitstrahlen  eines  Peripheriepunktes  nach 
den  beiden  Brennpunkten  konstant  ist  und 
die  als  Cassinische  Kurven  bezeichnet  wer- 
den. Ihre  Gestalt  kann  die  zweier  ge- 
trennter Ovale  oder  einer  Lemniskate  sein. 
Die  beiden  Brennpunkte  sind  die  Fußpunkte 
der  die  ICristalloberfläche  treffenden  opti- 
schen Achsen.  Da  alle  Wellen,  welche  den 
Kristall  in  der  Richtung  der  optischen  Achsen 
durchlaufen,  keine  Doppelbrechung  erleiden, 


so  erscheinen  diese  Fußpunkte  im  gekreuzten 
Polarisationsapparat  im  allgemeinen  dunkel. 
Für  den  Fall,  daß  die  Verbindungslinie 
der  beiden  Achsenpunkte  mit  einer  Haupt- 
ebene zusammenfällt,  bestehen  die  Kurven 
gleicher  Schwingungsrichtung  aus  zwei  auf- 
einander senkrechten  dunklen  Aesten,  die 
in  den  Hauptebenen  des  Apparats  liegen. 
Dreht  man  die  Kristallplatte  in  ihrer  Ebene, 
so  trennen  sich  die  beiden  Aeste  im  Kreuz- 
punkt und  gehen  in  Hyperbeln  über,  deren 


Scheiteln  in  den  Fußpunkten  der  optischen 
Achsen  liegen.  Im  parallelen  Polarisations- 
apparat gehen  die  Farbenerscheinungen  in 
die  komplementären  über,  und  die  Isogyren 
werden  weiß. 

Eine  theoretische  Beschreibung  der  Kur- 
vensysteme gab  zuerst  Neumann  und  später 
unter  vereinfachenden  Annahmen  LommeL 

Sind  Ui  und  u^  die  Abstände  eines  beliebigen 
Punktes  der  Plattenoberfläche  von  den  beiden 
Fußpunkten  der  optischen  Achsen,  so  ergibt 
sich  der  Gangunterschied  der  beiden  inter- 
ferierenden Strahlen  für  diesen  Punkt  zu 


--W' 


■  —  a^)  (c^  —  b^) 
c2(a  +  b) 


[.U1.U2, 


wo  a,  b,  c  die  3  Haupthchtgeschwindigkeiten  im 
Kristall,  bezogen  auf  die  Lichtgeschwindigkeit 
0  =  1,  bezeichnen.  Es  ist  dies  für  jede  Wellen- 
länge die  Gleichung  einer  Cassinischen  Kurve. 

Für    die    Kurven   gleicher    Schwingungsrich- 
tung findet  sich  der  analytische  Ausdruck 


x"  —  y- 


2  XV  cotg  2e  =  d-tg' 


.ß 


in  dem  s  der  Winkel  einer  betrachteten  Schwin- 
gungsrichtung im  Punkte  [xy]  gegen  die  Ebene 


Kristallpliysik  (Clptische  Eigenschaften) 


1177 


der  optischen  Achsen  und  ß  der  Winkel  zwischen 
den  beiden  optischen  Achsen  ist.  Es  stellt  dies  für 
s=45»  gleichseitige  Hyperbeln  dar,  welche  durch 
die  Fußpunkte  der  optischen  Achsen  (y  =  0  und 

X  =  dtg  ^)   hindurchgehen    und   für   2£  =  0   in 

zwei  rechtwinklig  aufeinander  stehende  Geraden 
x.y  =  0  übergehen. 

3c)  Dispersion  der  Achsenbilder 
zweiachsiger  Kristalle.  Während  bei 
optisch  einachsigen  lü-istallen  die  optisch 
ausgezeichneten  Richtungen  für  alle  Wellen- 
längen dieselben  sind,  da  sie  gleichzeitig 
immer  kristallographisch  ausgezeichnete  Rich- 
tungen darstellen,  variiert  in  zweiachsigen 
Kristallen  eine  optisch  ausgezeichnete  Rich- 
tung mit  der  Lichtsorte  in  all  den  Fällen, 
in  denen  sie  nicht  gleichzeitig  eine  kriBtallo- 
graphisch  ausgezeichnete  Richtung  ist.  Das 
im  weißen  Licht  beobachtbare  Interferenz- 
bild ist  daher  nicht  immer  als  eine  einfache 
Uebereinanderlagerung  gleichorientierter  In- 
terferenzbilder der  einzelnen  Lichtsorten 
aufzufassen,  sondern  es  kann  gleichzeitig 
eine  Variation  der  Orientierung  der  einzelnen 
homogenen  Interferenzbilder  mit  der  Licht- 
sorte enthalten,  die  als  Dispersion  der  be- 
treffenden ausgezeichneten  Richtung  be- 
zeichnet wird. 

a)Dispersionder  optischen  Achsen. 
Die  Lage  der  optischen  Achsen  fällt  niemals 
mit  kristallographischen  Symmetrieachsen 
zusammen,  sie  ist  daher  mit  der  Farbe 
variabel,  und  zwar  gilt  dies  für  alle  optisch 
zweiachsigen  Kristalle. 

Es  sei  z.  B.  der  optische  Achsenwinkel 
für  rote    Strahlen  kleiner   als  für  violette. 


Fig.  14. 


Dann  stellen  r  und  v  (Fig.  14)  die  Fußpunkte 
der  optischen  Achsen  für  die  beiden  Strahlen- 
sorten dar.  Dann  müssen  auch  die  Lemnis- 
katen  der  einzelnen  Farben,  weil  sie  symme- 
trisch um  ihre  Brennpunkte  gelagert  sind, 
gegeneinander  verschoben  sein;  die  dunklen 
Stellen  für  rotes  Licht  sind  also,  wie  die 
ausgezogenen  Kurven  zeigen,  gegen  die  Mitte 


des  Sehfeldes  verschoben,  die  dunklen  Stellen 
für  violettes  Licht  sind  nach  außen  gerückt, 
wie  es  die  punktierten  Kurven  andeuten. 
Verfolgt  man  daher  das  Farbenbild  von  der 
Mitte  des  Gesichtsfelds  aus  in  der  Richtung 
der  Verbindungsgeraden  der  optischen 
Achsenzentren,  so  zeigt  sich  eine  vollständige 
Symmetrie  der  Erscheinung  in  bezug  auf 
die  Gerade  NN'.  Die  gegen  die  Mitte  zu- 
gekehrten Seiten  der  Ringe  aber  zeigen  eine 
andere  Färbung  als  die  nach  außen. gerich- 
teten Seiten.  Da  in  unserem  Falle  die  dunklen 
Kurven  für  Rot  nach  der  Mitte  hin  ver- 
schoben sind,  so  wird  dort  das  Rot  ausge- 
löscht und  ein  blauer  Ton  vorherrschen, 
während  die  nach  außen  gekehrten  Ränder 
einen  vorherrschend  roten  Ton  aufweisen 
werden.  Am  deutlichsten  ist  die  Erscheinung 
an  den  ersten  Ringen  um  die  Achsenzentren, 
und  sie  ist  um  so  besser  ausgeprägt,  je  stärker 
die  Dispersion  der  Achsen  ist,  kann  anderer- 
seits aber  auch  bei  sehr  starker  Dispersion 
zu  einem  vollständigen  Verschwinden  der 
Lemniskatenfigur  führen,  weil  sich  dann  die 
einzelnen  isochromatischen  Kurven  in  mannig- 
faltigster Weise  durchkreuzen.  Beispiele 
hierfür  sind  der  Titanit,  Salpeter  und 
Seignettesalz,  deren  (scheinbare)  optische 
Achsenwinkel  für  Rot,  Gelb  und  Violett  die 
folgenden  sind: 

Titanit  ßv-öö«     ßg  =  30« 

Salpeter  ß„-6«ll'  ßv=10»22' 

Seignettesalz  ß,.=:62o     ßv^46o. 

Eine  Analyse  der  hierbei  auftretenden  Er- 
scheinung wird  durch  Benutzung  homogener 
Farbgläser  zur  Beobachtung  des  Interferenz- 
bildes möglich. 

Das  im  Gesichtsfeld  erscheinende  schwarze 
Kreuz  der  Isogj^en  zeigt  keine  Verände- 
rung. Dreht  man  aber  die  Ivi-istallplatte  in 
die  450-Stellung,  so  daß  die  beiden  Hyper- 
beläste auftreten,  so  zeigen  die  Scheitel 
derselben  ähnliche  Farbenunterschiede  wie 
oben  die  Lemniskaten.  Ohne  Dispersion 
der  optischen  Achsen  würden  die  Hyperbeln 
für  alle  Farben  durch  die  fest  bestimmten 
optischen  Achsenpunkte  gehen  und  dort  im 
gekreuzten  Apparat  vollständig  dunkel  sein. 
Liegen  aber  die  Achsenpunkte  für  die  ein- 
zelnen Farben  an  verschiedener  Stelle,  so 
müssen  auch  die  hindurchgehenden  Hyperbeln 
gegeneinander  verschoben  sein.  Die  Hyper- 
beläste erhalten  infolgedessen  Farbensäume, 
welche  im  betrachteten  Fall  unserer  Figur 
am  konvexen  Rand  ins  Violette,  am  konkaven 
ins  Rote  gehen.  Die  Reihenfolge  der  Färbung 
stimmt  also  mit  derjenigen  der  Lemniskaten 
überein.  Diese  Reihenfolge  kann  für  die 
verschiedenen  Kristalle  eine  verschiedene 
sein;  sie  gibt  direkt  den  Sinn  der  Disper- 
sion an.  Ist  der  Winkel  der  optischen 
Achsen  für  die  roten   Strahlen  kleiner  als 


1178 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


für  die  violetten,  so  erscheinen  die  Innen- 
säunie  blau,  im  anderen  Falle  rot.  Ein 
Beispiel  für  den  ersten  Fall  ist,  wie  wir 
saheil,  der  Salpeter,  für  den  zweiten  Topas, 
Titanit. 

ß)  Geneigte  Dispersion.  Ist  die 
Dispersion  für  die  beiden  optischen  Achsen 
verschieden  groß,  so  rückt  auch  die  Mittel- 
linie von  ihrer  Stelle;  man  hat  in  diesem  Falle 
eine  Dispersion  der  Mittellinien,  die  als  ge- 
neigte Dispersion  bezeichnet  wird,  weil 
hierbei  die  Symmetrie  zur  Sehrichtung  ver- 
loren geht.  Dieser  Fall  kann  nur  eintreten, 
wenn  keine  der  beiden  ^littellinien  mit  einer 
kristallographischen  Symmetrieachse  zu- 
sammenfällt. Es  fällt  aber  dann  noch  die 
optische  Normale  in  eine  Symmetrieachse, 
so  daß  die  Lage  der  optischen  Achsenebene 
unverändert  bleibt. 

Es  kann  im  gegenwärtigen  Fall  nicht 
nur  die  Größe,  sondern  auch  der  Sinn  der 
Dispersion  beider  Achsen  variieren,  so  daß 
die  Farbenbilder  zu  beiden  Seiten  von  NN' 
(Fig.    15)    völlig    verschieden    sein    können. 


achse  zusammen,  so  bleibt  deren  Lage 
für  alle  Wellenlängen  dieselbe.  Die  Ebene 
der  optischen  Achsen  kann  sich  aber  für 
die  einzelnen  Lichtsorten  um  sie  drehen, 
und  es  kann  gleichzeitig  Dispersion  der 
Achsen  eintreten.  Eine  senkrecht  zur  ersten 
MitteUinie  geschnittene  Platte  zeigt  dann 
etwa  das  in  Figur  16  gegebene  Bild.     Die 


In  der  Figur  sind  die  optischen  Achsen- 
zentren für  rote  und  violette  Strahlen  wieder 
mit  r  und  v,  die  Fußpunkte  der  ersten 
Mittellinie  für  dieselben  Strahlen  mit  K  und  V 
bezeichnet.  Der  Sinn  der  Dispersion  läßt 
sich,  wenn  diese  nicht  sehr  groß  ist,  wieder 
aus  der  Reihenfolge  der  Farbenkurven  ent- 
nehmen. In  unserem  Falle  würde  die  linke 
Seite  von  der  Mitte  aus  violett,  die  rechte 
rot  erscheinen. 

Eine  leichtere  Deutung  lassen  die  Säume 
der  Hyperbeln  zu.  Da  die  Achsenpunkte 
beiderseits  verschieden  weit  voneinander 
entfernt  sind,  so  sind  auch  die  Scheiteln 
der  Hyperbeln  verschieden  breit  und  außer- 
dem ungleich  gefärbt.  Der  rechte  Hyperbel- 
ast ist  in  unserem  Beispiel  viel  schärfer 
begrenzt;  er  zeigt  in  der  Mitte  dunkel, 
während  sein  konvexer  Rand  violett,  sein 
konkaver  rot  gesäumt  ist. 

y)  Horizontale  Dis])ersion.  Steht 
die  optische  Achsenebene  auf  der  Symmetrie- 
ebene des  Kristalls  senkrecht,  und  fällt 
die  zweite   Mittellinie   mit  der   Symmetrie- 


Fig.  16. 

Farbenerscheinung  ist  in  bezug  auf  die  Gerade 
NN'  symmetrisch,  dagegen  nicht  in  bezug  auf 
die  Richtung  AE.  Der  Sinn  der  Dispersion 
ist  aus  der  Farbenfolge  in  der  Richtung 
NN'  zu  entnehmen.  In  unserem  Beispiel 
würden  sich  die  Farben  oben  von  Rot  nach 
Violett,  nach  unten  von  Violett  nach  Rot 
folgen. 

d)  Gekreuzte  Dispersion.  Steht 
die  Ebene  der  optischen  Achsen  auf  der 
Symmetrieebene  senkrecht,  und  fällt  die 
erste  Mittellinie  in  die  Richtung  der  Sym- 
metrieachse, so  ist  ihr  Fußpunkt  für  alle 
Farben  derselbe.  Dagegen  kann  sich  die 
optische  Achsenebene  für  die  einzelnen 
Farben  um  sie  als  Aclise  drehen,  wie  Figur  17 


Fig.  17. 

zeigt.  Dann  sind  die  ICrscheinungen  rechts 
oberhalb  und  links  unterhalb  der  Achsenebene 
AE  dieselben,  die  Symmetrie  in  bezug  auf 
jede  durch  das  Farbenbild  mögliche  Gerade 
ist  aber  verloren.  Die  Erscheinung  ist  zuerst 
von  Herschel  und  Nörremberg  am  Borax 
beobachtet  worden. 

£)  Dispersion  aller  optischen 
Richtungen.  Besitzt  ein  Kristall  keine 
Symmetrieachse,  so  ist  die  Lage  jeder 
optisch  ausgezeichneten  Richtung  mit  der 
Farbe  variabel,  und  das  Farbenbild  verliert 
jede  Symmetrie  (Fig.  18). 


Kristallphysik  (Oi »tische  Eigenschaften) 


1179 


Die  Kristalle  des  rhombischen  1  tionsapparat  den  Winkel  der  Kreuzesarme  hal- 
Systems  besitzen  nnr  eine  Dispersion  der  biert,  so  verschwinden  die  dunklen  Arme,  und  die 
optischen  Achsen,  da  die  beiden  Mittellinien    ^'^g^  ^^^^^  "^  aneinander  grenzenden  Quadranten 

gegeneinander  verschoben,  wie  es  beistehende 
Figuren  zeigen.  Und  zwar  treten  dieselben  Er- 
scheinungen, die  bei  optisch  positiven  Platten 
(vgl.  A  3b)  im  ersten  und  dritten  (Quadranten 
wahrgenommen    werden,    bei    optisch    negativen 


Fig.  18. 


und  die  optische  Normale  in  die  Richtung 
von  kristallo2;raphischen  Symmetrieachsen 
fallen  und  daher  unveränderlich  sind. 

Die  Kristalle  des  monoklinen 
Systems  zeigen  entweder  geneigte  oder 
horizontale  oder  gekreuzte  Dispersion  — 
jeweils  zusammen  mit  der  Dispersion  der 
optischen  Achsen  — •  weil  sie  nur  eine  einzige 
Symmetrieachse  besitzen,  die  entweder  mit 
der  ersten  oder  zweiten  Mittellinie  oder  mit 
der  optischen  Normalen  zusammenfällt. 

Die  Kristalle  des  triklinen  Systems 
besitzen  Dispersion  aller  optischen  Rich- 
tungen, da  hier  jede  Symmetrieachse  fehlt. 

Die  Beobachtung  des  Achsenbildes 
senkrecht  zu  einer  Mittellinie  geschnittener 
Kristallplatten  im  konvergenten  Licht  gibt 
hiernach  die  Möglichkeit,  das  Kristallsystem 
des  betreffenden  zweiachsigen  llristalls  fest- 
zulegen. 

3d)  Kombination  einer  senkrecht  zur 
Achsenebene      geschnittenen      Kristall- 

l 
platte     mit    einer       --Platte.      Charakter 

4 
d  e  r  i)  0  p  p  e  I  b  r  e  c  h  u  n  g.  Unter  einer  ^-J^- 
Platte  ist  ein  Kristallblättchen  zu  verstehen, 
welches  den  beiden  es  durchsetzenden  Wellen 
des  angewandten  homogenen  Lichts  einen  Gang- 
unterschied von  ^4  erteilt.  Dasselbe  wird  im 
allgemeinen  aus  Glimmer  hergestellt.  Derselbe 
ist  zweiachsig  negativ,  d.  h.  seine  größte  Elasti- 
zitätsachse halbiert  den  spitzen  Winkel  der 
optischen  Achsen.  Fast  genau  senkrecht  zu  dieser 
Richtung  ist  er  am  vollkommensten  spaltbar. 
Die  Spaltstücke  enthalten  dann  die  Schwingungs- 
richtungen der  mittleren  und  kleinsten  Fort- 
pflanzungsgeschwindigkeit. Schneidet  man  die 
begrenzenden  Kanten  so.  daß  die  Längsrichtung 
des  Blättchens  der  Richtung  der  langsamsten 
Schwingung,  die  in  die  optische  Achsenebene 
fällt,  parallel  geht,  che  Querrichtung  darauf  senk- 
recht steht,  so  geben  diese  Richtungen  direkt 
die  Schwingungsrichtungen  der  parallel  der  ersten 
Mittellinie  einfallenden  Strahlen. 

«)  Optisch  einachsige  Kristalle.  Wird 
eine  senkrecht  zur  optischen  Achse  geschnittene 
Kristallplatte,  die  im  konvergenten  Licht  die 
früher  betrachteten  beiden  Kurveiisysteme  zeigt, 
derart  mit  einer  ''•/4-Glimmerplatte  kombiniert, 
daß  ihre  Längsrichtung  im  gekreuzten  Polarisa- 


Fig.  19. 

Platten  im  zweiten  und  vierten  Quadranten  auf. 
Es  ist  dadurch  die  Möglichkeit  gegeben,  aus  dem 
Sinn  der  Verschiebung  den  Charakter  der  Doppel- 
brechung festzustellen. 

Zur  Deutung  werde  eine  Kalkspatplatte,  d.  i. 
ein  negativer  Kristall,  vorausgesetzt,  der  in 
homogenem  Licht  beobachtet  werde.  Wie 
bekannt,  liegt  im  gekreuzten  Apparat  der  erste 
schwarze  Ring  gerade  an  der  Stelle,  wo  der  Gang- 
untersehied  der  beiden  doppelt  gebrochenen  Strah- 
len eine  ganze  Wellenlänge  beträgt;  sie  ist  punk- 
tiert gezeichnet.  Dieser  Gangunterschied  kommt 
dadurch  zustande,  daß  der  stärker  gebrochene 
ordinäre  Strahl,  der  senkrecht  zum  Hauptsehnitt 
schwingt,  um  eine  Wellenlänge  gegenüber  dem 
schneller  sich  fortpflanzenden  extraordinären 
Strahl,  der  im  Hauptschnitt  schwingt,  zurück- 
bleibt. Treten  die  beiden  Wellen  jetzt  in  den 
Glimmer  ein,  so  erfährt  die  extraordinäre  in 
dem  seiner  Längsrichtung  parallelen  Haupt- 
sehnitt eine  Verzögerung  um  ''-/4,  in  dem  dazu  senk- 
rechten Hauptschnitt  aber  eine  Beschleunigung 
um  '^•/j.  Denn  im  ersten  Fall  erfolgt  die  extra- 
ordinäre Schwingung  parallel  zur  Schwingungs- 
richtung der  kleinsten,  im  zweiten  Fall  parallel 
zur  Schwingungsrichtung  der  größeren  Fort- 
pflanzungsgeschwindigkeit im  Glimmer.  An 
der  Stelle  des  punktierten  Kreises  ist  also  jetzt 
der  Gangunterschied  im  ersten  und  dritten 
Quadranten  nur  ^/^  l^  im  zweiten  und  vierten 
Quadranten  schon  ^4  ^1  so  daß  die  Stellen,  wo 
mit  dem  Ghmmer  der  Gangunterschied  wieder  X 
beträgt,  wo  also  jetzt  die  dunklen  Ringe  auf- 
treten, im  ersten  und  dritten  (Quadranten  um 
einen  Viertel-Ringabstand  nach  außen,  im 
zweiten  und  vierten  (Quadranten  um  ebensoviel 
nach  innen  verschoben  sind.  In  zwei  neben- 
einander liegenden  Quadranten  stehen  also  die 
dunklen  Ringe  um  eine  halbe  Ringbreite  von- 
einander ab. 

Die  Jlitte  des  Gesichtsfeldes  wird  hell,  weil 
dort  elliptisch  polarisiertes  Licht  auftritt,  das 
vom  Analysator  unverändert  durchgelassen  wird. 
An  einer  Stelle  aber,  wo  vorher  beide  Wellen 
um  ^/i  voneinander  abweichen,  tritt  jetzt  ein 
dunkler  Fleck  auf,  weil  hier  die  Beschleunigung 


1180 


Kristallphysik  (Optisclie  Eig-enschaften) 


der  extraordinären  Welle  im  Kalkspat  durch  die 
gleichgroße  Verzögerung  im  Glimmer  gerade 
aufgehoben  wird,  so  daß  der  Gangunterschied 
verschwindet.  Wir  haben  danach  bei  optisch 
negativen  Kristallen  im  ersten  und  dritten 
Quadranten  einen  dunlden  Fleck  mit  Erweiterung 
der  Ringe,  im  zweiten  und  vierten  Quadranten 
eine  Verengerung  der  Ringe.  Daß  die  Erschei- 
nung bei  positiven  Ivristallen  um  90"  verschoben 
ist,  bedarf  wohl  keiner  näheren  Begründung. 

ß)  Optisch  zweiachsige  Kristalle.  Der 
Einfluß  der  Kombination  des  -^/^-Gümmerblätt- 
chens  ist  hier  ein  ganz  entsprechender.  Ist  eine 
KristaUplatte  senkrecht  zur  ersten  Mittelhnie 
geschnitten,  so  erweitern  sich  die  Ringe  bei  posi- 


Fig.  20. 

tiven  Kristallen  in  denjenigen  Quadranten, 
durch  welche  die  Längsrichtung  des  Glimmers 
nicht  geht,  bei  negativen  Kristallen  dagegen 
in  denjenigen  Quadranten,  durch  welche  die 
Längsrichtung  des  Glimmers  geht. 

C.  Absorbierende  Kristalle. 

Die  Fortpflanzung  ebener  Wellen  ist 
streng  genommen  in  jedem  dnrchstrahlten 
Körper  mit  einer  Schwächung  ihrer  Intensität 
verbunden,  die  mit  der  zurückgelegten  Weg- 
strecke wächst.  Die  Beobachtung  zeigt, 
daß  diese  Schwächung  auf  gleichen  Weg- 
längen der  jeweils  eintretenden  Intensität 
proportional  ist,  oder  daß  die  Intensität 
nach  einer  geometrischen  Progression  ab- 
nimmt, wenn  der  zurückgelegte  Weg  nach 
einer  arithmetischen  wächst.  Die  Licht- 
bewegung wird  dementsprechend  darge- 
stellt durch 

_2-^x  X    .     ^     (t       x\ 
s  =  aoC       X    '    sm  27r  ( ,p  —  ,  ), 


wo    jetzt    die   Amplitude  A  =  aoe       X 


X.X 


nach  Maßgabe  des  Absorptionsindex  >c 
mit  der  Wegstrecke  x  in  geometrischer 
Progression  abnimmt. 

Ist  diese  Abnahme  im  sichtbaren  Gebiet 
nur  wenig  merklich,  so  nennt  man  den  Körper 
durchsichtig,  ist  sie  so  groß,  daß  schon 
nach  Zurücklegung  einer  sehr  kleinen  Strecke 
die  Lichtenergie  aufgezehrt  ist,  so  nennt  man 
ihn  undurchsichtig.  Wenn  die  Absorp- 
tion eines  Körpers  nur  wenig  abhängt 
von  der  Wellenlänge  des  Lichts,  so  werden 
sich  die  den  Körper  verlassenden  Licht- 
sorten wieder  nahe  zu  Weiß  vereinigen; 
man  nennt  den  Körper  dann  farblos. 
Ist  dagegen  die  Absorption  von  der  Wellen- 
länge merklich  abhängig,  so  zeigt  das  durch- 
gelassene Licht  eine  von  Weiß  verschiedene 
Mischfarbe;  der  Körper  heißt  farbig.  Rührt 
die  Färbung  von  seiner  stofflichen  Natur 
her,  so  nennt  man  ihn  eigenfarbig  oder  idio- 
chromatisch,  ist  sie  die  Folge  der  Bei- 
mischung fremdartiger  Bestandteile,  so  nennt 
man  ihn  fremdfarbig  oder  allochromatisch. 
Zu  ersteren  gehören  beispielsweise  die  Chrom- 
und  Kupfersalze,  zu  letzteren  der  Rauch- 
quarz,  Flußspat,  Cordierit. 

I.  Pleochroismus.  Bei  regulär  kristalli- 
sierenden Körpern  ist  ebenso  wie  bei  amor- 
phen Körpern  die  Größe  der  Absorption 
jeder  Wellenlänge  von  der  Fortpflanzungs- 
richtung des  Lichts  unabhängig.  Die  Farbe 
des  Kristalls  ist  daher  nach  allen  Richtungen 
dieselbe,  in  denen  das  Licht  gleiche  Dicken 
der  Substanz  durchsetzt  hat. 

Bei  doppelbrechenden  Kristallen  ist  dies 
nicht  mehr  der  Fall.  Diese  lassen,  wie 
Arago  gefunden  hat,  meist  schon  für  das 
bloße  Auge  eine  Abhängigkeit  der  Farbe  des 
durchgelassenen  Lichts  von  der  Fortpflan- 
zungsrichtung erkennen,  und  zwar  auch  dann, 
w'enn  gleiche  Wege  vom  Licht  im  Kristall 
durchlaufen  werden.  Man  bezeichnet  die 
Erscheinung  als  Pleochroismus.  Da  in 
diesen  Kristallen,  wie  bekannt,  auch  die  Fort- 
pflanzungsgeschwindigkeit des  Lichts  von 
der  Richtung  abhängt,  so  ist  von  vornherein 
ein  Zusammenhang  der  Größe  der  Absorption 
mit  der  Größe  der  Geschwindigkeit  in  den 
verschiedenen  Richtungen  zu  vermuten. 
Die  Beobachtung  zeigt  tatsächlich,  daß  für 
die  Absorption  ebenso  wie  für  die  Geschwin- 
digkeit einer  Welle  lediglich  die  Orientierung 
ihrer  Schwingungsrichtung  im  Ivristall  maß- 
gebend ist.  Es  ist  dementsprechend  die 
Absorption  der  beiden  durch  Doppelbrechung 
in  einem  Kristall  hervorgerufenen  Wellen 
im  allgemeinen  eine  merklich  verschiedene. 
In  den  meisten  Fällen  gilt  die  von  B  ab  inet 
ausgesprochene  Regel,  daß  derjenige  Licht- 
strahl am  stärksten  absorbiert  wird,  welcher 
sich  am  langsamsten  fortpflanzt.  Es  gibt 
aber  auch  Kristalle,  bei  denen  das  Gegenteil 
der  Fall  ist,  so  z.  B.  bei  Rutil  im  Rot  und 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


1181 


Gelb,  bei  Pennin  im  Grün  nnd  Blau,  bei 
Dioptas  im  Gelb  und  Blau.  Gelbe  Berylle 
absorbieren  den  ordinären  Strahl  stärker, 
blaue  den  extraordinären,  und  beim  optisch 
negativen  Vesuvian  ist  für  blaues  Licht  das 
extraordinäre  Bild  heller,  für  grüne  sind 
beide  gleichhell,  für  Gelb  und  Rot  ist  das 
ordinäre  heller. 

Die  im  natürlichen  durchfallenden  Licht 
beobachtete  Farbe  setzt  sich  dann  aus  den 
verschiedenen  Farben  der  beiden  Wellen 
zusammen.  Man  kann  diese  den  Einzelwellen 
zugehörigen  Farben  nacheinander  beobach- 
ten, indem  man  die  eine  oder  andere  der 
beiden  Wellen  durch  einen  vor  der  Kristall- 
platte eingeschalteten  drehbaren  Polari- 
sator abwechselnd  zum  Verschwinden  bringt, 
oder  indem  man  bei  feststehendem  Polarisa- 
tor die  Kristallplatte  in  ihrer  Ebene  dreht; 
tritt  dabei  ein  Helligkeits-  oder  Farben- 
w^echsel  auf,  so  ist  sie  pleochroitisch.  In 
dieser  Weise  lassen  sich  die  Minerahen  in 
Gesteinsdünnschliffen  auf  Pleochroismus 
prüfen. 

Mau  kann  aber  auch  die  Farben  beider 
Wellen  getrennt  nebeneinander  beobachten  mit 
Hilfe  des  von  Haidinger  (1845)  angegebenen 
Dichroskops.  Dasselbe  besteht  aus  einem 
langen  Kalkspatspaltungsstück,  das  in  eine 
Hülse  eingeschlossen  ist,  die  vorn  eine  Ideine 
quadratisclie  Oeffnung  für  den  Eintritt  des 
Lichts  und  hinten  eine  auf  die  Oeffnung  ein- 
gestellte Lupe  besitzt.  Infolge  der  Doppel- 
brechung des  Kalkspats  nimmt  das  Auge  zwei 
nebeneinander  liegende  Bilder  der  Oeffnung  wahr, 
die  dem  ordinären  bezw.  extraordinären  Strahl 
zugehören.  Bhckt  man  mit  cüesem  Listrument 
nach  einer  gewöhnlichen  Lichtquelle,  so  er- 
scheinen beide  Bilder  gleichhell  und  gleichgefärbt. 
Durchsetzt  das  Licht  aber  vor  Eintritt  in  das 
Dichroskop  einen  pleochroitischen  Kristall,  so 
erscheinen  die  beiden  Bilder  in  gewissen  Stellungen 
des  Ivi'istalls  verschieden  gefärbt.  Der  grüßte 
Farbenkontrast  tritt  d.inn  ein,  wenn  der  Haupt- 
schnitt des  Kalkspats  mit  der  Schwingungs- 
richtung der  einen  oder  anderen  der  beiden  Wellen 
im  Kristall  zusammenfällt;  das  ordinäre  und 
extraordinäre  Bild  zeigt  dann  getrennt  die 
Farbe  jeder  einzelnen  Welle.  Beim  Drehen  des 
Kristalls  in  seiner  Ebene  vermindert  sich  der 
Farbenkontrast,  und  er  verschwindet  volIstäncUg, 
wenn  die  Schwingungsrichtungen  der  beiden 
Wehen  im  untersuchten  Kristall  mit  dem  Haupt- 
schnitt des  Kalkspats  Winkel  von  45"  bilden. 
Li  diesem  Fall  empfängt  jedes  der  beiden  Bilder 
gleiche  Komponenten  beider  untersuchten  Wellen. 

Man  kann  sich  von  den  Absorptions- 
verhältnissen durch  geometrische  Veran- 
schaulichung in  analoger  Weise  Rechenschaft 
geben,  wie  dies  mit  Hilfe  der  Fresnel- 
schen  Gesetze  für  die  Normalenbewegung 
in  nicht  absorbierenden  Kristallen  möghch 
war.  Werden  von  einem  Punkte  im  Innern 
des  Kristalls  nach  allen  Richtungen  die  ent- 
sprechenden Werte  des  Absorptions- 
koeffizienten nx  (Produkt  von  Brechungs- 


und Absorptionsindex)  aufgetragen,  so  resul- 
tiert eine  zweischalige  Absorptionsfläche, 
deren  Orientierung  im  Kristall  ebenfalls  durch 
die  Symmetrieverhältnisse  bestimmt  ist.  Sie 
ist  für  alle  Kristalle  des  hexagonalen  und 
tetragonalen  Systems  eine  Rotationsfläche, 
deren  Hauptachsen  mit  den  kristallogra- 
phischen  Achsen  und  dements|)rechend  auch 
mit  den  Hauptachsen  der  Normalenfläche 
zusammen.  Die  Symmetrieverhältnisse  lassen 
hier  im  wesentUchen  zwei  verschiedene 
Färbungen  auftreten,  weshalb  man  die 
absorbierenden  optisch-einachsigen  Kristalle 
auch  als  dichroi  tisch  bezeichnet  hat. 
Die  optisch-zweiachsigen  Kristalle  weisen 
demgegenüber  drei  aufeinander  senkrechte 
Richtungen  auf,  in  welchen  sie  wesentlich 
verschiedene  Farbe  zeigen,  weshalb  sie  auch 
als  trichroitisch  bezeichnet  wurden.  Im 
rhombischen  System  fallen  die  Hauptachsen 
der  Absorptionsfläche  noch  sämtlich  mit 
den  kristallographischen  Achsen  zusammen, 
bei  monokhnen  Kristallen  trifft  eine  Koin- 
zidenz nur  noch  für  die  durch  die  einzige 
kristallographische  Symmetrieachse  gegebene 
Richtung  zu,  während  die  beiden  anderen 
Absorptionshauptachsen  ebenso  wie  alle 
Absorptionshauptachsen  trikhner  Kristalle 
gegen  die  Hauptachsen  der  entsprechenden 
Normalenflächen  geneigt  sind. 

Was  die  Schwingungsform  bei  ab- 
sorbierenden Kristallen  betrifft,  so  zeigt  sich, 
daß  in  optisch-einachsigen  Kristallen  die 
Schwingungen  homogener  ebener  Wellen 
bei  beliebig  starker  ebenso  wie  bei  fehlender 
Absorption  linear  und  parallel  bzw.  normal 
zum  Hauptschnitt  sind.  In  optisch-zweiach- 
sigen absorbierenden  lüistallen  dagegen 
schwingen  die  beiden  sich  in  gleicher  Richtung 
fortpflanzenden  Wellen  im  allgemeinen  trans- 
versal in  gleichsinnig  durchlaufenen  ähnhchen 
EHipsen  mit  gekreuzt  zueinander  liegenden 
großen  Achsen.  Die  Elliptizität  verschwindet 
nur  bei  rhombischen  Kristallen  für  alle  in 
einer  der  drei  Symmetrieebenen  liegenden 
Welleimormalen.  Die  Schwingungsellipsen 
sind  im  übrigen  um  so  gestreckter,  und  ihre 
Längsachsen  haben  um  so  mehr  diejenigen 
Lagen,  welche  die  linearen  Schwingungen 
bei  fehlender  Absorption  besitzen  würden, 
je  geringer  die  Absorption  ist. 

Von  optisch-einachsigen  Kristallen  besitzt 
besonders  stark  ausgesprochenen  Pleochroismus 
der  Turmalin,  der  schon  in  geringer  Dicke  den 
ordinären  Strahl  sehr  stark  (und  zwar  nach  allen 
Richtungen  gleichstark)  absorbiert,  den  extra- 
ordinären dagegen  um  so  weniger,  je  mehr  seine 
Fortpflanzungsrichtung  gegen  die  Hauptachse 
geneigt  ist.  Eine  zu  letzterer  parallele  TurmaUn- 
platte  läßt  daher  schon  in  geringer  Dicke  prak- 
tisch nur  den  extraordinären  Strahl  durch  und 
kann  infolgedessen,  wie  bekannt,  als  Polarisator 
benutzt  werden.  Sehr  stark  dichroitisch  ist  auch 
der  Pennin,  ein  hexagonal-rhomboedrisch  kri- 


1182 


Kristallpliysik  (Optische  Eigenschaften) 


stallisi  ereil  des  Silikat,  der  in  Richtung  seiner 
Hauptachse  betrachtet  blaugrün,  senkrecht  dazu 
braunrot  erscheint. 

Wird  ein  solcher  Kristall  mit  der  dichrosko- 
pischen  Lupe  betrachtet,  so  erscheinen  die  beiden 
feilder  in  Richtung  der  Achse  gleichgefärbt.  Man 
nennt  diese  Färbung,  weil  sie  auf  der  Endfläche 
oder  Basis  des  Kristalls  erscheint,  Farbe  der 
Basis.  In  der  Richtung  senkrecht  zur  optischen 
Achse  sind  die  beiden  Bilder  verschieden  gefärbt. 
Und  zwar  zeigt  das  eine,  ordinäre,  wieder  die 
Farbe  der  Ba.sis,  das  andere  Bild  aber,  das  von 
Strahlen  herrührt,  die  parallel  der  Achse  schwin- 
gen, die  sogenannte  Farbe  der  Achse.  Mit 
der  rs>igung  der  Schwingungsrichtung  gegen  die 
Achse  geht  die  Farbe  des  außerordentlichen 
Bildes  allmählich  in  diejenige  des  ordenthchen 
über,  während  das  ordentliche  Bild  nach  allen 
Richtungen  das  gleiche  bleibt.  Die  mit  bloßem 
Auge  beobachtbare  Flächenfarbe  ist  dann  je- 
weils die  Kombination  der  ordenthchen  und 
außerordenthchen  Farbe. 

In  optischzweiachsigen  pleochroitischen  Kri- 
stallen sind  im  allgemeinen,  wie  bereits  erwähnt, 
drei  verschiedene  Farben  zu  unterscheiden,  die 
sich  in  den  drei  ausgezeichneten  Richtungen  mit 
dem  Dichroskop  als  Farben  der  Achse  isolieren  ' 
lassen  und  die,  zu  je  zweien  gemischt,  jeweils  j 
die  direkt  beobachtbare  Flächenfarbe  hefern. 
So  zeigt  der  rhombisch  kristalhsierende  Dia- 
spor  in  Platten,  die  den  3  Symmetrieebenen 
parallel  sind,  che  drei  Farbentöne:  pflaumenblau, 
violett  und  spargelgrün,  die  durch  ^Mischung 
von  je  zwei  der  im  Dichroskop  erscheinenden 
Achsenfarben:  himmelblau,  weingelb  und  violett 
entstanden  sind. 

Es  ist  gelungen,  Pleochroismus  auch  im 
Gebiete  langer,  ultraroter  Wellen,  z.  B.  bei 
Quarz,  Baryt,  Gips  u.  a.;  und  ebenso  im  Gebiete 
ultravioletter  Wellen,  z.  B.  bei  Turmahn,  Axinit 
u.  a.,  nachzuweisen. 

K  ü  n  s  tl i  c  h e  r  PI e  0  c  h  r  0 i  s  m  u  s.  Eine  wesent- 
liche Bechngung  für  das  Auftreten  von  Pleochrois- 
mus ist  Doppelbrechung  und  Färbung  des  Kri- 
stalls. Ein  jeder  Kristall,  der  beiden  Bedingungen 
genügt,  ist  pleochroitisch.  ;\Ian  kann  hiernach 
Pleochroismus  auch  künstlich  erzeugen,  indem 
man  entweder  einen  doppelbrechenden  Kristall 
färbt  oder  einen  gefärbten  Kristall  doppel- 
brechend macht.  Das  erstere  wurde  beispielsweise 
von  Senarmont  in  der  Weise  erreicht,  daß  er 
Kristalle  einer  an  sich  farblosen  Substanz 
(Strontiumnitrat)  aus  einer  mit  Campecheholz 
gefärbten  Lösung  sich  bilden  Heß.  Rosen - 
busch  wiederholte  diese  Versuche  erfolgreich 
mit  Fuchsin  als  Lösungsmittel.  Auf  dem  zweiten 
Wege  gelang  es  Brewster,  chrysaminsaures 
Kali  durch  Aufpolieren  auf  Glas  pleochroitisch 
zu  machen. 

2.  Reflexion  an  der  Oberfläche  absor- 
bierender Kristalle.  Oberflächenfarbe, 
Glanz,  Schiller.  Fällt  eine  Lichtwelle 
auf  die  Trennunji^sfläche  zweier  Medien, 
so  wird  ein  von  den  optischen  Eigenschaften 
dieser  Medien,  der  Schwingunssweise  des 
Lichts  und  der  Richtunj;;  des  Einfalls  ab- 
hängiger Bruchteil  ihrer  Intensität  reflek- 
tiert. Beschränken  wir  uns  auf  die  Betrach- 
tung der  Intensität  des  reflektierten  Lichts 


(während  wir  bezüglich  der  verschiedenartigen 
Verliältiiisse  der  Schwingungsweise  auf  die 
eingehendenDarstellungen  in  den  am  Schlüsse 
genannten  Werken  verweisen),  so  gilt  fol- 
gendes: 

Fällt  linear  polarisiertes,  senk- 
recht zur  Einfallsebene  schwingendes 
Licht  (dessen  Intensität  als  Einheit  genom- 
men sei)  auf  einen  isotropen  durchsich- 
tigen Kristall,  so  besitzt  die  Intensität 
des  ebenfalls  senkrecht  zur  Einfallsebene 
schwingenden  reflektierten  Strahls  den  Wert 

j^^  _  sin  ^(i— r) 
'^       sin2(i-fr)' 

w^o  i  =  Inzidenzwinkel,  r  =  Brecliungs- 
winkel. 

Für  linear  polarisiertes  Licht,  das  in 
der  Einfallsebene  schwingt,  ergibt  sich 
der  Wert 


Rn  =^ 


tg  2(i-r) 


P       tg2(i  +  r) 

Fällt  natürliches  Licht  auf  den 
Ilristall,  so  kann  man  es  sich  bestehend 
denken  aus  zwei  gleichen  Teilen  senkrecht 
gegeneinander  polarisierter  Strahlen,  von 
denen  der  eine  in  der  Einfallsebene,  der  andere 
senkrecht  dazu  schwingt.  Die  Intensität 
des  reflektierten  Lichts  wird  in  diesem  Fall 


R  = 


1  sin  2(i — r)       1   tg  ^(i — r) 


2  sin2(i  +  r)   '   2  tg2(i  +  r) 

und    geht    bei    senkrechter    Inzidenz 
Lichts  in 


des 


K 


n— 1\2 
n+1/ 


über. 

Bei  absorbierenden  isotropen  Medien 
tritt  an  die  Stelle  des  Brechungsindex  n 
der  Ausdruck  n(l  —  i  x),  wo  i  =  ]' — 1  und 
X  der  Absorptionsindex  ist,  so  daß  die  reflek- 
tierte Intensität  für  den  Fall  normaler 
Inzidenz  den  Wert 


R|  = 


1+n  2(1+^.2)  _  2n 


1+n  2(14-^2)  +  2n 

annimmt. 

Die  Größe  der  Reflexion  ist  danach 
nicht  nur  abhängig  von  n,  sondern  auch 
von  %,  letzteres  namentlich  dann,  wenn  der 
Wert  von  x  gegen  1  nicht  zu  vernachlässigen 
ist.  Dies  trifft  merklich  allerdings  erst  zu 
bei  Substanzen,  die  das  Licht  bereits  in 
dünnen  Schichten  sehr  stark  absorbieren, 
wie  es  namentlich  bei  den  Metallen^)  der  Fall 


1)  In  manchen  Fällen,  wie  bei  gewissen  Metah- 
I  oxyden  und  Sulfiden,  kann  das  metallische 
i  Reflexionsvermögen  auch  in  der  Hauptsache 
j  durch  einen  hohen  Brechungsexponent  be- 
1  dingt  sein. 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


1183 


ist.  Das  bei  solchen  Substanzen  sehr  stark 
gesteigerte  Reflexionsvermögen  ist  die  Ur- 
sache ihres  auffallenden  Oberflächenglanzes, 
der  auch  als  Metallglanz  bezeichnet  wird. 

Die  Farbe  des  reflektierten  Lichts,  d.  i. 
die  Oberflächenfarbe  der  reflektierenden 
Substanz,  beruht  auf  der  Abhängigkeit  des 
Brechungs-  und  Absorptionsindex  von  der 
Wellenlänge.  Wird  n  weniger  von  der 
Wellenlänge  beeinflußt  als  k,  so  ist  das 
mit  dem  Absorptionskoeffizienten  \\>c  wach- 
sende Reflexionsvermögen  hauptsächUch 
durch  die  Abhängigkeit  des  Absorptions- 
index X  von  der  Wellenlänge  bestimmt. 
Die  Oberflächenfarbe  wird  daher  in  der  durch 
unsere  Voraussetzung  gegebenen  Annäherung 
der  Farbe  des  durchgehenden  Lichtes  kom- 
plementär sein,  da  gerade  das  am  stärksten 
absorbierte  Licht  am  stärksten  reflektiert 
wird. 

Der  obige  Ausdruck  für  das  Reflexions- 
vermögen bei  normaler  Lizidenz  gilt  auch  für 
doppel brechende  absorbierende  Kristalle, 
wenn  das  einfallende  Licht  parallel  zu  der 
Polarisationsrichtung  einer  der  beiden  sich 
im  Kristall  senkrecht  zur  Oberfläche  fort- 
pflanzenden Wellen  polarisiert  ist.  Diesen 
beiden  Polarisationsrichtungen  entsprechen 
dann  aber  im  allgemeinen  verschiedene 
Werte  von  n  und  x.  Namentlich  bei  den 
pleochroitischen  Kristallen  ist  die  Verschie- 
denheit des  Absorptionsindex  vielfach  so 
groß,  daß  sie  sich  für  Schwingungen  der  einen 
Richtung  wie  Metalle,  für  solche  der  anderen 
Richtung  wie  durchsichtige  Körper  verhalten 
werden.  Fällt  daher  natürliches  Licht 
auf  die  Oberfläche  eines  solchen  Kristalls, 
so  wird  vorzugsweise  nur  die  eine  linear,  und 
zwar  parallel  zur  Polarisationsrichtung  des 
stärker  absorbierten  Strahls  polarisierte 
Komponente  reflektiert.  Die  Kristalle  zeigen 
daher,  trotzdem  sie  für  gewisse  Licht- 
schwingungen gut  durchlässig  sein  können, 
auf  ihrer  Oberfläche,  oder  doch  auf  gewissen 
Flächen,  meist  farbigen  Metallglanz.  Hai- 
dinger  bezeichnete  diese  Erscheinung,  die 
er  an  vielen  Kristallen  verfolgte,  als  Ober- 
flächenschiller.  Besonders  schöne  Bei- 
spiele von  Ivi'istallen  mit  Oberflächenfarben 
sind  die  zuerst  von  Haidinger  untersuchten 
verschiedenen  Platincyanüre.  Die  in 
prismatisch  gestreckten,  rhombischen  oder 
monokhnen  Formen  kristallisierenden  Ver- 
bindungen zeigen  auf  den  Prismenflächen 
intensiv  farbigen  Metallglanz,  der  bei  Ba- 
ryumplatincyanür  tiefblau,  bei  Yttrium- 
platincyanür  grün,  bei  Lithium-  und  Kalium- 
platincyanür  hellblau  ist,  während  die  be- 
treffenden Kristalle  im  durchgelieiiden  Licht 
grün  oder  dunkelrot  und  orangegelb  sind. 
Eine  einfache  Analyse  der  Erscheinung  er- 
möglicht   auch     hier    die    dichroskopische 


Lupe,  falls  sie  auf  den  reflektierten 
Strahl  eingestellt  wird. 

Es  sei  in  diesem  Zusammenhang  noch 
einer  anderen  Erscheinung  Erwähnung  getan, 
die  ebenfalls  als  Schiller  bezeichnet  wird, 
ihrer  Ursache  nach  aber  mit  dem  oben  be- 
sprochenen Oberflächenschiller  nichts  zu 
tun  hat.  Die  Erscheinung  besteht  darin, 
daß  manche  Kristalle,  etwa  aus  der  Sehweite 
betrachtet,  nach  einer  Richtung,  die  oft  stark 
abweicht  von  der  Richtung  des  an  der  Ober- 
fläche reflektierten  Lichts,  einen  bestimm- 
ten Glanz  zeigen.  Besonders  ausgezeichnet 
hierin  sind  der  Adular  (Kalifeldspat), 
Labradorit  und  einige  Quarzs  orten. 
Dererstere  ist  farblos,  zeigt  aber  bisweilen 
in  bestimmter  Richtung  einen  bläulichen 
Lichtschein  und  wird  dann  unter  dem  Namen 
Mondstein  als  Edelstein  geschätzt.  Der 
Labradorit  zeigt  in  gewissen  Richtungen  sehr 
lebhaft  schillernde  Farben,  besonders  Blau 
und  Grün. 

Als  Ursache  der  Erscheinung  sind  In- 
homogenitäten im  KristaUinnern  anzusehen, 
die  entweder  durch  sehr  feine,  die  Kristall- 
masse durchziehende  lamellare  iVbsonderun- 
gen  einer  fremden  Substanz  oder  der  Ivristall- 
substanz  selbst  oder  durch  mikroskopische 
Poren  herbeigeführt  sind,  die  beispielsweise 
das  bunte  Farbenspiel  des  Opals  hervorrufen. 
Je  nach  der  Orientierung  der  lamellaren 
Bildungen  können  auch  im  reflektierten  wie 
im  durchgehenden  Licht  eigentümliche  Licht- 
bilder auftreten,  eine  z.  B.  bei  manchen 
Saphiren  zu  beobachtende  Erscheinung,  die 
als  Asterismus  bezeichnet  wird. 

D.  Optische  Kristallanalyse. 

Die  Abhängigkeit  der  optischen  Eigenschaften 
eines  Kristalls  von  seiner  kristallographischen 
Struktur  gibt  die  Möglichkeit  einer  optischen 
Analyse  der  ]\lineraUen.\)  Am  vorteilhaftesten 
hierfür  ist  im  allgemeinen  die  Untersuchung  der 
Interferenzerscheinungen,  welche  Dünnschliffe 
der  betreffenden  Mineralien  im  polarisierten 
Licht  zeigen.  Die  Untersuchung  hat  dabei  zu- 
nächst zu  entscheiden,  ob  das  betreffende  ^Mineral 
einfach-  oder  doppelbrechend  ist;  dann  ist  die 
Zahl  der  optischen  Achsen,  das  Kristallsj'stem 
und  schließhch  womöglich  die  Natur  des  Minerals 
selbst  festzulegen.  Wege  hierzu  sind  gegeben  in 
der  Bestimmung  des  Charakters  und  der  Stärke 
der  Doppelbrechung,  der  Art  und  des  Sinnes  der 
Dispersion  der  Achsenbilder,  der  Größe  der 
Achsenwinkel  und  der  Hauptbreehungsexpo- 
nenten.  In  besonderen  Fällen  kann  noch  die 
Untersuchung  des  reflektierten  Lichtes  (nament- 
lich seiner  Polarisationsverhältnisse)  und  etwaiger 
pleochroitischer  Eigenschaften  hinzutreten.  Eine 
Erschwerung  solcher  Bestimmungen  kann  aller- 
dings immer  dann  eintreten,  wenn  der  Unter- 

1)  Die  Erscheinungen  der  Zirkularpolarisation 
sollen  hier  ausgeschlossen  bleiben;  vgl.  dazu  den 
Artikel  „Drehung  der  Polarisations- 
ebene". 


1184 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


suchung  Mineralien  unterliegen,  deren  Homo- 
genitätdurch  Einlagerungen,  ZwillungsbilduHgen 
oder  Spannungen  merklich  gestört  ist. 

Sehen  wir  hiervon  ab,  so  ergeben  sich  für  die 
Beurteilung  des  Minerals  folgende  Ivriterien: 

Wird  das  Gesichtsfeld  des  Polarisationsappa- 
rats durch  keinen  Durchschnitt  des  Minerals  und 
in  keiner  Lage  desselben  geändert,  so  ist  dasselbe 
optisch  isotrop,  d.  h.  entweder  amorph  oder 
dem  regulären  System  angehörig.  Sind  gleich- 
zeitig geradhnige  Begrenzungen  oder  durch  Spalt- 
risse angedeutete  normale  Spaltimgsrichtungen 
zu  erkennen,  so  hegt  der  zweite  Fall  vor. 

Wird  das  Gesichtsfeld  des  Polarisations- 
apparats geändert  derart,  daß  bei  Benutzung 
weißen  Lichts  in  gewissen  Lagen  des  Schliff - 
Stücks  Interferenzfarben  auftreten,  die  beim 
Uebergang  von  gekreuzten  zu  parallelen  Haupt- 
ebenen des  Apparats  in  die  komplementären 
Farben  übergehen,  während  in  zwei  bestimmten 
aufeinander  senkrechten  Lagen  des  Minerals 
das  Gesichtsfeld  ungeändert  bleibt,  so  ist  dasselbe 
doppelbrechend.  Finden  sich  einzelne  Schhff- 
stücke,  die  das  Gesichtsfeld  nicht  ändern,  beim 
Neigen  des  Minerals  oder  im  konvergenten  Licht 
aber  Aenderung  zeigen,  so  handelt  es  sich  um 
optisch  einachsige  Kristalle,  die  senki^echt  zur 
optischen  Achse  geschnitten  sind. 

Zur  Erkennung  sehr  schwacher  Dop- 
pelbrechung kann  man  sich  der  Superposition 
einer  Gips-  ocler  Ghmmerplatte  becüenen,  welche 
im  weißen  Licht  eine  ,,empfindhche  Farbe"  zeigt, 
d.  h.  eine  Interferenzfarbe,  welche  schon  bei  sehr 
geringer  Veränderung  des  Gangunterschieds, 
wie  sie  durch  das  schwach  doppelbrechende 
Mineral  hervorgerufen  wird,  eine  starke  Ver- 
änderung erfährt.  Eine  solche  ist  z.  B.  für  parallele 
Hauptebenen  das  ,, Violett  1.  Ordnung",  das 
durch  eine  geringe  Verringerung  des  Gangunter- 
schieds in  Rot,  durch  eine  geringe  Vergrößerung 
desselben  in  Blau  übergeht.  Noch  auffälliger 
werden  die  Veränderungen  der  Farbe  bei  Be- 
nutzung der  Bravaisschen  Doppelplatte, 
einer  Kombination  zweier  Ivristallblättchen,  in 
denen  die  sich  entsprechenden  Schwingungs- 
richtungen aufeinander  senkrecht  stehen.  Die 
Farben  der  beiden  Hälften  erfahren  hier  bei 
Ueberlagerung  einer  anderen  schwach  doppel- 
brechenden Platte  entgegengesetzte  Verände- 
rungen, so  daß  der  Kontrast  merklicher  wird. 

Die  nächste  Frage,  die  sich  nach  Entschei- 
dung über  die  Doppelbrechung  ergibt,  bezieht 
sich  auf  die  Zahl  der  optischen  Achsen. 
Hierüber  entscheidet  im  allgemeinen  ohne  wei- 
teres die  Benutzung  konvergenten  Lichts,  wenn 
die  Schhffe  nötigenfalls  noch  um  bestimmte 
Winkel  geneigt  oder  gedreht  werden.  Bei  Be- 
obachtung des  auftretenden  Achsenbildes  ist  zu 
berücksichtigen,  daß  auch  einachsige  Kristalle 
in  schiefer  Lage  ellipsenähnliche  Farbenkurven 
zeigen,  wobei  aber  niemals  zwei  Achsenpunkte 
auftreten  werden.  Andererseits  können  bei  zwei- 
achsigen Kristallen  im  Falle  großen  Achsen- 
winkels nicht  immer  gleichzeitig  beide  Achsen- 
bilder übersehen  werden;  es  erscheint  aber  dann 
im  gekreuzten  Apparat  an  Stelle  des  dunklen 
Kreuzes  der  optisch  einachsigen  Kristalle  nur  ein 
einziger  dunkler  Ast.  der  beim  Drehen  der  Platte 
in  eine  Hyperbel  übergeht,  während  bei  optisch 
einachsigen  Kristallen  das  Interferenzbild  durch 
Drehung  des  Kristalls  um  die  betreffende  Visier- 


richtung nicht  verändert  wird.  Auch  Unsym- 
metrien  in  der  Färbung  der  Kurven  sind  direkte 
Anzeichen  eines  zweiachsigen  Kristalls. 

Ist  ein  Kristall  als  optischeinachsig  erkannt 
und  treten  seine  Kanten  oder  Flächen  in  der 
3-  oder  6-Zahl  auf  und  stehen  niemals  zwei  an- 
grenzende Kanten  aufeinander  senkrecht,  sondern 
bilden  sie  stumpfe  Winkel  miteinander,  so  gehört 
der  Kristall  dem  hexagonalen  System  an. 
An  Stelle  der  Kantenwinkel  können  auch  die 
Winkel  etwa  vorhandener  Spaltrisse  als  Krite- 
rium benutzt  werden. 

Treten  die  Kanten  und  Ecken  in  der  4-  oder 
8-Zahl  auf  und  bilden  die  Kanten  oder  Spalt- 
richtungen rechte  Winkel  miteinander,  so  gehört 
der  Kristall  dem  quadratischen    System  an. 

Werden  im  parallelen  Licht  des  Polarisations- 
apparats die  Lagen  der  Hauptschwingungsrich- 
tungen optisch-einachsiger  Kristalle  festgestellt^), 
so  gehen  sie  immer  einer  vorkommenden  Prismen- 
kante parallel  oder  sie  halbieren  den  Winkel 
zwischen  zwei  Pyramidenkanten.  Es  besteht 
,, gerade  Auslöschung",  und  zwar  sind  beide 
Richtungen  von  der  Wellenlänge  des  Lichts 
völhg  unabhängig. 

Zeigt  ein  als  optischzweiachsig  erkannter 
Kristall  im  parallelen  Licht  gerade  Auslöschung, 
so  gehört  derselbe  dem  rhombischen  (oder 
eventuell  dem  monoklinen)  System  an.  Im 
ersteren  fallen  die  drei  optisch  ausgezeichneten 
Richtungen  für  jede  Wellenlänge  mit  den  kri- 
stallographischen  Achsen  zusammen,  so  daß  drei 
Zonen  mit  gerader  Auslöschung  vorhanden 
sind.  Die  optische  Achsenebene  ist  ent- 
weder die  Basis  oder  ein  Pinakoid.  Im  kon- 
vergenten Licht  zeigt  eine  senkrecht  zur  ersten 
Mittellinie  geschnittene  oder  direkt  abge- 
spaltene Platte  das  schwarze  Achsenkreuz  ohne 
Farbensäume  oder  die  Hyperbeln  und  Lemnis- 
1  katen  mit  symmetrischer  Färbung  in  bezug  auf 
!  die  Normale  zur  Verbindungslinie  der  beiden 
Achsenpunkte ;  es  besteht  nur  horizontale  Dis- 
;  persion. 

Die  monoklinen  Kristalle  besitzen  eine 
einzige  Symmetrieebene,  in  der  zwei  unter 
schiefen  Winkeln  gegeneinander  geneigte  Achsen 
hegen,  und  eine  darauf  senkrechte  Achse,  die 
zugleich  eine  optisch  ausgezeichnete  Richtung 
ist.  Im  parallelen  Polarisationsapparat  geht  im 
allgemeinen  keine  der  in  einem  Schhff  zufähig 
vorhandenen  Auslöschungsrichtungen  einer  Kri- 
stallkante parallel;  es  besteht  also  im  allgemeinen 
,, schiefe  Auslöschung";  nur  in  der  Zone  der  Sym- 
metrieachse findet  sich  gerade  Auslöschung.  Außer- 
dem hängen  die  optischen  Richtungen  (mit  Aus- 
nahme einer  einzigen)  von  der  Farbe  des  Lichtes 
ab,  so  daß  der  Winkel  der  schiefen  Auslöschung 
sich  mit  der  Farbe  ändert,  allerchngs  selten  mehr 
als  um  etwa  2".  Besonders  wichtig  ist  die  Kennt- 
nis der  Orientierung  der  Schwingungsrichtungen 
in  der  Ebene  des  Khnopinakoids,  weil  hierin  die 
Symmetrieebene  liegt.  Ist  der  Winkel,  den 
die  Hauptschwingungsrichtung  für  eine  be- 
stimmte Farbe  mit  einer  Kristallachse  einschheßt. 


1)  Da  sie  im  gekreuzten  Apparat  durch  Be- 
obachtung derjenigen  Lagen  des  Kristalls  er- 
mittelt werden,  in  denen  Dunkelheit  im  Apparat 
auftritt,  so  werden  sie  auch  als  ,, Auslöschungs- 
richtungen" bezeichnet. 


Kristallpliysik  (Optische  Eigenschaften) 


1185 


bekannt,  so  weiß  man,  daß  die  andere  Haupt- 
schwingungsrichtung in  derselben  Ebene  darauf 
senkrecht  steht  und  die  dritte  auf  beiden  normal 
ist.  Weil  die  Winkel  der  Auslöschrichtungen 
gegen  die  kristallographischen  Achsen  für  den 
Kristaü  charakteristisch  sind,  so  hat  Michel- 
Levy  für  die  am  häufigsten  gesteinsbildenden 
Mineralien  die  Auslöschungsschiefe  auf  den 
Hauptflächen  tabellarisch  zusammengestellt,  so 
daß  man  mit  Hilfe  der  Tabeüe  aus  mehreren 
Messungen  cheser  Winkel  den  Kristall  mit  großer 
Wahrscheinhchkeit  ermitteln  kann.  Ist  das 
IvMnopinakoid  als  lü-istallfläche  vorhanden  oder 
durch  Abspalten  herstellbar  und  zeigt  es  im  kon- 
vergenten weißen  Licht  keine  Farbenringe,  so 
ist  es  entweder  parallel  zur  optischen  Achsen- 
ebene oder  nahe  senkrecht  zur  zweiten  Mittel- 
linie. Im  ersten  Fall  müssen  die  zu  seiner  Ebene 
senkrechten  Pinakoide  das  Interferenzbild  zwei- 
achsiger Kristalle  mit  geneigter  Dispersion 
zeigen,  wenn  sie  zur  ersten  Mittellinie  annähernd 
senkrecht  sind.  Steht  die  optische  Achsenebene, 
wie  im  zweiten  Fall,  auf  der  Symmetrieebene 
senki'echt,  so  kann  die  erste  MitteUinie  entweder 
mit  der  Symmetrieachse  zusammenfallen  oder 
in  der  Symmetrieebene  hegen,  so  daß  die  zweite 
JlitteUinie  in  die  Achse  fällt.  Im  ersten  Fall 
zeigt  eine  zur  ersten  ^Mittellinie  geschnittene 
Platte  gekreuzte  Dispersion,  im  zweiten 
horizontale. 

Für  trikline  Kristalle  findet  sich  im 
allgemeinen  im  parallelen  Licht  keine  Fläche,  für 
welche  gerade  Auslöschung  auftritt.  Im  konver- 
genten Licht  tritt  Dispersion  aher  optisch  aus- 
gezeichneten Richtungen  auf. 

Ist  nach  den  vorstehend  betrachteten  Ver- 
fahren das  KristaUsystem  des  untersuchten 
Minerals  erkannt,  so  ermöglicht  die  Bestimmung 
dcvS  Charakters  und  der  Stärke  der  Dop- 
pelbrechung eine  weitere  Spezifizierung.  Das 
erstere  wird  in  der  früher  erwähnten  Art  mit 
Hilfe  eines  Viertelwehenlängen-Glimmers  er- 
reicht (vgl.  B  3  d).  Für  die  Stärke  der 
Doppelbrechung  gibt  die  Beobachtung  der 
im  parallelen  Polarisationsapparat  auftretenden 
Interferenzfarben  einen  ersten  Anhalt,  sofern 
man  gleichzeitig  die  Dicke  des  untersuchten 
Schliffes  kennt.  Sind  in  einem  Dünnschhff  zahl- 
reiche Durchschnitte  von  regellos  orientierten 
Kristallen  eines  IMinerals  vorhanden,  so  sucht  man 
diejenigen  Durchschnitte  auf,  welche  die  höchste 
Interferenzfarbe  zeigen  und  dividiert  die  dieser 
Farbe  entsprechende  Newtonsche  Luftschicht- 
dicke 2h  durch  die  absolute  Dicke  des  KristaU- 
blättchens.  Man  erhält  auf  diese  Weise  die 
Differenz  n- — n,.  des  größten  und  kleinsten 
Hauptbrechungsindex  des  betreffenden  Älinerals, 
dessen  Kenntnis  meist  ein  genügendes  Erken- 
nungsmerkmal des  Minerals  ist  (vgl.  B  2  c).  Ein 
sehr  bequemes  Hilfsmittel  hierfür-  ist  eine  von 
Michel-Levy  (1888)  entworfene  Farbentafel, 
in  welcher  jeder  einer  beliebigen  Kristalldicke 
zukommenden  Interferenzfarbe  direkt  das  in 
Betracht  kommende  Mineral  beigeordnet  ist. 
(Die  Tafel  findet  sich  auch  in  dem  am  Schlüsse 
verzeichneten  Werk  von  Rosenbusch  und 
Wülfing  Bd.  1,  1.  Hälfte.) 

Ein  Mittel  zur  sicheren  Erkennung  der  Ord- 
nung der  Interferenzfarbe,  das  gleichzeitig  die 
Feststellung  der  Schwingungsrichtungen  der 
schnelleren  und  langsameren  Welle  ermöghcht, 

Handwörterbuch  der  Naturwissenschaften.    Band  V 


besteht  in  der  Kombination  der  zu  untersuchenden 
Dünnschhffe  mit  einer  schwach  keilförmigen 
Platte,  welche  so  auf  den  einen  oder  anderen 
der  vorhandenen  Kristallschnitte  gelegt  wird, 
daß  die  Schwingungsrichtungen  in  beiden  zu- 
sammenfaUen.  Wird  hierdurch  die  Ordnung 
der  Interferenzfarben  des  Keils  oder  des  Iviistall- 
blättchens  gesteigert,  so  sind  gleichwertige 
Schwingungsrichtungen  einander  parallel;  wird 
die  Interferenzfarbe  erniedrigt,  so  stehen  die 
gleichwertigen  Schwingungsrichtungen  aufein- 
ander senkrecht.  Im  letzteren  Fall  wird  sich  bei 
geeigneter  Keilchcke  immer  eine  bestimmte 
Stelle  am  Keil  finden  lassen,  an  welcher  der 
Gangunterschied  im  Kristah  gerade  durch  den 
entgegengesetzt  gleichgroßen  im  Keil  kom- 
pensiert wird,  so  daß  im  geki'euzten  Apparat 
ein  schwarzer  Streifen  erscheint.  Läßt  man  den 
Keil  seithch  über  den  Kristallschliff  hinausragen, 
so  zeigt  er  neben  diesem  in  der  Verlängerung  des 
schwarzen  Streifens  gerade  die  Interferenzfarbe, 
welche  der  Schliff  für  sich  allein  aufweist,  und 
es  kann  nunmehr  am  Keil  deren  Ordnung  direkt 
aus  der  Anzahl  der  von  seiner  scharfen  Kante 
her  auftretenden  Interferenzstreifen  abgeleitet 
werden.  Besonders  vorteilhaft  zur  Messung  des 
Gangunterschieds  ist  die  als  Babinetscher 
Kompensator  bekannte  Kombination  zweier 
Quarzkeile  (vgl.  B  2  f).  Ist  der  Gangunter- 
schied hiermit  in  Wehenlängen  gefunden,  so 
erhält  man  die  Differenz  der  für  die  optische  Er- 
scheinung maßgebenden  Brechungsexponenten 
durch  Multiphkaten  desGangunterschieds  mit  dem 
Quotienten  aus  mittlerer  Wellenlänge  des  weißen 
Lichts  (etwa  550  ftu)  und  Dicke  des  Kristall- 
schhffs. 

Als  wichtiges  Charakteristikum  optischzwei- 
achsiger Kristalle  ist  noch  der  von  den  Binormalen 
eingeschlossene  Winkel,  der  sogenannte  op- 
tische Achsenwinkel  anzusehen.  Seine  Be- 
stimmung erfolgt  im  allgemeinen  auf  dem  Um- 
v/ege  der  direkten  Messung  des  sogenannten 
,, scheinbaren"  oder  ,, äußeren"  Achsenwinkels, 
d.  h.  des  infolge  der  Brechung  des  den  Kristall 
verlassenden  Lichts  an  der  Grenze  Kristall- 
äußeres Medium  im  allgemeinen  vergrößerten 
I  Winkels  der  Binormalen.  Infolge  der  vielfach 
sehr  beträchtlichen  Abhängigkeit  des  Binormalen- 
winkels  von  der  Wellenlänge  des  Lichts  (vgl. 
B  3  c;  siehe  auch  E.  A.  Wülfing  Neues  Jahrb. 
f.  Mineral.  Bd.  12  1898  S.  343  405)  ge- 
winnt seine  Bestimmung  in  homogenem  Licht 
I  besondere  Bedeutung. 

E.  Lumineszenz  bei  Kristallen.^) 

Außer  durch  hohe  Temperatur  kann  die 
große  Mehrzahl  aller  Substanzen  auch  bei 
gewöhnlicher  Temperatur  unter  der  Wirkung 
einer  bestimmten  Erregung  zur  Lichtemission 
veranlaßt  werden.  Es  ist  dies  die  Erscheinung 
der  Lumineszenz,  die  je  nach  der  Art 
der  Erregung  nach  dem  Vorschlag  von 
E.  Wiedemann  meist  die  spezielle  Be- 
zeichnung als  Photolumineszenz,  Tribo- 
lumineszenz  usw.  erhält.  Die  geraeinsame 
Erscheinung  jeder   Lumineszenz   besteht  in 


^)   Ueber    die    Theorie    der    Lumineszenz- 
'  erscheinungen  siehe  den  Artikel  ,,Lumineszenz". 

75 


1186 


Kristallphysik  (Optisc-lie  Eigenschaften) 


bestimmter,  meist  diskontinuierlich  über 
das  Spektrum  verteilter  AVelleueinission,  die 
bei  festen  Körpern  vielfach  auf  das  sichtbare 
Gebiet  beschränkt  zu  seiu  scheint,  in  manchen 
Fällen  aber  auch  in  das  Ultrarot  und  Ultra- 
violett verfolgbar  ist  (vgl.  P.  Lenard  und 
V.  Klatt,  Ann.  d.  Phys.  15,  1904;  Win- 
kelmann u.  Straubel.  Wied.  Ann.59,  1896; 
W.  E.  Pauli,  Ann.  d.  Phys.  34,  1911).  Die 
Lage  und  die  Anzahl  dieser  Emissionsbanden 
ist  nach  bisheriger  Kenntnis  ausschließlich 
bestimmt  durch  die  spezielle  Konstitution 
des  lumineszierenden  Körpers,  und  die  i\rt 
der  Erregung  hat  auf  die  Gesamtemission 
sehr  wahrscheinlich  nur  insofern  Einfluß, 
als  durch  sie  mehr  die  einen  oder  die  anderen 
der  möghchen  Emissionsbanden  im  x\uf- 
treten  begünstigt  werden. 

Die  weitestgehende  Untersuchung  hat 
bisher  die  Erscheinung  der  Photolumineszenz, 
die  Erregung  durch  Licht,  erfahren,  die  meist 
als  Fluoreszenz  und  Phosphoreszenz 
bezeichnet  wird,  je  nachdem  die  Licht- 
emission zeitlich  mit  der  Dauer  der  Erregung 
zusammenfällt  oder  die  Erregung  merklich 
überdauert,  ohne  daß  aber  ein  prinzipieller 
Unterschied  zwischen  beiden  Phänomenen 
anzunehmen  ist.  Das  Verständnis  der  Ge- 
samterscheinung beruht  auf  der  namentlich 
von  Lenard  durch  ihre  eingehende  Analyse 
erbrachten  Kenntnis,  daß  das  Phosphores- 
zenzleuchten als  das  Resultat  einer  Banden- 
emission für  jeden  Einzelfall  definiert  ist 
durch  die  bestimmten,  nur  von  der  Kon- 
stitution des  Körpers  abhängenden  Eigen- 
schaften seiner  einzelnen  Banden.  Das 
Leuchten  jeder  Bande  setzt  sich  im  all- 
gemeinen aus  zwei  Prozessen  zusammen, 
einem  ,, Momentanprozeß",  d.  i.  einem 
schnell  an-  und  abklingenden  Leuchten,  und 
einem  ,, Dauerprozeß",  d.  i.  einer  mit  der 
Dauer  und  Litensität  der  Erregung  asympto- 
tisch anwachsenden  Anfspeicherung  dieser 
Erregung  mit  nachfolgendem  allmählichen 
Abklingen  nach  Aufhören  der  Bestrahlung. 
Beide  Prozesse  besitzen  eine  bestimmte 
Erregungsverteilung,  d.  h.  einen  bestimm- 
ten Spektralbezirk,  der  sie  erregen  kann, 
so  daß  Licht  außerhalb  der  entsprechenden 
Bezirke  die  betreffenden  Prozesse  nicht 
hervorzurufen  vermag.  Die  vergleichende 
Untersuchung  der  Lumineszenz  verschie- 
dener Substanzen  setzt  daher  die  Verwen- 
dung einer  das  gesamte  Spektralgebiet  von 
Rot-  bis  Ultraviolett  kontinuierlich  um- 
fassenden Lichtquelle  voraus. 

Der  Zustand  einer  Bande  ist  außerdem 
wesentlich  abhängig  von  der  Temperatur 
des  betreffenden  Körpers.  Diese  ist  vornehm- 
lich von  Einfluß  auf  den  Dauerprozeß.  Jede 
Bande  besitzt  einen  gewissen,  meist  tief 
liegenden  Temperaturbereich,  in  dem  sie  nur 
Momentanleuchten    und    kein  Nachleuchten 


zeigt.  Es  findet  aber  während  der  Erregung 
eine  Aufspeicherung  von  Energie  statt, 
die  im  betreffenden  Körper  so  lange  erhalten 
bleibt,  als  derselbe  sich  in  diesem  soge- 
nannten unteren  Momentanzustand 
befindet.  Wird  der  Körper  dann  erwärmt, 
so  gelangt  jede  Bande  bei  einer  bestimmten, 
für  jede  Bande  aber  verschiedenen  Tempe- 
ratur in  den  sogenannten  ,, Dauerzustand", 
in  dem  die  aufgespeicherte  Energie  intensiv 
ausgestrahlt  wird.  Findet  in  diesem  Tempe- 
raturbereich Erregung  des  Körpers  statt, 
so  führt  dies  zu  intensivem  Aufleuchten 
seiner  Banden  mit  nachfolgendem  allmäh- 
lichen Abklingen.  Bei  weiterer,  meist  erheb- 
licher Steigerung  der  Temperatur  tritt  jede 
Bande  schließhch  in  den  ,,oberen  Momen- 
tanzustand" ein,  in  dem  eine  Erregung 
des  Dauerprozesses  nicht  mehr  stattfindet 
und  nur  noch  das  nach  i\ufhören  der  Er- 
regung sofort  verschwindende  Momentan- 
leuchten besteht,  das  nach  Ueberschreiten 
einer  bestimmten  oberen  Temperaturgrenze 
ebenfalls  unerregbar  wird. 

Das  vielfach  in  der  Literatur  beschriebene 
Aufleuchten  eines  Körpers  bei  Erwärmung, 
das  man  mit  der  besonderen  Bezeichnung 
als  ,,Thermolumineszenz"  belegte,  ist 
nach  aller  Kenntnis  zweifellos  nicht  etwa 
die  Folge  einer  erregenden  Wirkung  der 
Wärme  sondern  lediglich  die  Folge  der 
Ueberführung  eines  zuvor  durch  Licht  er- 
regten Phosphors  vom  unteren  Momentan- 
zustand in  den  Dauerzustand  seiner  Ban- 
den. 

Für  die  Erregung  durch  Kathoden- 
oder Röntgenstrahlen  sind  nach  den 
Untersuchungen  von  Lenard  und  Pauli 
jedenfalls  dieselben  inneren  Vorgänge  maß- 
gebend wie  bei  der  Photolumineszenz.  Die 
Erscheinung  der  Tribolumineszenz,  der 
Erregung  beim  Reiben  oder  Zerbrechen  von 
Körpern,  dürfte  jedenfalls  zum  Teil  auf  Er- 
regung durch  elektrische  Entladungen  als 
Folge  auftretender  Piezoelektrizität,  also 
wieder  auf  Photo-  oder  Kathodolumineszenz, 
zurückzuführen  sein. 

Die  spezielle  Untersuchung  der 
Kristalle  auf  Lumineszenz  führt  zu  dem 
bemerkenswerten  Resultat,  daß  die  vielfach 
beobachtbare  Lumineszenzerscheinung  in  den 
meisten  Fällen,  falls  nicht  äußerstes  Ultra- 
violett benutzt  wird,  nicht  auf  die  Be- 
standteile der  den  Kristall  bildenden  Sub- 
stanz, sondern  auf  geringfügige  Neben- 
bestandteile (Verunreinigungen  oder  fremde 
Einschlüsse)  zurückführbar  ist.  Es  folgt 
dies  aus  der  Beobachtung,  daß  die  Lumines- 
zenz bei  Kristallen  gleicher  chemischer 
Substanz  von  Exemplar  zu  Exemplar  und 
namentlich  auch  mit  dem  Fundort  wesentlich 
variieren  kann.  So  kann  z.  B.  Kalkspat 
rot,  gelbweiß,  blauweiß,  Flußspat  blau  und 


Kristallphysik  (Optische  Eigenschaften) 


1187 


gelb,  Diamant  blau,  grün,  rosarot  fluores- 
zieren. Lecoq  de  Boisbeaudran  hat  wohl 
als  erster  darauf  hingewiesen,  daß  das  starke 
rote  Leuchten  des  Rubins  auf  Chromgehalt 
zurückzuführen  sein  dürfte;  dem  entspricht 
es,  daß  reines  Aluminiumoxyd,  das  selbst 
kaum  merklich  fluoresziert,  "durch  Chrom- 
zusatz die  Lumineszenzeigenschaften  des 
Rubins  erlangt.  Die  vielfach  rote  Fluoreszenz 
der  Kalkspate  ist  wohl  auf  Mangangehalt, 
die  Lumineszenz  der  Flußspate  auf  einen 
Gehalt  an  seltenen  Erden  und  wahrschein- 
lich von  Blei  zurückzuführen.  Auch  orga- 
nische Substanzen  können  Ursache  der 
Lumineszenz  gewisser  Ki'istalle  sein.  So 
lassen  sich  in  gewissen  Steinsalz-,  Fluß- 
spat- und  Kalkspatvorkommen  Einschlüsse 
von  Petroleum  oder  anderen  organischen 
Substanzen,  die  beim  Erhitzen  des  Kristalls 
verkohlen,  nachweisen.  Zur  sicheren  Iden- 
tifizierung des  wirksamen  Bestandteils  würde 
es  jedenfalls  an  Stelle  der  direkten  okularen 
Beobachtung  der  Gesamteniission,  die  meist 
angewandt  worden  ist,  der  spektralen  Zer- 
legung des  Lumineszenzlichts  und  eventuell 
der  Feststellung  seiner  Temperatureigenschaf- 
ten bedürfen.  Eine  sehr  ausführliche  Zu- 
sammenstellung der  Lumineszenz  zahlreicher 
Mineralien  hat  kürzlich  E.  Engelhardt 
(Jena.  Dissertation)  veröffentlicht. 

Der  besondere  Einfluß  der  Kristall- 
struktur auf  das  Lumineszenzphänomen 
macht  sich  in  dem  Auftreten  polarisierter 
Fluoreszenz  geltend.  Das  Fluoreszenzlicht 
tritt  bei  allen  fluoreszierenden  doppelbrechen- 
den Kjistallen  mehr  oder  weniger  voll- 
kommen in  einer  bestimmten  Schwingungs- 
richtung aus  als  eine  Folge  der  Abhängigkeit 
der  Intensität  der  nach  verschiedenen  Rich- 
tungen im  Kristall  stattfindenden  Schwin- 
gungen der  fluoreszierenden  Zentren  von  der 
Richtung.  Als  ausgezeichnete  Richtungen 
sind  in  optisch-einachsigen  Kristallen  die- 
jenige der  optischen  Achse  und  der  Nor- 
malen zur  Achse  vorherrschend,  bei  optisch- 
zweiachsigen Kristallen  vielfach  die  Ebene 
der  optischen  Achsen  und  die  Richtung 
der  optischen  Normalen. 

Nach  den  eingehenden  Beobachtungen 
von  Sohncke  erfolgen  die  Fluoreszenz- 
schwingungen beispielsweise  beim  Kalkspat 
mit  ihrer  größten  Komponente  parallel  der 
optischen  Achse,  und  die  Lumineszenz 
wird  auch  durch  Schwingungen  in  dieser 
Richtung  am  stärksten  erregt.  Beim  Apatit 
erfolgen  die  Fluoreszenzschwingungen  merk- 
lich nur  senkrecht  zur  optischen  Achse; 
auch  wird  die  Fluoreszenz  am  stärksten 
durch  Schwingungen  solcher  Richtung  er- 
regt. 

Im  optisch-zweiachsigen  Topas  erfolgen 
die  Fluoreszenzschwingungen  nur  in  der 
Ebene   der   optischen   Achsen;   die   Haupt- 


komponente ist  parallel  zur  ersten  Mittellinie. 
Im  Arragonit  ist  immer  diejenige  Schwin- 
gungskomponente des  Fluoreszenzhchtes  am 
größten,  die  der  Erregerschwingung  parallel 
ist;  am  leichtesten  treten  aber  die  zur  opti- 
schen Achsenebene  senkrechten  Kompo- 
nenten auf.  Ebenso  verhält  sich  Rohr  z  u  c  k  er. 
Im  Gegensatz  dazu  scheint  bei  Weißbleierz 
die  der  erregenden  Schwingung  parallele 
Komponente  des  Fluoreszenzlichtes  am 
schwächsten  zu  sein.  Eine  für  alle  Ivristalle 
geltende  einfache  Gesetzmäßigkeit  gibt  sich 
hiernach  nicht  zu  erkennen. 

In  manchen  Fällen  hängt  nicht  nur  die 
Intensität  sondern  auch  die  Farbe  des 
Fluoreszenzlichts  von  der  Schwingungsrich- 
tung im  Kristall  ab.  Man  kann  dann  von 
dichroitischer  bzw.  pleochroitischer 
Fluoreszenz  sprechen.  Diese  Erscheinung 
tritt  nicht  nur  bei  pleoehroitischen  Kristallen 
auf,  wo  sie  einfach  die  Folge  der  verschie- 
denen Absorption  des  Fluoreszenzlichts  in 
den  verschiedenen  Richtungen  wäre,  sondern 
auch  bei  nicht  pleoehroitischen  Kristallen. 
Ein  Beispiel  ist  der  Beryll;  die  zur  optischen 
Achse  senkrechten  Fluoreszenzschwingungen 
sind  blau,  die  parallelen  rotviolett.  Bei 
manchen  Exemplaren  kann  es  auch  gerade 
umgekehrt  sein.  Beim  Smaragd  erscheinen 
die  zwei  Farben  rot  und  blauviolett. 

Literatur.  Chr.  Htiygens,  Tratte  de  la  lu- 
■  miere.  Ostwalds  Klassiker  Nr.  20.  —  Fresnel, 
CEuvres  complvtes.  —  B.  Biot,  Traite  de  phy- 
sique,  1816.  —  Des  Cloizeaux,  Manuel  de 
Mineralogie,  186S.  —  Verdet-Exner,  Wellen- 
theorie des  Lichts,  1881.  —  E.  Mallard,  Traite 
de  Cristallographie,  188 4.  —  Mascart,  Traite 
d'optique,  1890.  —  Th.  Liebisch,  Physikalische 
Kristallographie.  Leipzig  1891.  —  It.  Brauns, 
Die  optischen  Anomalien  der  Kristalle.  Leipzig 
1S91.  —  L.  Fletcher,  The  optical  indicatri.v  and 
the  transmission  oflightin  crystals.  London  1892, 
Deutsch  von  H.  Ambronn  und  W.  König, 
1S93.  — MiUler-Pouillet,  Lehrbuch  der  IViy.<tik, 
9.  Aufl.,  Bd.  2.  Braunschweig  1897.  —  E. 
Wöljing ,  Bericht  über  den  gegenwärtigen 
Stand  der  Lehre  von  der  Fresnelschen  Wellen- 
fläche,  Bibl.  math.,  3,  1902.  —  A.  Becker, 
Kristall optik.  Stuttgart  1903.  —  Viola,  Grund- 
züge der  KrisiaJlngrapIiie.  Leipzig  190/,.  — 
P.  Groth,  Physikalisrlie  KristaUogmphie,  4.  Auß. 
Leipzig  190.5.  —  H.ltosenbuschutidE.A.  Wül- 
fing,  Mikroskopische  Physiographie  der  petro- 
praphisch  wichtigen  ßlineralien,  Bd.  i,  1.  u.  2. 
Hälfte.  Stuttgart  1905.  —  P.  Vrude,  Lehr- 
buch der  Optik,  2.  Aufl.  Leipzig  1906.  —  V. 
Pockels,  Lehrbuch  der  Kristalloptik.  Leipzig 
Xgoo.  —  C.  F.  Naumann  und  F.  Zirkel, 
Elemente  der  Mineralogie.  15.  Aufl.  Leipzig 
2907.  —  ^1.  Winkelmann,  Handbuch  der 
Physik,  2.  Aufl.,  Bd.  6.  Leij^zig  1908.  —  W. 
Voigt,  Kristallphysik.  Leipzig  1910.  —  G. 
Linck,  Grundriß  der  Kristallographie.  3.  Auf- 
lage.    Jena  1913. 

A.  Becker. 


w 


1188 


Kristallsti'uktur 


Kristallstruktnr. 

Die  äußere  regelmäßige  ijolyedrische  Form 
der  Kjistalle  ist  nicht  von  den  äußeren 
Kräften  bedingt  und  muß  deshalb  ihre  Ur- 
sache in  der  regelmäßigen  Anordnung  des 
den  Kristall  bildenden  Stoffes  haben.  Die 
ätomistische  Theorie,  die  in  unserer  Zeit 
eine  hohe  Entwickelung  erfahren  hat,  lehrt 
uns,  daß  alle  Körper  aus  Molekülen  bestehen. 
Um  die  Gesetze  zu  erklären,  denen  die  äußere 
Form  der  Kristalle  gehorcht  —  das  Gesetz 
der  rationalen  Zahlen  (Abschnitte)  und  das 
Gesetz  der  Symmetrie  — ,  muß  man  an- 
nehmen, daß  die  den  Kristall  zusammen- 
setzenden Moleküle  regelmäßig  angeordnet 
sind.  Der  Zweck  der  Theorien  der  Kristall- 
struktur besteht  in  der  Auffindung  der  mög- 
lichen Arten  dieser  regelmäßigen  Anordnung 
der  den  Kristall  bildenden  elementaren  Teile. 
Die  Anwendung  dieser  Theorien  auf  die 
konkreten  lü'istalle  ist  eine  der  Aufgaben 
der  Ivristallphysik. 

Die  erste  wissenschaftliche  Theorie  der 
Kiüstallstruktur  ^Niirde  von  dem  Begründer 
der  Ivristallographie  Ren 6  Just  Ha üy  er- 
baut. Nach  ihm  sollen  die  Ivristalle  aus 
gleichen  polyedrisehen  Elementarkörpern  — 
Kristallmolekülen  —  bestehen,  die  in  paralle- 
ler Lage  dicht  aneinander  gestellt  sind.  Die 
Form  dieser  Moleküle  wird  durch  die  Spalt- 
barkeit ausgewiesen  so,  daß  z.  B.  die  Spalt- 
barkeit nach  dem  Würfel  zu  den  würfel- 
förmigen Molekülen  führen  soll.  Ein  solches 
Aggregat  von  Elementarkörpern  kann  äußer- 
lich teils  von  den  echten  Ebenen,  teils  von 
den  treppenartig  gebildeten  Flächen  be- 
grenzt werden,  indem  diese  Flächen  durch 
die  Stufen  von  verschiedener  Breite  und 
Höhe  sich  unterscheiden  können.  Der 
Komplex  solcher  Begrenzungsflächen  eines 
Polyeders  gehorcht  dem  Gesetze  der  ra- 
tionalen   Abschnitte.    ,   Die    Figur    1    stellt 


Fig.  1. 

nach  Haüy  die  Ableitung  der  Flächen  eines 
Rhombendodekaeders  aus  einem  System 
würfelförmiger   Kristallmoleküle    dar.      Die 


Zurückführung  der  polyedrisehen  Form  des 
Kristalls  auf  die  polyedrische  Form  der 
Elementarteile  desselben  enthält  eine  ge- 
wisse Tautologie  und  die  polyedrische  Form 
der  Elementarteile  selbst  ist  eine  unnot- 
wendige und  physikahsch  unwahrscheinUche 
Hypothese.  Die  Theorie  von  Haüy  wurde 
deshalb  verlassen,  und  es  war  nur  ein 
Schritt  von  ihr  zu  der  Voraussetzung,  daß  die 
Mittelpunkte  der  Ki'istallmoleküle  nach 
einem  ,, Raumgitter"  geordnet  sind.  Dieser 
Schritt  wurde  von  M.  L.  Frankenheim 
und  besonders  von  A.  Bravais  gemacht. 

Die  Raumgittertheorie  stellt  sich  die 
Kristallelemente  als  gleich  und  parallelorien- 
tiert vor.  Die  Mittelpunkte  der  Moleküle 
fallen  mit  den  ,, Knoten"  des  Raumgitters 
zusammen,  und  die  Moleküle  selbst  brauchen 
sich  nicht  zu  berühren.  Ihre  Form  ist  un- 
bestimmt, das  Molekül  besitzt  aber  einen 
gewissen  Grad  von  Symmetrie,  so  daß  die 
Symmetrie  des  ganzen  Kristalls  sich  aus 
der  Symmetrie  seines  Raumgitters  und  der 
Symmetrie  seiner  Moleküle  zusammensetzt. 
Die  von  A.  Bravais  gegebene  Definition  der 
regelmäßigen  Anordnung  der  Elementarteile 
erwies  sich  aber  als  nicht  erschöpfend;  sie 
wurde  von  Chr.  Wiener  ergänzt  und  von 
L.  Sohncke  vollständig  entwickelt.  Nach 
Sohncke  sind  die  Kristalle  —  unbegrenzt 
gedacht  —  regelmäßige  Punktsysteme,  d.  h. 
solche,  bei  denen  um  jeden  Massenpunkt 
herum  die  Anordnung  der  übrigen  dieselbe  ist, 
wie  um  jeden  anderen  Massenpunkt.  In 
diesem  Sinne  ist  ein  Kristall  ein  endliches 
Stück  eines  unendlichen  regelmäßigen  Punkt- 
systems. Ein  solches  Punktsystem  kann 
durch  eine  Deckbewegung  in  sich  selbst 
übergeführt  werden,  und  die  allgemeinste 
Art  einer  solchen  Deckbewegung  ist  die 
Sehraubenbewegung,  d.  h.  eine  Drehung 
kombiniert  mit  einer  Schiebung  längst  der 
Drehungsachse.  Sohncke  kam  zu  65  Arten 
der  Punktsysteme.  Die  Figur  2  zeigt  das 
Punktsystem  N  46  von  Sohncke,  das  eine 


Fig.  2. 


Kristallstruktur 


1189 


sechszählige  Schraubenachse  besitzt.     Nach 
Sohncke  sind  alle  Elemente  eines  Punkt- 
systems identisch.      Die    Ivristalle   besitzen 
aber  nicht  nur  gleiche  Teile,  sondern  auch 
Teile,  die  sich  zueinander  spiegelbildlich  ver- 
halten.     Solche  Fälle  hat   Sohncke  nicht 
berücksichtigt,  und   seine   Theorie  sollte  in 
dieser    Beziehung    vervollständigt    werden. 
Das  wurde  von  A.  Schönfließ,  von  E.  von 
Fedorow  und  von  W.  Bar  low  getan,  indem 
diese     Forscher     voraussetzten,     daß     die 
Kristallmoleküle  nicht  nur  kongruent,  son- 
dern auch  spiegelbildlich  gleich  sein  können. 
Alle  drei  Forscher  kamen  zu  dem  gleichen 
Resultat,  und  es  erwies  sich,  daß  es  230  Fälle 
möglicher  iVnordnungen  der  Elementarteile 
in  Kristallen  gibt  und  daß  alle  diese  Fälle 
den  32  Ivristallgruppen  entsprechen.     Diese  I 
Theorien  stehen  eigentümlicherweise  in  einem  ! 
engen  Zusammenhange  mit  der  Aufgabe  der  j 
regelmäßigen    Raumteilung,    was    besonders 
von  E.  von  Fedorow  berücksichtigt  wurde. 
Seine     Entwickelung    der     Kristallstruktur 
besteht  darin,  daß  er  den  ganzen  Raum  in 
gleiche  den  Raum  in  einer  parallelen  Stel-  j 
lung  erfüllende  Polyeder  —  Paralleloeder  —  j 
teil^  die  weiter  in  gleiche,  aber  nicht  einander  j 
parallele  Polyeder  —  Stereoeder  —  teilbar  j 
sind,   welche   letzteren   auch   spiegelbildlich : 
einander    gleich    sein    können.       Die    ent- ' 
sprechenden   Punkte   der  Stereoeder   bilden 
ein   Punktsystem.      Die  Figur  3  zeigt  vier 


haben  dabei  nicht  nur  die  kristallographischen 
Eigenschaften  der  Körper,  sondern  auch 
die  chemische  Valenzen  der  diese  Körper 
bildenden  chemischen  Elemente,  die  für 
diese  Zwecke  durch  Kugeln  von  verschie- 
dener Größe  dargestellt  werden,  berück- 
sichtigt. 

Bis  in  die  neueste  Zeit  gab  es  kein  direktes 
Mittel,  die  Struktur  der  Kristalle  für  jeden 
konkreten  Fall  festzustellen.  Es  gab  nur 
die  indirekte,  neidich  von  E.  von  Fedorow 
weiter  entwickelte  statistische  Methode  von 
Bravais.  Die  Grundlage  dieser  Methode 
bildet  das  Gesetz  von  Bravais,  nach  dem 
die  am  dichtesten  mit  Molekülen  besetzten 
Kristallflächen  den  Kristall  am  häufigsten 
begrenzen.  Wenn  z.  B.  die  Moleküle  nach 
den  Ecken  eines  Elementarwürfels  gelagert 
sind,  so  sind  die  Flächen  des  Würfels  die 
dichtesten  und  für  einen  solchen  Kristall 
ist  der  Würfel  die  häufigste  Form;  für  die 
Struktur  nach  dem  zentrierten  Würfel  (d.  h. 
mit  den  Molekülen  in  den  Ecken  und  im 
Mittelpunkte  des  Elementarwürfels)  ent- 
spricht die  Dodekaederfläche  diesen  Be- 
dingungen, und  für  die  Struktur  nach  dem 
Würfel  mit  den  zentrierten  Flächen  (d.  h. 
mit  Molekülen  in  den  Ecken  und  in  den 
Mittelpunkten  der  Seiten  des  Elementar- 
würfels) —  die  Oktaederfläche.  Im  Jahre 
1912  entdeckten  M.  v.  Laue,  W.  Friedrich 
und  P.  Knipping,  daß  ein  enges  Bündel 
Röntgenstrahlen  beim  Durchgänge  durch 
einen  Kristall  in  eine  Anzahl  getrennter 
schwächerer  Bündel  sich  spaltet,  die  auf 
der  photographischen  Platte  ein  System 
von  Flecken  erzeugen.  M.  v.  Laue  hat  diese 
Erscheinung  vorausgesagt.  Er  hat  sie  als 
Diffraktion  der,  Röntgenstrahlen  im  Raum- 


auseinander  geschobene  Paralleloeder  von 
rhomboedrischer  Form,  die  aus  ebenfalls 
auseinander  geschobenen  Stereoedern  be- 
stehen. 

Auf  die  oben  erläuterte  Weise  wurde 
die  Aufgabe  über  die  Struktur  der  Kristalle 
geometrisch  vollständig  gelöst,  die  Anwen- 
dung aber  dieser  Theorien  auf  die  reellen 
Fälle  ist  sehr  durch  die  große  Zahl  der 
möglichen  Strukturarten  (230)  erschwert. 
W.  Bar  low  hat  einen  Versuch  gemacht,  in  die 
Theorien  der  Ivristallstruktur  das  Prinzip  der 
dichtesten  Packung  der  Moleküle  einzu- 
führen. Von  diesem  Standpunkte  aus 
haben  W.  Bar  low  und  Pope  für  viele  Stoffe 
die  wahrscheinliche  Struktur  angegeben  und 


Fig.  4. 


1190 


Kristallstruktur 


gitter  des  Kristalls  gedeutet  und  von  diesem 
Standpunkte  aus  der  Rechnung  unterzogen. 
Die  Röntgenstrahlen  sollen  dabei  die  kürzeste 
Wellenlänge  besitzen,  die  bis  jetzt  überhaupt 
bekannt  ist,  nämlich  von  der  Ordnung 
10^9  cm.  \V.  L.  Bragg  und  G.  Wulff  haben 
unabhängig  voneinander  gezeigt,  daß  die 
Richtungen  der  von  dem  Kristalle  gebeugten 


G.  Wulff  die  durch  diese  Flecken  gehenden 
Ellipsen ;  auf  der  Figur  6  sind  nach  demselben 
Autor  die  Spuren  derjenigen  Netzebenen 
angegeben,  an  denen  die  Strahlen  reflektiert 
werden.  Die  reflektierenden  Ebenen  gehen 
durch  die  gezeichneten  Geraden  und  durch 
einen  gemeinsamen  Punkt,  der  unterhalb  des 
Mittelpunktes   der   Zeichnung   in   der   Ent- 


Fiff.  .5. 


\ 


Strahlen  der  Reflexion  des  einfallenden 
Strahles  an  den  Netzebenen  des  Raumgitters 
des  Kristalls  (den  Systemen  innerer  paralleler 
mit  Molekülen  besetzter  Ebenen  im  Kristall) 
entsprechen.  Da  mehrere  reflektierende 
Ebenen  sich  nach  gewissen  gemeinsamen 
Geraden  (Zonenachsen)  schneiden,  so  er- 
zeugen die  reflektierten  Strahlen  auf  der 
photographischen  Platte  die  Flecken,  die 
nach  Ellipsen  geordnet  sind.  Die  Figur  4 
stellt  das  von  W.  Friedrich  und  P.  Knip- 
ping  erhaltene  Photogramni  dar,  indem  sie 
den  Röntgenstrahl  senkrecht  zur  Würfel- 
fläche des  Kristalls  von  Zinkblende  durch- 
gehen   ließen.     Die    Figur    5    zeifft    nach 


fernung  liegt,  die  dem  Abstände  des  Punktes 
101  vom  Zeichnungsmittelpunkte  gleich  ist. 
W.  H.  Bragg  hat  auch  direkt  die  Re- 
flexion der  Röntgenstrahlen  an  den  äußeren 
Kristallflächen  und  an  Spaltflächen 
beobachtet  und  das  reflektierte  Strahlen- 
bündel, anstatt  es  zu  photographieren,  durch 
seine  ionisierende  Wirkung  auf  Gase  be- 
obachtet, was  viel  rascher  zum  Ziele  führt. 
W.  L.  Bragg  und  ebenso  G.  Wulff  haben 
auch  gezeigt,  daß  ein  Röntgenstrahl  von  der 
Wellenlänge  l  nur  bei  solchem  Einfalls- 
winkel b  gespiegelt  werden  kann,  für  welchen 
die  Bedingung  besteht 

2d  cos  (5  =  nü, 


Kristallstruktm- 


1191 


wo  d  der  Abstand  zweier  benachbarter  paral-  untersucht  worden  sind,  zeigen  die   Struk- 

leler  Netzebenen  des  Raumgitters  ist  und  m  turen,   die   aus   dem   Würfel  mit  den  zen- 

eine  ganze  Zahl  bedeutet.    Wenn  wir  m  der  trierten  Flächen  abgeleitet  werden  können, 

Reihe  nach  bleich  1,  2,  3  .  .  .  setzen,  so  be-  diese  Struktur  aber  ist  die  dichteste.     Die 


-^     \   H^W  H\ 

U;       y      WM/ik-i^^-^  -^      '^ 

S^ 

i 

\l^^^\// /  w//n)/ 

WtA 

\ 

^^^^ 

1   r 

■\r     iN/N  /     v'    '  ^-^^  '^    -^ 

il^^^^y^^ 

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~V^ 

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fj\'v^-K'=^ 

^^/^^tT^    /(-^^-'''yy^ y^ 

^ 

3 

W 

H 

te 

y 

^.y^/^y^^^JL 

^,At£^ 

^^V;  '\_  ;-j'^KJ=?^i^^J^^^'^ 

uw==^^-=JS^^\^^^-^ 

7 

W/j 

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KW 

I^S 

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w 

'h^   K 

H\M^^^^\X^ 

/X       /      l/]/ 

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A  \          Yioi       \\  y 

,\^|\\\a\\     \    ^\ 

-/ 

//     /l/\  / 

4  // 

/  1\     A     /(  \ 

\n  K  \m\,   V       V 

Fig.  6. 

kommen  wir  für  eine  und  dieselbe  Ivristall-  Figur  7  stellt  nach  W.  L.  Bragg  die  Struk- 
fläche,  d.  h.  für  ein  und  dasselbe  d  eine  Reihe  turdes  Steinsalzes  dar.  Die  schwarzen  Punkte 
von  Winkeln  «5 ,  die  den  verschiedenen  i  bezeichnen  die  Atome  des  Natriums  und  die 
,, Ordnungen"  der  Reflexion  entsprechen,  weißen  diejenigen  des  Chlors.  Der  Abstand 
W.  H.  Bragg  und  W.  L.  Bragg  und  unab-  AB  ist  gleich  2.8x10— ^  cm. 
hängig  von  ihnen  H.  G.  J.  Moseley  und  Sehr  interessant  ist  die  von  W.  H.  Bragg 
G.  G.  Darwin  haben  gefunden,  daß  die  Anti- 1 
kathode  einer  Röntgenröhre  ein  Röntgen- 1 
Strahlenspektrum  aussendet,  das  aus  hellem 
Grunde  besteht,  auf  dem  einzelne,  viel 
hellere  Linien  hervortreten.  Indem  wir  auf 
verschiedenen  lüistallflächen  den  Einfalls- 
winkel b  für  eine  dieser  hellen  Linien  be- 
stimmen, können  wir  aus  diesen  Beobach- 
tungen einen  Schluß  über  die  relative  mole- 
kulare Dichtigkeit  dieser  Flächen  ziehen, 
da  für  ein  und  dasselbe  1  die  Größe  cos(3 
dem  iVbstande  d  der  Netzebenen  umgekehrt 
proportional  ist  und  dieser  Abstand  seiner- 
seits umgekehrt  proportional  der  Dichte  der 
Moleküle  in  der  Netzebene  ist.  Alle  Kristalle, 
die  von  W.  H.  und  W.  L.  Bragg  bis  jetzt  Fig.  7. 


1192 


Kristallsti'uktur 


und  W.  L.  Bragg  festgestellte  Struktur 
des  Diamantes.  Da  sie  auf  der  Oktaeder- 
fläche des  Diamanten  die  Reflexion  von  der 
1.,  3.,  4.  und  5.  Ordnung  beobachtet  haben, 
so  schlössen  sie,  daß  der  Abstand  der  der 
Oktaederfläche  parallelen  Netzebenen  sich 
periodisch  ändert  und  zwar  in  solchem  Ver- 


A.  Bravais,  Etudes  o'istallographiqiies.  Paris 
1866.  —  L.  Sohncke,  Entwickelung  einer  Theorie 
der  Kr  ist  all  struktur.  Leipzig  1879.  —  A. 
Schönfliess,  Kristall sy.steme  uri d Kristallstruktur. 
Leipzig  1891.  —  E,  von  Fedoroiv,  Elemente 
der  Lehre  von  den  Figuren  (russisch),  Ausz. 
Zeitschr.  f.  Krist.  u.  Min.,  17,  1890.  —  Der- 
selbe,   Theorie  der  Kristallstruktur,  ebenda,  21, 


hältnisse,  daß  das  Spektrum  2.  Ordnung 
durch  die  Interferenz  vernichtet  wird.  Diesem 
Schlüsse  entsprechend  haben  sie  dem  Dia- 
manten die  Struktur  zugeschrieben,  die  auf 
der  Figur  8  dargestellt  ist.  Die  Kohlenstoff- 
atome sind  durch  Kugeln  dargestellt,  die 
zwei  Systeme  bilden,  jedes  nach  dem  Würfel 
mit  den  zentrierten  Flächen.  Diese  Systeme 
sind  mit  den  Ziffern  I  und  II  bezeichnet. 
Die  Ziffern  1,  2  .  .  .  bedeuten  die  vertikalen 
Ebenen,  in  denen  der  Reihe  nach,  von  vorne 
gerechnet,  die  Atome  liegen.  Diese  Ebenen 
gehen  durch  die  Ecken  und  durch  die  Mittel- 
punkte der  Elementarwürfel.  Die  die  Kugeln 
verbindenden  Geraden  fallen  mit  den  Dia- 
gonalen dieser  Würfel  zusammen  und  bilden 
miteinander  lauter  gleiche  stumpfe  Winkel. 
Durch  diese  Geraden  sind  die  Kohlenstoff- 
atome zu  Ringen  von  sechs  Atomen  ver- 
bunden. 

Literatur.     B.    «7.    Haüy,     Traiu'    de    cristallo- 
graphie.    Paris  1822.  —  M.  L.  Franlcenheim, 

Die  Lehre  von  der  Kohäsion.     Breslau  1835.  — 


1893;  24,  1895;  25,  1896;  36,  1902;  37,  1903; 
40,  1905.  —  W.  Barlow,  Geometrische  Unler- 
suchung  über  eine  mechanische  Ursache  der 
Homogenität  der  Struktur  und  der  Symmetrie 
mit  besonderer  Anwendung  auf  Kristallisation 
und  chemische  Verbindung,  Z.  krist.  Min.,  29, 
1898.  —  W.  Barlow  and  W.  J.  Pope,  A. 
development  of  the  atomic  Theory  which  rorre- 
lates  chemical  and  cristaUine  structure  and  leads 
to  a  demonstration  of  the  natur  of  valency, 
Journ.  of  the  ehem.  Soc.  London  1906.  —  Lord 
Kelvin,  The  7nolecular  tactics  of  a  crystal. 
Oxford  I894.  —  W.  Barlow  und  H.  A.  Miers, 
The  structure  of  crystals.  Rep.  Brit.  Ass.  1901.  — 
W.  Friedrich,  P.  Knipping  und  31.  Latie, 
Interferemerscheiyiungen  bei  Röntgenstrahlen, 
Siteungsber.  der  K.  Bayer.  Akad.,  1912.  —  M. 
V.  Laue,  Eine  qiiantitative  Prüfung  der  Theorie 
jür  die  Interferenzerscheinungen  bei  Röntgen- 
strahlen, ebenda,  1912.  —  G.  Wulff,  lieber  die 
Kristallrönfgenogramme,  Physik.  Zeit.,  1913.  — 
W.  L.  Bragg,  The  diffraction  of  short  electro- 
magnetic  waves  by  a  rrystal,  Proc.  of  the  cambr. 
phiL  Soc,  1913.  —  W.  H.  Bragg  and  W.  L. 
Bragg,  The  Reflection  of  X-rays  by  cristals,  Roy. 
Soc.  Proc,  1913.  —  Dieselben,  The  Structure  of 


i 


Kiistallstruktur  —  Kunckel 


1193 


thc  diumond,  ibid.,  191& 


W.  Li.  Bragg,   The 


aiructuve  of  some  crystals,  ibid.,  1913.  —  H. 
G.  J.  Moseley  and  C.  G.  Darwin,  The.  re- 
ßection  of  ihr  X-Eays,  Fhil.  Mag.  1913. 

G.  Wulff- 


Küchenmeister 

Friedrich. 

Geboren  am  22.  Januar  1821  in  Buchlieim  bei 
Lausigk,  gestorben  am  13.  April  1890  in  Dresden. 
Er  studierte  von  1840  an  in  Leipzig  und  Prag  und 
ließ  sich  184G  in  Zittau  als  Arzt  nieder,  von  wo 
er  1859  nach  Dresden  übersiedelte.  Sein  Haupt- 
interesse haben  die  Eingeweidewürmer  (be- 
sonders Bandwürmer  und  Trichinen)  erweckt, 
zu  deren  Kenntnis  in  anatomischer  und  ent- 
wickelungsgeschichtlicher  Hinsicht  er  Grund- 
legendes beigetragen  hat.  Er  charakterisierte 
zum  ersten  .Male  die  verschiedenen  großen 
menschlichen  Bandwürmer  und  entdeckte 
1853  das  Älännchen  der  Krätzmilbe.  Er 
beschäftigte  sich  auch  mit  der  Wirksamkeit 
der  "Wurmmittel  und  fand  im  besonderen 
1850  die  tödliche  Wirkung  des  Perubalsams  auf 
die  Krätzmilbe  heraus.  Seine  bedeutendsten 
Schriften  sind:  Versuche  über  die  Metamorphose 
der  Finnen  und  Bandwürmer  (Zittau  1853).  Ent- 
deckung über  die  Umwandlung  der  sechshakigen 
Brut  gewisser  Bandwürmer  und  Blasenwürmer 
(Ebenda  1853).  Ueber  Cestoden  im  allgemeinen 
und  che  des  Menschen  insbesondere  (Ebenda  1853). 
Die  in  und  an  dem  Körper  des  lebenden  ^Menschen 
vorkommenden  Parasiten  (mit  14  Tafeln.  Leipzig 
1855  bis  1856.  2.  Aufl.  mit  Zürn  1878  bis  1879). 
Verdient  hat  sich  Küchenmeister  ferner 
um  die  Feuerbestattung  gemacht,  für  die  er  eine 
Reihe  von  Schriften  verfaßt  hat.  Nach  seinem 
Tode  wurde  mit  einer  biographischen  Ein- 
leitung herausgegeben:  Die  Totenbestattungen 
der  Bibel  und  die  Feuerbestattung  (Stuttgart 
1893).  Er  ist  einer  der  Hauptbegründer  des 
Krematoriums  in  Gotha  gewesen. 

W.  Harms. 


morphose  der  Bernsteinsäure  im  Organismus,  usw. 
Dann  wandte  sich  Kühne  seinen  so  berühmt 
gewordenen  Studien  zur  allgemeinen  Physiologie 
der  Nerven  und  Muskeln  zu:  chemische  Reizung, 
selbständige   Reizbarkeit  der  Muskelfaser,  Endi- 
gung der  Nerven  in  den  Muskeln,  doppelseitiges 
Lösungsvermögen   der   motorischen   Nervenfaser 
gerinnbare    Substanz  des    Muskels,  direkte   und 
indirekte    Reizung   des    Muskels   u.   a.    Abhand- 
lungen, die  er  in  seinem  Werk  Untersuchungen 
über  Protoplasma  und  Kontraktibilität  zusammen- 
faßte.   Dazu  gesellen  sich  seine  Arbeiten  auf  dem 
Gebiet  der  Ernährung  und  des  Stoffwechsels,  so 
die  über  das  Sekret  der  Bauchspeicheldrüse,  über 
Eiweißverdauung,     Fermente,    Albumosen    und 
Peptone  u.  a. ;  ferner  über  die  Einwirkung  von 
Gasen  auf  das  Blut,  Nachweis  von  Hämoglobin, 
Ozon,    Chemie    der    Geschwülste,    Arbeiten    zur 
Physiologie  des    Gesichtssinnes    über  elektrische 
Vorgänge  im  Sehorgan  u.  a.    Selbständig  erschioi 
ein  Lehrbuch  der  physiologischen  Chemie.  Außer- 
dem erschienen  von  Kühne  in  4  Bänden  Unter- 
suchungen aus  dem  Physiologischen  Institut  zu 
Heidelberg  (Heidelberg  1877/82). 

Literatur.     Biugr.  Le.v.  ed.  Pa  g  c  1. 

.J.  Pagel. 


Kühne 

Willi. 


1837  bis  1900.  Er  war  seit  1871  Ordinarius  der 
Physiologie  und  Direktor  des  Physiologischen 
Instituts  in  Heidelberg.  Er  wurde  in  Hamburg 
geboren,  studierte  an  verschiedenen  LTniversitäten, 
wurde  185G  zum  Dr.  phil.,  1862  zum  Dr.  med.  hono- 
ris causa  promoviert.  Seit  1861  war  er  chemischer 
Assistent  am  Pathologischen  Institut  in  Berlin, 
1868  bis  1871  ordentlicher  Professor  der  Physio- 
logie in  Amsterdam.  Er  beschäftigte  sich  bereits 
als  Student  mit  physiologischen  Forschungen, 
so  1856  und  1858  mit  Untersuchungen  über 
Zuckerbildung  und  Zuckerausscheidung,  mit 
künstlicher  Diabetes  bei  Fröschen  und  ver- 
öffentlichte Arbeiten  über  alte  und  neue 
Zuckerproben,     Kenntnis     des     Icterus,    Meta- 


Kunckel 

Johann. 

Das  Leben  dieses  merkwürdigen  Mannes,  ist 
reich  an  Lücken.  Er  ist  um  1630  in  Rendsburg 
geboren,  nach  unstetem  LIerumziehen  an  den 
Höfen  verschiedener  Fürsten,  der  Herzöge  von 
Lauenburg,  des  Kurfürsten  Johann  Georg 
von  Sachsen,  des  Großen  Kur- 
fürsten von  Brandenburg,  endlich  des 
I  K  ö  n  i  g  s  Karl  X  I.  von  Schweden,  deren 
..Alchimist  und  Kammerdiener"  er  war,  im 
.lahre  1703  in  Livland,  nach  anderen  An- 
gaben 1702  in  Stockholm  gestorben.  Kunckel 
ist  als  ein  Förderer  der  praktisch-chemischen 
Kenntnisse  seiner  Zeit  hoch  einzuschätzen. 
Anerkannt  sind  seine  Verdienste  um  die  Her- 
stellung des  Rubinglases;  auch  die  nähere  Be- 
kanntschaft   mit   den    B a  1  d u i nschen.  Leucht-)^ ^ 

steinen  verdankt  man  ihm.  Die  von  ihm  be-  ^^ 
anspruchte  Wiederentdeckung  des  Phosphors,  den 
zuerst  der  Hamburger  Alchimist  Brand  aufgefun- 
den hatte,  kommt  Kunckel  nach  dem  Zeugnis 
von  L  eibni  z  nicht  zu.  Er  hat  in  vielen  Fragen 
durch  seinen  Kampf  gegen  blinden  Autoritäts- 
glauben aufklärend  gewirkt.  Seine  Haupt- 
schriften, deutsch  geschrieben,  sind  in  dem 
Werke  Laboratorium  chymicum  lange  nach 
seinem  Tode  1796  veröffentlicht  worden.  Eine 
wichtige  Quelle  für  Kunckels  Leistungen  ist 
eine  Abhandlung  von  H.  Peters  im  Archiv  für 
die  Geschichte  der  Naturwissenschaften  Band  IV 
Seite  178  ff. 

E.  V.  Meyer. 


C\3. 


1194 


Kiitzini 


Kützing 

"Friedrich  Traugott 

geboren  am  8.  Dezember  1807  in  Rittebiug  bei 
Artern.  Er  wurde  Pharmazeut  und  war  lange 
in  verschiedenen  Apotheken  der  Provinz  Sachsen, 
Tliüringens  usw.  als  Gehilfe  tätig.  1834  bereiste 
er  im  Auftrage  der  Berliner  Akademie  auf  Ver- 
wendung Humboldts  mehrere  Monate  Dal- 
maticn  und  Italien  und  wurde  nach  seiner 
Eückkohr  Lehrer  der  Naturwissenschaften  an  der 
Realschule  in  Kordhausen.  18157  ernannte  ihn 
die  Universität  Gießen  zum  Dr.  phil.  h.  caus. 
Er  starb  in  NordJiausen  am  9.  September  1893. 
Er  hat  sich  durch  umfassende  floristische  und 


'  systematische  Forschungen  über  Algen  ausge- 
zeichnet. Seine  Hauptwerke  sind  die  „Phyco- 
logia  generalis"  (Leipzig  1843,  mit  80  lithogr. 
Tafeln),  die  ,,Species  Algarum"  (Leipzig  1849) 
und  die  ,,Tabulaephycologicae"  (Nordhausen  1845 
bis  1870,  20  Bde.  mit  2000  Tafeln).  In  diesen 
Werken  und  in  kleineren  ^Monographien  schuf 
er  eine  groß  angelegte  Basis  für  die  Kenntnis 
dieser  bis  dahin  ziemlich  vernachlässigten  Or- 
ganismen. Dieses  Verdienst  kann  auch  durch  den 
Umst;ind,  daß  er  sich  wiederholt  als  Anhänger 
der  Urzeugung  und  Umwandlung  der  Arten 
ineinander  bekannt,  nicht  gemindert  werden. 

W.  Ruhland. 


O.  Piitz'.schc  IJuthdruckcrei  Lii)i)cvt  &  Co    C.  in.  h.  H.,  Naumburg  a.  d.  S. 


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