Wilhelm Ostwald
Die Mühle des Lebens
Physikalisch-chemische Grundlagen der Lebensvorgänge
 
Theod. Thomas Verlag, Leipzig
Geschäftsstelle der Deutschen Naturwissenschaftl. Gesellschaft e. V.
 
Nachdruck verboten. – Alle Rechte vorbehalten, Copyright
1911 by Theod Thomas, Leipzig.
 
Druck von Hallberg \& Büchting, Leipzig.
Erstes Kapitel.
Die Zeit.
Wenn wir uns den Verlauf der
Zeit
vergegenwärtigen, so kann dies auf zwei grundsätzlich verschiedene weisen geschehen, die in den bildlichen Ausdrücken vom
Rad
oder
Kreislauf
der Zeit und vom
Strom
der Zeit ihren Ausdruck finden. Das Wort vom
Strom der Zeit
soll bezeichnen, daß die Zeit etwas
Fortlaufendes
, einer Linie Ähnliches ist, wie denn auch in den alten Mythologien, sowohl den griechischen wie den germanischen, der Ablauf der Zeit veranschaulicht wird in dem Spinnen eines Fadens durch die Parzen oder durch die Nornen. Auch in unsern Kalendern, welche die Einteilung und den Verlauf der Zeit kennzeichnen, sehen wir diesen fortschreitenden Charakter dadurch zum Ausdruck gebracht, daß die aufeinander folgenden Tage mit fortlaufenden Nummern versehen sind, welche die verschiedenen Monatstage voneinander unterscheiden, daß die Monate in bestimmter Reihe aufeinander folgen, und daß schließlich auch das ganze Jahr mit seiner eigenen, bestimmten Nummer versehen ist, die in jedem folgenden Jahre um eine Einheit vergrößert wird.
Alle diese Darstellungen zeigen, daß die Zeit sicher etwas Fortschreitendes ist, und bringen diese Besonderheit zum anschaulichen Ausdruck, daß
niemals
etwas, was einmal geschehen ist, in ganz derselben Weise
wiederkehrt
, sondern
daß die Welt unaufhörlich anders wird
. Wenn
Schiller
behauptet: »Alles wiederholt sich nur im Leben«, so ist das ein poetischer Ausdruck, der durchaus nicht die wesentliche Seite des Tatbestandes zum Ausdruck bringt, sondern nur eine gewisse Nebenseite, und diese nach dichterischer Gepflogenheit übertreibt.
Andererseits können wir doch nicht leugnen, daß die Darstellungsweise der Zeit als einer beständigen Wiederkehr gewisser Vorgänge eine unzweifelbare Bedeutung hat. Ein jeder Blick auf irgendeine
Uhr
zeigt uns ja diese Beschaffenheit. Das Zifferblatt jeder Uhr wird durch einen
Kreis
dargestellt, über welchen die beiden Zeiger hinlaufen, die alle zwölf Stunden wieder genau dieselben gegenseitigen Stellungen einnehmen und welche demgemäß
den einseitig
fortschreitenden
Verlauf der Zeit durch eine entsprechende Anzahl immer
wiederkehrender
Erscheinungen darstellen, hierdurch wird die Zeit im Gegensatz zu der erst geschilderten Beschaffenheit als etwas
Wiederkehrendes
oder
Periodisches
gekennzeichnet. Und daß, diese periodische Wiederkehr nicht nur ein mechanisches Hilfsmittel ist, um die technische Schwierigkeit etwa eines unbegrenzt langen Fadens oder Landes, das nur die Zeit im ersten Sinne messen würde, überwinden zu lassen, das geht ja aus der Tatsache hervor, daß auch unabhängig von uns durch die Bewegungen der Erde um ihre Achse und um die Sonne eine zweifache periodische Erscheinung, die des
Tages
und die des
Jahres
unsere fortschreitende Zeit in immer wieder gleiche Abschnitte zerlegt wird.
Allerdings ist es mit der
Gleichheit
dieser Abschnitte auch nicht in aller Strenge so bestellt; denn wir wissen ja ganz genau, daß, wen n auch die mittlere Länge eines astronomischen Sonnentages konstant ist, doch die
wirkliche
Länge des Tages, nämlich die Zeit zwischen einem höchsten Stand der Sonne und dem nächsten, von dieser mittleren Tageslänge um eine wandelbare Größe verschieden ist. Ebenso ändert sich außer der Länge des Tages auch seine übrige Beschaffenheit. Denn der eine Tag ist trüb und regnerisch, der andere hell und sonnig; an dem einen Tag steht die Sonne nur kurze Zeit über dem Horizont, an dem andern Tag leuchtet sie sehr viel länger. Und ebenso wissen wir, daß, die Jahre verschieden sind, wenn auch ihre Länge theoretisch gleich gemacht wird. Es stimmt nämlich die Einteilung der Zeit in Tage mit der im Jahre nicht völlig überein, wir müssen deshalb alle vier Jahre einen Tag in das Jahr einschalten, damit wir mit unserem Kalender gegenüber den Bewegungen der Sonne nicht in Fehler geraten, und müssen diese Korrektur nochmals alle Jahrhunderte verbessern.
Und ebenso wie an den einzelnen Tagen beobachten wir Verschiedenheiten in der Wetterbeschaffenheit der Jahre, denn wir haben fruchtbare und unfruchtbare, trockene und feuchte Jahre; wir haben Jahre mit kalten und solche mit milden Wintern, also ebenfalls Verschiedenheiten, die nicht unter das Gesetz der Periodizität fallen, sondern eine davon unabhängige Beschaffenheit haben.
Wie ist es nun möglich, daß dasselbe Ding, die
Zeit
, so entgegengesetzte Eigenschaften offenbart?
Die Antwort ist, daß, keine von diesen beiden Eigenschaften
ausschließlich
der Zeit zukommt. Zwar ist die Zeit zweifellos dem Wesen der Sache nach fortschreitend und die Behauptung,
daß niemals die verflossene Zeit wiederkehrt, ist durchaus berechtigt und haltbar. Aber wenn auch niemals die
ganze
Zeit wiederkehrt, d. h. wenn auch niemals Ereignisse wiederkehren, welche vollkommen und in jeder Beziehung mit den vergangenen Ereignissen übereinstimmen, so wissen wir doch, daß eine
teilweise
Wiederkehr außerordentlich häufig ist. So stellen die Perioden der Tage wie der Jahre durchaus eine teilweise Wiederkehr dar. Deshalb können wir die Zeit mit der Uhr, die eine vollkommene Wiederkehr darstellt, messen, indem wir uns diese wiederkehrenden Stücke aneinandergesetzt denken, so daß sie doch in ihrer Gesamtheit den fortlaufenden Charakter der Zeit haben.
Dieser eigentümliche Doppelcharakter der Zeit kommt bereits bei den ältesten philosophischen Bemühungen um die Erfassung der Gesamtheit alles Geschehens zum Ausdruck. Unsere wissenschaftlichen Vorstellungen, die wir von der Entstehung und der Entwicklung des Weltalls haben, arbeiten durchaus mit einer solchen
fortschreitenden
Zeit. Vor ungezählten Jahrmillionen soll nach diesen Vorstellungen unser Erdball als solcher noch nicht existiert haben, sondern wir nehmen für das ganze Sonnensystem etwa die Beschaffenheit eines großen Gas- oder Nebelballs an. In diesem hat dann die Zusammenballung zu einer zentralen Masse stattgefunden, die dann ihrerseits durch ihren heftigen Umschwung Stücke von ihrer Peripherie abgeschleudert hat, aus denen die Planeten geworden sind. Diese abgeschleuderten Stücke haben sich dann wiederum infolge der inneren Gravitationskräfte zu Kugeln geordnet, die von kleineren Stücken, den Monden, im Umschwung begleitet wurden.
Wir brauchen uns hier nicht darüber schlüssig zu werden, welches Maß von Wahrscheinlichkeit man diesen Vorstellungen zuschreiben mag. Wir wollen uns auch den Kopf nicht darüber zerbrechen, ob der durch Betrachtungen ganz anderer Art vorausgesagte schließliche
Untergang der ganzen Welt
, der
Wärmetod
infolge der ausgleichenden Tendenz zum Verschwinden aller Temperaturdifferenzen, wahrscheinlich ist. Denn wir wissen ja ganz allgemein: je weiter die Aussagen sowohl nach der Vergangenheit wie nach der Zukunft reichen sollen, um so unsicherer werden sie im Sinne der Wissenschaft und um so unbestimmter müssen die Behauptungen bleiben, die wir über den Zustand weit zurückliegender Vergangenheit und entlegener Zukunft aussprechen. Daß aber auch die andere Möglichkeit, die
periodische Wiederkehr alles Geschehens
, nicht außerhalb der Grenzen des Denkens und des Glaubens in einem Menschenkopfe liegt, lehrt uns beispielsweise
die philosophische Theorie von der
ewigen Wiederkehr
alles Geschehens, dessen jüngste Fassung von
Friedrich Nietzsche
herrührt. Gerade die erfahrungsmäßige Tatsache, daß so vieles in unserer Wirklichkeit
periodischen
Charakter hat, ferner vielleicht auch noch eine gewisse metaphysische Tendenz, auf irgendeine Weise eine
Unendlichkeit des Daseins
einzuhandeln, haben diesen selbständigen und kühnen Denker zu der Idee gebracht, daß es tatsächlich keine eigentlich fortschreitende Zeit gibt, sondern daß alles, was wir anscheinend Fortschreitendes erleben, sich tatsächlich als Stücke einer riesigen Periode erweist, so daß nach Ablauf irgendeines sehr ausgedehnten Verlaufes schließlich wieder die Welt mit genau denselben Ereignissen und Konstellationen beginnen wird, wie sie vor Jahrmillionen einmal bestanden haben.
Wir haben keinen ausreichenden wissenschaftlichen Grund, diese Auffassung für richtig zu halten. Sie ist hier nur erwähnt worden, um zu zeigen, wie diese beiden sich einigermaßen widersprechenden Eigenschaften der Zeit sich philosophisch zur Geltung gebracht haben.
Die Auflösung dieser Schwierigkeiten und Widersprüche liegt darin, daß das, was wir schlechtweg die Zeit nennen, eigentlich ein außerordentlich
zusammengesetztes Bündel sehr verschiedenartiger Zeiten ist
. Da nämlich die verschiedenen Ereignisreihen, die unabhängig (oder teilweise unabhängig) voneinander nebeneinander dahinlaufen, jedes seine eigene Zeit bestimmt, so entsteht die Frage, wie hieraus überhaupt eine einheitliche Zeit zustande kommen kann. Daß diese vielen und im mannigfaltigen Nebeneinander ablaufenden Zeiten uns als eine einheitliche linear ablaufende Zeit erscheinen, liegt nur an der
Beschaffenheit unseres Denkens
, zufolge deren wir jederzeit immer nur einen
einzelnen
Gedanken, ein
einzelnes
Ereignis,
eine
bestimmte Seite von einem zusammengesetzten Geschehen im Bewußtsein gegenwärtig haben können, während die andern »gleichzeitigen« Dinge teils nur in schattenhafter Weise an unserem Bewußtsein teilhaben, teils sich ihm vollständig entziehen. Unter diesen nebeneinander verlaufenden Dingen gibt es so und so viele, welche sich dem Ideal der genauen
Wiederholung
mehr oder weniger vollständig annähern, und es gibt wieder andere, welche durchaus einen
fortschreitenden
Charakter haben. Dem Ideal der Wiederholung nähern sich beispielsweise die astronomischen Erscheinungen außerordentlich. Im Sonnensystem erfolgen die Bewegungen der Planeten um den Zentralkörper und die Bewegungen der Monde um ihre einzelnen Planeten praktisch gesprochen rein
periodisch
. Allerdings legen sich diese Perioden übereinander, da jeder Körper
in seiner eigenen Periode schwingt, aber jede dieser Bewegungen ist für sich streng periodisch, von entgegengesetzter Beschaffenheit sind die
Lebensabläufe der Pflanzen wie der Tiere
. Diese sind durchaus
fortschreitend
. Vom einzelnen kleinsten Zellenanfang durch eine immer höher gehende Entwicklung bis zu einem bestimmten Maximum der Leistungsfähigkeit und der Lebensenergie führt die Entwicklung, worauf dann ein langsames Absinken und schließlich der Tod erfolgt.
Die Gesamtheit dieser mannigfaltigen Zeitverläufe stellt dann eben den verwickelten und schwierigen Begriff der
Gesamtzeit
dar, von dem wir uns durch die beiden Hauptformen, die rein
fortschreitende
und die rein
wiederkehrende
oder
periodische
Rechenschaft zu geben suchen.
 
Zweites Kapitel.
Das Leben als chemischer Vorgang.
Die beiden Elemente der fortschreitenden Zeit und der wiederkehrenden oder periodischen Zeit finden wir denn nun auch in den Erscheinungen wieder, mit denen wir uns hier genauer beschäftigen wollen. Auch dem Laien pflegt heute schon das Wort vom
Kreislauf der Stoffe
geläufig zu sein. Er weiß, daß die
Tiere
(und mit ihnen die Menschen) ihr Leben durch die Aufnahme von
Pflanzen
fristen, welche ihrerseits wiederum in ihrer Existenz und ihrem Wachstum gefördert werden durch die Überreste tierischer Lebenstätigkeit. So sieht es aus, als wenn diese beiden großen Gruppen von Lebewesen durch ihre gegenseitige Hilfe eine Art von ewigem Leben sich gegenseitig zusichern könnten, da einerseits der Umstand, daß reichlich Pflanzen da sind, dazu führt, daß reichlich Tiere entstehen können, und da andererseits der Umstand, daß reichlich Tiere vorhanden sind, umgekehrt eine weitere Steigerung der Entwicklung des Pflanzenwuchses begünstigt. So können wir uns vorstellen, daß durch diese gegenseitige Hilfe schließlich eine unbegrenzte Menge von Tieren und Pflanzen auf der Erdoberfläche entstehen und bestehen könnten, da immer die einen den andern das Material für ihr Leben und Gedeihen liefern.
Demgegenüber besteht die Tatsache, daß praktisch gesprochen überall dort, wo der Mensch nicht mit seinen verstandesmäßigen Tätigkeiten eingreift, ein beständiges Gleichgewicht zwischen Tier- und Pflanzenleben sich erhält, welches keineswegs etwa der Grenze des räumlich Möglichen entspricht, sondern welches im Gegenteil an vielen Stellen ein sehr dürftiges Resultat bezüglich der Gesamtmenge der Lebewesen hat. Daraus werden wir schließen müssen, daß, dieser tatsächlich bestehende
Kreislauf der Stoffe
zwischen dem Tierreich und dem Pflanzenreich nicht ausreicht, um die dauernde Existenz, und noch weniger eine dauernde Steigerung des Lebens auf beiden Seiten zu sichern, sondern wir müssen erkennen, daß in letzter Instanz die Gesamtmenge des Lebens sowohl der Pflanzen wie der Tiere durch Umstände bestimmt ist, welche
außerhalb
dieses Kreislaufes liegen und welche voraussichtlich einen fortschreitenden oder einsinnigen Charakter haben.
Es soll schon hier hervorgehoben werden, daß diese Vermutung das Richtige trifft, daß also außerhalb und unabhängig von dem Kreislauf der Stoffe noch ein einseitiger und fortlaufender Vorgang vorhanden ist, von dem dann das Leben unbedingt abhängig sich erweist.
Auch dieser Vorgang ist wohlbekannt und hat sich der Aufmerksamkeit und Kenntnis der Menschheit schon seit vielen Jahrtausenden aufgedrängt. Wir wissen, daß die Pflanzen nicht an jedem beliebigen Ort, zu jeder beliebigen Zeit und unter allen beliebigen Umständen gedeihen, sondern daß ein Ding notwendig überall vorhanden sein muß, wo Pflanzen sich entwickeln sollen, nämlich das
Sonnenlicht
. Wir wissen, daß, erst im Sommer, wo die Sonne viel länger am Horizonte steht und viel intensiver auf die Erdoberfläche scheint, sich das Pflanzenwachstum zu voller Pracht entwickelt. Wir wissen, daß auch die üppigsten Pflanzen verkümmern und zuletzt zugrunde gehen, wenn man ihnen dauernd das Sonnenlicht entzieht. Wir müssen daraus schließen, daß das Pflanzenleben vom Sonnenlicht in ganz bestimmter Weise abhängig ist. Von den Tieren können wir ein gleiches nicht behaupten. Wir kennen eine ganze Anzahl von Tieren, die unter Ausschluß des Sonnenlichtes, ja überhaupt unter Ausschluß jedes Lichtes leben. Andere Tiere sind ausgeprägte Nachtgeschöpfe, sie scheuen also das Tageslicht und gehen ihrer Tätigkeit in der Dunkelheit nach. Einzelne Lebewesen findet man in unterirdischen Höhlen und im Innern der Erde leben, wohin niemals Sonnenstrahlen ihr Licht senden. Wir müssen daraus schließen, daß die Existenz der Tiere allerdings nicht vom Sonnenlicht abhängig ist, während die Existenz der Pflanzen es ist. Dieses deutet auf ein bestimmtes einseitiges Verhältnis des Lichtes zu den Lebensbedingungen dieser beiden großen Klassen von Lebewesen hin. Tatsächlich erweist sich dieser Unterschied als ganz wesentlich für das Verständnis des gesamten Lebens überhaupt.
So wenden wir uns denn einer genauen Untersuchung der Lebenserscheinungen zu und orientieren uns von vornherein über die Hauptfragen hierbei.
Da bei dem Wachsen einer Pflanze, wie bekannt, die Stoffe, die sich in der Erde, dem Wasser, der Luft befinden, in Stoffe des Pflanzenkörpers übergehen und dabei eine ganz andere Beschaffenheit annehmen, so haben wir gemäß der Einteilung der Naturwissenschaften es hier mit chemischen Vorgängen zu tun.
Denn unter chemischen Vorgängen verstehen wir solche, bei denen gewisse Stoffe verschwinden und andere mit
anderen Eigenschaften an ihrer Stelle auftreten
. Chemische Vorgänge sind vielfach bekannt. Die Verbrennung des Holzes und der Steinkohle, das Rosten des Eisens, das Sauerwerden des Weines und Bieres und all die anderen zahllosen und mannigfaltigen ähnlichen Veränderungen der wägbaren Stoffe, welche vor unseren Augen in unserer gesamten Umgebung unaufhörlich stattfinden, gehören sämtlich in diese Klasse von Naturerscheinungen.
 
Drittes Kapitel.
Chemische Grundbegriffe.
Die chemischen Vorgänge sind nun bestimmten und zum großen Teil bereits genau bekannten
Gesetzen
unterworfen. Über diese Gesetze werden wir uns zunächst einen allgemeinen Überblick zu verschaffen haben, um die besondern chemischen Vorgänge zu verstehen, die im Innern der Pflanzenkörper vor sich gehen.
Wenn wir uns in der Welt umsehen, so finden wir, daß diese aus überaus verschiedenartigen einzelnen Stücken zusammengesetzt ist, welche die Gesamtheit der wägbaren Körper darstellen. Unser eigner Körper bildet ein solches Stück in seiner Umgebung, und alle die Objekte, mit denen wir unaufhörlich zu tun haben, von denen unser Leben und unsere Tätigkeit abhängt, bilden ebenfalls einzelne derartige Stücke. So der Bleistift, den ich in der Hand habe und mit dem ich diese Worte schreibe, so das Papier, auf welchem der Text geschrieben wird, so hernach die Lettern, die der Setzer zusammenstellt, und ebenso zum Schluß das Buch, das der Leser in der Hand hält und aus dem er diese Dinge liest.
Diese verschiedenen Stücke oder
Körper
kann man unter verschiedenartigen Gesichtspunkten betrachten. Wo der eine Beschauer sagt: dies ist ja ein
Stück von einer antiken Säule
, sagt der andere: dies ist ja ein
Zylinder
und der dritte: dies ist ja
Kalziumkarbonat
. Der erste ist ein Archäolog, der zweite ein Geometer, der dritte ein Chemiker. Der erste betrachtet das Stück als ein
Produkt menschlicher Tätigkeit
und sucht zu beurteilen, aus welcher Zeit der Kulturgeschichte der Menschheit dies künstliche Produkt herrührt. Der zweite betrachtet die
äußere Gestalt
des Stückes und ordnet sie einer der verschiedenen Typen unter, unter denen die Geometrie die regelmäßigen Gestalten zusammenzufassen und zu betrachten lehrt. Der dritte endlich betrachtet das Stück als einen
Stoff
, d. h. er fragt sich nicht: woher rührt es und welche äußere Gestalt hat man ihm gegeben, sondern er fragt: welche
besonderen Eigenschaften
oder welche
Arteigenschaften
hat dieses Stück. Besondere oder Arteigenschaften sind solche, daß jedes einzelne Stückchen von dem ganzen Gegenstand
eben diese Eigenschaften aufweist. So wird er sagen: Das ist ein
weißer
Stoff, mit
schimmernder Oberfläche
, der nicht allzu
hart
ist, der sich deshalb leicht zerbrechen läßt, von dem die einzelnen Stückchen, wenn man sie mit Salzsäure übergießt,
aufbrausen
, d. h. eine Gasentwicklung zeigen, wobei sie sich
auflösen
. Diese und noch zahllose andere Eigenschaften hat offenbar jedes Teilchen eines solchen Körpers und um solche Eigenschaften handelt es sich, wenn der Chemiker einen Körper der Außenwelt als einen bestimmten »Stoff« anspricht. Wir haben solche Eigenschaften
Arteigenschaften
genannt und sagen deshalb:
die Chemie hat es mit den Körpern zu tun, insofern ihre Arteigenschaften in Frage kommen
, und sie nennt in diesem Sinne die Körper:
Stoffe
.
Nun können die Körper entweder von solcher Beschaffenheit sein, daß sie an jeder beliebigen Stelle und in jedem beliebigen Stückchen
gleiche
Arteigenschaften aufweisen, wie etwa jenes Stück Kalziumkarbonat, von welchem vorher die Rede gewesen ist. Oder aber sie können von solcher Beschaffenheit sein, daß sie an verschiedenen Stellen
verschiedene
Arteigenschaften zeigen, wie sich das z. B. meist ergibt, wenn wir irgendeinen Stein von der Erde aufheben und genau betrachten. In den meisten Fällen erweist sich nämlich, daß er aus Stückchen von recht verschiedenartigem Aussehen besteht. Es gibt allerdings auch Steine von
gleichteiliger
oder
homogener
Beschaffenheit, wie beispielsweise weißer Marmor oder Quarz.
Wir überzeugen uns ferner sehr bald, daß jene
ungleichteiligen
Steine nichts sind als Massen, die aus zwei, drei, vielleicht noch mehr Arten bestimmter, gleichteiliger Stoffe bestehen,
welche man auf mechanischem Wege voneinander sondern kann
. Man stelle sich vor, daß man einen derartigen Stein in lauter so kleine Stückchen zerbricht, daß jedes Stück nur von einer Art Stoff gebildet wird. Man sammle nun etwa alle schwarzen Stückchen zueinander, ebenso alle roten und alle gelben, alle blanken und alle matten Stückchen, so daß aus jeder Art des Stoffes, den man in solch einem
Gemenge
antrifft, gemäß seinen Arteigenschaften, ein Häufchen für sich gemacht wird. Man hat dann an Stelle des
Gemenges
, das anfänglich in unserer Hand war, eine Anzahl von verschiedenartigen
gleichteiligen Stoffen
gewonnen. Denn jedes Häufchen wird von Körperchen gebildet, die untereinander durchaus übereinstimmende Arteigenschaften besitzen, also durchaus das darstellen, was wir einen
Stoff
nennen.
Dieser Vorgang, den wir eben in Gedanken ausgeführt haben, ist die allereinfachste Form der
Zerlegung
oder
Analyse
. Er
bedeutet zunächst allerdings noch keine
chemische
, sondern eine rein
mechanische
Trennung der nebeneinander befindlichen Stoffe, die den Erfolg hat, daß aus dem
Gemenge
lauter
einheitliche Stoffe
entstehen.
Nun sind die Stoffe aber keineswegs sämtlich, wie bisher stillschweigend vorausgesetzt wurde,
feste
Stoffe. Es gibt auch
Flüssigkeiten
, die ebenso gekennzeichnet sind, indem nämlich
jede besondere Art Flüssigkeit auch ihre besonderen Arteigenschaften hat
, die nur ihr zukommen und anderen Arten von Flüssigkeiten nicht. So hat das flüssige
Wasser
ein anderes Aussehen, einen andern Geschmack, eine andere Dichte, als das flüssige
Quecksilber
oder der flüssige
Weingeist
, und man kann also offenbar bei den flüssigen Stoffen ebenso verschiedene Arten unterscheiden, wie wir das eben bei den festen Stoffen getan haben.
Und in dritter Linie gibt es noch
gasförmige Stoffe
. Sie fallen nicht in die Augen und deshalb hat es lange gedauert, bis man sich von ihrer Existenz eine klare Vorstellung gemacht hat, bis man sie als eine
Stoff
klasse aufzufassen gelernt hat, die durchaus vergleichbar ist den festen und den flüssigen Stoffen. Gegenwärtig, wo z. B. das Leuchtgas ein regelmäßiger Bestandteil unseres täglichen Lebens geworden ist, haben wir uns daran gewöhnt, die verschiedenen Gase als verschiedene Stoffe zu unterscheiden. Daß aber dieser Unterschied nicht so leicht zu machen war, wie bei Flüssigkeiten oder gar bei festen Körpern, wird anschaulich, wenn wir etwa einen Hahn an der Gasleitung öffnen, wir können durchaus nichts Besonderes sehen, etwa wie wir das Wasser sehen, das aus dem geöffneten Hahn der Wasserleitung ausfließt. Durch ganz bestimmte, keineswegs einfache Einrichtungen kann man allerdings ein solches Ausströmen eines Gases sichtbar machen, aber gerade die verwickelte Beschaffenheit der erforderlichen Versuchsanordnung zeigt, wie schwierig es ist, Gase zu Gesicht zu bekommen. So erklärt es sich denn auch, warum es in der Geschichte der Chemie so lange gedauert hat, bis man die Gase als eine eigene Art von Stoffen erkannt hat, und weshalb auch noch gegenwärtig der Laie einen gewissen Widerspruch empfindet, wenn man von Gasen als Körpern und Stoffen spricht. Da sie indessen stets einen gewissen
Raum
einnehmen (der allerdings meist von festen oder flüssigen Körpern begrenzt ist) und auch stets ein gewisses, wenn auch verhältnismäßig geringes Gewicht haben, so haben sie auch Anspruch darauf, Körper und Stoffe genannt zu werden, denn die beiden ebengenannten Kennzeichen bilden die
Definition der Körper und Stoffe
.
Nun können wir diese Stoffe, feste wie flüssige und gasförmige, vielfach in andere mit anderen Arteigenschaften verwandeln. Die einfachsten derartigen Vorgänge erkennt man beispielsweise am
Wasser
, welches bei Kälte in einen
festen Stoff
, nämlich das
Eis
, übergeht, während es in der Hitze sich in einen
gasförmigen Stoff
, den
Wasserdampf
, verwandelt. Hier verschwindet also das flüssige Wasser und an seiner Stelle tritt einerseits ein fester Stoff, andererseits ein gasförmiger Stoff auf. Wir haben es mit
chemischen Vorgängen
zu tun, und zwar mit chemischen Vorgängen
allereinfachster Art
, so einfachen, daß es lange Zeit gedauert hat, bis man sich entschloß, sie überhaupt als chemische Vorgänge aufzufassen. In jüngster Zeit ist man indessen darüber klar geworden, daß die besonderen Gesetze, denen diese Umwandlungen unterliegen, insofern
allgemeiner
Natur sind, als sie die einfachsten Fälle der allgemeinen Gesetze darstellen, welche für die zweifellos chemischen Vorgänge gültig sind, so daß man tatsächlich am besten tut, sie den chemischen Vorgängen anzureihen.
Ebenso wie man das flüssige Wasser durch Erniedrigung der Temperatur in festes Eis und durch Erhöhung der Temperatur in gasförmigen Wasserdampf verwandeln kann, verhält es sich mit
allen andern Stoffen
. Alle Flüssigkeiten
erstarren
bei einer geeigneten niederen Temperatur und alle Flüssigkeiten
sieden
oder verwandeln sich in Dampf bei einer geeigneten höheren Temperatur. Dementsprechend wird man auch sagen können und müssen, daß alle festen Körper durch Erhöhung der Temperatur bei irgendeinem bestimmten Wärmegrad
schmelzen
oder in Flüssigkeit übergehen werden und daß alle gasförmigen Stoffe ihrerseits wiederum bei einer bestimmten niedrigeren Temperatur sich
verflüssigen
oder in flüssige Stoffe übergehen werden. Seit man in den letzten Jahrzehnten dazu gelangt ist, das Gebiet der Temperaturen sowohl nach unten wie nach oben sehr bedeutend über das bisher erreichte Maß zu erweitern, hat man diese allgemeine Behauptung auch an allen einzelnen Stoffen bewahrheiten können.
Man muß also sagen: Grundsätzlich gesprochen, kann man jede Flüssigkeit in einen festen Stoff, jeden festen Stoff in eine Flüssigkeit, jede Flüssigkeit in ein Gas und jedes Gas in eine Flüssigkeit verwandeln. Und zwar ist die Reihenfolge immer dieselbe. Den tieferen Temperaturen gehören die festen Körper an, dann liegen in den höheren Temperaturen die Flüssigkeiten und in den höchsten die Gase.
In dem letzten Fall bei der Umwandlung von Flüssigkeiten in Gase ist außerdem noch der
Druck
maßgebend. Je geringer der
Druck ist, um so niedriger wird auch die Temperatur sein, bei der eine Flüssigkeit in ein Gas übergeht und umgekehrt.
Endlich ist zu erwähnen, daß, auch die festen Körper sich unmittelbar in Gase verwandeln können, ohne inzwischen in Flüssigkeiten übergegangen zu sein. Dies erfolgt besonders leicht, wenn man den Druck recht niedrig nimmt. Denn da mit der Erniedrigung des Druckes die Temperatur hinuntergeht, bei welcher sich die Stoffe in die Gasform überführen lassen, so kann man durch passende Druckerniedrigung in vielen Fällen die Bedingungen herstellen, daß der bereits feste Körper flüchtig wird, ohne daß man ihn bis zum Schmelzen zu erwärmen braucht. Dann geht natürlich der feste Körper unmittelbar in den Gaszustand über.
An diesen einfachsten chemischen Vorgängen, die man als Änderungen der
Formart
bezeichnet, stellen wir zunächst einige wichtige und ganz allgemeine Gesetze fest, denen nicht nur die Änderungen der Formart unterliegen, sondern ebenso sämtliche anderen chemischen Vorgänge.
Das erste Gesetz ist das von der
Erhaltung des Gewichtes
. Als man vor hundert Jahren lebhaft darüber diskutierte, ob die Wärme ein »Stoff« sei oder irgend etwas anderes, führte ein Forscher (
Rumford
) folgenden Versuch aus: Er ließ in einer Flasche eine bestimmte Menge Wasser gefrieren und wog dieses Eis so genau als möglich auf einer feinen Wage. Dann stellte er die Flasche in die Wärme und ließ, alles Eis flüssig werden. Man wußte damals bereits, daß dabei eine beträchtliche Wärmemenge von dem Eise aufgenommen wird, während es sich in flüssiges Wasser verwandelt. Das Wasser enthielt also nicht nur den Stoff des Eises, das sich in Wasser verwandelt hatte, sondern dazu noch die große Menge Wärme, die das Eis beim Schmelzen aufgenommen hatte. Die Wägung des flüssigen Wassers wurde mit derselben Sorgfalt und Genauigkeit ausgeführt, mit der das Eis gewogen worden war. Es stellte sich heraus daß
keine
Änderung des Gewichtes durch die Aufnahme der großen Wärmemenge eingetreten war.
Rumford
schloß daraus, daß die Wärme kein Stoff sein könne, da er als zur Begriffsbestimmung des Stoffes gehörig das Vorhandensein des
Gewichts
annahm.
Für uns ist dieses Experiment nach anderer Richtung hin wertvoll. Wir schließen daraus, daß
mit einer chemischen Umwandlung
, wie die, die zwischen Eis und Wasser stattfindet,
keine Änderung des Gewichtes verbunden ist
.
Die Frage, ob dieses Gesetz nur für solche einfache chemischen Umwandlungen gilt oder für andere auch, läßt sich gleichfalls durch
den Versuch beantworten. Der vor kurzem verstorbene ausgezeichnete Chemiker
Landolt
hat mit einer unermeßlichen Geduld unter Benutzung der allerschärfsten Hilfsmittel der gegenwärtigen Meßtechnik diese Frage in einer mehr als zehnjährigen Versuchsreihe für unsere Zeit endgültig beantwortet.
Er hat
nicht die geringste Gewichtsänderung feststellen können
, so genau er auch seine Versuche ausführte und so sehr er auch die chemischen Vorgänge veränderte, an denen er seine Versuche angestellt hatte.
Die Messungen wurden dergestalt ausgeführt, daß die Stoffe, welche bei ihrer gegenseitigen Einwirkung chemische Vorgänge hervorbrachten, luftdicht in Glasgefäße eingeschmolzen wurden, die so eingerichtet waren, daß erst bei ihrer Umwendung die vorhandenen Stoffe in Berührung gelangen und aufeinander einwirken konnten. Fig. 1 zeigt ein derartiges Gefäß. Die beiden nach oben gerichteten offenen Röhren dienen zum Einbringen der benutzten Stoffe und wurden nach dem Beschicken sorgfältig luftdicht zugeschmolzen. Zwei nach Raum, Gewicht und Inhalt übereinstimmende derartige Glasgefäße wurden zunächst auf der Wage gegeneinander ausgeglichen, während die Stoffe noch getrennt waren. Dann wurde der eine Apparat umgekehrt, wodurch der chemische Vorgang eintrat und die Gewichte der beiden Apparate wieder verglichen. Dann wurde der zweite Apparat auch noch umgekehrt, so daß auch in ihm der chemische Vorgang stattfand, und wiederum, die Gewichte verglichen. Die allersorgfältigsten Beobachtungen ergaben, daß, nachdem der Gewichtsunterschied zwischen den beiden Gefäßen vor der ersten Wägung ausgeglichen war, hernach bei der zweiten Versuchsreihe und ebenso bei der dritten durchaus keine Veränderung beobachtet werden konnte,
daß also kein chemischer Vorgang die Fähigkeit hat, das Gewicht der beteiligten Stoffe irgendwie zu ändern
.
Dies ist ein ganz allgemeines Gesetz und wird als das
Gesetz von der Erhaltung des Gewichtes
in der Wissenschaft bezeichnet.
Eine zweite allgemeine Tatsache, die bei den obenbeschriebenen einfachen Untersuchungen bereits zur Geltung kommt, ist folgende, wenn man
Wasser
durch Abkühlen in einen festen Stoff, in Eis verwandelt hat und durch die Wärme wiederum einen flüssigen Stoff aus dem Eise herstellt, so bekommt man immer nur wieder
Wasser
, aber niemals etwa Öl oder Weingeist oder Quecksilber oder eine andere Flüssigkeit. Umgekehrt bekommt man nur aus Wasser Eis und niemals bekommt man aus einem anderen
flüssigen Stoffe, der nicht Wasser ist, Eis mit seinen besonderen Arteigenschaften.
Es sind also die feste Form des Stoffes und die flüssige Form, die aus dem festen Stoffe durch Erwärmung entsteht, einander so zugeordnet, daß man immer nur den einen Stoff in den anderen (und rückwärts den anderen in den einen) verwandeln kann, daß man aber niemals durch eine derartige Verwandlung zu einem ganz anderen Stoff gelangt. Es ist das ein anderes Erhaltungsgesetz, das wir später als das Gesetz von der
Erhaltung der Elemente
kennen lernen werden.
Fig. 1.
Vorläufig entnehmen wir den eben beschriebenen wohlbekannten Tatsachen nur den Schluß, daß die verschiedenen Stoffe, die durch chemische Umwandlung aus einander entstehen können, in einer ganz bestimmten Beziehung zueinander stehen. Sie bilden eine Gruppe von miteinander verwandten oder miteinander zusammenhängenden Stoffen, derart daß, man nur immer ein Glied dieser Gruppe in ein anderes und umgekehrt verwandeln kann, niemals aber aus der einen Gruppe (etwa Eis, Wasser und Wasserdampf) in eine andere Gruppe (etwa festes (Quecksilber, flüssiges Quecksilber und Quecksilberdampf) übergehen kann.
 
Viertes Kapitel.
Die Verbrennungserscheinungen.
Von den verwickelteren chemischen Vorgängen fassen wir als für unseren Zweck besonders wichtig die Vorgänge der
Verbrennung
ins Auge. Von dem Petroleum beispielsweise, das wir in unseren Lampen zu brennen pflegen, bleibt anscheinend nach der Verbrennung gar nichts übrig. Der Verbrennungsprozeß scheint also in diesem Falle darin zu bestehen, daß, ein gewisser Stoff, nämlich das Petroleum, verschwindet, ohne daß, irgendein anderer Stoff dabei entsteht.
Betrachten wir andere Verbrennungsvorgänge, etwa die des Holzes oder der Steinkohle in unseren Ofen, so sind die Erscheinungen halbwegs ähnlich. Das meiste von diesen Stoffen verschwindet auch bei der Verbrennung, aber es hinterbleibt doch etwas, was ganz anders aussieht als Holz oder Steinkohle, es hinterbleibt nämlich
Asche
. Ihr Gewicht ist nur ein Bruchteil von dem des Verbrannten, so daß in diesem Falle der Anschein vorliegt, als wenn bei der Verbrennung aus diesen verbrennlichen Stoffen etwas entsteht, was sehr viel
weniger
wiegt, als die Stoffe ursprünglich gewogen haben.
Endlich können wir noch eine dritte Art von Verbrennungen untersuchen. Sehr fein gepulvertes Eisen, das man etwa auf ein Drahtnetz schüttet, läßt sich ebenfalls entzünden, wenn man es an einem Rande einige Zeit einer Flamme aussetzt, so fängt dieses gepulverte Eisen, das schwärzlich-grau aussieht, an zu glimmen, die Masse erhitzt sich so, daß man sich die Finger daran verbrennt, und wenn man eine bestimmte Menge von diesem Eisen vorher gewogen hat und sie hernach wieder wiegt, nachdem das Glimmen vorüber und das Ganze erkaltet ist, so kann man sich überzeugen, daß das Gewicht nicht unerheblich
zugenommen
hat. Fig. 2 zeigt, wie man den Versuch ausführt. Das Drahtnetz mit dem Eisenpulver wird auf einen kleinen Dreifuß gelegt, der auf der Schale einer Wage steht; auf die andere Schale tut man soviel Gewichte, daß Gleichgewicht besteht. Zündet man nun das Eisen durch Erhitzen am Rande an, so senkt sich schon nach wenigen Augenblicken die Schale mit dem Eisen nach unten und stößt nach einigen Minuten auf ihre Unterlage.
Versuchen wir, aus diesen Tatsachen einen Schluß zu ziehen, so muß dieser sehr unbestimmt lauten. Teilweise verschwinden die Stoffe beim Verbrennen ganz, teilweise hinterlassen sie dabei andere Stoffe von viel geringerem Gewicht und teilweise nehmen sie sogar beim Verbrennen an Gewicht zu. Die Verbrennung scheint somit bezüglich des Gewichts gar keinen bestimmten Gesetzen zu unterliegen. Dies steht indessen in auffallendem Widerspruch zu dem oben aufgestellten Gesetz von der Erhaltung des Gewichts. Dieser Widerspruch muß notwendig aufgeklärt werden.
Fig. 2.
Nun sind Vorgänge von der zuerst beschriebenen Art, die wie bei der Verbrennung des Öls oder des Holzes oder der Kohle eintreten, uns seit alters her sehr viel geläufiger gewesen als die Vorgänge der letzten Art, die Verbrennung eines Metalles wie Eisen. Infolgedessen sind die ältesten Vorstellungen über den Verbrennungsvorgang derart gewesen, da, man annahm, es
entweiche
irgend etwas aus den Stoffen, während sie verbrennen, wodurch denn eben weniger oder gar nichts zurückbleibt. Allerdings erklärt diese Auffassung nicht, wieso es kommen kann, daß in gewissen Fällen die Stoffe beim Verbrennen nicht leichter werden, sondern schwerer. Aber diese Tatsache des Schwererwerdens einzelner Stoffe war vor etwas mehr als 100 Jahren zwar nicht ganz unbekannt, aber sie wurde sehr wenig beachtet, da man damals noch nichts von dem Gesetz von der Erhaltung des Gewichts wußte.
Nun können wir uns aber leicht überzeugen, daß bei der Verbrennung des Öls keineswegs das Öl verschwindet, ohne daß sich irgend etwas anderes bildet. Halten wir über ein brennendes
Lämpchen mit Öl oder Weingeist oder irgendeiner brennenden Substanz oder auch über eine brennende Kerze ein großes ganz trockenes Glas derart, daß, die Flamme in das Glas hineinschlägt, so sehen wir, daß das Glas alsbald
trübe
wird und ein Aussehen annimmt, wie es die Fensterscheiben im Winter zeigen. Das Glas
beschlägt
. Wir wissen, daß dieser Beschlag an den Fensterscheiben im Winter von
Wassertröpfchen
herrührt. Denn die Luft enthält immer Wassergas in größerer oder geringerer Menge und wenn die Fensterscheiben kühl werden, so kann das Wasser nicht mehr gasförmig in der Luft bleiben, welche die Scheiben berührt, sondern muß sich als flüssiges Wasser an den Scheiben in Gestalt von vielen kleinen
Tröpfchen
niederschlagen, die man mit einer Lupe leicht erkennen kann. Der Niederschlag an dem Glase, das man über die Flamme gestülpt hat, sieht ganz ebenso aus, und wie man ihn auch genauer untersuchen mag, er erweist sich tatsächlich als
Wasser
mit denselben Eigenschaften, wie das Wasser auf den beschlagenen Fensterscheiben. Für gewöhnlich tritt dieser Niederschlag in dem Glase nicht ein, er erscheint nur, wenn wir eine brennende Flamme in das Glas hineinhalten. Wir werden daraus schließen müssen:
beim Brennen dieser Flamme entsteht Wasser in Gestalt von Wassergas oder Wasserdampf
.
Wiederholen wir diesen Versuch mit dem brennenden Eisen und dem trockenen Glas darüber, so ist kein Beschlag zu sehen und wir schließen daraus, daß beim Verbrennen des Eisens
kein
Wasserdampf entsteht.
Nun stellen wir noch einen anderen Versuch an, um den Vorgang der Verbrennung genauer kennen zu lernen, wir nehmen etwas gewöhnlichen
Maurerkalk
und schütteln ihn in einer großen Flasche mit reichlich Wasser. Es entsteht eine trübe Flüssigkeit, die aber, wenn wir die Flasche hinstellen und eine Stunde unberührt stehen lassen, sich wieder klärt, da der Kalk zu Boden gesunken ist. Es hat sich dabei ein wenig von dem Kalk im Wasser aufgelöst, wie man sich leicht überzeugen kann, wenn man etwas davon
schmeckt
: es schmeckt unangenehm seifig, was von dem aufgelösten Kalk herrührt, wir halten nun wiederum ein offenes trockenes Glas über eine brennende Flamme van Öl, Stearin, Paraffin, Weingeist oder einem ähnlichen Stoff. Es erscheint natürlich wieder der bekannte Beschlag von Wasser. Aber gleichzeitig ist etwas anderes Neues eingetreten, wenn wir nämlich etwas von dem klaren
Kalkwasser
(wie man die Auflösung von Kalk in Wasser nennt) in das Glas hineingießen und es umschütteln, so wird die klare Lösung in wenigen Augenblicken
trübe
und es
setzt sich, wenn man die trübe Flüssigkeit stehen läßt, ein weißer pulverförmiger Stoff aus der Flüssigkeit ab. Dieses findet nicht statt, wenn man das Kalkwasser in einem Glase schüttelt, in welches man nicht vorher eine Flamme hat hineinbrennen lassen. Wohl aber können wir das Kalkwasser trübe machen, wenn wir beispielsweise die Luft aus unsern Lungen mit Hilfe einer Röhre hineinblasen. Es trübt sich dann die klare Flüssigkeit ganz ebenso, wie wenn man sie mit der Luft in Berührung gebracht hätte, in welcher einer der genannten Stoffe verbrannt war.
Wir schließen daraus folgendes: Wenn man Öl, Weingeist, Stearin oder ähnliche Stoffe
verbrennt
, so entsteht erstens
Wasser
und zweitens ein
gasförmiger Stoff
, der sich auch in der Luft befindet, die aus unsern Lungen herauskommt, und der die Eigenschaft hat, im Kalkwasser eine weiße Trübung hervorzurufen. Dieser Stoff ist den Chemikern wohlbekannt. Um von ihm reden zu können, bezeichnen wir ihn mit seinem chemischen Namen: er heißt
Kohlendioxyd
. Wir wiederholen also:
Bei der Verbrennung von Öl, Weingeist und ähnlichen Stoffen entsteht Wasser
und
Kohlendioxyd
und zwar beides in Gasform.
Jetzt verstehen wir, woher wir den Eindruck bekommen haben, daß beim Verbrennen dieser Stoffe alles verschwindet, wir wissen ja, daß wir Gase innerhalb der Luft, die ja auch ein Gas ist, nicht erkennen können. Die Unterschiede im Aussehen der verschiedenen Gase sind nämlich viel zu gering, als daß, wir sie mit dem Auge unmittelbar feststellen könnten. Die Stoffe Öl, Weingeist und die anderen, welche scheinbar beim Verbrennen vollständig verschwinden, verschwinden also tatsächlich nur für unser Auge, in Wirklichkeit verwandeln sie sich genau ebenso wie das verbrennende Eisen in Stoffe von ganz anderer Beschaffenheit. Aus dem flüssigen Öl und Weingeist und aus dem festen Stearin werden
gasförmige
Stoffe.
Daß auch das Eisen sich beim Verbrennen in einen Stoff von ganz anderer Beschaffenheit verwandelt hat, davon können wir uns leicht überzeugen, wenn wir das Verbrennungsprodukt genauer untersuchen. Es zeigt nicht mehr den Glanz des Eisens, sondern es ist eine stumpf-schwärzliche Masse geworden, welche in jeder Beziehung andere Eigenschaften aufweist, als dem Eisenmetall zukommen.
Es erhebt sich nun die weitere Frage, wie es denn mit dem Gewichte des Wassers und des Kohlendioxyds steht, die aus dem Öl oder Weingeist sich bilden usw. Es gibt experimentelle Anordnungen, um diese Frage zu beantworten, indem man beide Verbrennungsprodukte, das Wasser und das Kohlendioxyd sammelt. Man kommt zu dem Ergebnis, daß hierbei das Gewicht
zunimmt
,
genau ebenso wie beim Verbrennen des Eisens. Es ist mit einem Worte die Tatsache ganz allgemein, daß beim Verbrennen der Stoffe ihr Gewicht
größer wird
. Es muß nur, um diese Tatsache sicher festzustellen, tatsächlich auch
alles
gewogen werden, was beim Verbrennen entsteht. Es müssen insbesondere auch die
gasförmigen
Stoffe, die sich dabei bilden, gesammelt und auf die Wage gebracht werden.
Halten wir diesen Tatbestand mit dem vorher festgestellten von der Erhaltung des Gewichtes bei allen Vorgängen, die es auf der Welt gibt, Zusammen, so müssen wir die Frage stellen: woher kommt es, daß bei diesen Vorgängen das Gewicht zunimmt, während es bei den andern, die wir vorher betrachtet hatten, bei den Umwandlungen aus dem festen Zustand in flüssigen und umgekehrt unverändert bleibt? Die Antwort kann keine andere sein: es
muß bei den Verbrennungen zu den verbrennenden Stoffen noch irgendein anderer Stoff hinzugekommen sein
, dessen Gewicht das ausmacht, was dann die entstandenen Stoffe oder »Produkte« mehr wiegen, als der ursprüngliche Stoff gewogen hatte.
Wir können auch leicht dahinterkommen, daß es so sein muß. Denn wir wissen ja: es kann keine Verbrennung stattfinden, wenn nicht die
Luft
Zutritt hat. Bei all unsern Öfen, Kerzen und Rampen müssen wir immer dafür sorgen, daß, ein regelmäßiger Zutritt von frischer Luft erfolgt, sonst hört die Verbrennung auf. Man kann sich zum Überfluß noch experimentell davon überzeugen, indem man etwa eine Kerze mit einer Glasglocke überdeckt, welche den Zutritt neuer Luft abhält. Nach einer kurzen Frist verlöscht die Flamme, weil die in der Glocke vorhanden gewesene Luft
verbraucht
ist.
In der Tat beruhen alle Verbrennungen darauf, daß sich zwei verschiedene Stoffe, nämlich einerseits der verbrennende Stoff (die Kohle oder das Öl oder der Weingeist) und andererseits ein Bestandteil der Luft miteinander
vereinigen
, um neue Stoffe von größerem Gewicht zu bilden. Die Verbrennungsprodukte bestehen also in den Verbindungen dieses Luftbestandteils mit den genannten Stoffen. Es ist aber niemals die
ganze
Luft, welche bei den Verbrennungen verbraucht wird, sondern nur ein Teil von ihr, wie denn die Luft kein
einheitlicher
Stoff ist, sondern aus zwei voneinander verschiedenen Stoffen besteht, von denen derjenige, der bei der Verbrennung verbraucht wird,
Sauerstoff
heißt. Der andere heißt
Stickstoff
und wir werden beide etwas später genauer kennen lernen.
 
Fünftes Kapitel.
Die Elemente.
Wir wiederholen nun unsern vorigen Versuch von S. 22, indem wir als brennenden Körper eine glühende Kohle nehmen und sie in das trockene Glas hinein halten, wir suchen vergeblich nach dem gewohnten Wasserbeschlag. Es findet also
keine
Bildung von Wasser bei der Verbrennung der Kohle statt, wenn wir dagegen den gasförmigen Inhalt des Glases mit Hilfe von
Kalkwasser
in gewohnter Weise untersuchen, so überzeugen wir uns alsbald, daß das
Kohlendioxyd
, welches das Kalkwasser trübe macht, allerdings beim Verbrennen der Kohle entsteht, wir schließen daraus, daß Wasser und Kohlendioxyd nicht notwendig
gleichzeitig
bei Verbrennungen entstehen. Wir haben ja beim verbrennenden Eisen auch kein Wasser unter den Verbrennungsprodukten gefunden, wir können uns auch leicht überzeugen, daß kein Kohlendioxyd dabei entsteht, wenn wir Eisen in einem Glase verbrennen lassen und den Inhalt später mit Kalkwasser prüfen, so bleibt der Niederschlag aus, zum Zeichen daß kein Kohlendioxyd vorhanden ist. Auch kann man nachweisen, daß es Verbrennungen gibt, bei denen nur
Wasser
und kein Kohlendioxyd entsteht. Dazu brauchen wir bloß das bekannte
Gas Wasserstoff
, das zum Füllen von Luftballons verwendet wird, zu entzünden und das trockene Glas darüber zu halten. Man beobachtet alsdann den Beschlag von Wasserdampf, aber die Prüfung, ob Kohlendioxyd vorhanden ist, gibt ein negatives Ergebnis und ebensowenig findet man irgendeinen andern Stoff als Produkt der Verbrennung des Wasserstoffs vor.
Hier haben wir also Vorgänge kennen gelernt, bei denen das Gewicht der beteiligten Stoffe zunahm, das heißt, bei welchen verschiedenartige Stoffe miteinander sich so veränderten, daß Produkte entstanden, deren Gewicht mehr betrug als das Gewicht jedes der beteiligten Stoffe. Wegen des Gesetzes von der Erhaltung des Gewichtes muß natürlich das
Gesamtgewicht
hierbei unverändert bleiben. Das heißt, das Gewicht von dem verbrennenden Weingeist oder Eisen oder Öl einerseits und das von dem gleichzeitig verschwundenen Sauerstoff der Luft andererseits kann sich nicht verändert
haben. Wohl aber ist dies Gesamtgewicht natürlich größer als einerseits das Gewicht des Sauerstoffs und andrerseits das Gewicht der verbrannten Stoffe einzeln.
Die bisher beschriebenen chemischen Vorgänge waren solche, bei denen mehrere Stoffe verschwanden, indem sie sich untereinander verbanden und ihr Gewicht vermehrten. Es gibt auch
umgekehrte
chemische Vorgänge, wo nämlich
einzelne
Stoffe in
mehrere
auseinander gehen, von denen natürlich jeder einzelne weniger wiegen muß, als die ursprüngliche Substanz wog. Ein Beispiel hierfür liefert uns das bekannte Salz
Kaliumchlorat
, das unter seinem lateinischen Apothekernamen
Kalium chloricum
sehr häufig in der Hausmedizin angewendet wird, um kleine Entzündungszustände der Mundhöhle zu beseitigen. Wenn wir etwas von diesem Salze in einem dünnwandigen unten geschlossenen Glasrohre erhitzen, wie es unter dem Namen
Probierrohr
von den Chemikern benutzt wird, so schmilzt es zunächst zu einer klaren Flüssigkeit. Bei stärkerem Erhitzen scheint diese Flüssigkeit in ein Sieden zu geraten, indem eine große Anzahl von Gasblasen sich aus ihr entwickeln. Es verdichtet sich aber keine Flüssigkeit, wie etwa beim Sieden des Wassers oder Quecksilbers im obern kühlen Teil des Probierrohrs, sondern dies bleibt trocken. Dagegen hat sich ein
Gas
entwickelt, welches von der gewöhnlichen atmosphärischen Luft verschieden ist. Wir überzeugen uns davon, indem wir einen Holzspan am Ende entzünden und nach einigem Brennen ausblasen, so daß er nur noch glimmt. Tauchen wir diesen glimmenden Spahn in das Innere des Probierröhrchens hinein, so entzündet er sich plötzlich mit starkem Glanze und kann brennend herausgezogen werden. Wenn wir das Erhitzen einige Zeit fortsetzen, so nehmen wir wahr, daß, trotzdem die Temperatur nicht gefallen ist, allmählich die Flüssigkeit erstarrt und ein weißes Salz sich aus ihr absondert, das erst bei sehr hoher Temperatur zum Schmelzen gebracht werden kann. Und haben wir das zum Versuch benutzte Kaliumchlorat vorher gewogen, so können wir uns bald überzeugen, daß es mehr als ein Drittel seines Gewichtes verloren hat.
Hier sehen wir also einen ursprünglich
einheitlichen Stoff in zwei verschiedene Stoffe
zerfallen, einerseits das Gas, welches die Verbrennung so lebhaft unterhalten hat, und andererseits das andere Salz, dessen Schmelzpunkt so sehr viel höher liegt als der des ursprünglichen Salzes, und das sich auch in seinen übrigen Eigenschaften als durchaus verschieden von jenem erweist.
Einen solchen chemischen Vorgang, bei welchem
ein
Stoff in
mehrere
gespalten wird, nennt man eine
Zerlegung
im Gegensatz
zu dem Vorgang der
Verbindung
, bei welchem aus mehreren Stoffen einer entsteht.
Fig. 3.
Verbindungen und Zerlegungen kann man so gut wie mit allen Stoffen vornehmen. Es gibt für jeden bekannten Stoff (mit sehr wenigen Ausnahmen) eine Anzahl anderer Stoffe, mit denen man ihn so
verbinden
kann, daß, neue einheitliche Stoffe größeren Gewichtes dabei entstehen, und es gibt eine Anzahl von Stoffen, die man durch geeignete Maßnahmen derart
zerlegen
kann, daß aus den einheitlichen Stoffen mehrere untereinander verschiedene sich bilden. Dazu diente in dem eben betrachteten Fall die
Wärme
. Die Elektrizität und mancherlei andere Agenzien können ähnliches bewirken.
Indessen beobachten wir dennoch, daß es einzelne Stoffe gibt, bei denen alle Mittel versagen, aus ihnen einfachere Bestandteile zu gewinnen. Die Anzahl solcher Stoffe hat sich im Lauf der
Zeit als ziemlich hoch herausgestellt. Man kennt jetzt etwa achtzig verschiedene Stoffe, welche diese Eigenschaft haben, daß nur solche Vorgänge an ihnen stattfinden, bei denen sie in
Verbindungen
übergehen, das heißt neue Stoffe von
größerem
Gewicht durch Zufügung anderer Stoffe bilden. Niemals aber kann man sie derartig umwandeln, daß sie in zwei oder drei oder mehr andere Stoffe zerfallen, von denen jeder einzelne
weniger
wiegt als der Ausgangsstoff.
Solche Stoffe nennt man
unzerlegbare Stoffe
oder
Elemente
.
Obwohl es in der Natur viele Tausende von verschiedenartigen Stoffen gibt, so findet man, wenn man sie genauer untersucht, bei der Zerlegung doch nichts anderes in ihnen als irgendwelche von diesen achtzig Elementen. Dabei liegen die Sachen noch so, daß von den 80 Elementen nur 20 oder 30 einigermaßen häufig in der Natur vorkommen, während alle übrigen, also die größere Mehrzahl, verhältnismäßig selten sind und sich nur in wenigen selten vorkommenden Stoffen antreffen lassen, hauptsächlich in Mineralien, die man an vereinzelten Orten der Erde findet. Also die ganze große Mannigfaltigkeit der verschiedenen Stoffe, die sich überall in der Natur zerstreut vorfinden, die ungeheure Zahl künstlicher Stoffe, die von den wissenschaftlichen und technischen Chemikern in den letzten Jahrzehnten hergestellt worden sind, alle diese vielen Stoffe »bestehen« aus verhältnismäßig wenigen Elementen, das heißt sie wandeln sich bei der Zerlegung in diese verhältnismäßig wenigen Elemente um.
 
Sechstes Kapitel.
Sauerstoff.
Von diesen unzerlegbaren Stoffen oder Elementen interessieren uns für unsere Frage nur einige wenige. Vor allen Dingen der
Sauerstoff
, den wir vorher als Bestandteil der atmosphärischen Luft kennen gelernt haben als denjenigen Anteil dieses weitverbreiteten Gases, von welchem die
Verbrennungen
abhängen.
Fig. 4.
In der Tat sind die Verbrennungen nichts anderes als
Verbindungen mit dem Sauerstoff
. Auch im reinen Zustande haben wir den Sauerstoff bei den wenigen Versuchen, die beschrieben worden sind, bereits kennen gelernt. Bei der Erhitzung des Kaliumchlorats entwickelte sich ein Gas, welches die Verbrennung besonders lebhaft unterhielt. Dieses Gas ist eben der reine Sauerstoff. Er gleicht dem äußeren Aussehen nach durchaus der atmosphärischen Luft, von welcher er ja einen Bestandteil, etwa 1/5 dem Raume nach bildet, ist geruchlos und geschmacklos wie die atmosphärische Luft, unterscheidet sich von dieser aber durch die geschilderte lebhaftere Verbrennungserscheinung, die man auch an vielen andern Stoffen kennen lernen kann.
Von allen existierenden Elementen ist der Sauerstoff bei weitem das wichtigste. Einmal deshalb, weil er von allen am reichlichsten in der Natur vorkommt; er bildet dem Gewichte nach mehr als die Hälfte der uns bekannten Erdrinde. Allerdings ist nur ein Teil des Sauerstoffs im
elementaren
Zustande als
Sauerstoffgas
vorhanden; wir wissen bereits, daß dieser Teil sich in der
Lufthülle
des Erdballes befindet und von dieser etwa den fünften Teil ausmacht. Der andere Teil des Sauerstoffs ist in Gestalt seiner
Verbindungen
vorhanden, d. h. als Bestandteil anderer Stoffe, die man in Sauerstoff und andere Elemente zerlegen kann. Von diesen Verbindungen des Sauerstoffs haben wir bereits zwei kennen gelernt, nämlich das
Wasser
und das
Kohlendioxyd
. Beide entstanden bei der Verbrennung verschiedener Stoffe an der Luft. Da wir wissen, daß eine Verbrennung in der Verbindung
mit Sauerstoff besteht, so folgt unmittelbar, daß, die Produkte der Verbrennung Sauerstoff enthalten müssen.
Nun hat das Wasser, das bei gewöhnlicher Temperatur flüssig und unterhalb 0° fest ist, keine Ähnlichkeit mit dem Sauerstoff, der unter diesen Umständen ein Gas ist und erst bei sehr niedriger Temperatur in den flüssigen und festen Zustand überzugehen vermag. Wenn wir also sagen, im Wasser sei Sauerstoff enthalten, so heißt dies nicht, daß wir den bekannten gasförmigen Sauerstoff darin finden, etwa wie die Nuß in der Schale, sondern etwas anderes, was wir genauer aussprechen müssen, damit dieses vielgebrauchte Wort einen bestimmten Sinn erhält. Es heißt, daß man einerseits niemals Wasser herstellen kann, ohne daß dazu Sauerstoff verwendet wird, und daß man andererseits aus allem Wasser Sauerstoff herstellen kann, z. B. indem man es durch den elektrischen Strom zersetzt. Um einen Vergleich zu machen, ist der Sauerstoff im Wasser enthalten, wie der Ton in der Orgel oder das Feuer im Zündhölzchen: man kann beide jederzeit daraus erhalten oder herstellen, sie haben aber selbst nicht die Eigenschaften des Produktes. Allerdings hinkt dieser Vergleich nach der anderen Seite, denn aus Tönen kann man nicht eine Orgel oder aus Feuer ein Zündhölzchen herstellen, wohl aber aus Sauerstoff Wasser oder andere Sauerstoffverbindungen.
Der unverbundene oder elementare Sauerstoff ist in der Luft in unbegrenzten Mengen vorhanden und hat deshalb keinen Handelswert, weil jedermann soviel davon nehmen kann, als er will. Reinen, d. h. nicht mit Stickstoff vermischten Sauerstoff dagegen muß man kaufen, denn es kostet Arbeit, ihn vom Stickstoff zu trennen, und diese Arbeit läßt sich nicht aus nichts schaffen. Um solchen Sauerstoff herzustellen, kühlt man die Luft sehr stark ab, wodurch sie flüssig wird. Da aber der Sauerstoff sich eher verflüssigen läßt, als der Stickstoff, so liegt darin ein Mittel, beide zu trennen. Es handelt sich hierbei nicht um eine chemische Scheidung, denn Stickstoff und Sauerstoff sind in der Luft nur miteinander gemischt oder nach wissenschaftlicher Sprache ineinander
gelöst
.
Um den gasförmigen Sauerstoff, von dem ein Liter unter gewöhnlichen Verhältnissen nur etwas über ein Gramm wiegt, bequemer transportieren zu können, pumpt man ihn in stählerne Flaschen, die einen starken Druck aushalten können, so kann man ihn etwa auf die hundertfache Dichte bringen. Er wird aber dabei nicht flüssig; hierzu gehört eine sehr niedrige Temperatur, die unter 180° unter dem Eispunkt liegt. Flüssiger Sauerstoff
ist eine bläulich durchsichtige, leichtbewegliche Flüssigkeit. Um sie einige Zeit aufheben zu können, bewahrt man sie in Gefäßen mit doppelten Glaswänden auf, zwischen denen der Raum sehr sorgfältig luftleer gepumpt ist. Dadurch wird nämlich die Wärmeleitung fast völlig aufgehoben und man kann den flüssigen Sauerstoff einige Zeit aufbewahren, bevor er sich wieder in Gas verwandelt oder »verdampft«.
Fig. 5.
Man benutzt den reinen Sauerstoff hauptsächlich, um damit Flammen von sehr hoher Temperatur zu erzeugen, mittels deren man z. B. dicke Eisenplatten leicht und schnell zerschneiden, d. h. eigentlich durchbrennen kann. Auch wenn es sich um die Wiederbelebung Erstickter handelt, führt man reinen Sauerstoff in die Lungen, denn die Erstickung beruht darauf, daß dem Lebewesen die Luft, d. h. deren Sauerstoff durch irgendeinen Umstand unzugänglich gemacht worden ist, und die entstandenen Folgen lassen sich am schnellsten durch die Einführung reinen Sauerstoffs beseitigen, falls überhaupt noch Leben vorhanden ist.
Die Verbindungen des Sauerstoffs heißen allgemein
Oxyde
, von dem wissenschaftlichen Namen des Sauerstoffs
Oxygenium
. Demgemäß müßte Wasser eigentlich Wasserstoffoxyd heißen. Da man aber das Wasser gekannt hat, lange bevor man etwas von seiner Zusammensetzung aus Sauerstoff und Wasserstoff wußte, so hatte es längst seinen eigenen Namen, als am Ende des achtzehnten Jahrhunderts diese Entdeckung gemacht wurde. Man hat umgekehrt das zweite im Wasser enthaltene Element nach der Verbindung getauft, indem man es Wasserstoff genannt hat. Man Kann nicht in Abrede stellen, daß diese Bezeichnung nicht richtig oder zweckmäßig war, da hier der allgemeine Grundsatz der chemischen Namengebung, die Namen der Verbindungen aus denen der Elemente abzuleiten, gerade umgekehrt worden ist.
Die Verbindung des Sauerstoffs mit dem Kohlenstoff heißt dagegen richtig
Kohlendioxyd
. Die Frage, warum man den Stoff nicht einfach Kohlenoxyd nennt, ist dahin zu beantworten, daß es zwei verschiedene Verbindungen aus beiden Elementen gibt, eine mit weniger Sauerstoff, die Kohlenoxyd heißt, und eine mit mehr Sauerstoff (die, welche wir nach ihrer Reaktion mit Kalkwasser kennen gelernt), die zum Unterschied den Namen Kohlendioxyd erhalten hat;
di
ist das griechische Zahlwort für zwei.
 
Siebentes Kapitel.
Kohlenstoff und Wasserstoff.
Ein anderes Element, das für uns die größte Bedeutung hat, ist der
Kohlenstoff
. Die gewöhnliche Holzkohle stellt dieses Element in einem nicht ganz reinen Zustande dar, reiner schon ist geglühter
Ruß
, ein schwarzes Pulver, daß sich aus den Flammen brennender Kohlenstoffverbindungen an kalten Gegenständen absetzt.
Ferner ist zu erwähnen, daß der
Graphit
, aus welchem Bleistifte gemacht werden, und auch noch der wohlbekannte und kostbare Edelstein
Diamant
aus reinem Kohlenstoff bestehen. Wir haben hier die merkwürdige Tatsache, daß ein und derselbe Stoff in ganz verschiedenartigen Formen auftreten kann, die scheinbar gar nichts miteinander zu tun haben. Es ist das eine Verschiedenheit ungefähr, wie die zwischen Eis, Wasser und Wasserdampf, die wir vorhin kennen gelernt haben. Nur liegen die Verhältnisse im vorliegenden Fall ein wenig verwickelter, da diese verschiedenen Formen keineswegs sich so leicht ineinander verwandeln lassen, wie Eis, Wasser und Dampf.
Die Behauptung, daß es sich wirklich nur um das Element Kohlenstoff hierbei handelt, wird dadurch bewiesen, daß man alle diese drei Stoffe, die gewöhnliche Kohle wie den Graphit und den Diamant, durch geeignete Erhitzung in Sauerstoffgas verbrennen kann. Sie verbrennen mit verschiedener Leichtigkeit, der Graphit am allerschwersten, der Diamant etwas leichter und die Holzkohle am allerleichtesten, aber wenn man die Gewichtsmenge, die man verbrennt, genau bestimmt und das Verbrennungsprodukt, das aus ihnen entsteht, nämlich das Kohlendioxyd, gleichfalls wägt, so findet man, daß diese drei Stoffe in genau demselben Verhältnis eine und dieselbe Verbindung mit Sauerstoff ergeben.
Diese Verbindung Kohlendioxid kennen wir bereits als Verbrennungsprodukt der verschiedenartigen Stoffe, Öl, Alkohol usw.; es ist jener gasförmige Stoff, dessen Austreten wir durch den weißen Niederschlag mit Kalkwasser feststellen können. Jedes Gramm Kohle in irgendeiner der drei Formen gibt 2¾ Gramm Kohlenoxid und dieses Verhältnis ist ganz unabhängig von der Form, in welcher der Kohlenstoff verwendet worden ist.
Wie kommen wir nun dazu, Kohlendioxyd aus Öl oder Weingeist oder Stearin zu erhalten, wie das doch die anfangs beschriebenen Versuche zeigten? Sind diese drei Stoffe auch verschiedenartige Formen des Kohlenstoffs? Die Antwort darauf ist teilweise in den beschriebenen Versuchen schon gegeben. Es wurde ja aus den genannten Stoffen neben dem Kohlendioxid
Wasser
erhalten. Daraus geht schon hervor, daß es sich nicht um das Element Kohlenstoff handeln kann; denn dieses gibt beim Verbrennen nur Kohlendioxyd und nichts anderes. Die genannten Stoffe sind somit nicht
einfache
Stoffe oder Elemente, sondern sie sind zusammengesetzte Stoffe oder Verbindungen, und zwar solche Verbindungen, die sämtlich das Element Kohlenstoff enthalten und außerdem noch jenes andere Element, welches beim Verbrennen Wasser gibt. Auch dies Element haben wir bereits kennen gelernt. Es ist dies das
Wasserstoffgas
, das vorher erwähnt wurde als Hilfsmittel, um Luftballons aufsteigen zu machen.
Während der Sauerstoff und der Kohlenstoff Elemente sind, die sich als solche oder in freiem Zustande in der Natur vorfinden, kommt das Element Wasserstoff in der Natur nicht als ungebundenes freies Element vor, wohl aber als ein Bestandteil zahlloser anderer Stoffe.
Wie aus dem Namen schon zu entnehmen war, bildet der Wasserstoff einen Bestandteil des
Wassers
. Wasser ist nämlich ein zusammengesetzter Stoff, welcher aus Wasserstoff und Sauerstoff besteht und zwar in einem Verhältnis von einem Gewichtsteil Wasserstoff auf acht Gewichtsteile Sauerstoff. Der Sauerstoff bildet also den bei weitem größeren Anteil des Wassers dem Gewichte nach. Ferner ist der Wasserstoff ein Bestandteil sehr vieler anderer Stoffe, namentlich solcher, aus denen Pflanzen- und Tierkörper bestehen. Die Stoffe, die wir zu Verbrennungsversuchen verwendet haben, Weingeist, Stearin und Öl usw., sind ja solche Stoffe, die in Pflanzenkörpern entweder direkt gefunden oder durch Umwandlungen aus den dort vorkommenden Stoffen gewonnen werden. Den Wasserstoff, den sie enthalten, haben sie natürlich aus ihren Ursprungsstoffen entnommen.
Diese Stoffe also, welche beim Verbrennen Wasser und Kohlendioxyd geben, enthalten alle die Elemente Wasserstoff und Kohlenstoff. Die Frage, ob sie aus diesen Elementen allein bestehen oder noch andere enthalten, wird durch jene Versuche nicht beantwortet, wenn im Falle des Holzes oder der Steinkohle nach dem Verbrennen
Asche
zurückbleibt, so enthalten die Stoffe sicherlich andere Elemente. Denn wenn sie nur Kohlenstoff oder andere Stoffe
enthielten, so wären keine Stoffe vorhanden, welche die Asche bilden. Aber auch andere Stoffe können darin sein, welche beim Verbrennen gasförmige oder dampfförmige Produkte geben. Denn wir haben ja noch keine Hilfsmittel, um andere Verbrennungsprodukte zu erkennen; nur die beiden Stoffe Kohlendioxyd und Wasser werden durch die beschriebenen Kennzeichen oder »Reaktionen« angezeigt. Tatsächlich sind in den genannten und beschriebenen Stoffen keine Elemente außer Kohlenstoff und Wasserstoff, dazu vielfach auch Sauerstoff, enthalten. Dieser Sauerstoff kann bei den verschiedenen Verbrennungsversuchen natürlich nicht erkannt werden. Denn da ja jedenfalls Sauerstoff aus der Luft bei der Verbrennung hinzukommt, kann man nachträglich nicht ohne weiteres unterscheiden, woher der ganze Sauerstoff der Verbrennungsprodukte rührt. So enthält von den genannten Stoffen das Petroleum oder Steinöl nur Kohlenstoff und Wasserstoff und gar keine andern Elemente, während Weingeist und gewöhnliches Öl, Holz usw. außer Kohlenstoff und Wasserstoff noch Sauerstoff enthalten.
Man kann sich leicht vorstellen, wie man bei sachgemäßer Ausgestaltung der beschriebenen Versuche dazu kommen kann, auch die
Menge
des Wasserstoffs und die des Kohlenstoffs zu bestimmen, die in den verschiedenen Stoffen enthalten sind, wenn man das Kohlendioxyd sammelt und wägt, so kann man aus dem angegebenen Verhältnis zwischen Kohlendioxyd und Kohlenstoff berechnen, wie viel von dem Element Kohlenstoff in einer gegebenen Menge der Verbindung enthalten ist. Ebenso kann man es machen, wenn man das gebildete Wasser sammelt und wägt; denn man weiß: in neun Teilen Wasser ist ein Teil Wasserstoff drin und die übrigen acht Teile werden vom Sauerstoff gebildet. Auf solche Weise ist seit mehr als hundert Jahren eine große Menge von tierischen und pflanzlichen Stoffen untersucht worden, insbesondere die
Nahrungsmittel
, von denen die Menschen und Tiere leben, und es hat sich herausgestellt, daß alle diese Nahrungsmittel in der Hauptsache Kohlenstoff und Wasserstoff (neben Sauerstoff) enthalten. Dazu sind oft noch einige andere Elemente in geringerer Menge vorhanden, von denen hier noch nicht die Rede gewesen ist, die aber später besprochen werden sollen.
 
Achtes Kapitel.
Die Verbrennung des Kohlenstoffes im Lebewesen.
Wir wollen nun einer gegebenen Menge Kohlenstoff auf ihrem Wege durch den Tier- und Pflanzenkörper, sowie durch die atmosphärische Luft folgen, wir nehmen an, daß wir eine gewisse Menge von einem Pflanzenstoff, etwa Zucker oder Öl, haben, der dann von einem Tiere als Nahrung aufgenommen wird. Das Tier ist beständig wärmer als seine Umgebung. Bei Warmblütern, Säugetieren und Vögeln, ist das in einem sehr hohen Maße der Fall, aber auch die sogenannten Kaltblüter zeigen immer eine Temperatur, die um einige Grade höher ist, als die ihrer Umgebung von Luft oder Wasser, in der sie leben, Stellt man sich die Frage, woher diese Wärme kommen mag, so liegt die Vermutung nahe genug, daß es sich um einen
Verbrennungsvorgang
handelt, durch den die Wärme gebildet wird, gerade ebenso wie wir durch Verbrennen von Pflanzenkörpern, dem Holz der gegenwärtig lebenden Pflanzen oder den Überresten vorweltlicher Pflanzen, wie sie in der Braunkohle und Steinkohle vorhanden sind, Wärme erzeugen. Wenn wir solche Pflanzenkörper im Ofen verbrennen, so entwickeln sich entsprechende Wärmemengen, die um so größer sind, je größere Mengen dieser Stoffe hier verbrennen. Wir können also den Körper der Tiere als eine Art Ofen betrachten. Wir finden eine weitere Ähnlichkeit mit einem Ofen darin, daß die Kohle oder das Holz im Ofen nicht brennen will, wenn keine
Luft
hinzutreten kann. Ebenso können Tiere und Menschen nicht leben, wenn ihnen die Luft abgeschnitten wird. Man überzeugt sich durch entsprechende Versuche leicht, daß es sich nur um den Sauerstoffgehalt der Luft handelt, nicht um den Stickstoff, der beigemischt ist. Die Notwendigkeit der Luft, d. h. des Sauerstoffs, ist so groß, daß die meisten Tiere auch nur wenige Minuten hindurch den Mangel an Luft nicht ertragen können, ohne zugrunde zu gehen.
Natürlich ist die Ähnlichkeit, so groß sie ist, nach kein
Beweis
. Wir haben aber die Mittel an der Hand, den Beweis tatsächlich zu führen. Welche Stoffe entstehen bei der Verbrennung des Öls oder des Zuckers oder ähnlicher Pflanzenkörper?
Wir wissen es bereits aus den einfachen Versuchen, die früher beschrieben worden sind, daß
Wasser
in Gestalt von Wasserdampf entsteht und außerdem gasförmiges
Kohlendioxid
. Wir wiederholen nun genau dieselben Versuche mit der Luft, welche wir aus unseren Lungen ausatmen. Wir hauchen in ein kaltes trockenes Glas hinein. Jedermann weiß, daß aus dem Hauch ein Beschlag von Wassertröpfchen sich an dem Glase bildet, der ebenso aussieht, wie der Beschlag von Wassertröpfchen, welcher dadurch entsteht, daß man eine Flamme einer Kerze oder eines ähnlichen Stoffes in das Glas hineinhält. Ferner müssen wir nachsehen, ob sich Kohlendioxyd in der Luft befindet, welche wir ausatmen. Zu diesem Zwecke blasen wir vermittels einer Röhre die Luft aus unseren Lungen in ein Glas mit Kalkwasser hinein und wir beobachten in der Tat, daß, in wenigen Augenblicken das Wasser die wohlbekannte weiße Trübung annimmt, daß also die Reaktion oder das Erkennungszeichen des Kohlendioxyd auch der Atemluft eigen ist. Wir überzeugen uns derart, daß wirklich die Ähnlichkeit zwischen der Verbrennung solcher Stoffe etwa in einem Ofen und zwischen dem Vorgang, der in unserm Körper vor sich geht, nach allen Richtungen vorhanden ist. Sowohl die Wärmeentwicklung läßt sich nachweisen, wie auch die Entstehung der Verbrennungsprodukte.
Nur in einer Beziehung besteht ein sehr großer Unterschied, während die Temperatur im Ofen sehr hoch ist (800-1000°), so ist die Temperatur im Körper des Menschen und des Tieres nur niedrig, bis etwa 36°; je nach der Natur des betreffenden Geschöpfes, und wir erreichen jedenfalls bei weitem nicht die hohen Temperaturen, bei welchen Öl oder Holz oder ähnliche Stoffe anfangen zu brennen. Wir haben also im tierischen Körper die Tatsache einer
Verbrennung bei niedriger Temperatur
vor uns und diese Tatsache ist das letzte Hindernis, um die Theorie der Verbrennung für die Vorgänge, welche im tierischen Körper stattfinden, ohne weiters anzunehmen.
In der Tat hat die Aufklärung dieser Tatsache noch eine sehr lange und schwierige Arbeit beansprucht, nachdem man schon längst in bezug auf die Hauptsache im klaren gewesen war. Erst in den letzten Jahrzehnten ist die Forschung soweit gekommen, daß sie wissenschaftliche Klarheit darüber gewonnen und im einzelnen nachgewiesen hat, wie solche chemische Vorgänge, die gewöhnlich nur bei hoher Temperatur schnell genug stattfinden, doch bei niedriger auch verlaufen können, ohne daß man auch nur an einer einzigen Stelle eine höhere Temperatur nachweisen kann.
Wir können uns auf die Einzelheiten dieser merkwürdigen Vorgänge an dieser Stelle nicht einlassen. Ich will nur auf eine wohlbekannte Tatsache hinweisen, welche ein Beispiel für einen derartigen Vorgang gibt. Jedermann weiß, daß wenn Leuchtgas aus dem Brenner strömt, ohne daß man eine Flamme daranhält, dieses Leuchtgas sich mit der Luft vermischt, ohne sich zu entzünden, obwohl es ja in der Luft brennbar ist. Es sind also die chemischen Bedingungen einer Verbrennung vorhanden, ohne daß sie eintritt. Ebensowenig entzünden sich ja auch die anderen brennbaren Stoffe, Öl, Weingeist, Steinöl oder Holz an der Luft, obwohl sie brennbar sind. Alle diese Stoffe verbrennen nur,
wenn sie sich bei hoher Temperatur befinden
. Dazu ist nur nötig, daß einige Teile von ihnen auf irgendeine Weise, etwa durch die Flamme eines Zündhölzchens erwärmt werden. Dann entsteht nämlich durch die Verbrennung selbst so viel Wärme, daß auch die angrenzenden Teile bis auf die »Entzündungstemperatur«, d. h. die Temperatur gelangen, bei welcher sich der chemische Vorgang der Verbindung mit Sauerstoff schnell genug fortsetzt, um sich dauernd im Gange zu halten. Wird dagegen die Stelle soweit abgekühlt, daß die Geschwindigkeit des Verbindungsvorganges zu klein wird, so hört diese selbsttätige Fortsetzung auf und der brennende Körper »erlischt«. Hierauf beruht alles Auslöschen, sei es durch Wasser, sei es durch Ausblasen.
Nun lassen wir aber Leuchtgas in die Luft ausströmen und halten eine sogenannte
Zündpille
hinein, wie man sie benutzt, um ein selbsttätiges Anzünden des Gases an einem unbequem erreichbaren Brenner hervorzubringen. Sobald das Gas mit der Zündpille in Berührung kommt, wird sie glühend und das Gas entzündet sich alsbald an diesem glühenden Körper. Wir haben hier also die Tatsache, daß das Leuchtgas, welches für sich mit Luft gemischt nicht brennt, doch verbrennt und die Zündpille erhitzt, wenn es mit dieser in Berührung kommt. Die Zündpille enthält nämlich eine kleine Menge von dem Metall
Platin
und dieses Metall hat die Eigenschaft, daß es die Verbrennung des Gases mit der Luft, welche sonst erst bei hoher Temperatur stattfindet, schon bei gewöhnlicher Temperatur in Gang bringen kann.
Dies ist keineswegs das einzige Beispiel für diese merkwürdigen Erscheinungen, vielmehr ist, wie sich erst in neuerer Zeit herausgestellt hat, die ganze Chemie erfüllt von derartigen Vorgängen, bei denen durch die Gegenwart eines fremden Stoffes der chemische Verbindungsvorgang zwischen gegebenen Stoffen beschleunigt wird,
die zwar sich verbinden können, es aber erst bei höherer Temperatur in sichtbarer Weise tun. Die Aufklärung dieser Tatsachen beruht darauf, daß jene Verbindungsvorgänge, also auch die Verbrennung, bei gewöhnlicher Temperatur tatsächlich stattfinden, aber in so außerordentlich geringem Maße, daß es vollkommen unmöglich ist, mit den gegenwärtigen Hilfsmitteln in absehbarer Zeit irgendwelche Produkte dieser Vorgänge zu sammeln. Erhöht man die Temperatur stufenweise, so kommt man in Gebiete, bei welchen man zwar mit bloßem Auge und ohne besondere Hilfsmittel nichts Besonderes sehen kann, wo man aber durch feinere chemische Hilfsmittel schon erkennen kann, daß die Verbrennung vor sich geht. Und je höher die Temperatur steigt, um so schneller werden solche Vorgänge, bis sie schließlich mit einer solchen Schnelligkeit erfolgen, daß man ohne weitere Maßnahmen mit bloßem Auge durch die entstehende Flamme und die örtliche starke Temperaturerhöhung erkennen kann, daß tatsächlich die Verbindung stattfindet, solche Stoffe wie das Platin in der Zündpille und die anderen ähnlich wirkenden haben die besondere Eigenschaft, daß sie gewisse Vorgänge, welche an und für sich stattfinden können und auch tatsächlich stattfinden, nur mit außerordentlicher Langsamkeit, sehr stark
beschleunigen
und dadurch bei niedriger Temperatur Vorgänge hervorbringen, wie sie sonst erst bei viel höheren Temperaturen eintreten würden.
Solche Stoffe heißen
Katalysatoren
. Sie wirken auf die chemischen Vorgänge ungefähr so, wie das Öl auf eine Maschine, deren Teile rauh sind und stark aneinander reiben. Während die Maschine bei gegebener Kraft nicht von der Stelle gehen will, solange dieser Zustand besteht, wird sie sofort beweglich, sobald man die rauhen Teile mit Öl glättet und dadurch die Geschwindigkeit der Bewegung erhöht. Es ist wichtig, daß man auch bei den Katalysatoren diesen Gesichtspunkt festhalten kann. Denn sie haben niemals die Eigenschaft Vorgänge zu ermöglichen, die an und für sich nicht stattfinden könnten, sondern sie haben immer nur die Eigenschaft, daß sie an und für sich mögliche und wirkliche Vorgänge
auf ein anderes Tempo bringen
, daß sie sozusagen das Pendel ihrer Uhr in mehr oder weniger starkem Maße verkürzen oder unter Umständen wohl auch verlängern. Der Körper des Menschen und der Tiere und, wie wir gleich hinzufügen können, auch der Körper der Pflanzen, bildet nun eine große Menge derartiger katalytischer Stoffe. Insbesondere befinden sich in allen Geweben der Tiere solche Stoffe, die die Nahrungsmittel, die durch die Lymphe und das Blut in alle Provinzen
des Körpers getragen werden, mit dem vorhandenen Sauerstoff verbinden und sie dadurch verbrennen.
Es findet also wirklich im Innern des Körpers ein
Verbrennungsvorgang
statt, der sämtliche Eigenschaften eines gewöhnlichen Verbrennungsvorganges besitzt, nur daß durch die Hilfe der Katalysatoren die Verbrennung, anstatt bei 800 und mehr Grad einzutreten, schon bei der Temperatur des Körpers eintritt.
Aber auch hier geschieht die Verbrennung um so schneller, je höher die Temperatur ist und je starker die Katalysatoren wirken. So rühren beispielsweise die hohen Temperaturen im
Fieber
daher, daß der Mensch in diesem Zustande mehr van seinen Stoffen verbrennt, als im normalen Zustande. Dadurch steigt einerseits die Temperatur und findet andererseits die wohlbekannte Schwächung und Erschöpfung des fieberkranken Organismus infolge des übernormal gesteigerten Verbrauches statt.
 
Neuntes Kapitel.
Die Mühle des Lebens.
Wir haben durch die angestellten Betrachtungen erkannt, wie der Organismus den Kohlenstoff seiner Nahrungsmittel innerhalb des Körpers verbrennt und in Kohlendioxid verwandelt. Das Ein- und Ausatmen der Luft bewirkt einerseits, daß der Sauerstoff, der zur Verbrennung notwendig ist, immer wieder in den Körper eintreten kann und bewirkt andererseits, daß das gebildete Kohlendioxyd, welches ja auch gasförmig ist, aus dem Körper herausgeschafft wird. Insofern ist also der Körper verschieden vom Ofen, als bei diesem die Wege für den Eintritt der Luft und den Austritt der gasförmigen Verbrennungsprodukte getrennt angeordnet sind, während im Körper derselbe weg, nämlich die
Luftröhre
, benutzt wird. Damit beide Vorgänge ohne gegenseitige Störung erfolgen können, sind sie im
periodischen Wechsel
angeordnet, so daß beim Einatmen die Verbrennungsluft in den Körper eingeführt, beim Ausatmen die Produkte der Verbrennung aus dem Körper entfernt werden.
Die Luft, die ausgeatmet wird, enthält ungefähr ebensoviel Kohlendioxyd dem Raume nach, als die eingeatmete Luft Sauerstoff verloren hat. Dieses Kohlendioxyd teilt sich der atmosphärischen Luft mit und wird durch die Winde nach irgendwelchen zufälligen Richtungen auf der Erdoberfläche hin und her geweht. Es gelangt dann früher oder später in Berührung mit einer
grünen Pflanze
und
dort tritt nun der umgekehrte Vorgang ein
. Die grünen Organe oder Blätter der Pflanze haben die Eigenschaft, daß sie Kohlendioxyd aufnehmen. In den Zellen, in welchen das Blattgrün oder Chlorophyll enthalten ist, wird der Vorgang, der innerhalb des Tierkörpers stattgefunden hatte, umgekehrt. Das Kohlendioxyd wird zerlegt in
Sauerstoff
, der sich der Atmosphäre mitteilt, und in
Kohlenstoff
, welcher in der Zelle verbleibt und der mit dem vorhandenen Wasser und anderen Stoffen in Verbindungen übergeht, welche dann den Pflanzenkörper in seinen verschiedenen Gestaltungen bilden. Aus
der Zelle werden dann durch den Saftstrom der Pflanze die gebildeten Stoffe weiter transportiert und in geeigneten Teilen, etwa den Früchten oder den Wurzelknollen oder, wo sie sonst erforderlich sind, abgelagert. Ebenso wird das Gewebe des Pflanzenkörpers, das Holz und die Fasern und die sämtlichen übrigen Teile, aus denen solch eine Pflanze besteht, aus diesen Produkten gebildet, welche durch die Trennung des Sauerstoffes vom Kohlenstoff und durch die Verbindung des Kohlenstoffes mit dem vorhandenen Wasser und den andern Substanzen der Pflanzenzelle entstehen.
Diese Produkte, insbesondere diejenigen, welche die Pflanze für die Entwicklung ihrer künftigen Abkömmlinge in dem Samen, den Wurzelknollen und ähnlichen Organen aufspeichert, werden dann von den Tieren verzehrt und es treten dann genau dieselben Vorgänge ein, die wir bisher verfolgt hatten. Auf solche Weise ist also, wie wir uns überzeugen, ein regelmäßiger
Kreislauf des Kohlenstoffs
durch den Tier- und Pflanzenkörper hergestellt. Dasjenige, was das Tier braucht, wird ihm von der Pflanze geliefert und dasjenige, was das Tier nicht mehr braucht, das wird von der Pflanze wieder aufgenommen, um in Formen übergeführt zu werden, welche für das Tier wiederum brauchbar sind.
Das Tier verbrennt den Kohlenstoff der Verbindungen zu Kohlendioxyd und Wasser und es verbraucht dazu den Sauerstoff der Luft, die Pflanze trennt das Kohlendioxyd, indem es der Luft den Sauerstoff wieder zurückgibt und den Kohlenstoff in solche Verbindungen mit Wasser oder Wasserstoff überführt, wie sie von den Tieren als Nahrungsmittel aufgenommen werden können. Hier haben wir also einen durchaus regelmäßigen und in sich geschlossenen Kreislauf des Kohlenstoffs vor uns und es macht den Eindruck, als wenn das »Rad des Lebens«, nämlich eben dieser Kohlenstoff, in ununterbrochenem, ja ewigem Betriebe fortlaufen könnte, ohne daß es eines jeweiligen Anstoßes bedürfte. Denn Pflanze und Tier ergänzen sich ja in solcher Weise, daß das eine genau das liefert, was das andere verbraucht und von dem andern dasjenige erhält, was es für sein eigenes Leben braucht. Hier wäre mit andern Worten das Problem des
Perpetuum mobile
gelöst, an welchem so viele eifrige und teilweise auch gescheute Köpfe des Mittelalters sich vergeblich abgemüht hatten, nämlich die Aufgabe eine Maschine zu erbauen, welche ohne äußern Anstoß und ohne daß sie Arbeit van irgendwelcher Seite aufzunehmen braucht, unaufhörlich im Gange bleibt und womöglich noch nach außen Arbeit abgeben kann. Zwar ist weder die Pflanze für sich, noch das Tier für sich ein
solches Perpetuum mobile. Beide zusammen scheinen aber eines darzustellen.
Diese Auffassung ist indessen nicht richtig
und wir können gleich auch den Punkt bezeichnen, in welchem sie falsch ist. Die Pflanzen wachsen ja nicht von selbst und unter allen beliebigen Umständen, sondern sie bedürfen zu ihrem Wachstum des
Sonnenlichtes
, denn sie können ohne Sonnenlicht durchaus nicht gedeihen, wir werden uns also zu fragen haben,
welches die Rolle des Sonnenlichts bei der Entwicklung der Pflanze ist
.
Um nun genauer zu verstehen, was noch zu diesem Kreislauf wichtig ist, untersuchen wir ein einfacheres Beispiel mit Verhältnissen, die sich unmittelbar übersehen lassen. Wenn man eine Wassermühle betrachtet, so sieht man ein großes Rad, welches unaufhörlich im Kreise geht und welches dann die übrigen Teile der Mühle, die Steine, das Triebwerk usw. in Bewegung hält. Das Rad dreht sich unaufhörlich im Kreise und bei der ersten Betrachtung scheint es, als wenn das Rad das Wesentliche wäre, um die Mühle zu betreiben. Das ist aber nur insofern richtig, als sicherlich die Mühle nicht ohne das Rad gehn kann. Aber insofern ist es unrichtig, als das Rad von sich aus jedenfalls auch nicht gehen und die Mühle treiben kann, sondern es muß seinerseits von dem
fallenden Wasser
bewegt werden, welches an seinem Umfange angreift und durch sein Herunterfallen von der Höhe die eigentliche Arbeit in der Mühle leistet. Dieses Wasser, welches die Mühle treibt, ist seinerseits keinem
periodischen
Vorgang unterworfen. Es fließt ununterbrochen von oben nach unten abwärts; die Bewegung des Wassers stellt also durchaus einen
fortschreitenden
Vorgang dar, und zwar einen, ohne welchen der periodische Vorgang oder der Kreislauf des Rades überhaupt nicht möglich wäre. Das Rad ist also mit andern Worten nur ein Werkzeug, durch welches die
Arbeit des fallenden Wassers
auf die Mühle
übertragen
wird. Die eigentliche
treibende
Fähigkeit wird nicht vom Rad ausgeübt, sondern sie wird vom fallenden Wasser bewirkt. Nachdem das Wasser van dem oberen Sammelteich in den Ablauf des Triebrades gefallen ist,
ist es nicht mehr fähig, Arbeit zu leisten
. Man müßte es denn auf die obere Höhe hinaufheben; hierzu wäre aber mindestens ebensoviel Arbeit erforderlich, als das fallende Wasser hernach wieder im Rade leisten könnte, d. h. es würde überhaupt keine Triebkraft gewonnen. Die Arbeit wird also
verbraucht
, d. h. an dem Wasser im oberen Teich haftete die Arbeit, welche während des Fallens in das Rad überging und von diesem in die Mühle gebracht wurde, während das unten ausfließende
Wasser diese Arbeit abgegeben hat und nicht mehr besitzt. Nur durch Zufuhr neuer Arbeit könnte es in seinen früheren Zustand zurückgeführt werden.
Hier haben wir also an einem besonders einfachen Beispiel eine Zusammensetzung einer periodischen oder Kreisbewegung mit einer einseitig verlaufenden oder fortschreitenden vor Augen. Die Kreisbewegung dient dazu, um aus der fortschreitenden Bewegung diejenige Form der Arbeit herzustellen, welche für den besondern Zweck nötig ist; denn mit dem fallenden Wasser kann man unmittelbar nicht Körner mahlen, wohl aber mit dem im Kreise umlaufenden Stein. Aber das ganze Werkzeug würde nicht in Betrieb gesetzt werden können, wenn nicht das fallende Wasser da wäre, welches die eigentliche Arbeitstätigkeit leistet und dessen Arbeit dann durch das Werkzeug, durch das Rad, und die anderen Teile der Mühle in die geeignete Form umgewandelt wird.
Ganz ebenso muß man das Verhältnis zwischen Pflanze und Tier in bezug auf den Kohlenstoff auffassen. Die Pflanze und das Tier zusammen stellen die Mühle dar. Sie bilden zusammen ein System, dessen Teile so zueinander geordnet sind, daß sie sich zu einem stetigen Vorgang verbinden und dessen Glieder so vollkommen ineinander greifen, daß nach einem Umlauf wiederum die frühere Stellung erlangt wird, genau so wie sich das Mühlenrad um seine Achse so dreht, daß die einzelnen Teile des Rades nach je einer Umdrehung wieder genau in seine frühere Stellung zurückgelangt.
Die Rolle des fallenden Wassers aber wird bei der Maschine des Lebens von den Sonnenstrahlen übernommen
; ohne die Sonnenstrahlen kann das Rad des Lebens nicht im Gang erhalten werden und wir werden nach genauer erforschen müssen, auf welchen Verhältnissen und Naturgesetzen diese merkwürdige Umwandlung der Sonnenstrahlen in Nahrungsmittel und Wärme beruht.
 
Zehntes Kapitel.
Die Energie.
Um diese wichtigen Verhältnisse vollständig und klar zu übersehen, müssen wir uns einige allgemeine und grundlegende Begriffe geläufig machen, die zwar ein jeder von uns kennt, die wir aber doch ein wenig genauer beschreiben und bestimmen müssen, damit wir exakt wissen, was wir meinen, wenn wir die zugehörigen Wörter anwenden.
Der Hauptbegriff, um den es sich hier handelt, ist der Begriff der
Arbeit
. Wir kennen sehr verschiedene Arten der Arbeit, geistige Arbeit auf der einen Seite und mechanische Arbeit auf der andern, Arbeit einerseits, die nur ganz besonders begabte und geübte Menschen leisten können, und Arbeit andererseits, zu deren Ausführung durchaus nicht tierische oder menschliche Kraft, nicht einmal das Leben in irgendeiner Form erforderlich ist, sondern welche von leblosen Maschinen geleistet wird. Alle diese Arbeiten sind dadurch gekennzeichnet, daß dazu etwas
verbraucht
wird und daß eine
Leistung
irgendwelcher gewünschter Art entsteht. Ohne den Verbrauch kann niemals eine Leistung erzielt werden und wir können an jedem derartigen Vorgang genau wie an der Wassermühle einerseits die
Maschine
, welche die Leistung in der gewünschten Form vermittelt, unterscheiden von dem
Arbeitsvorrat
oder der
Arbeitsquelle
, ohne deren Vorhandensein die Maschine überhaupt nicht in Tätigkeit gelangen würde.
Es ist schon erwähnt worden, daß in früheren Jahrhunderten alle möglichen Versuche gemacht worden sind, um eine Maschine zu konstruieren, bei welcher der zweite Teil nicht vorhanden zu sein brauchte, eine Maschine also, welche ohne Arbeitsvorrat oder Arbeitsquelle sich bewegen und Arbeit leisten konnte. Solche Maschinen haben sich immer wieder als unausführbar erwiesen, sooft auch die glücklich-unglücklichen Erfinder eine Form gefunden zu haben glaubten, welche »unbedingt gehen müßte«, wenn man sie in Betrieb zu setzen versuchte, so hat sich doch immer wieder herausgestellt, daß solche Maschinen nicht gehen wollen und als Gesamtergebnis aller Versuche hat man dann den Schluß ziehen müssen,
daß solche Maschinen überhaupt nicht gehen können, weil sie unter keinen Umständen
von selbst
sich bewegen, sondern durchaus immer und ausnahmslos dazu einen
Antrieb
brauchen. Ist ein solcher Antrieb vorhanden, so kann die Maschine auch Arbeit leisten, entsprechend dem Antrieb, den sie empfangen hat, ganz in derselben Weise, wie man etwa nur dann Ware erhält, wenn man Geld dafür hergibt. Die Menge Ware, die man erhält, steht immer im Verhältnis zum aufgewandten Gelde und man erhält daher gar nichts, wenn man kein Geld dafür aufwenden will. Die Aufgabe der Erfinder des Perpetuum mobile kam also in diesem Sinne darauf hinaus, daß sie Ware kaufen wollten, ohne dafür Geld herzugeben. Die Gesamtheit der auf diesem Gebiet gewonnenen Erfahrungen bewies aber endgültig, daß ein derartiges Unternehmen auf dem Gebiete der mechanischen Arbeit ebenso unausführbar ist, wie auf dem Gebiete der gewohnten und normalen wirtschaftlichen Verhältnisse.
Diese Erfahrungen haben durch ihre Zusammenfassung schließlich dahin geführt, dasjenige, was für die Gewinnung von Arbeit aufzuwenden ist und dabei verbraucht wird, als etwas
Wirkliches
, ja als etwas den körperlichen Gegenständen Vergleichbares anzusehen. Für die Stoffe gibt es ja, wie wir am Anfang unserer Betrachtungen schon gesehen haben, auch das Gesetz der Erhaltung des Gewichtes (oder der Masse, was praktisch auf dasselbe herauskommt) – denn man kann auf keine Weise Stoffe erzeugen, ohne andere Stoffe im gleichen Gewichte für ihre Erzeugung aufzuwenden. Man kann also Stoffe auf keine Weise aus nichts schaffen; man kann aber ebensowenig die Stoffe in das Nichts verschwinden lassen. Alles, was man mit ihnen machen kann, beschränkt sich darauf, daß man sie aus vorhandenen Formen in andere Formen umwandelt. Ganz ebenso wie die Stoffe verhält sich nun dasjenige, was der Arbeit zugrunde liegt, was in Arbeit der verschiedensten Form übergeführt oder umgewandelt werden kann.
Um davon reden zu können, wollen wir ein für allemal einen Namen für dieses Ding einführen, wir nennen es
Energie
. Es kommt hierbei natürlich nicht die
moralische
Qualität der Energie in Frage, sondern eine genau meßbare
physikalische Größe
. Sie hat die besondere Beschaffenheit, daß sie sich in Arbeit aller Art verwandeln läßt, aber nur unter der Voraussetzung, daß eine entsprechende Menge von ihr für die Arbeit verbraucht wird.
Die Energie ist also ein Ding, das entweder selbst Arbeit ist, oder in Arbeit übergeführt werden oder endlich aus Arbeit irgendwelcher Art gewonnen werden kann
. Wir können
dieses Ding, das ebenso unerschaffbar und unvernichtbar ist, wie die
Stoffe
es sind, auch als etwas Stoffähnliches auffassen. Von den Stoffen unterscheidet es sich dadurch, daß es nicht notwendig
Gewicht
hat oder
Raum
einnimmt. Mit den Stoffen aber ist es vergleichbar in seiner Eigenart der Unerschaffbarkeit und Unvernichtbarkeit. Es handelt sich also um etwas bedeutend Subtileres und schwieriger zu Kontrollierendes, als die gewöhnlichen Stoffe; daher rührt es denn auch, daß man erst seit verhältnismäßig kurzer Zeit den Charakter dieses neuen Wesens, der Energie, klar erkannt hat.
Diese Auffassung der Energie als einer nicht stofflichen Wesenheit ist eine ziemlich neue Erwerbung des menschlichen Denkens und stößt deshalb noch vielfach auf Widersprüche und Bedenken, die sich indessen alle bei genauerer Untersuchung als unwesentlich und nur als auf einem Mangel an Denkgewohnheit beruhend herausstellen. Wir brauchen uns hier durchaus nicht in irgendein hypothetisches Gebiet zu verlieren, wir werden uns im Gegenteil unbedingt an die Tatsachen allein halten. Diese Tatsachen beweisen nun folgendes: 1. daß die Energie innerhalb des gesamten Gebietes unserer möglichen Beeinflussung niemals erschaffen und vernichtet werden kann; 2. daß wir die Energie bei allen Geschehnissen irgendwelcher Art, die in der Natur vor sich gehen, immer wieder als eine Größe antreffen, die regelmäßig und ausnahmslos überall beteiligt ist, wo etwas geschieht, und deren quantitative Beträge bei der Umwandlung die Beschaffenheit des Geschehnisses weitgehend bestimmen.
Wenn wir somit in der Energie ein Ding haben, das immer wieder und überall vorhanden ist, wo überhaupt etwas geschieht, das sich ferner messen und bestimmen läßt, das so mannigfaltiger Umwandlungen fähig ist, ohne daß es dabei seine Menge jemals ändert, so sind schließlich alle Bedingungen erfüllt, die wir an eine Sache stellen können, um ihr die Eigenschaft der
Wirklichkeit
zuschreiben zu dürfen. Denn daß die besondere Eigenschaft des
Gewichtes
, welche sämtlichen körperlichen Stoffen zukommt, diesen einen höheren Grad von Wirklichkeit verleiht, als die Eigenschaft der Wirksamkeit, welche umgekehrt wieder der Energie zukommt, darf wohl in Zweifel gezogen werden. Und wenn wir uns schließlich dessen erinnern, daß die Energie als
wichtige Handelsware
überall in Betracht kommt, wo etwas geleistet wird, daß sie einen Preis bedingt, gekauft und verkauft wird, so kommen wir auch von dieser modernen Seite der Realität oder Wirklichkeit der Energie nahe. Daß es sich wirklich so verhält, wie eben angegeben wurde,
ergibt sich beispielsweise aus dem Werte, welchen
Wasserfälle
und Flußläufe mit starkem Gefälle haben, wenn eine derartige natürliche »Wasserkraft«, wie man sie zu nennen pflegt, ausgenutzt wird, so entläßt die betreffende Maschine, eine Turbine oder ein Wasserrad, wie wir ja schon wissen, die Wassermenge am unteren Teil genau in demselben Betrage, der oben eingelaufen ist. Wir wissen genau, das Wasser verliert durchaus nichts Materielles oder Wägbares. Trotzdem aber bezahlt der Nutznießer einer solchen Wassermenge dem Besitzer eine entsprechende Rente, die immer nach Pferdekräften pro Jahr, das heißt nach Arbeitsgrößen für diese Zeit berechnet wird. Mit andern Worten: während das Wasser als wertloser Gegenstand durch die Maschine läuft und genau in demselben Betrage aus der Maschine entlassen wird, in dem es aufgenommen wurde, entzieht die Maschine dem Wasser die Energie und überträgt sie auf das Werk, wo sie dann die gewünschten Umwandlungen erfährt, welche sich aus der Einrichtung der Maschine ergeben.
Und ebenso wie in diesem Falle die Energie des fallenden Wassers den Wert der »Wasserkraft« bedingt, so verhält es sich auch mit allen andern Energiequellen. Beispielsweise werden die meisten Fabriken, Eisenbahnen und anderen arbeitenden Anlagen mit Hilfe von Steinkohlen getrieben, die unter Zufuhr von Luft verbrannt werden. Wir wissen schon, daß Steinkohle wesentlich aus Kohlenstoff besteht, daneben noch aus einer geringen Menge Wasserstoff und noch einigen anderen Elementen, die für uns nicht in Betracht kommen. Wenn der Kohlenstoff der Steinkohle verbrennt, so verwandeln sich der Kohlenstoff der Kohle und der Sauerstoff der Luft in Kohlendioxyd. Hierbei bleibt, wie wir wissen, das Gesamtgewicht ganz unverändert, ebenso wie dies beim Wasser der Wassermühle der Fall ist. Außerdem aber enthalten Kohle und Wasserstoff auch noch Energie einer besonderen Art, nämlich
chemische Energie
, während das Kohlendioxyd zwar auch noch einen gewissen Betrag chemischer Energie enthält, aber viel weniger, als die unverbundenen Elemente. Bei dem Übergange von einem Zustande in den anderen wird somit ebenso Energie abgegeben, wie bei dem Fallen des Wassers von der Höhe des Sammelteiches bis zur Tiefe des Ablaufes. Diese Energie erscheint als
Wärme
, die gleichfalls eine Art Energie ist. Denn sie ist imstande, in den Dampfmaschinen mechanische Arbeit zu erzeugen. Soviel mechanische Arbeit gebildet wird, soviel Wärme wird in der Maschine verbraucht.
Man kann übrigens niemals alle Wärme in mechanische Arbeit verwandeln, sondern muß stets einen Teil der Wärme ungenutzt
verloren gehen lassen, ebenso wie man eine Wasserkraft nur bis zu der Höhe des Ablaufes ausnutzen kann, während sie theoretisch bis zum Erdmittelpunkte Arbeit leisten könnte. Doch das sind Fragen, mit denen wir uns hier nicht eingehender beschäftigen wollen.
Die Hauptsache ist, daß tatsächlich ein Teil der Wärme, welche beim Verbrennen der Kohle gewonnen wird, sich in mechanische Arbeit verwandeln läßt und diese für alle möglichen Zwecke hergibt, für welche die betreffende Maschine verwendet wird.
Der gesamte Kohlenstoff
, welchen wir in der Gestalt von Steinkohle unter den Kessel geführt haben,
wird aber aus dem Schornstein wieder entlassen
in Gestalt von Kohlendioxyd, soweit er seinen Zwecken zugeführt worden ist, in Gestalt von Ruß, soweit er sich seinem Zwecke, nämlich der vollständigen Verbrennung entzogen hat. Der Ruß ist somit nicht nur ein häßlicher Bestandteil des Rauches, sondern auch ein unmittelbarer Verlust an Energie, weil er, wenn er verbrannt worden wäre, eine entsprechend größere Wärmemenge unter dem Dampfkessel erzeugt hätte. Wir sehen also, daß der Kohlenstoff, welcher doch ursprünglich der Träger der Energie war, ganz ebenso wie das Wasser in unveränderter Menge durch die Maschine hindurch wandert und daß er in seiner Verbindung als Kohlendioxyd nach Verlust seiner chemischen Energie ebenso wertlos geworden ist, wie das Ablaufwasser vom Grunde der Wasserkraft.
Der einzige Wert, der an dem Kohlenstoff vorhanden gewesen war, ist eben die Energie
, welche in Gestalt der Wärme der Kohle entzogen worden ist, welche dann die eben beschriebene Umwandlung in mechanische Energie erfahren hat, die ihrerseits ihre mannigfachen weiteren Umwandlungen im Fabrikbetrieb erleidet. Wenn der Kohlenstoff an und für sich einen Wert darstellte, so würde man sich natürlich bemühen, ihn in Gestalt des Kohlendioxyds im Rauch festzuhalten. Tatsächlich bemüht man sich umgekehrt, den Rauch so weit wie möglich von der Betriebsstelle zu entfernen, und baut zu diesem Zwecke hohe Schornsteine, welche die gasförmigen Verbrennungsprodukte den oberen Gebieten der Luft mitteilen und ihnen so eine genügende Verdünnung und Verstreuung sichern, bevor sie wieder die Erde berühren. Der Kohlenstoff wird also in den Fabrikbetrieben als ganz wertlos angesehen. Dagegen wird die Energie, welche ihm entzogen worden ist, als das eigentlich Wertvolle behandelt. Denn der Fabrikant trifft alle möglichen Einrichtungen, um Wärmeverluste und Arbeitsverluste bei seinem Betrieb zu vermeiden oder wenigstens zu vermindern.
Diese Beispiele ließen sich noch mannigfaltig vermehren. Sie sind aber so allgemein und regelmäßig, daß es dem Leser anheimgegeben
werden kann, ähnliche Betrachtungen auch für den menschlichen Körper und den Stoffwechsel in ihm, das heißt die Aufnahme der Nahrungsmittel und die Verwertung einerseits der Stoffe, aus denen sie bestehen, andererseits der Energie, welche sie bei der Verbrennung im Körper ausgeben, in derselben Weise zu verfolgen, wie das beim fallenden Wasser oder bei der verbrennenden Steinkohle geschehen ist. Immer und immer wieder findet man, daß es die
Energie
ist, welche die Vorgänge in der Welt bewirkt und deshalb den Wert der Objekte bedingt.
Alle Vorgänge der Welt lassen sich somit beschreiben als Vorgänge, bei welchen Energien irgendwelcher Art sich in Energien anderer Art umwandeln, wobei ihre Menge zwar unverändert bleibt, ihre Form und Beschaffenheit aber die mannigfaltigsten Veränderungen erfährt. Wir kennen tatsächlich keinen einzigen Vorgang, kein einzig Geschehen irgendwelcher Natur, bei welchem wir nicht angeben könnten, wie gewisse Mengen der einen Art der Energie in proportionale Mengen einer anderen Art Energie verwandelt werden. Meist verschwinden und entstehen nicht nur Energien einer Art, sondern solche von mehreren Arten. Somit erweist sich die Energie bei den Vorgängen in der Welt durchaus als das Wesentliche und Entscheidende, als dasjenige, an welchem die tatsächlichen Vorgänge stattfinden, während die Stoffe nur mehr Träger oder äußere Hilfsmittel dieser Erscheinungen sind. Ja, wir werden uns später sogar überzeugen, daß die Stoffe selbst durch nichts anderes definiert sind, als durch die Energiebetätigungen, welche von ihnen ausgehen, daß sie gleichsam Bündel oder Gruppen aus verschiedenen Arten Energie sind, die durch bestimmte Ursachen räumlich zusammen gehalten werden und durch die Umwandlung der vorhandenen Energien diejenigen Vorgänge erzeugen, die wir als von den verschiedenen Eigenschaften der Stoffe abhängig zu betrachten gewohnt sind.
Ehe wir uns indessen diesen Betrachtungen hingeben, müssen wir uns noch einige Aufklärung über die Art und Weise verschaffen, wie sich die Energieumwandlungen vollziehen.
 
Elftes Kapitel.
Mechanische Energien.
Zunächst ist aus den vorausgegangenen Betrachtungen klar, daß es recht viele verschiedene Arten von Energie gibt. Von der
mechanischen Energie
oder
mechanischen Arbeit
ist am meisten gesprochen worden. Sie betätigt sich überall dort, wo die Körper sich gegeneinander bewegen, z. B. wenn Maschinenteile sich drehen. Sie betätigt sich auch bei den Muskelzusammenziehungen unseres Körpers beim Schreiben, Schlagen und all den andern räumlichen Betätigungen unserer Körpermaschine.
Die mechanische Arbeit wird gemessen durch das Produkt aus der »
Kraft
«, welche die Bewegungen bewirkt, und dem
Weg
, über welchen die Bewegung erfolgt. Also leistet z. B. eine dreifache Kraft dieselbe Arbeit, wenn sie sich nur über ein Drittel des Weges betätigt, wie die einfache Kraft über den ganzen Weg. Die gewöhnlichen Maschinenelemente, wie Hebel, Keil, Schraube usw. dienen dazu, mechanische Arbeit in andere mechanische Arbeit zu verwandeln, die etwa anders gerichtet ist oder mit einer anderen Kraft betätigt wird. Weil die Arbeit hierbei nicht aus nichts erzeugt werden kann, so muß immer das Verhältnis bestehen, daß das Produkt aus Kraft und Weg (d. h. die Arbeit), das verbraucht wird, gleich dem Produkt von Kraft und Weg ist, das gewonnen wird. Das heißt mit anderen Worten: bei solchen Maschinen verhalten sich die Kräfte umgekehrt wie die Wege. Das ist die sogenannte »goldene Regel« der Mechanik, welche lange bekannt war, bevor man etwas von der Erhaltung der Energie wußte.
Es gibt außer dieser einen Art der mechanischen Energie noch verschiedene andere. Vor allem ist die Bewegungsenergiezu nennen, welche in einem schweren oder mit Masse ausgestatteten Körper vermöge der Geschwindigkeit enthalten ist, mit der er sich bewegt. Wenn wir zum Beispiel aus einem Gewehr eine Kugel abschießen, so ist diese fliegende Kugel materiell gesprochen nicht verschieden von einer
ruhenden
Kugel. Während aber die ruhende Kugel ein vollständig harmloses Gebilde ist, welches durchaus weder Schaden anrichtet, noch irgendwelche physischen Veränderungen hervorrufen kann, ist die aus dem Gewehr herausfliegende Kugel
im Gegensatz dazu ein äußerst bedenklicher Körper, der den allergrößten Schaden anrichten und der erhebliche Wirkungen hervorrufen kann. Der ganze Unterschied zwischen beiden Kugeln besteht hier in ihrer
Geschwindigkeit
, wir wissen, daß, die Wirkung einer fliegenden Kugel um so größer ist, je größer ihre Geschwindigkeit ist, daß sie aber auch zweitens um so größer ist, je größer die Masse der Kugel oder je schwerer sie ist. Der erste Faktor, die Geschwindigkeit der dahinfliegenden Kugel, hat auf die Arbeit oder Wirkung, die sie leisten kann, einen ganz besonders großen Einfluß. Eine doppelte Geschwindigkeit bewirkt nämlich nicht nur eine doppelte Arbeitsfähigkeit, sondern eine
vier
fache und die
zehn
fache Geschwindigkeit bewirkt eine
hundert
fache Leistungsfähigkeit der bewegten Masse. Es ist mit andern Worten die Wirksamkeit einer bewegten Masse oder ihrer Energie proportional dem
Quadrat
(d. h. der mit sich selbst multiplizierten Zahl) der Geschwindigkeit. Außerdem ist auch für die Energie der Kugel, wie schon erwähnt, das
Gewicht
oder die
Masse
maßgebend. Diese beiden Dinge sind, physikalisch gesprochen, zwei verschiedenartige Größen, sie sind aber immer proportional zueinander, und wir können infolgedessen mit Hilfe des Gewichtes die Masse feststellen, was nun den Einfluß der verschiedenen Größen der Masse auf die Energiemengen des bewegten Körpers anlangt, so sind diese einfach proportional der Masse, stehen also nicht im quadratischen Verhältnisse, wie bei der Geschwindigkeit.
Von weiteren mechanischen Energien wäre noch die
Formenergie
zu nennen. Sie heißt auch wohl
Elastizität
und bedingt bei den festen oder starren Körpern, daß, sie ihre Gestalt beibehalten, solange diese nicht durch irgendwelche anderen Kräfte oder Ursachen verändert wird, wir wissen, daß zum Beispiel in einer Taschenuhr der Betrieb der Räder vierundzwanzig Stunden aufrecht erhalten wird dadurch, daß wir die Feder
spannen
, welche das Uhrwerk treibt. Das kommt hier darauf hinaus, daß, wir die Energie unseres Körpers zum Aufwickeln der Treibfeder in der Uhr benutzen und sie dadurch, daß wir ihre
Gestalt
ändern, zu einem
Vorratsbehälter
oder
Akkumulator
für Energie machen. Tatsächlich wird also die Uhr nicht von der Kraft der Feder, sondern sie wird von
menschlicher
Arbeit getrieben. Die Feder dient nur dazu, die mechanische Arbeit der menschlichen Muskel in die Gestalt von Formenergie der aufgewickelten Feder umzuwandeln, so daß, die hierzu verbrauchte Energiemenge der Uhr einverleibt bleibt und dazu benutzt werden kann, um ihren Gang während einer bestimmten Zeit zu unterhalten. Man kann natürlich
fragen, weshalb denn die Uhr nicht in einem Aufzug ewige Zeiten geht. Die Antwort ist, daß, die hingebrachte und in der Feder aufgespeicherte Energie verbraucht wird, um die Reibung an den Achsenlagern der Uhr und an den Zähnen der vielen Zahnräder zu überwinden. Eine gute Uhr hat außerordentlich geringe Reibung, das heißt sie verbraucht außerordentlich wenig Arbeit, um im Gange erhalten zu werden, aber die Arbeit ist unter allen Umständen nicht Null. Sie kann durch Verbesserungen mannigfach verkleinert werden, aber niemals aus der Welt geschaffen werden. Darum verbraucht eine jede, auch die beste Uhr eine bestimmte Energiemenge für eine gegebene Zeit und diese muß hier in irgendeiner Gestalt neu geliefert werden, wenn der Betrieb aufrecht erhalten werden soll.
Eine ganz besonders wichtige Form der mechanischen Energie ist die
Schwereenergie
oder
Gravitationsenergie
, welche sich uns zunächst auf der Erdoberfläche offenbart, indem sämtliche mit Gewicht ausgestatteten Körper die Eigenschaft haben, eine Lage aufzusuchen, die möglichst nahe an den Mittelpunkt der Erde bringt. Deshalb fallen alle Steine und sonstigen Massen zu Boden, wenn man sie freiläßt, deshalb fließen alle Flüsse von den Bergen zu Tal und niemals in entgegengesetzter Richtung und deshalb werden auch die Gebirge durch die Einwirkung des Regenwassers, durch das Ablösen von Felsstoffen vermöge des gefrierenden Wassers im Winter, wobei durch die Ausdehnung des Wassers bei der Eisbildung Sprengwirkungen im Gestein hervorgerufen werden, immer niedriger und niemals von selbst höher. Deshalb findet überhaupt auf der Erdoberfläche ein beständiges Bestreben nach Ausgleich der Höhenunterschiede statt.
Aber nicht nur auf die Erdoberfläche beschränkt die Schwereenergie ihre Wirkungen, sondern sie erstreckt diese nach der bekannten großartigen Entdeckung von
Newton
über den gesamten Weltraum hinaus. Die sämtlichen Planeten bewegen sich um die Sonne vermöge der Schwereenergie, welche diese Himmelskörper zu einer Einheit verbindet, sämtliche räumlich-zeitlichen astronomischen Erscheinungen lassen sich beschreiben als regelmäßige periodische Umwandlungen von Bewegungsenergie in Gravitations- oder Schwereenergie und umgekehrt, wenn die Planeten der Sonne am nächsten sind, so ist ihre Bewegungsenergie am größten. Sie haben dann die größte Geschwindigkeit, während ihre Schwereenergie am kleinsten ist, denn sie befinden sich dem gemeinsamen Schwerpunkt des Sonnensystems am nächsten. Umgekehrt, wenn sich die Planeten in der Sonnenferne befinden, ist ihre Geschwindigkeit
die kleinste und deshalb hat auch ihre Bewegungsenergie den kleinsten Wert, den sie in diesem System annehmen kann, während die Gravitationsenergie ihren größten Wert hat, da die Planeten alsdann der Sonne zu noch fallen können, aber sich nicht weiter von der Sonne zu entfernen vermögen.
Außer diesen Formen der mechanischen Energie gibt es auch eine
Oberflächenenergie
und einige weitere Formen, auf die wir aber an dieser Stelle nicht eingehen wollen, weil wir es für unsere späteren Betrachtungen nicht brauchen.
 
Zwölftes Kapitel.
Die Wärme.
Von den nichtmechanischen Energien ist die
Wärme
die verbreitetste und wichtigste. Daß die Wärme eine Energie ist, geht zweifellos daraus hervor, daß aus der Wärme mechanische Arbeit, also eine der bekannten Energieformen erzeugt werden kann und daß umgekehrt mechanische Arbeit sich in Wärme verwandeln kann. Schon vor über hundert Jahren hat der Graf Rumford in den bayrischen Militärwerkstätten diese für jene Zeit höchst unerwartete und für alle Zeiten höchst bemerkenswerte Tatsache festgestellt. Er hatte dadurch, daß er beim Kanonenbohren einen stumpfen Bohrer verwendete, der Reibung ergab, aber keine Arbeit an dem Metall leistete, innerhalb einiger Stunden eine Menge Wasser zum Sieden gebracht, in welcher diese Kanone mit dem stumpfen Bohrer untergebracht war. Er hatte also bewiesen, daß mechanische Arbeit sich in Wärme verwandeln läßt. Später erst hat man die ganze Wichtigkeit dieses Experimentes eingesehen, als die theoretische Klarheit über diesen Punkt von dem deutschen Arzt
Julius Robert Mayer
erbracht worden ist.
Mayer
hat außerdem das genaue Zahlenverhältnis zwischen der verbrauchten Arbeit und der erzeugten Wärme auf Grund der damals bekannten physikalischen Daten über die Wärmeentwicklung beim Zusammenpressen der Gase berechnet. Ebenso war
Mayer
auch der erste, welcher mit voller Klarheit die große Tragweite dieser Beziehung vollständig zu beurteilen gewußt hat, denn er hat die allgemeine Auffassung der Energie als einer Größe begründet, die ebenso wie die Stoffe unerschaffbar und unvernichtbar ist, und nur in verschiedene Formen umgewandelt werden kann.
Im übrigen ist zur Naturgeschichte der Wärmeenergie zu betonen, daß die Wärme die verbreitetste und sozusagen gemeinste aller Energieformen ist, weil sie die besondere Eigenschaft hat, daß sie mit der größten Leichtigkeit aus allen Energiearten entsteht, während sie umgekehrt ihrer Umwandlung in andere Energiearten immer einen gewissen Widerstand entgegensetzt. Außerdem findet, wie bereits erwähnt, diese Umwandlung nur in begrenzter Weise
statt. Zum Beispiel bedarf es gar keines besonderen Apparates, um Wärme aus mechanischer Arbeit zu erzielen oder mechanische Arbeit in Wärme zu verwandeln. Wenn man sich etwa an einer Stange oder an einem Seil allzuschnell niederläßt, so merkt man an den Händen alsbald die Umwandlung der Schwereenergie des fallenden Körpers in Wärme an der Handfläche, deren Temperatur sich bald so hoch steigern kann, daß man sich die Hände verbrennt und Blasen an ihnen bekommt.
Während derart also die Umwandlung der mechanischen Arbeit in Wärme ohne weiteres und überall stattfindet, bedarf es zur umgekehrten Umwandlung der Wärme in mechanische Arbeit besonderer Maschinen. Die Dampfmaschinen, die Heißluftmaschinen, die Explosionsmotoren sind solche Apparate, und es ist bekanntlich gar nicht leicht, sie wirksam herzustellen und sie in regelmäßigen Betrieb zu bringen. Dasselbe gilt für die Umwandlung der Wärme in die anderen Energiearten, wie wir uns im späteren werden leicht überzeugen können.
Auch die
chemische Energie
verwandelt sich auf das leichteste in Wärme. Die
Verbrennungsvorgänge
sind ja nichts als Beispiele solcher Umwandlungen von chemischer Energie in Wärme. Während es wieder besonderer Apparate und Einrichtungen bedarf, um z. B. die chemische Energie in elektrische umzuwandeln, geht die Umwandlung der chemischen Energie in Wärme überall auf das leichteste und bequemste sozusagen von selbst vor sich; denn man braucht nur chemische Vorgänge durch Zusammenbringen der dazu nötigen Stoffe stattfinden lassen, um die dabei freiwerdende chemische Energie in Gestalt von Wärme zu erhalten. Auf dieser selbsttätigen Entstehung der Wärme aus chemischer Energie beruht eine Methode zu deren Messung, die zu einer ganzen Wissenschaft, der
Thermochemie
, geführt hat.
Und auch die
elektrische Energie
verwandelt sich viel leichter in Wärme, als Wärme in elektrische Energie. Wir wissen, daß jeder elektrische Strom, der durch irgendeinen Leiter geht, in diesem Leiter entsprechend dem Widerstand Wärme erzeugt, wodurch eine entsprechende Menge der elektrischen Energie verbraucht wird, was in den meisten Fällen einen Verlust bedeutet. Man nennt diese Eigenschaft den
Widerstand
des Leiters; es ist dies eine Eigenschaft, die der
Reibung
bei mechanischen Maschinen vergleichbar ist, denn auch durch die Reibung wird die Arbeit in Wärme verwandelt. Die verschiedenen Leiter der Elektrizität unterscheiden sich voneinander nur um den
Betrag
von Wärme, den sie dem elektrischen Strome entnehmen, nicht aber durch die Tatsache selbst;
denn einen
widerstandfreien Leiter
, der einen Strom ohne Wärmeentwicklung leiten könnte, gibt es nicht.
Die umgekehrte Umwandlung der Wärme in elektrische Energie ist dagegen keine ganz leichte Sache. Es gibt dazu besondere Einrichtungen, die darauf beruhen, daß an den Berührungsstellen verschiedener Metalle durch Erwärmung elektrische Spannungen entstehen, welche sich dann in den elektrischen Strom überführen lassen. Aber diese Umwandlung ist mit den bisherigen Mitteln noch so überaus unvollkommen, d. h. es geht so wenig Wärme in elektrische Energie über, daß die Apparate dazu, die
Thermoketten
, gegenwärtig noch durchaus keine technische Rolle spielen, obwohl es technisch wünschenswert wäre, wenn man die Wärme direkt in elektrische Energie verwandeln könnte.
In gleicher Weise werden wir bei allen anderen Energiearten, von denen später die Rede sein wird, diese außerordentlich leichte Umwandlung in Wärme beobachten können und ebenso die Schwierigkeit aufweisen müssen, welche für die umgekehrte Umwandlung der Wärme in andere Energiearten immer und überall bestehen.
Was nun den besonderen Gesamtcharakter oder die Arteigenschaften der Wärme betrifft, so sind sie wohlbekannt. Man muß die
Wärmemenge
sorgfältig unterscheiden von der
Temperatur
. Beide verhalten sich wesentlich verschieden. Während die Wärme von der Beschaffenheit einer
Energiemenge
ist und als solche die Eigenschaft einer Größe hat, die man teilen und zusammensetzen kann, ist die Temperatur von wesentlich anderer Beschaffenheit. Die Temperatur kann bei der kleinsten wie bei der größten Wärmemenge gleich sein, fügt man zwei Körper von gleicher Temperatur zusammen, so bleibt diese unverändert, während zwei gleiche Wärmemengen zusammen die doppelte Wärmemenge ergeben. Andererseits kann eine und dieselbe Wärmemenge verschiedenartige Temperaturen haben. Die Temperatur erweist sich dadurch als eine besondere
Eigenschaft der Wärme
, die einer jeden gegebenen Wärmemenge anhaftet und von deren Wert dann das Verhalten oder die besondere Beschaffenheit dieser Wärme abhängt. Denken wir uns einen Raum, in welchem die Temperatur überall vollkommen gleichförmig ist, dann kann in diesem Raum eine beliebig große Wärmemenge sein, ohne daß in Bezug auf die Wärme irgend etwas geschieht. Denn Gleichheit der Temperatur bedeutet nichts anderes, als daß die Wärme zwischen den betreffenden Orten ruht oder nicht wandert, während Ungleichheit der Temperatur das entgegengesetzte bedeutet. Ist nämlich die Temperatur verschieden an verschiedenen Stellen des Raumes, so wissen wir, daß unweigerlich
und notwendig ein ganz bestimmtes Ereignis eintritt, es wandert immer die Wärme von dem Gebiet der höheren Temperatur zu dem Gebiet niederer Temperatur und zwar so lange, bis die Temperaturunterschiede ausgeglichen sind. Je mehr Wärme aus einem Raum herausgeht, um so niedriger wird seine Temperatur. Je mehr Wärme in den Raum hineingeht, um so höher wird sie. wir sehen also, daß die Temperatur sich der Wärme gegenüber ungefähr so verhält, wie sich der
Druck
bei einem Gase verhält, das man in einen bestimmten Raum, in ein bestimmtes Volumen hineinpreßt. Je mehr Gas man in diesen Raum hineinbringt, um so höher wird der Druck, je weniger darin ist, um so niedriger ist er. Ebenso ist es mit der Wärme. Je mehr Wärme in dem Raum ist, um so höher die Temperatur, je weniger Wärme in diesem Raum (oder in diesem Körper) ist, um so niedriger ist sie.
In diesen Erscheinungen haben wir eine wesentliche Eigenschaft der Energie im allgemeinen zu erkennen, welche wir in übereinstimmender Weise wie bei der Wärme, aber vielleicht nicht immer so deutlich ausgesprochen bei
allen
anderen Energiearten wiederfinden. Es gibt von jeder Energieart eine Eigenschaft von meßbarer Beschaffenheit, von der es abhängt, ob diese Energieart in dem gegebenen Raume in Ruhe ist oder nicht, wenn diese Eigenschaft, die wir allgemein die
Intensität
der betreffenden Energieart nennen, überall im gegebenen Raum gleich beschaffen ist, dann ist die entsprechende Energieart in Ruhe und
es geschieht in bezug auf diese Energieart in dem Raume gar nichts
. Ist die Temperatur gleich in einem Raume, so geschieht bezüglich der Wärme nichts. Ist der Druck gleich in einem Gase, so bewegt sich das Gas nicht. Ist beispielsweise der Druck in einem bestimmten Gebiet der Erdoberfläche in der Luft gleich groß, so findet keine Bewegung der Luft, kein Wind oder Sturm statt. Ist die elektrische Spannung in einem mit elektrischer Energie erfüllten Raum überall gleich groß, so findet keine Bewegung der elektrischen Energie (oder keine Bewegung der Elektrizität) statt. In Bezug auf die elektrische Energie herrscht also in einem solchen Raume Ruhe.
So hat jede Energieart ihren
Intensitätsfaktor
, wie man diesen Wert oder diese Beschaffenheit allgemein nennt, und Ruhe oder Gleichgewicht bedeutet Gleichheit des Intensitätsfaktors in dem betreffenden Raume. Alles
Geschehen
setzt das Vorhandensein von Verschiedenheiten in der Intensität der Energie in dem betrachteten Raume voraus und das Geschehen selbst besteht jedesmal darin, daß die Energien dieses Raumes sich in solchem Sinne
ändern, daß diese vorhandenen Unterschiede der Intensitäten sich ausgleichen, bis sie an allen Stellen gleich groß geworden sind.
Das sind die einfachsten Verhältnisse, welche wir in bezug auf diese Dinge beobachten können. Neben ihnen bestehen noch verwickeltere, die darauf beruhen, daß verschiedene Energiearten aneinander
gekoppelt
oder miteinander so verbunden werden können, so daß man die eine nicht ändern kann, ohne die andere mit zu ändern. Dann sind auch die verschiedenen Intensitäten der gekoppelten Energiearten in bestimmter Weise miteinander verbunden und aneinander gekoppelt und die Verhältnisse werden bedeutend verwickelter, wir brauchen uns indessen mit ihnen an dieser Stelle noch nicht eingehender zu beschäftigen.
 
Dreizehntes Kapitel.
Andere Energiearten.
Setzen wir die Betrachtung der verschiedenen Energiearten fort, so werden wir uns zunächst ein wenig genauer die
elektrische Energie
ansehen. Sie spielt anscheinend im Leben der Tiere und Pflanzen keine besondere Rolle, wenigstens was ihre Menge betrifft; ihre allgemeine Bedeutung ist überhaupt erst in den letzten Jahrzehnten durch die Entwicklung der Elektrotechnik mehr in den Vordergrund getreten.
Die elektrische Energie ist eine Energieart, welche man leicht aus mechanischer oder chemischer, weniger leicht aus Wärmeenergie erzeugen und welche man in ganz besonders bequemer Weise an verschiedene Stellen leiten und dort wieder in andere Formen transformieren kann. Es ist bekannt, daß diese Leitung durch metallische Drähte, am besten von Kupfer, bewerkstelligt wird und daß man ungeheure Energiemengen mit verhältnismäßig dünnen Drähten übertragen kann, während beispielsweise die Übertragung von nur wenigen Pferdestärken von einem Motor auf eine Arbeitsmaschine mit Hilfe von Stangen, Seilen oder Riemen bereits ziemlich schwere Verbindungsstücke verlangt, kann man elektrische Energie von vielen hundert, ja tausend Pferdestärken mittels so dünner Drähte übertragen, daß sie verschwindend klein aussehen gegenüber den gewaltigen Energiemengen, welche sie führen.
Auch ist die
Umwandlung
der elektrischen Energie in andere Energieformen verhältnismäßig leicht und vollkommen auszuführen, besonders kann man mechanische Arbeit aus elektrischer Energie mittels des Elektromotors leicht und sehr vollkommen, d. h. mit sehr geringem Verlust (in Gestalt von Wärme) erzielen.
Von größter Wichtigkeit ist für uns endlich eine Energieform, die wir das
Licht
nennen. Früher wurde es als eine besondere Energieart, die
strahlende Energie
, angesehen. Die Forschungen der letzten Jahrzehnte haben indessen dazu geführt, daß wir das Licht gegenwärtig als eine
elektromagnetische
Erscheinung betrachten, also nicht als eine Energieart für sich, sondern als ein besonderes Produkt oder als eine besondere Erscheinungsform der elektrischen Energie, welche sich im Licht mit der magnetischen (einer
Energieart, die der elektrischen zwar ähnlich, aber doch von ihr wesentlich verschieden ist) vereint. Ganz ebenso wie es sich z. B. beim
Schall
um eine gegenseitige Umwandlung der
elastischen
Energie der Luft und ihrer
Bewegungs
energie handelt, ebenso handelt es sich beim Licht um eine wechselseitige Umwandlung von elektrischer und magnetischer Energie, die in außerordentlich kleinen Zwischenräumen und Zwischenzeiten gegeneinander erfolgt und von der dann die bekannte und charakteristische
periodische
Beschaffenheit des Lichtes herrührt. Wir brauchen uns an dieser Stelle weiter nicht in diese schwierigen und verwickelten Fragen zu vertiefen. Es genügt die Erkenntnis, daß das Licht zwar nicht eine eigene oder spezifische Form der Energie ist, daß wir es aber doch zweckmäßig als eine mit besonderen Eigenschaften ausgestattete und besonders leicht entstehende Energieart betrachten dürfen, wir können also das Licht ganz wohl wie eine eigene Energieart an dieser Stelle behandeln, da es sich nur um die allgemeinen Eigenschaften dieser besonderen Energiebetätigung und um ihre Umwandlungsverhältnisse handelt.
Hierbei ist es nun ganz wesentlich, daß die Lichtenergie sich mit einer außerordentlichen Geschwindigkeit durch den Raum bewegt. Man nennt sie deshalb auch allgemein strahlende Energie namentlich deshalb, weil Energie von ganz ähnlichen Eigenschaften, aber anderer Wellenlänge als die, welche wir als Licht empfinden, in reichlichster Menge vorkommt, ohne daß sie uns je als Licht zum Bewußtsein kommen. Denn unser Auge ist ein Apparat, der von der strahlenden Energie nur einen ganz bestimmten, verhältnismäßig kleinen Teil wahrnehmen kann, während die übrigen Arten der Strahlung von längerer oder kürzerer Wellenlänge zwar alle übrigen Eigenschaften des Lichtes oder der strahlenden Energie zeigen, nur die nicht, auf das Auge die bekannten Eindrücke hervorzubringen. Deshalb ist es zweckmäßiger, den allgemeinen Namen strahlende Energie statt des besonderen Namens des Lichtes für diese Erscheinung zu benutzen.
Was nun die besondere Bedeutung des Lichtes oder der strahlenden Energie für den hier betrachteten Kreis von Tatsachen ausmacht, ist der Umstand, daß nicht nur der gesamte Betrieb des
Lebens
, sondern überhaupt alle andern Geschehnisse auf der Erde durch die Wirkung der strahlenden Energie seitens der Sonne hervorgebracht werden. Die Erde besitzt so gut wie gar keine verwertbaren Vorräte an eigener Energie und wenn die Sonne etwa ein dunkler Körper wäre, so würde die Erde eine vollständig leblose Oberfläche ohne irgendwelches Geschehen aufweisen. Die Wirkung der Sonnenstrahlen
auf die Erdoberfläche bringt tatsächlich alles das hervor, was gegenwärtig ihren Reiz und ihre Mannigfaltigkeit ausmacht.
Um zunächst die anorganischen Erscheinungen in Betracht zu ziehen, so sehen wir, wie durch die Erwärmung seitens der Sonnenstrahlen das Wasser sowohl der Weltmeere wie auch der einzelnen Flüsse und Bäche unaufhörlich in Dampf verwandelt wird. Es erhebt sich dann in Gasgestalt, weil es weniger dicht ist, als die atmosphärische Luft, bis zu großen Höhen. Dort wird es wiederum, weil die Temperatur dort sehr niedrig ist, zu flüssigem Wasser verdichtet, welches in Gestalt von Wolken sich in der Höhe anhäuft und bei dichtem Zusammentreten wiederum als Regen auf die Erdoberfläche herniederkommt. Hier verdunstet es unter dem Einfluß der Sonnenstrahlen von neuem und so stellt sich ein beständiger Kreislauf heraus, der an die anderen periodischen Erscheinungen auf der Erdoberfläche und am Himmelsraum erinnert. Er ist aber von ihnen dadurch verschieden, daß er nicht
selbsttätig
fortbesteht, sondern seine Entwicklung und sein Bestehen durchaus dem dauernden Antrieb durch die Sonnenstrahlung verdankt. Würde nämlich die Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonne nicht stattfinden, so würde sich die Luft einfach entsprechend ihrer Temperatur mit Wasserdampf sättigen und es würde dann ein vollständig ruhiger, unveränderlicher Gleichgewichtszustand eintreten, in welchem gar nichts mehr geschehen würde.
Verbunden mit diesen einfachen Erscheinungen sind nun verwickeltere, die durch die Winde bewirkt werden. Die Winde ihrerseits werden wiederum von ungleichförmigen Erwärmungen der Luft durch die Sonnenstrahlung einerseits, von ungleichförmiger Vermischung der Luft mit Wasserdampf andererseits hervorgebracht. Hierdurch entstehen nämlich Druckverschiedenheiten an verschiedenen Stellen des Luftmeeres und der Ausgleich dieser Druckverschiedenheiten kann nicht erfolgen ohne eine entsprechende Massenbewegung der Luft, die wir eben als Wind, Sturm, Orkan je nach ihrer Geschwindigkeit bezeichnen. Also sehen wir, daß bereits die anorganischen, meteorologischen Erscheinungen durchaus und an jeder Stelle von der Sonne bedingt und unterhalten sind. Sie sind von der Sonne nicht ausschließlich bestimmt, weil die Schwere und auch die Umdrehung der Erde die Einzelheiten dieser Bewegungen gesetzmäßig beeinflussen, aber Schwere und Erdumdrehung würden nichts dazu tun können, solche Bewegungen hervorzubringen. Denn ihre Ursache ist ausschließlich die Sonnenstrahlung.
Fragen wir, wieso die Sonnenstrahlung dazu kommt, alle diese Dinge zu bewirken, so ist die Antwort die, daß sie eben eine
Energie
darstellt, welche durch ihre Umwandlung allerlei Arten Arbeit leisten kann. Die meisten derartigen Umwandlungen führen zur
Wärme
, und zwar zu Wärme
hoher Temperatur
, welche demgemäß zu anderen Umwandlungen besonders geeignet ist. Die oben erwähnten Kreislaufbewegungen des Wassers, die
Goethe
so anschaulich in seinem Gesang der Geister über den Wassern beschrieben hat:
Vom Himmel kommt es
Zum Himmel steigt es
Und wieder nieder
Zur Erde muß es
Ewig wechselnd.
könnten nicht stattfinden, wenn die Sonnenstrahlung sie nicht als treibende Energie unterhielte, ebenso wie der Gang der Uhr von der Wirkung der menschlichen Muskelenergie bedingt wird. Indem die Sonnenstrahlung dem Wasser die nötige Verdampfungswärme liefert, wandelt sie dieses in Dampf um, und indem sie die Luft an einzelnen Stellen stärker erwärmt, bewirkt sie die Druckverschiedenheiten, die im Wind und Sturm sich ausgleichen.
Eine andere, außerordentlich wichtige Wirkung der Sonnenstrahlung haben wir bereits kennen gelernt. Es ist die
Förderung des Pflanzenwuchses
. Es handelt sich hier wiederum um eine Energiezufuhr. Wenn wir die Pflanzenteile
verbrennen
, so entwickeln sich bedeutende Wärmemengen, wie ja bekannt ist. Es werden also bei der Verbrennung große Energiemengen frei. Da nun die Energie nicht aus nichts hervorgebracht werden kann, so bedürfen die Pflanzen, um aus dem Kohlendioxid, das sie aufnehmen, den Kohlenstoff und den Sauerstoff abzuspalten, wobei der Sauerstoff frei entlassen und der Kohlenstoff in organische Stoffe übergeführt wird, eines entsprechenden
Arbeitsaufwandes
, den sie nicht leisten können, wenn ihnen nicht eine entsprechende Energie irgendwie in anderer Gestalt dargeboten wird. Dieser Arbeitsaufwand wird eben aus der Sonnenstrahlung entnommen. Man darf somit nicht eigentlich sagen, die
Pflanzen
scheiden das Kohlendioxyd in freien Sauerstoff und in Kohlenstoffverbindungen, sondern man muß sagen, die
strahlende Energie der Sonne
zerlegt das Kohlendioxyd in seine beiden Elemente. Die Pflanzen spielen hierbei wiederum nur die Rollen von
Maschinen
, durch deren Hilfe gerade die besondere Art der Umwandlungen ermöglicht wird. Aber ebensowenig wie eine Maschine gehen kann, wenn man ihr nicht Energie zuführt, gleichgültig welche Art der Umwandlung sie bewirkt, so kann auch eine Pflanze ihre Funktionen nicht ausführen, wenn
ihr nicht ständig Energie in Gestalt von Sonnenlicht zugeführt wird. Das ist die Ursache, weshalb die Pflanze für ihr Leben auf die Sonnenbestrahlung angewiesen ist und weshalb sie nicht gedeihen kann, falls sie keine Sonnenstrahlung aufnehmen, das heißt keine Betriebsenergie bekommen kann.
Bei den Tieren ist das wesentlich anders. Deren Betriebsenergie beruht auf der Verbrennung ihrer kohlenstoffhaltigen Nahrungsmittel mit Hilfe des freien Sauerstoffs der Luft. Sie haben also ihre Energiequelle in ihrem eigenen Körper, in den sie die Nahrung aufgenommen haben und bedürfen nur des Luftsauerstoffes zur geeigneten Verbrennung, um die gewünschten Energiemengen für Transformationszwecke in ihrem Körper zur Verfügung zu haben. Daher brauchen die Tiere das Sonnenlicht nicht als Energiequelle, sondern nur mittelbar für andere Lebensfunktionen. Daher ist es auch möglich, daß Tiere, wie bereits erwähnt wurde, ohne jede Mitwirkung des Sonnenlichtes leben können.
Sie könnten nicht leben, wenn nicht an den Orten, wo sie existieren, Energiequellen vorhanden wären, die ihnen die notwendige Energie in chemischer Gestalt gäben. Es sind das entweder andere Tiere oder aber es sind organische Stoffe, die auf irgendeine Weise in jene lichtlosen Gebiete hineingelangen. Meist werden sie wohl durch Wasser hineingeschwemmt. Auf Kosten solcher chemischer Energiequellen gelangen sie dann zu der Energie, die sie für ihren körperlichen Haushalt nötig haben.
Es sei indessen schon an dieser Stelle bemerkt, daß auch in den Pflanzen Lebensvorgänge stattfinden, welche denen in den Tieren vollkommen ähnlich sind, bei denen also kohlenstoffhaltige Stoffe mit Sauerstoff verbrennen und Kohlendioxyd bilden. Dies tritt unter anderem natürlich stets dann ein, wenn die Pflanze eben kein Licht aufnehmen und als chemische Energie aufspeichern kann, also z. B. bei Nacht. Nur ist dieser tierähnliche Energieverbrauch der Pflanze sehr viel geringer, als der spezifisch pflanzliche Vorgang der Aufspeicherung chemischer Energie durch Umwandlung von Sonnenstrahlung, so daß das Gesamtergebnis das oben angegebene ist.
Wir sehen also, daß diese besondere Energieart oder diese besondere Form der zusammengesetzten Energie, welche wir als strahlende Energie eben kennen gelernt haben, von den Formen, die wir bisher betrachtet haben, ungefähr die wichtigste ist, die es gibt, denn sie ist die primäre und ursprünglichste Quelle aller auf Erden betätigten Energie.
Die Frage, ob sich diese Energieart auch leicht in
Wärme
verwandeln
läßt wie die anderen, ist schon früher berührt und bejahend beantwortet worden, wir brauchen nur einen Spaziergang im Sonnenschein zu machen, um uns davon zu überzeugen, wie groß die Wärmemengen sind, welche aus der strahlenden Energie entnommen werden.
Irrtümlicherweise hat man die strahlende Energie früher
strahlende Wärme
genannt, indem man sich vorstellte, daß sie als Wärme ausgestrahlt wird und als solche durch den Raum geht. Dies ist ganz unrichtig. Denn der Weltraum, durch welchen ja die Sonnenstrahlung nach allen Richtungen sich hindurch begibt, ist wie verschiedene übereinstimmende Messungen ergeben haben, außerordentlich kalt. Seine Temperatur befindet sich in der Nähe des absoluten Nullpunktes. Erst wenn die strahlende Energie auf Körper fällt, wird sie aufgenommen und in Wärme umgewandelt, wozu namentlich dunkelgefärbte schwarze und rauhe Körper besonders fähig sind. Solche Körper sind also für die strahlende Energie die geeigneten Umwandlungsmaschinen zur Umwandlung in Wärme.
Man kann sich auch selbst leicht durch einen kleinen Versuch von diesem Tatbestände überzeugen, wenn man mit Hilfe eines
Brennglases
die strahlende Energie der Sonne sammelt, so erhält man im Brennpunkt eine so hohe Temperatur, daß dunkelgefärbte Gegenstände sich darin zum Brennen entflammen können. Das Brennglas bleibt dabei, obwohl diese ganze große Energiemenge hindurchgegangen ist, ebenso kühl wie die Luft, in der es sich befindet. Es leitet also keine Wärme durch sich, sondern eben strahlende Energie, die keine Wärme ist. Der Name strahlende Wärme ist somit ebenso unrichtig, als wollte man die chemische Energie chemische Wärme oder die elektrische Energie elektrische Wärme nennen. Die Wärme hat ganz andere Eigenschaften, als die Strahlung; insbesondere schreitet sie nur sehr langsam durch Körper vorwärts, während die Strahlung die höchste Geschwindigkeit hat, welche wir als physische Tatsache kennen, nämlich 3 x 10
10
cm in der Sekunde. Auch sind die Gesetze dieser Bewegung, der Wärmeleitung ganz andere, als die der Strahlung. Man hat seinerzeit in der Tatsache, daß man die Sonnenstrahlen durch eine aus klarem Eis gefertigte Sammellinse ebenso wie durch ein Brennglas konzentrieren und etwa zur Entzündung von Zunder oder anderen brennbaren Stoffen benutzen kann, eine unerklärbare Sonderbarkeit gesehen. Sie beruht einfach darauf, daß das klare Eis nicht die Eigenschaft hat, Strahlung in Wärme zu verwandeln, während der Zunder diese Eigenschaft in hohem Grade besitzt.
 
Vierzehntes Kapitel.
Chemische Energie.
In den Pflanzen nun verwandelt sich die strahlende Energie in
chemische
Energie, wie wir das eben gesehen haben, und es bleibt uns noch übrig, die besonderen Eigenschaften der chemischen Energie ein wenig genauer kennen zu lernen.
Die chemische Energie haftet den Stoffen an, insofern sie chemische Umwandlungen mit andern Stoffen erleiden können, und dabei Energie in verschiedenen Formen entwickeln. Sie verhält sich ebenso wie die Schwereenergie, die sich nicht betätigt, außer wenn zwei Körper da sind, die gegeneinander wirken oder einander vermöge der Schwerkraft abziehen. So betätigt sich auch nicht die chemische Energie, wenn nicht verschiedene Stoffe entweder vorhanden sind, die sich zu einem einfachen Stoffe durch einen chemischen Vorgang vereinigen, oder umgekehrt, gewisse Stoffe, in denen reichlich chemische Energie vorhanden ist, sich in mehrere andere Stoffe umwandeln und dabei den Überschuß von chemischer Energie herausgeben. Den ersten Fall erkennen wir wieder bei den Verbrennungserscheinungen, auf die ja in dieser Beziehung vielfach hingewiesen worden ist. Doch muß man hierbei folgendes genau beachten. Die chemische Energie steckt nicht allein in der Kohle und auch nicht allein in dem Sauerstoff, sondern
sie steckt in der Zusammenstellung Kohle und Sauerstoff
, und erst, wenn diese beiden Stoffe sich in Kohlendioxyd verwandeln, wird die chemische Energie, die in diesem Paar vorhanden war, frei und kann in irgendwelche andere Formen übergeführt werden. Solche Fälle, wo das Freiwerden von Energie mit der Entstehung einer
Verbindung
aus Elementen oder einfacheren Stoffen verknüpft ist, sind bei weitem die häufigsten, so daß man in der Regel sagen kann: je zusammengesetzter ein Stoff ist, um so weniger Energie enthält er im Vergleich mit den einfacheren Stoffen oder Elementen, aus denen er entstehen kann. Auch finden solche Vorgänge, bei denen Energie frei wird (meist in Gestalt von Wärme), im allgemeinen freiwillig statt. Doch gibt es auch freiwillige Vorgänge (z. B. die Auflösung eines Salzes in Wasser), wobei die chemische Gesamtenergie zunimmt, hier wird der erforderliche Anteil aus der
Wärme der beteiligten Stoffe genommen und diese werden nicht, wie im ersten Falle,
wärmer
, sondern sie kühlen sich umgekehrt ab.
Man darf also nicht etwa das allgemeine Gesetz aufstellen wollen, daß nur solche Vorgänge möglich sind, bei welchen Energie (als Wärme) frei wird; es sind auch die umgekehrten Vorgänge möglich, wenn sie auch seltener vorkommen. Die Energielehre oder Energetik hat auch diese Fälle aufgeklärt. Es gibt außer der Gesamtenergie, die wir bisher allein betrachtet haben, noch eine andere Größe, welche
freie Energie
heißt, und welche von der Gesamtenergie einigermaßen verschieden ist. Sie läßt sich in einfacheren Fällen als Funktion van Temperatur, Druck und den anderen Zustandsbedingungen ausrechnen; in anderen Fällen kann man sie auch experimentell bestimmen. Diese
freie Energie
nun hat grundsätzlich und allgemein die Eigenschaft, daß sie sich bei freiwilligen Vorgängen immer nur
vermindert
, indem ein Teil von ihr in andere Formen übergeht, in denen sie sich freiwillig nicht mehr ändert; dieser Teil heißt dann
gebundene
Energie.
Diese Eigenschaft der freien Energie steht in engem Zusammenhange mit der früher geschilderten Eigenschaft der Intensitätsgrößen (Druck, Temperatur, elektrischer Spannung usw.), daß sie die Energieumwandlungen bestimmen, insofern solche nur dann stattfinden, wenn
Unterschiede
der Intensitäten vorhanden sind, und in solchem Sinne erfolgen, daß diese Unterschiede
vermindert
werden. Man erkennt hieraus sofort, daß hohe Werte der Intensitäten mit hohen Werten der freien Energie parallel gehen und umgekehrt. Doch gehört die genauere Darlegung dieser wichtigen Verhältnisse nicht hierher, da die angegebenen einfachen Grundzüge genügen, um das Verständnis der hier erörterten Erscheinungen zu ermöglichen. So sei nur noch darauf hingewiesen, daß der strahlenden Energie der Sonne eine sehr hohe freie Energie oder sehr hohe Intensität zukommt. Daher ist sie geeignet und bereit, sich überall in andere Energiearten zu verwandeln: in Wärme am leichtesten, in chemische Energie unter Mitwirkung der Pflanzen,
Fälle der chemischen Umwandlungen zweiter Art oder
Zerlegungen
, wo
zusammengesetzte
Stoffe unter Entwicklung von Energie in mehrere
einfachere
übergehen, liegen bei den
explosiven
Stoffen vor. Es gibt eine große Anzahl von solchen Dingen, die zum Teil reine Stoffe, zum Teil auch Gemenge sind, welche chemische Umwandlungen in sich selbst auf Kosten der dort vorhandenen Elemente erfahren können. Diese chemischen Umwandlungen finden bei gewöhnlicher Temperatur praktisch gar nicht, d. h. so außerordentlich langsam statt, so daß sie nicht in Betracht
kommen. Sowie aber an irgendeiner Stelle dieses Stoffes die Temperatur soweit erhöht wird, daß der chemische Vorgang eintritt, so erfolgt er unter Entwicklung von Wärme und diese entwickelte Wärme erhitzt alsbald die angrenzenden Teile des Stoffes so, daß sie sich ebenfalls umwandeln und Wärme entwickeln. So setzt sich unaufhaltsam der chemische Vorgang, nachdem er einmal an einer Stelle eingeleitet ist, durch die ganze Masse fort.
Einen solchen sich selbst steigernden Vorgang nennt man, wenn er in einer äußerst kurzen Zeit verläuft, eine Explosion und die Stoffe heißen explosive Stoffe. Für uns kommen diese Fälle nur ausnahmsweise in Betracht; sie sind der Vollständigkeit wegen erwähnt worden.
Wir wenden uns zu den häufigeren Fällen zurück, bei denen die Elemente durch ihre Vereinigung zu zusammengesetzten Stoffen Energie
verlieren
, wo also der zusammengesetzte Stoff energieärmer ist, als die Elemente, welche er enthält. In diesem Falle wird Energie frei, wenn sich die Elemente vereinigen und es wird Energie verbraucht oder gebunden, wenn diese Elemente wieder aus den Verbindungen hergestellt werden sollen. In der Tat hatten wir gesehen, daß die Tiere, indem sie die organischen Substanzen mit dem freien Sauerstoff verbinden, die Energie ihres Körperbetriebes aus dieser chemischen Energie des Verbrennungsvorganges gewinnen, während umgekehrt die Pflanzen, um ihre verbrennlichen Stoffe und den freien Sauerstoff zu erzeugen, einer Energiezufuhr von außen bedürfen, die sie in Gestalt von Sonnenstrahlen aufnehmen. Wie wir aus diesen Betrachtungen erkennen, spielt die chemische Energie insbesondere bei den Lebenserscheinungen eine ganz ausschlaggebende Rolle. Das ganze Leben ist der Hauptsache nach ein
chemischer
Prozeß insofern jedenfalls, als es kein Leben gibt, welches nicht auf der Betätigung chemischer Energie beruhte, und weiterhin insofern, als bei weitem der größte Teil der Energie, welcher durch einen lebenden Körper geht, hierzu die Gestalt von chemischer Energie annehmen muß.
Dies hängt mit den besonderen Eigenschaften der chemischen Energie zusammen, welche darauf beruhen, daß sie mit den Stoffen enger verbunden ist, als die anderen Energiearten zu sein pflegen und daß sie gleichzeitig eine viel größere Umwandlungsfähigkeit aufweisen, als jene anderen Energiearten, die ähnlich der chemischen Energie mit den Stoffen näher verbunden sind. Wir wissen, daß die Wärme einem gegebenen Stoff entzogen und hinzugefügt werden kann, ohne daß dieser sich wesentlich dabei ändert. Ebenso läßt sich die elektrische Energie den Stoffen zufügen oder entziehen,
wenn sie vorhanden ist, ohne daß die Beschaffenheit der Stoffe dadurch irgendwie eine andere wird. Das gleiche gilt für die strahlende Energie in ihren verschiedenen Arten.
Wenn man dagegen chemische Energie den Stoffen zufügt oder sie ihnen entzieht, so bekommen diese gleichzeitig völlig andere Eigenschaften. Dabei stellt es sich ferner heraus, daß die Stoffe die chemische Energie, welche sie enthalten, außerordentlich lang
aufbewahren
können, ohne daß sie verloren geht.
Ein heißer Körper kühlt sich beispielsweise sehr schnell ab und wir haben überhaupt kein Mittel, auf die Dauer einem Körper seine Temperatur zu erhalten, wenn sie von der seiner Umgebung verschieden ist. Das beste Mittel hierzu, welches man kennt, ist ein möglichst hohes Vakuum, d. h. ein Raum, in welchem möglichst wenig Stoff enthalten ist. Man stellt solche Räume her, indem man geeignet geformte doppelwandige Glasgefäße (vgl. Abb. 4) so vollständig wie möglich auspumpt oder von Luft befreit; derartige Gefäße, dessen Zwischenwand luftleer ist, werden gegenwärtig zur Aufbewahrung von heißen oder kalten Gegenständen benutzt und die Überraschung, welche jedermann empfindet, wenn er einen heißen Tee, den er vor 6 oder 8 Stunden in ein solches Gefäß gegossen hat, hernach noch einigermaßen warm wiederfindet, ist ein Beweis dafür, wie sehr wir daran gewöhnt sind, daß die Wärme sich immer selbständig
zerstreut
und sich durch die üblichen Hilfsmittel nicht gegen die Ausgleichung der Temperatur schützen läßt. Eben dieselbe Zerstreuungsfähigkeit besitzt die
elektrische
Energie. Wir haben ja Nichtleiter der Elektrizität wie bekannt, sie sind aber nur Nichtleiter auf begrenzte Zeit; wenn es gelingt eine elektrische Ladung einige Stunden lang wesentlich unvermindert zu erhalten, so ist das eine ganz ungewöhnliche Leistung. In den meisten Fällen zerstreut sich die elektrische Energie ebenso wie es die Wärmeenergie tut. Und gar das
Licht
läßt sich überhaupt nicht irgendwie in erheblicher Menge aufspeichern, wo wir es einfangen und benutzen wollen, müssen wir es alsbald umwandeln, sei es in Wärme, sei es in chemische Energie, wie es die Pflanzen tun, oder in irgendeine andere Form, die nicht so überaus beweglich ist.
Im Gegensatz dazu steht die
chemische Energie
, welche sich nicht nur Stunden oder Tage, sondern Jahre, Jahrhunderte oder Jahrtausende lang aufbewahren läßt. Die Energie der Steinkohlen beispielsweise, diejenige Energieform, von der der allergrößte Teil unserer Technik und Industrie abhängt, ist chemische Energie, welche nicht nur Jahrhunderttausende, sondern vermutlich Jahrmillionen alt ist. Es ist chemische Energie vorweltlicher Pflanzen.
Diese Pflanzen sind durch Vorgänge, von denen wir uns gegenwärtig nach kein klares Bild machen können, seinerzeit mit Erdreich überschüttet und dadurch vom Sauerstoff der Luft abgeschlossen worden. Sie haben dann langsame chemische Vorgänge erfahren, die wesentlich in solchem Sinne liegen, daß, während der Kohlenstoff sich in den Rückständen angehäuft hat, der Wasserstoff und Sauerstoff der Pflanzensubstanz ausgetreten sind. Diese Rückstände, welche heute den größten Teil von der Energie in sich enthalten, die seinerzeit von den Pflanzen aus den Sonnenstrahlen gesammelt und in ihrem Leibe aufgespeichert worden war, haben sich nun all die unzähligen Jahrhunderte im wesentlichen unverändert erhalten, während deren sie auf menschliche Verwendung gewartet haben. Auch nachdem wir die Steinkohle aus der Erde entfernt und an die Luft gebracht haben, erhält sich die chemische Energie, die in ihnen aufgespeichert ist, noch sehr lange, obwohl bei weitem nicht so vollständig, wie in den ursprünglichen Lagern der Steinkohle unter der Erde, wo durch die dicken Schichten, die darüber lagen, der Zutritt des Sauerstoffs erfolgreich abgeschnitten war.
An der Luft verbrennen tatsächlich die Steinkohlen langsam. Unter besonderen Umständen, wenn locker geschichtete Haufen frischer Steinkohle an der Luft liegen, findet eine sogenannte Selbstverbrennung oder Selbstentzündung der Steinkohle statt. Dies beruht darauf, daß dieser langsame Verbrennungsprozeß, der natürlich ebenso wie der schnelle
Wärme entwickelt
, nur entsprechend viel langsamer, doch genügend Wärme entstehen läßt, um sich selbst zu beschleunigen und dadurch die Temperatur immer höher und höher steigen zu lassen, bis schließlich die Kohlenmasse in Brand gerät. Dadurch, daß die Kohlen ausgebreitet werden, gibt man der sehr langsam sich entwickelnden Wärme Gelegenheit, sich zu zerstreuen und vermeidet so die Selbstentzündung. Ebenso kann man natürlich eine Selbstentzündung durch Überdecken mit Wasser, Erde usw., d. h. durch Verhindern de« Luftzutrittes ausschließen. Die Erscheinung ist aber insofern interessant und bedeutungsvoll, als sie einen Beleg dafür gibt, daß diese scheinbar unveränderlichen Stoffe, die an der sauerstoffhaltigen Luft liegen und doch nicht in eine Flamme ausbrechen, obwohl sie verbrennlich sind, sich doch nicht absolut gleichgültig gegen den Sauerstoff verhalten, sondern auch bei gewöhnlicher Temperatur sich langsam mit dem Sauerstoff der Luft verbinden und dadurch wirklich einer regelmäßigen, nur überaus langsamen Verbrennung unterliegen. Wir haben die Allgemeinheit derartiger Vorgänge bei früherer Gelegenheit behauptet, als von den Katalysatoren die Rede war, und finden in der gelegentlichen Selbstentzündung
der Steinkohle einen willkommenen Beleg für die Tatsachlichkeit der langsamen Verbrennung.
Es ist also, um diese Erörterungen zusammenzufassen, bei der chemischen Energie die
Aufbewahrungsmöglichkeit
dieser Energieform, worin ihre besondere Bedeutung liegt.
Gleichzeitig stellt die chemische Energie diejenige Art dar, in welcher die Energie am stärksten
konzentriert
ist, d. h. wo in einem Minimum von Raum und Gewicht ein Maximum von Energiemenge vorhanden ist. Wir können uns hiervon gleichfalls durch praktische Beispiele aller Art überzeugen, die wir sowohl im Reiche der Natur sowie im Reiche der Technik antreffen.
Die meisten Tiere gründen ihre Existenz auf eine mehr oder weniger entwickelte
Beweglichkeit
. Sie müssen sich bewegen können, um einerseits ihren Feinden entfliehen, andererseits ihre Nahrungsmittel finden und sammeln zu können. Gelegentlich werden ganz außerordentlich weitgehende Bewegungen von den Tieren bewerkstelligt; es sei nur an die Wanderflüge der Störche, Schwäne, Singvögel und anderer Wandervögel erinnert, wir müssen uns daher fragen: welche Energie benutzen die Tiere, um diese großen Leistungen auszuführen?
Die Antwort ist: es ist
ausschließlich chemische Energie
, nämlich die Oxydationsenergie ihrer Nahrungsmittel, welche sie in mechanische Arbeit umwandeln, wodurch jene Ortsbewegungen bewirkt werden.
Diese chemische Energie nehmen die Tiere als Bestandteile ihres Körpers, als Fett, als reichliche Muskelentwicklung usw. mit sich. Sie ergänzen sie unterwegs, wo sie Gelegenheit dazu haben, durch Nahrungsaufnahme. Aber gewöhnlich verbrauchen sie einen größeren Anteil, als sie unterwegs aufnehmen können, so daß sie zwar wohlgenährt die Stätten ihres sommerlichen Aufenthalts verlassen, aber mehr oder weniger abgemagert an den Ort ihrer Ankunft anlangen.
Diese und alle anderen Arbeitsleistungen der Tiere erfolgen aus der chemischen Energie ihrer Nahrung und diese Art der Energie erweist sich somit als diejenige Form, in welcher die Energiereserve für die ganze Existenz der Tiere angelegt ist.
Ja, wir können durch die Fortsetzung dieser Überlegungen auch noch etwas tiefer in das ganze Wesen des pflanzlich-tierischen Kreisprozesses eindringen.
Fragen wir uns nun, weshalb die Pflanzen sich gerade danach eingerichtet haben, die strahlende Energie in chemische Energie zu verwandeln, weshalb sie nicht etwa unmittelbar von der strahlenden Energie leben, so ist die Antwort die folgende: die strahlende
Energie kommt den Pflanzen nicht ununterbrochen zu. Jedesmal in 24 Stunden haben sie abwechselnd einen Tag und eine Nacht zu durchleben und da das Leben unter allen Umständen und in jedem Augenblicke auf Umwandlungszuständen der Energie beruht, so würde eine Pflanze, welche direkt vom Sonnenlicht lebte, jedenfalls am Abend sterben müssen, weil sie eine energielose, d. h. also lebenslose Zeit bis zum nächsten Morgen durchzumachen hätte. Es ist also für die
Fortsetzung
des Lebens der Pflanzen über die Dauer einiger Stunden unbedingt nötig gewesen, daß sie zunächst aus der ihnen zur Verfügung stehenden strahlenden Energie irgendeine
Dauerform
der Energie herstellen, um sich über die Zeit hinwegzubringen, in welche ihnen die primäre Energie der Strahlung nicht zur Verfügung steht, wir haben es also hier mit einer Einrichtung zu tun, die ähnlich dem Schwungrade einer Dampfmaschine wirkt. Dieses Schwungrad dient bekanntlich dazu, den Mechanismus über den sogenannten toten Punkt hinwegzubringen, an welchem die Maschine, z. B. wenn der Kolben der Dampfmaschine am untersten oder obersten Punkt steht, keine Arbeit leisten kann, weil er im Begriff ist, seine Bewegungsrichtung zu ändern. Die Energie, welche der Kolben z. B. während des Hinganges der Maschine ausgegeben hat, wird teilweise als Bewegungsenergie im Schwungrad gespeichert und an dem toten Punkt wird diese Bewegungsenergie wieder teilweise, in dem das Schwungrad ein wenig in seiner Geschwindigkeit vermindert wird, in Arbeit übergeführt, welche nötig ist, um die Dampfmaschine wieder an die Stellung zu bringen, in welcher der Dampf am Kolben Arbeit leisten kann. Ebenso müssen also die Pflanzen die strahlende Energie, die sie nur während eines Teiles des Tages zur Verfügung haben, in eine Dauerform umwandeln, welche ihnen die Aufrechterhaltung ihrer Existenz während der strahlungslosen Zeit ermöglicht.
Somit führen die Pflanzen genau gesprochen ein doppeltes Dasein. Einerseits sind sie Energiesammler, solange das Sonnenlicht scheint, andererseits sind sie aber Energieverzehrer während der strahlungslosen Zeit. Sie leben von den gesammelten Vorräten, solange die Sonne sie nicht bescheint, solange sie nicht in der Lage sind, die strahlende Energie für sich aufspeichern zu können. In der Pflanze allein ist also im Grunde bereits das Doppelgebilde
Pflanze-Tier
vorgebildet, das wir vorher als wesentlich für den Kreislauf des Kohlenstoffs kennen lernten, nur in der Weise, daß die Sammlung während der strahlungsreichen Zeit bedeutend mehr beträgt, als der Verbrauch während der strahlungsfreien Zeit. Daß es sich tatsächlich so verhält, ersieht man daraus, daß die Pflanzen (wie schon
erwähnt wurde) ganz ebenso wie die Tiere, während sie nicht von der Sonne bestrahlt werden, Kohlendioxyd aushauchen und Sauerstoff verbrauchen. Sie tun dasselbe sogar auch während der Zeit der Sonnenstrahlung, aber sie bewirken gleichzeitig an anderen Stellen ihres Organismus das Entgegengesetzte, die Spaltung des Kohlendioxyds und die Aushauchung von Sauerstoff. Da dieser zweite Prozeß bei weitem der überwiegende ist, so kommt insgesamt der Eindruck zustande, als täten sie allein das zweite, indem das Kohlendioxyd, das sie erzeugen, alsbald wieder an anderer Stelle in Sauerstoff und organische Substanz umgewandelt wird.
Wir können nun noch weiter die Frage stellen, ob die Pflanzen gute oder schlechte Maschinen sind, oder genauer ausgedrückt, wie groß der Anteil der Sonnenstrahlung ist, den die Pflanzen aus dem Sonnenlicht in chemische Energie verwandeln.
Die Antwort darauf ist, daß sie
außerordentlich schlechte Maschinen
sind. Es ist bedeutend weniger als ein 1/100 der gesamten Strahlungsmenge, welche sie in chemische Energie zu verwandeln vermögen. Die gesamte übrige Bestrahlung setzt sich in den Geweben der Pflanzen, im Boden und der übrigen Umgebung in
Wärme
um.
So unerfreulich diese Tatsache vom Standpunkt des Technikers aus gesehen erscheint, so erfreulich ist sie vom Standpunkt des Volkswirts gegenüber der Frage: wie wird die künftige Existenz des Menschengeschlechtes auf der Erde durchführbar sein? Bekanntlich hat man sich schon seit Jahrhunderten darüber beunruhigt, daß die Bevölkerung der Erde im Lauf der Zeit zu groß werden könnte, so daß die Hilfsmittel zur Ernährung dieser Bevölkerung sich als unzureichend erweisen müßten. Eine erste Beruhigung gegenüber dieser Frage ist im letzten Jahrhundert dadurch erzielt worden, daß es durch eine genauere wissenschaftliche Kenntnis der Vorgänge im Pflanzenkörper möglich geworden ist, die Produktion von Pflanzensubstanz pro Hektar Fläche ganz bedeutend zu heben, sie auf das zwei- bis dreifache des früheren Betrages zu vervielfältigen. Und diese Verbesserung hat noch keineswegs aufgehört. Denn nachdem man zunächst durch künstliche Düngemittel und Bodenbearbeitung eine Steigerung der Ertrage von seiten des anorganischen Teils her zu bewerkstelligen gelernt hat, ist nun auch begonnen worden von der anderen Seite her eine regelmäßige und bewußte Verbesserung vorzunehmen, indem man nämlich
die Pflanzen selbst
einer Steigerung ihrer Eigenschaften unterzogen hat. Das geht natürlich nicht wie bei einer Maschine oder einer anderen mechanischen Vorrichtung, sondern man muß die Natur selbst zu Hilfe nehmen, indem man die vorhandenen Mannigfaltigkeiten
der Pflanzen, die auch innerhalb der Spezies in dieser Beziehung bestehen, dazu benutzt, um größere Erträge zu erzielen. Die ursprüngliche Zuckerrübe hat beispielsweise 5 oder 6 % Zucker in ihrem Saft gehabt – die gegenwärtige Zuckerrübe ist auf mehr als das Doppelte in dieser Beziehung gesteigert worden, einfach durch systematische Zuchtwahl, nämlich durch Verwerfung solcher Rüben für die Nachzucht, welche zu wenigen Zuckergehalt hatten und die Bevorzugung der Varietäten mit reichem Zuckergehalt und großem Körper. Die Verbesserungen nach dieser Richtung sind eben erst begonnen worden und scheinen noch bei weitem nicht vollständig erschöpft zu sein.
So groß indessen die Hoffnungen nach dieser Richtung sind, so scheint das ganze System der Energiesammlung durch die Pflanzen selbst von solcher Beschaffenheit zu sein, daß, eine weitere sehr erhebliche Steigerung des Ertrages auf diesem Wege voraussichtlich nicht leicht zu erreichen sein wird. Demgegenüber können wir uns aber eine große Anzahl anderer Vorgänge vorstellen, durch welche wir die strahlende Energie sammeln können und welche uns demgemäß einen großen Teil von dem ersetzen können, was bisher die Pflanzen leisten. Überschlagen wir nämlich den Pflanzenbestand der Erdoberfläche, so finden wir, daß nur ein verhältnismäßig kleiner Teil gegenwärtig dazu benutzt wird, um unmittelbar Nahrungsmittel für den Menschen herzustellen. Die sehr ausgedehnten Gebiete, welche mit Waldungen bestanden sind, dienen beispielsweise in keiner Weise zu Nahrungszwecken, so daß die dort wachsende Pflanzensubstanz als Holz zu allen möglichen anderen menschlichen Zwecken verwendet wird, nur nicht zur Nahrung. Dazu sind ferner noch die sehr viel ausgedehnteren Wüstengebiete zu rechnen, in denen wegen Mangels an regelmäßiger Bevölkerung überhaupt kein Pflanzenwuchs gedeiht, obwohl dort die Hauptsache, nämlich die Sonnenstrahlung, in reichlichster Menge vorhanden ist. Wer Gelegenheit gehabt hat, die zauberhaft anmutende Umwandlung der Wüste in Gärten von tropischer Üppigkeit zu beobachten, welche im Westen von Nordamerika durch rationelle Bewässerung bewirkt worden ist und noch dauernd bewirkt wird, hat den Eindruck, daß in solcher Beziehung die ausschweifendsten Hoffnungen noch hinter der Wirklichkeit zurückbleiben können.
Also selbst, wenn nach sehr lange Zeit der Mensch, wie alle Tiere auf die Mitwirkung der
Pflanzen
zur Gewinnung von chemischer Energie als
Nahrung
aus strahlender angewiesen sein wird, so liegt die Sache doch nicht so mit der Gewinnung van zahllosen Stoffen, die nichts mit der Ernährung des menschlichen Körpers und mit
Nahrung überhaupt zu tun haben. Diese Dinge können vielfach durch anorganisches Material, zum Teil sogar mit großem Vorteil ersetzt werden. Man denke nur an den Ersatz des Holzes zum Hausbau durch Stein und in jüngster Zeit auch Eisen, wodurch die früheren verheerenden Brände trotz inzwischen tausendfach vermehrter Feuersgefahr auf geringfügige Kleinigkeiten reduziert worden sind. Ferner aber können wir die strahlende Energie noch auf andere Weise benutzbar machen. Denken wir uns beispielsweise ein photoelektrisches Element von geeigneter Beschaffenheit konstruiert, das heißt eine Maschine, welche die Strahlung der Sonne direkt in
elektrische
Energie verwandelt, welche also einen Teil der aufgenommenen Strahlung als einen elektrischen Strom aus dem Apparat zu ziehen gestattet. Dann könnten wir mit Hilfe dieser elektrischen Energie ungefähr alles das leisten, was gegenwärtig die gesamte Industrie, das gesamte Transportwesen usw. mit Hilfe der Steinkohle leistet, wir könnten mit anderen Worten die riesigen Energiemengen, die wir gegenwärtig durch Verbrennung jener uralten organischen Substanz gewinnen, aus diesen photoelektrischen Batterien herstellen. Dadurch würde die ganze Erdoberfläche, soweit sie nicht zum Bewohnen und zum Verkehr notwendig ist, für die Bestellung mit Ackerfrüchten frei werden und die Zahl der Menschen, die auf der Flächeneinheit urbaren Landes existieren könnten, wird um ein vielfaches zunehmen.
In noch viel weiterer zeitlicher und sachlicher Entfernung, aber doch noch nicht ganz außerhalb des Gesichtskreises der Menschen, liegt der Gedanke, daß man künftig, vielleicht wieder unter Mitwirkung der elektrischen Energie,
direkt
aus der Kohlensäure oder aus irgendwelchen kohlenhaltigen Mineralstoffen wird Nahrungsmittel herstellen können. Gerade die chemischen Forschungen der letzten Jahre haben uns gezeigt, daß die Möglichkeit durchaus nicht ausgeschlossen ist. Es ist möglich geworden, auf künstlichem Wege die wichtigsten Stoffklassen in ihren wesentlichen Repräsentanten herzustellen, die wir gegenwärtig als Nahrungsmittel benutzen. Die Fette kann man schon seit mehr als einem halben Jahrhundert künstlich gewinnen. In neuerer Zeit sind auch die
Zuckerarten
und in allerletzter Zeit die
eiweißartigen Stoffe
in das Gebiet der synthetischen Chemie hineingelangt, das heißt, man hat gelernt, sie auf künstlichem Wege aus einfachsten Verbindungen oder in letzter Linie aus den Elementen zu machen.
Diese Betrachtungen sind nicht angestellt worden, weil dieser Schritt etwa als nötig oder auch nur dringlich erschiene. Dies ist noch bei weitem nicht der Fall, da die in erster Linie angegebenen
Möglichkeiten des Fortschrittes noch einer so starken Entwicklung des Menschengeschlechtes den nötigen Nährboden liefern können, daß der Übergang zu diesem letzten Mittel noch in weite Zeitenfernen hinausgeschoben werden darf. Die Betrachtungen haben vielmehr nur den Zweck, zu zeigen, wie die Mittel der Wissenschaft uns Möglichkeiten erkennen lassen, an welche kulturell niedriger stehende Zeiten und Völker auch nicht entfernt haben denken können. Nach dieser Zeit sind demnach so bald keine Grenzen für die physische Entwicklung und Verbreitung der Menschheit zu erwarten. Solche liegen viel näher nach der Richtung, daß jede Spezies, je höher sich ihre Entwicklung steigert, im allgemeinen auch um so mehr an Fruchtbarkeit einbüßt. Es zeigen sich bei einzelnen hochentwickelten Kulturvölkern bereits Anzeichen einer derartigen Verminderung der Fortpflanzungsfähigkeit, daß diese im allgemeinen natürliche Erscheinung beginnt einen bedrohlichen Charakter anzunehmen. Doch gehören Betrachtungen über diese neuartigen Probleme nicht in den Rahmen dieses Buches.
 
Fünfzehntes Kapitel.
Wasserstoff und Stickstoff.
Wir wenden uns nun zu den andern chemischen Elementen und fragen, wie sie sich in bezug auf den allgemeinen Kreislauf verhalten. Die Antwort darauf lautet im ganzen dahin, daß die Elemente welche sonst noch den Pflanzenkörper ausbauen, einen ganz ähnlichen Kreislauf durchmachen, wie wir ihn eben am Kohlenstoff beobachtet haben. Insofern besteht also eine große Ähnlichkeit zwischen dem Kohlenstoff und den anderen Elementen. In bezug auf die
Energiefrage
aber liegt die Sache ganz wesentlich anders. Hier stellt sich heraus, daß der Kohlenstoff (mit dem Sauerstoff) ganz vorwiegend der Träger der gesamten Energie des Pflanzen- und Tierlebens ist und daß die anderen Elemente, die sich noch am Aufbau des Körpers beteiligen, hierbei eine mehr sekundäre Rolle spielen, daß sie mehr die Eigenschaft und den Charakter von Maschinenhilfsmitteln, nicht aber von eigentlichen Energieträgern haben,
Wir betrachten die wichtigsten hier vorkommenden Elemente einzeln und wenden uns zunächst dem
Wasserstoff
zu, mit dem wir uns ja schon mehrfach beschäftigt haben.
Der Wasserstoff hat gleichfalls eine sehr bedeutende Verbrennungswärme, die auf gleiches Gewicht gerechnet, dem Werte der Verbrennungswärme des Kohlenstoffs überlegen ist. Für die Gewichtseinheit Sauerstoff gerechnet ist sie dagegen geringer als beim Kohlenstoff. Das rührt daher, daß sich ein Teil Wasserstoff mit acht Teilen Sauerstoff zu Wasser verbindet, während ein Teil Kohlenstoff nur 2.67 Teile Sauerstoff aufnimmt, um Kohlendioxyd zu bilden.
Nun stellt sich aber bezüglich der Zusammensetzung der organischen Stoffe heraus, daß in den Wasserstoffverbindungen gewöhnlich Sauerstoff gleichzeitig vorhanden ist und zwar vielfach in dem gleichen Verhältnis, wie sie gerade zu Wasser zusammentreten. Demgemäß darf man den Wasserstoff zunächst in diesen Verbindungen und angenähert auch in andern als
bereits verbrannt
betrachten. Das heißt mit andern Worten, der Wasserstoff kommt niemals als solcher mit seiner chemischen Energie in Frage, sondern das Wasser, das Verbrennungsprodukt des Wasserstoffs, stellt den wesentlichen Bestandteil der organischen Substanzen dar. Demgemäß wird auch niemals
aus dem Wasser durch die Einwirkung des Lichtes in den Pflanzen der Sauerstoff abgeschieden, und etwa der Wasserstoff in Freiheit gesetzt, sondern dieser Scheidungsprozeß bezieht sich ausschließlich auf das Kohlendioxyd und die Abscheidung des Kohlenstoffes aus ihm. Mit dem Kohlenstoff aus dem Kohlendioxyd tritt dann das Wasser der Pflanze anscheinend mehr oder weniger unmittelbar in chemische Verbindung ein.
Es soll sofort hervorgehoben werden, daß diese Darstellung nur in ganz groben Umrißlinien den Tatbestand veranschaulicht. Es gibt noch eine große Menge von organischen Verbindungen, in welchen Sauerstoff und Wasserstoff in anderem Verhältnis vorhanden sind, als sie im Wasser vorkommen und demgemäß tritt auch etwas wie eine Reduktion oder Entsauerstoffung des Wassers bei den organischen Vorgängen ein. Wir wissen aber nichts darüber, ob diese Vorgänge unmittelbar erfolgen oder ob sie erst ein Ergebnis der Einwirkung der Kohlenstoffverbindungen auf das Wasser sind. So tun wir am besten, diese Frage ganz auszuscheiden, was wir dürfen, weil
quantitativ
jedenfalls die Energieumsätze, die am Wasserstoff haften, sehr viel geringer sind, als die am Kohlenstoff haftenden.
Von weiteren Elementen, die in den Pflanzen vorkommen, sind noch einige wenige zu nennen, weil sie zwar nicht für die Energiebilanz, wohl aber für den Pflanzenbau von der größten Bedeutung sind Hier ist zunächst her
Stickstoff
zu erwähnen, dann der
Phosphor
, das
Kalium
, der
Schwefel
sowie endlich das
Eisen
anzuführen. Alle diese Stoffe sind chemische Elemente und die meisten von ihnen pflegen auch dem Laien in elementarem Zustande bekannt zu sein. Wir wollen diese Elemente im einzelnen genauer besprechen.
Den
Stickstoff
kennen wir bereits. Er ist der Hauptbestandteil der atmosphärischen Luft, welche ein Gemenge, oder wissenschaftlich genauer gesagt, eine
Lösung
von Stickstoff und Sauerstoff ist. Der Sauerstoff beträgt ungefähr 19/100 des Raumes der Luft, während der Stickstoff 81/100 beträgt.
Es ist sehr bemerkenswert, daß diese Zusammensetzung der Luft fast völlig übereinstimmend gefunden wird, ob man die Luft im Norden oder Süden, am Lande oder über dem Meer, auf der Erdoberfläche oder in beliebigen Höhen untersucht. Denn wir wissen ja, daß einerseits nicht nur durch alles tierische Leben bis zum einfachsten einzelligen Organismus hinunter beständig Sauerstoff verbraucht und Kohlendioxyd erzeugt wird, sondern daß auch andererseits die Industrie in ihren verschiedenartigsten Formen enorme Mengen Sauerstoff verbraucht, um durch Verbrennung von Kohle
die Energien verfügbar zu machen, deren sie für ihre mannigfaltigen Zwecke in so großer Menge bedarf. Umgekehrt wird allerdings durch die Pflanzen das der Luft mitgeteilte Kohlendioxid wieder in freien Sauerstoff umgewandelt. Diese Vorgänge finden aber natürlich nicht an derselben Stelle statt. Während z. B. die Städte als »Kohlendioxydpunkte« auf einer entsprechend ausgeführten Landkarte erscheinen würden, erweisen sich Wälder, Wiesen und Äcker als Sauerstoffgebiete. Daß schließlich alle diese Beeinflussungen die Zusammensetzung der Luft praktisch konstant lassen, beweist, daß sie sich im großen und ganzen gerade das Gleichgewicht halten. Die große Beweglichkeit der Luft und die Mannigfaltigkeit der Windströmungen bewirken ferner eine so wirksame Vermischung der Anteile verschiedener Zusammensetzung, daß das angegebene Resultat, die praktische Unveränderlichkeit, sich ganz wohl verstehen läßt,
Auch zeitlich zeigt sich die gleiche Unveränderlichkeit, wenigstens über die kurze Zeitspanne von etwa einem Jahrhundert, seit wir genaue Luftanalysen besitzen.
Der
Stickstoff
, wie er in der Luft als elementares Gas vorhanden ist, kommt für die chemischen Vorgänge im Tier und in der Pflanze nur verhältnismäßig wenig in Betracht. Man hat lange Zeit geglaubt, daß er überhaupt nicht fähig ist, in den Pflanzenkörper einzutreten. Denn der freie Stickstoff ist von den bisher erörterten Elementen dadurch sehr verschieden, daß er gern und dauernd in freiem oder elementarem Zustande zu existieren liebt und daß er nur mit besonderer List oder Gewalt dazu veranlaßt werden kann, in chemische Verbindungen überzugehen. Indessen hat sich doch durch die Forschungen der letzten Jahrzehnte herausgestellt, daß auch die Pflanzen, wenn auch nicht viele, solche List oder Gewalt zu entwickeln vermögen. Es gibt gewisse Pflanzenarten, von denen die Landwirte schon von jeher wissen, daß sie den Boden in bezug auf Stickstoff bereichern. Es sind das die
Schmetterlingsblütler
oder Leguminosen.
Die dahin gerichteten Forschungen haben sehr merkwürdige Verhältnisse ergeben. Die pflanzen selbst sind unfähig, den Stickstoff der Luft für ihre Zwecke zu binden. Sie werden aber dazu fähig sein, wenn sich an ihrer Wurzel gewisse kleine sehr einfache Lebewesen (Bakterien) ansiedeln, die dann eigentümliche und charakteristische Knöllchen hervorbringen. Diese Knöllchen stellen Maschinen dar, um den freien Stickstoff der Luft in chemische Verbindungen überzuführen, welche ihrerseits von der Pflanze aufgenommen und zum Aufbau ihres Körpers verwertet werden. Allerdings geschieht dieser Vorgang nicht gratis, denn in der Natur geschieht überhaupt
nichts gratis. Um den Stickstoff in eine chemische Verbindung überzuführen, ist unbedingt nötig, daß, ein beträchtlicher Energieaufwand geschieht. Und dieser Energieaufwand wird in der gemeinsamen Wirtschaft (Symbiose) der höheren Pflanze und des Stickstoffbakteriums dadurch erzielt, daß dafür eine entsprechend große Menge organischer, kohlenstoffhaltiger Substanz einer Verbrennung unterzogen wird. Es ist gelungen auch im Laboratoriumsversuch diese Sache nachzumachen, d. h. solche Stickstoffbakterien in Reinkultur zu züchten und sie dazu zu veranlassen, den Luftstickstoff in chemische Verbindungen überzuführen, hierbei hat man beobachtet, daß eine sehr starke Oxydation kohlenstoffhaltiger organischer Substanz erforderlich ist, damit diese Bakterien gedeihen und die Stickstoffbindung ausführen können, wir haben also in dieser Oxydation das energetische Äquivalent der Überführung des freien Stickstoffs in den gebundenen zu erkennen. Überlegt man, daß diese kohlenstoffhaltigen Energielieferanten ihrerseits von der Umwandlung der Sonnenstrahlung herrühren, so kommt man zu dem Ergebnis, daß auch der freie Stickstoff durch das Sonnenlicht gebunden und dem Pflanzenkörper zugänglich gemacht wird. Nur ist die dazu erforderliche Maschinerie ein wenig verwickelter, da die Pflanze allein es nicht machen kann, sondern sich dazu mit dem Bakterium verbinden muß.
Fig. 6.
Was nun die Bedeutung des Stickstoffs für den Pflanzen- und Tierkörper anlangt, so muß diese sehr hoch eingeschätzt werden, Sie liegt aber, um das wiederhalt angewendete Bild auch hier zu benutzen, wesentlich auf der maschinentechnischen Seite. Der Stickstoff spielt in den Pflanzenverbindungen keine wesentliche Rolle als Energiesammler oder Energieträger, er spielt dagegen eine
außerordentlich bedeutende Rolle als Regulator und Vermittler der einzelnen Vorgänge, wir erkennen dies daran, daß gerade die allerwichtigsten Teile der Körper, die Muskelsubstanz, die Substanz der Nerven und des Gehirns, also die eigentlich arbeitstätigen Anteile des Körpers der höheren Lebewesen sämtlich aus stickstoffhaltigen Substanzen aufgebaut sind, solche finden sich aber auch bei den niedrigsten Lebewesen, so daß das Leben ohne Stickstoff unmöglich erscheint. Diese stickstoffhaltigen Substanzen besitzen also Eigenschaften, welche gerade für die besonderen chemischen Vorgänge der Lebensbetätigung wesentlich sind, und deshalb pflegt man stickstoffhaltige Verbindungen ganz besonders als Träger dieser Lebensarbeit anzusehen.
Auch in den Pflanzen ist das ebenso. Diejenigen Teile der einzelnen Pflanzenzelle, an denen die Fortdauer und die Lebensbetätigung der Zelle besonders haftet, nämlich der Kern und das Protoplasma sind beide stickstoffhaltig und deshalb kann kein Organismus der Pflanze bestehen ohne bestimmte Stickstoffmengen, die seinem Körper organisch einverleibt sind. Da nun der Boden, das Wasser sowie die Luft verhältnismäßig wenig Stickstoffverbindungen enthalten, welche für die Pflanze verwertbar sind, so ist im allgemeinen die Menge der Pflanzen, die auf einer gegebenen Fläche zu wachsen vermögen,
begrenzt durch den verfügbaren Stickstoff
.
Es gibt nun in allem Regenwasser und zum Teil auch gasförmig in der Luft eine Verbindung von Stickstoff mit Wasserstoff, welche den Namen
Ammoniak
führt und von der eine wässerige Lösung unter dem Namen
Salmiakgeist
oder
Ammoniakspiritus
wohl bekannt ist. Dieses Ammoniak ist für sich ein gasförmiger Stoff, der sich leicht in Wasser auflöst und der aus Stickstoff und Wasserstoff besteht. Die Pflanzen sind fähig, ihre stickstoffhaltigen Substanzen mit Hilfe des Ammoniaks aufzubauen, allerdings nicht unmittelbar, sondern erst nachdem sie den Wasserstoff des Ammoniaks mit Sauerstoff verbunden oder zu Wasser oxydiert haben. Gleichzeitig wird der Stickstoff des Ammoniaks in eine Sauerstoffverbindung verwandelt, die
Salpetersäure
genannt wird. Die Salpetersäure vermag sich mit vielen anderen Elementen metallartiger Natur zu Salzen zu verbinden, welche
Nitrate
heißen und welche eine große Rolle in dem gesamten Pflanzenleben spielen.
Die Nitrate sind die eigentlich stickstoffhaltigen Nährmittel der Pflanze. Sie werden innerhalb der Pflanzenzellen bei Gelegenheit der Zerlegung des Kohlendioxyds in verwickelte Verbindungen mit dem Kohlenstoff übergeführt. Man kann daher die Menge der Pflanzen,
die auf einer gegebenen Fläche wachsen können, bedeutend dadurch vermehren, daß man den Stickstoffgehalt des Bodens vermehrt. Man kennt das Verfahren von altersher als
Düngen
. Die Auswurfstoffe der Tiere, welche sämtlich mehr oder weniger reich an Stickstoffverbindungen sind, werden seit Menschengedenken zu diesem Zweck benutzt: Man bringt sie auf die Äcker und Wiesenflächen hinaus und beobachtet dementsprechend ein bedeutend günstigeres Wachstum der Pflanzen an den Stellen, an welche man solche stickstoffhaltigen Substanzen gebracht hat.
Nun ist aber die Stickstofflieferung, wie wir sie etwa durch Haustiere, durch die Zucht von Kühen, Schafen usw. gewinnen können, unverhältnismäßig viel geringer, als der Stickstoffbedarf des Bodens bei größtmöglichster Ausnutzung. Darum war es für die Landwirtschaft eine außerordentlich wichtige Entdeckung, als man um die Mitte des vorigen Jahrhunderts in Südamerika Lager von Nitraten fand, welche sich dort unter ganz ungewöhnlichen Bedingungen gebildet haben und welche seitdem als
Chilisalpeter
ausgebeutet, nach Europa verschifft und in ganz riesigen Mengen zur Düngung der Felder und Wiesen benutzt worden sind.
Seit einigen Jahren ist man dahinter gekommen, daß die Dauer der Nitratvorräte in Südamerika nicht mehr allzu groß sein wird. Die Meinungen sind darüber verschieden, ob sie noch 20 oder 40 oder 60 Jahre aushalten werden; jedenfalls scheinen aber auch die sanguinischsten Beurteiler der Verhältnisse nicht zu glauben, daß sie für ein Jahrhundert reichen werden. So ist es deshalb eine außerordentlich wichtige Angelegenheit für die Menschheit geworden, die Frage zu beantworten, woher man sonst genügenden gebundenen Stickstoff nicht nur für die Aufrechterhaltung, sondern für die notgedrungene Steigerung der Fruchtbarkeit unserer Felder hernehmen kann.
Die Aufgabe kann auf mannigfaltige Weise gelöst werden. Man kann erstens dafür sorgen, die enormen Mengen von gebundenem Stickstoff, welche in Gestalt von Abwässern in den großen Städten meist unbenutzt dem Meere zugeführt werden, aufzufangen, zu sammeln und für die Landwirtschaft zu verwenden. Man kann ferner daran denken, die ganz ungeheuren Mengen gebundenen Stickstoffs, welche in der Steinkohle und Braunkohle vorhanden sind und welche bei gewöhnlicher Verwendung dieser Stoffe im Ofen unbenutzt verloren gehen, da sie zersetzt werden und ihren Stickstoffgehalt in Gestalt von nicht mehr verbundenem, von elementarem Stickstoff in die Luft hinein senden, durch rationelle Leitung des Verbrennungsvorganges zu gewinnen. Schon gegenwärtig wird ein
gewisser Bruchteil dieses Stickstoffs aufgesammelt, nämlich derjenige, der von den Kohlen herrührt, welche durch starkes Glühen in Leuchtgas und Koks verwandelt werden. Dabei gehen die flüchtigen Anteile der Steinkohle fort, Zu denen die Stickstoffverbindungen gehören, und der Stickstoffgehalt sammelt sich in Gestalt von Ammoniakwasser unter den Produkten der Destillation an. Es ist aber nur ein verhältnismäßig kleiner Teil der Steinkohle, welcher gegenwärtig in Koks übergeführt wird. Daher erscheint es durchaus rationell, daß man Künftig überhaupt gar keine rohe Steinkohle mehr verbrennt, sondern alle Kohle, sei es für Koks oder für gewöhnliche Heizzwecke bestimmte, zunächst einer Verkokung unterzieht, wobei der Stickstoff als Ammoniak (und außerdem eine große Anzahl wertvoller Nebenprodukte) gewonnen werden.
Ein solches Verfahren hätte noch den besonderen Vorzug, daß die
Rauchplage
der großen Städte im wesentlichen verschwinden würde. Koks verbrennt bekanntlich rauchlos, während die rohe Steinkohle einen mehr oder weniger starken Rauch entwickelt, wenn man durch Ortsstatut überhaupt verhindert, daß rohe Steinkohle in die Stadt hineingelangt, was durchaus ausführbar wäre, da man den Energiebedarf der Stadt in Gestalt von
elektrischer
Energie bestreiten kann, was gleichfalls durchaus ausführbar ist, so können wir eine Zukunft vor uns sehen, wo die Luftverschlechterung der großen Städte, unter der deren Bewohner gegenwärtig so außerordentlich leiden, im wesentlichen vermieden werden kann. Gleichzeitig würden unabsehbare Mengen von höchst wertvollem Stickstoff (das Kilogramm gebundener Stickstoff kostet ungefähr eine Mark) für die Landwirtschaft zugänglich gemacht werden können.
Aber diese Mittel sind nicht die einzigen, welche die moderne Technik und Wissenschaft gefunden hat, sondern sie hat es seit kurzer Frist erreicht, sogar den freien Stickstoff der Luft zu zwingen in chemische Verbindungen überzugehen. Dies ist natürlich wieder durch den jungen Zauberer
Elektrizität
gelungen. Schon vor 120 Jahren hatte ein Physiker und Chemiker namens
Cavendish
bemerkt, daß, wenn man elektrische Funken durch gewöhnliche Luft schlagen läßt, sich der Raum vermindert und gleichzeitig, wenn Wasser mit dieser elektrisierten Luft in Berührung steht, in dem Wasser sich Salpetersäure nachweisen laßt. Die Beobachtung war lange, lange Zeit ein bloßes wissenschaftliches Experiment gewesen, das an und für sich wohl interessant genug war, aber von dem man auch von ferne keine technische Anwendbarkeit vorauszusagen wagte. Erst in unserer Zeit, als die Stickstoffnot am Horizont erschien, hat
alsbald der Scharfsinn der Forscher und der Techniker sich der alten Erscheinung bemächtigt und mit den ungeheuren Mengen elektrischer Energie, welche die moderne Technik uns zur Verfügung stellt, alsbald das Problem einer Massenherstellung von Nitraten aus gewöhnlicher atmosphärischer Luft bearbeitet und gelöst.
Da die Luft aus Stickstoff und Sauerstoff besteht, so sind ja die beiden Elemente bereits vorhanden, welche nötig sind, damit Nitrate entstehen, und die Aufgabe, die hier zu lösen war, kam insgesamt im wesentlichen auf das technische Problem hinaus, wie die geringen Mengen von Salpetersäure, die bei der Einwirkung des elektrischen Funkens auf die atmosphärische Luft entstehen, durch geeignete Einrichtungen der gesamten Apparatur erstens so zu vermehren und zweitens wie die so erhaltenen Substanzen in geeigneter Weise so zu sammeln und zu konzentrieren wären, daß ein wirtschaftlich vorteilhaftes Verfahren möglich würde. Derartige Luftsalpeteranlagen sind allerdings sehr böse Energiefresser. Denn der Prozeß geht höchst unvollkommen vor sich und verlangt außer dem normalen Bedarf noch Extraspesen an Energie, die nachher in nutzlose Wärme übergehen. Der Vorgang ist deshalb nur dort ausführbar, wo die Energie überaus billig ist, und man hat insbesondere die bis dahin fast wertlosen Arbeitsmengen der norwegischen Wasserfälle benutzt, um mit deren Hilfe aus der Luft Nitrate zu machen und solchen synthetischen oder Luftsalpeter für die Bedürfnisse der Landwirtschaft herzustellen. Gegenwärtig gibt es bereits eine ganze Anzahl verschiedenartiger Systeme, mit denen man arbeitet, und die, soviel den Außenstehenden erkennbar ist, gute wirtschaftliche Ergebnisse bringen. ^
Dies ganze Kapitel der künstlichen Bindung des Stickstoffes ist insofern außerordentlich lehrreich, als es uns zeigt, wie man gegenwärtig der Technik die wichtigen Probleme zu nennen, ja nur von ferne zu zeigen braucht, um sicher zu sein, daß sie (falls sie überhaupt sich im Gebiet des Menschenmöglichen befinden) über kurz oder lang nicht nur theoretisch, sondern auch wirtschaftlich zweckmäßig gelöst werden.
Was früher als ein unerwartetes Geschenk höherer Mächte angesehen wurde, nämlich eine wissenschaftliche große Entdeckung, kann gegenwärtig durch die Organisation der wissenschaftlichen Arbeit in systematischer Weise erzielt werden, ohne daß man auf einen ungewöhnlichen Genius zu warten braucht, der diese Entdeckung ausführt. Natürlich wäre es nicht möglich gewesen, einen solchen Zustand zu erreichen, wenn nicht die ausgezeichneten Forscher früherer Jahrhunderte den Acker des menschlichen Wissens so weit
umgebrochen und bestellt hätten, daß er zur Erzielung regelmäßiger Früchte in Betrieb genommen werden konnte. Und ebenso natürlich ist es, daß es auch gegenwärtig noch oberhalb des Gebietes des geläufigen Wissens an den Grenzen menschlicher Kenntnis Probleme gibt, die nicht auf diese methodisch-organisatorische Weise gelöst werden können, sondern die nach wie vor einen Kopf von ungewöhnlicher Leistungsfähigkeit verlangen, um aus dem Traum in die Wirklichkeit übergeführt zu werden,
Aber es besteht doch gegenwärtig in unvergleichlich viel größerem Maße als früher die Tatsache, daß man eine Entdeckung, die Lösung eines bisher noch nicht gelösten Problems einfach
in Auftrag geben kann
, wie man ein Paar Stiefel in Auftrag gibt. Und ebenso wie bei den Stiefeln ist es auch nicht die Frage,
ob
das Problem gelöst ist, sondern die Frage ist nur,
wann
es gelöst wird, wieviel Zeit der Beauftragte zur Herstellung der neuen Stiefel oder zur Herstellung der neuen Entdeckung verbraucht. Nach den Erfahrungen im letzten halben Jahrhundert nimmt die hierzu erforderliche Zeit schnell ab. Während man am Anfang der Periode der Entwicklung der chemischen Industrie nicht selten mit zwanzigjähriger Arbeit zu rechnen hatte, bis ein Problem soweit gelöst war, daß das Verfahren wirtschaftlich und technisch glatt ging, so haben wir gegenwärtig Fortschritte ähnlicher Art zu verzeichnen, in welchen die Hälfte der Zeit, 10 Jahre, ja vielleicht sogar noch kürzere Zeit ausgereicht haben, um den gleichen Effekt zu erzielen. Die Menschheit paßt sich eben, wie so vielen andern Dingen, auch den Anforderungen des Erfindens an. Das Erfinden ist in unserer Zeit nicht mehr eine rätselhafte Gabe, die nur einzelnen wenigen zuteil wird, sondern sie ist ein technisches Verfahren, das gelehrt und gelernt werden kann, indem es mit Erfolg von denjenigen, die es durch besondere Begabung bei sich hoch entwickelt haben, auf andere von geringer Begabung übertragen wird.
 
Sechzehntes Kapitel.
Phosphor, Kalium und andere Elemente.
Von den anderen Elementen, welche für die Pflanzen in Betracht kommen, ist ferner der
Phosphor
von größerer Bedeutung. Er spielt eine ähnliche Rolle wie der Stickstoff, das heißt: er ist kein eigentlicher Energieträger, wohl aber ein wesentlicher Bestandteil solcher Verbindungen, an denen besondere Arten der Lebenstätigkeit haften.
Der Phosphor als Element ist wenigstens halbwegs den meisten aus der Zeit der Phosphorzündhölzchen bekannt. Gegenwärtig gehört diese Zeit bereits der Vergangenheit an, weil der freie Phosphor für den menschlichen Körper ein heftiges Gift ist und daher durch deutsches Reichsgesetz die Anwendung des Phosphors für Zündhölzchen verbaten ist. Aber den meisten werden die Phosphorzündhölzchen noch in der Erinnerung sein und es wird ihnen in der Erinnerung sein, daß beim Naßwerden der Köpfe ein eigentümlicher Nebel mit charakteristischem Geruch entstand und daß, im Dunkel die naßgewordenen Köpfe leuchteten. Das sind die Eigenschaften des elementaren Phosphors. Er sieht in reinem Zustande etwa wie Wachs aus und hat die Eigenschaft, sich ziemlich schnell mit dem Sauerstoff der Luft zu verbinden, wobei das eben erwähnte Leuchten eintritt und die Verbrennungsprodukte des Phosphors in Gestalt eines Nebels die oxydierte Oberfläche umhüllen.
Ähnlich wie beim Kohlenstoff kennt man auch beim Phosphor noch andere Formen, insbesondere eine rote Form, welche sich nicht freiwillig an der Luft oxydiert und welche in den Reibflächen der schwedischen Zündhölzchen enthalten ist. Der freie Phosphor kommt in der Natur nicht vor und wir begnügen uns deshalb mit diesen kurzen Angaben über seine Eigenschaften.
Die chemische Verbindung des Phosphors, die in der Natur vorkommt und die auch in den Pflanzen und Tieren eine wichtige Rolle spielt, ist die
Phosphorsäure
mit ihren Salzen, den
Phosphaten
. Von dem Stickstoff unterscheidet sich der Phosphor in bezug auf den Pflanzenkörper insofern, als er in recht geringerer Menge der Pflanze nötig ist. Es genügen also wesentlich kleinere Quantitäten des Phosphors, um den Bedarf der Pflanze zu decken, und daher
spielen die phosphorhaltigen Düngemittel nicht ganz die Rolle, wie die stickstoffhaltigen. Doch pflegt auch der gewöhnliche Acker-, Wiesen- und Waldboden bedeutend weniger Phosphate zu enthalten, als für das Maximum an Pflanzenproduktion auf ihm erforderlich wäre, und so ist die Zuführung von Phosphaten für die Gewinnung eines reichlichen Pflanzenwuchses, mit anderen Worten als künstliches Düngemittel, ebenfalls eine vorteilhafte Unternehmung des Landmanns.
Die hierfür erforderlichen Phosphate werden teils in der Natur als Überreste früherer organischer Wesen gefunden, teils werden sie bei anderen Prozessen der technischen Chemie erhalten,
Hier ist insbesondere die Gewinnung von Phosphaten aus phosphorhaltigem
Eisen
zu nennen. Beim Erschmelzen des Eisens aus Erz, in welchem Spuren von Phosphaten vorkommen, pflegt sich der Phosphor im Eisen zu sammeln und wird dort sehr ungern gesehen, weil er die Eigenschaften des Eisens sehr bedeutend verschlechtert. Früher wurden solche phosphorhaltige Erze zur Herstellung guten Eisens ausgeschlossen oder konnten nur für besondere Arten Gußeisen gebraucht werden, während sie doch in der Natur außerordentlich reichlich vorkommen und zur Verwertung dringend einladen.
Gegenwärtig hat man gelernt, durch besondere Behandlung das phosphorhaltige Eisen zu entphosphoren, während gleichzeitig der Phosphor in Gestalt von Phosphat in die dabei entstehende Schlacke geht. Von dem Techniker
Thomas
, der dieses Verfahren erfunden hat, heißt diese phosphorhaltige Schlacke
Thomasschlacke
und sie bildet einen sehr wichtigen Bestandteil der künstlichen Düngemittel, welche zu der Entwicklung der gegenwärtigen Landwirtschaft so viel beigetragen haben.
Auch dieses Beispiel ist lehrreich als das einer rationellen Entwicklung der chemischen Industrie. Dadurch, daß man den Phosphor dem Eisen entzieht, da wo er nur schädlich wirkt, und das entstandene Nebenprodukt, die Thomasschlacke der Landwirtschaft zuführt, welche ein Bedürfnis nach Phosphor hat, ist beiden Teilen geholfen und das Element, welches auf der einen Seite ein Schädling war, erweist sich auf der anderen Seite als ein großer und nützlicher Segenbringer für die wichtigste Industrie der Menschheit, für die Herstellung der menschlichen Nahrungsmittel.
Ein weiteres Element, das ebenfalls als künstliches Düngemittel eine große Rolle spielt, ist das
Kalium
. Es kämmt in der Natur niemals in freiem Zustand vor und wir haben deshalb auch kein Interesse daran, es in diesem Zustande kennen zu lernen. Es erscheint
in der Natur immer in Gestalt von Verbindungen mit anderen Elementen, namentlich mit Chlor, und diese Verbindung von Kalium und Chlor, die man Chlorkalium nennt, ist ein Stoff, der gewöhnlichem Kochsalz sehr ähnlich sieht, nämlich ein weißes, in Wasser lösliches Salz. In den Acker- und den Wiesenböden kommen Kalium-Verbindungen verhältnismäßig reichlicher vor, als Stickstoff und Phosphor. Indessen ist das Kalium dort meist nicht so leicht zugänglich, daß die Pflanzen aus dem Boden soviel entnehmen könnten, als sie für eine besonders günstige Entwicklung brauchen. Man bringt deshalb auch das Kalium in Gestalt von Chlorkalium oder anderen Verbindungen vorteilhaft auf den Ackerboden, um ein reichlicheres Wachstum zu erzielen.
Hier liegen nun die Sachen so, daß bisher auf der ganzen Erdoberfläche nur ein einziger Punkt oder vielmehr ein einziges Gebiet gefunden worden ist, wo Kaliumverbindungen sehr reichlich anzutreffen sind. Dieses Gebiet ist die norddeutsche Tiefebene, in welcher sich außerordentlich ausgedehnte Kochsalzablagerungen finden, die von kaliumhaltigen Salzen überdeckt sind. Früher hatte man diese kaliumhaltigen Salze als schädlich oder unbequem angesehen, da man sie forträumen mußte, um zu den Kochsalzlagern zu gelangen. Daher sind sie mit dem Namen der
Abraumsalze
versehen worden. Erst später kam ein technischer Chemiker namens
Francke
auf den Gedanken, daß hier eine außerordentlich wertvolle Quelle eines künstlichen kalihaltigen Düngemittels vorliegt, und seitdem ist die Kaliindustrie in diesem Teile Deutschlands zu einer großen Quelle des nationalen Wohlstandes geworden. Ähnlich wie das Petroleum, das in früherer Zeit ausschließlich in Amerika gefunden wurde und eine Quelle des amerikanischen Wohlstandes bildete, können wir in Deutschland das Kalium als einen nationalen Schatz ansehen. Alles Suchen und Forschen in den übrigen Erdteilen hat bisher noch nicht dazu geführt, ähnliche Lager von Kaliumsalzen zu entdecken, wie sie in Deutschland in außerordentlich großer Ausdehnung vorkommen. Und in dem Maße, als sich künftig die Verbesserung und Steigerung der Landwirtschaft ausdehnen wird, in dem Maße, als künstliche Düngemittel mehr und mehr eine selbstverständliche Notwendigkeit für den Betrieb der Landwirtschaft werden, ebenso wie die Steinkohle eine selbstverständliche Notwendigkeit für den Betrieb der Industrie ist, in dem Maße wird sich auch diese Monopolstellung Deutschlands weiter und weiter entwickeln und immer bedeutungsvoller werden. Es ist eine höchst wichtige Angelegenheit der deutschen Regierung, rechtzeitig die Verfügung über diese einzigartigen Schätze der privaten freihändigen Verwendung zu entziehen und sie im
Sinne eines Nutzens der Gesamtnation zu verwalten. Schon hat man von amerikanischer Seite mit einigen Erfolgen versucht, die Hand auf diese deutschen Schätze zu legen und die Möglichkeit einer Monopolisierung, wie sie Amerika mit dem Petroleum lange Zeit erreicht hatte, für das deutsche Kali auszuschalten. Hoffentlich sind die maßgebenden Stellen in Deutschland fähig, die ganz außerordentliche Wichtigkeit der Sachlage zu erkennen, und bereit, alles Mögliche und Erforderliche zu tun, um dieses nationale Gut der Nation zu erhalten.
Von den übrigen in den Pflanzen vorkommenden Elementen, insbesondere dem Schwefel, dem Eisen, dem Kalzium, Silizium und einigen anderen, ist in bezug auf unsern Hauptgegenstand sehr wenig zu sagen. Auch sie machen einen Kreislauf derart durch, daß, sie aus dem Boden in den Pflanzenkörper übertragen werden und dann bei der weiteren Verwertung dieser Pflanzenkörper als Nahrungsmittel und Brennmaterial usw. wieder in den Boden zurückgelangen können. Sie sind aber in so großer Menge auf der Erdoberfläche vorhanden, daß keine besondere Notwendigkeit für einen Kreisprozeß, wie wir ihn beim Kohlenstoff insbesondere und auch beim Stickstoff kennen gelernt haben, für diese Elemente vorliegt. Auch in dem Falle, daß, von dem seitens der Pflanzen aufgenommenen Schwefel oder Eisen oder Kalzium gar nichts wieder in den Boden zurückgeht, also diese Mengen vollständig von dem Kreislauf ausgeschaltet würden, hätte man doch keine erhebliche Verarmung der Erdoberfläche an diesen Elementen zu befürchten und infolgedessen ist auch keinerlei besonderer Vorteil davon zu erwarten, daß man diese Elemente in den Ackerboden wieder zurückbringt, einzelne besondere Fälle ausgenommen, wo es ganz und gar an dem einen oder anderen dieser Elemente fehlt. Als Energieträger kommen diese Elemente gar nicht in Betracht, was schon mit ihrer ganz geringen Menge zusammenhängt, und so können wir die Betrachtung dieser Stoffgruppe abschließen.
 
Siebzehntes Kapitel.
Schluß und Rückblick.
In ungeheurem Strome ergießt sich die freie Energie in Gestalt von Strahlung aus der Sonne in den gesamten Weltraum hinaus. Nur der verschwindend kleine Anteil davon, der auf die Erde fällt und der sich zur Gesamtmenge verhält, wie der kleine Anteil des Himmelsraumes, den die von der Sonne gesehene Erde zudeckt, zu diesem gesamten als Kugelfläche gedachten Himmelsraume, kann für die weiteren Umwandlungen nutzbar gemacht werden, von denen oben die Rede gewesen ist. Hiervon bleibt aber der größere Teil, nämlich der, welcher die Oberfläche der Weltmeere trifft, fast völlig ungenutzt; denn wenn auch mancherlei Pflanzenleben im Meere durch das einfallende Licht unterhalten wird, so ist dieses doch unverhältnismäßig viel weniger, als auf dem Festlande verwertet werden kann, von den zwei Siebenteln der Erdoberfläche, die vom Festlande eingenommen werden, fällt weiterhin ein sehr bedeutender Anteil für diesen Zweck aus, nämlich einerseits die Polargebiete, andererseits die Hochgebirge, Wüsten und anderen pflanzenlosen Gebiete. So ist es schließlich nur ein Bruchteil jenes Bruchteils, ein ganz verschwindend kleiner Teil jener großen Energiestrahlung der Sonne, durch welchen das organische Leben auf der Erdoberfläche bedingt und erhalten wird, und wiederum nur ein ganz, geringer Bruchteil dieses Gesamtlebens ist der durch das Menschenleben in Anspruch genommene Anteil.
Aus diesem Anteil, dessen Ein- oder Ausschaltung bezüglich des Gesamtbetrages der Sonnenstrahlung auch unsere allerempfindlichsten Meßinstrumente nicht annähernd würden nachweisen können, ist nun das entstanden, was wir die menschliche Kultur nennen, und was in bemerkenswerter Weise begonnen hat, das Antlitz der Erde umzugestalten. Unendlich viel reicher als diese nach außen tretenden Beträge menschlicher Arbeitskraft sind aber die inneren, die in Gestalt geistiger Güter den Menschen zu diesem gewaltigen Faktor in der Entwicklung des Lebens auf der Erde gemacht haben. Diese Vergleiche zeigen uns eine wichtige Seite der energetischen Betrachtung, auf die hier zu Schlusse noch besonders hingewiesen werden muß.
Die Energie ist zwar unerschaffbar und unvernichtbar, aber der
Wert
einer gegebenen bestimmten Energiemenge ist dennoch außerordentlich verschieden je nach ihrer Beschaffenheit.
Der Hauptteil der Sonnenenergie, der in den Weltraum hinausstrahlt, hat nach menschlichem Maßstäbe überhaupt
keinen
angebbaren Wert, denn er übt keinen angebbaren Einfluß auf die Beschaffenheit des gesamten Weltraumes aus, in dem das Sonnensystem seinerseits ja nur einen so verschwindend kleinen Bruchteil ausmacht, daß eine An- oder Abwesenheit nichts merkliches darin ändern würde. Von den auf die Erde fallenden Strahlen haben diejenigen, welche das Meer, die Wüste oder das Hochgebirge treffen, den kleinsten Wert oder die geringste Bedeutung, aber sie sind bereits nicht ganz ohne Einfluß auf menschliche Interessen (in denen ja allein der Wertbegriff begründet liegt), da sie in mannigfaltiger Weise die
klimatischen Verhältnisse
beeinflussen und damit auch für die menschliche Benutzbarkeit der Erdoberfläche mitbestimmend werden. Da diese Strahlen insbesondere die Erhebung des Wassers in Dampfgestalt bewirken, das hernach wieder als Regen oder Schnee abwärts fällt und alle Flüsse und Ströme speist, so erkennen wir, daß wir diesem Anteil eine Energiequelle verdanken, die erst in jüngster Zeit durch die Fortschritte der Elektrotechnik erschlossen zu werden beginnt, nämlich die
Energie des fallenden Wassers
, die an natürlichen Wasserfällen oder durch künstliche Stauanlagen in menschliche Gewalt gebracht und durch Umformung in elektrische Energie dem allgemeinen Gebrauch zugeführt wird. Wohl sind seit Jahrtausenden Wassermühlen in Gebrauch gewesen, die ja eine Verwertung jener Energien darstellen. Aber erst seitdem man gelernt hat, die mechanische Arbeit des fallenden Wassers in elektrische Energie zu verwandeln, ist es möglich geworden, sie auf weitere Entfernungen vom Erzeugungsorte zu leiten und dadurch erst der Menschheit wirklich brauchbar zu machen.
Noch höher im Werte steht die
chemische Energie der fossilen Brennstoffe
, da sie sich noch leichter und daher weiter transportieren läßt, als die elektrische. Man erkennt dies besonders deutlich an dem Umstande, daß der Radius der Bewegungsmöglichkeit eines Dampfschiffes durch die Kohlenmenge bestimmt ist, die es aufnimmt. Ist die Kohle verbraucht, so ist ein solcher moderner Koloß trotz aller technischer Entwicklung, die sich in ihm vereinigt findet, vollkommen hilflos. Darin liegt die Bedeutung der Kohlenstationen, die über die ganze schiffbare Erdoberfläche zerstreut sind: sie stellen sekundäre Energiequellen dar, an denen sich die Dampfschiffe immer wieder ihre Betriebskraft holen müssen, ohne welche sie zwecklose Ungeheuer sind.
In den Dampfmaschinen wird höchstens ein Drittel der chemischen Energie der Kohlen in die mechanische Arbeit des Kolbens verwandelt; die beiden anderen Drittel gehen als unbrauchbare Wärme niederer Temperatur fort. Somit ist die
mechanische Energie
mindestens dreimal wertvoller, als die chemische Energie des Brennmaterials. Tatsächlich ist sie noch bedeutend mehr wert, da für jene Umwandlung außer der Rohenergie noch die Spesen für Maschine, Öl, Bedienung usw. in Rechnung zu stellen sind; hierdurch gestaltet sich das Verhältnis ungefähr auf rund sieben zu eins. Dies gilt für moderne gut arbeitende Anlagen; viele andere, insbesondere kleine, müssen mit einem noch viel höheren Verhältnis rechnen.
Noch etwas wertvoller, als die mechanische Energie ist die
elektrische
, denn sie wird fast ausschließlich aus jener hergestellt. Die Umwandlung in der Dynamomaschine erfolgt sehr vollständig, so daß man nur mit einigen Hundertsteln Verlust zu rechnen hat; dazu kommen noch die Spesen für Maschine und Wartung. Aus elektrischer Energie erzeugt man unter anderem
Licht
. Von diesem wird aber wieder nur ein kleiner Bruchteil (günstigenfalls ein Zehntel) des Aufwandes gewonnen und daher ist die Lichtenergie solcher Art wiederum zehnmal teurer, als die elektrische und rund hundertmal teurer als die chemische Energie der Steinkohle.
Diese Betrachtungen sollen nicht fortgesetzt werden, da sie nur angestellt wurden, um anschaulich zu machen, wieso die
gleiche Energiemenge
in ihren verschiedenen Formen
sehr verschiedenen Wert
haben kann. Jede Energie ist um so wertvoller, je mehr sie nach Ort und Zeit besonderen menschlichen Bedürfnissen angepaßt ist. Deshalb ist die größte Wasserkraft im unzugänglichen Hochgebirge wertlos und deshalb muß künstliches Licht teuer bezahlt werden, während das viel stärkere Sonnenlicht nichts kostet, wenn wir imstande wären, das Sonnenlicht etwa während der Nacht von den Antipoden, wo derzeit die Sonne strahlt, zu uns herzuleiten, so würden wir nicht daran denken, die wertvolle elektrische Energie unter so großen Verlusten in Licht umzuwandeln.
So gibt es denn auch außer der sehr wohlfeilen chemischen Energie der Kohlen noch andere chemische Energien (wir nennen sie chemische Stoffe), die je nach der Schwierigkeit ihrer Erlangung und der Seltenheit ihres Vorkommens alle möglichen Wertstufen durchmessen, vor einigen Jahren, als das Radium eben bekannt geworden war, liefen durch die Tagespresse Nachrichten über den märchenhaft hohen Wert, den kleine Mengen dieses ebenso seltenen wie merkwürdigen Stoffes eben wegen seiner Seltenheit hatten. Ein Blick in das Preisverzeichnis einer chemischen Fabrik zeigt uns
mancherlei Fälle, in denen winzige Mengen sehr hohe Preise bedingen, wenn auch keine derartigen, wie das Radium. Alle diese hohe Preise sind dadurch bewirkt, daß die Gewinnung der betreffenden Stoffe einen entsprechend hohen Energieaufwand erfordert, der seinerseits allerdings die verschiedenartigsten Formen annehmen kann. Einerseits handelt es sich um schwierige oder gefährliche Operationen, andererseits um seltene Vorkommen an unzugänglichen Orten und wie die mannigfaltigen Gelegenheiten zu großem Energieverbrauch sonst heißen mögen.
Alle diese Werte haben, wie wiederholt bemerkt sei, nur eine Bedeutung in bezug auf den Menschen, der die Werte nach seinen Bedürfnissen und Aufwendungen festsetzt. So finden wir denn auch besonders schwierig oder selten zu erlangende Leistungen, z. B. künstlerische oder wissenschaftliche, auch besonders hoch bewertet. Auch hier handelt es sich um Energiebeträge, aber um solche von ganz besonders seltener Beschaffenheit, wie sie sich im Gehirn derart ausnahmsweise begabter Menschen umsetzen. Denn alle die Dinge, die man an ihnen hochschätzt, müssen
geleistet
werden, d. h. es ist eine bestimmte Arbeitsbetätigung erforderlich, ohne welche sie nicht entstehen und wirken können.
So sehen wir, wie jener ungeheure Energiestrom der Sonne sich in immer engere und engere Stromfäden zerteilt, von denen zwar nur ein verschwindend kleiner Teil von den Menschen in ihre Zwecke einbezogen wird, die aber genügen, um das menschliche Leben zunächst überhaupt erst zu ermöglichen, und ferner es mit seinem ganzen reichen Inhalt von Lust und Schmerz, von Arbeit und Genuß zu füllen. Dieses kleine Rinnsal treibt auf der Oberfläche der Erde die Mühle des Lebens, als deren wichtiges Triebrad der
Kohlenstoff
bezeichnet werden muß, durch dessen Kreislauf überhaupt erst der Energiebetrieb der Lebewesen in Gang gesetzt werden kann. Gegenüber dem Rade einer gewöhnlichen Mühle scheint dieses chemische Rad den Vorzug zu haben, daß es niemals abgenutzt werden kann, denn das Kohlenstoffatom verändert keine seiner Eigenschaften auch nur im mindesten, ob es zum ersten oder zum millionsten Male den Kreislauf durchmacht. Aber auch hier geht die Ähnlichkeit noch weiter, als wir sie beim ersten Blick erkennen, denn auch vom hölzernen Rade geht ja kein Atom verloren, wenn es abgenutzt wird und schließlich altersmorsch zusammenbricht: seine Substanz hat sich nur ins Unbestimmbare zerstreut. Ebenso scheint eine Gefahr vorzuliegen, daß das Rad des irdischen Kohlenstoffs, das sich zwischen Pflanze und Tier seit Jahrmillionen umdreht, dadurch einen Verschleiß erleidet, daß allmählich mehr und
mehr davon in Gestalt von
kohlenstoffhaltigen Mineralien
(Karbonaten) in der festen Erdrinde stillgelegt wird und sich dem Umschwünge entzieht. Denn es spricht mancherlei dafür, daß in früheren geologischen Perioden der kreisende Kohlenstoff reichlicher vorhanden gewesen ist, als gegenwärtig.
Neben dem Kohlenstoff spielen die anderen Elemente nur die Rolle von kleineren, aber für die besondere Art der Wirkung, wie sie auf Erden vorliegt, doch unentbehrlichen Maschinenteilen. Ebenso wie eine große und vollkommene Maschine zum Stillstand gebracht wird, wenn auch nur eine Schraube fehlt, die einen wesentlichen Teil an seinem Orte hält, so kann auch die Mühle des Lebens nicht laufen, wenn die verhältnismäßig geringen Mengen an Stickstoff, Phosphor, Kalium, Schwefel usw. fehlen, welche Pflanze und Tier für ihren Betrieb brauchen. Je genauer wir über die besondere Rolle unterrichtet sind, die jedes dieser Elemente zu spielen hat, um so sicherer können wir auch die Mühle des Lebens im Gange halten und vorkommende Störungen beseitigen. Insofern wird die Menschheit auch in zunehmendem Maße die Herrscherin des Lebens.