Naturwissenschaftliche Rundschau. 



Wöchentliche Berichte 



über die 



Fortschritte auf dem aesamtgebiete der Naturwissenschaften. 



XXII. Jahrg. 



13. Juni 1907. 



Nr. 24. 



Über spezifische Wärme und spezifisches 



Gewicht der ätiotropen Modifikationen fester 



Elemente. 



Von Dr. Albert Wigand (Dresden). 

 (Originalmitt eilung.) 



Die chemischen Elemente besitzen eine Eigen- 

 schaft, durch die sie für die Physik besonderes Interesse 

 gewinnen, die Allotropie. Bekanntlich versteht 

 man darunter die Tatsache, daß ein durch sein Ver- 

 binduugsgewicht genau definiertes Element in ver- 

 schiedenen Modifikationen auftreten kann, die trotz 

 der Identität der Substanz verschiedene Eigenschaften 

 besitzen. Herr J. Koppel hat in dieser Zeitschrift 1 ) 

 eine kurze Übersicht über das gegeben, was wir 

 zurzeit von der Allotropie und ihren Ursachen wissen. 



In allen drei Aggregatzuständen kann man die 

 Allotropie beobachten. Gasförmiger und flüssiger 

 Sauerstoff existiert außer in der gewöhnlichen in- 

 aktiven Form (0 2 ) als aktives Ozon (0 3 ). Flüssiger 

 Schwefel kommt in zwei Modifikationen vor, die sich 

 durch ihre Löslichkeit in Schwefelkohlenstoff und 

 viele andere Eigenschaften unterscheiden. Im festen 

 Zustande ist die Erscheinung der Allotropie am be- 

 kanntesten; Kohlenstoff (als Diamant, Graphit und 

 Kohle), Schwefel mit etwa zehn unterschiedenen festen 

 Modifikationen und Phosphor (gelb und rot) sind die 

 typischsten Beispiele. Auch bei den chemischen 

 Verbindungen wird in zahllosen Fällen analoges 

 Verhalten beobachtet; der allgemeine Name für die 

 Erscheinung ist Isomerie. 



Die Atomtheorie unterscheidet zur Erklärung 

 dieser Tatsachen zwei Arten von Isomerie: Chemisch 

 isomer sind zwei Modifikationen einer Substanz, 

 wenn ihre einzelnen Molekeln verschieden aufgebaut 

 Bind. Das kann einmal daher kommen, daß sich in 

 der einen Modifikation an dem Aufbau eines Moleküls 

 mehr Atome beteiligen als in der anderen. Es gibt 

 aber auch Fälle, wo eine Verschiedenheit in der An- 

 ordnung der Atome im Molekül bei gleicher Mole- 

 kulargröße der Grund der chemischen Isomerie ist. 

 Physikalisch isomere Modifikationen haben da- 

 gegen identische Moleküle; diese Bind jedoch so im 

 Räume angeordnet, daß sie in der einen ätiotropen 

 Form eine andere Lage haben als in der anderen. 

 Die Entscheidung der Frage, welche Art der Isomerie 

 bei den einzelnen allotropen Modifikationen der Ele- 

 mente vorliegt, ist bis jetzt erst für wenige Formen 



*) J. Koppel, Rdsch. 1904, 19, 249 u. 261, 



gelungen. So viel aber ist sicher, daß der Übergang 

 von einer Form eines Elements in die andere mit 

 unstetiger Energieänderung verbunden ist. Die ein- 

 zelnen Modifikationen unterscheiden sich also durch 

 ihren Energieinhalt. Die Folge ist eine Verschieden- 

 heit nicht nur der chemischen Reaktionsfähigkeit, 

 sondern sämtlicher physikalischer Eigenschaften. 



Wir wollen hier nur betrachten, wie sich das 

 spezifische Gewicht und die spezifische 

 Wärme bei der allotropen Umwandlung eines Ele- 

 ments ändern. Die Atome eines festen Körpers sind 

 im allgemeinen nicht wie bei einem idealen Gase 

 gleichmäßig im Räume verteilt, sondern sie gruppieren 

 sich in größeren oder kleineren Komplexen zu Mole- 

 külen und Molekülaggregaten, mehr oder weniger 

 nahe aneinander. Infolgedessen wird der den Atomen 

 zukommende Raum, das Atomvolumen, je nach der 

 Art der Gruppierung größer oder kleiner sein; damit 

 wird sich aber zugleich das spezifische Gewicht von 

 Modifikation zu Modifikation ändern. Das trifft 

 in allen Fällen physikalischer wie chemischer Iso- 

 merie zu. 



Mit der Beschaffenheit der Atomkomplexe hängt 

 aber die Bewegungsfreiheit der Atome, wie sie für 

 deren Wärmebewegung von Bedeutung ist, innig zu- 

 sammen. Die Beweglichkeit ist offenbar um so 

 geringer, je dichter die Atome beieinander sind; denn 

 die Anziehungskräfte der Atome untereinander 

 nehmen zu, wenn die Entfernung kleiner wird. Aus 

 der kinetischen Theorie der Atom wärme *) ergibt sich 

 nun die Folgerung, daß die spezifische Wärme einer 

 Modifikation um so kleiner sein muß, je geringer die 

 Bewegungsfreiheit ihrer Atome ist. Wir haben also 

 einen direkten Zusammenhang zwischen der spezi- 

 fischen Wärme und dem spezifischen Gewicht allo- 

 troper Formen, der sich in folgender Regel aus- 

 drücken läßt: 



Für allotrope Modifikationen desselben Elementes 

 sind die spezifischen Wärmen um so kleiner, je größer 

 die spezifischen Gewichte sind 2 ). 



') F. Richarz, Sitzungsber. d. Physik. Ges. Berlin, 

 24. Febr. 1893; Wieilemanns Ann. d. Physik 1893, 48, 

 708; 1889, 67, 704; Kdsch. 1894, 9, 221 u. 237; 1900, 15, 

 221; Limpricht-Festschrift, Greifswald 1900; Sitzungsber. 

 d. Ges. z. Bef. d. ges. Naturw. zu Marburg 1906, S. 187; 

 A. Wigand, Inaug.-Dissert., Marburg 1905. 



s ) F. Richarz, Sitzungsber. d. Ges. z. Bef. d. ges. 

 Naturw. zu Marburg 1904, 8. 61; 1905, S. 100. 



A. Wigand, Inaug.-Dissert, Marburg 1905; Preis- 



