1138 Sackur: Die Arbeitsleistung der Verbrennungsvorgange. 
erwecken. Um das Verständnis einem größeren 
Kreise zu erleichtern, hat der Berichterstatter die 
theoretischen Grundlagen etwas ausführlicher dar- 
gestellt als der Vortragende, der sich ja nur an 
seine engeren Fachgenossen zu richten hatte. 
Alle unsere Arbeitsmaschinen, soweit sie nicht 
direkt durch Wasserkraft betrieben werden, setzen 
die bei der Verbrennung von Kohle oder von 
Kohlenstoffverbindungen (Leuchtgas, Benzin, Pe- 
troleum, Öl, Hochofen- und Generatorgas) ent- 
wickelte Wärmeenergie in nutzbare mechanische 
Arbeit um. Der in mechanischem Maße gemessene 
Betrag dieser Arbeit entspricht aber erfahrungs- 
gemäß niemals demjenigen Werte, den man bei 
restloser Umwandlung der entwickelten Wärme in 
Arbeit erwarten sollte, vielmehr geht stets ein sehr 
erheblicher Bruchteil der Verbrennungsenergie 
dureh Strahlung und Leitung an die kältere Um- 
gebung, durch Ausstoßen der noch heißen Ver- 
brennungsprodukte usw. für die Arbeitsleistung 
verloren. Für die Beurteilung der verschiedenen 
Arbeitsmotoren hat man daher in der Technik den 
Begriff des Nutzeffektes eingeführt und versteht 
unter dieser Bezeiehnung das Verhältnis der tat- 
sächlich gewonnenen Arbeit zu der in mechani- 
schem Maße gemessenen bei der Verbrennung ent- 
wickelten Energiemenge. Wissenschaftlich streng 
begründet ist jedoch diese Berechnungsweise eigent- 
lich nicht. Denn nach dem zweiten Hauptsatz 
der Thermodynamik ist es gänzlich ausgeschlossen, 
daß eine kontinuierlich arbeitende Maschine auch 
bei sorgfältiester Konstruktion genau die bei einer 
chemischen Reaktion entwickelte Wärme in Arbeit 
umzusetzen vermag. Wollte man die Verluste 
durch Strahlung und Leitung ausschalten, so 
müßte man die Maschine bei konstanter Tem- 
peratur laufen lassen; aber auch dann ist der er- 
wünschte Erfolg nicht zu erzielen. Denn die ge- 
samte Energie, die ein Körper besitzt und deren 
Änderung durch seine Reaktionswärme gemessen 
wird, ist nach Helmholtz in die sogenannte freie 
und die gebundene Energie zu zerlegen; nur die 
erstere kann bei isothermen, d. h. bei konstanter 
Temperatur verlaufenden Vorgängen in Arbeit 
verwandelt und zum Antrieb von Maschinen ver- 
wendet werden. 
Aus diesen Erörterungen ergibt sich, daß man 
vom wissenschaftlichen Standpunkte aus den Nutz- 
effekt einer Arbeitsmaschine definieren müßte als 
das Verhältnis der tatsächlich geleisteten Arbeit 
zu dem der maximal möglichen, d. h. zu der Ab- 
nahme der freien Energie, welche die an der Ver- 
brennung teilnehmenden Stoffe (Brennstoff und 
Sauerstoff) erleiden. Tatsächlich ergibt sich je- 
doch, daß diese Unterscheidung praktisch belang- 
los ist, weil bei allen wichtigen Brennstoffen die 
freie Energie der gesamten Energie nahezu gleich 
kommt, so daß der wissenschaftliche Nutzeffekt 
von dem technischen sich nur um wenige Pro- 
zent unterscheidet. 
Während die Messung der gesamten Energie- 
änderung, d. h. der bei der Verbrennung entwickel- 
ten Wärme, in einem Kalorimeter relativ leicht 
ausgeführt werden kann, stellen sich der Bestim- 
[ Die Nita 
wissenschafte 
















































mung der freien Energie meist recht erhebliche 
Schwierigkeiten entgegen. Die direkte quantitative 
Überführung in nutzbare Arbeit ist nämlich nur 
dann ausfiihrbar, wenn die reagierenden Stoffe 
zum Betriebe eines galvanischen Elementes ver- 
wendet werden können. Dies ist bei zahlreichen 
chemischen Reaktionen, die zwischen Metallen und 
ihren Salzen stattfinden, möglich. So gibt z. B. 
die elektromotorische Kraft des bekannten Daniell- 
schen Elementes unmittelbar ein Maß für die Ände- 
rung der freien Energie, die während der Strom- 
entnahme im Element auftritt, nämlich bei der 
Reaktion 
Zn + CuSOsa = Cu + ZnS0:. 
Aber gerade für die technisch wichtigen Ver- 
brennungsreaktionen ist diese Methode bisher nicht 
gangbar. Denn es ist trotz zahlreicher Versuche 
bisher noch nicht gelungen, galvanische Elemente 
zu konstruieren, in denen in technisch brauch- 
barem Maßstabe Kohle oder Kohlenstoffverbin- 
dungen bei gleichzeitiger Stromerzeugung oxydiert 
werden (sogenannte Brennstoffelemente). Gerade 
bei den Verbrennungsreaktionen ist man daher 
vorläufig darauf angewiesen, ihren maximalen — 
Nutzeffekt auf einem indirekten Wege zu ermit- 
teln. Hierzu dienen nach den Ausführungen 
Nernsts im wesentlichen zwei Wege: 
1. Durch experimentelle Bestimmung des che- 
mischen Gleichgewichtes, welches sich bei der Ver- — 
brennung einstellt. Wie die Erfahrungen der 
letzten Jahrzehnte gelehrt haben, verlaufen che- 
mische Reaktionen zwischen Gasen niemals voll- 
ständig, d. h. bis zum völligen Verschwinden der 
Reaktionsteilnehiner, sondern die Reaktion kommt 
bereits vorher zum Stillstand, wenn das Verhältnis 
der Konzentrationen aller an der Reaktion teil- 
nehmenden Stoffe einen bestimmten, für jede Re- 
aktion charakteristischen und außerdem noch von 
der Temperatur abhängigen Wert angenommen 
hat. Für die Verbrennung von Wasserstoff z. B. 
gilt das Gesetz, daß die Verbrennung aufhört, also 
Gleichgewicht zwischen Wasserstoff, Sauerstoff 
und Wasserdampf eingetreten ist, wenn der Aus- 
[H3]?- [O3] 
[HOF 
genommen hat. (Die eckigen Klammern bedeuten — 
die molekularen Konzentrationen, d.h. die in einem 
Liter enthaltenen Gramm-Molekeln der betr. Gase.) 
Diese Größe K bezeichnet man als die Gleichge- 
wichtskonstante oder auch als die Konstante des 
Massenwirkungsgesetzes. Dieses Gesetz besagt also 
auch, daß reiner Wasserdampf, der keine Spuren 
von Wasserstoff oder Sauerstoff enthält, nicht be- 
ständig ist, sondern sich in seine Bestandteile 
[H3]? [Oo] 
[H,O} 
den fiir die betreffende Temperatur giiltigen Wert 
von .K erreicht hat. Van ’t Hoff hat nun auf rein 
thermodynamischem Wege bewiesen, daß die maxi- 
male Arbeitsfähigkeit einer chemischen Reaktion, 
an der verdünnte Gase teilnehmen, durch den 
Zahlenwert ihrer Gleichgewichtskonstanten ge- 
gchben ist. Verwandelt man Wasserstoff und Sauer- 
druck einen bestimmten Wert X an- 
dissociieren muß, bis der Ausdruck 


