in All 11! 111 illl iimwv' IIP j{ Jini ; i) Ji I: hhUn ? li III m WH ;fj||j PI i u f|||||i; 11 II iiiiiii- $ illiil j HI 18 iil Hill PlIi'sllonaVHji 11 lli iil I ilf lii I Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Dritter Band. Handwrterbuch VOL der Naturwissenschaften Herausgegeben von Prof. Dr. E. KorSChelt-Marburg Prof. Dr. G. Linck-Jena (Zoologie) (Mineralogie und Geologie) Prof. Dr. F. OltmannS-Freiburg (Botanik) Prof. Dr. K. Schaum-Leipzig Prof. Dr. H. Th. Simon-Gttingen (Chemie) (Physik) Prof. Dr. M. Verworn-Bonn Dr. E.Teichmann-Frankfurt a. M. (Physiologie) (Hauptredaldion) Dritter Band r Ei und Eibildung Fluoreszenz Mit 921 Abbildungen JENA Verlag von Gustav Fischer 1913 Alle Rechte vorbehalten. Copyright 1913 by Gustav Fischer Publisher, Jena. Inhaltsbersicht. Nur die selbstndigen Aufstze sind hier aufgefhrt. Eine Keihe von Verweisungen findet sich innerhalb des Textes und ein spter herauszugebendes Sachregister wird nhere Auskunft geben. E. (Fortsetzung.) Seite ^Ei und Eibildung. Von Dr. E. Korscheit, Prof., Marburg i. H 1 NEichler, August Wilhelm. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle a. S 40 Eis. Von Dr. H. He, Prof., Nrnberg 40 Eisengruppe 57 a) Eisen. \ 57 b) Kobalt. , Von Dr. F. Sommer. Charlottenburg 68 c) Nickel. I 73 ./Eiszeiten. Von Dr. M. Semper, Prof., Aachen 77 Eiweikrper. Von Dr. O. Cohnheim, Prof., Heidelberg 93 Elastizitt. Von Dr. Th. v. Karmn, Prof., Aachen 165 Elektrizitt. Von Dr. H. Starke, Prof., Greifswald 193 Elektrische Arbeit. Von Dr. E. Orlich, Prof., Berlin-Friedenau 201 Elektrisches Feld. Von Dr. H. Starke, Prof., Greifswald 214 Elektrische Hilfsapparate. Von Dr. H. Schering, Charlottenburg 227 Elektrische Influenz. Von Dr. C. Schaefer, Prof., Breslau 234 Elektrische Leistung. Von Dr. E. Orlich, Prof., Berlin-Friedenau 249 Elektrische Manormale* Von Dr. E. Grneisen, Charlottenburg 262 Elektrische Masysteme. Von F. Emde, Prof., Stuttgart 265 Elektrische Spannung, i 275 Elektrischer Strom. Von Dr. G. Schulze, Charlottenburg 284 Elektrische Ventile. I 303 Elektrischer Widerstand. Von Dr. H. Busch, Gttingen 321 Elektrizittsleitung. Von Dr. J. Koenigsberger, Prof., Freiburg i. B 347 Elektrizittsleitung in Gasen. Von Dr. E. Marx, Prof., Leipzig 364 Elektrizittsproduktion. Von Dr. F. W. Frhlich, Prof., Bonn 379 Elektrochemie. Von Dr. M. Le Blanc, Prof., Leipzig 396 Elektrodynamik. Von Dr. H. Scholl, Prof., Leipzig 408 Elektrokapillaritt. Von Dr. F. Krger, Prof., Danzig-Langfuhr 428 Elektrolytische Leitfhigkeit. Von Dr. A. Coehn, Prof., Gttingen 441 Elektromotorische Krfte. Von Dr. H. Th. Simon, Prof., Gttingen 449 ^-Elektronen. Von Dr. G. Mie, Prof., Greifswald 466 Elektrooptik. Von Dr. W. Voigt, Prof., Gttingen 477 Elektrostatische Messungen. Von Dr. H. Schultze, Prof., Charlottenburg . . . 483 NEndlicher, Stephan Ladislaus. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle 499 Energetik der Organismen. Von Dr. A. Ptter, Prof., Bonn 499 Energielehre. Von Dr. G. Helm, Prof., Dresden 508 Enteropneusta. Von Dr. J. W. Spengel, Prof., Gieen . 527 28787 VI Inhaltsbersicht Seite -"-Entwickelungsmechanik oder Entwickelungsphysiologie der Tiere und der Pflanzen 542 , 'A. Entwickelungsmechanik oder Entwickelungsphysiologie der Tiere. Von Dr. C. Herbst, Prof., Heidelberg 542 __---- B. Entwickelungsmechanik oder Entwickelungsphysiologie der Pflanzen. Von Dr. H. Winkler, Prof., Tbingen 634 Enzyme der Pflanzen. Von Dr. F. Czapek, Prof., Prag 667 Epiphyten. Von Dr. G. Karsten, Prof., Halle a. S 673 ..--Erdbeben. Von A. Sieberg, Straburg i. E 687 .. Erde. Chemischer Bestand der Erde. Von Dr. G. Linck, Prof., Jena 710 Erden. Mineralien mit seltenen Erden. Von Dr. A. Ritzel, Privatdzent, Jena 712 Erdinneres. Von Dr. H. Thiene, Jena 716 " Erdmann, Hugo. . . . K r ^ _ . . , ^ , 722 Erdmann, Otto Linne.( Von Dr " E - von Me y er > Prof - Dresden 723 ---Erdwrme. Von Dr. H. Thiene, Jena 723 ^Erlennieyer, Emil. Von Dr. E. von Meyer, Prof., Dresden 731 Erzlagersttten. Von Dr. A. Bergeat, Prof., Knigsberg i. P 732 ' Escher von der Linth, Arnold. Von Dr. O. Marschall, Eisenach 769 Eschricht,' Daniel Friedrich. . . . i , T -. . ^ . , , -, , 769 Eschscholtz, Johann Friedrich von. < Von Dr - W - Harms > Pnvatdozent, Marburg ?6g Ester. Von Dr. K. H. Meyer, Mnchen 770 Euler, Leonhard. Von E. Drude, Gttingen 786 Exkretionsorgane. Von Dr. J. Meisenheimer, Prof., Jena 787 ^-Explantation. Von Dr. A. Oppel, Prof., Halle a. S 813 Explosionen. Von Dr. G. Just, Prof., Berlin 818 F. NFahrenheit, Gabriel Daniel.K. _ _ . p ..,, 828 VFaraday, Michael j \ on E. Drude, Gottingen 828 Farbe. Von Dr. B. Walter, Prof., Hamburg 829 Farben. Von Dr. A. Eibner, Prof., Mnchen 851 Farben der Mineralien. Von Dr. R. Brauns, Prof., Bonn 865 Farbstoffe. Von Dr. K. Elbs, Prof., Gieen 871 Farne im weitesten Sinne. Pteridophyta. Von Dr. F. O. Bower, Prof., Glasgow 912 Faserpflanzen. Von Dr. A. Voigt, Prof., Hamburg 991 Faujas de Saint-Fond, Bartheiemi. Von Dr. O. Marschall, Eisenach 998 -Favre, Pierre Antoine. . .) 17 _ _, , n ..,,. 999 Fechner, Gustav Theodor, i Von E " Drude ' Lotungen 999 "SFehling, Hermann. Von Dr. E. von Meyer, Prof., Dresden 999 NFermat, Pierre. Von E. Drude, Gttingen 999 Fernphotographie. Telautographie. Phototelegraphie. Fernsehen. Von Dr. P. von Schrott, Wien 1000 Feste Krper. Von Dr. E. Sommerfektf,Prof., Brssel 1009 Festigkeit. Von Dr. Th. von Karman, Prof., Aachen 1014 ^-Festland. Von Dr. G. W. von Zahn, Prof., Jena 1030 Fette, Oele, Seifen. Von Dr. H. Gromann, Privatdozent, Berlin 1033 Feuchtigkeit. Von Dr. R. Brnstein, Prof., Wilmersdorf 1049 Fische (Pisces). Von Dr. M. Rauther, Privatdozent, Neapel 1055 - Palontologie. Von Dr. J. F. Pompeckj, Prof., Gttingen 1107 NFittig, Rudolf. Von Dr. E. von Meyer, Prof., Dresden 1147 ^"Fixsternsystem. Von Dr. O. Knopf, Prof., Jena 1148 Fizeau, Armand Hippolyte Louis. Von E. Drude, Gttingen 1173 Flchenmessung. Von Dr. H. von Sanden, Privatdozent, Gttingen 1173 Flagellata. Von Dr. M. Hartmann, Prof., Berlin-Frohnau 1179 Flourens, Marie Jean Pierre. Von Dr. J. Pagel, weil. Prof., Berlin 1226 Fluoreszenz. Von Dr. H. Ley,'Prof., Mnster 1226 E. (Fortsetzung.) Ei und Eibildnng. Ei und Geschlechtszellen im allgemeinen. I. Morphologie der Eier: 1. Form, Gre und Zahl der Eier. 2. Struktur der Eier: a) Kern (Keimblschen). b) Kernkrper (Keimfleck), c) Dotterkern, Sphre, Mitochondrien usw. d) Ei- krper, Ooplasma, Dotter und Dotterbildung, Chromidien. e) Zur Keimzellendetermination in Beziehung stehende Differenzierungen im Ooplasma. 3. Eihllen. II. Eizelle und Eireifung. III. Eibildung (Oogenese): 1. Die verschiedenen Formen der Eibildung. 2. Solitre Eibildung. 3. Alimentre Eibildung : a) Follikulre Eibildung. b) Nutrimentre Eibildung. c) Dotterstcke. Ei nen. bei den Protozoen vorhanden, laten und Protozoen finden Bei Flagel- sich sreiel- und Geschlechtszellen im allgemei- Eier nennt man bei den Tieren die weiblichen Fortpflanzungszellen, welche sich beim Befruchtungsakt mit den mnnlichen Zellen (Spermatozoen, Spermien) vereini- gen, um den neuen Organismus aus sich hervorgehen zu lassen, wozu sie in besonderen Fllen (natrliche oder knstliche Partheno- genesis) auch ohne Hinzutreten einer mnn- lichen Zelle befhigt sind. Besondere, der Fortpflanzung gewidmete Zellen, die soge- nannten Propagationszellen, im Gegensatz zu den somatischen oder Somazellen, findet man bei allen Metazoen und entsprechend ihrer verschiedenen Funktion treten sie uns in der bekannten geschlechtlichen Differenzierung entgegen: die Sperma- tozoen, mit der Aufgabe die weiblichen Zellen zum Vollzug der Befruchtung aufzusuchen, flagellatenfrmig gestaltet und von sehr geringer Gre, die Eier hingegen, als ruhende Zellen gewhnlich von runder Form, fr den Ablauf der Entwickelungsvorgnge mit Nhrmaterial mehr oder weniger stark be- lastet und schon aus diesem Grunde, im Ver- gleich zu den Spermatozoen wie auch zu den Samenzellen, sehr umfangreich. Eine derartige Differenzierung der Ge- schlechtszellen und ihre Unterscheidung von anderen, nicht der geschlechtlichen Fortpflan- zung dienenden Zellenindividuen ist bereits Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. tragende, ihrer Gestalt wegen direkt als Spermatozoiden bezeichnete, Makrogameten und andere abgerundete, mit Nhrstoffen beladene, zuweilen ungleich viel grere Makrogameten, welche zum Vollzug der Befruchtung von jenen aufgesucht werden, und die man somit wegen der Ueberein- stimmung mit den Verhltnissen der Meta- zoen ohne weiteres als Eier" bezeichnet hat; es sei nur an das lngst bekannte Verhalten des Volvox, sowie an die erst spter daraufhin untersuchten Coccidien und Hmosporidien erinnert (vgl. die Artikel Algen", Flagel- laten" und Sporozoen"). Bei den viel- zelligen Tieren kommen die in der oben gekenn- zeichneten Weise differenzierten Geschlechts- zellen allen Abteilungen, von den nieder- sten bis zu den hchsten zu, finden sich also von den Schwmmen bis zu den Sugetieren und zwar in ungefhr bereinstimmender Ausbildung, abgesehen von gewissen Ab- nderungen der Zellformen, wie sie offenbar im Zusammenhang mit der Ausfhrung des Befruchtungsaktes mehr bei den mnnlichen als bei den weiblichen Geschlechtszellen in einzelnen Abteilungen des Tierreichs ein- treten kann. I. Morphologie der Eier. i. Form, Gre und Zahl der Eier. Fast scheint es in der Natur der Eier zu liegen, da man sich groe Zellen von runder, kugliger bis ovaler Form darunter vorstellt, doch braucht sich dies in Wirklichkeit nicht so zu ver- halten, denn im jugendlichen Zustand knnen die Eizellen andere Formen aufweisen. Sie knnen sich im Verband von Epithelien be- finden und sich gegenseitig abplatten, oder eine ganz unregelmige Form zeigen, wenn sie verhltnismig unabhngig im Gewebe des Krpers hegen, wie es bei den Keimzellen 1 Ei und Eibildung der Schwmme der Fall ist oder bei den ] auch fr die Eier verschiedener Clenteraten Hydroidpolypen, bei welchen die Keimzellen j (Hydroiden, Anthozoen Fig. 1 u. 45 A., Wanderungen innerhalb der Epithelschich- Dieses Verhalten steht zur Ausbilduno; der Darauf ist bei der Bildung wo auch einer genaueren Prfung zu unterwerfen sein wird; hier ten ausfhren der Eier zurck zu kommen, der Begriff Eizelle noch Eier in Beziehung und mu deshalb weiter unten noch besprochen werden, hier sei er-^ nt, da die Eier der genannten Tiere wie eine Ambe mit pseudopodenartigen Fort- soll zunchst nur auf ihre morphologische Stzen versehen sein knnen (Fig. 1 und 2). Beschaffenheit ganz im allgemeinen einge- Mit der zunehmenden Ausbildung verlieren gangen werden und wenn zunchst von auch brigens solche Eier die Fhigkeit der Eiern und Eizellen die Rede ist, so wird diese Pseudopodenbildung und amboiden Beweg- Bezeichnung spter noch eine gewisse Modi- lichkeit, runden sich allmhlich ab und nehmen fikation erfahren mssen. damit die gewhnliche Eiform an, welches Ver- halten bereits an eini gen der in Figur 1 ab- gebildeten Eizellen wahrnehmbar ist. Von letzterer weichen die tierischen Eier im ganzen nur selten ab, wenn nicht die das Ei umgebenden, noch zu erwhnenden Hllen gewisse Gestaltsvern- mit sich derungen bringen. Spindelfrmig gestaltet sind z. B. die Eier von Echinorhyn- chus. Kleinere Ab- weichungen von der ge- whnlichen, regel- migen Gestalt, die an und fr sich kaum in die Augen fallen, knnen insofern recht bedeu- tungsvoll sein als sie zum Verlauf der Em- bryonalentwickelung in Beziehung stehen und die sptere Ausbildung des Embryos schon am Ei andeuten. Es kann sich dabei um leichte Streckungen, Abplat- tungen und dergleichen handeln, die in Ver- bindung mit gewissen Eigentmlichkeiten der Eistruktur Bedeutung gewinnen. Davon wird weiter unten noch die Rede sein. Ungemein verschie- den ist die Gre der Eier, indem sie sich Aus Grnden phylogenetischer Natur zwischen mikroskopischer Kleinheit und erscheint es von Interesse, da sich der neu j dem betrchtlichen Umfang eines Vogel- entstehende Organismus unter Umstnden eies bewegt. Zur Gre der Tiere selbst von einer Zelle herleiten kann, welche die steht dieses Verhalten nicht in Bezie- Gestalt einer Ambe hat. Das gilt fr die hung, denn wir wissen, da die Sugetiere, jungen Eizellen der Schwmme, welche in und zwar auch die greren unter ihnen, recht deren Krperparenchym Ortsvernderungen kleine Eier haben, der Mensch z. B. solche durchmachen und in ganz hnlicher Weise von 0,2 mm Durchmesser, whrend kleine Fig. 1. Kleines Stck eines Schnittes durch den Krper eines Kalk- schwammes (Sycandrajrap.hanus) mit dem Kragengeielepithel (kg) der Radialtuben, dazwischen liegendem Mesodermgewebe mit Kalknadeln (n) und jungen Eizellen (ei) in verschiedenem Ausbildungs- zustand. Nach F. E. Schulze. Ei und Eibilduni Vgel und Reptilien Eier von recht ansehn- lichem Umfang hervorbringen, ebenso die Amphibien, z. B. die Frsche Eier von mehre- ren Millimetern Durchmesser produzieren und das gleiche bei noch weit kleineren Insekten der Fall ist. Der Umfang der Eier wird vielmehr bestimmt durch die Menge der Nhrsubstanzen, welche in ihm aufge- speichert werden und die sehr massig sein knnen, wie es gerade bei den vorher ge- nannten Tieren der Fall ist. Von denjenigen Nhrstoffen, welche in der Umgebung des Eies abgelagert werden, wie das Eiwei des Vogeleies, ist dabei abzusehen, da diese e^lB^A|g mm ' - : dl f 7 V> a fcr?cm. , . r. c j -, Fig. 2. Ei eines Swasserpolypen (Hydra) mit einer sogenannten Pseudozeile (B) daneben, gv Keimblsehen. Nach Kleinenberg. Substanzen in das Gebiet der Eihllen gehren. Die Gre der Eier kann bei ein und demselben Tier insofern verschieden sein, als von ihm Eier verschiedener Dignitt her- vorgebracht werden, welches Verhalten zwar nicht hufig ist, aber immerhin bei einer R?ihe von Tierformen vorkommt. So findet man bei gewissen niederen Krebsen (Daphnoiden) und bei den Rdertieren sogenannte W inte r- und Sommer ei er (Dauer- und Subi- taneier), von denen die letzteren sich rasch auf parthenogenetischem Wege (ohne Befruch- tung) entwickeln und daher wenig Nhrsub- stanzen besitzen, whrend die befruchtungsbe- drftigen Winter- oder Dauereier eine lngere Ruheperiode durchmachen und lngere Zeit zu ihrer Entwicklung bedrfen, daher mit mehr Nhrsubstanz versehen, auch durch festere Hllen als jene geschtzt sind. Eier verschiedener Gre bringen auch die Weib- chen der Rdertiere hervor, wobei ebenfalls die rasche oder langsame Entwicklungs- fhigkeit dieser Eier und infolgedessen ihre bessere Versorgung mit Nhrstoffen oder deren Fehlen, oder die leichtere oder festere Um- hllung eine Rolle spielt (dotterreiche, dick- schalige, befruchtungsbedrftige Dauer- eier und dnnschalige , parthenogenetische Subitaneier). Allerdings kommen hier noch andere Faktoren hinzu, indem von manchen Rdertieren grere Eier produ- ziert weiden, aus denen Weibchen hervorgehen und kleinere, aus denen sich die bei ihnen weit kleineren Mnnchen entwickeln, beides kann auf pathenogenetischem Wege ge- schehen (Maupas, Nubaum, Whit- ney, Shull). Freilich scheint diese Ein- richtung bei den betreffenden Rdertieren doch nicht so streng durchgefhrt zu sein, indem sich unter gewissen ueren Verhltnissen, besonders Ernhrungseinflssen groe Eier auch zu Mnnchen und kleinere zu Weibchen entwickeln (Nubaum). Sehr ausgesprochen hingegen ist der Unterschied zwischen groen weiblichen und kleineren mnnlichen Eiern bei einem den Ringelwrmern zugerechneten Wurm, Dinophilus, in dessem Gelege immer eine Anzahl grerer und eine solche kleinerer Eier abgelegt wird (Fig. 2 a) ; aus Fig. 2 a. Ei- kapsel von Dinophi Ins apatris mit greren weib- lichen und kleineren mnnlichen Eiern. ersteren entstehen die Weibchen, aus letzte- ren die Mnnchen bei denjenigen Dino- philus -Arten, welche durch den Besitz von Zwergmnnchen ausgezeichnet sind (Korscheit, Nelson, Conklin, v. Malsen u. a.). Bemerkenswert erscheint es, da (bei Dinophilus Conklini nach. Beau- champ) die kleinen mnnlichen Eier auch wegfallen knnen und dann wie bei den Rdertieren Parthenogenese eintritt; mehrere parthenogenetische Generationen knnen auf- einanderfolgen. Bei den Grenunterschieden der von ein und demselben Weibchen hervorgebrach- ten Eier der genannten Tiere hat es mit Recht ganz besonderes Interesse erregt, da bei ihnen das Geschlecht der Nach- kommen im Ei bereits vorbestimmt erscheint und das gleiche gilt fr die ebenfalls an Gre verschiedenen Eier der Reblaus (Phylloxera vastatrix), aus denen sich die beiderlei Geschlechtstiere entwickeln, wie auch sonst die parthenogenetisehen Reblausweibchen Eier von ziemlich diffe- renter Gre und Schalenstruktur hervor- bringen. Die Gre der Eier steht begreiflicherweise im direkten Zusammenhang mit der Zahl, in welcher sie von dem betreffenden Tier 1* Ei lind Eibildung erzeugt werden ; diese richtet sich aber wieder sehr nach dessen Lebensverhltnissen. Wenn die letzteren, zumal im Hinblick auf den Ablauf der Entwicklung, gewissen Schwierig- keiten unterworfen sind, dann steigt die Zahl der von dem einzelnen Individuum hervorge- brachten Eier und deren Umfang verringert sich gleichzeitig. Da die Zahl der Eier ins Ungeheure wachsen kann, so ist es begreiflich, da die Eier selbst dann eine sehr geringe Gre besitzen. Am besten wird dies durch das Beispiel einiger Tierformen erlutert, die einen ungemein komplizierten Entwicke- lungsgang aufweisen und bei denen infolge- dessen die meisten Eier und Larven zugrunde gehen, ehe einige wenige davon ihr Ziel, den Zustand des geschlechtsreifen Tieres, erreichen. Dies gilt vor allem fr parasitisch lebende Tiere, zumal fr solche, welche wie die Saug- und Bandwrmer (Trematoden und Cestoden) mehrere Wirtstiere durch- laufen mssen, bevor sie zur Geschlechts^ reife gelangen. Im Uterus eines Gliedes (Proglottis) der Bandwurmkette sieht man daher eine Unmenge der kleinen Eier liegen und da der Bandwurm aus Hunderten von Proglottiden besteht, auerdem im Lauf seines Lebens noch weit mehr Glieder produ- zieren kann, so ist die Zahl der von ihm erzeugten Eier unter Umstnden eine ganz enorme. Leuckart berechnet die Zahl der Eier in einer Proglottis von Taenia solium auf 53 000 und da dieser Bandwurm 800 und mehr Glieder im Jahr hervorbringt, so ist die Zahl der von ihm jhrlich produzierten Eier auf mindestens 42 Millionen zu schtzen. Eine hnliche fast ins Unermeliche gestei- gerte Eiproduktion kommt den ebenfalls unter recht ungnstigen Verhltnissen ihre Ent- wickelung durchlaufenden Spulwrmern (Nematoden) zu und man hat die Zahl der von einem weiblichen Spulwurm jhrlich erzeugten Eier sogar auf 64 Millionen be- rechnet (Eschricht, Leuckart). Eine groe, wenn auch lngst nicht so bedeutende Zahl von Eiern bringen die den Bandwrmern verwandten und wie sie unter sehr ungnstigen Entwickelungsver- verhltnissen lebenden Saugwrmern (Tre- matoden) hervor und es ist von Interesse, da die den letzteren recht nahestehenden, aber nicht parasitisch lebenden, Strudel- wrmer (Turbellarien) in dieser Hinsicht ganz andere Verhltnisse aufweisen, indem sie ihre Eier von Kapseln (Kokons) umgeben ablegen. In diesen finden die Eier nicht nur Schutz, sondern auch die geeignete Er- nhrung, so da sie viel mehr Aussicht haben, zur Entwickelung zu gelangen und diese durchzumachen, so da die Erhaltung der Art auch bei einer an Zahl ungleich geringeren Eiproduktion gesichert ist. Aehnliche Verhltnisse finden sich auch bei anderen Tieren und den vorher ange- gebenen enorm hohen Zahlen sind solche gegenberzustellen, die eine recht geringe Anzahl jhrlich produzierter Eier nennen. Auch bei ihnen steht es damit im Zusammen- hang, da diesen Eiern ein reicheres Nhr- material mitgegeben wird, da sie unter gnstigeren Verhltnissen abgelegt oder an und im Krper der Mutter, in besonderen Brutrumen oder dergleichen aufbewahrt werden und somit eines weitgehenden Schut- zes bei ihrer Entwickelung sich erfreuen. Um nur einige Beispiele zu nennen, gilt dies fr die dotterreichen Eier der Haifische, welche in noch zu erwhnenden festen Kapseln (Fig. 27) abgelegt werden oder fr die ebenfalls sehr dotterreichen, noch dazu von Eiwei umgebenen und von festen Hllen geschtzten Vogeleier (Fig. 17), welche die Mutter in einem Nest unterbringt und sorgsam bebrtet. Solche Eier sind besonders gut geschtzt und bieten daher alle Garantien fr den Ablauf der Ent- wickelung, so da nur verhltnismig wenig Eier hervorgebracht werden, bei den Vgeln im allgemeinen nicht mehr als 30 im Jahre, von manchen Vogelweibchen noch weniger (die Ueberproduktion von mehreren hundert Eiern im Jahre beim Haushuhn ist nur durch das Halten unter verbesserten Bedin- gungen hervorgerufen). Man vergleiche damit das Verhalten anderer Wirbeltiere, etwa der Fische, deren Eier ungeschtzt, frei ins Wasser abgelegt werden und von denen die Weibchen Tausende und Hunderttausende hervorbringen. Im Gegensatz dazu stehen dann auch wieder solche Fischarten, die ihre Eier schtzen wie der Stichhng, dessen Weibchen nur bis etwa hundert Eier in das vom Mnnchen bewachte Nest ablegt. . Bekannt ist ferner das Beispiel der hheren Krebse, von denen die im Meer lebenden Hummern und verwandte Formen (Ho- marus, Palinurus, Scyllarus) verhlt- nismig kleine Eier zu Tausenden hervor- bringen, whrend unser Flukrebs bestenfalls nur einige Hundert erzeugt. Seine groen dotterreichen Eier bieten jedoch dem Embryo das Material zur vollstndigen Durchfhrung der Entwickelung bis zur Erlangung der Gestalt des ausgebildeten Tieres, whrend viele andere Krebse das Ei in einer unfertigen Gestalt, d. h. als Larve verlassen und das Material fr die Weiterfhrung ihrer Ent- wickelung selbst erwerben mssen, dabei jedoch vielen Fhrlichkeiten ausgesetzt sind. Hier hegt es also im Interesse der Erhaltung der Art^ eine grere Zahl Eier zu produ- zieren, die dann entsprechend kleiner aus- fallen. Bei manchen niederen Krebsen, wie z. B. Daphnoiden, entwickeln sich die Eier in einem unter der Schale gelegenen und vom Ei und Eibildung mtterlichen Krper mit Nhrflssigkeit versorgtem Brutraum bis ungefhr zur Erlangung der Gestalt des geschlechtsreifen Tieres, dem daraus eine gewisse Belstigung erwchst. Dadurch wrde die Eiproduktion schon an und fr sich eingeschrnkt, wenn nicht infolge der durch den ausgezeichneten Schutz der Eier gewhrleisteten besseren Entwickelungsmglichkeit ihre Zahl von vornherein geringer zu sein brauchte. Die Entwickelung der Eier im Innern des mtter- lichen Krpers bedingt berhaupt so wie ihre Ausstattung mit einem reichen Nhrmaterial oder die ihnen von seiten der Mutter zuge- wandte Pflege die Hervorbringung einer geringen Zahl, wofr zuletzt als ein extremes Beispiel noch dasjenige der Sugetiere, zu- mal der greren unter ihnen, angefhrt sei, Bei ihnen ist zwar die Zahl der im Eierstock erzeugten Eier bei recht geringem Umfange eine ziemlich betrchtliche jedoch gelangen von diesen nur verhltnismig wenige zur Reife und noch weniger zur Entwickelung; die Bedingungen, unter denen diese verluft, sind fr die Mutter ganz ungemein schwierige, gewhrleisten hierdurch jedoch einen um so greren Erfolg fr die Entwickelung der Nachkommen. 2. Struktur der Eier. Insofern das Ei eine Zelle ist, hat man an ihm den Eikrper, entsprechend dem Protoplasmaleib der Zelle als Ooplasma und den Kern, das sogenannte Keimblschen, Vesicula germinativa, wie ihn die alten Embryologen (Purkinje 1825) seiner Blschenform wegen nannten, zu unterscheiden. Dabei ist immer festzuhalten, da wir von dem nicht gereiften, dem soge- nannten Eierstocksei sprechen, an welchem sich die beiden letzten Teilungen der Eireifung erst zu vollziehen haben. 2a) Der Kern (Keimblschen, das Purkinjesche Blschen, Vesicula germinativa der alten Embryo logen). Fassenwir praktischer Weise zuerst das Keim- blschen ins Auge, so verdankt es diese Be- zeichnung seiner Armut an frbbarer, ge- krnter Kernsubstanz (Chromatin), abgesehen von dem sogleich zu erwhnenden Nucleolus, wodurch es sich sowohl im lebenden wie im gefrbten Zustand als helle Blase von dem umgebenden dunklen Ooplasma abhebt (Fig. 1 und 3). Gegen letzteres pflegt das Keimblschen durch eine meist scharf hervor- tretende Kernmembran abgegrenzt zu sein, freilich ist das nicht unbedingt ntig, sondern nicht selten befindet sich das Keimblschen in einem Zustand, in welchem seine vorher scharfe Abgrenzung an einem Teil oder auch wohl am ganzen Umfang schwindet und an- scheinend ein Uebergang des Keimblschen- inhalts in das umgebende Ooplasma stattfindet. Auch kann die Begrenzung des Keimblschens wellig oder zackig sein, ebenso wie lngere oder krzere pseudopodenartige Fortstze an ihm auftreten knnen (Fig. 4 und 4a), die spterhin wieder eingezogen werden, worauf das Keimblschen seine frhere regelmige Gestalt wieder annimmt. Es scheint, da das Keimblschen durch Vergrerung seiner Ober- flche oder durch Rckbilden der trennenden Grenze eine innigere Verbindung mit dem Ooplasma herstellt ( Fig. 4 und 4 a) und dadurch der Stoffaustausch zwischen beiden erleich- tert wird. Alles dies hat man auf die rege Anteilnahme des Kernes an der aufnehmenden und Nhrsubstanz produzierenden Ttigkeit der Eizelle zurckgefhrt, wie man auch den Kern anderer Zellen an den verschiedenen Verrichtungen der Zelle (vielleicht leitend) beteiligt sein lt. Fr diese Annahme spricht ebenfalls die nicht selten am Keimblschen zu beobach- tende Lagevernderung. Im allgemeinen ist ihm eine ungefhr zentrale Lage im Ei zuzuschreiben, wie aus vielen der hier mit- geteilten Bilder hervorgeht, doch kann es diese gelegentlich aufgeben, um mehr nach der Peripherie und zwar vor allem an solche Stellen zu rcken, an denen eine besonders energische Ernhrungsttigkeit der Zelle stattfindet, wobei es auch eine Formvernde- rung erleiden kann (Fig. 4 a und Fig. 47). Ist diese erledigt, so nimmt das Keimblschen seine frhere Lage und Gestalt wieder an. Die Struktur des Keimblschens kann zu verschiedenen Zeiten der Eibildung eine recht differente sein, denn nicht immer findet man es arm an geformter Substanz ; vielmehr kann diese in Gestalt von Krnern, Strngen und Bndern recht reichlich in ihm vor- handen sein. Zuweilen, wie z. B. bei den jungen Ovarialeiern der Selachier und Amphi- j bien, durchziehen eigenartige Strnge, von denen feinere Fden ausgehen, das ganze Keimblschen und erfllen es ziemlich dicht. Aber diese Zustnde wechseln und im allge- meinen tritt die chromatische Substanz im lteren Keimblschen zurck, wodurch dann eben das helle, blschenartige Aussehen zustande kommt. Da die frbbare Substanz spter wieder eine Sammlung und Kon- zentration in Gestalt der Chromosomen (Kernschleifen) bei Ausbildung der ersten Reifuni>sspindel erfhrt, wird spter noch zu erwhnen sein, wie auch auf die Beziehungen des Keimblschens zum Ooplasma zurckzu- kommen ist. 2b) Kernkrper (Keimfleck). Ein recht auffallendes und doch in seiner Bedeu- tung schwer zu beurteilendes Gebilde im Keimblschen ist dessen Kernkrper oder Nucleolus, der sogenannte Keimfleck, die Macula germinativa der lteren Embryo- logen (R. Wagner 1835). Gewhnlich als ein im Leben hell, stark lichtbrechend erscheinendes, bei Frbung sich intensiv 6 Ei und Eibildmu tangierendes Gebilde, in der Einzahl vor- handen (Fig. 1, 3, 5 und viele der folgenden Figuren), kann der Keimfleck im Leben der Eizelle mancherlei Wandlung durch- machen. Vacuolen knnen in ihm auftreten und indem sie zusammenflieen grere denen Bestandteilen, die sich bei Frbung recht different verhalten, ist bei den Keim- flecken mancher Tiere, z. B. der Lamelli- branchiaten, aufgefunden worden (Fig. 6). Nicht immer ist das Keimblschen nur im Besitz eines Nucleolus, sondern es finden Fig. 3. Ei eines Seesterns im kon- servierten und gefrbten Zustand mit Keimblschen und Keimfleck. i i Fig. 4. Keimblschen mit umgebendem Ooplasma whrend der Bildung des Dotters von einer Spinne (P h o 1 c u s phalangoides). Vom Keimblschen geht ein Bschel Pseudopodien nach einer Ansammlung von Fettkrnchen. Nach van Bambeke. Fig. 4 a. Eierstockseier mit unregelmig gestalteten (amboiden) Keimblschen. A von einem Ringehvurm (Spinther minia- ceus), B von einem Haarstern (Antedon rosaceus), C vom Gelbrand (Dytiscus marginalis), letzteres vom Follikel- epithel umgeben, dem,(k=i an einer Nhrsubstanzabschei- fdung dicht anliegt. Fig. 5. Keimblschen mit Keimfleck und Chromatin- faden sowie umgebenden Oo- plasma von einem Ringel- wurm (0 p h r y o t r o c ha puerilis). Hohlrume im Keimfleck bilden, so da von ihm schlielich nur eine dnne Schale brig bleibt, die am Ende noch der Auflsung verfllt, welches Schicksal berhaupt frher oder spter den Nucleolus des Eies betrifft. In frheren Stadien der Eibildung kann man beobachten, wie der Keimfleck durch Zu- sammentreten kleinerer Krnchen gebildet wird. Eine Zusammensetzung aus verschie- sich mehrere darin und man hat dann von Haupt- und Nebenkeimflecken gesprochen, indem man ihnen eine verschiedenartige Zusammensetzung und Bedeutung zuschrieb. So wird es ohne weiteres einleuchten, da dem einen groen, oft sogar ganz besonders umfangreichen Keimfleck eine andere Deu- tung zukommen mag, als jenen zahlreichen, im Kernraum verteilten, kleineren Kugel- Ei und Eibildung eben, die ebenfalls als Nucleolen angesprochen werden. Zum Teil handelt es sich bei den soge- nannten Nucleolen des Eies berhaupt um Chromatin, welches sich in dieser Form gestaltet und in anderen Zustnden des Kernes, zumal bei der Chromosomenbildung wieder in Chromatinstrnge und Bnder bergehen kann. In vielen anderen Fllen schiedenartige Gebilde beschrieben worden, die sich im Tierreich ziemlich verbreitet finden j und sowohl bei wirbellosen wie bei Wirbel- i tieren vorkommen. Eines der bekanntesten und charakteristischsten Beispiele dafr lie- fern die Eier der Spinnen. Aus einer dem Keimblschen des jungen Eierstockes kappen- frmig aufsitzenden Anlagerung krniger Substanz (Fig. 7 A) differenziert sich ein heller, mit einem zentralen Kern versehener Krper heraus, der bald eine konzentrische Schicht erkennen lt (Fig. 7 B und C). Dies Fig. 6. Eierstockseier von Unio batavus und Limax maximus mit Keimblschen und Keim- fleck, letzterer aus zweierlei Substanz bestehend. Nach Obst. jedoch ist die Bedeutung und Verwendung der Nucleolen nicht recht ersichtlich; man hat an Keservestoffbehlter, Speicherorgane fr die Chromatinbildung im Keimblschen, aber auch an Abspaltungsprodukte bei der Umbildung der geformten Kernsubstanz, an Sekretstoffe, die im Kern abgelagert wurden (Haecker, Montgomery) und der- gleichen gedacht, doch gehren diese schwer lsbaren Fragen mehr in das Gebiet der Zellenlehre, als da sie hier weiter verfolgt werden knnten (man vgl. 0. H e r t w i g , ' G u r w i t s c h , M. H e i d e n h a i n). 2c) Dotterkern, Sphre, Mitochon- drien usw. Auer dem eigentlichen Kern, dem Keimblschen, sind im Eikrper hufig noch andere, freilich ebenfalls dem Wechsel ! unterworfene und mit der Ausbildung des \ Eies im Zusammenhang stehende Gebilde vorhanden, von denen vor allen Dingen der sogenannte Dotter kern zu erwhnen ist. Als Dotterkerne" sind freilich recht ver- kz '(' k- kz C s dk 'S, kz-' dk- x. Fig. 7. Eierstockseier einer Spinne (Tegenaria domestica) in verschiedenen Alterstadien mit Keimblschen (k), Krnchenzone (kz) darum, und Dotter kern (dk). Nach Van der Stricht. ist hier der ganz besonders scharf um- grenzte, durch eine besondere Struktur aus- gezeichnete und daher ungewhnlich her- vortretende sogenannte Dotterkern, der in diesem Fall ungemein bestndig ist, indem er nicht nur im Ei auftritt, sondern auf die Furchungsstadien bertragen wird und sich whrend des grten Teils der Entwickelung, sogar noch in der jungen Spinne vorfinden kann, was insofern mglich ist, als er in die nicht differenzierte Dottermasse des Embryos berging. Auffallend erscheint es. da ein so charak- teristisches Gebilde in den Eiern der Tiere nicht immer vorhanden ist, sondern bei ganz nahe stehenden Formen fehlt. So findet er sich bei Tegenaria, Lycosa, Salticus u. a., fehlt aber nach Balbani bei Meta und Epeira. Wieder bei anderen 8 Ei und Eibildung Spinnen zeigt er einen vllig abweichenden Bau, indem er einen wurstfrmigen, aus krniger Masse bestehenden Krper dar- stellt, der in der Nhe des Keimblschens hegt und zu verschiedenen Zeiten der Ei- bildung eine differente Beschaffenheit be- sitzt (Fig. 8 A bis D). Er zerfllt am Ende in einzelne Stcke krniger Substanz, die Schnecke (Arion empiricorum) heraus- zugreifen, welche von den genannten beiden Forschern behandelt wurde, so haben die Mitochondrien hier mit der Dotterbildung im Ei zu tun, wovon weiter unten noch die Rede sein wird. Entsprechend den in Verbindung mit dieser auftretenden Ansammlungen ge- formter Substanzen und gewi zum Teil D i; .' Fig. 8. Eierstockseier in verschiedenen Alterstadien von einer Spinne (Pholcus phalangoides) mit dem sogenannten Dotterkern neben dem Keimblschen. Nach van Bambeke. Fig. 9. Eierstocksei eines Fisches (Scorpaena scrofa) mit Austritt einer Chromatinwolke" aus dem Keimblschen. Nach van Bam- beke aus M. Heidenhains Mor- phologie und Biologie der Zelle. sich ihrerseits wieder in kleinere Bestandteile auflsen und am Ende schwinden, indem sie sich im Eidotter verteilen, an dessen Aus- bildung der Dotterkern offenbar beteiligt sein kann. Aehnliehe Dotterkerne" wie in den Eiern der Spinnen sind auch bei anderen Tieren z. B. bei Tausendfern (Geophilus) beschrieben worden. Dotterkerne von sehr verschiedener Form und Struktur fanden sich in den Eiern der niedersten wie der hchsten Tierformen, doch unterhegt es keinem Zweifel, da man recht verschieden- artige Dinge mit diesem Namen belegte. Zum Teil waren es bloe krnige Anhufun- gen, die mit der Bildung des Dotters in Be- ziehung stehen, welche man als Dotterkerne bezeichnete, zum Teil Chromidien oder hn- liche Substanzen, wie sie whrend der Aus- bildung des Eies vom Kern des Ooplasmas abgegeben werden knnen und sich als krnige Ansammlungen in der Umgebung des Keimblschens finden (Fig. 9). Als Dotterkerne oder in Verbindung mit ihnen haben gewi auch Mitochondrien -An- sammlungen, wie sie als Anhufungen kr- niger, fdiger oder stbchenfrmiger Gebilde in der Umgebung des Keimblschens auf- treten, eine groe Rolle gespielt, Van der Stricht, Lams und andere Autoren be- schrieben neuerdings Anhufungen krniger und fdiger Substanzen unabhngig von dem eigentlichen Dotterkern. Um nur zwei und zwar recht verschiedenartige Objekte, nmlich das Sugetierei und das einer damit identisch, abgesehen von der Ver- schiedenheit der betreffenden Objekte (vgl. Fig. 10. Junge Ovarialeier (Oocyten). A vom Sperling, B vom neugeborenen Kind, C aus dem Eierstock einer Frau, dk Dotterkern, ef Ei- follikel, s Sphre (die Deutung von Dotterkern und Sphre bleibe dahingestellt, vgl. den Text), v Mitochondrienschicht, vg Keimblschen. Nach Hertens und Van der Stricht. Fig. 13), finden sich die infolge ihrer be- sonderen Frbung als Mitochondrien zu Ei und Eibildung 9 bezeichnenden Gebilde in der Umgebung des Keimblschens (Fig. 10) oder auch weiter davon entfernt. Spter wandeln sie sich um und verteilen sich im Dotter, an dessen Ausbildung sie sich, wie gesagt, beteiligen, hnlich wie dies auch von manchen sogenannten Dotterkernen angegeben wurde. Im ganzen Eikrper verbreitet kann jetzt eine groe Menge von Balken und Schnren vorhanden sein, die sich aus sehr kleinen Mitochondrien zusammensetzen (Fig. 11); die Schnre zeigen im einzelnen sehr verschiedene For- men, verbreitern und verschmlern sich, ver- schwinden auch in der Umgebung, um dann von neuem zu beginnen (Fig. 11). Spterhin oder direkt als solcher angesehen wurde, nmlich mit der Sphre, dem Idiozom. Mit dieser Bezeichnung belegt man die um einen Zentralkrper (Centrosoma) mit Zen- tralkern (Centriol) gelagerten Gebilde, welche durch ein strahliges Gefge ausgezeichnet sein knnen oder von dem eine Sphren- strahlung ausgeht (Fig. 12 a). Ihre Entstehung und Bedeutung, zumal ihre Beziehung zur Zellteilung gehrt in das Gebiet der Cytologie (vgl. dieArtikel Zelle" und., Zellteilung"), hier sei nur erwhnt, da Sphren hufig und zwar schon in recht jungen Oocyten vor- kommen, wie sie berhaupt eine den Zellen im allgemeinen zukommende, wenn auch Fig. 11. Aelteres Eierstocksei der Frau, ba, bm, bm', bv das mitochondriale Netzwerk im Oosplasma, cv Sphre mit Zentralkern, vg Keimblschen, z Zona radialia. Nach Van der Stricht. lst sich das grbere Strangwerk in ver- streute Mitochondrien und Chrondromiten auf, die sich ziemlichgleichmigimOoplasma verteilen (van der Stricht, M. Heiden- hain). Doch damit gelangen wir schon zur Dotterbildung, auf welche noch einzugehen sein wird. Die Mitochondrien-Anhufungen knnen mit einem anderen bisher noch nicht be- sprochenen Gebilde in Beziehung stehen, welches ebenfalls zu Verwechselungen mit dem Dotterkern Veranlassung gegeben hat nicht immer sichtbar zu machende, aktiv vorhandene Einrichtung darstellen (Fig. 10 bis 11). Gut entwickelte Sphren zeigen dieselben Verhltnisse, wie sie aus anderen Zellen bekannt sind. Dmlich die Centro- somen mit ihrer charakteristischen Struktur, eine konzentrische Schichtung und vor allem die sehr deutlich ausgeprgte Strahlung (Fig. 12 a). Alles dies tritt oft freilich wenig deutlich hervor und die Sphren machen sich dann nur als krnige Masse mit einem zentralen Kern geltend, doch 10 Ei und Eil lildung- spielt dabei auch die Art der Konservierung eine Rolle, je nachdem es gelingt, diese oft nicht leicht zu erhaltenden Dinge wahrnehm- bar zu machen. Auch die schon vorher er- Fig. 12 a. Verschiedene Stadien der Eibildung von Limulus. A D jnnge Eierstockseier (Oo- cyten), zum Teil noch in Verbindung mit dem Ovarialepithel, E ltere Oocyte mit kernartigen Gebilden im Dotter (dk), kbl Keimblschen, pt Peritonealhlle des Eierstocks, s Sphre, st Stiel des Follikels. Nach Munson. whnte Umlagerung der Sphren durch Mitochondrien (Fig. 10) ist dazu angetan, sie Weniger deutlich hervortreten zu lassen. Beziehungen des Dotterkerns zu Centrosom und Sphre, oder seine Herleitung von diesen (Mertens, Winiwarter, Gurwitsch, Hollander u. a.). Die Frage, inwieweit Dotterkerne und Sphren identische Bildungen sein knnen, oder die ersteren auf letztere zurckzufhren, als hypertrophische Centrosomen oder Sph- ren anzusehen sind (Balbiani), kann hier ebensowenig eingehend diskutiert werden, wie die Beziehung zu anderen im Ooplasma vorhandenen Gebilden, den Mitochondrien, Chondromiten, Nebenkernen, Nebenkrpern, Polarringen und wie sie alle heien. Es sei in dieser Beziehung auf die am Schlu mit- geteilte, sowie auf die cytologische Literatur im allgemeinen verwiesen. Es scheint, da Dotterkerne" von den bisher besprochenen Gebilden auch unab- hngig sein knnen. So beschreibt v. Voss bei Acanthocephalen (Echinorhynchus) ein anfangs kleines, spter immer umfang- reicher werdendes Gebilde von kugliger Form und homogener Struktur, welches zuerst unabhngig vom Keimblschen ist, infolge seines Wachstums sich ihm jedoch schlielich anlegt; spterhin nimmt dieser Dotterkern an Umfang wieder ab. In diesem Falle stellte man sich die Entstehung des Dotterkerns" so vor, da bei lebhafter Materialaufnahme von Seiten des Eies diese Stoffe nicht gleich verarbeitet werden konnten, sondern der Ueberschu als Reservedepot eben im Dotterkern" niedergelegt wurde *** \ W\ fc* \i*> " * *i*S J 1 '\ A B C Fig. 12b. A C Chromatinabscheidung aus dem Keimblschen der jungen Oocyte von Proteus angumeus. Nach Jrgensen. Zellorganen sind fr recht verschiedene Tierformen festgestellt worden, so fr Echi- nodermen (van der Stricht), Wrmer (Vejdovsky), Limulus (Munson), Ara- chnoiden (Balbiani, Hollnder), Selachier (Schmidt), Knochenfische (Cunningham), Amphibien (Lams), Vgel und Sugetiere um spter mit verbraucht zu werden. Das wre also eine Beteiligung an der Dotter- biidung, wovon noch die Rede sein wird. Wie man in neuerer Zeit den als Chro- midien aus dem Kern stammenden Teilen eine groe Bedeutung fr die Ausbildung des Eies zuzuschreiben geneigt ist, so hat Ei und Eibildung 11 man auch den Dotterkern ganz oder teil- weise darauf zurckgefhrt (Goldschmidt, Jrgensen, Moroff u. a.). Bemerkenswert ist dabei, da diese Beobachtungen fr ganz verschiedene Formen, z. B. Trematoden, niedere Krebse (Copepoden) und Amphibien gelten. So treten nach Jrgensen bei Proteus whrend des Buketstadiums ge- formte Chromatinbestandteile aus dem Kern aus, um sich von ihm zu isolieren (Fig. 12b A bis C) und an der Bildung des Dotterkerns teilzunehmen. Nach einer von Moroff ge- gebenen Darstellung erfolgt diese bei Cope- poden ebenfalls durch Austritt geformter Gebilde, nmlich ziemlich umfangreicher man es hinsichtlich ihrer Herkunft und Ge- stalt mit ganz besonderen Formen von Dot- terkernen" zu tun und es ist klar, da der- artige Dinge mit den vorher geschilderten nicht ohne weiteres vergleichbar sind. Somit geht daraus abermals hervor, da man als Dotterkerne ganz verschiedene Bildungen im Ooplasma angesprochen hat, wie bereits oben bemerkt wurde. 2d) Eikrper. Ooplasma. Dotter und Dotterbildung. Chromidien. DieOrgani- sation des fertigen Eies ist ohne Kennt- nis ihres Zustandekommens nicht recht zu verstehen, weshalb, wie schon vorher ge- legentlich, so auch in diesem Abschnitt B r . r D Fig. 12c. A D Chromatinabgabe aus dem Keimblschen der jungen Oocyte von Paracalanus parvus zur Bildung 'des Dotterkerns. Nach Moroff. Krner, aus dem Keimblschen, die sich nachtrglich zu schleif enfrmigen, chromo- somenartigen Krpern vereinigen und schlie- lich eine einzige, recht umfangreiche Schleife bilden (Fig. 12 c A bis C). Von diesem als Dotterkern" bezeichneten Gebilde lsen sich dann kleinere oder grere Teile ab (Fig. 12 c D), welche sich direkt oder indirekt an der Ausbildung des Eies beteiligen, so da also auch in diesem Fall eine Anteil- nahme an der Dotterbildung vorlge. Gleich- zeitig geht der Dotterkern" seiner Auflsung entgegen. In den zuletzt beschriebenen Fllen hat etwas vorgegriffen werden mu. Wenn die Oogonien (vgl. Abschnitt II) ihre Teilun- gen eingestellt haben, so besitzen diejenigen Zellen, welche spter zu Eiern werden (Oocyten wie vorher als Oogonien), zunchst noch einen wenig umfangreichen Proto- plasmaleib. Auf dieser Stufe bleiben die Eier nur seilen stehen, denn gewhnlich bedrfen sie fr den Vollzug der spter an ihnen ein- tretenden Entwickelungsvorgnge der Ein- lagerung mehr oder weniger voluminser Nhrsubstanzen in das Ooplasma. Hufig ist diese Einlagerung verhltnismig gering und man spricht dann von dotterarmen 12 Ei und Eibildung Eiern, wie sie in allen Gruppen des Tier- reichs von den Schwmmen bis hinauf zu den Wirbeltieren vorkommen. Im ausgebil- deten Zustand vllig dotterlose Eier kommen wohl kaum vor und wenn man von alecithalen" Eiern spricht, so sind damit solche von sehr geringem Dottergehalt gemeint, denn eine gewisse, wenn auch nur bescheidene Dotter- menge brauchen wohl alle Eier zur Ent- wickelung. Fr gewhnlich ist die Dotter- einlagerung wie gesagt strker und erreicht unter Umstnden einen sehr bedeutenden Umfang, wie dies z. B. bei den ungemein dotterreichen Eiern vieler Insekten, Tinten- fische, Haifische, Knochenfische, Reptilien und Vgel der Fall ist. Mit dem Aufhren der Teilung beginnt also ein unverhltnismig starkes Wachs- tum der Eizelle und es fragt sich, wodurch dieses zu erklren ist. Das Verhalten des Kernes kann zunchst den Eindruck er- wecken, als ob die Zelle nochmals in die Tei- lung eintreten wolle, was sie in einem spte- ren Stadium wirklich tut (Reifungsteilung vgl. IL Abschnitt). Die frbbare Substanz des Kernes kann sich von neuem zu chromosom- artigen Schleifen anordnen, wodurch das bei ganz verschiedenen Tierformen (Spongien, Coelenteraten, Amphibien u. a.) beobachtete sogenannte Buketstadium (Fig. 12 b) zu- stande kommt. Wenn es sich hierbei um die Vorbereitung zu einer Teilung handelte, so wird diese jedoch unterdrckt .und das Chromatin des Kernes erfhrt eine mit der weiteren Ausbildung des Eies in Ver- bindung stehende Modifikation, auf welche weiter unten noch zurck zu kommen sein wird. Neuerdings hat man diese Vorgnge in enge Beziehung zur Bildung des Dotters gebracht, weshalb auf diesen zunchst einge- gangen werden mu. Der Dotter (Nhrdotter, D eu to- plas ma) ist ein Produkt der eigenen Ttigkeit der Eizelle und entsteht aus Nhr- substanzen, die auf verschiedenem Wege in das Ei gelangen, sei es, da dieses in der Leibeshhle der betreffenden Tiere oder in einem Hohlraum seiner Gonade von der er- nhrenden Flssigkeit umsplt und durch- trnkt wird, sei es, da bestimmte fr die Ernhrung des Eies vorhandene Zellen, Zellgruppen oder Zellschichten, die wir noch als Nhrzellen und Follikel kennen lernen werden, die von ihnen vorbereiteten Nhr- stoffe an das Ei abliefern. In jungen Eizellen unterscheidet sich die Beschaffenheit des Ooplasmas kaum von derjenigen des Cyto- plasmas anderer Zellen; allmhlich treten aber feinkrnige, spter grbere Einlagerun- gen auf, welche aus den oben erwhnten Nhrflssigkeiten innerhalb des Eikrpers abgeschieden oder aber von den Hilfszellen direkt an das Ei abgegeben werden. In die- sem werden die aufgenommenen Substanzen verarbeitet, d. h. durch Resorption, Assimila- tion und Wiederabscheidung in einen Zustand versetzt, in welchem sie fr die Eizelle bei deren weiterer Vernderung verwertbar sind. Treten dabei wieder krnige Gebilde mehr vereinzelt oder in Ansammlungen von gre- rem oder geringerem Umfang auf (Fig. 13), Fig. 13. Eierstockseier einer Ascidie (Molgula) in verschiedenen Altersstadien, die Vorstufen und allmhliche Ausbildung der Dottersubstanz zeigend. Nach Crampton. so handelt es sich zunchst wieder nur um Vorstufen des eigentlichen Dotters, welcher aus dieser vitellogenen Substanz hervorgeht, indem er in Form von kleinen Trpfchen oder Kgelchen im Ooplasma abgelagert wird (Fig. 13). Anfangs ver- einzelt, allmhlich immer zahlreicher treten die Dotterelemente in entsprechenden Lk- kenrumen (Vakuolen) des Ooplasmas auf, welches dadurch eine alveolre Struktur erhlt, insoweit diese nicht bereits vorhanden war, denn das Ooplasma mancher Eier zeigt an und fr sich ein schaumiges Gefge, wie es z. B. bei Medusen, Siphonophoren und Ctenopheren der Fall sein kann. Das Auftreten des Dotters im Ei erfolgt insofern auf recht verschiedene Weise, als es zuerst mehr in der Mitte, d. h. in der Umgebung des Keimblschens und unter dessen Einflunahme, aber auch anscheinend unabhngig davon an der Eiperipherie vor sich gehen kann. Im letzteren Fall, der z. B. beim Salamanderei beobachtet wird, treten in der schon angegebenen Weise kleine Krn- chen am Eirand auf, die vereinzelt in ziemlich unregelmiger Verteilung liegen, aber auch regelmiger in der Umgebung von Vakuolen verteilt sein knnen (Fig. 14 %). Die kleineren Ei und Eibildung 13 :*% .'- Fig. 14. Randzone von Eierstockseiern des Salamanders zur Erluterung der Bildung der Dotterplttchen, A in frherem. B im spteren Stadium; z uere homogene Randzone, F Follikelepithel. Dotterelemente werden spter zu greren finden, woraus sich dann das wesentliche Dotterplttchen, sei es, da eine Verschmel- ergeben drfte. zung unter ihnen stattfindet, sei es, da Man geht am besten von der jungen sie durch Hinzufgung neuer Masse aus Oocyte bald nach der letzten Oogonienteilung der gelsten Substanz des Ooplasmas aus, von welcher bereits weiter oben die Rede wachsen. war. Die frbbare Substanz des Kernes kann Da auch die als Dotter- kerne angesprochenen Eibe- A B standteile sich an der Bil- dung des Dotters beteiligen knnen, wurde bereits mehr- fach erwhnt. Der Dotter- kern kann dabei einem kr- nigen Zerfall oder einer Auf- lsung in anderer Form unterliegen (Fig. 8 und 4); jedenfalls treten auch dabei feinkrnige Massen auf, welche sich an der Ausbil- dung des Dotters beteiligen. Aehnliches wurde oben fr die Mitochondrien angegeben (Fig. 10 und 11). Immer wieder ist auch von einer An- teilnahme des Keimblschens an der Dotterbildung die Rede gewesen, sei es, da eine solche in Form einer bloen Beeinflussung des Ooplasmas durch den sich in dem wegen der eigenartigen Anord- Kern oder aber als Abgabe gelster oder ge- nung als Buketstadium bezeichneten Zustand formter Bestandteile stattfnde. Da ge- befinden (Fig. 12b A), doch erfhrt diese bald wisse Momente, wie die Aenderungen in der | eine Vernderung, indem sich kleinere Teile Gre und Struktur des Keimblschens, von den Schleifen abtrennen und diese sowie die Gestalt und Lagevernderungen dadurch zur Auflsung kommen (Fig. 12 b fr seine Anteilnahme an den im Ei- B und C). Von der Abgabe der Schleifen- krper sich vollziehenden Bildungsvorgngen enden aus dem Kern (Fig. 12 b A bis C) sprechen, wurde bereits erwhnt (S. 5) und war schon vorher in anderer Verbindung zwar wrde dabei vor allen Dingen die die Rede, jedoch findet eine Abgabe von Dotterbildung in Betracht kommen. So- Chromatin seitens des Kernes auch weiter- weit es sich hierbei um den Austritt ge- j hin noch statt. Um bei dein gewhlten Bei- lster Stoffe aus dem Kern in das Ooplasma ! spiel des Amphibieneies zu bleiben, so handelt, drfte die Beteiligung an der Dotter- beschreibt Jrgensen bei Proteus eine bildung schwer zu verfolgen sein, doch hat : immer weiter fortschreitende Verteilung man seit langem auch an die Abgabe ge- des Chromatins im Kern, welches in Form formter Substanzen seitens des Keimbls- j der Randnukleolen, zahlreicher feiner Krn- chens gedacht und derartige Vorgnge sind' chen usw. auftritt und schlielich eine Art von wiederholt beschrieben worden (Fig. 9), Zerstubung" erfhrt. Feinste Chromatin- ohne da sie sich einer besonderen Anerken- krnchen treten durch die Kernmembran nung zu erfreuen hatten. Ganz abgesehen in das umgebende Ooplasma aus. Den Aus- davon, ob es sich bei manchen dieser Angaben ! tritt solcher Chromidien aus dem Kern um Tuschungen gehandelt haben knnte, beschreibt derselbe Autor fr ein ganz gewannen sie neuerdings unter dem Einflu ; anderes Objekt, das Ei eines Schwammes der Chromidienlehre eine grere Bedeutung. (Sycandra) und entsprechendes wird von Diese legt gerade auch bei der Eibildung auf Schaxel fr Pelagia und allerdings in etwas die Abgabe chromatischer Bestandteile anderer Weise fr Ascidien, von Buchner seitens des Kernes und ihre Verwendung fr Sagitta und von Moroff fr Copepoden. beim Aufbau des Eikrpers ein groes Ge- wie auch noch von einer Reihe anderer wicht. Im einzelnen darauf einzugehen und Autoren fr verschiedene Objekte angegeben, die auf recht verschiedenartige Objekte die hier nicht alle genannt werden knnen, bezglichen Angaben zu erschpfen, ist Nur die Beobachtungen des zuletzt genann- ter unmglich, jedoch sollen wegen der ten Autors seien als besonders kennzeichnende diesen Vorgngen zukommenden allgemeineren noch hervorgehoben. Entgegen den Angaben Bedeutung einige von ihnen Bercksichtigung anderer Autoren, da eine Chromatinaus- 14 Ei und Eibildung Wanderung aus dem Kern nur in bestimmten Perioden erfolge, betont er, da sie bei den von ihm untersuchten Copepoden whrend der ganzen Zeit des Eiwachstums vor sich geht und zwar wrde danach die Chromatin- abgabe seitens des Kernes eine ungemein starke sein. Nicht nur in Form^ kleinerer Partikel tritt die frbbare Substanz zur Chromidienbildnng aus dem Kern hervor, sondern grere Partien, ganze Stcke des Kernfadens lsen sich von diesem ab, um durch die mehr oder weniger schwindende Kernbegrenzung in das umgebende Ooplasma A B ,--.'." \ m C Fig. 14a. Abgabe chromatischer Substanz (Chro- midienbildung) in der jungen Oocyte von Cen- tropages Kryeri. Nach Moroff. a einzutreten (Fig. 14 fr A bis C). Infolge der massigen Produktion von Chromiclien lt Moroff diese ganz direkt an der Dotter- bildung beteiligt sein, wie nach seiner An- nahme das gesamte Eiwachstum nur eine Folge der Chromidienauswanderung ist. Damit kommt diese Auffassung am radikalsten zum Ausdruck, aber auch die brigen genannten und manche andere Autoren schreiben unter deren Einflu den von R Hertwig aufge- stellten, von Goldschmidt und anderen seiner Schler energisch vertretenen Chromi- dienlehre den vom Kern produzierten Sub- stanzen einen weitgehenden Einflu auf die Ausbildung des Eies und damit auch auf die Dotterbildung zu. Die Beschaffenheit des Dotters im aus- gebildeten Ei ist eine recht verschiedene so- wohl was das rein morphologische wie chemische Verhalten dieser Substanzen be- trifft. In letzterer Hinsicht schlo man aus dem Verhalten des Dotters gegen gewisse Farbstoffe und Reagentien. da man es mit hnlichen Krpern wie beim Chromatin deb Kernes zu tun habe und machte dafr den nuklearen Ursprung verantwortlich. In Wirklichkeit sind jedoch im Dotter keine Nukleine, sondern die in ihrer chemischen Struktur abweichenden Paranukleinstoffe vor- handen (A. Kossei). Die in den Kernen der sich entwickelnden Eier enthaltenen Nukleine sind nicht im Dotter vorgebildet, sondern entstehen whrend der Entwickelung in den Kernen durch deren eigene Ttigkeit, wie sich denn auch aus Kossels Untersuchungen ergab, da der Gehalt an Nukleinen in dem sich entwickelnden Ei stetig zunimmt. Im allgemeinen besteht der Dotter aus Eiweikrpern, die zum Teil gelst, in flssiger oder halbflssiger Form, jedoch auch in fester Beschaffenheit vorhanden sind ; auerdem aber finden sich fettartige Sub- stanzen, Oeltropfen und dergleichen im Dotter verteilt oder sogar in Gestalt umfangreicher kugelfrmiger Gebilde. Die Beschaffenheit des Dotters chemisch zu fixieren, ist aber schon deshalb schwierig, weil er nicht nur in den Eiern verschiedener Tiere eine sehr differente Zusammensetzung zeigt, sondern auch whrend der Eibildung und dann im Lauf der Embryonalentwickelung gewissen Vernderungen unterworfen ist. Was das morphologische Verhalten betrifft, so mute auf die als Vitellogene oder Proto- lecithe bezeichneten Substanzen vorher bereits hingewiesen werden; hier sei bezglich der Beschaffenheit des Dotters im ausgebil- deten Zustand des Eies noch hinzugefgt, da er bei manchen Tieren ziemlich homogen oder gleichmig aus kleinen Krnchen zu- sammengesetzt erscheint. Bei anderen da- gegen zeigt er untermischt kleinere und greren kugelige Elemente oder besteht aus Plttchen von verschiedener Gre wie dies besonders bei den Haifischen und Amphibien der Fall ist (Fig. 15). Dabei kann offenbar eine Vereinigung der kleineren zu greren Dotterkrpern und andererseits auch wieder ein Zerfall der grberen in feinere Elemente stattfinden. Die Dotterplttchen knnen zu regelmig geformten Tfelchen werden und kristalloide Formen annehmen, wie auch direkt Kristalle J im Dotter auftreten knnen (wohl Eiwei- kristalle, wie sie gelegentlich in Eiern von 1 Gliedertieren und Wirbeltieren gefunden Ei und Eibildung 15 werden). Bei manchen Tieren, wie z. B. gewissen Insekten, kann der Dotter aus regelmig gestalteten Schollen bestehen, whrend er wieder bei anderen Insekten eine feine oder grobkrnige Masse darstellt. Fig. 15. Dotter- plttchen eines Rochens (Tor- pedo ocellata) in verschiedener Gre, nach Zer- fall der greren Plttchen. Nach J. Rckert aus Waldeyer: Die Geschlechts- zellen. Bestimmte Regeln fr die einzelnen Ab- teilungen des Tierreichs werden sich darin kaum aufstellen lassen, nur zeigen allerdings einzelne gewisse, fr sie recht charakteristische Be- sonderheiten. Dazu gehrt z. B. die Diffe- renzierung des Dotters in verschiedene Schichten und Regionen, wie sie unter anderen von den ungemein dotterreichen Eiern der Sclachier, Reptilien und Vgel bekannt ist. Am Vogelei unterscheidet man hauptsch- lich einen gelben und weien Dotter. Der erstere macht bei weitem die Hauptmasse des Dotters aus und setzt sich seinerseits wieder aus konzentrischen Schichten zu- sammen (Fig. 17). Er besteht aus gelblich gefrbten, sehr zartwandigen und leicht zer- strbaren Blschen, welche einen feinkr- nigen Inhalt aufweisen. Der weie Dotter (Fig. 16) ist aus kleineren farblosen Kgelchen zusammengesetzt, die einige stark licht- brechende Trpfchen enthalten, Bildungen, welche man frher als zelliger Natur ansah und im Anklang daran als Dottercytoid? bezeichnet (Fig. 16). Der weie Dotter des Vosreleies bildet noch eine strkere Anhufung A B Fig. 16. Dotterkrner des Hhnereies in ver- schiedener Gre, A ans dem gelben, B aus dem weien Dotter. Nach Balfour. unter der Keimscheibe (Cicatricula, Narbe, Hahnentritt der alten Embryo- logen, Fig. 17) und erstreckt sich in dnner Lage um den gelben Dotter (Eidotter. Ei- gelb), wobei man sich das Verhalten dieser Schichten brigens nicht so vorzustellen hat, da sie scharf getrennt seien, sondern sie gehen vielmehr an den Grenzen inein- ander ber. Die Verschiedenheit in der Zusammen- setzung des Dotters gibt sich bei vielen Eiern schon durch die Frbung zu erkennen; selten ist der Dotter farblos, so da die dotterhaltigen Eier die Durchsichtigkeit dot- terarmer Eier bewahren. Oefter ist der Dotter opak und von gelblicher Frbung, ch env Fig. 17. Lngsschnitt durch das Hhnerei, etwas schematisiert, ch Chalazen, dh Dotterhaut, eiw Eiwei, gd gelber Dotter, ks Keimscheibe, lk Luftkammer, s Schale, sh Schalenhaut, wd weier Dotter. 7. wie wir es besonders vom wo man direkt vom Eigelb spricht. Es kommen aber wir Vogelei kennen, als vom Dotter andere Dotter- wickelungsg geeignet. frbungen vor, rot, violett, blau, grn usw. ; derartig gefrbte Eier sind dann meistens sehr undurchsichtig und fr das Studium ent- eschichtlicher Vorgnge wenig ebrigens braucht die Farbe der Eier nicht an den Dotter gebunden zu sein, sondern kann dem sonstigen Ooplasma ange- hren und in Form zarter Pigmentkrnchen darin verteilt sein. Bekannt dafr sind besonders die Froscheier mit ihrer starken, braunen bis schwarzen, Pigmentierung der animalen Hlfte. Eine sehr charakteristische Pigmentierung findet sich bei einem Seeigel (Strongylocentrotus lividus), indem ein unter der Eioberflche gelegenes gelbrotes Pigment einen breiten, mehr dem vegetativen Pol genherten Ring um das Ei bildet. Derartige Differenzierungen haben sich fr das Studiuni der Entwickelung zumal als Marken fr den Ablauf des Furchungsvor- gangs als sehr wichtig erwiesen und bilden auch eine wertvolle Hilfe bei experimentellen Beobachtungen. Dem Dotter, seiner Verteilung im Ei und der Struktur des Eikrpers berhaupt mute eine eingehendere Betrachtung gewidmet sh 16 Ei und Eibdung werden, da diese Dinge als bedeutungsvolle Faktoren fr den Ablauf der Entwickelung erkannt wurden und die Eistruktur von bestimmendem Einflu auf die Art der Aus- bildung gewisser Regionen sein oder doch im engen Zusammenhang damit stehen kann. Bei vielen Tieren lassen sich zwischen bestimmten Regionen des Embryos und des Eies Beziehungen feststellen, so da diese Regionen im Ei bereits festgelegt erscheinen und aus der Form und Struktur des Eies, sowie der Dotter- und Pigment- verteilung in ihm erkannt werden knnen (prospektive Eistruktur). Experimentelle Untersuchungen an Coelenteraten, Echino- dermen, Ascidien, Amphibien und anderen Tieren haben dies mit Sicherheit erwiesen (vgl. den Artikel ,, E n t w i c k e lu n g s m e c h a - nik und Entwickelungsph ysiologie der Tiere"). In dieser und anderer Bezie- hung, vor allem hinsichtlich der Entwicke- lung der Organe ist die Verteilung des Dotters im Ei sehr bedeutungsvoll, weshalb ihr noch eine kurze Betrachtung zu widmen ist, soweit nicht vorher bereits die Rede da- von war. Die Verteilung des Dotters bringt es mit sich, da sich gewisse Regionen im Ei unterscheiden lassen. Bei den mit einem sehr geringen Dottergehalt versehenen, sogenannten alecithalen Eiern ist dies zwar weniger der Fall, wohl aber bei denjenigen m * Pol diejenige des Nervensystems, also eines animalen" Organsystems vor sich zu gehen pflegt, so da man diesen Pol den ani- malen Pol des Eies nennt. Er ist brigens fr gewhnlich noch dadurch gekenn- zeichnet, da an ihm als der an Protoplasma reicheren, also bildungsfhigeren Region des Eies die sogenannten Reifimgsteilungen er- folgen und dementsprechend hier die Rich- tungskrper" gefunden werden (vgl. weiter unten Abschnitt II). T e 1 o 1 e ci t h a 1 e" Eier sind ebenso wie die alecithalen" im Tierreich sehr verbreitet und finden sich von den Schwmmen bis hinauf zu den Sugetieren. Die Dotteranhufung am vegetativen Pol kann strker und strker werden, so da die Bildungsmasse, das Protoplasma immer mehr nach dem animalen Pol hin verdrngt wird und schlielich hier nur noch eine ganz dnne scheibenfrmige Lage bildet (Fig. 19). Dies ist dann der einzige noch Fig. 18. Gastropodenei mit Keimblschen, Keim- fleck und Dotter. Eiern, deren Dottergelialt mehr zunimmt. Dies so pflegt bei sehr vielen tierischen Eiern zu geschehen, da die Dotteranhufung an einem Pole eine strkere wird als an dem ^gengesetzten Pole (Fig. 18); man spricht dann von telolecithalen Eiern und be- zeichnet den dotterreichen als den vege- tativen Pol, weil spter in der Embryonal- entwickelung an diesem Teil des Eies zu- meist die Anlage eines ausgesprochen vege- tativen" Organs, nmlich des Darmkanals erfolgt, whrend an dem entgegengesetzten Fig. 19. Cephalopodenei im Lngsschnitt, oben die Keimseheibe (ks) mit dem Keimblschen, das brige Dotter. bildungsfhige Teil am Ei gegenber der so ungemein umfangreich gewordenen Nhr- substanz, welche den gesamten brigen Ei-Inhalt ausmacht; da an ihr zunchst ausschlielich die Eifurchung und Anlage des Embryos erfolgt (vgl. den Artikel Onto- genie"), so nennt man sie die Keimscheibe der so extrem ausgebildeten telolecithalen Eier (Fig. 19). Man findet diese sehr umfang- reich werdenden Eier vor allem bei den "Wirbeltieren, nmlich bei den Fischen, Rep- tilien und Vgeln, ausnahmsweise auch be; Ei und Eibildung; Vi Bedrfnis und bei von der den Amphibien (Ccilien) whrend die Suge- tiere kleine, verhltnismig dotterarme Eier besitzen, die sich total und nicht nur partiell furchen, wie es bei den anderen dotter- reichen Eiern der Fall ist. Diese durch eine discoidale, sich nur an der Keimscheibe vollziehende Furchung ausgezeichneten Eier der meisten Wirbeltiere nennt man deshalb meroblastische" Eier im Gegensatz zu den sich vollstndig (total) furchenden ,,h o 1 o b 1 a s t i s c h e n Eier n", wie sie auer den Sugetieren unter den Vertebraten noch den Amphibien wie den meisten anderen Tieren zukommen. Ausnahmsweise finden sich meroblastische Eier mit Keimscheibe auch noch bei einer Anzahl anderer Tierformen, so unter den Weichtieren bei den Cephalo- poden, unter den Gliedertieren beim Skorpion und einigen Krebsen (Oniscus, Mysis, Cuma), unter den Manteltieren (Tunicaten) bei den Feuerwalzen (Pyrosomen). Das Vorkommen dieser eigenartig strukturierten Eier mit einem dadurch bedingten besonderen Furchungsveiiauf bei so ganz verschiedenen Tierformen zeigt mit Sicherheit an, da diese Eiform dem vorhandenen folgend zu verschiedenen Malen der einen Tierform unabhngig anderen entstand, da ihr also irgendwelcher systematischer Wert nicht beizulegen ist. Ganz abweichend von der zuletzt ge- schilderten Verteilung des Dotters bei den telolecithalen Eiern ist diejenige, welche man bei den sogenannten centrolecithalen Eiern" findet. Bei ihnen sammelt sich der DottPr und zwar ebenfalls sehr massenhaft im Ei-Innern an, um nur eine recht dnne Auenlage protoplasmatischer Substanz frei zu lassen (Fig. 20), das Keimhautblastem" genannt, weil sich in diesem Bezirk, aber freilich in anderer Weise wie an der Keim- scheibe der telolecithalen Eier, die Ausbildunii- des Keims vollzieht. Jedenfalls ist aber auch hier diese ,, Bildungsschicht" gegenber der zentralen Dottermasse der centrolecithalen" Eier ausgezeichnet; allerdings vollziehen sich die ersten Entwickelungsvorgnge (Teilung der Furchungszellen) zunchst nicht in der peripheren Lage, sondern im Ei-Innern (vgl. den Artikel Ontogenie"). Die Furchuims- kerne begeben sich dann grtenteils oder sogar alle in die protoplasmatische Rindenschieht. um hier das Blastoderm, die Keimhaut, zu bilden, wodurch die Furchung zu einer super- ficiellen" wird. An dem Blastoderm ver- laufen zunchst die weiteren Entwicke- lungsvorgnge ziemlich unabhngig Dotter und da dies bis zu einem Grade auch die Furchung betrifft, so spricht man bei diesen Eiern ebenfalls von einer par- tiellen Furchung, was freilich im Hinblick auf die vorher im Eiinnern sich abspielenden Teilungsvorgnge nicht ganz richtig ist. Handwrterbuch der Naturwissenschaften Band lil Derartig gebaute und auf diese Weise sieh entwickelnde Eier besitzen hauptschlich die Giedertiere, obwohl manche von ihnen (gewisse Krebse, Spinnen, Tausendfe u. a.) eine totale oder dieser doch nahestehende Form der Furchung aufweisen, whrend wieder andere, wie schon oben erwhnt, Fig. 20. Dipterenei im Lngsdurchschnitt. bl Keimhautblastem, ch Chorion, d Dotter, ; Eizelle auer dem Nhrzellinhalt beher- bergen, so da man von ihnen als von Eiern'' zu sprechen pflegt (Fig. 28 A bis C). ei / dz , Fig 28. Eikapseln A von Microcotyle mor- "ri, B von Distomum tereticolle, C von 1 Prostoma Steenstrupi, dz Dotterzellen, i . Fig. 27. Eikapsel von S c vi 1 in m mit den Befesti- gungsfden. Nach Meisenheime r. und Ez Eizellen. Nach Lorenz, land und Halle z. Schauins- : Kokons, die allerdings nicht immer vom Leitungsapparat, sondern auch von Sekreten der Hautdrsen geliefert werden, kommen bei den Regen wrmern und Blutegeln vor (Fig. 29 Bei den zuletzt beschriebenen Eiern und 30 )- Im ersteren FaU handelt es sich finden sich zuweilen mehrere Eidotter" in A B einer Kapsel, welches Ver- halten zu den Kokons hinber leitet, fr die es gerade kennzeichnend ist, da in einer Eikapsel mehrere Eier enthalten sind. Auch bei ihnen wird die Kapsel von Abschei- dungsprodukten des Lei- tungsapparates gebildet und solche liefern auch den gewhnlich vorhandenen ernhrenden Inhalt des Kokons, wenn nicht zellige Elemente (sogenannte Nhr- oder Dotterzellen) zum gleichen Zweck darin niedergelegt werden. Letz- : 1 . sr SP sn tere* gilt z. B. fr die Eikapseln der Strudel- und Saugwrmer (Turbellarien und Trematoden) , von denen die letzteren aller- dings zumeist nur eine I Fig. 29. Regenwunn-Kokons(c)(Allolobophora foetida). A in der Schleimrhre (sr), B diese etwas zurckgezogen. Nach K. Foot. 22 Ei und Mbildung um gelbgefrbte, zitronenfrmige Gebilde, die etwa erbsengro werden und in der eiwei- haltigen Flssigkeit, welche sie erfllt, mehrere A i> Fig. 30. Blutegel-Kokons (Hirudo medicinalis) in Oberflchenansicht (A) und durchschnitten (B). Nach Meisenheimer. Eier fhren; sie werden auerdem bei der Ablage noch mit einer schtzenden Schleim- hlle umgeben (Fig. 29). Die bis zu 2 cm Lnge erreichenden Kokons der Blutegel sind von einer schwammigen Masse ber- deckt, welche ihrer Wand eine besondere Dicke verleiht (Fig. 30). Aehnliche Kokons, die jedoch innerhalb des Geschlechtsappa- rates gebildet werden, finden sich auch bei den Insekten. Bei Mantis sind es aus einer spongiosen Masse bestehende Kapseln, die mit breiter Basis an Pflanzenstengeln oder Steinen sitzen. Bei den Schaben (Peri- planeta und Phyllodromia) sind es feste chitinse Gebilde von kofferartiger Form, die in Fchern aufgereiht die Eier enthalten und vom Weibchen am Hinterleib herum- getragen werden. Bei dem Wasserkfer (Hydrophil us) stellt der Kokon ein regel- mig geformtes, ovales Gespinst dar, welches pallisadenartig angeordnet 45 bis 50 Eier enthlt, an der Unterseite schwimmender Bltter am Wasserspiegel angelegt wird, und von dem mastartig ein ebenfalls ge- sponnener dnner Stiel nach oben ragt. Aus Fden gesponnene Kokons umhllen auch die Eier der Spinnen, welche ebenfalls gelegentlich vom Tier herumgetragen werden. Kokons von recht verschiedenartiger Form und Struktur kommen bei den Schnecken vor, bei welchen sie rund, oval, becherfrmig gestaltet, mit Stielen versehen und gedeckelt sein knnen; die hutige Kapsel kann durch Inkrustation mit Kalksalzen die Konsistenz einer Kalkschale annehmen. Wenn die Kapsel bei einigen Landschnecken noch sehr umfangreich wird und wie bei der ceylonesi- schen Hei ix Waltoni die Gre eines Sper- lingseies oder bei einigen sdamerikanischen Bu lim us-Arten diejenige eines Tauben- eies erreicht, so ist die Aehnlichkeit mit einem Vogelei eine recht groe und kann zu einer Verwechselung damit fhren. Insofern solche Kokons nur einen Embryo zu ent- halten pflegen, sind sie von einem echten Ei" nur schwer zu unterscheiden. Eine Tuschung kann darin freilich insofern bestehen, als in dem Kokon zuerst mehrere Eier und Embryonen vorhanden waren, von diesen sich jedoch einige oder auch nur einer auf Kosten der anderen entwickelte und schlie- lich allein zur vlligen Ausbildung gelangte, whrend die anderen zugrunde gingen und direkt oder indirekt zu seiner Ernhrung verbraucht wurden. Bei einer anderen Schnecke (Janthina) werden die becherfrmigen Eikapseln an einen voluminsen spindelfrmigen, aus ent- sprechender Substanz bestehenden Krper befestigt, welcher luftfhrende Rume enthlt und mit welchen die Schnecke, da er am zugespitzten Ende ihres Fues befestigt ist, wie mit einem Flo herumschwimmt. Derartige wie einige der anderen angefhrten Flle gehren bereits in das Kapitel der Brutpflege, auf welchen Artikel hiermit verwiesen sei*(ArtikeIfBr utpf lege"j. IL Eizelle und Eireifung. Nachdem"; wir die "Morphologie des Eies kennen lernten, ist die Basis gewonnen fr die Errterung des Begriffs Ei" und Eizelle", welche im Rahmen dieses Artikels nicht zu ent- behren ist, wenn sie auch aus bestimmtenGrn- den gewhnlich in Verbindung mit anderen Er- scheinungen vorgenommen wird. Mit der Be- zeichnung Ei pflegt man recht verschiedene Dinge zu belegen, was sich praktisch schwer vermeiden lt und daher auch in den vor- stehenden Ausfhrungen geschah. So spricht man von einem Ei" als dem ganzen mit den Eihllen ausgestatteten Gebilde, wie wir es etwa im Vogelei kennen, anderer- seits nennt man Eier und Eizellen auch die hllenlosen, jngeren und lteren weib- lichen Keimzellen deren Kern das Keim- blschen ist und an denen sich also die Reifungsteilungen noch nicht vollzogen haben. Andererseits belegt man mit dem Namen Eizellen auch diejenigen Eier, welche den Reifungsproze bereits durchmachten. Obwohl dieser Vorgang erst am Schlu der Eibildung stattfindet, wird es aus den angegebenen Grnden wnschenswert sein, ihn schon an dieser Stelle kennen zu lernen, wenn dies auch allerdings hier nur gairz kurz geschehen kann und im brigen auf den Ar- tikel Befruchtung" verwiesen werden soll. Wenn das Ei seine vllige Ausbildung erlangt hat und der Befruchtung entgegen- geht, so vollzieht sich an ihm jener Vorgang, der schon lange als Bildung der Richtungs- I krper bekannt ist. Er besteht in der Haupt- Ei und Eibildung 23 sache darin, da die ungereifte, mit Keim- einer groen Zelle, der gereiften Eizelle blschen versehene Eizelle" eine zweimalige und zweier oder dreier kleiner Zellen, der Teilung durchmacht, welche zur Bildung sogenannten Richtungskrper fhrt (Fig. 31) ; A B Fig. 31. Verlauf der Eireifung vom Keimblschenstadium mit Chromosomen und Centrosomen (A) bis zur Ausbildung der ersten und zweiten Reifungsspindel (B E) und Abschnrung der beiden Richtungskrper (C F). Eingeleitet wird die Teilung dadurch, da das Keimblschen an die Peripherie des Eies und zwar gewhnlich an den proto- plasmareichen animalen Pol rckt, wobei die Kernmembran schwindet, die frbbare j Substanz des Kernes Chromosomen liefert und der Nucleolus verloren geht, am Rande aber ein sich teilendes Centrosoma mit den Strah- lungen auftritt (Fig. 31 A). An der Eiperi- pherie bildet sich also eine Kernspindel mit Aequatorialplatte (vgl. den Artikel Zell- teilung"); die sich weiter ausbildende, mit den beiden Tochterplatten versehene erste Reifungs- oder Richtungsspindel rckt mit ihrem ueren Teil in eine hgelfrmige Verwlbung des Ooplasmas hinein (Fig. 31 C . A^S5P3). Indem letztere sich abschnrt, ist die erste Reifungsteilung vollzogen und der erste Richtungskrper gebildet. Dieser sowohl wie die brig gebliebene groe Zelle gehen sofort eine neue Teilung ein, indem die beiden Tochterplatten zur Aequatorial- platte je einer im ersten Richtungskrper und im Ooplasma gelegenen zweiten Rei- fungsspindel werden (Fig. 31 D und E). So wird der zweite Richtungskrper gebildet und der erste teilt sich in zwei kleine Zellen (F). Der im Ooplasma zurckbleibende, ziemlich kleine und chromatinarme Kern wird zum Eikern" oder weiblichen Vorkern". Infolge seines geringen Gehaltes an frb- barer Substanz erscheint er hell und ist im Vergleich mit dem gewhnlich sehr umfang- reichen Keimblschen recht unansehnlich. Spter bei der Befruchtung vereinigt er sich mit dem Spermakern zur Bildung des Furchungskerns oder der Furchungsspindel. Das Ei ist also jetzt befruchtungs- und ent- entwickelungsfhig. Auf die wichtige Be- deutung des hier kurz geschilderten Vorgangs, auf die vielfachen Modifikationen, welche er zumal im Hinblick auf der Verhalten des Chromatins erfhrt, sowie auf die weit- gehenden theoretischen Folgerungen, welche man zumal im Hinblick auf das Vererbungs- problem daraus gezogen hat, kann hier nicht eingegangen werden (vgl. die Artikel Be- fruchtung" und Vererbung"). Da- gegen mu auf die Konsequenzen hingewiesen werden, welche sich aus dem Vorgang der Reifungsteilung fr die Auffassung der Eizelle ergeben. Es ist ersichtlich, da die Keimzelle vor dem Vollzug der Reifungsteilung nicht den gleichen Wert haben kann wie diejenige nach geschehener Abgabe der Richtungskper und da man sie nicht wohl mit derselben Bezeichnung Ei oder Eizelle belegen sollte, wie es zumeist geschieht und zwar deshalb geschieht, weil die morphologische Beschaf- fenheit des Eies durch den ganzen Proze kaum beeinflut wird. Eine gewisse Klrung dieser Verhltnisse ergibt sich aus dem Vergleich mit den bei der Bildung der Sperniatozoen sich vollziehenden letzten Teilungen. Man mu dabei auf die Ursamen- zellen zurckgehen , welche den bildungs- fhige]! Abschnitt der mnnlichen Keim- drse erfllen und in fortgesetzter Vermeh- rung begriffen sind; sie liefern die sogenannten 24 Ei und Eibilduns. Sperinatogonien, die zu den Spermatocyten heranwachsen und dabei gewisse Umbildun- gen ihres Zellkrpers erfahren. Die letzten beiden Teilungen dieser Zellen sind es nun, welche sich ohne weiteres mit den Reifungs- teilungen der weiblichen Keimzellen ver- gleichen lassen. Eine Spermatocyte erster Ordnung liefert in der ersten Reifungsteilung zwei Spermatocyten zweiter Ordnung (Fig. 32 A bis C) und jede von diesen durch den A B H Fig. 32. Verlauf der Samenreifung beim Pferde- spulwurm (As caris megalocephala bivalens). h. C Spermatocyten n. Ordnung, D H Sperma- tocytenlll. Ordnung oder Spermatiden (H). Nach A. Brauer. entsprechenden Vorgang, wie er oben von der zweiten Reifungsteilung des Eies beschrieben wurde, zwei sogenannte Spermatiden (D bis H), d. h. diejenigen Zellen, welche sich direkt zu den Spermatozoen umbilden Hier sind also vier funktionsfhige Zellen entstanden, whrend dort nur eine solche, die gereifte Eizelle und drei kleine bei der Embryonalentwickelung zugrunde gehende Zellen, die Richtungskrper, geliefert werden. Sie sind nichtsdestoweniger Zellen und der Vergleich mit jenen mnnlichen Zellen legt es nahe, sie als zurckgebildete, abortive Eizellen zu betrachten. In Analogie mit den mnnlichen Keim- zellen spricht man auch im weiblichen Ge- schlecht von Oogonien und Oocyten, von denen sich die Oocyten erster Ordnung bei der ersten Reifungsteilung in die beiden Oocyten zweiter Ordnung und diese in je zwei Oiden (gereifte Eizelle und zweiter Richtungskrper oder die Teilprodukte des ersten Richtungskrpers) teilt. Hiernach wre es angezeigt, die heranwachsenden weiblichen Keimzellen nur als Oocyten zu bezeichnen und den Namen Eizelle fr die gereiften Zellen zu verwenden, d. h. fr diejenige Zelle, welche mit der gereiften und ausgebildeten Samenzelle zum Befruch- tungsakt zusammentritt. Aber ebensowenig wie bei den mnnlichen hat sich dies bei den weiblichen Zellen recht durchfhren lassen, was wohl damit zusammenhngt, da die weiblichen Keimzellen vor wie nach der Reifungsteilung ungefhr gleiche Struk- tur und Gre zeigen. Bedient man sich, wie es zumeist geschieht, des Sammelbe- griffs Eizellen fr die weiblichen Zellen im nicht gereiften und gereiften Zustand, so mu man sich nur dessen bewut sein, da man es mit zwei recht verschiedenen Stadien der Oogenese zu tun hat. III. Eibilduiig (Oogenese). Von einem Teil der Eibildung mute schon in den beiden vorhergehenden Abschnitten ge- sprochen werden, da sie sich schwer von der Morphologie des Eies und seiner Reifung trennen lt. So wurde besonders die eigent- liche Ausbildung des Eies und die Dotter- bildung, bei denen auch Beziehungen zwischen Kern und Ooplasma in Betracht kommen, in Verbindung mit der Morphologie besprochen. Hier handelt es sich hauptschlich um die Beziehungen der Oocyten zu anderen Zellen des Krpers und vor allem zu denen, mit welchen sie bei ihrer Ausbildung in nhere Verbindung fe&k^^W- 7 i. Die verschiedenen Formen der Ei- bildung. Als primitivste Form der Ei- bildung wird man diejenige bezeichnen mssen, bei welcher die Eizellen regellos im Krper des Muttertiers verteilt sind, wie man dies bei den Schwmmen findet (Fig. 1). Die jungen Eizellen zeigen amboide Gestalt (Fig. 1 und 45 A), wie dies auch bei Ei und Eibildung 25 den Zellen des Krperparenchynis der Fall sein kann; so sind sie von diesen schwer zu unterscheiden und werden auch direkt von ihnen hergeleitet (F. E. Schulze, Jrgensen 1910). Amboide, ber einen betrchtlichen Teil des Krpers verstreute Keimzellen kommen auch bei den Hydroidpolypen vor, bei denen sie nicht nur Wanderungen in den Epithelschichten ausfhren, sondern auch von einem in das andere Keimblatt vor- dringen (Fig. 33 und 34), um ihre endgltige schon bei den Schwmmen eintreten kann. Die diffuse geht dann in eine lokalisierte Eibildung ber, wie sie den allermeisten Tierformen zukommt. Die Bildung erfolgt also im allgemeinen in den Gonaden, den weiblichen Keimdrsen, die man als Eier- stcke oder Ovarien bezeichnet. Diese selbst sind unter Umstnden nur mehr oder weniger umfangreiche Zellenhaufen, die durch fortgesetzte Zellwucherung entstanden (Fig. 35). Umgeben sie sich mit einer binde- ect ent ge. pm. h. B. cj.T pm.. V.r. pm,-- T.v. ect ent ent ect ei ->~ Fig. 33 u. 34. Lngsschnitte durch einen Zweig eines Hydroidpolypen (Eudendriuin race- mosum) mit wandernden Oocyten (ei) im Ectoderm (ect) und Entoderm (ent), sowie Durchbrechen der Sttzlamelle zum Durchtritt von einem in das andere Keimblatt, bl Blasto- stylknospe. Nach A. Weismann. Lagersttte aufzusuchen. Die Keimzellen bilden dann eine Gonade, wie brigens eine gruppenweise Zusammenhufung zur Bildung eines noch recht primitiven Ovariums auch Fig. 35. Entwickehmg des Eierstocks eines Ringelwunrjs (Amphitrite rubra). A C Keimepithel (ge) und Geschlechtsdrse (gdr) als Wucherung des Peritoneal- epithels (pm), D Ovarium mit sich loslsenden Oocyten (gz), Vv^r Bauchgef. Nach E. Meyen gewebigen oder epithelischen Membran, so hat man bereits besser abgeschlossene Ova- rien vor sich. Diese knnen plattenfrmig, sack- oder schlauchfrmig, traubenfrmig verzweigt und von manchen anderen Formen sein. In ihnen hegen die jngeren und lteren Ausbildungsstufen der Keimzellen entweder dicht gedrngt in einem massigen Keim- lager oder in Form eines Keimepithels (Fig. 36 und 37); sie lsen sich dann ab und gelangen in einen zentralen Hohlraum, welcher direkt oder indirekt in Verbindung mit dem Leitungsapparat steht, durchweichen die Eizellen nach auen gefhrt werden. In den Ovarien knnen recht verschie- denartige Zellen enthalten sein, je nachdem sich die Ausbildung des Eies in einfacher oder komphzierter Weise vollzieht. Vor allen Dingen lassen sich jedoch in der Ei- bildung drei Perioden unterscheiden, nmlich eine solche, whrend der sich die Keimzellen noch in Vermehrung (Teilung) befinden, 26 Ei und Eibildung Fig. 36. Lngsschnitt durch Eierstockund Eileiter eines Ruderfers (Cantho- camptus staphylinus). Nach V. Haecker. Fig. 37. Blindes Ende des Eierstocksschlauehes von epithel, jngeren und lteren Eiern. Nach Seesternen mit H. Ludwig. Keim- eine zweite, die Wachstumspe- riode, in welcher das Ei seiner Ausbildung ent- gegengeht und eine dritte , die Keifungsperiode, d. h. diejenige des Vollzugs der beiden Reifungs- teilungen , oder der Absclmrung der Richtungs- krper.Im Gegen- satz zu der Aus- bildung der mnnlichen Zel- len erfolgt der letztere Vorgang meistens nicht mehr in der Keim- drse, sondern im Leitungsapparat oder auerhalb des mtterlichen Krpers. Obgleich er also den Ab- schlu der Ooge- nese darstellt, mute er aus den oben angegebe- nen Grnden bei unserer Darstel- bereits vor- lung weg genommen sp_ I Bt . ep w3 8oo 40 >i S40 5 000 13 600 20 000 ? 2 000? 60 000 200? 53" 3 2N O IO 4050 s 6083 7080 6580 5070 67 90 100 oo( ?) 20(?) >I OOO 1 900 OOO 88 000 >IOO OOO 3 000 1 3 OOO OOO 2400 3200 2600 2900 3560 2900 2900 3800 7501900 700 900 4800 6000 1600 3200 700 2200 1700 2200 3000 4000 3900 4900 4600 4700 4700 4S00 53005400 6200 4400 4750 i.E. 6600 i. \Y. 31004500 1500 1700 1450 800 500 900 33oo 45005200 2000 2400 o 1300 300 400 100 400 o IIOO 1620 o 60(0) 2900 ? o o 1460 4000 200 o o o o greren Alpengletscher z. B. liegt sie zwischen 30 und 150 m/Jahr; .bei Gletschern des Himalaya wurden mehr als 700 m/Jahr gemessen, whrend einzelne Abflsse des grnlndischen Inlandeises Verschiebungen von 1000 bis 7000 m/Jahr erfahren. Der Uebergang von der Randgeschwindig- keit zur maximalen Achsengeschwindigkeit ist stetig; die Zunahme ist am Rand gro, gegen die Mitte klein; bei breiten Gletschern ist der mittlere Teil eines Quer- schnittes beinahe gleich rasch bewegt; in den Auenteilen (je 1 / i bis x / 5 der Breite) findet die Abnahme auf etwa y 5 bis 7 10 der Maximalgeschwindigkeit statt. Diese Art der Geschwindigkeitsnderung in einem Querprofil (an der Oberflche) bleibt dieselbe, wenn auch ein Gletscher aus meh- reren Zuflssen besteht; an den durch die Lngsmornen (vgl. unten) gekennzeichneten Verschmelzungsstellen zeigen sich keine sprungweisen Aenderungen der Geschwindig- keit. Die Kurve, welche die Oberflchenge- schwindigkeit fr einen Querschnitt angibt, zeigt fast bei allen beobachteten Gletschern in der Nhe des Randes zwei Wendepunkte. Fr den Hintereisferner liegen diese Punkte so, da sie Stellen starker Tiefenzunahme des Gletschers entsprechen. Es ist zu vermuten, da hnlich wie die Geschwindigkeit gegen den Rand abnimmt, sie sich auch in der Richtung der Tiefe ndert. Wenn fr das abwrts von einem zu untersuchenden Querschnitt gelegene Gletschergebiet an mglichst vielen Stellen die Oberflchengeschwindigkeit und der Be- trag der jhrlichen Eisabschmelzung be- kannt sind, so lt sich die Tiefe jenes Quer- schnittes an einzelnen Stellen ermitteln, 46 Eis unter der Voraussetzung, da fr alle senk- recht untereinander hegenden Eisteilchen die- selbe Geschwindigkeit gelte, wie fr die oberste. Solche Beobachtungen und Profil- rekonstruktionen wurden fr den Hintereis- gletscher (Oetztaler Alpen) ausgefhrt. Sp- ter angestellte Tiefbohrungen fhrten zu dem Ergebnis, da die mittlere Querschnitts- geschwindigkeit etwa 0,6 der Oberflchen- geschwindigkeit betrgt. Bei den Tief- bohrungen zeigte sich auch, da wahrschein- lich bis in groe Tiefe hinab fast die gleiche Geschwindigkeit wie fr die Oberflche gilt. Daraus folgt, da die Abnahme der Ge- schwindigkeit nach der Tiefe einem hnlichen Gesetz folgt, wie die von der Mitte gegen den Rand. Die Tiefbohrungen ergaben auerdem, da die Stellen starker Neigungsnderung im Querschnitt genau da liegen, wo sie nach den Konstruktionen auf Grund der Geschwindig- keits- und Abtragsmessungen liegen mssen. Dies ist eine wesentliche Sttze fr die Mei- nung, da ein Gletscher an stndiger Ver- tiefung seines Bettes arbeitet (vgl. unten Abschnitt 13). Im Lngsprofil nimmt die Geschwindig- keit von den obersten Punkten des Firnes zu bis zu einer Stelle, die dem Uebergang aus dem Sammelbecken in das engere Ab- flutal nahe liegt. Bis dahin wchst die Dicke der Eisschichte wegen des Zusammen- schubes von den Seiten her und wegen der Vermehrung des Materiales durch Auftrag von Schnee. Von dieser Stelle an bis zum Gletscherende nimmt die Geschwindigkeit, den wechselnden Neigungsverhltnissen ent- sprechend, ab, weil durch die Abschmelzung des Eises die Dicke des Gletschers bestndig abnimmt. Auch dies ist durch zahlreiche Beobachtungen besttigt. (Mer de Glace, Rhonegletscher, Hintereisferner, Vernagt- ferner u. a. m). Gelegentlich der Tiefbohrungen am Hinter- eisgletscher konnten Temper at u r m es- sungen bis zu 148 m Tiefe ausgefhrt werden. Sie ergaben, da die Gletscherzunge in ver- schiedenen Tiefen die dem (Vertikal-)Diuck entsprechende Schmelztemperatur hat. Diese Temperaturverhltnisse werden (mit Aus- nahme der Oberflchenschicht) durch die Jahreszeiten kaum beeinflut. Von welcher Stelle im Firn an die Schmelztemperatur herrscht, ist bis jetzt nicht sicher bekannt. 10. Spalten. Bei der Bewegung des Eises, wie sie vorausgehend in den Hauptzgen tnzeichnet wurde, mu jede der verti- und zur Gletscherachse senkrechten Platten, in die man sich den Gletscher zer- legt denken kann, ausgewalzt werden. Die Hauptstreckimg erfahren dabei die Rand- partien, in di nen die strksten Aenderungen der Geschwindigkeit stattfinden. Die bei dieser Streckung auftretenden Zugspan- nungen sind hufig grer, als die Zug- festigkeit des Eises; dies mu dann zer- reien und die entstehenden Risse sind senkrecht zu den Richtungen der Zugspan- nungen. Die Randspalten mssen dem- nach beim Entstehen vom Rand schrg aufwrts gegen die Gletscherachse gerichtet sein. Das Reien der Spalten ist von einem dumpfen Knall und einer fhlbaren Er- schtterung der Eismasse begleitet. Durch den anfnglich kaum ein Viertelmillimeter breiten Ri flieen die oberflchlichen Schmelzwasser teilweise ab. Die Spalten- rnder entfernen sich wegen der Abschmel- zung und wegen der Bewegung immer mehr voneinader; im gleichen Mae, wie sich die Spalten oberflchlich erweitern, setzen sie sich in die Tiefe fort und einige Wochen nach dem Reien klaffen fast senkrecht tiefe Schrunde, welche die Wanderung auf dem Gletscher erschweren. Bei groen Gletschern gehen nur ganz in der Nhe des Randes die Spalten bis auf den Grund; gegen die Mitte finden sie ihre Tiefengrenze wohl meistens im oberen Drittel der Eismasse. Aber auf dem Grunde des Gletschers, an der Gletschersohle, bilden sich Spalten aus der gleichen Ursache wie am Rand; auch hier finden starke Aenderungen der Ge- schwindigkeit statt und die deshalb ent- stehenden Grundspalten sind anfnglich schrg aufwrts gerichtet. Grundspalten entstehen auerdem, wenn das Eis eine nach unten konvexe Krmmung erhlt, wie etwa am Fu von Steilstufen, wo es vom greren zu kleinerem Geflle bergeht. Umgekehrt wird am oberen Rande einer solchen Felsstufe das Eis eine nach oben konvexe Oberflche erhalten; dann sind die obersten Eisschichten starken Zugkrften unterworfen und es bilden sich Spalten, welche annhernd dem Rande der Steil- stufe parallel, also meist quer ber den Gletscher laufen, Qu er spalten. Sie er- halten bei starken Gefllsnderungen groe Weite und reichen sehr tief in die Eismasse hinab, so da unter Umstnden das Gewicht des vorderen Teiles zu gro ist, um von dem Querschnitt, der die Verbindung mit dem oberen Teile herstellt, noch getragen zu werden. Dann bricht das vorgeschobene Stck ab und strzt der Hhe der Talstufe entsprechend in die Tiefe, um sich nach der Ankunft auf schwcher geneigtem Boden in Pyramiden, Zacken und Eisnadeln von grotesken Formen aufzulsen. Knnen die nachrckenden Eismassen ber die Wand der Talstufe eine Verbindung mit den unten liegenden herstellen, so wird der Sturz der Eismassen durch den Widerstand der unten- liegenden verlangsamt. Der entstehende Eisbruch (Serac), dessen steile Wnde. Eis 47 die wunderschn blaue oder blaugrne Fr- bung des Eises besitzen, zeigt starke Zerklftung in mehreren Richtungen, da auer den Querspalten auch noch Rand- spaltenbildung auftritt. Strzen die Eis- massen ber sehr betrchtliche Hhe ab, so ist ein frmliches Zerstuben die Folge. Die Trmmermasse schmiegt sich der Gestalt des auffangenden Untergrundes an und wenn sie gengend anwachsen kann, bildet sie einen regenerierten Gletscher, der mit seinem Nhrgebiet keinen unmittelbaren Zusammenhang hat. Tritt der Gletscher aus einer Talenge in eine Erweiterung, oder kann sich das Glet- scherende auf flachem Boden ausbreiten, so fliet die Eismasse nach den Seiten auseinan- der, es entstehen Lngsspalten, die an- nhrend in der Strmungsrichtung des Eises verlaufen. Am Gletscherende zeigen diese Lngsspalten fcherartige Anordnung; sie werden gegen den Rand des Eises immer weiter, da jede Ursache, sie wieder zu schlies- sen, fehlt. Dagegen werden Spalten aller Art, die in hher gelegenen Gletscherpartien gebildet werden, im Laufe der Bewegung des Eises wieder geschlossen. Auch im Firn treten Zugkrfte auf, welchen das Eis nur bis zu einem gewissen Grade Widerstand leisten kann. Doch sind hier die Rand- spalten, wegen der geringeren Bewegung, weniger hufig als auf der Gletscherzunge. Nur der Bergschrund (Randkluft), jene groe Kluft, die in den obersten Firnhngen beim Uebergang vom steilsten zum weniger steilen Eis ziemlich senkrecht zur Fallrichtung verluft, tritt mit groer Regelmigkeit auf. Er entspricht einer Querspalte und markiert die Stelle, von der an die eigent- liche Bewegung des Gletschers beginnt. Die ber der Randkluft gelegenen, steilen Eis- partien sind meist nur dnn und an den Untergrund angefroren, whrend der flieende Gletscher berall lose seine Unterlage be- rhrt. Im Sammelbecken der Gletscher ent- stehen Firnklfte von groer Weite schon bei Neigungsnderungen, welche die Gletscherzunge ohne wesentliche Strung ihres oberflchlichen Zusammenhanges pas- sieren kann. Spalten von 1 bis 2 m Breite finden sich im Firn an fast ebenen Stellen und solche von 10 und mehr Meter Weite gehren nicht zu den Seltenheiten. Auch hier kommen steile Abstrze vor und es hngt von der Hhe der Wand ab, ob in gewissen Zeiten abwechselnd mchtige Lawinen ab- strzen, oder ob ein fast rein weier Eisfall, in welchem die blauen Farben an den Wan- dungen der zertrmmerten Masse (die noch sehr lufthaltig ist) fast ganz fehlen, den oberen Rand der Abbruchsteile mit dem unteren flacheren Gebiete verbindet. Die Spalten in den oberen Teilen des Firnes sind nur im Sptjahr, wenn der Gletscher weit ausgeapert ist, bequem sichtbar; dann findet man auch leicht die Stellen, Schnee- brcken, an denen die Klfte berquert wer- den knnen. Frher, im Hochsommer, sind die Firnspalten meist noch verschneit; nur fr sehr gebte Augen ist, wenn nicht frischer Schnee gefallen ist, ihre Lage auf einige Meter Entfernung erkennbar. Sie bilden dann ein sehr tckisches und gefhrliches Hindernis fr die Gletscherwanderer, die in diesem Gebiete durch Seilverbindung sich gegenseitig sichern mssen. Die Zerklftung, wie sie hier geschildert wurde, trifft in erster Linie fr die Gletscher des alpinen Typus zu. Aber auch im grn- lndischen Inlandeis, sowohl in der Nhe der randlichen Nunataker, als im Inneren, gibt es Spalten und ebenso wissen wir, da die ' von mchtigen Hochgebirgen herabziehenden Eismassen des antarktischen Kontinentes stark zerklftet sind. Auch hier zeigt sich also der Einflu der Bodenformen auf die Gestaltung der Gletscheroberflche. Die Mchtigkeit der Inlandeisdecken kann dem- nach nicht auergewhnlich gro sein. ii. Struktur. Die Firnschichtung ist auf ausgedehnten Flchen zerklfteten Firnes gut zu sehen. Whrend der Bewegung des Eises erfahren die anfnglich fast horizontalen Schichten starke Deformation; sie werden in lffeifrmige, ineinander liegende Schalen ausgewalzt, deren Rnder sich gegen die Rnder der Gletscherzunge und gegen das Gletscherende steiler aufrichten, whrend die axialen Teile flach bleiben. Diese durch Umformung aus der Schichtung hervorge- gangene Struktur ist auf der Gletscherzunge als Bnder ung vorhanden und durch das Ausgehende abwechselnd luftfreien blauen und luftreichen weien Eises gekennzeichnet, das als eine Schar nach unten konvexer Linien ber die Eisoberflche luft (Ogiven). Der Zusammenhang zwischen Schichtung und Bnderung ist durch Beobachtung (TL F. Reid) des allmhlichen Ueberganges erkannt. Bei zusammengesetzten Gletschern hat jeder Zuflu fr sich sein System von Ogiven ; an der Vereinigungsstelle zweier Zuflsse stellen sich die Bnder beider Teile nahezu vertikal. Auer dem der Bnderung gibt es noch blaues und weies Eis an vielen Stellen der Gletschermasse. So entstehen Ein- lagerungen von blauem Eis, wenn Wasser in Spalten eindringt, die sich whrend der Bewegung teilweise schlieen und keinen Abflu gewhren. Die Kristallachsen des klaren blauen Eises, das aus dem allmhlich gefrierenden Wasser entsteht, sind senkrecht zu den Spaltenwnden. Fllt jedoch Schnee in solche sich schlieende Spalten, so wird er in lufthaltiges, weies Eis umgeformt. 48 Eis Auch aus Querspalten knnen bei Schrg- stellung ihrer Wnde, lngs deren feine Schmutzpartikeln verschoben werden, ogiven- hnliche quer ber die ganze Gletscherober- flche (und Obermornen) laufende Kurven entstehen. Oder es knnen in Eisbrchen ausgedehnte parallele Eiswnde in sich zu- sammenstrzen, whrend die benachbarten stehen bleiben. Die Abschmelzung wird beide Partien stark verndern, aber die Unterschiede im lufthaltigen aus dem zertrmmerten Material neu gebildeten Eise und dem benach- barten anderen bleiben unterhalb des Eis- bruches noch auf weite Strecken erhalten (Schmutzbnder). Gletscherkorn. Ein Stck Gletschereis ist aus Krnern zusammengesetzt, deren jedes ein Kristall von ganz unregelmigen Be- grenzungen ist, so da die Gletscherkrner gelenkartig ineinandergreifen. Die Grenz- flchen der Krner sind fr gewhnlich nicht sichtbar. Sie werden es, wenn Schmelzwasser durch die feinen Haarspalten zwischen den Krnern in die Eismasse eindringen kann; dann schmilzt das an den Korngrenzen vor- handene Eis etwas leichter, als das der Korn- masse selbst. Die Kristallachsen der Glet- scherkrner liegen wirr durcheinander; es soll brigens doch bei den Gletscherkrnern vom Ende des Gletschers, die auf ihrem langen Wege viele Urnkristallisationen und Umlagerungen erfahren haben, eine Parallel- stellung in der Achsenrichtung benachbarter Krner auftreten. Im Firn sind die Gletscherkrner klein, etwa von Erbsengre und durch Zusammen- schmelzen mehrerer Schneekristalle entstan- den. Am Gletscherende haben die Krner klaren, fast luftfreien Eises die Gre von Taubeneiern, ja von Fusten. In der Zeit, welche der Firn braucht um den Weg bis ans Gletscherende zurckzulegen, ist also die Zahl der Gletscherkrner immer kleiner, das durchschnittliche Volumen eines Kornes aber immer grer geworden. Bei diesem Proze des Kornwachstums werden die kleinen Kr- ner von der greren aufgezehrt. Die Ursache des Kornwachstums, das sich an allen Stellen innerhalb der Gletschermasse vollzieht, ist in | den durch die Bewegung der letzteren ver- anlaten Druckschwankungen zu suchen, durch welche teilweises Schmelzen und dar- auffolgendes Wiedergefrieren benachbarter Krner zustande kommt. Bei diesem Um- kristallisieren wirkt die Anziehungskraft der greren Krner richtend auf die fest wer- len Eispartikelchen. Fr das langsam ^findende Kornwachstum gengen ganz Druckschwankungen im Eise, das temperatur ist. Ein Beispiel isammensetzung des Gletschereises lock vom Ende des Glacier des ntblancgruppe). Er bestand aus 40 Krnern mit einem durchschnittlichen Gewicht von 30 g; die 16 grten wogen im Mittel je 65 g, die 10 kleinsten je 2,5 g. Bei den Umkristallisationen wird auch die Luft immer mehr ausgetrieben; mehrere kleinere Luftblasen vereinigen sich zu einer greren; deshalb mu die Reinheit und Klarheit des Eises gegen das Gletscherende hin bestndig zunehmen. 12. Theorie der Gletscherbewegung. Die ber Bewegung, Spalten und Struktur des Gletschereises beobachteten Tatsachen sind mit einer Theorie vereinbar, welche die Bewegung des Eises mit der einer sehr zhen Flssigkeit vergleicht, die an ihrem Bette durch Reibungswiderstnde gehemmt wird. Die Umfangsgeschwindigkeit ist in den verschiedenen Tiefen eines Querschnittes verschieden gro und ndert sich von Quer- schnitt zu Querschnitt. Daher darf die Be- wegung nur als ein Flieen oder Strmen, nicht aber als Gleiten auf fester Unterlage aufgefat werden. Ursache der Bewegung ist die Schwerkraft. Die beim Abwrts- bewegen erzeugte Energie wird z. T. inner- halb der Eismasse in Wrme verwandelt und hlt die Temperatur derselben auf dem Schmelzpunkt. Die im Eis von Schmelz- temperatur, das unter Druck steht, not- wendig vorhandene Wassermenge ist wesent- liche Ursache der Plastizitt des Eises, welche diesen Krper zum Flieen befhigt. Weil der Druck mit der Tiefe zunimmt, wchst auch diese Wassermenge und deshalb mu die Verschiebbarkeit der Eisteilchen (Glet- scherkrner oder Plttchen, aus denen ein Korn besteht) mit der Tiefe wachsen. Es ist wahrscheinluich, da die Differenz zwischen Oberflchen- und Grundgeschwindigkeit in einer Vertikalen dem Quadrate der Eistiefe proportional ist. Die geometrischen Beziehungen, welche fr eine strmende Eismasse bestehen, sind in S. Finster walders Strmungstheorie des Gletschers klar entwickelt. Diese Theorie hat mit der Erklrung der Bildung von Innenmornen (s. u.) einen besonderen Er- folg aufzuweisen. Sie gibt vollstndige Aufklrung ber die Ursache der Geschwindigkeitsabnahme gegen das Gletscherende. Es gengt vollstndig die oberflchliche Ablation und die dadurch erzeugte Verminderung der strmenden Eis- massen in Betracht zu ziehen, um bei den auftretenden Gletscherformen die Erschei- nung vorauszusehen." Ebenso sind das Stranden der Bewegungslinien am Gletscher- rande sowie die gegen diesen zunehmende Krmmung der Oberflche auf Grund dieser Theorie leicht zu verstehen. Ihr wesent- licher Inhalt besteht in Folgendem. Die Firnlinie teilt den Gletscher in zwei Gebiete, das Nhrgebiet und das Abschmelzgebiet. Ein Eis 49 Eisteilchen, das im Firn anfllt, tritt in die Gletschermasse ein und beschreibt in ihr whrend der Bewegung des Gletschers eine Stromlinie, die im Abschmelzgebiet wieder auf die Gletscheroberflche kommt, aus dem Gletscher austritt. Benachbarte Eisteilchen beschreiben benachbarte Stromlinien. Je hher im Firngebiet eine Stromlinie in den Gletscher eintritt, um so nher am Zungen- ende verlt sie die Gletschermasse. Es kann auf diese Weise das ganze Firngebiet auf die Zungenoberflche geometrisch abgebildet werden. Die Punkte der Firnlinie entsprechen dabei sich selbst. Wird der Gletscher als stationr voraus- gesetzt, ndert sich also seine Oberflchen- form an keiner Stelle, so mu in einer aus lauter Stromlinien gebildeten Rhre durch jeden Querschnitt in der nmlichen Zeit die gleiche Menge Eis befrdert werden (Kon- tinuittsbedingung). In sehr viele solcher Rhren kann man sich den Gletscher zer- legt denken; es kann keine Stromlinie aus einer dieser Rhren in eine benachbarte ber- treten. Damit wird nicht nur jeder Punkt der Firnoberflche je einem Punkt der Zungen- oberflche eindeutig zugeordnet, sondern einer durch ein Netz von Lngs- und Querlinien vorgenommenen Teilung des Firns entspricht eindeutig eine hnliche Teilung der Zunge. Hat eine Masche des Netzes im Firn die Flche F, die ihr zugeordnete auf der Zunge die Flche f, und fllt in der Zeiteinheit, senkrecht zur Gletscheroberflche gemessen, pro Flchen- einheit die Substanzmenge A an, whrend die ebenso gemessene Ablation auf der Zunge a betrgt, so sagt die Kontinuittsbedingung zunchst F.A-f.a, Treten in F die Stromlinien mit der Ge- schwindigkeit V unter dem Winkel

l, d. h. der Gletscher kann nicht mehr stationr sein (Rckgang). Wird die Akkumulation A im Firn grer als V, so mu der Gletscher wachsen. Fr einige Gletscher der Alpen (Hintereis, Forno, Rhone), fr welche die Ablation und die Geschwindig- keit im Firn und auf der Zunge an mglichst vielen Punkten gemessen wurde, konnten die Winkel $ und cp ermittelt werden. Es fand sich sinngeme Uebereinstimmung mit den Bschungsverhltnissen in Firn- und Abschmelzgebiet. Fr das Innere des Gletschers sagt die Kontinuittsbedingung, da fr benachbarte auf den Stromlinien senkrechte Querschnitte Fi und F 2 mit den Geschwindigkeiten v t und v 2 F^v^F^. Mit Beachtung dieser Beziehung kann aus den beobachteten Werten der Oberflchen- geschwindigkeit und der Ablation die Er- mittelung der Eistiefe an einer Stelle des Gletschers vollzogen werden, die innerhalb des Beobachtungsgebietes liegt. Die fr den Hintereisgletscher durchgefhrte Rekon- struktion ergab Tiefen, welche mit den durch sptere Bohrungen gefundenen auf ca. 4% bereinstimmen (vgl. oben Abschnitt 9). Auf das Firngebiet wurden die theoretischen Betrachtungen bisher nur insoweit angewandt, als es sich um die whrend der Eisbewegung eintretende Deformation der Schichtflchen handelt. Ein sehr wichtiges Ergebnis der Strmungstheorie wurde durch deren Ur- heber mit der Erklrung der Mornen- bildung erzielt (vgl. unten 13: Anordnung des Schuttes). Beim Zusammenflu zweier 1 Gletscher kommen Randgebiete der beiden in Berhrung; es kann aber kein Ineinander- flieen stattfinden; vielmehr wird eine schuttfhrende Trennungsflche zwischen beiden Gletscherteilen bestehen, die ent- weder schon vom Beginn des Zusammen- flusses an, oder erst unterhalb auf der Glet- scheroberflche durch einen Schuttstreifen gekennzeichnet wird. 13. Eis und Fels. Wasser, das bei nor- malem Druck in Gestein eindringt und dort wegen Temperaturerniedrigung gefriert, mu eine Sprengwirkung auf das Gestein ausben, weil es sich beim Festwerden ausdehnt. Es entstehen Risse im Fels und schlielich werden einzelne Bruchstcke von demselben losgesprengt. Auf diese Weise entstellt auch der feine Verwitterungsstaub, der sich berall in den Hochgebirgsregionen findet und z. B. auf den Firnfeldern ablagert. Solche Frost- verwitterung findet aber auch an der Sohle des Gletschers statt. Querschnittsnde- rungen, Gefllsnderungen der Eismasse be- dingen Druckschwankungen innerhalb der- selben, die besonders stark bei Bewegungs- hindernissen auftreten. Hier wird das Eis teilweise schmelzen und soweit es fest bleibt, seine Temperatur erniedrigen. Das unter hohem Druck gebildete Schmelzwasser dringt ' in das Gestein unterkltet ein und gefriert, sobald es unter geringerem Druck steht. Der Betrag, welcher durch solche Frostver- j Witterung vom festen Fels im Laufe eines Jahres abgelst wird, schwankt mit der Dichte und Hrte des Gesteins. Klftbarkeit ' des letzteren und der Verlauf der Klftungs.- Handwrterbucn der Naturwissenschaften. Band III. 4 50 Eis flchen gegenber der Bewegungsrichtimg des Eises werden ebenfalls von Einflu sein. Was an der Firnumrahmung eines Gletschers abwittert und seine Unterlage verliert, strzt auf die Firnoberflche; frisch fallender Schnee berdeckt die Felstrmmer, welche mit diesem langsam zum Boden der Firn- mulde hinabsinken, wo sie in das Eis einge- backen, mit der diesem eigenen Geschwin- digkeit weiter zu Tal wandern. Sie bleiben stets auf der Unterflche des Gletschers und bilden den ursprnglichen Bestandteil der Untermorne (Grundmorne). Sie kommen mit der Felsunterlage in unmittelbare Be- rhrung und bearbeiten diese in hnlicher Weise, wie die auf Leinwand gekitteten Schmirgelkrner Metalle schleifen und po- lieren. Das Gletscherbett zeigt berall die Spuren dieser Bearbeitung des Felses, dessen Oberflche geschrammt und poliert, gerundet und geschliffen erscheint (Rundhcker, Gletscherschliffe). Je nach der Hrte des Gesteins werden die schrammenden und kratzenden Geschiebe, die natrlich selbst kantengerundet und gekritzt werden, ihre Spuren verschieden tief eingraben, welche als nahezu parallele Streifen annhernd in der Bewegungsrichtung des Eises verlaufen. Der Schleifproze wird durch die Klftbar- keit und die Elastizitt des feuchten Gesteins begnstigt und verstrkt, so da als Produkte der Glazial-Erosion schlielich nicht nur feiner Schlamm und Schleifsand auf der Gletschersohle abtransportiert werden, son- dern auch die durch Frostverwitterung und einseitige Druckspannungen gelockerten grs- seren Gesteinsfragmente dem Trmmerwerk der Untermorne einverleibt werden. Sand und Schlamm werden durch die Schmelzwasser der Gletschersohle dem Gletscherbach zuge- fhrt, von diesem talauswrts verfrachtet und in um so greren Entfernungen vom Ursprungsort abgelagert, je kleiner ihr Korn ist. Ganz feiner Schlamm bleibt auch noch in den Gletscherabflssen suspendiert, wenn sie lngst das Gebirgsvorland erreicht haben. Die von Gletscherbchen mitgefhrten festen Bestandteile schwanken zwischen einigen Gramm und 13 kg pro Kubikmeter Wasser, sowrit bisher Messungen vorliegen. Die daraus berechneten Gren des Abtrages der sich fr ein Gletschergebiet ergibt, schwan- ken entsprechend zwischen einigen Tausend- stel Millimeter und 19 mm pro Jahr. Diese Zahlen mssen, um den wirklichen Abtrag fr ein Gletschergebiet zu geben, noch um die Gesteinsmassen vergrert werden, welche vom Gletscher abgelst, aber nicht vom Gletscherbach, sondern unter, im und auf dem Gletscher transportiert werden. Die groen Zahlen fr den Abtrag sind fr groe Gletscher (Alaska), die kleinen fr kleine erhalten. Man kann also wohl sagen da die glaziale Ero- sion mit der Gre der Gletscher und mit deren Geschwindigkeit wchst. Man ist von vornherein zu der Annahme geneigt, da an Stellen strkster Geschwindigkeit auch die Erosion am bedeutendsten ist (wenn das Gestein auf der ganzen Unterlage gleich- artig ist). Solche Gebiete sind die Region der grten Dicke des Eisstromes, die Stellen, welche kurz oberhalb der Eisbrche liegen und die Strecken starker Neigung bei diesen Brchen. Der Gletscher arbeitet also in der Region grter Geschwindigkeit an einer bestndigen Tieferlegung seines Bettes und bei Talstufen an einer Verringerung der Neigung derselben. Der ausgehobelte Schutt wird nahe dem Ende abgelagert, wo auch wegen Ab- nahme von Druck und Bewegung die Ero- sionswirkung klein ist. Bei einem Alpen- gletscher ist also das Ergebnis der erodierenden Ttigkeit eine zunehmende Verflachung des Bettes, in welchem die Zunge talaus gepret wird und eine Zunahme der Neigung an den Wandungen des Firngebietes. Der Querschnitt des Gletscherbettes er- hlt die Form eines breiten w im Gegensatz zu dem v frmigen Querschnitt eines durch Wassererosion entstandenen Tales. Auch bei kleinen, ber der Schneegrenze liegenden Firnmassen findet Erosion und Verwitterung der Bergwandung statt, welche i wegen des Abtransportes der Erosionspro- dukte immer mehr zurckweicht. Rck- schreitende Erosion und Karbildung. Von besonderer Wichtigkeit ist die Beachtung der erodierenden Wirkung des bewegten Eises bei Beurteilung des Anteiles, welcher den Gletschern der Eiszeit an der Modellierung der Erdoberflche zukommt. Die Alpen- tler z. B. sind von der oberen Schliffgrenze bis hinab zu ihren heutigen Sohlen, d. h. stellenweise 1600 m tief, unter Mitwirkung des Eises ausgestaltet; ebenso werden die Seen des Alpenvorlandes als Produkte gla- zialer Erosion angesehen. Die kleineren Tler zeigen an ihrem Ueber- gang in die groen Tler hher gelegene Sohlen, als diese. Die Haupttler sind gegen die Seitentler (Hngetler) bei tieft; in ihnen hat der mchtigere Gletscher strker erodiert, trotzdem sie krzere Zeit vom Eis erfllt waren, als diese, weil sich neben der greren Eismasse die Wirkungen des druckhaften plastischen Gesteins hier am strksten geltend machten. Wo besonders hartes und widerstands- fhiges Gestein das Gletscherbett bildet, mu dieses enger sein; es bleiben Felsriegel und Bodenschwellen stehen, wie sie in ehe- mals vergletscherten Tlern hufig gefunden werden : Selektive Erosion (z. B. Talenge Rhoneknie bei St. Maurice). Anordnung des Schuttes, a) Be- wegte Mornen. Was an der Firnumrah- Eis 51 mung eines Gletschers abwittert und auf diesen fllt, kommt allmhlich auf die Gletschersohle und bleibt Untermorne. Was am Rande der Gletscherzunge abwittert und auf die Zungenoberflche fllt, wird hier forttrans- portiert und ordnet sich zu einem Walle, Seiten morne, der so lange parallel dem Rande luft, bis er an Stellen geringerer Neigung des Gehnges sich mit der Grund- (oder Unter-)morne vermengt oder bis der Gletscherbach ihn zerstrt und wegschwemmt. Treten im Inneren der Firnflche Fels- inseln auf, welche vom Eis umflossen werden, so wird am Grunde beider Gletscherarme eine Bearbeitung der Insel stattfinden. Von der Vereinigungsstelle der Arme an bis zum Ende des Gletschers zieht dann im Inneren der Eismasse eine schuttfhrende Wand, In nenmoine,derenSchuttmasse von beiden Seitenflchen der Insel stammt, also ge- kritztes Grundmaterial ist. Liegt die Ver- einigungsstelle noch im Firn, so wird auch hier noch Schnee anfallen, der erst unterhalb der Firngrenze abschmilzt; also kann der Inhalt der Schuttwand erst unterhalb der Firngrenze auf die Oberflche der Gletscher- zunge gelangen. Von der obersten Aus- ! schmelzstelle an zeigt sich auf der Zunge eine Obermorne (Mittelmorne, Lngsmorne) die gegen das Ende des Gletschers immer breiter wird, da stets neues Material der Innenmorne das der Obermorne vermehrt. Liegt die Vereinigungsstelle der die Insrl umflieenden Gletscherarme, also auch z. T. die Insel selbst unterhalb der Firngrenze, so wird von hier aus eine aus der Innenmorne gebildete nach unten breiter werdende Ober- morne bis ans Gletscherende ziehen. Zu dem aus Grundmornenmaterial be- stehenden Schutt dieser Innenmorne kann auch noch Abwitterungsmaterial kommen, das von den die Gletscherobei flche ber- ragenden Felsen der Insel stammt. Im ersten der beiden Flle wird es sich mit dem Grundmaterial vereinen, also selbst Grund- material und auch gekritzt werden, da es ja von der Firnumrahmung stammt. Im zweiten Fall, wenn die Insel ins Abschmelz- gebiet eingreift, bildet das von einem Teil ihrer Felsen abwitternde Material nur einen nicht gekritzten Bestandteil der Obermorne, der aber, gleichbleibende Schuttproduktion vorausgesetzt, lngs des ganzen Walles der Obermorne gleich bleibt, whrend das Grundmaterial sich abwrts immer strker vermehrt. Felshindernisse im Firn, welche die Gletscheroberflche nicht berragen, liefern Innenmornen, die um so nher dem Glet- scherende auszuschmelzen beginnen, je hher oben die Hindernisse hegen. Sie bestehen, wie die im ersten der vorigen Flle, nur aus Grundmaterial. In den Wnden von Spalten, welche quer durch Obermornen laufen, sieht man nahezu vertikal verlaufende Streifen, lngs deren Schutt aus dem Eise tritt ; sie sind die Spuren der Innenmorne in den Spaltenwnden. Auf der Oberflche der Gletscherzunge zeigt sich die Spur der Schuttwand der Innen- morne als ein feuchtei Streifen, lngs dessen verschieden groe, hufig hochkant gestellte Schuttstcke ausschmelzen (Naht). Das Vorhandensein der Innenmornen ist ein direkter Beweis fr eine auf der ganzen Gletschersohle stattfindende Erosion. Bei Felsinseln, welche ganz im Bereiche der Gletscherzunge liegen, tritt Grundschutt auf die Eisoberflche, der sich mit Rand- schutt mischen kann. Von der Insel an abwrts zeigt sich ein Schuttstreifen von gleich bleibendem Inhalt. In diesem Falle ist aber die Obermorne nicht mit einer Innenmorne ver- bunden. Sind die Bewegungslinien, die Verteilung der Geschwindigkeit ber die Gletscher- oberflche sowie auf dem Grunde bekannt, so ist man imstande aus der lngs einer Innenmorne pro Jahr ausschmelzenden Schuttmenge auf die Gre des jhrlichen Abtrages zu schlieen. Solche Messungen wurden am Hintereisgletscher angestellt und ergaben einen Abtrag von mindestens 0,027mm pro Jahr. Grundmornenmaterial wird auch noch vom Eise in Grundspalten aufgenommen, die quer durch den Gletscher laufen. Kommen diese Eispartien in die Nhe des Randes, so kann der Schutt auf den Verschiebungs- flchen, die sich zwischen bodennahen, wh- rend des Winters festangefrorenen Eis- schichten und den nachdrngenden Eismassen bilden und lngs der alten Spaltenwnde ver- laufen, wegen der Abschmelzung allmhlich an die Oberflche gelangen, wo er dann als Quermorne auftritt. Auch solcher Schutt, der durch seitliche Wasserlufe im oberen Zungen- und Firngebiet auf den Grund von Spalten kam, die sich spter wieder schlssen, kann in der Nhe des Gletscherendes eine Quermorne bilden. Die Anordnung der bewegten Mo- S = M: I: Q= G = Fig. 1. = Seiten-Morne \ m Mittel- ) Obermoranen ^W ,',' ) ^mornen = Grund- ,, J Untermorne. 52 Eis rnen lt sich demnach in einem dem Gletscherende nahen (Ideal)- Querschnitt ver- anschaulichen, wie ihn die Figur 1 gibt. b) Abgelagerte Mornen. Aller Schutt, der auf, in oder unter dem Eise be- frdert wird, gelangt mit dem Verschwinden des Transportmittels zur Ablagerung. So lange ein Gletscher stationr ist, kann dieAblagerung, die nur an seinem Rande eintritt, blo zur Bildung wallfrmiger Schutthgel fhren, welche den Gletscher- rand umdmmen. Es entstehen Ufer- und Endmornen, indem an den Lngsufern und an der Gletscherstirn bestndig Grund- morne unter dem Eise hervorquillt, die sich an einzelnen Stellen mit dem von den Obermornen herstammenden Material mischt, wenn dieses von der steil abfallenden Gletscheroberflche abrutscht. Schwindet der Gletscher, so hrt die Bildung von Schuttwllen auf. Das abge- lagerte Material bildet dann eine ziemlich gleichfrmige Decke ber das eisfrei gewordene Gebiet, in welchem auch die Be- standteile der Innen- und Obermornen in Streifen angeordnet als Lngsmornen zur Ruhe kommen. Rckt der Gletscher vor, so bewegt sich das Eis zunchst ber die vorgelagerte Mornendecke, die nun als Ganzes zur Grund- morne wird und unter hinreichend starker Eisdecke weiter talwrts wandert. Ein schwacher Schuttwall umgibt den Rand des vorschreitenden Eises; es ist die erste Anlage einer neuen Endmorne, welche beim fol- genden Stillstand des Eises weiter ausge- bildet werden kann. Auch wenn der Rckgang eines Gletschers durch lnger dauernden Stillstand unter- brochen wird, kann ein Endmornenwall auf- geschttet werden. Deshalb sieht man hufig auf der dem zurckgegangenen Gletscher vorgelagerten Mornendecke solche Wlle; ihre Zahl entspricht dem Minimum von Stillstandslagen, welche whrend der Rck- zugsperiode eintraten. Bei groen Gletschern, welche an ihrem Ende auf breitem, flachen Boden auseinander- flieen, zeigen die Lngsmornen radiale Anordnung innerhalb der Mornendecke, welche sie mehr oder minder hoch berragen. Diese Lngsrcken entsprechen den Drums oder Dr umlins, welche in der Endmornen- landschaft eiszeitlicher Gletscher gefunden werden. Gletscher, die ins Meer endigen, schieben natrlich auch ihre Schuttlast der Ober- mornen, ebenso wie die Untermorne dahin. An der Stelle, wo das Eis wegen des Auf- triebes vom Boden abgehoben ist, entsteht auf diesem ein Schuttwall. Da die Erosionsfhigkeit eines Gletschers gegen das Ende zu immer kleiner wird, vor dem Gletscher aber, wegen der hufigen Schwankungen, eine Aufscht- tung stattfindet, so kann das Zungen- ende eines auf flachem Boden auslaufenden Gletschers in einer muldenfrmigen Ver- tiefung liegen. Diese Senke, das Zungen- becken ist an den Gletschern der Gegen- wart nicht, oder nur schwer nachzuweisen, innerhalb der Endmornenlandschaft der eiszeitlichen Gletscher bildet es eine charak- teristische Eigentmlichkeit. c) Alluvionen des Gletscherbaches. i Die durch die Eisbewegung verursachten Schuttablagerungen erfahren durch das schlammreiche Wasser des Gletscherbaches Strungen. An einer oder mehreren Stellen durchbricht der Bach die Endmorne, deren Geschiebe er teilweise fortrollt und auerhalb j des Mornenkranzes, mit Schlamm und Sand gemengt, ablagert. Es kommt so zur Aus- bildung groer Schotterflchen (Sandr): das vor dem Eise liegende Gebiet wchst ber j die Sohle des Eises empor; es entsteht vor i der Endmorne ein Schwemmkegel, Ueber- gangskegel, der stellenweise mit der End- morne eng verbunden, verzahnt ist. Vor den groen Gletschern in Island und Alaska wurden Sandr und Uebergangskegel be- obachtet. In den Alpen sind 5 bis 10 km vom Ende des Gletschers in den Ablagerungen der Bche die Spuren des Gletschertrans- portes vollstndig verwischt. Schutt, welcher durch Lngsspalten am Gletscherende auf den Grund fallen kann, wird dort mit Sand und Schlamm gemengt, stellenweise auch geschichtet, wenn der Gletscherbach ihn transportiert. Bei den eiszeitlichen Gletschern haben solche Bil- dungen teilweise groe Ausdehnung erhalten (sen, Eskers, Kames). 14. Ernhrung der Gletscher. Die Gletscher verdanken ihr Bestehen in erster Linie der Niederschlagsmenge, welche in den Sammelgebieten in fester Form anfllt. Diese schwankt mit den klimatischen Verhlt- nissen der Gletschergebiete und ist in ksten- nahen Strichen der Hochgebirge grer, als in kstenfernen. Messungen ber die jhr- liche Schneemenge in den Hochregionen sind bisher nur an einzelnen Stellen in den Alpen eingeleitet. Nach unserer bisherigen Er- fahrung darf fr die Firngebiete der zentralen Ostalpen etwa 1 m Niederschlagshhe pro Jahr (als Wasser gemessen) angenommen worden. Fr die Randzone und die West- alpen ist die Niederschlagsmenge wohl etwas grer anzusetzen. Im Kaukasus soll sie bis zu 4 m, in Alaska bis 7 m betragen (nach Schtzungen). Auf Grnland und den brigen arktischen Eisfeldern, sowie in der Antarktis wurden bisher immer mir kleine jhrliche Schneemengen beobachtet; doch fehlen gerade hier eigentliche Messungen in Eis 53 den Hochregionen der Eisdecken. Von der im Firn anfallenden Niederschlagsmenge geht jedoch whrend der Zeit hohen Sonnen- standes und klaren Wetters ein betrchtlicher Teil durch Verdunstung in die Luft zurck; der Rest sinkt abwrts und dient zur Er- nhrung der Gletscher. Auch Schnee, der auf die Gletscherzunge fllt, sowie Lawinen, die auf ihr abgelagert werden, vermehren die Gletschermasse: beide tragen also zur Erhaltung der Eisstrme bei. "Aufzehrung der Gletscher. In den Hochgebirgen erfolgt die Auflsung der Gletscher durch Wrme die dem Eise ent- weder durch direkte Bestrahlung, oder durch bewegte Luft, durch Regen und Tau, durch die Schmelzwasser und endlich durch das Gestein, auf dem der Gletscher liegt, zuge- fhrt werden kann. Strahlung, Luftwrme, Niederschlge und Schmelzwasser, die ber die Gletscheroberflche herabrinnen, wirken hauptschlich auf die Oberflche ein und ergeben als Summe ihres Einflusses die Abschmelzung von oben, die Ablatio n. Schmelzwasser, die von oben durch Spalten in das Innere der Eismasse gelangen, Wasser, das von den seitlichen Talabhngen herab unter den Gletscher fliet, Luftstrme, welche in Hhlungen mit den Wassermassen fort- gerissen werden, helfen mit das Eis zu zer- stren. Gegen die durch Ablation und Wasserlufe bewirkte Schmelzung des Gletschers ist die von der Erdwrme auf der Gletschersohle verursachte klein. Fr Kstengletscher, welche ins Meer endigen, tritt zu den angefhrten Mitteln, welche die Aufzehrung bewirken, als ein weiteres die Bildung von Eisbergen hinzu. Ablation. Fr die Ablation ist, ebenso wie fr die Verdunstung im Firn der Haupt- faktor die Strahlung, deren Intensitt fr die alpinenGletschergebiete zu etwa 2,1 cal/cm 2 in der Minute bei schwarzer Auffangflche, die zur Richtung der Wrmestrahlen senkrecht ist, angenommen werden kann. Die Strahlungswir- kung auf das Eis hngt von der Expo- sition der Eisoberflche gegen die Sonnen- strahlung und von der Reinheit des Eises ab. Wo eine dnne, dunkle Sanddecke auf dem Eis liegt, schmilzt diese bis zu einer gewissen Tiefe in das umgebende reine Eis ein. Grober Schutt, oder dicke Sandschichten, die sich nur in den obersten der Sonne zugekehrten Teilen stark erwrmen, schtzen das darunter hegende Eis gegen Abschmelzung; es bilden sich unter dicken Sandlagen Eiskegel aus, die ihre Umgebung um so mehr berragen, je mchtiger die schtzende Decke ist. Auf den Himalayagletschern und am Rande des Inlandeises in N E Grnland wurden solche Kegel von 15 20 m Hhe beobachtet. Auf Alpengletschern, hufig bei Quermornen zu sehen, erreichen sie bis 5 m Hhe. Unter groen Steinen bleiben Eispfeiler erhalten, so da die Steine, wie Tischplatten auf einem Eisfu ruhen (Gletschertische), von dem sie im Laufe der Zeit in der Mittagsrichtung abrutschen. Die schtzende Wirkung, welche grober Schutt auf das Eis ausbt, ist auch die Ursache davon, da die Obermornen auf Eiswllen liegen, die vielfach recht betrcht- liche Hhen (10 bis 20 m ber die umgebende Oberflche) erreichen. Der Anteil der ein- zelnen Faktoren, von denen der Ablations- betrag abhngt, kann bis jetzt nicht getrennt angegeben werden. Die gesamte Gre des oberflchlichen Abtrages ist mehrfach ge- messen worden, indem man Stbe in Bohr- lcher versenkte und deren Ausschmelzen beobachtete. Fr Alpengletscher fand sich die Ablation bis zu 18 m/Jahr; in Grnland wurden 2 bis 2,3 m/Jahr gemessen, in Lapp- land bis zu 3,3 m/Jahr. Der Ablationsbetrag wchst von der Firnlinie bis zum Gletscher- ende rasch an, er ist auch in den seitlichen Randgebieten grer, als in der axialen Zone. Die Abschmelzung an der Obeiflche erfolgt hauptschlich tagsber und nur whrend der warmen Jahreszeit. Nachts und im Winter ist die oberste Kruste des Glet- schers meist gefroren. Die Schmelzwasser bilden zunchst kleine Bche, welche ber die Gletscheroberflche rinnen. An Spalten werden sie in diese strzen und entweder bis auf den Grund gelangen, oder die Ausbil- dung von Kanlen im Eis veranlassen, welche in der Talrichtung und allmhlich auch gegen den Grund verlaufen. Hier vereinigen sich die einzelnen Wasserlufe zum Gletscher- bach, der am Ende des Gletschers aus dem Gletschertor hervorbricht. Wenn die Spalten, in welche Oberflchenbche strzen, im Laufe der Bewegung geschlossen werden, so bleiben doch hufig die von dem Sturzbach erzeugten vertikalen Kanle noch lange erhalten: Gletschermhlen; sie wandern mit dem Eise talwrts. Gehen diese Kanle bis zum Grund, so werden durch das ab- strzende Wasser Steine der Grundmorne in rasche Rotation versetzt; sie knnen bei hinreichender Hrte das feuchte, druck- hafte Gestein des Gletscherbettes stark bearbeiten und kreisfrmige Vertiefungen in diesem erzeugen, wenn die Fortschreitungs- geschwindigkeit des Eises nicht sehr gro ist. Auf diese Weise kann man sich die Riesen- tpfe und Strudellcher in den Randzonen der eiszeitlichen Gletschergebiete entstanden denken, auf deren Grund hufig die Rollsteine gefunden werden. Am Muirgletscher in Alaska wurden auch Kanle beobachtet, die innerhalb des Eises parallel zum Grund bis ans Gletscher- ende verlaufen. Die Abschmelzung durch die Erd- wrme betrgt ein Neuntel bis ein Siebentel 54 Eis der an der Oberflche des Gletschers statt- whrend morgens Niedrigwasser ist. Die findenden. Sie kann aus der winterlichen Stunden des Eintritts der Extreme sind fr Wassermenge der Gletscherbche ungefhr bestimmt werden. Abschmelzung durch warme Quellen kann nur in seltenen Fllen sicher nachgewiesen werden. Oberflchenbche, Schuttbedeckung, Run- dung der Spaltenwnde durch die Ab- schmelzung, Wechsel zwischen Bndern blauen und weien Eises geben der Gletscher- oberflche im Sommer auch an Stellen geringer Neigung eine sehr unebene Beschaffenheit, welche kurz nach dem Verschwinden der winterlichen Schneedecke in geringerem Mae vorhanden ist, als im Hochsommer. Weil gegen den Rand und das Gletscher- ende die Geschwindigkeit des Eises rasch ab- nimmt, erhlt in diesen Gebieten die Gletscher- oberflche grere Steilheit. Am Rand des grnlndischen Binneneises zeigen sich hufig 40 bis 50 m hohe vertikale Wnde an Stellen Sommer und Winter nicht gleich, weil im Sommer das Wasser aus einem greren Ge- biet stammt, also einen weiteren Weg bis zum Pegel hat, als im Winter. Aus dem gleichen Grund verschiebt sich der Eintritt des hchsten Wasserstandes zeitlich mit der Ausdehnung verschiedener Gletschergebiete. Je grer ein Gletscher, je lnger seine Zunge, um so spter am Tag zeigt sich das Maximum der Wasserfhrung nahe am Gletscherende. Der Umstand, da die Gletscherbche zur Sommerszeit am strksten flieen, whrend andere Bche und Flsse wasserarm sind, macht sie zu einer Art Regulatoren der Wasserfhrung groer Flsse und deshalb kommt ihnen fr die Wasserwirtschaft der Gebirgslnder groe Bedeutung zu. Kleine Gletscher sind im Winter an den mit ganz geringer Eisbewegung. Hier sind Boden angefroren (wenigstens im Randgebiet) die Strmungslinien fast horizontal, whrend die Abschmelzung bis zu fast 100 m Hhe ihren Betrag nicht ndert (vgl. Abschnitt 12). In den Firnfeldern bewirken die durch Strahlung und Luftwrme erzeugten ge- ringen Schmelzwassermengen besondere For- men der Gletscheroberflche; Schmelz- gangeln und Zackenfirn (Berschnee). Die letzteren Formen bizarrer Schmelz- figuren sind besonders in tropischen Firn- gebieten gro (bis zu 2 m Hhe) ausgebildet, und liefern kein Wasser. Bei groen Glet- schern, ebenso wie beim Inlandeis in Grnland, flieen die Gletscherbche aber auch im Winter. Ihre Wassermenge stammt dann fast ausschlielich von der auf der Gletscher- sohle durch Bewegung und Erdwrme ver- ursachten Schmelzung, das zeigt u. a. auch das Ergebnis ausgedehnter Winterwasser- messungen, welche an 27 Schweizer Gletscher- bchen vorgenommen wurden. Die Temperatur des Gletscherbaches finden sich aber auch in hheren Breiten, ist kurz nach dem Austritt aus dem Gletscher- Der Gletscherbach. Alles Wasser, tor etwas ber C, sie steigt wegen der das im Einzugsgebiet des Gletschers anfallt, ; Bewegung des Wassers und wegen der Luft- oder durch Schmelzen des Eises erzeugt wird, fliet im Gletscherbach ab. Da die Schmel- zung weitaus die grte Wassermenge liefert, gehen die Schwankungen in der Wasser- wrme mit wachsender Entfernung vom Gletscherende. Eisberge. Gletscher, welche ins Meer, oder in groe Seen endigen, erfahren auer fhrung des Gletscherbaches denen der Ab- durch die Ablation auch noch einen Substanz- lation ziemlich parallel. Die Wasserfhrung Verlust durch das Abbrechen ihrer am mu sich also mit der Tageszeit, mit der weitesten ins Wasser vorgeschobenen Teile. Jahreszeit und der Witterung ndern. Grere Die Bruchstcke fallen ins Wasser und Messungsreihen ber die Wassermenge der treiben mit dessen Strmungen als Eis- Gletscherbche hat man von mehreren l berge fort. Zerklftung, wie sie durch die Stellen der Ostalpen, vor allem aber von Bewegung im Gletscher hervorgerufen wurde, einer Anzahl von Schweizer Bchen. Dem die Abbruchflchen, Abschmelzung in der Sinne nach sind die Ergebnisse allerorts die '> Luft, die Einwirkung des salzigen Meer- gleichen, wenn auch die Betrge der Wasser- wassers durch Brandung, Schmelzung und mengen fr die einzelnen Bche sehr ver- Lsung vereinigen sich um den wandernden schieden sind wegen der ungleich groen Eisbergen die verschiedenartigsten Gestalten Einzugsgebiete. Whrend der Wintermonate zu geben. Erleiden sie einseitig grere Januar, Februar, Mrz betrug z. B. bei der Massenverluste, so mssen sie neue Gleich- Rhone in Gletsch die sekundliche Wasser- 1 gewichtslagen annehmen; dann steigen Teile, menge (fr 1900) 0,405 m 3 , sie stieg in den die lngere Zeit unter Wasser waren, ber folgenden Monaten rasch an, erreichte im I dessen Oberflche empor und zeigen die Juli mit 16,60 m 3 /sec den Hchstwert, hatte | durch die Schmelzwirkung des Wassers er- schon im Oktober nur mehr 2,1 m 3 /sec, um J zeugten Hohlkehlen, die manchmal reihen- dann noch weiter, bis 0,60 m 3 /sec abzunehmen, i weise bereinander, annhernd horizontal Auch die Tagesschwankung ist nicht unbe- trchtlich, etwa 14%; der hchste Wasser verlaufen. Der Abbruch, das Kalben" des Gletschers, stand tritt im Laufe des Nachmittags ein, kann entlang einer Flche erfolgen, die nur Eis 55 einen Bruchteil vom Querschnitt der Glet- scherzunge ausmacht. Geht die Bruchflche durch den ganzen Querschnitt, und hat das Bruchstck in der Lnge grere Ausdehnung als in der Tiefe, so entsteht ein groer Tafel- eisberg. Solche zeigen sich vielfach in der Umgebung des Randes der groen Eiskappe, welche den Sdpolarkontinent berlagert. Kleinere Eisberge werden beim Abbruch und Sturz ins Wasser wlzende Bewegungen aus- fhren, durch welche es eintreten kann, da die schutthaltigen Eispartien der Gletscher- sohle die oberste Stelle des schwimmenden Berges bilden und ber Wasser hegen. In allen Fllen erkennt man die Spuren der Schichtung an den Eisbergen, so da diese auer durch ihre Form, auch durch ihre Struktur von dem im Meerwasser gebildeten Eis unterschieden werden knnen. Das Volumen des unter dem Meerwasser befindlichen Teiles eines Eisberges ist etwa siebenmal so gro, als jenes des ber das Wasser aufsteigenden. Da die Hhe groer, flacher Eisberge ber Wasser bis zu 70 m be- tragen kann, so darf auf eine Dicke von 500 bis 600m geschlossen werden, welche die Auslufer des grnlndischen Inlandeises in den Fjorden besitzen, in denen sie dem Meere zustrmen. Daraus folgt, da die Mchtigkeit des In- landeises im allgemeinen kleiner als 600 m sein wird, weil gegen die Fjorde hin ein Zu- sammenpressen der Eismasse eintreten mu. Da die im Wasser frei schwebende Eismasse des Gletscherendes keine Reibung an Rndern und Sohle erfhrt, whrend die noch auf festem Land aufliegende Gletschermasse durch die Reibung gehemmt wird, treten an der Uebergangsstelle Spannungen auf, deren Resultat Spaltenbildung an Grund- flche und Rndern des ausragenden Eis- balkens ist. Auftrieb und Gewicht desselben fhren in wechselnder Wirkung seine Tren- nung vom Gletscher, eine groe Kalbung, herbei. Da selbst bei bedeutender Geschwin- digkeit des Eises 30 bis 40 Tage ntig sind, damit eine Eismasse vorgeschoben wird, deren Lnge grer als ihre Dicke ist, erklrt sich das seltene Eintreten solch groer Kal- bungen bei den grnlndischen Gletschern leicht. In der Antarktis, wo das Eis nicht durch Fjorde sondern in sehr breitem Fladen zum Meere kommt, ist dessen Dicke geringer, daher auch die Zahl der tafelfrmigen Eis- berge grer. Manche der antarktischen Eisberge bleiben auf dem der eigentlichen Kste vorgelagerten Schelf liegen. Zwischen ihnen, in ihren Spalten und auf ihrer Ober- flche anfallender Schnee, der an vielen Stellen Meerwasser ansaugen kann, bildet neues Eis, so da das Schelfeis ein Gemisch von Wassereis, Schnee und geschichtetem Material der Eisberge darstellt. 15. Gletscherschwankungen. Ernh- rung und Abschmelzung eines Gletschers sind allen klimatischen Aenderungen unterworfen; daher werden sowohl seine Gre, als auch die in seiner Masse herrschenden Bewegungen hnliche Schwankungen zeigen, wie sie dem Klima seines Gebietes zukommen. In der Tat ergaben die Beobachtungen, welche sich stellenweise auf sehr lange Zeitrume er- strecken, da die Lage der Gletscherenden sich mit der Zeit bedeutend ndert, da auf Perioden, whrend welcher die Gletscher weit ins Tal oder auf das Gebirgsvorland geschoben werden (Vorsto), Schwindperio- den folgen, whrend deren die Gletscher- enden immei hher gelegt werden (Rck- gang). Schneereiche Winter und khle Sommer, in denen die Abschmelzung geringere Sub- stanzminderung der Gletscherzunge hervor- bringt, wirken im gleichen Sinne; sie be- wirken eine absolute bezw. gegenber dem Mittelzustande eine relative Vermehrung der Gletschermasse, steigern die Geschwin- digkeit der Eisbewegung und vermehren (nach einiger Zeit) die im Abschmelzgebiet liegende Eismasse; der Gletscher rckt vor und zwar um so betrchtlicher, je grer die Niederschlagsmehrung im Firn und je gn- stiger die Abflubedingungen fr das Eis sind. Wo ausgedehnte steile Mulden den Firn sammeln, um ihn durch enge Talquerschnitte in die Tiefe zusenden, wird sich ein solcher Vor- sto durch eine starke Verlngerung der Zunge bemerklieh machen; wo beim Ueber- gang aus dem Sammelbecken ins Tal eine geringe Querschnittsnderung eintritt und auch die Neigung des Gletscherbettes eine kleine ist, da wird im allgemeinen ein Vor- sto weniger leicht zu beobachten sein. Nur bei sorgfltiger Messung der Lage des Randes und der Geschwindigkeit knnen in solchen Fllen Schwankungen des Gletscherstandes festgestellt werden. Neben dem Einflu des Klimas auf die Lage des Gletscherrandes, zeigt sich also noch ein Einflu der oro- graphischen Verhltnisse des Gletscherbettes. Diese sind fr benachbarte Gletscher sehr verschieden und daher kommt es, da die Gletscher einer und derselben Gebirgsgruppe, fr welche das Klima als gleichartig angesehen werden darf, vor allem die kleineren Vor- ste zu verschiedenen Zeiten beginnen. Nur wenn eine Reihe niederschlagsreicher Wmter und khler Sommer aufeinander folgen, tritt das Wachsen der Gletscher fr ein groes Gebiet, wie etwa fr die Alpen, annhernd gleichzeitig ein. Der Verlauf eines Vorstoes konnte am Vernagtferner im Oetztal verfolgt wer- den (1897 bis 1902). Es trat von 1889 an eine anfangs (bis 1893) kleine, dann rasch zunehmende Steigerung der Geschwindig- keit des Eises ein, welche 1899 auf den 56 Eis 17-fachen Betrag angewachsen war, den sie 1889 hatte. Dann folgte eine rapide Ab- nahme, so da schon 1903 nur noch etwa ein fnftel der Maximalgeschwindigkeit herrschte. Von 1897 bis 1899 schwoll das Ende der Gletscherzunge bedeutend an und rckte gegen das Tal vor, so da 1902 der Maximalstand erreicht war 3 Jahre nachdem im Meprofil die Geschwindigkeit den Hchstwert hatte. Die Anschwellung des Gletscherendes rckte schneller vor, als der aus dem Firnfeld kommende Massen- zuwachs, sie war bis 1898 mit 240 m/Jahr gewandert, whrend im Meprofil erst 177 m/Jahr als Geschwindigkeit bestand. Aehnlich, wenn auch nicht so genau, ist der Verlauf des Vorstoes noch an einigen anderen Gletschern beobachtet. Im Verlauf der Schwindperiode, die vorzglich am Rhone- gletscher verfolgt wurde, zeigt sich anfangs, unmittelbar nach dem Vorsto, eine rasche Abnahme an Substanz und Areal des Glet- schers. Spterhin wird die Abnahme um so kleiner, je kleiner das Gebiet der Zunge ist und je hher deren Ende hegt. Die Gre der Flchen- und Massen- schwankungen sind fr einzelne Gletscher sehr verschieden. Fr die nher untersuchten Alpengletscher betrug bis 1904 der Flchen- verlust in der letzten Rckzugsperiode 8 bis 10% des Areals, der Substanzverlust im Durchschnitt stark von einander abweichen- der Werte etwa 25 Kubikmeter pro Quadrat- meter Firn. Die Dauer einer ganzen Schwankung ist fr die einzelnen Alpengletscher ziemlich verschieden. Als Mittel aus ziemlich weit auseinander liegenden Einzelwerten ergab sich annhernd 35 Jahre. Fr andere Glet- schergebiete sind die Beobachtungen beson- ders aus lterer Zeit weniger reichlich, als fr die Alpen. Doch ist jetzt fr die Eis- regionen der ganzen Erde festgestellt, da ihre Gletscher periodischen Grennderungen unterworfen sind. Die Dauer der Periode wurde aber bisher noch nicht allgemeiner ermittelt. Wo dies geschah, wie fr Norwegen, da zeigte sie sich von der der alpinen Periode verschieden. Man neigt zu der Annahme, da die letztere, ebenso wie die etwa 19jhrige skandinavische als kleinere Schwankungen einer skularen Periode von noch unbekannter Dauer untergeordnet sind. Die geringe Uebereinstimmung in der Dauer einer Schwankungsperiode, wie sie bisher fr benachbarte Gletscher und fr die verschiedenen Gletschergebiete der Erde gefunden wurde, zeigt deutlich, da sich eine klimatische Periode, die ein greres Gebiet betreffen mu, mit einer durch die orogra- phischen Verhltnisse des Einzelgletschers gegebenen berlagert. Eine Trennung beider Komponenten konnte bisher noch nicht durchgefhrt werden. Auer den langperiodischen Aenderungen gibt es auch Schwankungen von kurzer Dauer. Da die Bewegung des Gletschers auch whrend des Winters andauert, whrend die Abschmelzung aufhrt, wird im Winter ein kleiner Vorsto des Gletscherendes, mindestens aber ein Stillstand des Rck- ganges eintreten. Auch in der Geschwindig- keit wurden durch besonders sorgfltige Messungen jahreszeitliche Schwankungen festgestellt. Am Hintereisgletscher ergibt fr den Sommer die Geschwindigkeit nahe am Ende grere Werte, als fr den Winter, whrend im Firn die Wintergeschwindig- keiten die greren sind. Diese Messungen, sowie die Ergebnisse der Beobachtungen am Rhonegletscher sttzen die Annahme, da sich die Drucknderungen, welche die wech- selnden Niederschlags Verhltnisse im Firn veranlassen, rasch durch die ganze Gletscher- masse ausbreiten. Dies ist auf die Wasser- mengen zurckzufhren, die das Eis einge- schlossen hlt. In mehreren Fllen haben besondere Er- eignisse, die mit den Schwankungen zusammen- hngen, zu Gletscherkatastrophen ge- fhrt. Es handelt sich dabei um Abstrze groer Eismassen, Gletscherlawinen, die in den Tlern Verheerungen anrichteten und um Ausbrche von Stauseen. Bei den Gletscherlawinen ist der Vorgang meist der, da durch das Wachsen der Gletscherzunge fr einen Querschnitt derselben eine Zug- belastung entsteht, der er nicht gengenden Widerstand leisten kann; es erfolgt Bruch und Abrutsch des unteren Zungenteiles (Eis- rutsch am Alteis, Lawinen des Biesgletschers Zerstrungen von Randa im Visptal, Eis- sturz am Gietrozgletscher im Val de Bagnes u. a. m. in den Alpen, Lawinen des Devdorak- gletschers im Kaukasus). Stauseen bilden sich, wenn das Eis eines vorschreitenden Glet- schers den Abflu eines benachbarten ab- dmmt. Dann bildet sich oberhalb des Eis- dammes ein See, der so lange besteht, bis der Wasserdruck hinreicht, um den an einer Stelle (durch Abschmelzung) geschwchten Eisdamm zu durchbrechen. Mit einem Male ergiet sich dann eine verwstende Flut- welle talwrts (Rofensee im Vernagtgebiet, Mattmarksee im Saaser Tal, Mrjelensee am Aletschgletscher u. a.). Die Nachrichten ber solche Katastrophen sind die einzigen, aus denen auf Gletschervorste in frheren Jahrhunderten geschlossen werden kann. Literatur. A. Heim, Handbuch der Gletscher- kunde. Stuttgart 1885. H. Hess, Die Gletscher. Braunschweig 1904. H. Barnes, Iceformation. New York 1906. W. H. Hobbs, Charac- teristics of existing Glaciers. New York 1911. R. S. Tatt' f The Yakutat Bay Region, Alaska Eis Eisengruppe (Eisen) 57 Washington 1909. Svenoniiis u. A., Die Gletscher Schwedens. Stockholm 1908. H. Hess, Ueber die Plastizitt des Eises. Annalen der Physik 1911. E. Riecke, Zur Erniedrigung des Schmelzpunktes durch einseitigen Druck oder Zug. Zentralbl. f. Min., Geol. u. Palontol. 1912. V. Paschinger, Die Schneegrenze in verschiedenen Klimaten, Gotha 1912. Zeit- schrift fr Gletscherkunde Bd. IVI. Wissenschaf tliche Berichte der Sd- polarexpeditionen vom Anfang des Jahrhunderts. Koch und Wegener, Die glaciologischen Be- mit Sauerstoff und Schwefel, sind dagegen uerst zahlreich und bilden zum Teil mchtige Erzlager. Die fr die industrielle Verwertung wichtigen Eiseumaterialien sind das Brauneisenerz (2Fe 2 3 .3H 2 0), der Spat- eisenstein (FeC0 3 ), der Roteisenstein (Fe 2 3 ) und der Magneteisenstein (Fe 3 4 ). Von den Schwefelmineralien ist das wichtigste der Pyrit (FeS 2 ), auch Eisenkies oder Schwefel- kies genannt, der vor allem in der Schwefel- surefabrikation zur Herstelluns: von Schwefel- H. Hess. obachtungen der Danmark- Expedition, Kopen- Dioxyd eine Rolle spielt. Wahrscheinlich hagen 1911. durch Oxydation des Eisenkieses entstanden, finden sich Eisenvitriole im Mineralreich. Weitere wichtige Erze sind der Kupferkies (Fe 2 S 3 , Cu 2 S), das Buntkupfererz (Fe 2 S 3 , 3Cu 2 S) und der Arsenkies (FeAsS)/ Alle Eisengruppe. natrlichen Wsser besitzen ferner einen i ^ t.*KoH \ tvt^l-oI mehr oder minder groen Gehalt an Eisen. a) Eisen, b) Kobalt, c) Nickel. Auch ^ ^ organis G chen Natur ist das Eisen Die Eisengruppe umfat die Metalle ver breitet. Es gehrt zu den wesentlichen Eisen, Nickel, Kobalt und bildet im periodi- Bestandteilen des Blutfarbstoffes, des Hmo- schen System die erste Triade der letzten c^bins. Im reinen Chlorophyll dagegen kommt Vertikalkolumne. Im Gegensatz zu den ^i sen n j c ht vor. Platinmetallen besitzen diese Metalle eine 3- Geschichte. Die Nutzbarmachung Elektroaffinitt, die etwas grer als die des des Eisens durch die Menschheit reicht, ob- Wasserstoffs ist. In ihren Atomgewichten wo j 1 ] es erst nac h dem Kupfer und der Bronze unterscheiden sie sich nur wenig, die Atom- en tdeckt wurde, bis in die ltesten Zeiten Volumina sind fast identisch. Die Fhigkeit, zur C k 5 unc l man findet es schon bei den gefrbte Salze und in Lsung gefrbte Ionen Aegyptern vor 5000 Jahren vornehmlich zu bilden, tritt bei ihnen allen charakteristisch zur Anfertigung harter Gegenstnde im hervor. Die Gruppe stellt die einzigen Gebrauch. Die verarbeiteten Erze waren stark magnetischen Metalle vor. Obwohl, ff en bar Brauneisenstein uncl Magneteisen- dem Atomgewicht entsprechend, dem Eisen s tein, die in Schmelzfen reduziert wurden, das Nickel" und diesem das Kobalt folgt, y on den sc hon damals erkannten Eigen- ordnen sie sich, ihrem chemischen und sc i ia ften sind besonders die Brchigkeit und physikalischen Charakter nach, in der Reihen- die Flligkeit, durch Berhrung mit Magnet- folge Fe, Co, Ni dem periodischen System e isenstein zeitweilig magnetisch zu werden, ein. Die Fhigkeit, drei Valenzen zur Ver- hervorzuheben. Spterhin, bis zum Beginn fgung zu stellen, die fr das Eisen charak- der Neuzeit, ist das Eisen in kleinen Stck- teristisch ist, ist dem Nickel ganz verloren f en direkt als Schmiedeeisen in unge- gegangen, whrend das Kobalt, namentlich sc hmolzenem Zustande hergestellt worden, in seiner Komplexchemie, noch dazu be- ^ durch Benutzung der Wasserkrfte und fhigt ist. Auch der Schmelzpunkt sinkt die dadurch ermglichte Verstrkung der Ge- in der Reihenfolge Fe, Co, Ni, ebenso die b] Se im Hochofen" das geschmolzene Magnetisierbarkeit. < kohlenstoffreiche Eisen erhalten wurde. Mit dem Beginn des 19. Jahrhunderts setzte a ) Eisen mit der Erfindung der Dampfmaschine Ferrum. Fe. Atomgewicht 55,84. und dem mchtigen Anwachsen da Ma- 1. Atomgewicht. 2. Vorkommen. 3. Ge- schinenindustrie das eiserne Zeit ^alter em schichte. 4 Darstellung. 5. Formarten und Der Hochofenproze wurde durch eingehende physikalische Konstanten. 6. Valenzund Elektro- Untersuchungen aufgeklart, wobei die aui- chemie. 7. Analytische Chemie. 8. Spezielle blhende chemische Analyse, welche schon Chemie. 9. Thermochemie. 10. Kolloidchemie, die schdlichen Begleiter des Eisens kennen 11. Spektralchemie. und bestimmen gelehrt hatte, bei der Unter- i. Atomgewicht. Fr das Atomgewicht suchung der Hochofengichtgase zum Ver- des Eisens ist von der internationalen Koni- stndnis des Prozesses wichtige linste mission in die Tabelle fr das Jahr 1912 leistete. Durch die Erkenntnis der Rolle des der Wert 55,84 aufgenommen worden. I Kohlenstoffs im Eisen, wodurch die Be- 2. Vorkommen. Das Eisen kommt in Ziehungen und Eigenschaften der einzelnen gediegenem Zustande vereinzelt als Meteor- Eisensorten aufgeklrt wurden, und durch eisen in Grnland, Sibirien und Mexiko vor. zahllose andere Arbeiten wissenschaftlicher Eisenverbindungen, namentlich im Verein und technischer Natur ist die Eisenindustrie 58 Eisengruppe (Eisen) heute zum wichtigsten Faktor in der Welt- industrie geworden. 4. Darstellung. 4a) Gueisen. Whrend sulfidische Erze den Ausgangspunkt fr die Darstellung vieler praktisch wichtiger Metalle, wie Kupfer, Zink, Blei und Quecksilber, bilden, benutzt man zur Darstellung des Eisens seine Oxydverbindungen. Der Re- duktionsproze vollzieht sich gegenwrtig im sogenannten Hochofen, einem Schacht von Doppelkegelform, in welchem die zuvor schwach gersteten Oxyde abwechselnd mit Schichten von Kohie und schlacken- bildenden Zustzen von oben, von der Gicht her, eingefhrt werden. Als Brenn- material verwendet man Koks, Holzkohle und Anthrazit, als Zusatz benutzt man Kalkstein oder Ton und Feldspat je nach der anwesenden Gangart. In dem unteren Teil, den Formen, befinden sich die Zu- fhrungen fr die aus den Geblsen ein- tretende heie Luft, die den Kohlenstoff, da es sich um Temperaturen von ungefhr 1100 handelt, zu fast reinem Kohlen- monoxycl verbrennt (s. unten). Dieses redu- ziert die Oxyde zu Metall. Den unteren Ab- schlu des Hochofens bildet der sogenannte Herd, wo sich das flssige Roheisen und dar- ber die flssige Schlacke absetzt. Die letztere pflegt kontinuierlich abzuflieen, whrend das Roheisen von Zeit zu Zeit abgestochen wird. Der Betrieb im Hochofen ist ein ununterbrochener. In dem Mae, wie der Proze fortschreitet, fhrt man durch die Gicht neues Material zu, so da ein solcher Ofen jahrelang im Betrieb sein kann. Die sich abspielenden Prozesse sind recht komplizierter Natur und wechseln mit der Temperatur. Da die kohlenoxydhaltigen Gase den Ofen von unten nach oben durch- strmen, also ein Temperaturgeflle durch- machen, hat man es in den verschiedenen Wrmezonen auch mit verschiedenen Vor- gngen zu tun. Im obersten Teil (400 bis 600) findet nur ein Trocknen des Materials statt. Beim Heruntersinken in die heieren Teile (700) beginnt die Reduktion von Eisen(III)- oxyd zu Fe 3 4 . Weiterhin erfolgt Reduktion von Fe 3 4 zu FeO und schlielich Reduktion zu Metall. Durch Einwirkung von Kohle auf Metall findet Zementation", Bildung von Eisen-Zementit (Fe 3 C)-Legierung, statt, und in den heiesten Teilen, wenig oberhalb der Formen, tritt Schmelzen des kohlenstoff- haltigen Eisens ein. Der Zementationsproze ist wegen der Herabsetzung des Schmelz- punktes ein wichtiges Glied im Hochofen- proze, da durch die niedriger liegende Tem- peratur das Ofenmateria] gesehnt wird. Die beiden wesentlichen Reaktionen, die sich im Ofen abspielen, werden durch die umkeh- baren Gleichungen ausgedrckt: FeO + CO ^ C0 2 + Fe (a) C0 2 +C ^CO (b) Da bei den Temperaturen (ber 700) und Drucken des Hochofens die CO-Konzentration, die dem Gleichgewicht (b) entspricht, grer ist als die des Systems (a), so ergibt die Theorie, da das CO-C0 2 -Gemisch immer reduktionskrftig bleibt. Praktisch aber kommt es nicht einmal so weit, das Gas- gemisch ist bei der groen Geschwindigkeit des Durchstrmens immer reicher an CO als der Theorie entspricht, das Gleichgewicht kommt nicht zur Einstellung. Die mittlere Zusammensetzung der Hochofengase betrgt ungefhr: Stickstoff: 54 bis 66%, C0 2 : 7 bis 19%, CO: 21 bis 31%, Wasserstoff: 1 bis 6%, Kohlenwasser- stoffe: bis 6%. Man hat nun lange geglaubt, das entweichende CO durch voll- stndige Verbrennung besser auszunutzen, wenn die Dimensionen der Hochfen mg- lichst groe wren, d. h. die Berhrung von CO und FeO intensiver gestaltet wrde. Eine einfache Ueberlegung auf der Basis des Massenwirkungsgesetzes lehrt jedoch, da hiermit nur wenig gendert wird. Denn in dem Gleichgewicht (a) ist das Verhltnis CO Ty.- allein eine Funktion der Temperatur und zwar ist die Aenderung gering, weil bei dem Reduktionsproze nur wenig Wrme entwickelt wird. Das Verhltnis CO t^T" ist dagegen vllig unabhngig vom Druck bezw. der Konzentration, ferner un- abhngig von der absoluten Menge des vorhandenen Eisens und Eisenoxyds. Es ist also die den Hochfen entweichende Menge Kohlenoxyd fr die gegebene Tem- peratur unvernderlich. Vgl. auch den Ar- tikel Chemisches Gleichgewicht". Man nutzt demgem heutzutage die Gase derart aus, da man sie entweder verbrennt und den Geblsewind damit vorwrmt, oder aber noch vorteilhafter, indem man sie nach gengender Reinigung mit Luft gemischt in Gaskraftmaschinen verpuffen lt. Derartige Hochofengasmotoren spielen im heutigen Wirtschaftsleben eine sehr groe Rolle. Das durch den Hochofen gewonnene Eisen ist niemals rein, sondern stellt ein Produkt dar, das durch Kohlenstoff (3 bis 4,5 %), ferner durch Silicium, Mangan, Phosphor und Schwefel verunreinigt ist. Ueber den Einflu dieser Elemente auf die verschiedenen Eisensorten siehe den Ab- schnitt 5. 4b) Schmiedeeisen. Der grte Teil des produzierten Roheisens wird durch Oxydationsverfahren in schmiedbares Eisen (Schwei- oder Flueisen) verwandelt, welches im Gegensatz zum Gueisen nur einen Eisengruppe (Eisen) 59 Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 0,2% enthlt. Die blichen Oxydationsprozesse sind das Herdfrischen und der Puddelproze. Bei beiden Verfahren wird unter der Einwirkung von Sauerstoff der Kohlenstoff zu Kohlen- oxyd, das Silicium und der Phosphor zu Kieselsure und Phosphorsure oxydiert. Kohlenoxyd entweicht oder verbrennt, die Suren werden verschlackt. 4c) Stahl. Unter Stahl verstand man frher ein Eisen, das 0,2 bis 0,5% Kohlen- stoff enthlt, jedoch zhlt man heutzutage auch Eisensorten mit weniger als 0,2%, die weichen Stahle, zu dieser Kategorie. Vom Roheisen ausgehend, findet der saure Bessemer-Proze, der Thomas-Gil- christ-Proze (basischer Bessemer-Proze), der Siemens -Martin-Proze, ferner der Tiegelstahlproze Anwendung. Beim sauren Bessemerproze wird durch das in einem birnenfrmigen Behlter befindliche geschmol- zene Roheisen unter Druck Luft eingepret und durch den Sauerstoff der Reihe nach, ent- sprechend ihrer Affinitt zum Sauerstoff, Silicium, Kohlenstoff und Mangan verbrannt. Die durch die Oxydation erzeugte Wrme gengt hierbei, die Masse bis ber den Schmelz- punkt des sich zuerst bildenden Schmiede- eisens zu erhitzen. Durch Zusatz von Gueisen, Schmiedeeisen oder Holzkohle kann man dem Stahl den gewnschten Kohlenstoffgehalt er- teilen. Durch Kippen wird die Birne entleert. Bei diesem Proze gelingt es jedoch nicht, dem Roheisen den namentlich in deutschen Erzen vorkommenden schdlichen Gehalt an Phosphor zu entziehen. Der Thomas-Gilchrist-Proze hat hier Abhilfe geschaffen. Durch Ausftterung der Bessemerbirne mit basischem Futter, mit Kalk oder gebranntem Dolomit, wird das entstan- dene Phosphorpentoxyd unter Bildung von Calciumphosphat verschlackt, nach beendetem Proze die Schlacke abgezogen und das Metall ausgegossen. Die Schlacke bildet hierbei ein wegen des Phosphorgehalts wertvolles Nebenprodukt, das gepulvert als Dnge- mittel (Thomasmehl) der Landwirtschaft zugefhrt wird. Der Siemens- Martin -Proze findet namentlich Verwendung zur Herstellung- feiner Eisensorten, da der Proze bequem kontrolliert werden kann und leicht Produkte bestimmter Zusammensetzung liefert. Die Rohmaterialien, meistens Alteisenabflle und Roheisen, werden unter Zusatz kleiner Mengen reiner Eisenerze, auf dem Herd eines Siemens- Flammofens entkohlt, je nach der Bei- mengung auf basischer oder saurer Sohle; nach beendeter Entkohlung werden Zu- schlge von Spiegeleisen, Eisenmangan, Nickel, Chrom usw. je nach dem zu produ- zierenden Eisen zugesetzt. Stahle von auergewhnlicher Qualitt werden in groem Mastabe nach dem Tiegelstahlproze hergestellt, bei welchem durch Abstehen des Stahls, d. h. vllige Ausscheidung von Schlackenmaterialien und Gasen, ferner Zerstrung gebildeten Eisen- oxyduls durch Silicium, ein hervorragendes Material erzeugt wird. Tiegelstahl wird ebenfalls vielfach durch Mischen mit Nickel, Chrom, Wolfram, Molybdn usw. auf Spezial- sthle verarbeitet. Auch die Elektrometallurgie des Eisens hat seit dem Jahre 1898, namentlich durch die Bemhungen von Stass an o und He roult bedeutende Fortschritte gemacht, so da heutzutage bereits eine grere Anzahl von Werken in Europa und in Amerika an Orten mit Wasserkrften fr die Gewinnung von Roheisen und Stahl im elektrischen Ofen in Betrieb gesetzt sind. 4d) Chemisch reines Eisen. Alles technisch dargestellte Eisen besitzt eine mehr oder minder groe Verunreinigung durch Fremdstoffe. Um chemisch reines Eisen zu gewinnen, reduziert man reines Eisen- oxyd, Eisen(II)chlorid oder Oxalat im Wasser- stoffstrom mglichst ber 450, da bei tieferen Temperaturen pyrophorisches Eisen entsteht. 5. Formarten, Legierungen und physi- kalische Konstanten. Chemisch reines Eisen ist ein silberweies, dem Platin hnliches Me- tall, von grerer Weichheit und Dehnbarkeit als das Schmiedeeisen. Es besitzt ein spezi- fisches Gewicht von 7,84 und schmilzt bei 1505. Ausgezeichnet ist es durch das Vor- kommen in drei allotropen Modifikationen, die alle regulr kristallisieren. Man kennt das a-Eisen oder den Ferrit, das -Eisen und das y-Eisen. Der erste Uebergang von y^-Eisen liegt scharf bei 880, der zweite von ^ a-Eisen vollzieht sich infolge auftretender Mischkristallbildung in einem Temperaturvall bei ca. 780, wie man auf der Kurve fr die Abkhlungsgeschwindig- keit von auf ca. 1000 erhitztem Metall aus den auftretenden Haltepunkten leicht erkennen kann. Die Umwandlung von y- in -Eisen ist dabei mit einer Volumvermehrung verknpft, bei der weiteren Umwandlung in a-Eisen entstellt dagegen ein dichteres Produkt. Der charakteristische Unterschied des a-Eisens vom - und j/-Eisen kommt auer in Verschiedenheiten m der elektrischen Leitfhigkeit, der spezifischen Wrme und dem spezifischen Gewicht, vor allem in seiner Magnetisierbarkeit zum Ausdruck. Nur das a-Eisen, also Eisen, wie es bei ge- whnlicher Temperatur vorliegt, besitzt mag- netische Eigenschaften, jedoch vermag die Anwesenheit von Kohlenstoff oder von Metallen wie Chrom, Wolfram, Nickel und Mangan eigenartige Aenderungen hervorzu- rufen. Durch Zustze der eben genannten 60 Eisengruppe (Eisen) Art knnen nmlich die Umwandlungstempe- raturen in verschiedenem Mae sinken bezw. die Umwandlungen selbst verzgert werden, so da z. B. ein Stahl, der mit 0,27% Nickel einen magnetischen Umwandlungspunkt bei 715 besitzt, bei einem Gehalt von 26% Nickel einen Umwandlungspunkt erst unter- halb besitzt. Ein solcher Stahl erscheint also bei gewhnlicher Temperatur unmagne- tisch, trotzdem er normalerweise magneti- sierbares a-Eisen enthalten sollte, und es bedarf starker Abkhlung, um die Um- wandlung in Ferrit herbeizufhren. Ein weiterer charakteristischer Unter- schied der drei Modifikationen liegt in der verschiedenen Lslichkeit fr Kohlenstoff und Eisencarbid. Hier ist das y-Eisen die bevorzugte Modifikation mit dem grten Lsungsvermgen. Auch das -Eisen besitzt eine beschrnkte Lslichkeit, whrend die- selbe dem a-Eisen vllig abgeht. Da die Menge und die Art der Lsung des im Eisen befindlichen Kohlenstoffs die grte Be- deutung fr die verschiedenen Eisen- sorten besitzt, sei an dieser Stelle eine kurze Besprechung der vorkommenden Eisen- kohlenstofflegierungen eingeschaltet. Eisen und Kohlenstoff knnen sich unter Carbidbildung vereinigen. Das ent- standene Produkt, von der chemischen Zusammensetzung Fe 3 C, fhrt als Struktur- element den Namen Zementit und ist von betrchtlicher Hrte (6 nach der Mo hs sehen Skala). Am einfachsten erfolgt die Bildung durch Auflsen von Kohlenstoff in flssigem Eisen, wobei man im Schmelzflu wohl ein Gleichgewicht zwischen Eisen, Kohlenstoff und Carbid annehmen kann. Je nachdem man nun die Schmelze langsam oder rasch erstarren lt, findet Abscheidung des Kohlenstoffs vorwiegend in elementarer Form oder infolge Unterkhlung als Carbid statt. Dasselbe bildet im letzten Falle eine feste Lsung in y-Eisen und fhrt als solche den Namen Martensit. Zunchst mgen die Erstarrungserscheinungen bei schnellerer Ab- khlung besprochen werden. Lt man eine kohlenstoffreiche Schmelze derart erkalten, so scheidet sich zunchst ein Teil des Kohlen- stoffs als Zementit ab und die Abscheidungs- temperatur sinkt auf 1130, wo die Schmelze zu einem eutektischen Gemisch von Martensit- Zementit mit einem C-Gehalt von 4,2% Ist der Kohlenstoffgehalt in der als dieser eutektischen geringer entspricht (2 bis 4,3% C), so erstarrt. Schmelze Mischung scheiden sich zunchst Mischkristalle aus, die weniger C enthalten, als die Schmelze. Da- durch steigt der C-Gehalt derselben, bis wieder die eutektische Zusammensetzung erreicht ist. Man hat schlielich Eutektikum und gest- tigte Mischkristalle mit 2% C. Sind in der Schmelze weniger als 2% C enthalten, so sind die Mischkristalle kohlenstoff- rmer. Mit der Erstarrung sind aber die Umwandlungserscheinungen noch nicht be- endet. Durch pltzliches Abkhlen in Eis- wasser auf Zimmertemperatur kann man zwar die eben geschilderten Zustnde fixieren. Lt man jedoch einem derartig erstarrten Produkt Zeit zur Abkhlung, so da sich jederzeit das wahre Gleichgewicht einstellen kann, so beginnt zunchst infolge der ab- nehmenden Lslichkeit eine Abscheidung von Zementit aus den Mischkristallen, bis bei 710 die Bestndigkeit der festen Lsung berhaupt aufhrt und sie vollstndig in ein Gemisch von Eisen und Zementitkristallen (wegen seines perlmutterartigen Aussehens Perlit genannt) zerfllt. Nheres siehe im Artikel Legierungen". Aus diesen Betrachtungen geht hervor, da bei rascher Abkhlung der in der Schmelze gelste Kohlenstoff chemisch gebunden bleibt und da man vornehmlich den harten Martensit in den Produkten behlt. Verluft die Abkhlung allmhlich, so sind zunchst die Bedingungen zur Kohle- abscheidung, in Form von Graphit und amorpher Kohle (Temperkohle) gegeben, da der zeitliche Zerfall: Fe 3 C ^t Graphit + Schmelze, zum Teil stattfinden kann. Auer- dem liefert der Zerfall des Martensits in Perlit ein Eisen von nur mittlerer Hrte. Unter diesen Gesichtspunkten betrachtet, wird der Unterschied zwischen den ver- schiedenen Roheisensorten (2 bis 5,1 % C) verstndlich. Gueisen, durch pltzliche Abschreckung hergestellt, enthlt den Kohlen- stoff als Zementit in fester Lsung und bildet das sprde harte, weie Gueisen. Langsam abgekhltes, also graphithaltiges Roheisen ist das weiche graue Gueisen. Ein Mangan- gehalt wirkt der Graphitabscheidung ent- gegen, derartiges Roheisen sieht also meistens wei aus. Ein 5 bis 20% Mangan enthaltendes Eisen kristallisiert in groen Blttern und fhrt den Namen Spiegeleisen. Gueisen erweicht nicht unterhalb seines Schmelz- punktes, der je nach der Zusammensetzung ! zwischen 1100 und 1250 liegt. Es ist also nicht schmiedbar. Sehr kleine Phosphor- mengen (0,1%) machen das Metall in der Klte brchig. Schwefelbeimengungen machen es in der Wrme brchig. Auch fr die verschiedenen Stahlsorten finden die Betrachtungen ber Eisenkohlen- stofflegierungen Anwendung. Langsam er- kalteter Stahl ist verhltnismig weich, abgeschreckter, martensithaltiger Stahl ist umgekehrt hart. Durch miges Erhitzen (Tempern) kann die Hrte des Stahls beliebig gendert werden (Anlassen des Stahls), da hierbei ein merklicher Zerfall von Martensit in Ferrit und Eisencarbid stattfinden kann. Aus den sogenannten Anlauffarben, die aus Eisengruppe (Eisen) 61 dnnen Oxydhutchen bestehen, kann der Grad des Anlassens beurteilt werden. Der Stahl ist im Gegensatz zum Schmiedeeisen ein elastisches Metall und besitzt groe Zhigkeit. Die Zerreiungsfestigkeit betrgt bis zu 100 kg pro qcm. Ein Kohlenstoff- gehalt von ber 1 % und allzu starkes Hrten nimmt dem Metall diese hervor- ragenden Eigenschaften. Stahl kann im Gegensatz zu reinem Eise und Schmiede- eisen dauernd magnetisch gemacht werden. Ueber den Einflu der Zustze zum Eisen, wie Chrom, Mangan, Wolfram, Vanadin, Nickel, Molybdn, die alle bei den sogenannten Spezialsthlen eine groe Rolle spielen, sei nur gesagt, da ihre Wirkung in einer Aende- rung der Bestndigkeit des Zementits, oder, wie bereits erwhnt, in einer Verschiebung der Umwandlungstemperaturen der allo- tropen Eisen-Modifikationen, ferner der elek- tischen Punkte, also der Mischkristall- felder liegt. Nickelstahle (2 bis 8 %) zeich- nen sich durch eine Zhigkeit aus, die doppelt so gro wie die des gewhnlichen Stahls ist. Man braucht sie deshalb zur Darstellung von Panzerplatten. Chrom und Wolfram vermehren die Hrte, ohne die Zhigkeit sehr herabzusetzen, auch wenn die Legie- rungen nicht abgeschreckt sind. Ein idealer Zusatz ist auch das Vanadin, welches die Zhig- keit in ganz hervorragendem Mae steigert. Physikalische Konstanten: Spezifisches Gewicht. Schmiedeeisen: 7,8; Gueisen 7,1 bis 7,7; Eisendraht 7,7; Gustahl 7,8. Schmelzpunkt. Reines Metall (99,95 %): 1505, Stahl: bis 1400, Gueisen: 1100 bisl250. Ausdehnungskoeffizient. Reines Metall: 0,000011 bei 18 ; zwischen und 100: 0,000012. Spezifische Wrme. Reines Metall: 0,105 bei 18; Stahl: 0,114 bei 18. Hrte. Reines Metall: 4,5; Stahl 5 bis 8,5 nach Auerbachs Skala. Elektrische Leitfhigkeit. Reines Metall: 13,1.10* bei 16. Stahl (1% C): 5,02.10* bei 18; Gueisen: 2,42.10* bei 20. 6. Valenz und Elektrochemie. Das Eisen tritt in den Ferrosalzen (Eisen(II)- salzen) zweiwertig auf, wie aus Molekular- gewichtsbestimmungen des Chlorids in L- sungen von BiCl 3 und Pyridin eindeutig hervorgeht, whrend die Dampfdichtebestim- mungen erst bei 1300 die einfache Mole- kularformel FeCl 2 hervortreten lassen. Unter- halb dieser Temperatur, auch bei Gelbglut liegen die Werte noch zwischen FeCl 2 und Fe 2 Cl 4 . Ferner spricht die Isomorphie des Eisen(II)sulf ats mit den zweiwertigen Kupfer-, Zink- und Magnesiumsulfaten deutlich fr die Zweiwertigkeit. In den Ferrisalzen (Eisen(III)- salzen) findet sich das Eisen in drei- wertiger Form vor. Zum Beweise knnen auch hier die Molekulargewichtbestimmungen des Chlorids in Pyridin, Alkohol und Aether dienen. Oberhalb 700 liefert auch die Dampfdichtebestimmung normale Werte.- Eine weitere Besttigung liegt in der Eigen- schaft des Ferrisulfats Alaune zu bilden, wobei das dreiwertige Aluminium und Chrom durch Eisen ersetzt wird. Hherwertiges Eisen findet man in den Peroxyden Fe0 2 und Fe 2 5 , ferner in den Salzen der Eisensure, z. B. in Kaliumferrat, wo das Eisen wahr- scheinlich sechswertig anzunehmen ist. Entsprechend der Fhigkeit des Eisens in Salzform zwei- und dreiwertig aufzu- treten, hat man es in der wsserigen Lsung von Eisensalzen mit zwei- und dreiwertigen Fe- Ionen zu tun. Die reinen Eisen(II)- salze, die in wasserfreiem Zustande weie Farbe, in wasserhaltigem grnblaue Farbe besitzen, spalten in wsseriger Lsung die blagrn gefrbten Fe"-Ionen ab. Diese Fe ,- -Ionen sind ausgezeichnet durch eine ausgesprochene Neigung durch Oxydation in das dreiwertige Fe -Ion berzugehen. Dieser Proze kann durch Chlor, Salpeter- sure oder auch durch den Sauerstoff der Luft vor sich gehen, wobei in neutraler Lsung unlsliches, braungefrbtes basisches Salz ausfllt (a), bei Gegenwart von H- Ionen , also in saurer Lsung, neutrales Oxydsalz entsteht (b) a)2Fe-+4Cl'+ 1 /2 = Cl 2 Fe 0- 2 +2H- = FeCl 2 . 2 Fe- ll) 2Fe-+6Cl' + + 6C1' + H 2 0. Die Eisen (III) salze spalten in wsseri- ger Lsung das schwach gefrbte Fe "'-Ion ab. Trotzdem erhlt man beim Lsen von Ferri- salzen meist braun gefrbte Lsungen, eine Erscheinung, die ihre Erklrung in der leichten hydrolytischen Spaltbarkeit der Eisen(III)slze findet. Fe- + 3H 2 ^ Fe(OH) 3 -f 3H\ Das abgespaltene Hydroxyd bleibt hierbei, falls die Hydrolyse nicht allzu stark in Kraft tritt, kolloidal in Lsung. Starke Suren, z. B. Salpetersure, drngen die Hydrolyse durch Verminderung der OH'-Ionen zurck, wie aus der Farbnderung zu sehen ist. Umgekehrt bewirken Salze einer schwachen Sure, wie das Natrium- acetat, infolge Bindung der H--Ionen starke hydrolytische Spaltung. Eisen(II)hydroxyd ist im Gegensatz zum Eisen(III)hydroxyd eine relativ starke Base, infolgedessen sind die Eisen(II)salze auch nur mig hydrolysiert. Die schwache Basizitt des Ferrihy- droxyds kommt besonders klar dadurch zum Ausdruck, da es im Gegensatz zum Ferro- hydroxyd, wie das Al(OH) 3 und Cr(0H) 3 kein Carbonat zu bilden imstande ist. Ferri- salze besitzen stark reduzierenden Stoffen 62 Eisengruppe (Eisen) gegenber betrchtliches Oxydationsvermgen, denn die dritte Valenz des Fe--Ions besitzt nur geringe Elektroaffinitt, da die Umwand- lung des Fe" in das Fe"'- Ion sich unter Energieverbrauch vollzieht. Schwefelwasser- stoff wird z. B. leicht unter Schwefelab- scheidung oxydiert: 2Fe- + S" - 2Fe- + S. Der Wert des elektrolytischen Gleichge- wichtpotentials Fe/l-n Fe", entsprechend dem Vorgang Fe ^ Fe" + 2 0, betrgt h = -0,43 Volt (Wasserstoffelektrode = 0). Jedoch erhlt man diesen Wert nicht un- mittelbar nach Einbringen des Eisens (ge- schmolzenes, reines Eisen) in die Ferro- sulfatlsung. Vielmehr zeigt sich das ge- messene Potential wahrscheinlich infolge der Langsamkeit, mit der der mgliche elektroly- tische Lsungsdruck erreicht wird (vgl. auch den Artikel,, Passivitt"), um 0,1 und mehr Volt edler und erst nach lngerer Zeit erhlt man konstante Werte. Umgekehrt bekommt man ein viel unedleres Potential, wenn man elektrolytisch abgeschiedenes, also H 2 -haltiges Eisen, besonders wenn es noch eine Zeitlang kathodisch polarisiert ist, zur Messung be- nutzt. Das Gleichgewichtpotential kann hier bei 0,66 Volt liegen. Diese Erschei- nung hat zur Folge, da auch der umgekehrte Vorgang, die kathodische Eisenabscheidung, ein verzgerter ist. Das Abscheidungs- potential liegt bei Zimmertemperatur fr Chlorid- und Sulfatlsungen bei h = 0,6 bis 0,7 Volt, also weit ber dem Gleichge- wichtpotential. Das Potential fr die Ionenumladung Fe" -> Fe*" berechnet sich aus der Kette Pt (platiniert) | FeCl 3 ,FeCl 2 ,HCl | gegen die Normalkalomelelektrode zu + 0,75 Volt. Ueber komplexe Ionen siehe die analy- tische und die spezielle Chemie. 7. Analytische Chemie. 7a) Qualitative Analyse, a) Vorproben auf trockenem Wege. Auf Kohle vor dem Ltrohr bei Gegenwart von Soda erhitzt, werden alle Eisenverbindungen zu Metall reduziert. Man erhlt kein Metallkorn, sondern Metall- flitterchen. Die Phosphorsalzperle gibt je nach der Konzentration des aufgelsten Eisens und der Temperatur verschiedene Frbungen, die in der Oxydations- und Reduktions- flamme ziemlich gleichartig sind. Die Farb- nderung verluft bei grerer Konzen- tration von rot zu gelbgrn, bei geringer von gelb zu farblos in der Klte. Die Borax- perle durchluft in der Oxydationsflamme die Farben rot bis gelb, in der Reduktions- flarnme die Farben braun bis schmutzig- grn mit abnehmender Temperatur. ) Nachweis auf nassem Wege, I. Reaktionen auf Fe"-Ionen. Schwefelwasserstoff fllt aus sauren Lsungen kein Sulfid. Mit Schwefelmmon fllt quantitativ FeS, das sich in Suren lst. FeS0 4 + (NH 4 ) 2 S = FeS + (NH 4 ) 2 S0 4 . Natronlauge erzeugt bei Luftabschlu eine vollstndige Fllung von weiem Ferro- hydroxyd, welches durch Luftsauerstoff rasch grnschwarz (Ferriferrohydroxyd) und schlielich rotbraun (Ferrihydroxyd) wird. FeS0 4 + 2NaOH = 2Fe(OH) 2 + Na 2 S0 4 . Ammoniak gibt bei Gegenwart von Ammoniumsalzen bei Luftabschlu keine Fllung (Zurckdrngung der OH'-Ionen- Konzentration durch die Gegenwart des gleichartigen NH 4 -Ions aus dem Ammonsalze. Bei Abwesenheit von Ammonsalzen tritt Fllung ein wie bei Natronlauge. Natrium carbonat gibt einen weien, in Suren leicht lslichen Niederschlag, der durch Luftsauerstoff unter Kohlensureab- spaltung allmhlich in braunes Ferrihydroxyd bergeht. FeS0 4 + Na 2 C0 3 = FeC0 3 + Na 2 S0 4 2FeC0 3 + 3H 2 + - 2C0 2 + 2Fe(OH) 3 . Kaliumcyanid erzeugt zunchst einen rotbraunen Niederschlag von Ferrocyanid, der sich im Ueberschu des Fllungsmittels unter Bildung des Kaliumsalzes der kom- plexen Ferrocyanwasserstoffsure lst. Die Ferroionen verschwinden dabei und die vorher beschriebenen Reaktionen bleiben nunmehr aus: FeS0 4 + 2KCN = K 2 S0 4 + Fe(CN) 2 Fe(CN) 2 + 4KCN = K 4 [Fe(CN) 6 ]. Kaliumeisen(III)cyanid gibt einen blauen, in Suren unlslichen Niederschlag von Turnbulls Blau (a), der in alkalischer Lsung grnschwarz wird (b), charakteristische Re- aktion auf Ferrosalze. a) 3FeS0 4 + 2K 3 [Fe(CN) 6 ] - Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 3 +3K 2 S0 4 . b) Fe,[Fe(CN) 6 ] a +8KOH = 2K 4 [Fe( CN) 6 ]+ 2Fe(OH) 3 + F e(OH) 2 . Grnschwarz. Fhrt man die Reaktion a mit weniger als einem Molekl Ferrosulfat aus, so er- hlt man lsliches Turnbullsches Blau, das durch K-Ionen aussalzbar ist. K 3 [Fe(CN) 6 ] + FeS0 4 = KFe[Fe(CN) 6 ] + K 2 S0 4 . Kaliurneisen(II)cyanid fllt bei Luft- abschlu aus 1 Mol. Ferrosulfat weies Eisen(II)kaliumeisen(II)cyanid (a), bezw. aus 2 Mol. Ferrosulfat Eisen(II)eisen(II)cyanid(b). a) K 4 [Fe(CN) 6 ] + FeS0 4 = K 2 S0 4 + K 2 Fe[Fe(CN)J. b) K 4 [Fe(CN) 6 ] + 2FeS0 4 = 2K 2 S0 4 + Fe 2 [Fe(CN) 6 ]. Beide Niederschlge oxydieren sich rasch an der Luft, wobei aus a lsliches Berliner Eisengruppe (Eisen) 63 Blau, aus b unlsliches Berliner Blau gebildet wird. Das lsliche Berliner Blau scheint identisch mit dem lslichen Turnbullschen Blau zu sein. Khodankalium gibt zum Unterschied von Ferrisalzen keine Reaktion. II. Eeaktionen auf Fe ,,- -Ion. Schwefelwasserstoff reduziert in schwach salzsaurer Lsung zu Ferrosalz unter Schwefelabscheidung. Ausfllung von FeS findet nicht statt. Schwefelammon reduziert in gleicher Weise, und fllt, im Ueberschu angewandt, sofort FeS. Natronlauge, Ammoniak, Natrium- carbonat, Baryumcarbonat erzeugen eine vollstndige Fllung von rotbraunem Fe(0H) 3 . FeCl 3 + 3NaOH - Fe(0H) 3 + 3NaCl. Natriumacetat gibt in der Klte eine Rotfrbung, in der Hitze durch zunehmende Hydrolyse einen rotbraunen, in Suren ls- lichen Niederschlag, der sich beim Erkalten wieder lst. FeCl 3 + 3NaC 2 H s 2 = Fe(C 2 H 3 2 ) 3 +3NaCl (kalt). Fe(C 2 H 3 2 ) 3 + 2H 2 ^ Fe(OH) 2 C 2 H 3 2 + 2H.C 2 H 3 2 (hei). Natriumphosphat fllt gelblichweies Ferriphosphat, das in Essigsure unlslich, leicht lslich dagegen in Mineralsuren ist. Um die Fllung quantitativ zu machen, fhrt man sie deshalb bei Gegenwart von Alkaliacetat aus. FeCl 3 + Na 2 HP0 4 + Na .C 2 H 3 2 = 3NaCl + H.C 2 H 3 2 + FeP0 4 . Rhodankalium oder Rhodan- ammonium erzeugen eine blutrote, mit Aether oder Amylalkohol ausschttelbare Frbung von Ferrirhodanid, und zwar tritt, da die Reaktion umkehrbar, bei einem Ueberschu von Ferrisalz oder Rhodan- kalium die Rotfrbung am intensivsten auf. FeCl 3 + 3KCNS ^ 3KC1 + Fe(CNS) 3 . Diese sehr empfindliche Reaktion versagt bei Anwesenheit von viel Alkaliacetat, ferner bei Gegenwart von weinsauren Salzen in neutraler Lsung, von Mercurichlorid und von salpetriger Sure. Andererseits erzeugt konzentrierte HN0 3 ohne Gegenwart von Ferrisalz mit NH 4 .SCN eine ausschttel- bare, nach einiger Zeit verschwindende, Rot- frbung, herrhrend von Zersetzungspro- dukten der Rhodanwasserstoffsure. Kaliumeisen(II)cyanid gibt in neu- traler oder saurer Lsung eine Fllung von Berliner Blau, das in Oxalsure und kon- zentrierter Salzsure lslich ist, und mit Alkalien, wie alle Ferrisalze, unter Bildung von Ferrihydroxyd zersetzt wird. 4FeCl 3 + 3K 4 [Fe(CN) 6 ] = Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 + 12KC1. Versetzt man Kaliumeisen(II)cyanid mit weniger als einem Molekl Ferrisalz, so erhlt man lsliches Berliner Blau, das mit K-Ionen aussalzbar ist. FeCl 3 + K 4 [Fe(CN) 6 ] = KFe[Fe(CN) 6 ] + 3KC1. Kaliumeisen(III)cyanid erzeugt in Ferrisalzlsungen nur eine braune Frbung. Allgemein ist zu den Reaktionen auf Fe"*- Ionen zu bemerken: Anwesenheit von orga- nischen Oxysuren z. B. Weinsure, ferner von Glycerin, Zucker und anderen Hydroxyl- verbindungen, hindert die Fllung des Eisens durch Ammoniak, Natronlauge, Natrium- carbonat, Alkaliacetat und -Phosphat. Schwefelammon fllt dagegen FeS aus. 7 b) Quantitative Analyse. a) Bestimmung als Fe 2 3 . Wesent- lich fr diese Art der Bestimmung ist Vorhandensein dreiwertigen das Eisens. Zu diesem Zweck behandelt man die wsserige Lsung, z. B. eine solche von Ferrosulfat in der Hitze mit einigen ccm konzentrierter Salpetersure und ver- setzt nach der Oxydation ebenfalls in der Hitze mit einem geringen Ueberschu von Ammoniak. Auf diese Weise fllt das Eisen in dunkelrotbraunen Flocken aus, die man filtriert, mit heiem Wasser auswscht, trocknet und in einem Porzellantiegel ver- brennt. Zum Schlu erhitzt man noch eine Zeitlang im halbbedeckten Tiegel ber der Bunsenflamme, nicht jedoch auf dem Ge- blse, da hierdurch leicht Fe 3 4 gebildet wird, was zu niedrige Resultate geben wrde. Man wgt als Fe 2 3 . Organische Substanzen drfen bei der Fllung nicht zugegen sein (vgl. oben bei der qualitativen Analyse). ) Bestimmung als metallisches Eisen. Liegen Eisenoxyde vor, so fhrt die Reduktion im Wasserstoffstrom zu metall- lischem Eisen rasch und bequem zum Ziel. Man bringt zu diesem Zweck die zu analysierende Substanz in einem Porzellanschiffchen in ein Rohr von schwer schmelzbarem Glas und leitet bei heller Rotglut einen getrockneten Wasserstoffstrom darber, bis sich an den kalten Teilen des Rohres keine Wassertrpf- chen mehr bilden. Man lt darauf im Wasserstoffstrom erkalten, verdrngt den Wasserstoff durch Kohlensure und wgt das entstandene graue Eisen. y) Maanalytische Bestimmung. Von den maanalytischen Methoden ist die Permanganatbestimmung die einfachste und genaueste. Die Bestimmung verlangt zwei- wertiges Eisen und beruht auf der Oxy- dation von Fe" zu Fe" - -Ion in saurer Lsung entsprechend der Gleichung: 2KMn0 4 + 10FeS0 4 + 8H 2 S0 4 = K 2 S0 4 + 2MnS0 4 + 5Fe 2 (S0 4 ) 2 + 8H 2 0. 64 Eisengruppe (Eisen) Liegt das Eisensalz in dreiwertiger Form vor, so mu es vorher durch Zink und Schwefelsure zu Ferrosalz reduziert werden. Ohne jede Schwierigkeit kann diese Be- stimmung bei Abwesenheit von Salzsure ausgefhrt werden. Man suert die zu titrierende Ferrosalzlsuug mit Schwefelsure stark an und verdnnt mit Wasser auf ca. 400 ccm. Hierauf lt man aus einer Brette bis zur bleibenden Rotfrbung 1 / 10 n-Kaliumpermanganatlsung zuflieen und berechnet aus der verbrauchten Menge KMn0 4 das vorhandene Eisen (1 Gewichtsteil KMn0 4 entspricht 5 Teilen Eisen). Mu die Titration in salzsaurer Lsung vorge- nommen werden, so titriert man, da Salz- sure durch Permanganat bei Gegenwart von Ferrochlorid zu Chlor oxydiert wird, bei Gegenwart von Mangansulfat und Phos- phorsure, da unter diesen Umstnden keine Chlorbildung eintritt, ferner die Schrfe des Umschlags infolge Bildung farbloser kom- plexer Phosphatverbindungen nicht beein- trchtigt wird. Man setzt also zur Aus- fhrung der Bestimmung ca. 5 g Mangan- sulfat und 3 ccm syrupse Phosphorsure hinzu und fhrt im brigen die Bestimmung wie oben angegeben aus. 7c)Elektroanalyse: Fr die quantitative elektroanalytische Bestimmung kommt prak- tisch einzig die von Classen ausgearbeitete Methode in Ammonoxalatlsung in Betracht. Man kann sowohl von Ferro- wie Ferrisalz- lsung ausgehen, kann ferner kalt und hei elektrolysieren, nur mu man Sorge tragen, da nicht Nitrate oder freie Salzsure an- wesend sind. Das abgeschiedene Eisen ist kohlenstofffrei, sobald man den Strom nach der Abscheidung der letzten Spuren Eisen unterbricht; setzt man die Elektrolyse un- ntz lange fort, so erfolgt durch Reduktion der aus der Oxalsure entstammenden C0 3 - Anionen Abscheidung von Kohlenstoff. Man verwendet auf 0,2 g Metall ca. 7 g Amnion- oxalat, verdnnt das ganze auf ca. 150 ccm und elektrolysiert in einer matten oder polierten Platinschale mit einer Badspannung von 2 bis 4 Volt und einer Stromdichte ND 100 = 1 bis 1,5 Amp. bei gewhnlicher Temperatur, 0,5 bis 1 Amp. in der Wrme. Nach Entfrbung der Lsung prft man mittels berschssigem Rhodankalium und Salz- sure eine Probe der zuvor mit HN0 3 oxy- dierten Lsung, hebert ab, falls keine Rot- frbung mehr auftritt, und reinigt die Schale mit Wasser. Nach dem Waschen mit Alkohol und Aether trocknet man im Luftbade bei 70 bis 80. Auch die Schnellfllung des Eisens mittels mechanischer oder nach Frary mittels magnetischer Rhrung liefert gute Resultate. Man elektrolysiert mit einer Badspannung von 6 bis 7 Volt und einer Stromstrke von 7 Ampere. Die Dauer einer derartigen Elek- troanalyse betrgt 25 bis 30 Minuten. Auer dem Zusatz von Ammonoxalat tut man in diesem Falle gut, noch 1 ccm gesttigte Oxalsurelsung hinzuzusetzen. 8. Spezielle Chemie. 8a) Allgemeines Verhalten des Metalls. Eisen ist unedler als Wasserstoff, infolgedessen lst es sich leicht in verdnnten Suren unter Wasser- stoffentwickelung zu den entsprechenden Salzen auf. Gegen konzentrierte Schwefel- sure und sogenannte Mischsure (Salpeter- sure und Schwefelsure) ist es dagegen sehr bestndig. Technische Prozesse, wie Sulfurierungen und Nitrierungen knnen daher in eisernen Gefen ausgefhrt werden. Auch von Alkalien wird Eisen kaum ange- griffen. Em merkwrdiges Verhalten zeigt es konzentrierter Salpetersure gegenber. Es geht ebenso wie Chrom, Nickel und Kobalt in den passiven Zustand ber, d. h. es wird edler und verdrngt nicht mehr den Wasserstoff in den Suren, auch vermag es edleren Elementen wie z. B. dem Kupfer nicht mehr seine Ladungen zu entziehen. Die Erklrung fr diese Erscheinung ist vielleicht in einer oberflchlichen Oxydation des Metalls zu suchen, die es vor ueren An- griffen schtzt, oder aber kann man die Tat- sache auch derart begrnden, da die Passivi- tt auf einer sehr kleinen Geschwindigkeit des Vorgangs Fe -> Fe " + 20 beruht, die in einer festen Lsung von Sauerstoff, der z. B. aus der Salpetersure stammen kann, ihre Ursache hat. Umgekehrt kann man auch annehmen und damit kommt man viel- leicht den Tatsachen am nchsten, da im aktiven Zustand der Vorgang Fe-3-Fe-+2 Q durch einen positiven Katalysator, nmlich durch mit Eisen legierten Wasserstoff, be- schleunigt wird. Der passive Zustand kann auch durch anodische Polarisation hervor- gerufen werden. An trockener Luft ist das Eisen bestndig, an feuchter Luft berzieht es sich mit einer Oxydschicht, es rostet. Zur Rostbildung ist nicht, wie man frher an- nahm, Kohlensure notwendig, indem sich durch hydrolytische Spaltung des gebildeten Carbonats Eisenhydrate bilden. Eisen rostet auch unter vollstndigem Kohlensureab- schlu. Wahrscheinlich tritt Rostbildung dadurch ein, da in Wasser gelster Sauer- stoff OH'-Ionen bildet, deren negative Ladung durch die positive Ladung von in Lsung befindlichen Eisen-Ionen kompensiert wird. ; Da das Lslichkeitsprodukt von Eisen- hydroxyd sehr klein ist, tritt Ausscheidung ein und der Vorgang, die Rostbildung, schrei- tet weiter. Um Eisen vor ueren Angriffen zu schtzen, verzinkt man es. Hier- durch erhlt man ein kurz geschlossenes galvanisches Element, in der Zink als unedleres Metall die Lsungselektrode bildet, whrend Eiseng-ruppe (Eison ) 65 das Eisen unangegriffen bleibt. Mit Sauer- stoff reagiert Eisen, namentlich, wenn es bei schwacher Kotglut durch Reduktion im Wasserstoffstrom erhalten wurde, bereits bei gewhnlicher Temperatur, es besitzt pyro- phorische Eigenschaften. Wasserdampf zer- setzt das Metall je nach der Temperatur unter Bildung verschiedenartiger Oxyde. In der Gegend von 350 entsteht, da hier der Dissoziationsdruck des Sauerstoffs aus dem Wasserdampf nur wenig grer als der des FeO ist, hauptschlich dieses Oxyd. Erst von 820 an wird der Sauerstoffdruck des Fe 3 4 und damit dessen Bildung erreicht. Wasserstoff wird von Eisen absorbiert und zwar wchst die Lslichkeit, die bei 800 ca. 0,2 mg pro 100 g Metall betrgt, mit der Temperatur. Charakteristische Sprnge tre- ten in der Lslichkeitskurve beim Uebergang von - in y-Eisen und besonders, wie auch beim Nickel und Kobalt, beim Schmelzpunkt auf. Der Uebergang von a- in -Eisen ist dagegen in der Kurve nicht erkennbar. Wie beim Platin, Nickel und Kobalt und anderen Metallen ist auch hier die Lslichkeit bei kon- stanten Temperaturen, bis herab zu Drucken von ungefhr 100 mm, der Quadratwurzel aus dem Wasserstoffdruck proportional, also offenbar auch hier atomistisch gelster Wasserstoff anzunehmen. Eine besondere Rolle spielt die Wasserstoffabsorption bei der elektrolytischen Abscheidung des Eisens. Elektrolyteisen ist stets wasserstoffhaltig und zwar um so strker, je hher die Strom- dichte und je niedriger die Elektrolyttempera- tur liegt. Technisch ist nun der Wasserstoff- gehalt eines Eisens von groer Bedeutung, da derartiges Metall, obgleich es sehr rein ist, zur Herstellung von Elektromagneten wegen der stark auftretenden Hysteresiserscheinung (magnetische Nachwirkung) nicht brauchbar ist. Es bedeutete daher einen groen Fort- schritt, da es krzlich gelungen ist, reines wasserstofffreies Elektrolyteisen herzustellen, welches, zum Bau von Motoren verwandt, einen Nutzeffekt ergab, der bisher nicht erreicht werden konnte. - - Zur Stickstoff- 8b) Verbindungen des zweiwertigen Eisens, Ferroverbindungen. Ferrooxyd, Eisen(II)oxyd, Eisen- oxydul, FeO entstellt durch Erhitzen von Eisen(II)oxalat bei Luftabschlu oder auch durch Reduktion von Eisen(III)oxyd mit Kohlenoxyd bei 500 als samtschwarzes Pulver von pyrophorischen Eigenschaften. Auf 1000 erhitzt bildet es eine stabilere Modifikation, die an trockener Luft haltbar ist. In Mineralsuren ist es leicht lslich. Ferrohydroxyd,Eisen(II)hydroxyd, Eisenhydroxydul,Fe(OH) 2 , bildet sich bei Sauerstoffabschlu als weier Niederschlag beim Versetzen einer Eisen(II)salzlsung mit Kaliumhydroxyd (vgl. 7, qualitative Analyse). F er rosulfid, Eise n( II) sulfid, Ei sen- su lfr, FeS, in der Natur als Troilit vor- kommend, bildet sich durch direktes Zu- sammenschmelzen aus den Komponenten. Es stellt eine metallglnzende Masse von dunkel- grauer bis grauschwarzer Farbe vor und schmilzt bei 950. Es dient zur Herstellung von Schwefelwasserstoff. Ferrochlorid, Eisen(II)chlorid, Eisen chlor r, FeCl 2 , bildet sich wasserfrei durch Glhenvon Eisenpulver in einem Strom von trockenem Chlorwasserstoffgas in Form weier Schuppen, die bei Rotglut schmelzen und schlielich in glnzenden Blttchen sublimieren. Der Siedepunkt liegt bei 1400. 100 g Wasser lsen bei 20 68,5 g anhy- drisches Salz. Aus der wsserigen konzen- trierten Lsung scheidet sich in der Klte das Hydrat FeCl 2 + 4 H 2 in grnen Kristal- len ab, die an der Luft durch Oxydation leicht gelbbraune Farbe annehmen. Ein zweites Hydrat FeCl 2 + 2 H 2 mit dem Uebergangs- piinkt bei 80~ erhlt man durch Kristallisa- tion aus heien Lsungen, oberhalb der Uebergangstemperatur. Am bequemsten erhlt man Lsungen von Eisen(II)chlorid durch Auflsen von Eisen in Salzsure. Ferrobromid, Eisen(II)bromid, E i s e n b r m r, Fe Br 2 , entsteht unter heftiger Reaktion direkt aus den Elementen. Da bei hherer Temperatur Eisen(III)bromid stets in absorption scheint das Eisen, ebenso wie das ; Eisen(II)bromid und Brom dissoziiert, er- Nickel und Kobalt, nur wenig Neigung zu hlt man unter diesen Bedingungen not- haben. Erst bei 1200 findet langsame Ab- wendigerweise stets das II-Bromid. Tech- sorption statt, die beim Schmelzpunkte unter irisch wichtig ist ein Gemisch von II-Bromid gleichzeitiger Nitridbildung lebhafter wird. und III-Bromid fr die Darstellung von Feinverteiltes Eisen, wie man es aus Eisen- Bromkalium und Bromnatrium, da beim Oxalat durch Reduktion im Wasserstoff strm Umsatz dieses Sesquibromides mit den erhlt, verbindet sich bei 80 unter starkem entsprechenden Alkalicarbonaten unter Koh- Druck mit Kohlenoxyd zu Eisentetracarbonyl lensureabspaltung neben Bromalkali ein Fe(CO) 4 . Unter bestimmten Bedingungen 1 gut filtrierbares, krniges Eisen(II)Eisen- kann man auch ein Eisenpentacarbonyl ge- (Ill)hydroxyd entsteht. Konzentrierte L- winnen, das wiederum im Licht in Hepta- sungen von Eisen(II)bromid scheiden in der carbonyl zerfllt. Bei hohen Temperaturen Klte blaugrne Kristalle der Zusammen- wird Kohlenoxyd durch feinverteiltes Eisen setzung FeBr 2 + 4H 2 ab. katalytisch in Kohle und Kohlensure ge- Ferrojodid, Eisen(II)jodI d, Eisen- spalten, jodr, FeJ 2 , entstellt ebenfalls direkt aus Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. & 06 Eisengruppe (Eisen) den Elementen und kristallisiert aus kaltem Wasser mit 4 Moleklen H 2 0. Ferrosulfat, Eisen(II)sulfat, Eisenoxydulsulfat, Eisenvitriol, FeS0 4 +7H 2 0, findet sich, wahrscheinlich durch Oxydation von Pyriten entstanden, in der Natur. Durch Lsen von Eisen oder Eisen(Il)sulfid in verdnnter Schwefelsure ist es leicht herzustellen. Es kristallisiert monoklin, mitunter jedoch auch rhombisch, in blagrnen Kristallen mit 7 Moleklen H 2 0, oxydiert sich jedoch leicht zu basi- schem gelbbraunem Sulfat. 100g Wasser lsen bei 20 26,42 g anhydrisches Salz. Andere Hydrate sind das 4-Hydrat mit einem Ueber- gangspunkt bei 56,6 und das 1-Hydrat mit einem solchen bei 75,8. Bei 100 getrocknet verliert das 7-Hydrat 6 Molekle Kristall- wasser, das 7. Molekl geht erst bei 300 fort. Das wasserfreie Salz besitzt weie Farbe. Beim starken Glhen wird S0 2 und S0 3 abgespalten und es hinterbleibt Eisenoxyd. Von seinen Doppelsalzen ist das wichtigste das Ammoniumeisen(II)sulfat, (NH 4 ) 2 Fe(S0 4 ) 2 + 6H 2 0, das sogenannte Mohrsche Salz, welches uerst luftbestndig ist und daher in der Maanalyse Verwendung findet. Die reduzierende Wirkung des Eisen(II)- sulfats kommt namentlich in seinem Ver- halten zu Goldlsungen zum Ausdruck, aus denen Metall ausgefllt wird. In alkalischer Lsung reduziert es organische Farbstoffe wie Indigo zur Leukobase, ferner Nitro- verbindungen zu den entsprechenden Amido- ' krpern. Ein eigentmliches Verhalten zeigt es, wie auch andere Eisen(II)salze , Stick- oxyd gegenber. Dieses Gas wird mit tief- brauner Farbe gelst und bildet je nach der Temperatur unbestndige Molekularverbin- dungen wechselnder Zusammensetzung. Beim Erhitzen zerfallen sie leicht wieder in ihre Komponenten. Vielleicht hat man es mit dem labilen Ionenkomplex FeNO" zu tun. Eisenvitriol wird als schwaches Desinfek- tionsmittel, ferner in der Frberei als Beiz- mittel und zur Darstellung von Tinten ver- wendet. Der tanninhaltige Gallpfelauszug bildet mit ihm Ferrotannat, welches durch Oxydation an der Luft in bestndiges schwr- zes Ferritannat bergeht Ferronitrat, Eisen(II)nitrat ent- j steht durch Umsetzung von Eisen(II)sulfat mit Baryumnitrat und bildet ein uerst zerflieliches Salz, Es kristallisiert mit 6 Mol H 2 bei gewhnlicher Temperatur aus, doch existiert noch ein 9-Hydrat mit dem Ueber- gangspunkt bei 12. 100 g Wasser lsen bei 20 83,5 g anhydrisches Salz auf. Ferrophosphat,Eisen(II)phosphat, Fe 3 (P0 4 ) 2 +8H 2 0, in der Natur den Vivianit ! bildend, entsteht auf nassem Wege durch Fllen von Eisensulfat mit phosphorsaurem Natrium als gelblich weier Niederschlag. Einen Uebergang zwischen zwei- und drei- wertigem Eisen bildet der Magneteisen- stein, Fe 3 4 , ein Eisenoxyduloxyd, wel- ches in der Natur hufig in undurchsichtigen schwarzen Oktaedern vorkommt. Fe 3 4 ist auch der sogenannte Hammerschlag. Synthetisch kann man es durch Verbrennen von Eisen in Sauerstoffgas darstellen. Es bildet das bestndigste Oxyd des Eisens, oxydiert sich in der Glhhitze nicht weiter und besitzt stark magnetische Eigenschaften. In Suren, selbst in konzentrierter Salpeter- sure ist seine Lslichkeit sehr gering. 8c) Verbindungen des dreiwertigen Eisens, Ferriverbindungen. Ferri- oxyd, Ei s e n(III)o xy d, Fe 2 3 , kommt in der Natur als Eisenglanz oder Rot- eisenstein vor. Es bildet sich leicht beim Glhen von Eisennitrat oder Eisensulfat, und entsteht ferner beim Rsten der Pyrite als Nebenprodukt der Schwefelsurefabrikation (caput mortuum). In stark geglhtem Zu- stande ist Fe 2 3 nur sehr langsam in Suren lslich. Von Wichtigkeit sind seine kataly- tischen sauerstoffbertragenden Wirkungen, z. B. die Beschleunigung des Vorgangs S0 2 + O ^ S0 3 , demgem kann Fe 2 3 den Platin- asbest im Kontaktproze ersetzen. Es findet praktische Verwendung als Poliermittel, als Farbe (Pariser Rot), ferner in der httentech- nischen Fabrikation des Eisens. Hydrate des Eisen(III)oxyds wechselnder Zusammen- setzung finden sich in der Natur als Braun- eisenstein oder brauner Glaskopf, als Brauneisenocker und Nadeleisenerz. Fe(OH) 3 Eisen(III)hydroxyd entsteht durch einfache Umsetzung von Eisen(III)- salzen mit Kalilauge. Im Gegensatz zu den Hydraten des Chroms und Aluminiums ist seine Lslichkeit in Alkali nur ganz gering. Es dissoziiert also nur ganz schwach nach dem Suretypus. Ueber seine Neigung, kolloidale Lsungen zu bilden, siehe n Kolloidchemie des Eisens. Ferrifluorid, Eisen(III)fluorid, FeF 3 , direkt synthetisch aus den Elementen darstellbar, ist dadurch interessant, da es mit Alkalifluoriden komplexe Verbindungen z. B. Na 3 [FeF 6 ] analog dem Na 3 [Fe(CN) 6 ] zu bilden vermag. Ferrichlorid, Eisen(III)chlorid, FeCl 3 , sublimiert beim Erhitzen von Eisen im Chlorstrom in Form metallisch glnzender, grnlichschimmernder Blttchen. Es ist enorm hygroskopisch und zerfliet anfeuchter Luft zu einer braunen Flssigkeit. 100 g Wasser lsen bei 20 91,8 g anhydrisches Salz. Auer in Wasser lst es sich in vielen organischen Flssigkeiten, wieAlkohol,Aether, Benzol, Toluol. Aus konzentrierten, wsse- rigen Lsungen kristallisiert bei Zimmer- temperatur ein gelbes Hydrat der Zusammen- setzung FeCl 3 + 12H 2 0. Auer diesem Eisengruppe (Eisen) 67 Hydrat kennt man noch das 7-Hydrat, mit einem Umwandlungspunkt bei 27, das 5-Hydrat mit einem solchen bei 30 und das 4-Hydrat, welches sich zwischen 55 und 66 im Gleichgewicht mit einer Lsung von Eisen(III)chlorid befindet. Das Studium dieser Hydrate ist fr die Geschichte der Phasenlehre von groer Bedeutung gewesen, da Bakhuis-Roozeboom an diesem Bei- spiel die Bedeutung der heterogenen Gleich- gewichtslehre in ihren umfassenden Anwen- dungsmglichkeiten erkannt hat. Wie bei allen Eisen(III)salzen macht sich in ver- dnnten Lsungen von Eisenchlorid die Hydrolyse stark bemerkbar, was durch Abscheidung basischer Salze zum Ausdruck kommt. Whrend das Eisen(III)bromid FeBr 3 bei gewhnlicher Temperatur bestndig ist (man erhlt es einfach durch Zusatz ent- sprechender Mengen Brom zu Eisen(II)- bromid), ist das nur in Lsung bekannte Eisen(III)jodid bereits bei Zimmertem- peratur stark in Eisen(II)jodid und Jod dissoziiert. Ferrisulfat, Eisen(III)sulfat bildet sich in mit Salpetersure oxydierten Lsungen von Eisen in Schwefelsure, ist jedoch wegen seiner Zerflielichkeit schwer isolierbar. In prachtvollen Oktaedern kristallisiert es in Alaunform z. B. als schn amethystfarbener Ammoniumeisenalaun von der Zusammen- setzung (NH 4 ).Fe(S0 4 ) 2 + 12 H 2 0. Bedeu- tung besitzt ferner der Rubidiumeisenalaun, weil er im Gegensatz zum Kalialaun ohne Zersetzung aus heien Lsungen umkristalli- siert werden kann und hierin eine Methode liegt, Rubidium vom Kalium zu trennen. 8d) Verbindungen, in denen das Eisen hherwertig auftritt. Im Eisen- di sulfid, FeS 2 , dem luftbestndigsten Eisen- sulfid, das in der Natur dimorph als Pyrit in glnzenden, goldgelben Wrfeln, Pentagon- dodekaedern und anderen Formen des regu- lren Systems oder aber als Markasit in Form von rhombischen Kristallen auftritt, ist das Eisen wahrscheinlich vierwertig anzu- nehmen. Bei Luftabschlu erhitzt, verliert der Pyrit Schwefel und verwandelt sich zum Teil in Fe 3 S 4 oder FeS. An der Luft ge- rstet, wird der grte Teil des Schwefels zu In in schwarzroten rhombischen Prismen, die mit Kaliumsulfat und Kaliumchromat iso- morph sind, kristallisiert erhalten werden. Infolge leichter Hydrolysierbarkeit zerfallen Lsungen dieses Salzes allmhlich in Kalilauge Eisenhydroxyd und Sauerstoff. Mitunter scheidet sich hierbei farbloses Natriumferrit, Na 2 Fe 2 4 , aus. Das der Eisensure zugrunde liegende Oxyd ist unbekannt. 8e. Komplexe Verbindungen. Die wichtigsten Verbindungen dieser Gruppe sind bereits in dem analytischen Abschnitt er- whnt worden. Das Ferrocyankalium, Kalium- ferro Cyanid, Kali um eise n (Il)cyanid, gelbes Blutlaugensalz, K 4 [FeCy 6 ], welches durch Einwirkung von Cyankalium auf Eisensalze nach der Gleichung: 6 KCN + FeS0 4 = K 4 Fe(CN) 6 + K 2 S0 4 ent- steht, wurde im groen frher durch Schmelzen von trockenen stickstoffhaltigen tierischen Abfllen (z. B. Blut, daher der Name) und Eisenfeilspnen mit Pottasche bei heller Rotglut hergestellt. Das gebildete Cyankalium und Kaliumeisensulfid KFeS 2 setzen sich bei der Extraktion mit Wasser zu gelbem Blutlaugensalz um. Heutzutage verwendet man als Ausgangsmaterial die trockene Gasreinigungsmasse, d. h. Eisen- hydroxyd, welches das im Steinkohlen- teergas enthaltene Cyan neben Schwefel gebunden enthlt. Gelbes Blutlaugensalz stellt ein zitronen- gelbes Salz vor, das in groen monoklinen Prismen kristallisiert. 100 g Wasser lsen bei 20 25,1 g anhydrisches Salz. Zum Schmelzen erhitzt, zerfllt es in Stickstoff, Cyankalium und Eisenkarbid. Konzentrierte Schwefelsure zersetzt das Salz unter Bil- dung von Kohlenoxyd, verdnnte Sure unter Entwickelung von Blausure. Die freie Ferrocyanwasserstoff- sure erhlt man aus konzentrierten F 2 3 . S0 2 oxydiert und es hinterbleibt Suren ist FeS 2 kaum lslich. S e c h s w e r t i g tritt das Eisen wahrschein- lich in der Eisensure H 2 Fe0 4 auf, in der es sich wie Schwefel verhlt. Die freie Sure ist unbekannt, dagegen erhlt man leicht ihre Salze, wenn man entweder Chlor in eine wsserige Suspension von Eisenhy- droxyd in Kalilauge bei 70 leitet oder konzen- trierte Kalilauge iter Verwendung gu eisernen Anode elektrolysiert. Die Lsung frbt sich purpurrot und das Salz kann Lsungen des Kaliumsalzes mit Salzsure in Form von unbestndigen weien Kristallen. DurchOxydationderwsserigenLsungmit Chlor oder durch anodische Oxydation erhlt man das rote Blutlaugensalz, Ferri- cyankalium, Kaliumferricyanid, Kaliumeisen(I II) Cyanid, K 3 [FeCy 6 ], welches wasserfrei in dunkelroten monoklinen Prismen kristallisiert. 100 g Wasser lsen bei 20 30,3 g anhydrisches Salz auf. Durch Zu- gabe von konzentrierter Salzsure fllt neben Kaliumchlorid die freie Ferricyanwasser- stoffsure aus in Form von weien Kristallen, die wasser- und alkohollslich sind. Die Bildung von lslichem und unlslichem Berliner und Turnbullschen Blau ist im analytischen Teil ausfhrlich beschrieben. 9. Thermochemie. Bildungswrme der wichtigsten Eisenverbindungen fr je 1 g- Molekl in g-Kalorien. 5* 68 Eisengruppe (Eisen Kobalt) Bildungswrme FeCl 2 82 200 cal FeCL, Aqua*) 102 100 ,, FeCl 3 96 000 , , FeCl 3 , Aqua 128600 ,, FeBr.,, Aqua 78 100 ,, FeJ Aqua 47650 ,, FeO" 64 600 , , Fe(OH), 68300 ,, Fe,0 3 3 x 64800 ,, Fe(OH) 3 95600 ,, Fe 3 4 4 x 67 700 ,, Fe SO 4 , Aqua 235600 FeS0 4 , 7H 2 240100 ,, Fe(N0 3 ),, Aqua 119 000 ,, FeC0 3 184500 Fe.,(S0 4 ) 3 , Aqua 652 100 ,, Fe(N0 3 ) 3 , Aqua 314300 *) Aqua bedeutet vi 'ssrige Lsung. 10. Spektralchemie. Die Linien des Eisen- Bogenspektrums nach Ex 11 er und Haschek sind es vom Ultraviolett bis tief ins rote Gebiet hinein 2392 werden ihrer groen Schrfe wegen in der Regel als Standardlinien bei "Wellenlngenmessungen benutzt und sind daher von verschiedenen Spektroskopikern sehr genau gemessenworden. Rowland gibt in seiner Table of Standard wave lengths" die Wellenlngen des Bogen- und Funkenspektrunis. Eine vollkommene Zusammenstellung der Eisenlinien im Sonnen- spektrum befindet sich in Rowlands Pre- liminary table of solar spektrum wave lenghts". Die Lsungen der einfachen Ferro- und Ferrisalze geben kein sehr charakteristisches Absorptionsspektrum; es zeigen sich nur diffuse einseitige Auslschungen. Charakte- ristische Banden treten dagegen in strker komplexen Eisenverbindungen auf, z. B. in therischen oder amylalkoholischen Lsungen des Eisenrhodanids, auch in der alkoholischen Lsung des Ferrichlorids. 11. Kolloidchemie. Die Darstellung von kolloidalem Eisen kann durch katho- dische elektrische Zerstubung von Eisen- drhten in ausgekochtem gekhlten Wasser durchgefhrt werden. Allerdings A. von Jptner, Grundzge der Sidero- logie, Leipzig, Felix, 1900 bis 1904, 4 Bde. H. Weilding , Grundri der Eisenhttenkunde, Berlin, Springer, 1907. O. Dammer, Hand- buch der anorganischen Chemie, Stuttgart, Encke, III. Bd. 1893 und IV. Bd. 1903 (Fortschritte der anorganischen Chemie in den Jahren 1892 bis 1902"). Graham und Otto, Lehrbuch der anorganischen Chemie 1889, Braunschweig, Vieweg & Sohn. Der Band Eisen ist ferner in den Handbchern von Chnelin- Kraut und von Abegg im Erscheinen begriffen,. F. Sommer, b) Kobalt. Co. Atomgewicht 58,97. 1. Atomgewicht. 2. Vorkommen. 3. Ge- schichte. 4. Darstellung und Verwendung. 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. 6. Valenz und Elektrochemie. 7. Analytische Chemie. 8. Spezielle Chemie. 9. Thermochemie. 10. Spektralchemie. besitzen derartige Sole, da das Eisen unedler als Wasserstoff ist, nur eine uerst geringe Be- stndigkeit, und bestehen wahrscheinlich zum Teil immer aus kolloidalem Hydroxyd. Eine kolloidale, in der Klte unbegrenzt haltbare Lsung von Eisen(III)hydroxyd lt sich leicht herstellen durch vorsichtige in der Klte durchgefhrte genaue Neutralisa- tion einer 30% filtrierten Lsung von Eisen- (Ill)chlorid mit 25% Ammoniumcarbonat- lsung und nachfolgender mehrtgiger Dialyse. Beim Kochen oder Zusatz von Elektrolyten tritt Ausflockung ein. Literatur. A. Ledebur, Handbuch der Eisen- httenkunde, Leipzig, Felix, 1906 bis 190S, 3 Bde. 1. Atomgewicht. Das Atomgewicht des Kobalts ist von der internationalen Atomgewichtskommission 1912 zu f;8,97 an- genommen worden. 2. Vorkommen. Co ist ein stndigei Be- gleiter der Nickelerze und findet sich in der Natur in ganz hnlicher Weise wie das Nickel in Verbindungen mit Schwefel und Arsen, in sehr geringen Mengen kommt es auch im Meteoreisen vor. Man kennt den Kobaltkies Co 3 S 4 , den Speiskobalt CoAs 2 , den Tesseralkies CoAs 3 , den Glanzkobalt CoAs 2 +CoS 2 , die Kobaltblte Co 3 As 2 8 + 8H 2 0, den schwarzen Erdkobalt Co0.2Mn0 2 -f 4H 2 0, ferner den Kobaltvitriol von der Zusammensetzung CoS0 4 +7H 2 0. 3. Geschichte. Kobaltverbindungen das Wort Kobalt ist synonym mit Kobold und ist wie Nickel ein Spottname fr das Metall, welches trotz des schnen Aussehens kein Edelmetall (Silber) darstellte sind seit den ltesten Zeiten bekannt. So benutzten schon die alten Aegypter Kobaltverbindungen zum Blaufrben von Glas. In den schsischen Blaufarbenwerken wird seit ber 400 Jahren die Smaltefabrikation betrieben, indem durch Schmelzen der gersteten Kobalterze mit Kieselsure und Pottasche prachtvolles, tief blau gefrbtes Kobaltoxydulkaliglas, Smalte, mit 2 bis 7% CoO hergestellt wird. Das Metall selbst wurde zuerst im Jahre 1733 von Brandt in Stockholm in unreinem Zu- stande gewonnen, aber erst die moderne Entwickelung der analytischen Chemie, die die vllige Trennung des Nickels vom Kobalt lehrte, gestattete die Herstellung reinen Metalls. 4. Darstellung und Verwendung. Metallisches Kobalt kann wie das Nickel leicht durch Reduktion seiner Oxyde mittels Eisengrappe (Kobalt) 09 Wasserstoff bei zirka 200 oder Kohle bei Weiglut, ferner durch starkes Glhen des Oxalats gewonnen werden. Technisch wird das Metall kaum hergestellt, da es trotz seiner wertvollen Eigenschaften zu selten ist , um industriell verwertet zu werden. Wie schon erwhnt, wird Kobalt haupt- schlich in Form von Oxyd verwendet, welches durch die Eigenschaft, Glasflsse blau zu frben, hohen technischen Wert besitzt. Auch als feuerbestndige Glasur- und Emailfarbe hat es Bedeutung, whrend es als Anstrich- oder Malerfarbe seit dem Jahre 1845 vom Ultramarin verdrngt wurde. 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. Das Co ist ein silberweies Me- tall von starkem Glanz, mit einem Stich ins Bluliche, etwa wie das Zink. Von allen Me- tallen besitzt es die grte Zhigkeit, nur einige Stahlsorten bertreffen es in dieser Beziehung. Infolge seiner groen Dehnbar- keit lt es sich wie das Nickel zu dnnstem Draht ausziehen. Das Metall ist strker magnetisch als das Nickel, etwas weniger als das Eisen. Bei 1150 verliert es die Eigen- schaft der Magnetisierbarkeit pltzlich. Sein Schmelzpunkt liegt bei 1464, etwa 30 hher als der des Nickels. In der Knallgas- flamme oder beim Behandeln mit starken elektrischen Strmen ist das Metall flchtig, jedoch schwerer als das Nickel. Physikalische Konstanten. Das spezifische Gewicht betrgt fr ge- Ol schmolzenes Metall: d j =8,718, fr im Wasserstoffstrom reduziertes im Mittel 8,357. Die Hrte ist nach der Mohsschen Skala 5,5. Der Ausdehnungskoeffizient berechnet sich zwischen und 300 zu a t =10~ 8 (1280+ 0,75t + 0,0035 t 2 ). Die spezifische Wrme besitzt fr das Intervall 182' bis +15 den Wert 0,0822, fr das Intervall +15 bis +350 den Wert 0,1087. Die elektrische Leitfhigkeit betrgt fr 99,8% Metall bei 20 10,3x10*. 6. Valenz und Elektrochemie. Kobalt tritt zwei- und dreiwertig auf, jedoch berwiegt die Zweiwertigkeit. Kobalt(II)- chlorid und Kobalt(II)bromid besitzen dem- gem in Pyridinlsung die monomolekulare Zusammensetzung CoCl 2 und CoBr 2 . Auch das Kobalt(II)acetylacetonat besitzt normale, der Formel Co(C 5 H 7 2 ) 2 entsprechende Dampfdichte. Ferner ist die Isomorphie des Kobalt(II)sulfats CoS0 4 .7H 2 mit den Zink- und Magnesiumsulfaten ein weiterer Be- weis, wie auch die Mischkristallbildung des CoCl 2 mit den gleich zusammengesetzten Manganochloriden vollkommen mit der Zwei- wertigkeit im Einklang steht. Die Drei- wertigkeit tritt vornehmlich in den Kobalti- alaunen und in der Isomorphie des Kobalti- cyankaliums mit dem Kaliumeisen(III)eyanid zu Tage. In den Komplexverbindungen mit Ammoniak findet man vornehmlich dreiwer- tiges Metall. Hhere Wertigkeiten bestehen vielleicht in der kobaltigen Sure und ihren Salzen (Me 2 Co0 3 ), ferner eventuell in der Kobaltsure H 2 Co0 4 . Da das Kobalt zwei Reihen von Salzen bildet, entsprechend zwei- und dreiwertigem Metall, so hat man es in wsseriger Lsung auch mit zwei- und dreiwertigen Kationen zu tun. Die gewhnlichen Salze leiten sich vom zweiwertigen Metall ab und erteilen beim Ls ungs Vorgang dem Wasser die rote Farbe des Co "Ions. In Gegensatz zu diesem ist das Co Ion grn gefrbt und derart zersetzlich, da es bereits die OH-Ionen des Wassers unter Zerfall in rotes Co" mit betrchtlicher Geschwindigkeit unter Sauer- stoffentwickelung zu zersetzen vermag ent- sprechend den Gleichungen: Co-f OH' -> Co"+OH;20H^O+H 2 O.GrneKobalt(III)- salzlsungen, z. B. das Sulfat, sind in- folgedessen nicht haltbar, da sie nach den Gesetzen der Massenwirkung entsprechend der Konzentration an Co - "- und OH'-Ionen mit bestimmter Geschwindigkeit zerfallen mssen. Die elektrolytisch, durch anodische Oxydation, durchfhrbare Synthese der grnen Salze geht demgem am besten vor sich in saurer Lsung (Verminderung der OH- Ionen) und mglichst niederer Temperatur, da hierdurch Bedingungen gegeben sind, die Zersetzungsgeschwindigkeit gegenber der Bildungsgeschwindigkeit zu vermindern. Da in stark schwefelsaurer Lsung hierbei das Lslichkeitsprodukt des Kobalt(III)sulfats berschritten wird, kann festes grnes Ko- baltsulfat isoliert werden. Kobaltsalzlsungen sind in geringem Grade hydrolytisch gespalten und zwar etwas schwcher als die entsprechenden Nickel- salzlsungen. Das dem Vorgang Co -> Co- entspre- chende Normalpotential (bezogen auf die Einheitskonzentration - 1 g Formelgewicht im Liter die Normalwasserstoffelek- trode als Nullpunkt) betrgt - 0,29 Volt. Das Vorzeichen entspricht der Ladung der Elektrode. Fr die Ionenumladung Co "->Co"* wurde der Wert + 1,8 Volt gefunden. Entsprechend der geringen Elektro ff initt ist das Co Ton in hohem Grade befhigt, Nebenvalenzen zu bettigen. Es existieren daher eine groe Reihe von Ionen, in denen das Kobalt, hauptschlich in dreiwertiger Form, als komplexes Kation bezw. Anion vorkommt. [Co(CN) 6 ]'", [Co(N0 2 ) 6 ]"' und [Co(NH 3 ) 6 ]"' sind die bekanntesten Beispiele. Auch die eigentmliche Erscheinung, da Kobalt(II)salze beim Versetzen mit Salzsure bezw. mit Chloriden w T ie CaCl 2 oder LiCl sich blau frben, ist wahrscheinlich auf Bil- 70 Eisengruppe (Kobalt) dng komplexer Kobaltionen zurckzufhren. Man hat es in der Lsung hierbei offenbar mit den Anionen CoCl 3 ' bezw. CoCl 4 " zu tun. 7. Analytische Chemie. 7a) Quali- tative Analyse: Alle Kobaltverbindungen geben mit Soda und Kohle vor dem Lt- rohr erhitzt weie, glnzende, magnetische Metallflitterchen. Perlreaktionen: In der Phosphorsalz- perle erhlt man im Oxydations- sowie im Re- duktionsfeuer blauviolette Frbungen. Die Boraxperle erzeugt im Oxydations- wie im Reduktionsfeuer rein blaue Perlen, die beim Erkalten dunkler sind als in der Hitze. Reaktionen auf Kobalt(II)salze bezw. Co"- Ionen. Schwefelammon erzeugt einen schwarzen in Essigsure und 4prozentiger kalter Salzsure unlslichen, in konzentrierter Salpetersure und Knigswasser leicht ls- lichen Niederschlag von Kobalt(II)sulfid. CoCl 2 + (NH 4 ) 2 S=CoS + 2NH 4 Cl. Natronlauge fllt in der Klte zuerst blaues basisches Salz, das beim Erwrmen und weiterem Zusatz von NaOH in reines rotes Hydroxvd bergeht. Durch Einwirkung von Luftsauerstoff wird der Niederschlag bald mifarbig und endlich braun unter Bildung von Kobaltoxyduloxydhydrat. /OH CoCl 2 +NaOH=Co<_ (blau) + NaCl .OH /OH Co/ +NaOH=Co<^ (rot) -f NaCl OH. /OH 3Co(OH) 2 + OH^ C0.O.C0.O.C0- \OH (braun) + H 2 Versetzt man gleichzeitig mit Natronlauge und Bromwasser, so fllt schwarzes Kobalti- hydroxyd aus. Ammoniak verhlt sich in geringen Mengen zugesetzt wie NaOH. In ber- schssigem Ammoniak lst sich der Nieder- schlag von Kobalthydroxyd leicht auf unter Uebergang in den wenig bestndigen Kobalt- (H)amminkomplex, welcher wiederum durch den Sauerstoff der Luft leicht in den be- stndigeren Kobalt(III)ammoniakkomplex bergefhrt wird. /OH 2Co<^ +14NH 4 OH+0=2[Co(NH 3 ) 6 ](OH) 3 + 2NH 4 C1+UH 2 Natrium- bezw. Kaliumcarbonat fllen rotviolettes basisches Carbonat aus. Cyankalium erzeugt zunchst einen Niederschlag von schmutzigrosafarbenem Ko- baltcyanid, das sich in berschssigem Cyan- kali mit grnbrauner Farbe zu dem komplexen Salz K 2 [CoCy 4 ] bezw. K 4 [CoCy 6 ] lst. Beim Kochen unter Sauerstoffzutritt frbt sich die Lsung durch Oxydation unter Bildung des sehr bestndigen" Kobalt(III)komplexes K 3 [CoCy fi ] gelb und gibt jetzt mit Natron- lauge und Brom keinen Niederschlag mehr (Unterschied vom Nickel). CoCl 2 + 2KCN= Co(CN) 2 + 2KC1 Co(CN) 2 + 4KCN= K 4 [Co(CN) 6 ] 2K 4 [Co(CN) 6 ] + + H 2 = 2K 3 [Co(CN) 6 ] L v +2KOH Rhodanammon frbt Kobaltsalz- lsungen blau unter Bildung von komplexen (NH 4 ) 2 [Co(SCN) 4 ]. Letzteres geht beim Aus- schtteln mit einem Gemisch gleicher Teile Amylalkohol und Aether mit intensiv blauer Farbe in die therische Lsung. Eventuell vorhandenes Eisen fllt man vorher durch Zusatz von etwas Soda als Carbonat aus. Konzentrierte Kaliumnitritlsung erzeugt in essigsaurer Lsung einen gelben kristallinischen "Niederschlag von Natrium- kobaltihexanitrit CoCl, + 7KN0 2 + 2C 2 H 4 2 = 2KC1 + H 2 + NO + 2C 2 H 3 2 K + [Co(N0 2 ) 6 ]K 3 (Unterschied vom Nickel.) 7b) Quantitative Analyse. Be- stimmung als Metall. Man fllt die Kobaltlsung am besten in einer Porzellan- schale siedend hei mit reiner Kalilauge und Bromwasser, filtriert das Kobalt(III)hy- droxyd, trocknet, glht im Wasserstoffstrom und wgt nach dem Erkalten als Metall. Eventuell extrahiert man nach dem Glhen noch mit Wasser, um mitgerissenes Alkali zu entfernen, und wiederholt das Ausglhen im Wasserstoffstrom. 7c) Elektroanalyse. Sehr bequem lt sich das Kobalt elektrolytisch bestimmen. Man verwandelt das zu bestimmende Metall (0,1 bis 0,2 g) durch Abdampfen mit wenig verdnnter Schwefelsure in das Sulfat und verdnnt unter Zugabe von 5 g Ammonium- sulfat, 30 ccm konzentriertem Ammoniak und 1 g Natriumacetat auf 150 ccm. Hierauf elektrolysiert man bei Zimmertemperatur entweder bei ruhender Elektrolytflssigkeit mit einer Stromstrke von 0,5 bis 1 Ampere oder aber unter Rhrung, die mechanisch oder nach Frary elektromagnetisch be- wirkt werden kann, mit 4 Ampere unter Benutzung einer Cl. Wink! ersehen Draht- netzelektrode. Im ersteren Falle dauert die Elektroanalyse 3 Stunden, im letzteren Falle ca. 25 Minuten. Das Kobalt scheidet sich fest haftend als graues Metall an der Kathode ab, die nacheinander mit Wasser, Alkohol und Aether gewaschen und sodann getrocknet und gewogen wird. 8." Spezielle Chemie. 8a) Allgemeines Verhalten des Metalls. Das reine Metall ist bei gewhnlicher Temperatur in trockener Luft oder Sauerstoff bestndig, oxydiert Eisengruppe (Kobalt) 71 Das entsprechende Hydroxyd Co(OH) 2 ist ein rosagefrbter Niederschlag, welcher aus Kobalt(II)salzen mit Kalilauge entsteht und durch Oxydationsmittel wie Brom in schwar- Was s er s t off wird von Kobaltpulver nur j zes Co(OH) 3 bergefhrt wird, schwer absorbiert. Bei 700 ist die Absorption Kobalt(IIu.III)oxyd, Kobaltoxydul- erst mebar und erreicht bei 1000 den Wert | oxyd, Co 3 C* 4 bildet sich beim Rotglhen von 0,4 Volumina. Wasser dampf wird bei Kobalt(II)oxyd, Kobalt(II)hydroxyd, Kobalt- sich jedoch leicht in der Glhhitze. Reduziert man Kobaltoxyd bei Temperaturen von ca. 250 im Wasserstoffstrom, so besitzt das er- haltene Metall pyrophorische Eigenschaften, Rotglut Vereinigung zersetzt. Whrend Kobalt zur mit elementarem Stickstoff selbst oberhalb des magnetischen Um- wandlungspunktes bei 1050 keine Nei- gung besitzt, absorbiert es in der Klte bereits groe Mengen Stickstoffdioxyd und bildet die Verbindung Co 2 N0 2 . Erhitzt man teinverteiltes Kobalt in einer Kohlen oxyd- Atmosphre unter 100 Atmosphren Druck auf 150 bis 200, so kann man orangefarbene Kristalle der Zu- sammensetzung Co(CO) 4 isolieren, die bei 42 bis 46 unter Zersetzung schmelzen. Bei hohen Temperaturen zerlegt Kobalt kata- lytisch das Kohlenoxyd nach der Gleichung 2Co=C + C0 2 . Das Kobalt, welches unedler als Wasserstoff ist, lst sich langsam in kalter Salzsure und Schwefelsure auf, schneller bei Gegenwart von Platin, wahrscheinlich infolge Bildung von Lokalelementen", hn- lich wie beim Zink. Verdnnte Salpetersure bleibt in der Klte ohne Einwirkung, kon- zentrierte Sure greift das Metall stark an. Unter bestimmten Bedingungen tritt die Erscheinung der Passivitt auf. Gegen Kalilauge ist das Metall auch in der Hitze sehr bestndig. Setzt man das Metall als Anode in alkalischer Lsung der Wirkung des elek- trischen Stromes aus, so geht es, am besten bei Anwendung kleiner Stromdichten, in seiner niedrigsten Oxydationsstufe (CoO) kolloidal mit blauer Farbe in Lsung. Trotz der groen Aehnlichkeit mit dem Nickel unter- scheidet sich das Kobalt von ihm durch die grere Bestndigkeit seiner Oxyd(III)ver- bindungen, die in Form von Komplexver- bindungen eine groe Rolle spielen und auf deren Bildung wichtige Trennungen beider Metalle beruhen. Die wasserhaltigen Salze sind karmoisinrot, die wasserfreien lila bis blau gefrbt. Beim starken Erhitzen ver- lieren die Salze ihre Sure, falls dieselbe flch- tig ist, und gehen in Oxyde ber. 8b) Verbindungen mit Sauerstoff und mit Schwefel. Von den existenz- fhigen Oxyden besitzen die folgenden Be- deutung. (Il)carbonat, -nitrat oder -Oxalat an der Luft oder in Sauerstoff. Es ist ein schwarzes Pulver und bildet kristallisiert stahlglnzende, mikro- skopische Oktaeder. Bei Weiglut geht es unter Sauerstoff entwickelung in CoO ber. In Suren ist es, mit Ausnahme von kon- zentrierter H 9 SO d , unlslich. Kobalt(III)oxyd, Co 2 3 , entsteht durch gelindes Glhen von entwssertem Kobalt- nitrat und bildet ein braunschwarzes Pulver. Durch Oxydation von Kobaltsalzen, nament- lich in alkalischer Lsung, erhlt man hydrati- siertes Co 2 3 von wechselnder Zusammen- setzung. Alle diese Oxyde lsen sich in Suren unter Sauerstoffentwickelung, in Salzsure speziell unter Chlorentwickelung, da Co-Jon in wsseriger Lsung ganz unbestndig ist (vgl. Abschnitt 6 Elektrochemie"). Kobaltige Sure, H 2 Co0 3 . Durch Versetzen von Kobalt(II)lsung mit Natrium- carbonat und Wasserstoffsuperoxyd erhlt man grne Lsungen, in denen wahrschein- lich Derivate der kobaltigen Sure, H 2 Co0 3 , abgeleitet vom Oxyd Co0 2 , enthalten sind. Kobaltsulfid. Durch Einwirkung von Schwefel oder Schwefelwasserstoff auf glhen- des Metall oder Kobaltoxyde entstehen Sulfide wechselnder Zusammensetzung. Durch Fllen einer Kobaltsalzlsung mit Schwefelammon entsteht hydratisiertes CoS, welches merk- wrdigerweise in verdnnten Suren unls- lich ist (vgl. NiS, Qualitative Analyse). Von konzentrierter Salpetersure oder Knigs- wasser werden alle Kobaltsulfide gelst. 8c) Salze des zweiwertigen Ko- balts, K o b a 1 1 o v e r b i n d u n g e n . Kobalt(II) chlorid, Kobaltchlorr, CoCl 2 , erhalten durch Einwirkung von Chlor auf Metall oder bequemer durch Lsen von metalli- schem oder oxydiertem Kobalt(CoOod.Co 2 3 ) in Salzsure ist als wasserfreies Salz blau ge- frbt. Die Lsung besitzt, entsprechend der Farbe des Co -Tons, rote Frbung. Auch das aus wsseriger Lsung mit 6 Mol H 2 kristalli- sierende Salz bildet rote gefrbte Prismen, geht jedoch in trockener Luft in das violette Hydrat CoCl 2 .2H 2 ber. 100 g gesttigte Kobalt(II)oxyd, Kobaltoxydul, CoO, I Lsung enthalten bei 25 34,4 g wasserfreies stellt ein graugrnes, an der Luft unvernder- j Salz. Wie aus der Lslichkeitskurve ersicht- liches, unmagnetisches Pulver dar. Es entsteht , lieh ist, erfolgt bei 25 Umwandlung des beim Glhen des Metalls im Wasserdampf- 6-Hydrats in 2-Hydrat, bei 50 Umwandlung strm oder beim Glhen des Hydroxyds oder in wasserfreies Salz. Durch Zusatz von Salz- Carbonats in indifferenter Atmosphre. Bei sure oder von Chloriden wie CaCl 2 oder LiCl Weiglut ist allein CoO bestndig. Von ! zu der wsserigen Lsung tritt Farbenum- Suren wird es zu Kobalt(II)salzen gelst, schlag in Blau ein, offenbar infolge von Bildung 72 Eisengruppe (Kobalt Nickel) der blau gefrbten Anionkomplexe CoCl 3 ' bezw. C0CI4". CoCl 2 ist auch in vielen or- ganischen Lsungsmitteln lslich. Kobalt(II)bromid, CoBr 2 , und Ko- balt(II) Jodid, CoJ 2 , knnen direkt durch Vereinigung von gepulvertem Kobalt mit Brom bezw. Jod in der Hitze erhalten werden. CoBr 2 bildet wasserfrei glnzende, grne Kristallblttchen, die sich in Wasser mit roter Farbe lsen. Verdunstet man die Lsung vor- sichtig, so bekommt man das 6-Hydrat als rote, bei 100 schmelzende Kristallmasse. Aus der Schmelze entweicht Wasser, und beim Erkalten hinterbleibt das 2-Hydrat als purpurblaue Masse. Bei 130 entweichen die letzten beiden Molekle Wasser und man erhlt wieder das grne Salz CoBr 2 . Kobalt(II)- jodid bildet wasserfrei eine graugrne, schmelzbare Masse, die sich in wenig Wasser grn, in viel Wasser rot auflst. Aus der Lsung knnen durch vorsichtiges Abdunsten die grngefrbten 2- und 4-Hyclrate bezw. die rotgefrbten, sehr unbestndigen 6- und 9-Hydrate gewonnen werden. Kobalt(II)sulfat, CoS0 4 +7H 2 bildet sich beim Auflsen von Kobalt in Schwefel- sure und kristallisiert in luftbestndigen, roten, monoklinen Prismen, die beim Erhitzen Kristallwasser verlieren und beim starken Glhen auch Sure abgeben. 100 g ge- sttigte Lsung enthalten bei 20 26,58 g wasserfreies Salz. Auer dem 7-Hydrat existieren noch eine Reihe anderer Hydrate. Ueber die Umwandlung in Kobalt(III)sulfat vgl. Abschnitt 6 Elektrochemie". Auch zur Bildung von Alaunen ist das Kobalt(III)- sulfat befhigt. Kobalt(II)nitrat, Co(N0 3 ) 2 +6H 2 ent- steht durch Lsen von metallischem Kobalt oder dessen Hydroxyd bezw. Carbonat in Salpetersure und kristallisiert in mono- klinen Kristallen, die bei 56 schmelzen und in das Trihydrat bergehen. Weitere Wasser- abspaltung ist mit gleichzeitiger Zersetzung verbunden. 100 g der bei 18 gesttigten Lsung enthalten 49,78% wasserfreies Salz. Kobalt(II) orthosilikat erhlt man durch mehrstndiges Erhitzen eines innigen Gemisches von CoO und CoCl 2 mit einem groen Ueberschu von amorphem Si0 2 auf Rotglut. Es hinterbleibt nach dem Extra- hieren mit KOH und H 2 als ein blau- violettes Pulver. Das Kalium- oder Natrium- kobalt(II)orthosilikat ist der frbende Be- standteil der in der Keramik als blauer Farb- stoff verwendeten S malte. Kobaltcarbonate existieren in mannig- fachen Zusammensetzungen. Das normale hellrote C0CO3 verliert schon bei geringem Erhitzen Kohlensure und geht in Co 3 4 ber. Kobaltaluminat entsteht durch Glhen von A1 2 3 mit Kobaltnitrat und ist bekannt unter dem Namen Thenards Blau. c <; Me K b alt(II) x y d - Z i n k x y d , erhalten durch Glhen von Zinkoxyd mit Kobaltoxyd, bildet das sogenannte Rinmanns Grn. 8d) Komplexe Verbindungen. Von groer Bedeutung, praktisch sowohl wie theo- retisch, sind die komplexen Kobaltverbindun- gen. Whrend die vom zweiwertigenMetallsich ableitenden Komplexverbindungen wie beim Nickel infolge ihrerUnbestndigkeit von unter- geordneter Bedeutung sind, bilden diejenigen des dreiwertigen Metalls wichtige, beraus bestndige, schn gefrbte Verbindungen. Die Koordinationszald, d. h. die Maximalzahl der Molekle (Ionen -j- Neutralteile), welche das Zentralion zu binden vermag, betrgt sechs. Kobaltammin Verbindungen. Von allen Ammoniakmetallen sind die Kobaltsalze am vollkommensten studiert worden. Die Konstitution der Hexamminkobaltsalze, die durch Einwirkung von Ammoniak auf Kobalt- salze bei Gegenwart von Sauerstoff entstehen, entspricht der Strukturformel: [Co(NH 3 ) 6 ]X 3 , wo X einen Surerest wie Cl', N0 3 ', N0 2 ', SCN' usw. bedeutet, NH 3 durch Pyridin, Aethylen- diamin, H 2 und andere Reste ersetzt werden kann. Aus dieser Reihe sind naturgem (vgl. Platin" im Artikel Osmiumgruppe") wiederum am interessantesten die Tetrammin- und die Diamminverbindungen vom Typus (NH 3 )J X uni L (Me = einwertiges Metall), zwei stereoisomeren Formen existieren knnen. Die physikalischen Unterschiede dieser Ver- bindungen kommen schon charakteristisch durch die verschiedenartigen Frbungen zum Ausdruck, indem die Salze der cis(1.2)-Reihe (vgl. den Artikel Platin") rotgelb bis violett (Flavo- und Violeoreihe) und die trans(1.6)-Salze gelb bis grnblau (Croceo- und Praseoreihe) gefrbt sind. Eine Besttigung der Koordinationslehre (s. den Artikel Valenzlehre") ist neuerdings durch das Studium der(Aethylen- diamin enthaltenden Komplexverbin- dungen erbracht worden, indem es nmlich Werner gelungen ist, Verbindungen wie die 1.2- Chloroammindithylendiaminkobalti- salze oder die 1.2-Dinitrodithylendiamin- kobaltisalze mittels Bromkampiersulfo- | sure in die optischen Antipoden zu spalten. Die optische Aktivitt ist hier durch das Auftreten zweier Spiegelbildisomeren in der cis-Reihe bedingt. Kobaltinitrito Verbindungen. In die- ser Gruppe interessieren neben den stereoiso- meren eis- und trans-Dinitrotetramminko- baltiverbindungen (Flavo- bezw. Croceosalze) und ihren Derivaten namentlich die sich von der Hexanitritokobaltiwasserstoffsure ab- leitenden Alkalisalze z. B. das K 3 |Co(N0 2 ) 6 ] wegen ihrer Bedeutung fr die analytische Chemie (s. Absatz 7, qualitative Analyse). ^(NH 3 ) 2 da sie beide 111 Eisengruppe (Kobalt - - Nick']) '3 Kobalticy an verbin dngen. Auch von diesen Verbindungen besitzen die bereits im Abschnitt Analytische Chemie" er- whnten das komplexe Kobalticyanion [Co(CN) 6 ]'" enthaltenden Alkalisalze Bedeu- tung, da das Kobalt hier in wsseriger Lsung in keiner Weise durch Fllungsreaktionen nachweisbar und hierdurch eine Trennung des Nickels vom Kobalt gegeben ist. 9. Thermochemie. Bildungswrmen der wichtigsten Kobaltverbindungen fr je lg-Mol. in g-Kalorien: Bildungs wrme CnCl, 76 500 cal CoBr 2 , Aqua*) 72900 ,, CoJ.,, Aqua 42 500 ,, Co 63800 ,, Co(OH), 63400 ,, Co(OH), 74 7 .1 CoS, xH.O 21 700 ,, C0SO4, Aqua 230500 CoS0 4 .7H 2 2345 ,, Co(N0 3 )o, Aqua H4 4 19 Co(N0 3 ) 2 .6H 2 119 300 *) Aqua bedeutet wssrige Lsung. 10. Spektralchemie. Kobaltsalze liefern kein verwendbares Fl a m nie n spekt.ru m, dagegen erhlt man mit Hilfe des einfachen elektrischen Funkens ein charakte- ristisches, linienreiches Spektrum, aus dem folgende Linien hervorzuheben sind: Hell- grne Linie 564,1, grne Linien 548,3, [535,3, 534,0], [528,0, 526,7], 521,2, 515,4, blaue Linien 486,8, 484, 481,5, 479,3, eine indigo- blaue Linie 453,3, und eine violette Linie 411,9. Die kursiv gedruckten Linien sind be- sonders deutlich zu beobachten. Die brigen Linien siehe bei J. M. Eder und E. Valenta, Atlas typischer Spektren, 2 Teile, herausgegeben von .der Kaiserl. Akad. d. Wissenschaften, Wien 1911, und in der Neuauflage der Wellenlngentabellen von Exner und Haschek, Leipzig und Wien 1911, Franz Deuticke. Die Lsungen der einfachen Kobaltsalze liefern kein sehr charakteristisches Ab- sorptionsspektrum, wohl aber alkoholische oder salzsaure Lsungen von Kobalt(II)- chlorid. Besonders geeignet zur spektral- analytischen Untersuchung sind die kom- plexen Kobaltrhodanide, von denen die grnlichblauen amylalkoholischen Lsungen durch charakteristische Absorptionsstreifen ausgezeichnet sind. Literatur s. unter Nickel". F. Sommer. c) Nickel. Ni. Atomgewicht 58,68. 1. Atomgewicht. 2. Vorkommen. 3. Ge- schichte. 4. Darstellung und Verwendung. 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. 6. Valenz und Elektrochemie. 7. Analytische Chemie. 8. Spezielle Chemie. 9. Thermo- chemie. 10. Spektralchemie. 11. Kolloidchemie. 1. Atomgewicht. Das Atomgewicht des Nickels besitzt den Wert nach der Atomge- wichtstabelle fr das Jahr 1912 58,68. 2. Vorkommen. In gediegenem Zustande findet sich Nickel im Meteoreisen, welches 2 bis 8% enthlt. Ferner kommt es in Ver- bindung mit Schwefel und Arsen namentlich im Erzgebirge vor und bildet mit diesen Ele- menten den Nickel- oder Haarkies NiS, das Arsennickel NiAs, auch Rotnickelkies oder Kupfernickel genannt, das Weinickelerz NiAs 2 , den Nickelglanz oder Gersdorf fit NiS 2 +NiAs 2 , ferner die Nickelblte Ni 3 As 2 O s + 8H 2 0, ein Zersetzungsprodukt der nickel- haltigen Kiese. Auch existieren Verbindungen, in denen an Stelle von Arsen das Antimon ge- treten ist. Das technisch wichtigste Erz ist der Garnierit, ein wasserhaltiges Nickelsilikat, das mit Magnesiumsilikaten gemengt ist und hauptschlich bei Noumea auf Neukaledonien, ferner auch in Oregon gefunden wird. Ein weiteres reiches Nickellager ist das von Sud- bury in Kanada, wo nickelhaltiger Magnet- und Kupferkies vorkommt. Als Begleiter enthalten die Nickelverbindungen meist die analogen Kobaltverbindungen. 3. Geschichte. In den ltesten Zeiten verwendeten die Chinesen bereits das Nickel zur Herstellung von Packfong, einer dem Neusilber entsprechenden Cu,Zn.Ni-Le2,ie- rung. In Europa wurde das Nickel im Jahre 1751 von Cronstedt im Arsennickel ent- deckt und als neues Metall erkannt. Die Ver- httung der Erze, die erst im Jahre 1824 ver- sucht wurde, begann in groem Mastabe erst vor ungefhr 35 Jahren seit der Auf- findung der Nickelerze in Neukaledonien und Kanada. 4. Darstellung und Verwendung. Wh- rend die D ar s t e 1 1 u n g des Nickels im kleinen keine Schwierigkeiten bereitet die Re- duktion der Oxyde durch Wasserstoff oder mittels Kohle, ferner starkes Glhen von oxalsaurem Nickel fhren leicht zum Metall , ist die technische Verarbeitung ein schwieriger und verwickelter Proze. So wurde reines Nickel berhaupt erst seit Entdeckung der Garnieritlager hergestellt. Der Gang des Garnieritprozesses ist folgender. Durch eine Art Hochofenbetrieb werden die gersteten Silikate mit Koks und Zuschlgen reduziert und verschmolzen. Das so erhaltene kohle-, silicium- und eisenhaltige Rohnickel wird in einem Bessemer Converter oder Martin- Siemensofen verblasen, wobei die Kohle ver- brennt und das Eisen und Silicium verschlackt. Das zugleich oxydierte Nickel mu weiter reduziert werden. Elektrolytisch lt sich aus Nickelammoniunisulfatlsungen leicht ganz reines Metall abscheiden. 74 Eisengruppe (Nickel) Die Verwendung des Metalls ist eine mannigfaltige. In Verbindung mit Kupfer (75% Cu+25% Ni) wird es als Mnzmetall fr Nickelgeld verwendet. Das Neusilber oder auch Argentan, Alfenide, Alpacca ge- nannt, besteht aus Kupfer, Nickel und Zink und enthlt diese Metalle durchschnittlich im Verhltnis 5:2:2. Einen ungeheuren Ver- brauch an Nickel bedingt die Nickelstahl- fabrikation mit 2 bis 8% Nickel fr Panzer- platten. Die Nickelstahle besitzen eine Zhig- keit, die doppelt so gro wie die des gewhn- lichen Stahles ist. Bemerkt sei an dieser Stelle, da ein Nickelstahl von 36% Ni einen Ausdehnungskoeffizient < 0,000002 besitzt, und unter dem Namen Inwar zur Herstellung von Przisionsinstrumenten verwendet wird. Eine weitereVerwendung findet das Reinnickel zur Herstellung von Kochgeschirren, doch ist diese Art der Verwendung nicht unbedenklich bei der Angreifbarkeit des Metalls durch saure oder stark gesalzene Speisen, wenn man die physiologische Wirksamkeit der giftigen Nickelsalze bedenkt. Jedenfalls drfen nur erstklassige Fabrikate verwendet werden. Auch galvanisch vernickelte Gefe besitzen, da Nickel auf Eisen, Kupfer, Zink und auch Messing gut haftet, technische Bedeutung. 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. Das Nickel ist ein stark gln- zendes, silberweies, leicht magnetisierbares Metall von groer Zhigkeit und Dehnbarkeit, soda es zu stannioldnnen Platten ver- arbeitet und zu haarfeinem Draht gezogen werden kann. Das Metall ist strengflssig wie Stabeisen und lt sich wie dieses schmieden, schweien und walzen. Der Schmelzpunkt liegt bei 1435. Das Metall besitzt bei 360.8 einen Uniwandlungspunkt, bei wel- chem es in eine unmagnetische Modifi- kation bergeht. Nickel verflchtigt sich bei der Temperatur des Knallgasgeblses und kann unter Anwendung starker elektrischer Strme leicht destilliert werden. Physikalische Konstanten. Das spezifische Gewicht betrgt fr ge- schmiedetes Nickel D 1/ = 8,82 bis 8,93"je nach der Darstellungsweise des Metalls. Die Hrte ist nach der Mohsschen Skala 3,8. Der lineare Ausdehnungskoeffizient betrgt zwischen und 300: a t =10~ 8 (1280+ 0,75t + 0.0035 t 2 ). Die spezifische Wrme besitzt fr das Intervall 185 bis +20 den Wert 0,0918, fr 15 bis 100 den Wert 0,10842. Die elektrische Leitfhigkeit betrgt bei 14,42 x 10*. 6. Valenz und Elektrochemie. Das Nickel ist ein vorwiegend zweiwertiges Metall. Die Zweiwertigkeit kommt vor allem in der Isomorphie seines Sulfats mit dem Magne- siumsulfat, ferner in der seines Chlorids und Nitrats mit den entsprechenden Kobalt(II)- salzen zum Ausdruck. Dreiwertig ist das Nickel im Ni 2 3 , Nickel(III)oxyd, von dem jedoch bis jetzt noch keine Salze bekannt sind. Nickelperoxyd, Ni0 2 , welches in zwei iso- meren Formen vorkommt, reprsentiert in der Form des schwarzen Oxyds vielleicht vierwertiges Nickel. Da das Nickel in Salz- form ein streng zweiwertiges Metall vorstellt, hat man es in Lsung nur mit dem grn ge- frbten Ni-Ion zu tun. Die Farbe der dunkel- roten Lsungen, die beispielsweise durch Ein- wirkung von Ozon auf mit Nickelsalz ver- setzte Kaliumbicarbonatlsung oder durch anodische Auflsung von Nickel entstehen, stammt nicht von gebildeten Nickel(III)- verbindungen, also Ni*"-Ionen, sondern stellt eine kolloidale Lsung von Ni0 2 vor. Nickel- (Il)salze sind in wsseriger Lsung schwach hvdrolysiert. NiS0 4 nach dem Schema: Ni- + 20H' ^ Ni(OH) 2 , Nickelchlorid da- gegen in folgender Weise: /Cl NiCk+OH'^Ni<^ tT OH Das dem Vorgang Ni - Ni" entsprechende Normalpotential (bezogen auf die Einheits- konzentration lg Formelgewicht im Liter die Normalwasserstoffelektrode als Nullpunkt) betrgt -- 0,22 Volt. Das Vor- zeichen entspricht der Ladung der Elektrode. Wie das Kobalt, kommt auch Nickel, allerdings nur in zweiwertiger Form, als kom- plexes Ion vor. [Ni (NH 3 ) e ]-\ [Ni(CN) 4 ]" sind die bekanntesten Beispiele. 7. Analytische Chemie, a) Qualita- tive Analyse. Mit Kohle und Soda vor dem Ltrohr erhitzt, geben Nickel- verbindungen magnetische Metallflitterchen. Perlreaktionen. In der Phosphorsalz- perle geben Nickelverbindungen in der Oxy- dations- und Reduktionsflamme fast gleiche Frbungen, in der Hitze eine dunkelrote, in der Klte je nach Konzentration eine gelb- braune bis grnlichgelbe. In der Boraxperle liefert namentlich die obere Reduktions- flamme metallisches Nickel, so da die Perle farblos erscheint. Reaktionen auf Nickel(II)salze bezw. auf Ni" -Ionen. Schwefelammon gibt einen schwarzen Niederschlag von NiS, der in Essigsure und 4% kalter Salzsure unlslich, in konzen- trierter Salpetersure und Knigswasser leicht lslich ist. NiCl 2 +(NH 4 ) 2 S=NiS+2NH 4 Cl Das bei dieser Fllung leicht in kolloi- daler Form in Lsung gehende NiS kann am besten durch Zusatz von Essigsure und lngeres Aufkochen ausgeflockt werden. Da NiS in 4 % Salzsure praktisch un- lslich ist, so sollte es eigentlich auch aus saurer Lsung durch Schwefelwasserstoff ge- Eisengruppe (Nickel) 75 fllt werden. Der Grund liegt wahr- scheinlich in einer auerordentlichen Trg- heit der Fllung, also einer charakteristischen Uebersttigungserscheinung. Natronlauge fllt grnes, im Ueber- schu des Fllungsmittels unlsliches Nickel(II)hydroxyd, das sich an der Luft nicht verndert. NiC] 2 +2NaOH=Ni(OH) 2 +2NaCl Durch Brom, Chlor oder unter- chlorige Sure wird es zu schwarzem Nickel(III)hydroxyd oxydiert. 2Ni(OH) 2 +0+H 2 0=2Ni(OH) 3 Ammoniak fllt in neutralen, ammon- salzfreien Lsungen grnes basisches Salz, das sich in berschssigem Ammoniak oder Ammoniumchlorid unter Komplexsalz- bildung mit blauer Farbe lst /OH Hi<( + 5NH 3 +H 2 0=[Ni(NH 3 ) 4 ](OH) 2 + NH 4 C1 Natrium- oder Kaliumcarbonat fllen apfelgrnes Nickelcarbonat. Cyankalium erzeugt eine hellgrne Fl- lung von Nickel(II)cyanid, die sich im ber- schssigen Fllungsmittel zu dem gelben Kaliumsalz der komplexen Nickel(II)cyan- wasserstoffsure lst. Ni(CN) 2 + 2KCN = K 2 [Ni(CN) 4 ] Aus dieser beim Kochen sich nicht ver- ndernden Lsung wird zum Unterschied von Kobalt durch Natronlauge und Brom schwar- zes Nickel(III)hydroxyd abgeschieden. CH 3 .C=NOH a-Dimethylglyoxim : CH 3 .C = NOH (Tschugaeffs Reagenz) gibt in essigsaurer oder ammoniakalischer Lsung eventuell erst beim Aufkochen noch bei einer Verdnnung von 1:400000 einen voluminsen roten Nieder- schlag von: CH,.C = NO Ni ON = C.CH, CH 3 .C C.CIL NOH HON (Unterschied von Kobalt). Sind bei Ausfhrung dieser Reaktion viel Kobalt(II)salze zugegen, so fhrt man diese erst durch Ammoniak und Wasserstoffsuper- oxyd in Kobalt(III)ammmsalze ber, zerstrt das berschssige H 2 2 durch Kochen und fllt erst jetzt mit dem Reagenz. So lt sich 0,1 mg Nickel in Gegenwart von 500 mg Kobalt noch nachweisen. Dicyandiamidinsalz fllt bei Gegen- wart von berschssiger Kalilauge alles Nickel als Dicyandiamidinnickel: (C 2 H 5 N 4 0) 2 .Ni + 2H 2 in Form von feinen gelben Nadeln, die in ammoniakhaltigem Wasser quantitativ unlslich sind. Unterschied von Kobalt. Grere Mengen von Ammonsalzen sind, da sie lsend wirken, bei der Fllung zu ver- meiden (siehe auch unter quantitativer Analyse). b) Quantitative Analyse, a) Be- stimmung als Nickeldimethylgly- oxim. Zu der siedend heien neutralen, hchstens ganz schwach sauren, Nickelsalzl- sung, die nicht mehr als 0,1 g metallisches Ni auf 200 ccm enthalten soll, setzt man etwa die fnffache Menge Dimethylglyoxim in Form 1 prozentiger alkoholischer Lsung, macht ganz schwach ammoniakalisch und filtriert am besten durch einen Neubauer-Platintiegel. Man wscht mit heiem Wasser aus und trocknet bei 110 bis 120. Man wgt: NiC H 14 N 4 4 . ) Bestimmung als Dicyandiami- dinnickel. Man setzt zu der mglichst neu- tralen kalten Nickelsalzlsung auf zirka 0,1 g Nickel 2 g Dicyandiamidinsulfat, welches in heiem Wasser gelst ist. Hierauf fgt man einige ccm Chlorammonlsung und reichlich ; Ammoniak hinzu, worauf man unter stndigem Umrhren mit berschssiger 10 prozentiger Kahlauge bis zum Farbenumschlag von blau | in gelb versetzt. Der sich in feinen Nadeln ; absetzende Niederschlag wird noch einige Stunden stehen gelassen, sodann am besten durch einen Goochtiegel filtriert, mit ammoniakhaltigem Wasser gewaschen und bei 115 getrocknet. Man wgt fleisch- farbenes (C 2 H 5 N 4 0) 2 Ni. Beide Methoden (a und ) fllen Kobalt nicht aus. c) Elektroanalyse. Die elektroanaly- tische Bestimmung des Nickels kann unter ganz denselben Bedingungen wie die des Kobalts vorgenommenwerden(vgl. ,,K o b alt", Elektroanalyse). 8. Spezielle Chemie. 8a) Allgemeines Verhalten des Metalls. Reines Metall ist bei gewhnlicher Temperatur an der Luft unvernderlich, berzieht sich jedoch beim Erhitzen in Luft oder Sauerstoff mit einer Schicht von NiO, wobei gleichzeitige An- wesenheit von Feuchtigkeit die Oxydations- geschwindigkeit begnstigt. Fein verteiltes Metall besitzt, bei mglichst niederer Tempe- ratur durch Reduktion mittels Wasserstoff gewonnen, pyrophorische Eigenschaften, ver- liert dieselben jedoch, wenn es einige Zeit im Wasserstoffstrom auf hhere Temperaturen erhitzt wird. Wird porses Metall lngere Zeit als Kathode in angesuertem Wasser behandelt, so werden betrchtliche Mengen Wasserstoff absorbiert. Wasserstoffabsorp- tion tritt auch direkt beim Erhitzen in einer H 2 -Atmosphre ein, und zwar beginnt sie bereits unterhalb 200, nimmt mit der Temperatur zu und betrgt bei 1000 rund 1 Volumen. Wie beim Platin erfolgt auch hier die Absorption nicht nach dem einfachen Henry sehen Gesetz, sondern sie 76 Eisengruppe (Nickel) ist der Quadratwurzel aus dem Wasserstoff- druck proportional. Ammoniak wird von fein verteiltem Nickel bereits bei miger Hitze in Stickstoff und Wasserstoff zersetzt; Neigung zur Nitridbildung scheint wie beim Kobalt nicht vorhanden zu sein. Interessant ist das Verhalten von fein verteiltem reduziertem Nickel gegen Kohlenoxyd. Zwischen 30 und 60 verbinden sich beide, besonders leicht unter Druck, zu dem sehr flchtigen Nickel- tetracarbonyl, einer farblosen, leichtbeweg- lichen, sehr giftigen, bei 43 siedenden Flssigkeit, die schon bei 155 in umkehr- barer Reaktion wieder in ihre Komponen- ten zerfllt. Au diesem Verhalten beruht der Mondsche Proze zur Darstellung von reinem Nickel. Bei hohen Temperaturen spaltet Nickel Kohlenoxyd katalytisch in Kohle und Kohlensure. Von Wasser ist Nickel auch in feinster Verteilung unangreifbar. Nickel lst sich nur langsam in verdnnter Phosphorsure, Schwefelsure und Salzsure unter H 2 -Entwickelung zu den entsprechen- den zweiwertigen Salzen auf. Auch konzen- trierte Schwefelsure greift das Metall nur sehr schwierig an. Leicht lslich ist es in verdnnter Salpetersure ; kalte konzentrierte Salpetersure macht das kompakte Metall passiv. Gegen Kalilauge ist Nickel, auch in der Hitze, sehr bestndig. Nickelbleche finden daher als Elektroden im Knallgascoulometer, in dem aus der Menge des aus Natronlauge entwickelten Wasserstoff- Sauerstoffgemenges die Stromstrke bestimmt wird, vielfach Verwendung. Fein verteiltes Nickel katalysiert in hohem Mae eine Reihe von Reduktions- prozessen, und spielt deshalb namentlich in der organischen Chemie eine gewisse Rolle. Bei Temperaturen oberhalb 250 beschleunigt Nickel zum Beispiel die Bildung von CH 4 aus Kohlenstoff undWasserstoff, ferner die Reduk- tion von Aldehyd zu Alkohol, auch der Ueber- gang von der aromatischen in die sogenannte hydroaromatische Reihe vollzieht sich in vielen Fllen leicht und gestattet die Synthese von Verbindungen, die sonst schwer zu- gnglich waren. 8b) Verbindungen mit Sauerstoff und Schwefel. Nickel(II)oxyd, Nickeloxydul, NiO, entsteht beim Glhen von Nickel(II)hydroxyd oder Carbonat unter Sauerstoffabschlu und bildet ein grnlich graues, surelsliches, unmagnetisches Pulver. Es ist wie CoO bei hohen Temperaturen das einzig bestndige Oxyd, da bei anhaltendem Glhen smtliche Oxyde in NiO bergehen. Nickel(II)hydroxyd, Nickelhydr- oxydul, Ni(OH) 2 , durch Fllen eines Nickel- salzes mit Kali- oder Natronlauge erhalten, bildet einen gelatinsen, apielgrnen Nieder- schlag, der sich in Ammoniak unter Komplex- bildung lst. Die dabei auftretende Blau- frbung ist auf das Entstehen der positiv geladenen Ionen Ni(NH 3 ) 4 " resp. Ni(NH 3 ) 2 - zurckzufhren. Tn wsseriger Lsung spaltet das Hydrat beim Kochen kein Wasser ab, erst bei strkerem trockenen Erhitzen bildet sich NiO. NickeHIL IIDoxyd, Nickeloxydul- oxyd, Ni 3 4 , kann durch Erhitzen vonNiCl 2 im Sauerstoff strm bei 350 bis 400 erhalten werden und stellt ein grauschwarzes Pulver dar, welches sich in Salzsure unter Chlor- entwickelung lst. Nickel(III)oxyd, Ni 2 3 , bildet sich bei gelindem Erhitzen von fein gepulvertem Nickelnitrat als schwarzes Pulver, das durch anhaltendes starkes Glhen ebenso wie Ni 3 4 in NiO bergefhrt wird. In Salzsure ist es unter Chlorentwickelung, in Schwefelsure und Salpetersure unter Sauerstoffentwickelung zu den gewhnlichen Salzen des zweiwertigen Nickels lslich. Auch Ammoniak wirkt unter Stickstoff entwickelung lsend. Ni 2 3 .3H 2 0, das normale, unter Wasser dunkelbraun gefrbte Hydrat, bildet sich stets durch Zugabe von unterchlorig- oder unter- bromigsauren Salzen zu Nickelsalzen bei Zimmertemperatur. Es verhlt sich beim Lsen wie das Oxyd. Nickeldioxyd, Nickelsuperoxyd Ni0 2 , kommt in zwei isomeren Modifikationen vor. Schwarzes Dioxyd entsteht am sichersten aus mit berschssigem Kaliumcarbonat alkalisch gemachten Nickellsungen durch Oxydation mit Alkalihypobromit bei 0. Die grne Modifikation bildet sich entweder aus freiem Nickel(II)hydroxydundWasserstoffsuperoxyd oder besser aus dem aus alkoholischer NiCl 2 - Lsung mittels KOH frisch gefllten Hydr- oxyd. Es besitzt grngraue Farbe und hat ein pulveriges Aussehen. Die chemische Zu- sammensetzung ist Ni0 2 .H 2 0. Das schwarze Dioxyd bildet im Edisonakkumulator den wesentlichen Bestandteil der Anode. Von den Verbindungen des Nickels mit Schwefel existieren die folgenden: Ni 3 S 2 , NiS, Ni 3 S 4 , NiS 2 , auerdem wahrscheinlich noch Ni 6 S 5 . Das gewhnliche hydratisierte Nickel (II) - sulfid,Nickelsul fr, NiS, erhlt man leicht aus Nickelsalzlsungen durch Fllen mit Schwefelammon, wobei das NiS groe Neigung zeigt, kolloidal in Lsung zu bleiben. Es ist in verdnnten Suren sehrweniglslich. Durch Zusammenschmelzen von Nickel und Schwefel unter Atmosphrendruck kann NiS nicht er- halten werden, da der Dampfdruck des Schwefels im NiS bei Schmelztemperatur grer als eine Atmosphre ist. Von allen Schwefelverbindungen des Nickels ist nur Ni 3 S 2 bei Schmelztemperatur bestndig. 8c) Salze des Nickels. Von Salzen des Nickels kennt man nur Derivate des Eisengruppe (Nickel) Eiszeiten 77 zweiwertigen Metalls. Alle bisherigen An- gaben ber Nicke] (Ill)salze beruhen auf Irrtmern. Nickel (II) chlorid, Nickelchlor r, NiCl 2 , entsteht wasserfrei durch Einwirkung von Chlor auf fein verteiltes Nickel. Die sehr lebhaft verlaufende Reaktion liefert gelbe, glnzende, dem Mussivgold hnliche Kris- tallschuppen. Auch durch Abdampfen von in HCl gelstem Nickel erhlt man es als braungelbe Masse. Es sublimiert ohne zu schmelzen und lst sich mit grner Farbe in Wasser. Auch in Alkohol ist NiCl 2 lslich. Von den Hydraten ist das grasgrne 6-Hydrat dasjenige, welches bei Zimmer- temperatur aus wsseriger Lsung stets auskristallisiert. In 100 Teilen Wasser lsen sich bei mittlerer Temperatur 60 g NiCl 2 - 6H 2 0. Nickel(II)bromid, NiBr 2 , durch Ein- wirkung von Bromdampf auf dunkelrot glhende Nickelfeile erhalten bildet nach dem Sublimieren je nach dem Aggregat- zustand strohgelb bis bronzebraun gefrbte Schuppen. Es lst sich in Wasser, wie alle Nickelsalze, mit grner Farbe. Nickel( II) Jodid, NiJ 2 , kann durch Erhitzen von Nickelpulver mit Jod im evakuierten zugeschmolzenen Rohr bei 500 erhalten werden. Von den Nickelsulfaten, die sich beim Auflsen von Metall in Schwefelsure bilden, ist das dem Ferrosulfat entsprechende 7-Hydrat das wichtigste. Es bildet schn smaragdgrne, mit Magnesiumsulfat isomorphe rhombische Kristalle. In 100 g Wasser lsen sich bei 15 34,19 g NiS0 4 . 7H 2 0. Das Salz, welches an der Luft bereits verwittert, verliert bei gelindem Erhitzen smtliches Kristallwasser und nimmt hellgelbe Farbe an. Es bildet mit Alkalisulfaten Dop- pelsalze, die mit 6H 2 kristallisieren. Das Ammonsulfat-Doppelsalz findet Verwendung bei der galvanischen Vernickelung. Als Anode dient dazu eine Platte aus reinem Nickel, die das auf dem zu vernickelnden Gegenstand abgeschiedene Nickel kontinuier- lich nachliefert. Nickel(II)nitrat, Ni(N0 3 ) 2 , kristalli- siert aus wsseriger Lsung in smaragd- grnen Kristallen. Eine bei 20 gesttigte Lsung enthlt 49,06% Ni(N0 3 ) 2 . 8d) Komplexe Verbindungen. Die komplexen Nickelverbindungen leiten sich, im Gegensatz zum Kobalt, nur vom zweiwertigen Metall ab, besitzen aber ihrer geringen Bestndigkeit wegen keine Bedeutung. Zu erwhnen sind hier die bereits bei der quali- tativen Analyse (Abschnitt 7) besprochenen Ammoniak- und Cyankomplexe. 9. Thermochemie. Bildungswrme der wichtigsten Nickelverbindungen fr je 1 g- Mol. in g-Kalorien: Bildungswrmen NiCl, 74 500 cal NiBr 2 , Aqua*) 71 800 ,, NU, Aqua 41400 ,, NiO 59 7 Ni(OH), 60 800 ,, NiS.xH,0 19400 ,, NiS0 4 , Aqua 229400 ,, NiS0 4 , 7H.,o 233 600 Ni(N0 3 ) 2 , Aqua 113 200 Ni(N0 3 ) 2 , 6H.0 120700 ,, *) Amin bedeutet \\ ssricrp T.r'kiinp- 10. Spektralchemie. Nickelsalze geben in der Flamme kein brauchbares Spektrum, wohl aber unter Zuhilfenahme des elek- trischen Funkens. Die fr das Nickel besonders charak- teristischen Linien sind die grnen 547,7 und 508,1, ferner die blaue Linie 471,5. Die brigen Linien findet man in den Wellen- I lngentabellen (Literatur siehe beim Ko- 1 balt, Spektralchemie). Die wssrigen, grngefrbten Lsungen von Nickelsalzen absorbieren den roten und violetten Teil des Spektrums. Aehnlich verhalten sich die grnen, alkoholischen L- sungen von Nickelchlorr. Die Auslschungen der salzsauren und ammoniakalischenLsungen sind wenig charakteristisch. 11. Kolloidchemie. Kolloidales Nickel, welches durch kathodische Zerstubung von Eisen- oder Zinkdrhten mit elektro- ! lytisch vernickeltem negativem Pol entsteht, bildet eine braunschwarze, ganz unbe- stndige, durch Elektrolytzusatz sofort , koagulierende Flssigkeit, * Dieselbe Unbe- stndigkeit haftet auch den nach anderen Methoden dargestellten Solen an. Literatur. Gmelin-Kraut, Handbuch der an- organischen Chemie, Band V, Abt. 1. Heidel- berg 1909. F. Sommer. Eiszeiten. 1. Begriff und Wesen einer Eiszeit. 2. Verbrei- tung und Alter der Eiszeiten: a. Die quartre Eiszeit: a) Das nordeuropische Iniandeis. ) Gebirgsvergletscherung in Europa, y) Das nord- amerikanische Inlandeis, d) Die brigen Erdteile. a) Die zeitlichen Beziehungen zwischen den quartren Vereisungen, b. Die spt-palozoische Eiszeit: u) Verbreitung, ) Alter, c. Verbreitung und Alter der frh-palozoischen und algon- kischen Eiszeiten. 3. Geologische Wirkungen der Eiszeiten: a. Aufschttungen: a) Erratische Geschiebe. ) Grundmornen (Lokalmornen, dnnbankige Absonderung, Steinpflaster). Ge- schiebemergel. Geschicbelehm. Geschiebesand. 78 Eiszeiten Steinsohle. Tillit. y) Endmornen, Zungen- becken, Seenlandschaften. Drundins. Stein- strme. Solifluktion. <5) Schotterfelder. Hvit- bildurigen. Sandr. Stauseen. Sedimente (Bn- derton). Ose (Asar). Fluviatile Sedimente, Lss. b. Erosionen: a) Glttung. Rundhcker. Streifung. Scheuersteine (Faeettengeschiebe). Riesentpfe. Solle, ) Uebertiefte Tler. Riegel. Fjorde. Kare. y) Terrassen und Talfurchen. c. Schichtenstrungen. Stauchung. Ueber- schiebung. Staumornen. 4. Ursachen der Eis- zeiten: a) Methodologische Vorbemerkung, ) Klima der Vereisungen, y) Klima des Inter- glacials und der Schwankungen. 1. Begriff und Wesen einer Eiszeit. Als erkannt war, da nicht allgemeine Ueber- schwemmungen, sondern eine ber das gegen- wrtige Ma hinausgehende Ausdehnung der Gletscher fr das ltere Quartr charak- teristisch sei, stellte sich die Bezeichnung Eiszeit" gleichbedeutend neben das bisher bliche Diluvium". Spterhin zwang die Entdeckung anderer, lterer Vereisungen von mindestens gleichem Umfang dazu, dem Begriff Eiszeit" die rein zeitliche Be- deutung zu nehmen und ihn anzuwenden zur Beschreibung eines Zustandes, der sich mehrfach wiederholt hat und noch jetzt in Grnland, der Antarktis und den hheren Gebirgen besteht. Der ursprngliche, zeit- liche Sinn tritt noch zuweilen hervor, aber stets bezeichnet man nur die unmittelbar oder mittelbar durch Vereisungen abgesetzten, niemals die gleichalten Bildungen anderer Entstehung und anderer Orte als eiszeitlich. Die Anzeichen fr vorzeitliche Vereisungen bestehen in Gesteinen und Oberflchen- formen, die sich auch noch jetzt durch Gletscher herausbilden. Es sind lockere Anhufungen des vom Eis transportierten Schuttes, ferner glaciale Erosionen, leicht zerstrbare Wirkungen also, die bei lnger andauernder oder verstrkter Verwitterung und Abtragung unkenntlich werden. Eine grere Widerstandskraft besitzen, schon wegen ihrer Ausdehnung, die Grundmornen, aber von lteren Eiszeiten sind auch sie nur erhalten, soweit sie durch bald nachfolgend aufgelagerte Gesteinsschichten oder durch Absinken an Verwerfungsspalten geschtzt und der Erosion entzogen waren. Die heutige Begrenzung der Grundmornen darf also nur bei der quartren Eiszeit der Begrenzung der einstigen Eisbedeckung gleichgesetzt werden, whrend wir von den lteren Eiszeiten nur die Orte des Auftretens, nicht den geo- graphischen Umri der Vereisungsherde kennen. Wenn Vereisungen an das Meer stoen, wie jetzt in Grnland und der Antarktis, oder in Swasserbecken eindringen, so entstehen zu- nchst Zwischenbildungen, in denen der Gletscher- schutt geschichtet abgelagert, weiterhin ber eine breite Driftzone durch Eisberge verschleppt wird. Dem rein marinen Sediment mischt sich dann in einer nach auen steigenden Verdnnung glaciales Material bei. In marinen Schichten, die fern von den Eisherden entstanden sind, wer- den derartige Fremdlinge sich nur selten finden, und es ist nicht wahrscheinlich, da die leicht zerstrbaren Merkmale des Eistransports, Schlei- fung und Schrammung, bei ihnen erhalten bleiben. Man wird also in der Regel eines ausreichenden Grundes entbehren, um unter Ablehnung anderer Erklrungsmglichkeiten aus ihrem Auftreten gerade auf die Existenz einer fernliegenden Ver- eisung zu schlieen. In der Tat wren sie die einzigen, freilich schwer kenntlichen Zeugen fr Eiszeiten auf versunkenen, leer gefegten oder sonst der Beobachtung entzogenen Flchen alter Kontinente. Zu negativen Schlssen, aus dem Fehlen von Eiszeitbildungen in den bekannten Ablagerungen einer Periode, sind, wie an anderer Stelle ausgefhrt, 1 ) die Grundlagen niemals ausreichend. Zweifelhafte Spuren von Eiszeiten werden genannt aus der oberen Kreide Englands, dem Oberkarbon und Unterperm Europas. Sichere Beweise liegen vor fr eine quartre, weltweit verbreitete, fr eine spt-palo- zoische der Sdhemisphre und Vorder- indiens, fr eine devonische in Sdafrika und schlielich fr frh-palozoische und al- gonkische Eiszeiten aus sehr verschiedenen Weltgegenden. 2. Verbreitung und Alter der Eiszeiten. 2a) Die quartre Eiszeit. Die jngste Vereisung wird fglich an den Anfang ge- stellt, weil ihre Bildungen weitaus am voll- stndigsten erhalten sind, und weil die Hauptherde in den geologisch am besten bekannten Weltteilen, in Europa und Nord- amerika lagen. a) Das nordeuropische Inlandeis. Von Skandinavien, also aus einer dem mittleren und sdlichen Grnland ent- sprechenden Breite, flo ein Inlandeis einer- seits westlich zum atlantischen Ozean, an- dererseits ber Finland, Nordwest- und Mittel- ruland, Polen und Norddeutschland und drang ber die Nordsee bis England vor. Die Eisscheide lag stlich der heutigen Wasser- scheide Skandinaviens und verlief in geschwunge- ner Linie aus dem Zentrum des sdlichen Nor- wegen nordstlich mitten durch Schweden und Lappland. In der Maximalausdehnung erreichte das Eis den Nordural und verband sich hier mit den vom Ural und Timan herabsteigenden Gletschern. Zwischen Petschoraquelle und Weich- selquelle trat es in drei breiten Zungen hervor; die stlichste berdeckte zwischen Ural und dem Oberlauf der Wolga das Quellgebiet der Wiatka und Kama, die mittlere drang zwischen Donetz und Unterlauf der Wolga bis nahe an den 50. Breitengrad, die westlichste schob sich im Dniepr- gebiet etwas ber den 50. Breitengrad hinaus. Von der Weichselquelle bis zur Nordsee liegt die Eisgrenze am Rand der Mittelgebirge, dann entlang dem heutigen Rheinlauf. Sie wird durch l ) Paloklimatologie 2 b a. Eiszeiten 79 den Harz im Norden zurckgehalten, berhrt aber seitwrts davon den Thringer Wald und die rheinischen Gebirge. Auf englischem Boden schlielich flo das skandinavische Inlandeis zwischen Yorkshire und der Themsemndung mit dem dort einheimischen, von Schottland ausgehenden Eis zusammen. An dieses Hauptgebiet schlieen sich einige Vereisungen von grerer oder geringerer Selbstndigkeit und Ausdehnung an: Nord- ural und Timan, Nowaja Semlja, Jan Mayen, Spitzbergen, Island und die Shetlandsinseln, ferner Irland und schlielich Schottland mit dem nrdlichen und mittleren England etwa bis an den Themselauf. Das Vorrcken und Zurckweichen des skandinavischen Eises stellt keine einfache Phase dar, sondern war von mehrfachen Schwankungen, vorbergehendem Wachs- tum und Abnehmen unterbrochen. Daher besteht die Grundmorne dieser Vereisung nicht berall in einer einfachen Decke, son- dern ist an vielen Orten in mehrere Decken, Zeugen wiederholten Vorschreitens, zer- spalten, die oft durch mchtige Bildungen nichtglacialer Entstehung getrennt sind oder vor der Eindeckung einer starken Ver- witterung ausgesetzt waren. Die Ausdehnung dieser Vorste und Rckzge lt sich noch nicht genau begrenzen, wie berhaupt diese Einzelheiten der quartren Eiszeit ein Gegen- stand unerledigter und vielfach scharf um- strittener Meinungsverschiedenheiten sind. Nur andeutungsweise kann der Stand der Frage wiedergegeben werden, wo das Eingehen auf Einzelheiten ausgeschlossen ist. Jedoch scheint die Klrung der Streitfrage nicht so sehr durch widersprechende Auffassung von Einzelheiten, als vielmehr durch die Beschaffenheit des Tat- sachenmaterials berhaupt und durch die Ver- schiedenartigkeit der Betrachtungsweise erschwert zu werden. Das Vereisungsgebiet ist ungleichmig durch- forscht: die Kenntnis beruht nur zum kleineren Teil auf zusammenhngender genauer Kartierung, fr weitaus die grere Flche auf mehr kursori- scher Begehung und eingehenderer Untersuchung kleinerer, abgerissener Areale. Daher ist ein Bedrfnis vorhanden nach einer Arbeitshypo- these, die erlaubt, whrend der Aufnahme den noch zusammenhangslosen Einzelheiten eine definierte Stellung in einem stratigraphischen System anzuweisen und die Verhltnisse eines enger begrenzten, aber genau studierten Gebiets als Typus der Gesamtentwickelung schemabildend einzusetzen. Nun sind zwei Mglichkeiten gegeben : entweder vollzogen sich die Schwankungen des Eisrandes insgesamt zu gleicher Zeit, die inter- mornalen Schichten und Verwitterungskrusten stellen also Leithorizonte dar, die zur zeitlichen Einstellung dienen knnen, oder aber die Schwan- kungen waren rein lokaler Natur: dem Vorrcken ( an einem Ort entsprach ein Zurckweichen oder Stocken an anderen. Die intermornalen Schich- ten und Verwitterungskrusten wren dann keine Leithorizonte, sondern ihre zeitlichen Beziehungen mssen durch besondere Untersuchungen erst festgelegt werden. Diese beiden in der Gegenwart vertretenen Anschauungsweisen sttzen sich vielfach auf Hypothesen ber das Klima der Eiszeiten und Intermornal-(Interglacial-)Zeiten, knnen also insoweit erst spter besprochen werden. Auf rein tatschlichem, geologischen Boden erhellt aber ohne weiteres, da nur die erstgenannte, in der Majoritt herrschende, die Bedingungen einer Arbeitshypothese erfllt. Mit der zweit- genannten Hypothese der Minoritt gelangte man erst zu einem Gesamtbild und einer Gliede- rung, wenn alle lokalen Einzelheiten lckenlos feststehen und angegeben werden kann, in welcher Weise und Reihenfolge die Einzelheiten zum jetzt vorliegenden Befund zusammen- wirkten. Nach jener ersten Vorstellung wre das Eis dreimal ber Norddeutschland vorgedrungen und zurckgewichen, jedesmal in anderer Ausdehnung. Die Grenzen lassen sich im einzelnen noch nicht bestimmen, doch gilt allgemein die zweite als die Haupteiszeit, weil im Norden ihre Grundmo- rne die der brigen an Mchtigkeit zu bertreffen schien und ihr deshalb die Maximalausdehnung zuzuschreiben war. Als tatschlicher Beweis dafr, da zwischen zwei Zeiten des Vorrckens lngere Zeit verflossen sei, wird angefhrt, da die lteren Mornen vor ihrer Eindeckung tief- grndiger verwittert seien, als die oberste, erst seit dem letzten Weichen des Eises freigelegte. Jedoch wrde dieser Schlu und damit die An- nahme eines auch rumlich weiten Rckgangs nur bindend sein, wenn die Mchtigkeit einer Verwitterungskruste nichts als eine Funktion der Verwitterungsdauer, und nicht auch der Strke der Verwitterungsagentien wre. Eine Dreiteilung des Glacials zeigt sich auch in Skandmavien, da dort die Bewegungsrichtung des Eises dreimal wechselte nach Ausweis der Schrammen, in Schonen beispielsweise whrend des lteren" und des jngeren baltischen Eisstromes" aus SSO, whrend der dazwischen liegenden Haupteiszeit" aber aus NO kam. Jedoch fehlt es durchaus an unbezweifelten Anzeichen fr Eisfreiheit in den Zwischenzeiten, besonders zwischen dem lteren baltischen Eis- strom und der Haupteiszeit, und so gewinnt die Ansicht, da in Skandinavien die Eisbe- deckung ununterbrochen bestand, immer mehr Anhnger. Dann wrde, als Ganzes betrachtet, das quartre Inlandeis Nordeuropas ein einheit- liches Ereignis gewesen sein, denn, wie es sich auch mit den Schwankungen in Norddeutschland und der ganzen Randzone verhalten haben mge, sie htten nicht auf den eigentlichen Eisherd zurckgegriffen, wren nicht Unterbrechungen der Eiszeit, sondern lokale Ereignisse greren und kleineren Mastabes gewesen. Ob sie in den Randzonen gleichzeitig oder rtlich zu ver- schiedenen Zeiten auftraten, kann nur durch direkte Beobachtung festgestellt werden: sind die intermornalen Schichten und Verwitte- rungskrusten berall durchgehende Horizonte, so wird man sie als Zeugen fr gleichzeitige Unterbrechungen der Eiszeit betrachten mssen. Lckenhaft, wie bis jetzt die Erkenntnis ist, lt sie sich, wenn allein die Argumente direkter 80 Eiszeiten Beobachtung in Betracht kommen, mit der einen wie mit der anderen Vorstellung vereinigen. Im uersten Westen finden sich, und zwar in Holland wie in Oldenburg, zwei Mornen- decken, in Hannover und Westfalen nur eine, in Schleswig-Holstein jedoch drei; es ist nicht beobachtet, wie weit sie sdwrts ber die Elbe vorschreiten und welche von ihnen bis an die Grenze der Maximalver- eisung geht. Am Harzrand sind zwei Decken bekannt, bei Berlin und in der Umgegend von Halle wiederum drei, von denen die lteste sich am weitesten, bis an den Rand des Thringer Waldes ausdehnt; die jngste bleibt am weitesten zurck. Die Umgegend von Leipzig war nur einmal vereist, Schle- sien in einiger Entfernung von den Gebirgen dagegen zweimal. Das Gebiet einer doppelten Mornendecke umfat den Nordosten Deutsch- lands sowie Polen und Litthauen. In den russischen Ostseeprovinzen sowie im ganzen inneren Ruland ist wiederum nur eine vor- handen und erst im Norden, in Finnland und im Olonetzgebiet stellt sich eine Verdoppe- lung wieder her. Sowie die Vereisung Englands von einem eigenen Eisherd in Schottland ausging, so scheinen auch die Schwankungen sich un- abhngig von den kontinentalen vollzogen zu haben. Jedenfalls hat das Schema Gei- kies, der sechs Eiszeiten und fnf Inter- glacialzeiten unterschied, sich auf die konti- nentalen Verhltnisse nicht anwenden lassen, brigens auch auf dem Boden Grobritanniens verschiedene Schwierigkeiten und manchen Widerspruch gefunden. ) Gebirgsvergletscherung in Eu- ropa. Quartre Vergletscherungen sind auf den hheren Teilen der europischen Gebirge vielfach nachgewiesen, in der Nhe des In- landeises und weit davon entfernt, in Frank- reich und Spanien. Grere Bedeutung gewannen die Gletscher jedoch nur in den Pyrenen und besonders in den Alpen. In smtlichen Fllen war der eiszeitliche Zu- stand nur graduell von dem heutigen ver- schieden, denn die quartre Schneegrenze verlief parallel zu der gegenwrtigen, nur mehr als 1000 m tiefer. Der Mittelpunkt der Alpenvereisung lag in. der Schweiz und Tirol. Sie bildete nirgends ein Inlandeis wie in Skandinavien, sondern die im allgemeinen schildfrmige Eismasse wurde durch Firngrate zerschnitten und in ein Eis- stromnetz zerlegt, dessen Maschen nach Osten und Westen lockerer wurden und schlielich zerfielen. Die Scheitelhhe lag ungefhr bei 2500 m; die Eisscheide befand sich nrdlich der heutigen Wasserscheide. Die Eisbewegung folgte im allgemeinen den- selben Bahnen wie die heutigen Flsse und trat auch in den heutigen Flutlern auf das Vorland hinaus, in breiten Gletscherzungen, die dann teils ; selbstndig blieben, teils zu einer Vorlandver- gletscherung zusammenflssen. So lt sich ein Rhonegletscher unterscheiden, der bis in das Saonetal vordrang; daran anschlieend ein Linth- und Reu-Gletscher und drittens ein Rheingletscher. In der Zeit der Maximalausdeh- nung war also die Schweiz unter einer ber 1000 m mchtigen Eisdecke begraben, die zu- sammenhngend von Lyon bis unweit Ulm reichte, den Schweizer Jura berstieg, aber am Schwarz- wald und am Schwbischen Jura eine Grenze fand. Von betrchtlicher Ausdehnung war auch noch das aus Hier-, Lech- und Isar- Gletscher zu- sammengeschobene Vorlandeis, das zeitweilig bis an den Schwbischen Jura und bis unweit Augsburg vordrang. Die ostwrts folgenden Gletscher im Gebiet des Inn, der Salzach, der Traun und Krems blieben immer mehr auf das unmittelbar anstoende Vorland und schlielich auf das Gebirge selbst beschrnkt. Im Westen und Sden der Alpen ward der Gebirgsrand nur im Gebiet der oberitalischen Seen berschritten, doch blieb das Ausma der Gletscher weit hinter dem der nordalpinen zurck. Im Osten wuchs nur der Drau- und Save-Gletscher zu betrcht- licher Gre, ohne aber das Vorland zu er- reichen. In den Pyrenen blieben die Gletscher getrennt und traten nicht in das Vorland. Auf der Nord- seite war die Vereisung strker als auf der Sd- seite, im Westen strker als im Osten. Penck und Brckner haben die Schwan- kungen des Eisrandes in den Alpen auf das eingehendste studiert und beschrieben. Sie unterschieden zunchst im nrdlichen Vor- land vier, durch lngere eisfreie Interglacial- zeiten getrennte Vereisungen, die als Gnz-, Mindel-, Ri-, und Wrm-Eiszeit bezeichnet werden. Die lteste, die Gnzeiszeit, hatte im groen und ganzen dieselbe Ausdehnung wie die jngste, in der Bodenform des Alpen- vorlandes bestimmend auftretende Wrm- eiszeit, die Mornen der Mindel- und Rieis- zeit, stark abgetragen und verwischt, drangen weit darber hinaus. Nur im Sdosten ber- schritt die Wrmeiszeit die Rimornen. Neben diesen groen Schwankungen traten auch solche kleineren Ausmaes auf, die aber wohl wegen der Erhaltungsbedin- gungen nur aus den Rckgangszeiten der Wrmeiszeit bekannt sind. Mornen der Gnzeiszeit sind so gut wie gar nicht erhalten; sie verrt sich hauptschlich in fluvioglacialen Schotterbildungen, die sich an die Mornen anschlieen. Bei erneutem Vor- dringen des Eises wurden diese von den Schmelz- wassern teilweise abgetragen und zerschnitten. Auf diese Weise entstanden Terrassen, die sich im bayrischen Vorland in Vierzahl, als lterer und jngerer Deckenschotter, Hoch- und Nieder- terrasse bezeichnet, finden und in derselben Reihenfolge der Gnz-, Mindel-, Ri- und Wrm- eiszeit entsprechen. Im Innern der Alpen waren nach den wenigen vorliegenden Beobachtungen die Un- terschiede zwischen den Gletschermchtig- keiten unbetrchtlich. Intermornale Ab- Eiszeiten 81 lagerimgen, der Zeit zwischen Ri- und Wrmeiszeit zugewiesen, finden sieh im Vor- land und nur ganz vereinzelt in den Rand- zonen des Gebirges, z. B. die Httinger Breccie bei Innsbruck. Der Flle von Beobachtungen gegenber, die Penck und Brckner zusammengebracht niemals mit den benachbarten in direkten Zusammenhang getreten ist. Wie in Europa, so beweiseu auch in Amerika Verwitterungskrusten und inter- mornale Bildungen nichtglacialer Ent- stehung, da die Ausdehnung des Eises mehr- fach schwankte. Auch scheinen die drei haben, ist es fr Umdeutungen des Befundes i Zentren nicht gleichzeitig ihre grte Be- schwer, sich Gehr zu schaffen Der meist .als deutung erlangt zu haben; insbesondere unbedingt triftig geltende Schlu da die Alpen das Keewatineis dem Labradoreis voran den Interglacialzeiten eisfrei oder nicht starker JJ,^,,,^ r; k; + mara + : A anan A ar >r, in als letzt vergletschert waren, ruht fast ganz auf und berdeckte Gebiete zuerst, m denen dann klimatischen Vorstellungen, die hier zunchst s P ater das Labradoreis einzog. Die Gkede- auer Betracht bleiben. Die intermornalen rungsversuche knnen bei der Ausdehnung Bildungen innerhalb des Gebirges werden von und unvollstndigen Durchforschung des anderer Seite als teils prglacial, teils postglacial Gebiets nur provisorische Geltung bean- bezeichnet. Im Gebirge sind Mornen der lteren I sprachen. Eiszeiten nicht vorhanden; sie wurden also ent- , , . , . ., ,. , weder abgetragen durch spteres Vorrcken der F f stehen sich ^Amerika dieselben Grund- Gletscher, oder es war bei einheitlicher Vereisung dort nur eine einheitliche Morne vorhanden. So anschammgen gegenber wie in Europa, der einen schwand die Eisbedeckung whrend der Eiszeit niemals gnzlich, sondern vernderte nur ihre Verbreitung: nach der anderen schoben sich zwischen die Eiszeiten Interglacialzeiten mit vlliger Eisfreiheit ein, doch widersprechen sich die Angaben ber deren Anzahl. Es werden zwei bis fnf Eiszeiten angegeben und mit be- sonderen, zuweilen in verschiedenem Sinn ange- wandten Namen belegt. <5) Die brigen Erdteile. Schon die ist bis jetzt auf dem Boden der geologischen Tat- sachen auch die andere Vorstellung mglich, da im Innern der Alpen das Eisstromnetz die ganze Zeit hindurch unverndert bestand, und da die Schwankungen nur in der Vorlandvereisung und vielleicht nicht einmal in allen Gletscherzungen gleichzeitig auftraten. Der sichtbarste Vorzug der Vier-Eiszeitentheorie ist ihre Verwendbarkeit als Arbeitshypothese. In den meisten brigen Gebirgen ist bei gewhnlich wenig umfangreichen Vereisungen nichts ber Schwankungen beobachtet. Je- doch findet sich z. B. im Schwarzwald eine dreifache Mornenbildung, im oberen Mosel- tal deuten vierfache Terrassen auf viermalige, in den Pyrenen dreifache Schotter auf dreimalige Vergletscherung. y) Das nordamerikanische Inland- eis. Whrend an der europisch-atlantischen Kste das Inlandeis nrdlich vom 50. Breiten- grad blieb, erreichte es in den. atlantischen Staaten Nordamerikas den 40., in den pazi- fischen den 47. Breitengrad. Diesem folgt im Westen des Festlandes die Sdgrenze der Maximalvereisung; sie geht dann an- nhernd dem Lauf des Missouri entlang bis in die Nhe von St. Louis und schwingt dann zurck, um in der Gegend von New York die Kste zu treffen. Das Eis drang also vor bis in die Breite Siziliens und bedeckte eine ungefhr dreimal so groe Flche als in Europa. Es ging aus von drei Vereisungs- herden, die in Labrador, in Keewatin zwischen Hudsonsbay und groem Sklavensee und in der Kstencordillere von Britisch-Colum- bia ihren Sitz hatten. Mehrere Zentren geringeren Umfangs schlssen sich an, auch wegten, aber sonst berall aufsteigenden Kste Gebirgsvergletscherungen in den Rocky moun- deuten - Besttigung bleibt abzuwarten, tains, der Sierra Nevada u. a. Auch das Gegen die sdliche gemigte Zone sank grnlndische Inlandeis, dessen quartre die Schneegrenze wieder herab. Daher nahm Ausdehnung die gegenwrtige bertraf, kann die Vereisung der chilenisch-patagonischen als ein amerikanisches Vereisungszentrum Anden sdwrts zu, doch erst vom 40. Grad betrachtet werden, obwohl es wahrscheinlich Sdbreite ab traten die Gletscher aus dem Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. b Cordillerenvereisung Nordamerikas ist mehr eine Gebirgsvergletscherung als ein Inlandeis. Diese letztere Vereisungsform tritt auer an den beiden Seiten des Atlantik nur noch in der Antarktis auf, wo die quartre Vereisung strker gewesen zu sein scheint als die gegen- wrtige. Auch waren damals die Kerguelen und Sdgeorgien eisbedeckt, dagegen die Falklandsinseln anscheinend nicht. In den meisten Gebirgen der Erdelag die quartre Schneegrenze tiefer als jetzt. So finden sich Gletscherspuren in Mittelasien von den Kstenketten am Ochotskischen Meer bis zum Sdabhang des Himalaja. am Kaukasus usw., auch in den Tropen, wie in den peruanischen Anden, am Kiliman- dscharo und in Westneuguinea am Wilhelmina Peak, hier berall jedoch erst in Meeres- hhen von mehr als 4000 m. Sehr auffllig ist, da am Franziskahafen in Deutsch-Neuguinea, auf 7 Sdbreite und in- mitten einer Kste, die an norwegische Fjord- landschaften gemahnen soll, angeblich quartre Mornen im Meeresniveau gefunden sind. Es wird angenommen, da sie in derselben Meeres- hhe entstanden sind, wie die sonstigen qnartren Gletscherbildungen der Tropen und auf starke lokale Senkungen an dieser vulkanisch sehr be- 82 Eiszeiten Gegenwart bergefhrt Gebirge heraus und bildeten auf der Ost- seite langgestreckte Vorlandsvereisungen. Auffllig ist demgegenber die Angabe, da auf den Falklandinseln keine quartre Verglet- scherung nachweisbar sei. Auch in Sdaustralien, Neuseeland und Tasmanien trat die Eiszeit als Gebirgsver- gletscherung von teilweise bedeutenden Di- mensionen auf. Die Kenntnisse ber die Ausdehnung dieser Gletscher sind vielfach noch ungenau. Schwankungen oder mehrfache Vereisungen werden nur aus Sdamerika berichtet, wo zweifache oder dreifache Mornenbildung stattgefunden hat, Das ltere Quartr wird demnach ber- all auf der Erde durch tiefere Lage der Schnee- grenze charakterisiert und war auch in solchen Lndern, in denen es nicht zur Gletscher- bildung kam, meist eine Zeit erhhter Nieder- schlge, eine Pluvialzeit, die wie die Eiszeit allmhlich und vielfach mit Schwankungen und vorbergehenden Stillstnden in die Verhltnisse der wurde. e) Die zeitlichen Beziehungen zwischen den quartren Vereisungen. Wenn auch das ungefhre Alter der bespro- chenen Glacialbildungen nicht zweifelhaft ist, da sie smtlich einer der Gegenwart un- mittelbar vorangehenden Zeitstufe, also dem Quartr angehren, so ist doch die Gleich- zeitigkeit der Eiszeiten an den verschiedenen Orten, noch mehr der angenommenen Einzel- phasen und Interglaciale, zunchst nur eine Arbeitshypothese der Stratigraphie, deren Zulnglichkeit fr palogeographisch-klima- tologische Zwecke der Nachprfung bedarf. Aber auch sonst legt die ungleichzeitig ein- getretene Maximalausdehnung der nord- amerikanischen Eiszentren den Gedanken nahe, zu verallgemeinern und die Ungleich- zeitigkeit der in verschiedenen Weltgegenden liegenden Eiszeiten als mglich zu betrachten. Hiernach aber erheben sich Bedenken, ob beispielsweise das von Penck und Brckner fr die Alpen abgeleitete Schema ohne weiteres auf andere Gebiete, auch bei rein strati- graphischer Betrachtung, bertragen werden drfe, besonders wenn unabhngige Unter- suchung zu einer anderen Einteilungsweise gefhrt hatte. In der Regel wird die Ent- scheidung hierber durch Hypothesen und Opportunitt bestimmt bleiben, denn nur inem einzigen Fall lassen sich die zeit- lichen Beziehungen zwischen den Schwan- kungen getrennter Eisherde mittels geolo- gischer Beobachtung der Lagerungsverhlt- nisse aufsuchen, nmlich zwischen den Alpen und dem nordeuropischen Inlandeis, da die von den alpinen Vereisungen abhngigen Terrassen des Rheins und die Grundmornen Hollands in Verbindung treten. Doch ist eine derartige Untersuchung noch nicht durchgefhrt. Es steht nicht fest, welche der drei in Nord- deutschlaDd bekannten Mornendecken sich bis Holland fortsetzt, nachdem neuere Beobach- tungen ber die Mornenmchtigkeit zeigten, da die mittlere, die der Haupteiszeit", nicht so weitaus die strkste ist, als man frher annahm. Zweitens ist unbekannt, ob die zwei Mornen- decken Hollands einer einzigen von den nrdlichen zugehren und nur untergeteilt sind, wie man es bisher fr die oldenburgischen annahm, oder ob jede die Fortsetzung einer der nrdlichen ist. Drittens ist vielfach bestritten worden, da die Niederterrasse des Rheinunterlaufs, die dem Glacial Hollands entspricht, die Fortsetzung der oberrheinischen Hochterrasse und der Schwei- zer Rimornen sei, wie man das behauptet hatte als Beweis fr die Gleichzeitigkeit der nrdlichen Haupteiszeit und der alpinen Rieiszeit, Daher ist es vorlufig nur eine Vermutung, da die Gnzgletscher Skandinaviens nicht nach Nord- deutschland gelangt seien, und da weiterhin die Mindeleiszeit der ersten, die Rieiszeit der zweiten, die Wnneiszeit der dritten Eiszeit des Nordens sowohl zeitlich als den Grenver- hltnissen nach entsprche, eine Vermutung, die, solange im Norden noch nirgends 4 Mornen bereinander nachgewiesen sind, zudem fr die Gnzeiszeit vllig in der Luft schwebt, und der, in welcher Begrndung sie auch auftritt, auf Grund anderer Verschiedenheiten im Auf- treten der nordischen Vereisung widersprochen wird. 2b) Die spt-palozoische Eiszeit, a) Verbreitung. Die spt-palozoische Eiszeit hatte ihre Herde auf dem Boden des alten Gondwanakontinents, in Australien, Vorderindien, Sdafrika und Sdamerika, weist also in der Verbreitung nicht die ge- ringste Aehnlichkeit mit der der quartren auf. Das australische Eis ging aus von einem sdlich des heutigen Kontinents gelegenen Festland und erstreckte sich ber Tasmania, Viktoria und die anstoenden Teile von Neusdwales. An das Inlandeis schlo sich nrdlich eine breite Driftzone, deren Spuren sich an der Ostkste des Erdteils bis ber den Wendekreis hinaus in Kohlenbildungen eingeschleppt finden, ferner, von anderen Strecken des Eisrandes ausgehend, an ver- schiedenen Orten Mittel- und Westaustraliens. Auch in Vorderindien lag der Ausgangs- punkt im Sden; die Grundmorne, das T a 1 c h i r k o n g 1 o m e r a t , beginnt sdlich vom 20. Grad nrdlicher Breite in der Umgegend von Gianda und lt sich ber breite Unterbre- chungen hinweg bis einerseits nach Bengalen, andererseits in das Pendjab und in die Salt- range verfolgen. Hier, jenseits des 32. Grades nrdlicher Breite, erreichten die Eismassen das Meer. Eine Driftzone ist unbekannt. Der Ausgangspunkt des sdafrikanischen Eiszeiten 83 Eises wurde bisher in Rhodesia gesucht. Jedenfalls kam die Bewegung in Transvaal, Natal und dem Kapland aus Norden. Die Grundmorne, das Dwykakonglomerat, ist ungefhr vom 25. Grad sdlicher Breite bis zum Kap ziemlich zusammenhngend be- kannt, ndert aber in der Gegend des 33. Breitengrades ihre Beschaffenheit insofern, als von hier ab sdwrts der x\bsatz unter Mitwirkung des Wassers, des Meeres oder groer Landseen erfolgt sein mu. Westlich wurde nach gefundenen Fossilien das Meer erreicht, in der Gegend von Keetmannshoop. Noch ungeklrt ist, ob die neuerdings bei Katanga auf 10 Grad sdlicher Breite gefundenen Glacialkonglomerate zum Dwyka gehren und ob nun der Ausgang der sd- afrikanischen Vereisung nrdlich oder sd- lich von Katanga zu suchen ist. Die Alters- bestimmung sttzt sich in Ermangelung anderer Anhaltspunkte nur darauf, da das Dwykakonglomerat das verbreitetste und bekannteste Glacial in Sdafrika ist. Da jedoch aus dem Kapland auerdem noch eine devonische und eine kambrisch-pr- kambrische Eiszeit genannt wird, und da ferner nach den bisherigen Anschauungen in Katanga Konglomerate verschiedenen Alters vorkommen, ist diese Art der Paralleli- sierung nicht beweiskrftig. Das gleiche gilt dann fr das noch weiter entfernte Glacial von Togo. Die spt-palozoische Vereisung Brasiliens ist erst in jngerer Zeit in den Staaten Minas Geraes und Paran erkannt, sowie Drift in S. Paulo, Sta. Catharina, Rio grande do Sul. Genauere Angaben stehen noch aus, auch darber, ob es sich um marine oder lagunre Drift handle. Die Nhe der Kste ist nach Beobachtungen anderer Art wahr- scheinlich. Weit auerhalb der sonst von diesen Vereisungen eingehaltenen Zone, auf dem 50. Grad sdlicher Breite sind auf den Falklands- inseln Ueberreste eines zugehrigen, in An- betracht der Entfernung wohl als selbstndig zu betrachtenden Eisherdes gefunden, lieber Bewegungsrichtung und ber Lage zum Meer ist nichts bekannt. Schwankungen und intermornale Ab- lagerungen sind bei den Mornen dieser Eiszeit nirgends beobachtet. ) Alter. Die Altersbestimmung der spt-palozoischen Eiszeit bietet Schwierig- keiten und schwankt, nachdem sie ursprng- lich auf eine Zwischenstufe ,,Permokarbon ; ' gelautet hatte, zwischen Oberkarbon und unterem Perm. Auf dem Boden stratigra- phischer Betrachtungsweise stellt man nach der schon beim Quartr besprochenen Ar- beitshypothese die verschiedenen Vereisungen trotz ihrer rumlich so weiten Trennung auf dieselbe Zeitstufe ein und bleibt dann im Einklang mit der grundlegenden Arbeits- hypothese der Stratigraphie, der zeitlichen Gleichsetzung identischer Fossilien, da in Australien, in der Saltrange und Deutsch- Sdwestafrika eine charakteristische, durch Conularia und Eurydesma bezeichnete K~ Fauna im Zusammenhang mit den Glacial- bildungen auftritt, und unmittelbar darber die ltesten Typen der ( ilossopterisflora. Dann aber gibt es verschiedene Wege, diese glaciale Zeitstufe in das stratigraphische System einzuordnen. S Bei strengem Festhalten an den Arbeits- hypothesen der Stratigraphie ergibt sich, da die sptpalozoische Eiszeit dem Oberkarbon, vielleicht sogar dem Mittelkarbon zuzurechnen sei, wie das durch Tschernyschew und neuer- dings durch Haug geschah. Die ostaustralische Drift findet sich in Schichten, deren Fauna eine gewisse, wenn auch nicht sehr starke Verwandt- schaft mit der des unteren Produktuskalks in der Saltrange aufweist. Dieser ist einerseits von dem glacialen Konglomerat durch eine Gruppe von Zwischenschichten getrennt und hat anderer- seits der Fauna nach enge Beziehungen zum uralischen Oberkarbon. Die zeitliche Gleich- stellung beider Faunen wird noch dadurch begnstigt, da die Fauna des mittleren Pro- duktuskalks der des russischen und mediterranen Perm entspricht. Zu gleichem Ergebnis fhrt die stratigraphische Auswertung der Pflanzen: in Afrika und in Brasilien berdecken sich die Verbreitungsgebiete der nrdlichen (Lepidoden- dron-) und der sdlichen (Glossopteris-) Flora. Hiernach wrden die Ekkaschichten, die in Sdafrika, und die Karharbarischichten, die in Indien in einigem Abstand den Glacialbildungen folgen, nebst den brasilianischen Aequivalenten zum unteren Perm, die Glacialschichten also zum Oberkarbon gehren. Jedoch geht der Produktuskalk nach oben ohne irgendwelche Unterbrechung des Zusammen- hangs in unzweifelhafte Triasbildungen ber, und es scheint nicht angngig, eine in sich so einheit- liche Schichtenfolge, deren Fauna deutlich auf geschlossene Entwicklung verweist, ber die lange Zeitspanne vom Beginn des Oberkarbon bis zum Beginn der Trias zu strecken, noch dazu auf Grund nicht gerade erdrckender Ueberein- stimmungen der Faunen und unter Nichtbeach- tung mancher faunistischen Unterschiede. Ferner tritt die lteste Glossopterisflora, bezeichnet durch die Gattungen Glossopteris und Gangamop- teris und der australischen Eisdrift und den Tal- chirschichten Indiens angehrig, wenig oder gar nicht verndert an der Dwina unmittelbar ber Schichten mit einer Zechsteinfauna auf, hier sogar vergesellschaftet mit Pareisaurus und .; Dicynodon, Reptilien der unteren Be auf ort- schichten, die in Afrika den Ekkaschichten folgen. Die Glossopterisflora wanderte also whrend oder nach der Eiszeit in Vorderindien ein und breitete sich spter, und zwar nach neueren Funden wahrscheinlich ber ein sibirisches Fest- land nordwrts aus. Da ist es aber kaum glaub- lich, da eine Kryptogamenflora bei ihrer raschen Wanderfhigkeit die Zeit vom Beginn des Ober- karbon bis in die Mitte des Perm habe aufwenden 6* 84 Eiszeiten mssen. Wenn nun bei der Altersbestimmung die | gewesen sei. Nimmt man aber lngere Dauer Zeitdauer von Wanderungen berhaupt berck- fr sie an, so tritt man in Widerspruch zu smt- sichtigt werden soll, so mu das auch bei Meeres- ; liehen bisher vorliegenden Rekonstruktionen. faunen geschehen. Nun ist die Fauna des Pro- duktuskalk offenbar erst nach dem Ende der Eiszeit in dieses Kstengebiet eingezogen und hat dort die ltere, durch Conularia bezeichnete verdrngt oder ersetzt. Ein Teil der eingewan- derten Arten tritt auch im Oberkarbon des Ural auf, ist dort aber als einheimisches Element zu betrachten, da eng verwandte Formen schon vorher in den rassischen Meeren lebten. Die Wanderung dieser Brachiopoden mu bei der geringen Wanderungsfhigkeit des Typus sehr viel lngere Zeit beansprucht haben, als die umgekehrt gerichtete der Glossopterisflora. Durch Betonung teils dieser Lagerungsverhltnisse, teils der theoretischen Argumente gelangten Noetling und Koken dazu, die Talchirschichten in das mittlere Rotliegende, folglich das Talchir- konglomerat und die Eiszeit etwa an die Grenze des unteren und mittleren Rotliegenden zu setzen, Die Abweichung zwischen diesen beiden Schlureihen beruht darauf, da die erste rein stratigraphisch verfhrt, die zweite aber mit der Mglichkeit rechnet, da Faunen und Floren wanderten ohne ihre Beschaffenheit wesentlich zu ndern, also in Annherung an palogeo- graphische Betrachtungsweise die Arbeitshypo- these der Leitfossilien nicht mehr als unbedingt gltig anerkennt. Der Versuch, sie durch Abwgen der Grnde zu einem Gesamtresultat zu ver- einigen, ist aussichtslos, weil sich die jeweiligen Methoden und Ziele ausschlieen. Jedoch ist gegen die zweitbesprochene Altersbestimmung verschiedenes einzuwenden. Der augenblickliche Stand der Altersfrage lautet also, da bei rein stratigraphischer Betrachtung die spt-palozoische Eiszeit dem Oberkarbon angehrt, da sich aber fr palogeographische Zwecke nur eine in weiten Grenzen schwankende Altersbestim- mung ergibt. Da letzten Endes alle Unter- suchungen ber Eiszeiten in palogeogra- phischer oder paloklimatiseher Richtung ausmnden, so erhellt, da diesen weiteren Betrachtungen bei der sptpalaeozoischen Eiszeit die von grundstzlichen Bedenken freie Unterlage fehlt. 2 c) Verbreitung und Alter der frh-palozoischen und algonkischen Eiszeiten. Sdafrika hat mehrfach Spuren lterer Vereisungen geliefert und zwar Drift- einschwemmungen in Schieferlagen des unter- devonischen Tafelbergsandsteins und eben- solche in dessen Liegendem. Die letzteren bedrfen noch der Besttigung und ihr Alter lt sich vorlufig auch nur als vordevonisch bezeichnen. Wie erwhnt, gehren mglicher- weise die Glacialbildungen von Togo und Katanga einer dieser Eiszeiten, oder auch einer selbstndigen anderen an. Auch Sdaustralien, die Gegend von Adelaide, war Schauplatz einer alt-palo- zoischen Vereisung, deren Herd wiederum jenseits der heutigen Kste zu suchen ist. Zwischen dem Ural und der Saltrange liegt = ein breites, so gut wie unerforschtes Gebiet, und ? st ^J ^S^Lu ^^^ 6 * 8 ^ es ist daher unbekannt, wieweit die uralische Fannenprovinz sich schon im Karbon und whrend der Eiszeit gegen Indien ausgedehnt hat. Die Dauer einer Wanderung, deren Weglnge man nicht kennt, lt sich nicht abschtzen. Ferner ist es nicht wohl angngig, sich nur von der einen Arbeitshypothese der Stratigraphie frei- zumachen, die andere aber, die bei palogeo- graphischer Betrachtung gleichfalls unzulnglich ist, die zeitliche Gleichsetzung der Vereisungen beizubehalten. Es ist dann zu bercksichtigen, da die sptpalozoische Eiszeit aus einer Reihe selbstndiger Vergletscherungen in weit ent- fernten Gebieten bestanden haben kann, die sich im Alter auf die Zeit vom Oberkarbon bis ins untere Perm verteilten. Die Conularienfauna oder Drift vorliegt; ebensowenig ist das Alter fest bestimmt, da die Glacialschichten diskordant auf archischen und konkordant unter kambrischen Schichten liegen. Derselbe zeitliche Spielraum zwischen Kambrium und Algonkian ist gelassen beim Glacial von Simla am Sdabhang des Hima- laja und von Wutschang am Yangtse; ein noch weiterer, zwischen Algonkian und Perm, bei den Glacialbildungen am Varangerfjord, dem unter allen hier zu nennenden am lngsten und genauesten bekannten Vorkom- men. Hieran reihen sich einige Eiszeiten frh-palozoischen oder pr kambrischen Al- ters, die noch mit Unsicherheiten verschie- erschiene dann als Bewohnerin abgekhlter rf 10 ' u \ c " f T a i 1 " lt . uuMi^iKai*u^ytDwu Meeresksten, verlre den Leitfossilcharakter und d ener Art behaftet sind Moranenbildimgen hnlich wre das Auftreten identischer Floren im Coppermine-Distrikt des arktischen Ame- ber den Glacialbildungen pflanzengeographisch, rika, m Labrador, Spitzbergen, an der Lena- icht in erster Linie zeitlich, zu begreifen. mndung und weiter sdlich, in Westschott- Zu einer methodologisch einwandfreien, rein land. In betrchtlicher Ausdehnung ist eine palogeographischen, Behandlungsweise ist das Oberkarbon und Perm noch nicht geeignet. Wie algonkische, huronische Eiszeit bekannt ge- nig Vertrauen die bisherigen Darstellungen wor den aus der Umgegend des Lake superior enen, -hellt aus dem Auftreten der gleichen | mid d kanadischen Provinz Ontario. Es Keptuiensattnngen m Sdafrika und an der ,. , , T ,. ., , Dwina. Danach mte im Perm eine Landver- ^egt nahe alle genannten Eiszeiten schwan- bindung quer ber die Tethvs bestanden haben: Bender Altersbestimmung mit dieser zeitlich nichts berechtigt zu dem Schlu, da sie nur festliegenden zu parallelisieren und >hr eine schmal und eine rasch vorbergehende Bildung , weltweite, die Bedeutung der quartren noch Eiszeiten 85 in Schatten stellende Verbreitung zuzuschrei- ben. Indessen wrde dadurch dem geologi- schen Befund in hnlicher Weise Gewalt angetan, wie es bei Annahme oberkarbo- nischen Alters fr die spt-palozoische Eis- zeit der Fall ist , denn die Ablagerungen, die sich in Australien und im Yangtsetal bei fast vlliger Konkordanz zwischen das Gla- cial und den ersten fossilfhrenden, kam- brischen Horizont schieben, scheinen nicht mchtig genug zur Deckung einer so gewal- tigen Zeitspanne. Demnach ist es richtiger, in den meisten dieser Flle auf genaue Alters- bestimmung zu verzichten und mit zwei zeitlich weit getrennten Eiszeiten von noch unbekannter Ausdehnung zu rechnen, die dann dem Kambrium und dem Algonkian, speziell dem Huronian, augehren. Einer nheren Betrachtung nach palogeo- graphischen und paloklimatischen Gesichts- punkten sind diese Bildungen einer so sehr lckenhaft bekannten Vorzeit ohnehin unzu- gnglich. 3. Geologische Wirkungen der Eiszeiten. 3a) Aufschttungen. a) Erratische Geschiebe. Die erratischen Geschiebe, Blcke landfremden Gesteins, die im Gebiet aller Quartrvereisungen sehr hufig und in betrchtlicher Gre auftreten, gaben zuerst Anla zur Aufstellung der Eiszeittheorie, nachdem man sich berzeugt hatte, da der Transport so groer Massen am einfachsten durch Eiswirkung, Gletscher oder Eisberge, erklrt werden knne. Die grten solcher Blcke haben von jeher die Aufmerksamkeit erregt, traten in Beziehung zur Sage und er- hielten, wie die Markgrafensteine bei Frsten- walde, besondere Namen. ) Grundmornen usw. Die Herkunft und damit die Richtung des Eistransports lie sich ermitteln, als man die eingeschleppten Gesteine anstehend in Skandinavien, den Alpen usw. fand. Jedoch erwiesen sich fr die Kenntnis der Eiszeiten die Grundmo- rnen weit wichtiger, deren Erkennung im nordeuropischen Diluvium den lteren Eisberg- und Drifttheorien den Garaus machte. Als Gesamtbezeichnung hat sich freilich im Deutschen das Wort Diluvium", im Englischen das Wort Drift" erhalten, doch ist der alte Sinn dieser Worte ver- loren gegangen. Die Grundmornen bestehen aus ungeschichteten Mergeln mit unregel- mig eingestreuten Geschieben, dem Pro- dukt der glacialen Erosion. Sie enthalten auer dem vom Ausgangsgebiet eingeschlepp- ten Schutt noch eine grere oder geringere Menge von unterwegs aufgenommenem. Die Quartrmornen Norddeutschlands fhren daher Trmmer tertirer und creta- cischer Gesteine, die den skandinavischen fehlen und haben auerdem aus den ber- schrittenen Tertirbildungen ihren Sandgehalt angereichert. Mornen, die vorwiegend aus Trmmern des direkt unterlagernden Ge- steins bestehen, nennt man Lokalmornen. Bisweilen wird der Eindruck der Schichtung hervorgerufen durch das Auftreten von dnn- bankiger Absonderung, die unter dem Druck der berlagernden Eismassen entstanden ist, ferner dadurch, da sich grere Geschiebe in ungefhr parallelen Lagen wie Steinpflaster anordnen, wahrscheinlich infolge rein lokaler, mit der Mecha- nik der Mornenbewegung zusammenhngender Ursachen. Die Gesteinsfarbe der Grundmornen, des frischen Geschiebe mergeis ist blaugrau. Durch Verwitterung geht sie ber in grau oder gelb. Nicht selten ist auch rote Ver- frbung beobachtet, die dem Mergel eine gewisse Aehnlichkeit mit Laterit, dem typisch tropischen Verwitterungsprodukt verleiht, doch lt sich noch nicht entscheiden, ob es sich nur um eine Aehnlichkeit der Farbe oder um weitergehende Uebereinstimmung handelt. Der durch Verwitterung entstandene Geschiebelehm unterliegt einer weiteren Vernderung dadurch, da die tonigen Be- standteile herausgesplt werden. Durch solche relative Anreicherung der sandigen Bestandteile entstehen zunchst Zwischen- stufen zwischen Sand und Lehm; das End- produkt ist reiner Geschiebesand, der dann zuletzt durch Auswaschung alles feinzerriebe- nen Detritus sich in eine Steinsohle, einen nur aus den grberen Geschieben bestehen- de Mornenrest umwandelt. Das Gestein der palozoischen Grund- mornen ist ein Geschiebemergel (englisch Till) mit allen Merkmalen des quartren, nur meist verfestigter und erhrtet. Er wird als Ti Hit bezeichnet. y) Endmornen usw. Die Endmornen sind nur aus dem Quartr bekannt und auch hier nur von dem letzten Eisvorsto, der die Gegend betroffen hat, da die ' der frheren Etappen durch die letzte abgetragen und in die neue Grundmorne aufgenommen sind. Direr Entstehung nach gehren die eiszeit- lichen Endmornen zum Komplex der Grund- mornenbildungen, da sie nicht wie die Stirnmornen der heutigen Gletscher vor- wiegend durch Anhufung des Oberflchen- mornenschuttes, sondern durch Aufstau- ung der Grundmornen entstanden sind. Daher bilden die Mornen der quartren Gletscher eine einheitliche Serie zusammen- hngender und zusammengehriger Erschei- nungen, die von Penck aus dem Vorland der Alpen eingehend beschrieben und als Zungen- becken bezeichnet sind. Um ein waiinen- frmiges vertieftes Feld, das nur von einer dnnen Grundmornenschicht bedeckt ist und dessen Mitte durch einen See oder ein Moor eingenommen zu werden pflegt, schliet sich ansteigender Boden, indem die Grund- 86 Eiszeiten morne sich verdickt, und zuletzt ein bogen- frmiger Grtel von Endmornen, die in der Landschaft als wallartige Erhebungen, meist in mehreren gleichlaufenden Zgen ange- ordnet, hervortreten. In der Umgebung eines Inlandeises sind ' die Zungenbecken selten deutlich individua- lisiert ; sie treten zu langen Zgen zusammen und verflieen ineinander. Dabei geht die \ Beckenform verloren ; die Endmornen ordnen sich zu langen Hgelzgen, die sich in Norddeutschland an verschiedenen Stehen, so z. B. zwischen Oder und Warthe und in der Kstengegend der Ostsee von Schleswig- Holstein bis Ostpreuen erhalten haben. Die Endmornengebiete sind hier wie im Vorland der Alpen landschaftlich charak- terisiert durch ihr bewegtes Bodenrelief und ihren Reichtum an Seen: die Seenland- schaften Bayerns, das Balticum usw. ge- hren zum grten Teil hierher. Eingehende Schilderungen der Grundmornen- und Endmornenlandschaften in Norddeutsch- land enthlt Wahnschaffes bekanntes Werk ber die Oberflchengestaltung des norddeut- schen Flachlandes. Die Endmornen bezeichnen im Gebiet der Inlandvereisungen nicht die uerste Grenze, bis zu der ein Eisvorsto gelangt ist, vielmehr geht die zugehrige Grundmorne oft weit ber die Endmorne hinaus; sie bezeichnen nur die Orte, an denen das zurck- weichende Eis lngere Zeit hindurch stationr blieb. Die verschiedenen Mornenzge erlauben daher, annhernd die Geschwindigkeit des Zu- rckweichens an verschiedenen Orten abzu- schtzen. So zeigt sich, da ihre Linien sich auf skandinavischem Boden gegen Christiania zu- sammendrngen und fcherartig ber das sd- liche Schweden ausstrahlen, wonach zwiscnen zwei Stillstnden der Rckgang in Schweden weit schneller erfolgt wre, als nher am Gebirge, dem eigentlichen Eisherd. Bemerkenswerter als diese Tatsache, die man auch ohne Beweis voraussetzen wrde, sind die Beobachtungen De Geers ber die kleinen Endmornen in der Gegend von Stockholm. Sie wiederholen sich in regelmigen Abstnden und gleich an Gre und Beschaffenheit, so da sie Stillstnden in kurzfristigen Perioden, vermutlich von Winter zu Winter darstellen mssen. Hiernach htte der jhrliche Rckgang 200 bis 300 m betragen. Zu den Grundmornengebilden gehren die Drumlin, schwarmfrmig angeordnete Hgel von elliptischem Grundri und in der Richtung des Eisschubs angeordnet. Sie bestehen aus dem Material der Grund- mornen, hufig mit einem Kern anderer, fluvioglacialer Entstehung, und finden sich bei Inland- und Vorlandvergletscherungen da, wo gegen die Endmorne zu die Grund- mornendecke mchtiger wird, sind also sicher unter Eisbedeckung entstanden. Da man sie von heutigen Gletschern nicht kennt, hat man ber ihre Entstehungsweise nur Vermutungen, nach denen sie entweder ein- gehllte Erosionsreste oder aufgeprete Teile der Grundmorne unter Lngsspalten in der Eisdecke darstellen. Nicht unbestritten ist die glaciale Ent- stehung der Steinstrme, die ein Analogon der heutigen Oberflchenmornen sein sollen und neuerdings mehrfach als Beweise fr die quartre Vergletscherung von Mittelgebirgen angefhrt werden. Man nimmt an, es seien hier von den Talrndern so gewaltige Massen von Schutt auf kleine Gletscher gestrzt, da sie von diesen nicht mehr htten transportiert und zu Endmornen aufgebaut werden knnen. Nach anderen Autoren ist jedoch diese Art von Blockanhufung nicht glacialer Entstehung, sondern eine Folge der Verwitterung in kaltem, aber gletscherfreiem Klima. Die Angabe, da die Falklandsinseln im Quartr nicht vereist gewesen seien, sttzt sich darauf, da die dort vorhandenen Stein- strme auf die letztere, Solifluktion genannte Art entstanden seien, die, wenn nuch abge- schwcht, noch jetzt dort fortwirkt. d) Schotterfelder usw. An die alpinen Zungenbecken und die Endmornenzge der Inlandvereisungen schlieen sich mehr oder weniger breite Schotterfelder, Sedimente der Gletscherbche und -flsse. Jede Schwan- kung des Eisrandes verschob die Grenze zwischen Glacial und Fluvioglacial; daher finden sich vielfach Mornen und Sedimente ineinander verzahnt und ineinander ber- gehend. Unter J vi tbil dngen versteht man Abstze der Gletscherbche in nchster Nachbarschaft des Eisrandes, Sande und grobe Gerllmassen, die sich ber den an- stoenden Boden ausbreiteten (Sandr) und von rasch flieendem, durch Erosionsschlamm getrbten Wasser (hvitar Weiwasser) her- beigefhrt wurden. Whrend der Rckzugszeiten bildeten sich vielfach in Nordeuropa, in grerem Ma- stab aber in Nordamerika Stauseen am Eisrand, Ansammlungen von Schmelzws- sern, denen auf der einen Seite durch die Bodenschwelle der Endmornen, auf der anderen durch das Eis der Abflu verlegt war. In sie drangen deltafrmig die Hvit- bildungen ein, andererseits schlug sich ruhiger sedimentiertes Material, Sande und Tone in ihnen nieder. Die sdlichsten Teile des 1 hv ykakonglomerats in der Kapkolonie sollen in Swasserseen abgesetzt sein, die man sich vielleicht den quartren Stauseen hnlich vorstellen knnte. Unter den Glacialtonen ist besonders bemerkenswert der Bnder- ton, ein auffallend fein geschichteter Ton, dem entweder winzig dnne Sandschichten in regelmigen engen Abstnden eingelagert sind, oder der in jeder Schicht dieselbe Reihen- folge von Farbvernderungen wiederholt. Man hat die Bnderung mit Jahresringen Eiszeiten s7 verglichen und durch Sedimentsvernderung wiegend aus unverwittertem Material, das infolge der jahreszeitlichen Verschieden- heit in der Zuflugeschwindigkeit erklrt. G. de Geer hat in sehr eingehender Unter- suchung hieraus die Dauer und Schnelligkeit der Abschmelzung whrend der letzten Eiszeit- stadien zu berechnen gesucht. Er fand, da unge- fhr 12 000 Jahre verflossen seien, seitdem das : letzte Quartreis Schonen verlie, und da der j jhrliche Rckgang in Sdschweden 50 rn, bei ] Stockholm (bereinstimmend mit dem oben S. 86 i angefhrten Ergebnis) 250 m, und weiter nrdlich 300 oder 400 m betragen habe. Zu den fluvioglacialen Ablagerungen ge- ' hren auch die Ose (isar), langgestreckte Kcken, die aus gerolltem Gletscherschutt bestehen, oft Kreuzschichtung zeigen, also aus stark bewegtem Wasser abgesetzt sind. Ihre Richtung fllt ungefhr zusammen mit der Bewegungsrichtung des Eises; die ebenso gerichteten Drumlin unterscheiden sich von den sen durch ihren kurz-elliptischen Grund- ri, ihr schwarmartiges Auftreten und durch ihre Zusammensetzung aus Grundmornen- material. Die Ose bilden vielmehr lange, in der Landschaft deutlich hervortretende Rcken, die sich auf Kilometerlnge, unab- hngig von den sonstigen Bodenformen ver- folgen lassen und zuweilen im Kartenbild an Flusysteme mit spitzwinklig einmnden- den Quellbchen erinnern. Diese topogra- phische Gesamtgestalt legt die Deutung nahe, da die Ose als Abstze subglacialer Schmelz- wasserbche entstanden seien durch Auf- hhung des Bettes zwischen den Wnden des Eistunnels. Eine andere Erklrung fat sie auf als Deltabildungen an der erweiterten Mndung solcher Tunnel, wobei die Lngen- erstreckung als Folge alljhrlicher Anstcke- lung beim Zurckweichen des. Eisrandes erschiene. Fr letzteres sprechen manche Einzelheiten im Aufbau, besonders eine Art von querserialer Anordnung des grberen und feineren Schuttes. Die fluvioglacialen Sedimente gehen in grerer Entfernung vom Eis in rein fluvia- tile Schotter, Sande und Tone ber, die nur insofern hier kurze Erwhnung finden, als ihr Material zu einem Teil den Mornen ent- nommen ist. Aus demselben Grunde ist hier auch der L anzufhren, feinster kalk- haltiger Tonstaub, der im Gebiet des quar- tren Glacials in der Hauptsache den Mornen entnommen ist, und unter Bedingungen ent- stand, die als eine Nebenwirkung im Gefolge der Vereisung auftraten. 3b) Erosionen. a) Glttung usw. Die ungeheure Masse des von eiszeitlichen Gletschern verfrachteten Schuttes beweist eine gleichzeitige, sehr starke Erosion. Wenn auch die Kontinentalflchen vor der Eiszeit tief- grndig verwittert und aufgelockert gewesen sein werden, so bestehen doch die Mornen vor- erst vom Eis losgebrochen und abgeschrammt wurde. Die Erosionswirkungen sind sehr oft, auch unter den palozoischen Mornen be- merkt worden, und zwar als Glttung und Polierung der festen Gesteinsoberflchen. Charakteristisch sind besonders die Rund- hcker, die im Liegenden des Dwykakonglo- merats so gut wie in Skandinavien und sonst im Quartr erhalten sind, ferner die Schram- mung und Streifung der polierten Flchen, der sicherste Anhaltspunkt, um die Richtung des Eisschubs zu bestimmen. Aehnliche Schrammung zeigen viele Geschiebe, die Sc heuer st eine. Ihr Vor- kommen gilt als bndigster Beweis dafr, da eine mornenartige Bildung wirklich drfen Eistransport und nicht als fluviatile oder marine Gerllschicht entstanden ist. Doch sind niemals alle Geschiebe gekritzt", auch geht die Schrammung durch Verwitte- rung der Oberflche oder bei weiterem Transport des Gerlls im Wasser verloren. Die Facettengeschiebe, wie sie zuerst aus den Mornen der Saltrange bekannt wurden und lngere Zeit als charakteristisch fr die spt- palozoische Eiszeit galten, finden sich auch in quartren Mornen, sind aber nirgends hufig. Sie zeigen mehrere, in scharfen Winkeln zu- sammenstoende Schliffflchen, haben also unter dem Gletscher oder in einem vor oscillierenden Eisrndern gelegenem Steinpflaster der Grund- morne eine Drehung erfahren, deren Ursache in lokalen Zufllen zu suchen sein wird. Fr die Kenntnis der glacialen Erscheinungen sind^diese Geschiebe bedeutungslos. 9| Lokalerscheinungen sind ferner die aus dem Gletschergarten bei Luzern, von Rdersdorf und sonst in groer Zahl bekannten Riese n- tpfe, entstanden durch den Strudel des in Gletschermhlen von der Oberflche des Eises auf die Unterlage herabstrzenden Schmelzwassers. Auch den Sollen, kreis- frmigen Seen von betrchtlicher Tiefe, die im lockeren Boden der norddeutschen Grundmornenlahdschaft nicht selten auf- treten, wird die gleiche Entstehung zuge- schrieben. Doch steht die Erklrung nicht recht im Einklang damit, da mehrfach auch schrgstellende, also wohl nicht durch Wasser- fall ausgebohrte oder ausgekolkte" Kessel beobachtet sind. ) Uebertiefte Tler usw. Den Erosionswirkungen kleineren Mastabs, aber sicher glacialer Entstehung stehen andere gegenber, die sich in der Landschaft vielfach formbestimmend ausprgen, deren Entstehung durch Eiserosion jedoch nicht unbestritten geblieben ist. Die Alpentler, durch welche die quartren Gletscher austraten, sind bertieft, d. h. sie zeigen nur oberhalb der von Eiswirkungen betroffenen Zone die Gehngeneigung, die reifen Talformen und 88 Eiszeiten der Gesteinsart entspricht; in der Tiefe ist die Sohle verbreitert, die Hnge sind ber- steil und die Seitentler fallen in einer scharfen Stufe zum Boden des Haupttals ab. Oberhalb der Stufe sind die Bden der Seiten- tler flach geneigt. Denkt man sie in dieser Neigung bis in die Mitte des Haupttals fort- gesetzt und in diesem von beiden Seiten her die Neigung der oberen Hnge nach unten verlngert, so treffen diese drei Flchen in einer Hhe zusammen, die annhernd die Lage der Haupttalsohle vor der Uebertiefung wiedergeben mu. Da tatschlich glaciale Erosion Ursache der Uebertiefung ist, geht auerdem noch hervor aus dem Auftreten von Riegeln, die in den Haupttlern zwar weniger auffallen als in den Nebentlern, aber doch deutlich vorhanden sind. Verfolgt man ein Seitental aufwrts, so findet man nicht selten, da Steilabstze gleich der Stufe zum Haupttal sich wiederholen. Hinter der Stufe ist der Talboden muldenartig vertieft und ausgeweitet, enthlt auch oft einen See, so da sich zwischen diesem und dem Steilab- satz eine Bodenschwelle, der Riegel befindet. Diese Talform ist charakteristischfr Gletscher- erosion und findet sich nur neben anderen Spuren der Gletscherwirkung; sie fehlt den allein durch flieendes Wasser ausgefurchten Tlern, wiederholt sich aber in den mulden- frmigen Mitten der Zungenbecken und in den Fjorden, die demnach als unter den Meeresspiegel gesenkte Gletschertler er- scheinen. Die Wertschtzung der Gletschererosion ist jedoch Gegenstand weitgehender Meinungsver- schiedenheiten, in denen sich vielleicht Ueber- schtzung auf der einen Seite, Unterschtzung auf der anderen die Wage halten. Da Fjorde nur an einstmals vergletscherten Ksten vor- kommen und bertiefte Tler nur an den Zugstraen alter Gletscher, so drfte der doch zweifellos vorhandenen Gletscher- erosion die Ausschleifung und Ausgestaltung der speziellen Bodenform mit Bestimmtheit zuzu- schreiben sein. Eiiie andere Frage ist, ob das Eis sich die Bahn selbst gebrochen oder nur die vorhandenen benutzt habe. Die erodierende Wirkung des Eises besteht im Abgltten und Schleifen, ist also, wie die Rundhcker und viele Beobachtungen an Gletschern der Gegenwart zeigen, gering auf glatten Flchen, die dem Eis keine Unebenheiten und Ansatzstellen zur Ab- hobelung bieten. Solche werden aber in der Unterlage des Eises durch Spaltenfrost und subglaciale Verwitterung stets neu geschaffen und bis auf eine Art von Gleichgewichtsflche wieder abgeglttet und ausgeschliffen. Es ist ohne weiteres anzunehmen, da der Eisabflu vor- handene Wasserrinnen bevorzugt haben wird, da also die heutigen Fjorde und Alpentler durch Luviatile Erosion angelegt und durch glaciale ausgeweitet und vertieft sind, in einer isammen- oder Nachein anderwirkens, die sich nicht generell abschtzen lt. Eine andere Art der Eiserosion zeigt sich in den Karen, Gebirgsformen der Gipfel- regionen, die in steilwandig begrenzten Ni- schen mit einem flachen oder wannenfrmig vertieften Boden bestehen. Sie umschlieen vielfach einen See und sind durch einen Riegel oder Steilabsturz gegen das anschlie- ende Tal abgegrenzt. Kare fehlen im Gebiet der Inlandvereisungen und bezeichnen in eiszeitlich-vergletscherten Gebirgen die obere Gletschergrenze. Die Karwnde zeigen keine Spuren von Eiserosion, sondern ver- danken ihre Entstehung der subaerischen Verwitterung. Sie sind die Reste der ber das Eis hinausragenden Firngrate, whrend die Karbden als Gletscherquellen" bezeich- net werden knnen. Der Zusammenhang zwischen Gebirgsform und Vergletscherung ist fr die Alpen von Penck und Brckner eingehend in Wort und Bild geschildert worden. y) Terrassen usw. Fluvio glaciale Erosion ist stark beteiligt an der Ausbil- dung der Landschaftsformen im Vorland der Vereisungen. Die Entstehung der Terrassen und ihre geologische Bedeutung wurde schon oben angemerkt. Weiterhin ist die Breite mancher Tler, die jetzt nur von unbe- deutenden Gewssern durchflssen sind oder ganz trocken hegen, auf Erosion seitens der massenhaften Schmelzwsser des Quartr zurckzufhren. In Norddeutschland lt die Lage der Tler erkennen, da der Strom, der die Schmelzwsser aufnahm, dem weichenden Eisrand folgend etap- penweise sich nach Norden verlegte. Die Richtung dieser quartren Tler hat den heutigen Flssen, die smtlich auf lange Strecken von OSO nach WNW verlaufen, ihre Bahn vorgezeichnet. In Nordamerika nahm der Mississippi einen betrchtlichen, wenn nicht den grten Teil der Schmelzwsser auf; sein Bett hat keine wesentliche Verlegung, wohl aber eine starke Einengung er- fahren. Es gehrt zu den Aufgaben der Geo- graphie, den Zusammenhang zwischen den quar- tren und den gegenwrtigen Flutlern im ein- zelnen aufzudecken. Die Eiszeit" kommt dabei nur in Betracht, weil die erodierenden Wasser- massen und das sedimentierte Material von Gletschern stammen. 3c) Schichtenstrungen usw. Wenn ein vorrckender Gletscher gegen eine feste Bodenschwelle stt, so gleitet er ber sie hinweg oder schleift sie zum Rundhcker ab ; eine Bodenschwelle aus lockerem Gestein, etwa eine Stirnmorne, wird zunchst fort- geschoben, dann ebenfalls berstiegen und eingeebnet, Die lockere Decke eines festen, ansteigenden Bodens wird dagegen vom Eis wie von einem Pflug abgeschlt und in Falten gestaucht. Das quartre Inlandeis hat in vielen Fllen kaum irgendeinen Einflu auf lockere Untergrundschichten ausgebt, in anderen Eiszeiten 89 aber Stauchungen und Durchknetungen hchst verwirrter Art hervorgerufen. Diese Strungen haben jedoch nur lokalen Wert und sind dadurch entstanden, da das Eis gegen eine Bodenschwelle oder beim Ueber- queren einer Bodensenke gegen die jenseitige Talwand, und zwar gegen lockeres Gestein gepret wurde. In festem Gestein knnen durch Gehngeschnb hnliche Erscheinungen entstehen. Nach Frech treten glaciale Stauchungen auch in plastischen Gesteinen nur auf, solange der Eisdruck gering und der Boden nicht durchgefroren und fest geworden ist, also nur am Stirnrand des vor- rckenden Eises oder dicht dahinter. Ist das Hindernis berwltigt, so bilden sich in dem durch Belastung und Frost starr gewordenen Grund nur die Erosionsformen festen Gesteins aus, Abschleifung und daneben Ueberschiebung. Glaciale Ueberschiebung ist eine Art von Geschiebeaufnahme greren Mastabs, tritt aber zuweilen als Fortsetzung einer Stauchung auf infolge Aenderung der Schich- tenplastizitt. Manche Kreidevorkommnisse Norddeutschlands, die technisch abgebaut werden, stellen sich trotz ihrer Gre als berschobene Schollen dar. Eine Stauchungserscheinung anderer Art sind die Staumornen. Sie werden nicht als Wirkungen des vorrckenden Eises aufgefat, sondern sollen am Rande des stillstehenden Eises aufgepret worden sein, indem der frisch angeschttete, bewegliche Untergrund nach der Seite minderer Belastung auswich und somit vor dem Eisrand nach oben durch- brach. 4. Ursachen der Eiszeiten. 4a) Metho- dologische Vorbemerkung. Der Frage nach dem Klima und den Ursachen der Eis- zeiten kommt im Lehrgebude der Geologie grere Bedeutung zu als den brigen pal- klimatischen Problemen, denn diese pflegen nur als eine Art von Zugabe zur Darstellung der geologischen Verhltnisse einer Periode aufzutreten und die eigentliche Untersuchung geht ohne Beteiligung klimatischer Erwgungen vor sich. Hier aber, besonders bei der quartren Eiszeit wird die Deutung und Anordnung des Befundes vielfach stark beeinflut durch Vor- stellungen ber die Beschaffenheit des glacialen und interglacialen Klimas. Es spricht nun nicht fr die Berechtigung, in dieser Weise von der sonst blichen Methode abzuweichen, da noch jede zusammenfassende Darstellung schlielich Wesen und Ursache der Eiszeit fr ein ungelstes Rtsel erklren und den Mierfolg der vielen auf dieses Thema verwendeten Mhe zugeben mute. Dieser bedenkliche Zustand des ganzen Problems wird noch unterstrichen durch den Umstand, da die Behandlungsweise sich ber- haupt von der sonst gegenber komplizierten Verhltnissen blichen unterscheidet. Es hat sich sonst bewhrt und gilt sogar als einzig zulssiger Weg, den leichtest angreifbaren, voll- stndigst bekannten Teil des Problems abzuson- dern, hierauf allein eine provisorische Theorie zu begrnden und bis auf weiteres anzunehmen, da die Lsung des zugnglichen der des unzu- gnglichen prjudiziere. Der Fortschritt ge- schieht dadurch, da man auch zu den anderen Problemteilen Zugang zu gewinnen sucht und die erste Theorie nach Magabe der neuen Er- fahrungen ergnzt, umgestaltet oder durch eine neue , umfassender gltige ersetzt. Dagegen gilt es vielfach fr erforderlich, das eiszeitliche Problem als ganzes, mit einer alles auf einmal aufklrenden Theorie zu lsen. So kann man oft den Einwand hren, da eine zur Erklrung eines Problemteils, etwa der quartren Eiszeit Europas, aufgestellte Theorie schon deshalb falsch sein msse, weil sie andere Problemteile, etwa die quartre Eiszeit Sdamerikas, nicht miterklre. Dabei wird aber nicht gefragt, zu welcher Theorie man denn gelangte, wenn man diese anderen Problemteile nach den fr den ersten provisorisch bewhrten Gesichtspunkten behandelte, sondern die in anderen Wissenschaften und auch sonst. in der Geologie erfolgreiche Methode, dem Problem mit Hilfe provisorischer Theorien schrittweise nher zu rcken, wird von vornherein als unzu- lssig abgelehnt. Der eingestandene Mierfolg dieses Vorgehens stellt die anders, d. h. in der allgemein blichen Art operierende Betrachtungsweise in den Vordergrund, wonach also hier Un Vollstndig- keiten des geologischen Befundes nur im Falle der Beobachtungsunmglichkeit durch theore- tisch-klimatische Erwgungen ergnzt werden drfen und die Betrachtung mit dem bestbekann- ten Teil, den klimatischen Verhltnissen eines nordeuropischen Inlandeises wie mit einem selbstndigen Problem zu beginnen hat. 4b) Klima der Vereisungen. Das Aus- gangsgebiet des nordeuropischen Inland- eises liegt ungefhr in der Breite des heutigen grnlndischen; es knnen also die klima- tischen Verhltnisse des letzteren fr die quartren Skandinaviens eingesetzt werden. Leider sind jedoch die Erfahrungen ber die Metereologie Grnlands noch sehr unvoll- stndig, besonders wissen wir zu wenig ber die Hhe und die jahreszeitliche Verteilung der Niederschlge auf dem Eisgebiet selbst. Nur steht fest, da die Gesamtmenge nicht sehr gro ist und doch ausreicht, um trotz der starken Abgabe durch Eisberge den gegen- wrtigen Zustand aufrecht zu erhalten. Die Firn- und Eisanhufung wchst zu solcher Mchtigkeit an hauptschlich wegen des geringen Verlustes durch Abtauen und Ver- dunstung. Die Eisscheide liegt in Grnland gegen Osten verschoben, die niederschlag- brmgenden Winde kommen von Westen, also aus dem Gebiet des durchschnittlich niedri- geren Luftdrucks. Ein skandinavisches Inlandeis wrde ber sich eine starke Ab- khlung der Luft hervorrufen und deshalb Winters und Sommers durch eine Antizyklone bezeichnet sein. Die Niederschlge wren zwar geringer als jetzt, aber weil zugleich die warmen, das Abtauen bewirkenden Winde teils fern gehalten, teils bald abgekhlt wrden, 90 Eiszeiten >^_/^j werden. so bedrfte es wie jetzt in Grnland auch keiner starken Zufuhr, um den einmal bestehenden Zustand aufrecht zu erhalten. Die Eisscheide lag, obwohl stlich von der heutigen skandi- navischen Wasserscheide, doch nahe dem Westrand des Eisgebietes; die Niederschlge kamen demnach von Ost und Sdost und in dieser Richtung mu ein Streifen durch- schnittlich geringeren Luftdrucks gesucht Die skandinavische Antizyklone verlegte die jetzt meist eingeschlagenen Straen der Minima und lie nur die sdlichen, an den Alpen vorber und von da nach und NO fhrenden offen, was die bezeichnete Abweichung von den heutigen Luft drucks Ver- hltnissen zur Folge haben mute. Lepsius erklrt die Lage von quartrer Eisscheide und heutiger Wasserscheide in Skan- dinavien durch die Annahme, da im Quartr Eisscheide und Wasserscheide zusammengefallen sei, und da durch schiefe tektonische Verschie- bung im Untergrund die letztere seit dem Quartr nach Osten verlegt wurde. Ein Inlandeis besitzt daher eine Art von Selbsterhaltungsflligkeit, insofern als eine vorhandene Eisflche sich bei gengender Gre die notwendigen klimatischen Bedin- gungen selber schafft. Damit steht im Ein- klang, da in Skandinavien, je kleiner beim Rckgang der Vereisung die Eisflche ward, desto mehr das Abschmelzen sich beschleu- nigte. Das grnlndische Inlandeis wrde sich weiter nach Osten und Sden ausdehnen knnen, wenn die Eisdecke ber ein Fest- land weiter glitte, statt auf die Kste zu treffen und dort in Eisberge zu zerbrechen; es bedarf also keiner Sondererklrung, weshalb vom skandinavischen Zentrum, war dieses einmal eisbedeckt, die Gletscher die Breitenlage Grnlands nach Sden berschritten. Die skandinavische Antizyklone und daher vermutlich auch deren quartre Ursache, die Eisdecke, bestand, wie Harmer mit Beob- achtungen belegt hat, schon zur Zeit des red crag. Daher ist die Ursache der Eiszeit auch nicht in Verhltnissen zu suchen, die erst im Quartr begannen; ohne Zweifel mu vielmehr dem kalten Meeresstrom, der sich gegen Ende des Tertirs im Nordseegebiet bemerkbar macht, ferner der nachweislich damals greren Hhe der skandinavischen Gebirge groe Bedeutung fr die erste Ent- stellung der skandinavischen Vergletsche- rung beigelegt werden, wenn man nicht ber- haupt hierin die ausreichende und einzige Ursache davon zu erblicken hat. Wie von meteorologischer Seite oft her- loben, bietet es bis hierher keine prin- a Schwierigkeiten, die Entstehung unO iehnung eines skandinavischen In- landeises durch die heutigen klimatischen Fak' u erklren, denn es ist mit geolo- gischen Beobachtungen zu belegen, da sich seit dem Pliozn Skandinavien klimatisch in der Lage des heutigen Grnland befand. Die Fortdauer dieses Zustandes im Quartr, kombiniert mit der Flligkeit groer Eis- flchen sich selbst zu erhalten und noch aus- zudehnen, weil alle Niederschlge infolge der Abkhlung der Luft in fester Form fallen, erklrt den Umfang dieses Inlandeises; als die heutigen geographischen Zustnde sich herstellten und der kalte Meeresstrom aus den europischen Gewissem verschwand, und zwar infolge von marin-geographischen Vernderungen, die sich, wie an anderer Stelle bemerkt (vgl. den Artikel Palo- klimatologie" 2a, y), weder in den Ksten- gebieten Europas noch unter wesentlicher Umgestaltung der Festlandsumrisse voll- zogen zu haben brauchen, mute nach dem Aufhren der Hauptursache die Vereisung erst allmhlich, dann beschleunigter zurck- gehen. Auerdem erfuhr Skandinavien whrend der Eiszeit eine starke Absenkung, vielleicht infolge der Eislast, doch ist nicht abzuschtzen, ob die berflche des mit einer mehr als 1000 m mch- tigen Eisschicht bedeckten Landes nun wesent- lich tiefer lag und mit geringerer Flche in die Schneeregion aufragte, als die des unvereisten im Pliozn. Von dem Gedanken, da die Eiszeit sich sozusagen ihr Ende selbst bereitet habe, nimmt man besser Abstand. Schreitet man auf diesem Wege fort, so ergibt sich zunchst, da die auf die sd- licheren Zugstraen gedrngten Zyklonen dort die Niederschlagsmenge erhhen, also Pluvialzeiten und auf den Gebirgen lokale Eiszeiten hervorrufen muten, letzteres so- weit durch den kalten Kstenstrom die Luft- temperaturen erniedrigt und die Schnee- grenze herabgedrckt wurde. Nun stammt aber nach A. Woeikof , der in dieser meteoro- logisch - palo klimatischen Betrachtungs- weise zuerst mit Nachdruck vorgegangen ist, die Feuchtigkeit der inlndischen Winde nicht vom Meer, sondern diese wird an den Ksten schon fast vllig abgefangen und spter durch neue, ber feuchten Land- strecken aufgenommene ersetzt. Die Tat- sache, da die Alpen im Norden strker als im Sden vergletschert waren, und die Lage der Eisscheide, die sich zwar nrdlich der heuti- gen Wasserscheide, aber doch dem Sdrand des vereisten Gebietes genhert findet, verweist darauf, da die Zufuhr der Nieder- schlge aus Norden und weniger aus dem mediterranen Pluvialgebiet und dem dortigen Streifen durchschnittlich niederen Luft- drucks erfolgte. Die von Norden kommenden Winde strichen aber whrend der Abschmelz- periode des nordischen Inlandeises ber ein viel feuchteres Land als vorher whrend dessen grter Ausdehnung. Daher ist von meteorologischer Seite oft behauptet werden, Eiszeiten 91 da die strkste Ausdehnung der Alpenver- eisung erst begonnen habe, als die des nrd- lichen Europas im Verschwinden war. Wei- terhin ergibt sich, wie Harm er ausgefhrt hat, da bei solcher Betrachtungsweise ein Alternieren der Vereisungen in Europa und in Nordamerika angenommen werden msse. Wre es nun mehr als Arbeitshypothese, da die Vereisungen berall zeitlich zusammen- fallen, so wrde mit diesen letzten Ergebnissen der Versuch einer meteorologischen Erklrung sein Scheitern bewiesen haben. Bis jetzt wird aber dadurch nur die Grenze bezeichnet, ber die hinaus jedes weitere Folgern ein zweck- loses Aneinanderreihen von leeren Vermu- tungen wre. Man knnte nur dann berechtigt sein, zwecks meteorologischer Erklrbarkeit eine Ungleichzeitigkeit in bestimmter Reihen- folge der quartren Eiszeiten an ihren ver- schiedenen Zentren einzusetzen, wenn geo- logische Beobachtung, unabhngig von aller Rcksicht auf Klimafragen, gezeigt htte, da die Eiszeit' der Alpen mit der nordeuro- pischen in einer Weise zusammenhngt, die eine meteorologische Erklrung begnstigt. Auch mte festgestellt sein, welche der nordischen Mornen sich nach England oder wenigstens bis Holland ausdehnt, ehe die zeitlichen Beziehungen zwischen der skandi- navischen und der grobritannischen Ver- eisung geprft werden knnen. Solange jedoch hierber Nachweise oder Gegenbeweise fehlen, besitzt die eben vorgetragene Theorie auch fr Skandinavien nur provisorischen Wert; immerhin erffnet sie schon jetzt manchen Ausblick auf wirkliche Erklrungsmglich- keiten und sttzt sich mehr als die sonstigen Theorien auf bekannte und der Beobachtung zugngliche Klimafaktoren. Nach Lepsius sind die alpinen Terrassen berhaupt nicht mittelbare Glacialwirkungen, sondern Folge tektonischer Ereignisse im Mittel- rheingebiet. Dann wre der Versuch, die schweizer Terrassen bis an die niederrheinischen Mornen zu verfolgen, zwecklos. Die Hhe der Schneegrenze ist im groben abhngig von der geographischen Breite: sie senkt sich, je nher den Polen, desto mehr auf Meeresniveau herab. Im einzelnen wird sie be- stimmt durch klimatische Faktoren, die ihrer- seits letzten Endes mit der Lage zum Meer, den geographisch-klimatischen Verhltnissen in diesem Meer und mit der Luftzirkulation zusammen- hngen. Die Gre der Gletscher ist hauptschlich bestimmt durch die Gre der Firnfelder und die Lufttemperaturen, da das untere Ende der Gletscher sich an der Stelle befindet, wo Eiszufuhr und Abtauung sich die Wage halten. Zunahme der Gletscher kann erfolgt sein erstens wegen Ver- grerung der Firnfelder infolge allgemeinen oder rtlich bedingten Herabsinkens der Schneegrenze oder Aufsteigens des Landes und Erweiterung der ber die unverndert stehende Schneegrenze aufragenden Flche; zweitens wegen Verminde- rung der Abtauung infolge allgemeiner oder rt- lich bedingter Temperaturherabsetzung des Som- mers. So viele Bedingungen, so viele Mglich- keiten auch, Vernderungen anzunehmen; daher entsteht eine unbersehbare Flle von Hypo- thesen, Varianten und Kombinationen zur Er- klrung der Eiszeit. Dagegen ruft, wie das Bei- spiel des jetzt wie im Quartr unvergletscherten Ostsibiriens zeigt, strenge Klte des Winters oder des ganzen Jahres fr sich allein noch keine Eiszeit hervor. Wenn man die Ungleichzeitigkeit der Ver- eisungen in Betracht ziehen darf, so wren viel- leicht die postglacialen" Schichten Islands und der Arktis mit ihrer jetzt weiter sdlich lebenden marinen Fauna zum Teil nicht dem skandinavi- schen Postglacial" gleichzusetzen, sondern ent- sprchen der dortigen Eiszeit. Sie bezeugten dann eine Art der marinen Zirkulation, wie sie an anderer Stelle (vgl. den Artikel Paloklima- tologie" 2a, y) als Ergebnis eines an der europ- ischen Kste entlang flieenden kalten Stromes entwickelt wurde. Der Vorsto wrmeren Klimas in Nordeuropa, der dem Rckgang des Eises folgte, wre dann davon getrennt zu halten. Das Ende der nordeuropischen Eiszeit wre am einfachsten durch die Annahme zu erklren, da noch im Quartr eine Senkung zwischen Grnland und Labrador den kalten Wassern einen Ausflu an der amerikanischen Seite des atlanti- schen Ozeans erffnete und so den heutigen Zu- stand herstellte. 4c) Klima des Interglacials und der Schwankungen. Die fr klimatische Zwecke wichtigsten Interglacialbilclungen Norddeutschlands bestehen in Austernbnken und anderen marinen Schichten mit einer an die heutige Nordsee gemahnenden Fauna, ferner in terrestrischen Ablagerungen mit Tieren und Pflanzen, die im groen und ganzen auch gegenwrtig in diesen Gegenden auf- treten knnten. In den Alpen sind besonders hervorzuheben die - - zwar nicht zahlreichen Vorkommnisse mit Rhododendron pon- ticum, die, wie z. B. die Httinger Breccie, meistens zwischen Ri- und Wrmeiszeit gestellt werden. Zwar knnen die Existenzbedingungen auch lebender Tiere und Pflanzen nicht ohne weiteres sichere Schlsse auf das Klima ihrer vorzeitlichen Standorte gewhrleisten; auch bleibt in vielen Fllen die Altersbestim- mung noch zweifelhaft, besonders besteht manches norddeutsche ,,Interglacial" aus verschleppten Schollen und ist nachweislich prglacialen Alters. Indessen bleibt gengen- der Anla zu dem Schlu, da wenigstens vorbergehend whrend der Eiszeit nicht ein ausgesprochen grnlndisches, sondern un- gefhr das heutige dort herrschende Klima in den Vereisungsgebieten bestand. Die ein- fachste Folgerung hieraus ist, da das Eis sich zeitweilig ganz zurckzog, in den Alpen bis in die Gipfelregion, im Norden mindestens bis Skandinavien. Oscillationen dieses Um- fangs lassen sich durch rein meteorologische 92 Eiszeiten Faktoren nicht erklren, wenn man nicht zu der ganz unwahrscheinlichen Annahme greifen will, da die Senkungen und Hebungen des Festlandes sich in Skandinavien und zwischen Europa und Amerika mehrere Male in genau derselben Weise wiederholt htten. Man wre also gezwungen, die Ursache der Vereisung in kosmischen, auerhalb der Erde liegenden Vernderungen zu suchen, wrde dann die in verschiedenen Gegenden beobachteten Schwankungen des Eisrandes fr Wirkungen derselben Ursache und fr gleichzeitig er- klren, gelangte also zu einer Anschauung ber das Wesen der Eiszeit, die frher als brauchbare Arbeitshypothese der Strati- graphie bezeichnet wurde. Rechnet man also mit mehrfachen Vereisungen und durch- greifenden, gleichzeitigen Interglacialstufen, so sttzt man sich weniger auf geologische Beobachtung, als auf abgeleitete Schlsse ber die Existenzbedingungen der inter- glacialen Tiere und Pflanzen. Keiner dieser Schlsse ist aber so fest begrndet, da er noch aufrecht erhalten werden knnte, wenn die Untersuchung der ' Lagerungsver- hltnisse die Ungleichzeitigkeit der alpinen und nordeuropischen Vereisung bewiese. Auerdem hat diese verbreitete Anschau- ung ber das Wesen der Eiszeit es noch nicht vermocht, eine erkennbare, der Beobachtung und Prfung zugngliche Angabe ber die Art der behaupteten kosmischen Vernderung aufzustellen. Die mit einmaliger Vereisung und lokalen Schwankungen rechnende Theorie zieht hauptschlich dadurch an, da sie einen Ausblick auf Verstndnis der Ursachen erffnet; ihre Schwche liegt darin, da man sich Rhododendren in den Alpen und in Norddeutschland Pappel und Linde nur ungern als Bewohner eines durch Eisnach- barschaft abgekhlten Landes denkt. Es ist unverkennbar, da die geographische Lage der vereisten Gebiete als Ursache in Be- tracht zu ziehen ist, lt sich doch sogar bei der sptpalozoischen Eiszeit noch bemerken, da die Kste der damaligen Meere nicht weit von den Inlandsvereisungen entfernt war. In Nord- amerika wie in Skandinavien gingen die quar- tren Gletscher von hochgelegenen, nachher ge- senkten und wieder aufgestiegenen Gebieten aus, wenngleich Lepsius, der nur mit diesem Faktor rechnet, wohl dessen Bedeutung berschtzt, anderes aber unterschtzt. Trat die Maximal- vereisung gleichzeitig in Europa und in Nord- amerika oder gar berall auf der Erde ein, so mssen die meteorologischen Faktoren nicht nur durch einen hinzutretenden hypothetischen er- zt, sondern teilweise durch ihn geradezu ben gewesen sein, weil die Niederschlags- irmemenge konstant bleibt und durch eine ung im Zusammenwirken jener klima- tischen ] aktoren nur anders verteilt wird; eine ng an einem Ort gleicht sich aus durch eine Verminderung an einem anderen. Ein hypo- thetischer Faktor mte ferner erklren, weshalb zwar auf den meisten Festlndern Abkhlung und Vermehrung der Niederschlge eintrat, aber die Verbreitung des klimatisch empfindlichsten Faunenbestandteils der tropischen Meere, z. B. der Riffkorallen nicht beeinflut wurde. Ein solcher Einflu ist nie behauptet oder nachge- wiesen und ebensowenig ein derartiger Klima- faktor auch nur hypothetisch namhaft gemacht worden, vielmehr htte alles, was als kosmische Ursache der Eiszeit angefhrt wird, auch die Tropen abkhlen und die dortige Fauna einengen mssen. Schlielich obliegt der Theorie von der mehrfachen Vereisung durch kosmische Fak- toren der Nachweis, da geologische Beobachtung in allen Glacialgebieten zu dem gleichen, an dem typischen Gebiet konstatierten System von Eiszeiten und Interglacialen fhrt. Bisher ist nur versucht worden, ein System hypothetisch von einem Gebiet auf ein anderes zu* bertragen und stets haben gewichtige Stimmen mit hchster Energie bestritten, da die Tatsachen sich dem bertragenen System einfgen lieen. Ebenso hat auch die Theorie von der Einheit der Eiszeit den Beweis ihrer Berechtigung noch zu erbringen und hat nachzuweisen, in welcher Weise die Schwankungen des Eisrandes im ein- zelnen geschahen, ferner, da die Interglacial- bildungen entweder wirklich teils prglacial, teils postglacial sind, oder, wenn der Vereisung gleich- zeitig, in ihrem Nebeneinander von Wldern und Steppen unter den klimatischen Bedingungen, wie sie in der Nachbarschaft eines Inlandeises herrschen, entstanden sein knnen, eine Aufgabe, mit deren Lsung sich hauptschlich E. Geinitz beschftigt hat. Vorlufig stehen sich also zur Erklrung der quartren Eiszeit zwei Hypothesen ent- gegen, die vorbildlich sind fr die Betrachtung der lteren Eiszeiten, aber trotz der Ent- schiedenheit, mit der sie zuweilen verteidigt werden, bisher nichts als Denkmglichkeiten vorstellen. Jede von ihnen hat ihre strksten Wurzeln dort, wo die andere schwach begrn- det ist. Unstreitig ist die polyglacialistische" bestechender, weil sie zu praktischer Ver- wendung als Arbeitshypothese taugt und ein sozusagen grandioseres Bild der quartren Erdgeschichte entwirft. Die monoglacia- listische" stellt dem nur ein in den Einzel- heiten noch verschwimmendes Bild entgegen, das an Stelle gewaltiger Allgemeinvorgnge ein lokales Nacheinander hnlicher Erschei- nungen bringt und erst klarer ausgestaltet und gruppiert werden kann nach Hinzufgung zahlloser, schwer bersichtlicher Einzelheiten geologischen, klimatologischen und biono- mischen Inhalts. Eine Entscheidung auf tatschlichem Boden ist somit noch uner- reichbar; die Hauptschwierigkeit besteht darin, da dem Geologen das meteorologische Element, dem Meteorologen umgekehrt das geologische zu wenig vertraut ist und deshalb minder gewichtig scheint. Jedoch ist vom methodologischen Standpunkt aus die heute meist anerkannte Vorstellung mehrfach wie- derholter Eiszeiten angreifbar, solange sie die Eiszeiten Eiweikrper 93 behaupteten Vorgnge auf eine dem Wesen nach unbekannte und unkontrollierbare Ur- sache zurckfhrt, denn so erfllt sie die Forderung nicht, die an eine wissenschaftliche Lehre zu allererst gestellt werden mu: beobachtete Tatsachen durch Zurckfhrimg auf eine Ursache und durch Schlsse auf das Wesen und die Wirkungsgesetze von Natur- krften wirklich zu erklren. Wohl mgen Krfte existieren, deren Wirkungen wir nur aus der Vorzeit der Erde kennen, aber in der Gegenwart bisher noch nicht herausfinden konnten, jedoch hat sich auch schon oft gezeigt, da nur deshalb auf vorzeitliche Mitwirkung von jetzt unbekannten Faktoren geschlossen wurde, weil der Beobachtungsstoff naturwidrig angeordnet war und es deshalb schien, als reichten die aus anderen Zusam- menhngen sehr wohl bekannten Naturkrfte zur Aufklrung des angeblich unlsbaren, in Wirklichkeit nur miverstandenen oder verunstalteten Problems nicht aus. Literatur. E. Hang, Traue de geologie IL Paris 1908 bis 1911. J. Geikie, The great Ice Age. 3. Aufl. London 1894- -F. E. Geinitz , Das Quartr Kordeuropas. Lethaea geognostica III, Bd. 2. Stuttgart 1908 bis 1904- Derselbe, Die Einheitlichkeit der quartren Eiszeit. Neues Jahrbuch f. Mineralogie usw. Beilage Bd. XVI, 1903. Derselbe, Die Eiszeit. Braunschweig 1906. F. Wahn- schaffe, Die Oberflchengestaltung des nord- deutschen Flachlandes 3. Aufl. Stuttgart 1909. JR. Lepslus, Geologie von Deutschland Bd. II. Leipzig 1910. Derselbe, Die Einheit und. die Ursachen der diluvialen Eiszeit in den Alpen. Abhandl. d. groherzogl. hess. geol. Landesanstalt zu Darmstadt Bd. V, 1910. A. Penck und E. Brckner, Die Alpen im Eiszeitalter. Leipzig 1909. G. F. Wright, The Ice Age in North America. 5 th ed. Ober- lin Ohio 1911. W. Sievers, Die heutige und die frhere Vergletscherung Sdamerikas. Ver- handlungen der Ges. deutscher Naturforscher und Aerzte 1911. F. Frech, Die dyadische Eiszeit der Sdhemisphre . Lethaea geognostica I, Bd. 2, 1902. E. Koken, Indisches Perm und die permische Eiszeit. Neues Jahrbuch fr Mineralogie usw. Festband 1907. E. Ph ilippi, Das sdafrikanische Dwykaconglomerat. Zeitschr. d. Deutschen geol. Ges. Bd. 55, 1904. T. W. E. David, Conditions of climate at different geological epoehs with special reference to glacial epochs. Compte rendu des X. internationalen Geologen Congresses 1906. Zu vergleichen sind auch die im Artikel Palo klimatologie" genannten Werke und der Artikel Eis". M. Semper. Eiweikrper. 1. Einleitung und Definition. 2. Primre Spaltungsprodukte. 3. Konstitution. 4. Zusammen- setzung aus den einzelnen Aminosuren. 5. Fer- mente. 6. Sekundre Spaltungsprodukte. 7. Re- aktionen. 8. Albumosen und Peptone. 9. Eiwei- salze. 10. Halogeneiweie und Verwandtes. 11. Physikalische Eigenschaften der Eiwei- krper. 12. Spezieller Teil. Einteilung. a) Einfache Eiweie. Albumine, Globuline, Alkohollsliche Eiweie, Histone, Protamine, Gersteiweie (frher Albuminoide genannt). b) Umwandlungsprodukte. Acidalbumin und Alkalialbuminat. Albumosen. Peptone. Pep- tide. Halogeneiwei usw. c) Proteide, Phos- phoproteide, Nucleoproteide, Hmoglobin, Glyco- proteide. I. Einleitung und Definition. Die Eiweikrper oder Proteinstoffe bilden eine scharf abgegrenzte Klasse von organischen Verbindungen, die in ihrem natrlichen Vor- kommen und in ihren Eigenschaften seit lange bekannt sind, und deren Konstitution in ihren Grundzgen erforscht ist. Sie be- | stehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauer- : stoff, Stickstoff und Schwefel in einem I ziemlich konstanten Verhltnis und setzen sich in der Hauptsache aus bestimmten a-Aminosuren zusammen, die als Sure- amide miteinander verkoppelt sind. Diese Struktur gibt ihnen eine solche Gleichartig- keit des chemischen Verhaltens, da man ber die Zugehrigkeit eines Krpers zu der Klasse kaum jemals im Zweifel sein kann. Synthetisch dargestellt sind bisher nur die allerersten Glieder der Reihe. Historisch hat man mit dem Namen Eiweikrper zuerst die kolloidalen Ei- weikrper bezeichnet, die in der Natur vor- kommen und den grten und wichtigsten Teil der lebenden Pflanzen und Tiere bilden. Erstens enthalten die Flssigkeiten der Tiere und Pflanzen, Blut, Lymphe, Zellsaft usw., Eiweikrper in gelster Form. Zweitens bil- den die Eiweikrper, der Hauptmasse nach Proteide, zusammen mit anderen organischen und unorganischen Substanzen das merk- wrdige, zwischen dem festen und flssigen Aggregatzustande in der Mitte stehende Ge- menge von eigenartiger Struktur, das man das lebendige Protoplasma der tierischen und pflanzlichen Zellen und Gewebe nennt. Aus den Organen lassen sich die Eiwei- krper teils durch einfaches Auflsen, teils aber nur durch strker verndernde Ein- griffe in Lsung bringen. Ein dritter Teil der Eiweikrper ist als Ernhrungsmaterial wachsender Embryonen in Pflanzensamen und den Eiern von Tieren, in fester, zum Teil kristallinischer Form abgelagert. Spter fand man, da im Tierkrper weit verbreitet Stoffe vorkommen, die in Zu- sammensetzung und Reaktionen mit den Eiweikrpern nahe bereinstimmen, sich aber physikalisch dadurch von ihnen unter- scheiden, da sie feste Krper sind, und die Gerstsubstanzen der Tiere bilden. Sie wurden als eiweilmliche Krper" oder Albuminoide bezeichnet, whrend wir heute keinen Grund haben, sie von den brigen 94 Eiweikrper natrlichen Eiweikrpern zu trennen. Eine weitere Ausdehnung erfuhr der Begriff, als man Krper kennen lernte, die aus der Ver- bindung eines Eiweikrpers mit einem an- deren chemischen Krper bestanden. Sie werden in der deutschen Literatur allgemein als Proteide bezeichnet. Die beiden Gruppen der nativen oder einfachen oder Eiweikrper im engeren Sinne und der Proteide oder zusammenge- setzten Eiweikrper kommen in der Natur vor. Ihnen gegenber stehen die eiwei- artigen Spaltungsprodukte und Derivate, die Albumosen, Peptone usw., die chemisch durchaus Eiweikrper sind, sich von den anderen Eiweien aber durch den Mangel des kolloidalen Charakters und durch ihren Ursprung unterscheiden. Sie kommen einmal in der Natur, als Produkte der Verdauung und des Stoffwechsel vor, sodann werden sie knstlich durch Spaltung der anderen Ei- weie dargestellt. Ihnen schlieen sich die synthetischen Peptide an. Ein Synonym fr Eiweikrper ist Pro- teine", wovon sich Bezeichnungen wie pro- teolytisch usw. ableiten. Das frher ge- brauchte Wort Albuminstoffe" ist nicht mehr blich, da es zu Verwechselungen mit. den Albuminen, einer bestimmten Gruppe von Eiweien, fhrt. Die Bezeichnung Proteide" wird im Deutschen fr die zu- sammengesetzten Eiweie reserviert. Im Englischen wurde bisher der Ausdruck Proteids" fr alle Eiweikrper im weitesten Sinne gebraucht, neuerdings haben sich die englischen und amerikanischen physiologi- schen Chemiker geeinigt, die Eiweikrper Proteins" zu nennen, die in simple", conjugated" und derived proteins" zer- fallen. Im Franzsischen ist der Name Substances albuminoides" fr alle Eiwei- krper blich und nicht etwa fr die Gerst- eiweie, die im Deutschen frher Al- buminoide genannt wurde. Doch sind auch Ausdrcke blich, die sich von proteine" ableiten. 2. Primre Spaltungsprodukte. Um die Konstitution des Eiwei zu erforschen, hat man das Eiweimolekl bis zum Ver- schwinden seines chemischen Charakters zer- legt und die dabei entstehenden Spaltungs- produkte untersucht. Die Zerlegung ge- schieht durch Kochen mit Suren oder Al- kalien, durch Oxydation mit Wasserstoff- superoxyd, durch Schmelzen mit Kali, durch Einwirkung berhitzten Wasserdampfes, i tierische und pflanzliche Fermente oder den Stoffwechsel lebender Organismen. Bei diesen Prozessen entsteht zu- nchsl (ine Reihe von Krpern, die noch mehr oder weniger den gleichen chemischen Bau besitzen wie das ursprngliche Eiwei, und die daher zu den Eiweikrpern im weiteren Sinne gerechnet werden, die Albu- mosen, Peptone, Peptide usw. Diese aber zerfallen wieder in Krper ganz anderer Art, die man im Gegensatz zu ihnen als kristallinische oder abiurete Spal- tungsprodukte bezeichnet. Beide Namen sind nicht mehr korrekt, seit man kristalli- sierende Eiweikrper und Peptone kennt, und seit zwischen den Peptonen, die die Biuretreaktion geben, und den einfachen Spaltungsprodukten eine Reihe von Ueber- gangsgliedern bekannt geworden sind. Doch werden beide Namen noch vielfach ange- ! wendet. Unter der groen Zahl der einfachen Spal- tungsprodukte nehmen einen besonderen Rang diejenigen ein, die beim Kochen mit Salz- oder Schwefelsure oder durch die Ver- dauungsfermente von der Art des Trypsins entstehen, die primren Spaltungspro- dukte. Bei dieser Spaltung bleiben die Kohlenstoffketten unversehrt und es wird lediglich die Bindung gelst, die sie an- einanderknpft. Andererseits ist es E. Fischer gelungen, zwei und mehr dieser primren Spaltungsprodukte zu Sureamiden zusammenzufgen, die den einfachsten Ei- weikrpern, den Peptonen, nahe stehen. Es kann keinem Zweifel untei liegen, da die primren Spaltungsprodukte im Eiwei- molekl sozusagen prformiert sind, seine Bausteine darstellen. Von den folgenden Spaltungsprodukten drfen wir nach unseren heutigen Kennt- nissen annehmen, da sie im Eiwei pr- formiert sind: 1. Aminoessigsure, Glykokoll, C 2 H 5 N0 2 . 2. a-Aminopropionsure, Alanin, C 3 H 7 j NO,. 3. a-Aminoisovaleriansure, Valin, C 5 H n N0 2 . 4. a-Aminoisocapronsure, a-Aminoiso- butylessigsure, Leuein, C 6 H 13 N0 2 . 5. a-Aminoisocapronsure, cc-Amino- /5-methylthvlpropionsure, Isoleucin, C 6 H 13 N0 2 . 6. a-Aminobernsteinsure, Asparaginsure, C 4 HgN0 4 . 7. a-Aminoglutarsure, Glutaminsure, C 5 H 9 N0 4 . 8. a-Pyrrolidincarbonsure, Prolin, C 5 H 9 N0 2 . 9. a-Oxypyrrolidincarbonsure, C 5 H 9 N0 3 . 10. Phenyi-a-aminopropionsure, Phenyl- alanin, CgH^NOa. 11. p-Oxvphenvl - a-aminopropionsure, Tyrosin, C^NO,.' 12. Indol-a-aminopropionsure, Trypto- phan, CgHuNoOa. 13. Imidazol-a-aminopropionsure. Histi- din, C 6 H 9 N 3 2 . 14. a,-Diaminovaleriansure, Ornithin, C 5 H 12 N 2 2 . Eiweikrper 95 15. a-,-Diamino-n-capronsure, Lysin, C 6 H 14 N 2 2 . 16. a-Amino-/5-oxypropionsure, Serin, C 3 H 7 N0 3 . 17. a-Diamino-/j-dithiodilaktvlsure, Cv- stin, C 6 H 1 .,0 4 N 2 S 2 . 18. Harnstoff, CH 4 ON 2 . 19. Ammoniak, NH 3 . Ornithin und Harnstoff sind zu dem Arginin vereinigt. Die Bindung zwischen ihnen wird durch Kochen mit Suren und die Fermente Trypsin und Erepsin nicht gelst, und bei diesen Spaltungen erscheint an Stelle von Ornithin und Harnstoff als Spaltungsprodukt das Arginin. Die Spaltungsprodukte der Eiweikrper sind alle a-Aminosuren, und die Gruppe NH, I -C-COOH H bestimmt ihr und damit auch der Ei- weikrper chemisches Verhalten. Fr die Eiweichemie kommen insbe- sondere folgende Eigenschaften der a-Amino- suren in Betracht: 1. Sie sind amphotere Elektrolyte und knnen daher mit Suren wie mit Basen Salze bilden, die aber stark hydrolytisch dissoziiert sind. 2. Durch Besetzung, sei es der sauren oder basischen Gruppe, kann ihnen dieser Doppelcharakter genommen werden; es ent- stehen Krper, die entweder nur Suren oder nur Basen sind. a) Glykokoll und die anderen Amino- suren bilden mit Alkoholen Ester, die Basen sind CH 2 NH 2 COOH + C 2 H 5 OH = CH 2 NH 2 C0.0 .C 2 H 5 . b) Glykokoll und die anderen Amino- suren bilden durch Methylierung die syn- thetischen Betaine, die ebenfalls deutlich basisch sind 4. Durch Anlagerung von Kohlensure an die Aminogruppe entstehen Carbamino- suren (Carbaminoreaktion): H 2 CN^ I H COOH CO.,: H 2 CN< H COOH COOH. Bei alkalischer Reaktion entstehen die Salze der betreffenden Carbaminosure. Die Aminosuren aus Eiwei sind mit Aus- nahme des Glykokolls, alle optisch aktiv; durch Kochen mit Alkali werden sie race- misiert, und zwar verschieden leicht. Koch leichter werden sie im allgemeinen racemi- siert, solange sie noch im Gefge des Eiwei- molekls stecken. Die Salze der Aminosuren mit Suren oder Basen haben ein von den freien Amino- suren verschiedenes, ja bisweilen das ent- gegengesetzte Drehungsvermgen. Da die Salze stark hydrolytisch dissoziiert sind, wechselt das Drehungsvermgen mit dem Gehalt an Salzsure und wird erst bei sehr groem Salzsureberschu einigermaen kon- stant, ist dann aber auch sehr charakteristisch und wird besonders hufig zum Beweise der Reinheit der Aminosuren benutzt. Zur Bestimmung der Polarisation sind die Amino- suren daher meist in Salzsure von 21 % gelst worden, bisweilen auch in Natron- lauge. Die Bezeichnung der Aminosuren als rechts- und linksdrehend (d- und 1-) erfolgt nach ihrem Drehungsvermgen in wsseriger, neutraler Lsung. Eine rationelle, genetische Bestimmung der sterischen Konfiguration ist bisher nur fr Serin, Cystein und Alanin gelungen, die auf Traubenzucker be- zogen folgende Konfiguration haben: COOH COOH COOH HC -N(CH 3 )< C-O 3. Durch Reaktion der Aminogruppen mit Aldehyden, z. B. Formaldehyd, ent- stehen Methylenverbindungen, die ausge- sprochene Suren sind H,CNH, H 2 CNCH 2 + HCOH = + H 2 0. COOH COOH Die Aminosuren sind neutrale Krper, die Methylenverbindungen Suren, und so kann das Sauerwerden einer Lsung beim Zusatz von Formol zum Kachweis Aminosuren z. B. im Harn dienen. von H 2 N-C H HoN-C H H,N-C H I I ! CH 3 CH 2 OH CH 2 SH Alanin Serin Cystein Dabei ist Alanin rechts-. Serin und Cystein linksdrehend. Das Glykokoll, das daher seinen Namen hat, und die anderen a-Aminosuren schmek- ken s, whrend die - und y- Amino- suren geschmacklos sind. Doch beschrnkt sich der Sgeschmack bei einigen Amino- suren auf eines der beiden Stereoisomeren. Beim Leucin schmeckt das im Eiwei vor- kommende 1-Leucin fade und schwach bitter, das d-Leucin stark, das d, 1-Leucin schwach s. Von den Spaltungsprodukten zeigen Tyro- sin, Tryptophan, Histidin und Cystin charak- teristische Farbenreaktionen (vgl. Abschn. 7). 1. Tyrosin, a) die Millonsche Reaktion, 96 Eiweikrper b) die Diazoreaktion, c) Dunkelf r bung durch Tyrosinase. 2. Tryptophan. a) Ad amkiewicz-Hopki n sehe Reaktion. b) Tryptophanreaktion, Violettfrbung beim Zusatz von Brom- oder Chlorwasser und Essigsure. Wird nur von isoliertem Tryptophan gegeben, und dient daher zum Nachweis der Zerlegung des Eiweies. 3. Histidin. a) die Diazoreaktion wie das Tyrosin. b) Brom wasser, wird durch Histidin erst entfrbt, dann gelb, beim Erhitzen erst farblos, dann weinrot. Tyrosin und Leucin haben charakteri- tische Kristallformen, alle anderen Amino- suren mssen zu ihrer Identifizierung iso- liert werden. Fr das Arginin, Lysin und Histidin geschieht das durch Fllung mit Phosphorwolframsure, die diese stark basi- schen Stoffe wie andere organische Basen niederschlgt und weiterhin nach einem von Kessel herrhrenden sehr genauen Ver- fahren. Die Monoaminosiiren werden nach Emil Fischer mit Salzsure und Alkohol verestert, die basischen Ester in Freiheit gesetzt und durch fraktionierte Destillation getrennt. Diese beiden Verfahren haben die Grundlage der heutigen Eiweichemie ge- bildet. Weitere primre Spaltungsprodukte als die angefhrten anzunehmen, liegt z. Z. kein Anla vor, abgesehen von einer Di- aminotrioxydodekansure, die einmal ge- funden ist. Der Schwefel ist in den ein- fachen Eiweikrpern anscheinend ausschlie- lich in Form von Cystin enthalten, in den zusammengesetzten Eiweien noch in anderer Form. Ein Kohlehydrat fehlt den einfachen Eiweien, unter den zusammengesetzten findet sich eine Gruppe, die Glukosamin enthlt. Whrend bei der Surespaltung die Hauptmasse des Eiweies in reine Bausteine zerfllt, entstellen durch eine Nebenreaktion auerdem braun- oder schwarzgefrbte Stoffe, die man wegen ihrer Aehnlichkeit mit den dunkeln Stoffen in verwesenden Substanzen als Humine bezeichnet. Wegen ihrer Aehnlichkeit mit den Melaninen, den schwar- zen oder braunen Pigmenten der Tiere, werden sie auch als Melanoidine bezeichnet. Sie entstehen nicht nur aus Eiwei, sondern in noch reicherem Mae aus Kohlehydraten, sind aber dann natrlich stickstofffrei, wh- rend die Humine aus Eiwei 5 bis 8 % N halten. Alle Humine zeigen hohen Kohlenstoff- und niederen Wasserstoffgehalt (64 und 5 %). Die Humine sind in Wasser Sure unlslich, in Alkalien leicht Jnter den Bausteinen des Eiweies zeig rote Neigung zur Huminbildung das Tryptophan und das Glukosamin, nchst ihnen Tyrosin und Lysin. Die Huminbildung bedingt einen Teil der Unsicherheit der Bestimmung der Aminosuren. 3. Konstitution. Die Eiweikrper werden durch Kochen mit Suren und durch die Einwirkung bestimmter Fermente in die bisher geschilderten Spaltungsprodukte zer- legt, die bis auf Harnstoff und Ammoniak alle a- Aminosuren sind, also die Gruppe H I H 2 N-C-COOH enthalten. Derartige Aminosuren sind zuerst von Curtius, spter von Schiff miteinander vereinigt worden. Die Auf- klrung der Konstitution der Eiweikrper erfolgte aber erst durch die Darstellung der Peptide durch Emil Fischer. In den Peptiden sind die Aminosuren als Sureamide so miteinander vereinigt, da das entstehende Peptid selbst wieder eine Aminosure ist. Das einfachste Peptid besteht aus 2 Moleklen Glykokoll oder Glycin und entsteht nach der Formel: NH 2 CHoCOOH+NH 2 CH 2 COOH-H,0 =NH 2 CH 2 CONHCH 2 COOH. Man schreibt es: H H I I H 2 N-C-C-N C-COOH. I II I I H H H Entsprechend entsteht aus 2 Moleklen Leucin das Leu cy Heu ein: H H I I H 9 N- C- -C- N- -C- COOH CH 2 H CH l CH 2 CH CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 In derselben Weise knnen verschiedene Aminosuren Peptide bilden. Da die ge- bildeten Dipeptide ihrerseits die anlage- rungsfhigen Gruppen der Aminosuren be- sitzen, und den a- Aminosuren, wie E. Fischer gefunden hat, in hervorragendem Mae die Flligkeit zukommt, lange Ketten zu bilden, so entstehen Tripeptide etwa vom Typus des Leucylglycylphenylamins, das aus je 1 Molekl Leucin, Glykokoll und Phenylalanin bestellt: H H H I I I H 2 N-C- -C N C C N- -C-COOH. CH, H H H CH CH 3 CH 3 CH, C 6 H 5 Eiweikrper 97 Die Synthese solcher Polypeptide ist bisher bis zu einer 18gliedrigen Kette, einem Okta- dekapeptid aus 3 Moleklen 1-Leucin und 15 Moleklen Glykokoll, fortgeschritten; neben den Mono amino suren sind auch die Eiweibasen in die Synthese einbezogen worden; neben den erst verwendeten race- mischen sind spter meist die optisch ak- tiven Aminosuren zum Aufbau der Peptide benutzt worden; ebenso sind Amide der Aminosuren und Peptide dargestellt. Mit dem Aufbau der Peptide ist die Frage nach der Struktur des Eiweies im Prinzip gelst; denn die Peptide stimmen mit den Eiweikrpern in ihren wesentlichen chemischen Eigenschaften berein. Die komplizierten Polypeptide stehen in bezug auf Lslichkeit, Fllbarkeit und andere Eigenschaften den natrlichen Peptonen sehr nahe; ja einige werden wie Albumosen ausgesalzen. Bei dem kombinierten Abbau von Eiwei durch Salzsure, Trypsin und Alkali gelangten E. Fischer und andere zu Peptiden, die sich mit synthetischen Peptiden als identisch erwiesen. Da diese Struktur nicht ausreicht, davon wird unten noch die Kede sein. Vor allem sind die natrlichen kolloidalen Eiwei- krper zweifellos noch viel komplizierter ge- baut als selbst das Oktadekapeptid mit dem Molekulargewicht 1213, obwohl dies schon eines der hchsten Molekulargewichte bei einem bekannten Krper ist. Aber die Peptone, die aus diesen kolloidalen Eiwei- krpern entstehen, sind im wesentlichen Polypeptide. Durch die Peptidstruktur werden folgende Eigenschaften der Eiweikrper erklrt: 1. Die Tatsache, da die Eiweikrper aus so sehr differenten Spaltungsprodukten sich aufbauen und doch alle in ihren Eigen- schaften auerordentlich gleichartig sind. Auch wird hierdurch verstndlich, da die Spaltung der Eiweikrper durch die verschiedensten Reagenzien so sehr gleich- mig verluft und nicht bald da, bald dort, sondern immer an dem prformierten locus minoris resistentiae angreift. Im Gegensatz zu den Kohlehydratfermenten, die fr die einzelnen Polysaccharide spezifisch sind, werden alle Eiweikrper von den gleichen Fermenten gespalten. 2. Die Biuretreaktion. Sie ist eine Rotfrbung, die das Biuret und entsprechend gebaute Krper beim Zusatz von Natron- lauge und wenig Kupfersulfat geben. Sie wird von allen Verbindungen gegeben, welche zwei CONH 2 - Gruppen an einem Kohlen- stoff- oder an einem Stickstoffatom oder direkt miteinander vereinigt besitzen. Im Eiwei liegt hiervon die Kombination -CHNH- CONH vor. Diese Reaktion wird von den meisten Peptonen und ebenso von vielen synthetisch aufgebauten Peptiden gegeben. Ganz klar ist bisher nicht, nach welchen Regeln bei den synthetischen Peptiden die Biuret- reaktion auftritt oder fehlt, und ebenso- wenig ist klar, weshalb die Biuretreaktion bei gewissen Peptonen, die sich sonst nicht von anderen Peptonen unterscheiden, fehlt, weshalb manche Peptide und Eiweikrper eine rote, andere eine viel undeutlichere violette Reaktion geben. 3. Das Verhalten zu den Eiwei- fermenten. Durch die Fermente vom Typus des Trypsins und Erepsins werden die Eiweikrper und die Di- und Polypeptide i in Aminosuren zerlegt, aber keine anderen Krper angegriffen (siehe unten). 4. Der gleichzeitig saure und ba- sische Charakter der Eiweikrper. Wie bei den Eiweisalzen eingehend aus- einandergesetzt werden wird, ist das Eiwei an sich in wsseriger Lsung nahezu neutral, kann aber mit Suren und Basen Salze bilden. Geradeso verhalten sich bis in alle Einzelheiten hinein die Aminosuren, die ! das Eiwei aufbauen. Nun ist aber die oben geschilderte Verknpfung, bei der die Amino- gruppe der einen mit der Carboxylgruppe der anderen in Verbindung tritt, die einzige, durch die der Doppelcharakter der Amino- suren gewahrt bleibt. Das Glycylglycin H 2 NCH 2 CONHCH 2 COOH und das Diglycylglvcin H 2 NCH 2 CONHCH 2 CONHCH 2 COOH sind ebensogut Aminosuren wie das Glyko- koll selbst. Fnde die Verknpfung nur durch die Aminogruppen statt, so wrden die freien Carboxyle das Eiwei zur Sure machen, umgekehrt wrden Verknpfungen zweier Carboxylgruppen die Eiweikrper zu Basen machen. Der sogenannte Amidstickstoff der Eiweikrper ist offenbar in derselben Weise gebunden, wie die Aminosuren aneinander. Er wird durch siedende Suren, Trypsin und Erepsin abgespalten. Emil Fischer und andere Autoren haben neben den Peptiden auch deren Amide dargestellt, die ebenfalls durch die Eiweifermente gespalten werden Argin in bin dng. Whrend in den bisher geschilderten Peptiden ein Stickstoff- atom zwei Kohlenstoffatome miteinander verknpft, an deren einem ein Sauerstoff- atom steht, also -C-N-C H H Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. 98 Eiweikrper sind im Arginin durch ein Stickstoffatom zwei Kohlenstoffatome miteinander ver- knpft, deren keines mit Sauerstoff ver- bunden ist. -C N C- H H H Auf diese Art werden Ornithin und Harn- stoff oder Guanidin und Aminovalerian- sure zum Arginin vereinigt. Diese Bindung wird von siedenden Suren und den Fer- menten vom Typus des Trypsins und Erep- sins nicht angegriffen, dagegen durch sie- dende Alkalien und das Ferment Arginase, wobei Ornithin und Harnstoff entstehen. Der Guanidin- oder Harnstoffrest ist end- stndig, d. h. das Arginin ist nicht anders eingefgt als die einfachsten Aminosuren. Diese zweite Bindung ist in der ber- wiegenden Mehrzahl der Eiweikrper viel seltener enthalten als die Peptid bindung. Da aber alle heute bekannten Eiweikrper Arginin enthalten, ist sie ebenfalls charak- teristisch fr das Eiweimolekl. In den Historien, wichtigen Eiweikrpern voiwie- gend der Zellkerne, ist der vierte Teil des Stickstoffs in der Form von Arginin ent- halten. Noch hher ist der Arginingehalt in manchen Protaminen und in den Prot- aminen Salmin, Clupein und Scombrin sind % des Stickstoffs Arginin, d. h. etwa 2 / 3 Guanidin. In ihnen sie sind die einzigen ganz aufgelsten Eiweie - - kommt auf je 2 Molekle Arginin nur je 1 Molekl einer Monoaminosure, d. h. es mssen in ihnen 2 Molekle Arginin miteinander verbunden sein; sie enthalten Diarginidkomplexe und die Untersuchung der Protone, der pepton- artigen Spaltungsprodukte dieser Protamine, hat ergeben, da die Anordnung der Bau- steine im Molekl eine symmetrische ist, d. h. da die Aminosuren zuerst zu Di- arginylvalin, Diarginylprolin usw. zusammen- gefgt und erst diese zum Protamin ver- einigt sind. Bei diesen Protaminen wird durch Arginase und durch Alkaliwirkung ein Teil des Harnstoffs, zweifellos dem end- stndigen Arginin entsprechend, abgespalten, whrend die Peptidbindungen des brigen Molekls erhalten bleiben. Bei den anderen, argininrmeren Eiweikrpern ist das in- dessen, wenigstens durch Alkali, nicht oder in viel kleinerem Mae der Fall. Salpetrige Sure spaltet aus dem Lysin Stickstoff ab. Solche Umwandlungsprodukte von Ei- weikrpern, die durch Alkali oder salpetrige Sure ihrer endstndigen Harnstoff- oder Aminogruppen zum Teil beraubt sind, sind unter den Namen Desamidopepton, Des- amidoalbumin usw. beschrieben worden. Lnung der Bausteine im Ei- weimolekl. Die Art, wie die primren Spaltungsprodukte miteinander verbunden sind, ist bisher besprochen. Weiterhin sind folgende Tatsachen bekannt: Wie Kossei und Wei gefunden haben, werden' die Spaltungsprodukte des Eiweies durch Alkalien sehr viel leichter racemi- siert, wenn sie im Eiwei gebunden, als wenn sie frei sind. Am leichtesten wird dabei das Ornithin racemisiert. Diese Bacemisierung beruht auf der Bildung einer Enolform, bei der das Kohlenstoffatom der Gruppe CH seine symmetrische Beschaffen- heit verliert. Ferner erfolgt die Abspaltung der Amino- suren verschieden leicht (Anti- und Hemi- gruppe). Seit Schtzenberger und Khne wei man, da das Eiweimolekl gegen die spal- tende Wirkung von Suren oder Fermenten verschieden resistent ist, und es hat sich spterhin herausgestellt, da der leicht spaltbare Anteil durch seinen Gehalt an Tyrosin und Tryptophan, der schwer spalt- bare durch Phenylalanin, Glykokoll und Prolin charakterisiert ist. Die anderen Aminosuren gehren beiden Teilen an. Dieser Unterschied in den Bausteinen und die verschiedene Festigkeit der Verknpfung gehn stets Hand in Hand. Frher nahm man meist an, da das Eiwei sich aus mehreren koordinierten Teilen von verschiedener Spaltbarkeit zu- sammensetze. Die einleuchtendere, heute meist akzeptierte Auffassung ist, da der Abbau durch Suren und Fermente all- mhlich erfolgt. Whrend die ueren' 1 Aminosuren schon abgespalten sind, bleibt ein Kern enthalten, der immer noch Eiwei ist. Jedenfalls ist die Erscheinung, da ein Teil des Eiweies sehr rasch gespalten wird, da dann aber Krper zurckbleiben, die nach Reaktionen und Eigenschaften sich scheinbar nicht allzuweit vom Aus- gangsmaterial entfernen, und noch den chemischen Charakter der Eiweikrper be- wahrt haben, bei allen Eiweispaltungen zu beobachten und praktisch und technisch wichtig. Einen dritten Hinweis auf die besondere Art der Anordnung der Bausteine im Ei- weimolekl bietet die Pepsinverdauung. Durch Pepsin wird nmlich das Eiwei in Peptone verwandelt, diese aber nicht in Aminosuren zerlegt (s. unten). Dabei sind die schlielich entstehenden Krper, die Peptone, zum groen Teil wahrschein- lcin gar nicht besonders hochmolekulare Krper, sondern mit den knstlichen Pep- tiden auf eine Stufe zu stellen, vielleicht entstehen selbst schon Dipeptide durch das Pepsin, dagegen niemals Aminosuren. Auch wird das Brechungsvermiren einer Eiweilsung, eine physikalische Konstante, die molekulare Aenderungen sehr genau zu Eiweikrper 99 erkennen gestattet, durch die Pepsinver- dauung gar nicht beeinflut, whrend die Zerlegung der Peptone in Aminosuren eine starke Vermehrung des Brechungsvermgens hervorruft. Die einzelnen Pepsinpeptone verhalten sich in der Weise genau wie das ursprngliche Eiwei, als durch Sure- oder Trypsinspaltung aus ihnen zunchst einzelne Aminosuren, darunter Tyrosin und Trypto- phan, abgespalten werden, whrend der Rest zunchst unverndert bleibt. Der Unterschied der Pepsinspaltung von der vlligen Spaltung kann nicht wohl anders gedeutet werden, als da die Peptone in irgendwie anderer Weise zum Eiweimolekl zusammengefgt sind, als die Aminosuren zu den Peptonen oder Peptiden. Andere Atomgruppierungen als die im vorigen Kapitel aufgefhrten Aminosuren und die durch ihre Verknpfung entstehenden Gruppierungen fehlen im Eiwei. Der Stickstoff ist ausschlielich als NH 3 vorhanden, nicht aber als Nitro-, Nitroso- oder Azostickstoff, was dadurch bewiesen wird, da fr das Eiwei wie fr alle seine Spaltungsprodukte die Bestimmung nach Kjeldahl ziemlich denselben Wert liefert wie die nach Dumas. Der Kohlenstoff gehrt teils der Fett- reihe, teils der aromatischen an. Die Ein- fgung beider ist nicht verschieden. Hetero- zyklische Gruppen sind das Tryptophan, das Histidin, das Prolin und die Oxy-a- Pyrroliclincarbonsure. Hydroxylgruppen enthalten von den Spaltungsprodukten das Tyrosin, Serin und die Oxy-a-Pyrollidin- carbonsure. Aldehyd- und Ketongruppen enthlt das Eiwei nicht Gruppen O.CH 3 und O.C 2 H 5 . 4. Zusammensetzung aus den einzelnen Aminosuren. Die qualitative Zusammen- setzung der Eiweikrper aus den einzelnen Gruppen schien anfangs eine sehr verschiedene zu sein. Mit der Verbesserung der Darstellungs- methoden haben sich diese Unterschiede aber immer mehr verwischt. Seit Kossei sichere Methoden zur Darstellung des Lysins, Arginins und Histidins angegeben hat, haben sich das Arginin in allen, die beiden anderen in nahezu allen Eiweikrpern gefunden. E. Fischers Methode fr die Monoamino- suren hat ebenfalls eine groe Ueberein- stimmung ergeben. Am wenigsten Bausteine (Ornithin, Harnstoff, Alanin, Prolin) ent- hlt das Protamin Scombrin, dann folgt mit fnf Spaltungsprodukten (Ornithin, Harn- stoff, Serin, Valin, Prolin) das Protamin Salmin, dann Clupein, Sturin und andere Protamine, die alle kein Cystin und wech- selnde, aber immer nur wenige Monoamino- suren enthalten. Alle brigen Eiwei- krper enthalten immer die meisten Bau- steine mit nur einigen Ausnahmen. So ebensowenig die fehlt das Glykokoll dem Casein, Zein, Globin und Serumalbumin, das Tyrosin dem Leim, das Tryptophan dem Leim und dem Zein, das Lysin dem Zein, Gliadin und anderen alkohollslichen Pflanzeneiweien. In einer Anzahl anderer sind einzelne Spaltungs- produkte, auch gut bestimmbare, in so winziger Menge vorhanden, da man an eine Beimengung anderer Eiweikrper denken mu. Diese ist schon bei den kristallisierenden Eiweien oft schwer auszuschlieen, noch schwerer aber ist das der Fall bei den Ei- weikrpern der Sttzgewebe, die immer in Wasser und Salzlsungen, hufig auch in ver- dnnten Suren und Laugen unlslich sind. Diese werden dann in der Regel so gewonnen, da die brigen Eiweikrper weggelst werden, und der unlsliche Rckstand das betreffende Gersteiwei darstellt. Dabei mu man dann gewhnlich zwischen der Gefahr, ungelste Reste eines anderen Eiweies mitzubekommen, und der Gefahr, das Ge- rsteiwei zu spalten, durchlavieren, und die Analysen des Leims, Elastins usw. be- sitzen immer eine gewisse Unsicherheit. Hauptschlich aber mssen die Unter- schiede der einzelnen Eiweikrper nicht sowohl auf Verschiedenheiten ihrer Bau- steine beruhen, als darauf, da diese Bau- steine in verschiedener Menge und verschie- dener Anordnung auftreten. Die Menge ist sehr different, da die meisten Spaltungs- produkte nicht einmal, sondern mehrfach im Eiweimolekl auftreten. So zeigt ein Vergleich des Histidins mit dem Tyrosin, da im Globin mindestens 10 Histidin- molekle vorhanden sein mssen. Legt man das aus den Analysenzahlen berechnete mindeste Molekulargewicht des Hmoglobins von 16 669 zugrunde, so ergeben sich sogar 12 Molekle Histidin. Entsprechend be- rechnen sich aus dem Arginingehalt des Zeins 17 Molekle Glutaminsure, aus dem Tyrosingehalt des Gliadins 38 Molekle Glut- aminsure. Das Salmin enthlt 10 Molekle Arginin auf 1 Molekl Valin oder Prolin. Bei der partiellen Spaltung des Eiwei- molekls finden sich die meisten Amino- suren sowohl in dem zerlegten Teil als im unangegriffenen Rest, mssen also an verschiedener Stelle des Molekls oder in verschiedener Bindung vorhanden sein. Es ist wohl mglich, da die durch die letzte Beobachtung wahrscheinlich gemachte verschiedene Anordnung der Aminosuren im Molekl auch eine Rolle spielt, bisher ist nur die Gesamt menge der auf die einzelnen Eiweie kommenden Aminosurenmenge bestimmt worden, und es hat sich dabei gezeigt, da jedem Eiwei eine ganz bestimmte und konstante Zusammensetzung aus Amino- suren zukommt, die es von jedem anderen Eiwei unterscheidet. Diese Zusammenset- 100 Eiweikrper zung ist daher die gegebene Grundlage fr die Einteilung der Eiweikrper, und es hat sich ergeben, da den lteren Gruppierungen, die sich auf den physikalischen Eigenschaften, der Lslichkeit usw. der natrlichen Ei- weikrper aufbauten, auch Uebereinstim- mungen in der Zusammensetzung aus den Aminosuren entsprechen. Im speziellen Teil werden bei jeder Gruppe die fr sie charak- teristischen Mengen der Bausteine angegeben werden. Die folgende Tabelle enthlt die Zusammensetzung weitgehend aufgelster und besonders typischer Eiweikrper. Ornithin und Harnstoff sind zusammen als Arginin aufgefhrt. Die Zahlen beziehen sich auf 100 g Eiwei, am Schlu ist in Prozenten angegeben, wieviel von den Bausteinen be- kannt ist: Glykokoll . . . Alanin .... Valin Leucin .... lsoleucin 2 ) . . Asparaginsure. Glutaminsure . Prolin Oxyprolin . . ' Phenylalanin . Tyrosin . . . Tryptophan . . Histidin .... Arginin .... Lysin Serin Cystin _..... Ammoniak . . o 4, J 9 30 1 ) 4,43 7,7 2,34 i,4 4, 2 4 2,1 0,56 2,53 o.Q5 .0 C =3 5 - --I -^ 1-3 S'3 3 .5 OS -ti 'S E = o CS3f* o 5 -^ s SS >> cd G 3 CD Om 3,0 3,6 1,0 15,0 2,0 10,4 3,6 2,5 3,82 + 3 ) + 3,o 4,0 0,8 1,17 vorn. 0,5 4,0 0,9 7,8 o,5 13,6 3,3 2,5 2,2 + 2,66 5,o6 3,26 + i.47 3,8 0,6 0,38 0,89 1 3,6 2,33 2,08 4,65 2,0 6,2 i,5i 0,24 0,21 14,5 8,7 8,0 5,95 5,6i 4,5 3,85 5,3o 0,91 0,58 14,5 12,94 16,97 23,42 37,33 i,7 3,65 3,22 4,23 7,06 2,4 3,55 3,75 i,97 2,35 2,1 3,3 i,55 4,25 1,20 + + + + 2,19 i-47 1,69 1,76 0,58 14,17 14,29 n,73 4,72 3,i6 1,65 1,04 4,98 1,92 2,28 1,80 2,05 4,01 5,ii o 1,34 1,40 7,o 1,32 43,20 13,73 5,o3 1,67 1,28 2,16 o o 9,79 8,98 19,55 i,73 26,17 9,04 6,55 3,55 o 0,82 i,55 o 4,87 | 3,64 o,5 3,46 11,8 3,66 1,46 2,2 6,31 + 1,21 14,36 7,7 1,66 3 6 o o 11 o o o o 87 o o o Summe .... 1 60 | 55 | 49 I74 60 | 62 ,59 *) Wahrscheinlich Summe von Valin, Leucin und lsoleucin. 66 83 92 55 100 2 ) lsoleucin ist selten bestimmt, 3 ) + bedeutet vorhanden, Vollstndig aufgelst sind demnach nur 2 Protamine, bei allen anderen fehlt der vierte Teil und mehr, da bei der Aufspaltung der Eiweikrper ja Wasser eintritt, und somit die Summe der Aminosuren 100% bersteigen mte. Doch hat man allen Grund anzunehmen, da das Defizit nur darauf be- ruht, da die Estermethode, wenigstens wenn man alle Aminosuren gleichzeitig bestimmen will, nur Minimalwerte liefert. Bei den Eiweikrpern der Pflanzensamen, die von den komplizierten Eiweikrpern am sorg- fltigsten untersucht sind, fehlt nicht mehr allzuviel zur vollstndigen Auflsung. Die physikalischen Eigenschaften der einzelnen Eiweikrper lassen sich aus ihrem Aufbau aus Aminosuren bisher nicht erklren, es lt sich nur feststellen, da das Fibrom der Seide und der ihm nahestehende charak- teristische Eiweikrper der Spinnenfden auf lallend reich an Glykokoll und Alanin sind, die Hornsubstanzen viel Tyrosin und besonders Cystin enthalten, die Eiweie der (ietreidearten 1. alkohollslich sind und 2. kein Lysin enthalten usw. Die Frage, ob die entsprechenden Ei- weikrper bei verschiedenen Tieren und Pflanzen identisch sind oder nicht, ist bisher nur bei einzelnen Gruppen von Eiwei- krpern systematisch untersucht worden. Osborne hat bei den Eiweikrpern der Pflanzensamen festgestellt, da Pflanzen, ; die morphologisch keine Aehnlichkeit be- sitzen, auch ganz verschiedene Eiweikrper als Reservestoffe fr den wachsenden Embryo in ihren Samen angehuft haben. Nahe ver- wandte Pflanzen haben dagegen auch Samen- eiweie, die sich auerordentlich nahe stehen, und nur unbedeutende, hufig schwer fest- i stellbare Differenzen in der Zusammen- j setzung zeigen. Ganz identisch scheinen die Sameneiweie indessen bei zwei ver- schiedenen Arten, selbst einer Gattung, nie zu sein, die Zusammensetzung des Samen- eiweies ist daher so gut Artmerkmal wie die anatomischen Unterschiede. Eine Anzahl von Fischen enthlt in ihren Spermatozoon charakteristische, stark basische Eiweikrper, die Protamine, und die Untersuchungen Kos s eis haben gelehrt, da jede der bisher untersuchten Arten ihr eigenes Protamin besitzt. Beziehungen Eiweikrper 101 zwischen Aelmliclikeit der Protamine und Verwandtschaft der Arten im System liegen nicht vor. Abderhalden hat die Aminosuren der Fibroine verschiedener Seidensorten be- stimmt, und ebenfalls unverkennbare Unter- schiede gefunden. Ebenso sind die Keratine der Haare verschiedener Tiere erheblich ver- schieden. Menschliche Haare haben einen gehalt fast doppelt so hohen Schwefel- und Cystin- als die von Pferden oder Schafen. Robert und Reichert und Brown haben die Kristallformen der Hmoglobine einer groen Anzahl verschiedener Tier- arten untersucht, und dieselben immer odsr fast immer deutlich unterschieden gefunden, wobei freilich nicht gesagt ist, da diese Unterschiede unbedingt auf chemischen IOO r- J2 Sturin Str Leim Hrn Rind I laare Pferd Elastin Nacken- band Fibroin Canton- seide Seiden - leim Canton- seide Casein Kuhmilch Casein Frauen- milch Vitellin Hhnerei Globin O 19,25 o.34 4,7 25,75 37,5 1,2 Glykokol o + 3,o 1,2 i,5 6,58 23,5 9,2 0,9 1,2 0,75 4,i9 Alanin 4,3 5,7 0,9 1,0 6,69 1,87 Valin o + 6,75 18,3 7,i 21,38 i,5 5,o 7,92 i,43 8,8 9,87 29,04!) Leu ein Isoleucin o 0,56 2,5 0,3 o,75 2,5 1,2 1,0 2,13 4-43 Asparaginsure o 14,0 14,0 viel 0,76 2,0 io,77 io,95 12,95 i,73 Glutaminsure II 7,7 6,4 3,6 3,4 i,74 1,0 2,5 6,7 0,23 * iS 2,34 1,04 Prolin Oxyprolin o viel 3, + 3,89 1,6 0,6 3,5 2,8 2,54 4,24 Phenylalanin o 4,58 3,2 o,34 9,8 2,3 4-5 4,7i 3,37 i,33 Tyrosin 2,0 T + Tryptophan o 12,9 0,4 + 0,61 o,53 2,6 1,90 10,96 Histidin 87 61,8 9,3 2,25 4,45 1,86 + 4,8 7,46 5,42 Arginin 12,0 5-6 + 1,12 2,48 5,8 4,81 4,28 Lysin 7,8 0,4 o,7 0,6 i,5 5,8 o,43 0,56 Serin 0? 6,8 7,98 0? + 0,31 Cystin 043 0,05 Spur i,5 i.S 1,25 o,93 Ammoniak 100 74 i 64 | 36 die unter Leucin angegebenen nicht quantitativ bestimmt. f ->5 Zahlen 78 beziehen 32 | 62 sich auf die I 54 l 7i I Summe von Leucin und Isoleucin. Unterschieden der Hmoglobine selbst be- ruhen mssen, da die Blutkrperchen und das aus ihnen sich zunchst abscheidende Hmoglobin noch andere Stoffe enthalten. Fr das Blutserum gestattet die bio- logische Reaktion, sichere Unterschiede zwi- schen allen Arten zu machen, wobei wieder- um nahe verwandte Alten hnliche Reak- tionen geben, entfernt stehende nichts Ge- meinsames haben. Freilich ist nicht sicher, wieweit die Reaktion auf den Eiweikrpern beruht. Selbst bei sehr wirksamem Pr- zipitin wird nur ein sehr kleiner Teil, weit unter 1 % des reagierenden Eiwei, gefllt, und chemisch sind Serumeiwei und Milch- oder Eiereiwei einer Art jedenfalls ver- schiedener, als die durch die biologische Reaktion zu unterscheidenden zwei Serum- eiweie. Die Przipitinreaktion erlaubt somit kein sicheres Urteil, ob die Spezifizitt der Art bereits bei dem chemischen Bau der Eiweikrper beginnt. Noch weniger ist ber die Organeiweie bekannt. Nur in einzelnen Organen, wie den Muskeln oder dem Fischsperma, sind spezifische Eiweie gefunden worden. Sonst wissen wir, da wir aus dem Protoplasma aller drsigen Organe Proteide und Globu- line isolieren knnen; aber wir wissen nicht, ob bereits an diesen Krpern die Spezi- fizitt der Organe haftet, ob die einzelnen chemischen Individuen die Funktion der Organe bedingen, oder ob nicht vielmehr aus gleichen chemischen Krpern das Proto- plasma sich in jeweils besondeter Art und Weise aufbaut, Mein- charakteristische Eigenschaften zeigen die Eiweikrper der Gerstsubstanzen, die also kein Teil des Protoplasmas, indessen von ihm gebildet sind. Die Kollagene, Keratine, Fibroine, Elastiu, Amyloid und Konchiolin sind ganz typisch gebaute Krper, deren Artspezifizitt bei "Keratin und Fibroin feststeht, beim Kollagen wahrscheinlich ist. 5. Fermente. Eiweispaltende Fermente sind unter den lebenden Wesen auerordent- lich weit verbreitet, ja wahrscheinlich pro- duzieren alle Organismen und vielleicht alle Zellen derartige Fermente. Folgende Fermente sind genauer unter- sucht: 1. Pepsin. Es wirkt nur in Gegenwart 102 Eiweikrper von H-Ionen, am besten zusammen mit einer etwa n / 10 - Salzsure. Es greift alle nat iirlichen einfachen und zusammengesetzten Eiweie an, wenn auch manche Gerst- eiweie, wie besonders das Keratin, sehr schwer, in dicker Schicht praktisch kaum lslich sind; nicht angegriffen werden die Protamine. Ungelste und gelste Eiwei- krper werden zunchst wenigstens zum grten Teil in sogenanntes Acidalbumin" verwandelt und dann in Albumosen und Peptone gespalten; auch hier ist die Spal- tung des Eiweies eine allmhliche, es treten Peptone und Acidalbumin neben- einander auf. Es scheint, da die Wirkung des Pepsins sich in der Art und Reihenfolge der Spaltungsprodukte nicht von einer Ei- weispaltung unterscheidet, die durch n- Salzsure oder schwchere in der Siedehitze vor sich geht, da das Pepsin also die Wir- kung der H-Ionen nur katalytisch beschleu- nigt. Dagegen unterscheidet sich die Pepsin- spaltung in Gegenwart schwacher Suren dadurch von der Spaltung durch starke Suren, da sie nicht ber die Peptonstufe hinausgeht, und da keine Aminosuren ge- bildet werden. Diese Tatsache ist von Khne gefunden und seitdem immer wieder besttigt worden. Die bei monatelang fort- gesetzten Versuchen bisweilen in Spuren gefundenen Aminosuren entstehen durch Sure-, nicht durch Fermentwirkung. Die knstlichen Peptide werden von Pepsin alle nicht angegriffen. Bei bestimmten geronnenen Eiweikr- pern, dem Myosin und besonders dem Fibrin, ist es fr die Pepsinwirkung er- forderlich, da die Eiweikrper in Suren quellen, und alle Substanzen, die diese Quellung verhindern, stren die Pepsin- wirkung. Doch drfen derartige, am Fibrin gemachte Beobachtungen nicht verallge- meinert werden. Die Widerstandsfhigkeit der Eiwei- krper gegen Pepsin ist verschieden; so wird das Serumalbumin leichter als das Eieralbumin gespalten, am schwersten das Serumglobulin. Die Verdaulichkeit des Eiweies wird durch trockenes Erhitzen, ja schon durch Kochen von im Wasser sus- pendiertem Eiwei sehr erheblich vermindert. Das Pepsin wird von bestimmten Drsen der Magenschleimhaut der Wirbeltiere sezer- niert. Eiweilsende Fermente, die am besten oder ausschlielich bei saurer Reaktion wirken, sind bei Wirbellosen und Ein- zelligen mehrfach beschrieben, aber nicht hinreichend studiert, um ihre Beziehungen zum Pepsin feststellen zu knnen. Die Pepsine der verschiedenen Wirbeltiere zeigen keine Differenzen, die berechtigen wrden, ihre Identitt zu bezweifeln. 2. Trypsin. Es lst Eiwei am besten bei der Reaktion einer verdnnten Bikar- bonatlsung, ist aber von der Reaktion wenig abhngig. Es lst die groe Mehrzahl der natrlichen Eiweikrper auf: Eine Ausnahme ist die Muttersubstanz des Glutins, das soge- nannte Kollagen, andere Gersteiweie, wie das Keratin, werden wenigstens sehr schwer an- gegriffen, und sind in einigermaen dicker Schicht praktisch unverdaulich. Eine zweite Ausnahme sind die Albumine, das Eier- und besonders das Serumalbumin, solange sie sich in kolloidalem Zustande befinden. Sie binden das Trypsin zwar wie andere Eiwei- krper, werden aber nicht oder so gut wie nicht gelst und hindern dadurch die Trypsin- Wirkung auf andere Eiweikrper. Ge- kochtes oder mit Sure behandeltes Albumin ist nicht schwer verdaulich. Das Trypsin bildet zunchst Peptone, zerlegt aber allmhlich einen groen Teil in Aminosuren. Ob alle Amino- suren zunchst in Form von Pepton aus dem Eiwei hervorgehen oder die leiclr- test abspaltbaren, wie das Tyrosi, ndirekt abgespalten werden, ist ungewi. Die schwer spaltbaren Peptone nennt man Antipeptone, der gar nicht angreifbare Rest gibt keine Biuretreaktion. Seine Menge ist bei den einzelnen Eiweikrpern verschieden, beim Casein hchstens 15%, beim Edestin fast die Hlfte, beides nur nach wochenlang fortgesetzter Verdauung. Nach krzerer Verdauung findet man erhebliche Mengen Pepton. Die Trypsinverdauung geht etwas weiter, wenn die Eiweikrper erst mit Pepsin peptonisiert, dann erst mit Trypsin gespalten werden, beim Casein vermindert sich die brigbleibende Peptonmenge auf etwa 8 %. Aus den Pepsinpeptonen werden Tyrosin und Tryptophan ganz, aridere Amino- suren zum Teil durch Trypsin abgespalten. Der Nachweis, da das Trypsin einen Teil des Eiweies unangegriffen lt, und wie gro der Anteil ist, wird am sichersten durch die Darstellung des unverdauten Restes geliefert. Auerdem aber existiert eine besondere Methode, die Formol- titrierung von Srensen, die den Spaltungsgrad der Eiweikrper zu erkennen gestattet. Das Prinzip der Methode beruht darauf, da Aminosuren, Peptone und Eiweikrper neutrale Krper sind, da sie aber durch Hinzufgung des eben- falls neutralen Formaldehyds in die Me- thylenverbindungen berfhrt werden, die Suren sind. CH 3 CH 3 HCNH 2 +H 2 CO=HCN:CH 2 +H 2 0. COOH COOH Man neutralisiert die zu untersuchende Lsung genau mit Lackmus, behandelt sie mit Formol, und titriert sie dann mit Phenol- Eiweikrper 103 phthalein bis zur starken Rotfrbung. Die Menge des zu dieser Titration verbrauchten Alkalis ist ein Ma fr die Menge der freien NH 2 - Gruppen, die mit Formol reagieren knnen. Da auch Ammoniak reagiert, mu es anderweit bestimmt und abgezogen werden. Wenn man nun ein Eiwei mit Trypsin verdaut, das Verdauungsgemisch der Formol- titration unterwirft, es nachher durch sie- dende Suren spaltet und es nun von neuem formoltitriert, so erhlt man einen hheren Wert als Beweis dafr, da neue NH 2 - Gruppen frei geworden sind. Nach dieser Methode gemessen, bleiben von Witte- pepton und von Casein auch nach einer Trypsinverdauung von 14 und 25 Tagen reichlich 40 % der Peptidbindungen un- gelst. In anderen Reihen blieben in einem Tage etwa 60, in 6 Tagen um 50 % unan- gegriffen. Andererseits kann die Formol- titrierung dazu benutzt werden, um das Vorhandensein eines Ferments zu beweisen, das ber die Peptonstufe hinaus Peptidbin- dungen lst. Von den knstlichen Peptiden wird durch Trypsin ein Teil gespalten. Der Angriff des Ferments auf Racemkrper erfolgt asym- metrisch, und Dipeptide, in denen eine oder beide Komponenten die optischen Antipoden der natrlichen Aminosuren sind, werden berhaupt nicht angegriffen. Auer- dem werden aber noch eine Reihe Peptide, die aus den natrlichen Aminosuren be- stehen, nicht angegriffen. Der Grund ist so wenig klar, wie die Differenz zwischen Hemi- und Antigruppe bei den natrlichen Eiweikrpern. Die Racemisierung der natrlichen Eiweikrper durch Alkali ver- nichtet oder vermindert auch ihre Ver- daulichkeit durch Trypsin. Das Trypsin lst nur die Peptidbindung, wirkt aber auf andere Stoffe, auch chemisch hnliche, z. B. die Hippursure, nicht ein. C 6 H 5 CO NH CH 2 - COOH Hippur- sure, NH 2 -CH 2 -CO-:-NH-CH 2 -COOHGlycyl- glycin. Das Trypsin wird von der Pankreas- drse der Wirbeltiere sezerniert, und durch die von der Darmschleimhaut sezernierte Enterokinase aktiviert. Trypsinhnliche Fermente, die viel- leicht mit dem Trypsin identisch sind, sind unter den Wirbellosen sehr weit verbreitet, z. B. in der Mitteldarmdrse der Cephalo- poden, bei Echinodermen usw. Auch in Pflanzen kommen derartige Fermente vor, z. B. das Papayotin, das Aminosuren frei macht, daneben aber Peptone bestehen lt, anscheinend mehr als das Trypsin. Papayotin soll bei 80 ein Optimum haben. 3. Erepsin. Es wirkt am besten bei neutraler oder der Reaktion einer verdnn- ten Bikarbonatlsung, ist aber wenig von der Reaktion abhngig. Es wirkt auf die kolloidalen oder Eiwei- krper im engeren Sinne gar nicht ein, die Histone und das Casein werden von ihm gespalten, aber langsam und unvollkommen; die verschiedenen Albumosen und die Pep- tone werden von Erepsin weitgehend ge- spalten, ob ganz vollstndig ist nicht genau bekannt. Vollstndig und sehr schnell werden die Pepsinpeptone zerlegt, so da die Spaltung erst durch Pepsin und dann durch Erepsin so vollstndig ist wie die durch siedende Suren. Das Erepsin spaltet auch alle unter- suchten knstlichen Peptide. Der Angriff erfolgt asymmetrisch. Hippursure spaltet es nicht. Das Erepsin ist zuerst im Extrakt der Darmschleimhaut und im Darmsaft der Sugetiere aufgefunden, aber auch im Darm aller untersuchten Wirbeltiere enthalten. Ferner findet es sich in grerer oder ge- ringerer Menge in den Formelementen des Blutes, und in allen oder fast allen unter- suchten Organen, und zwar auch wenn sie von Blutbestandteilen frei sind. Die Fermente der verschiedenen Organe voneinander zu unterscheiden, liegt bisher kein Grund vor; sie werden, da sie Peptone und Peptide spalten, Eiwei aber nicht, auch als peptolytische Fermente" be- zeichnet. Ein peptolytiscb.es Ferment der Magenschleimhaut spaltet Peptone bei schwach saurer Reaktion, nicht aber bei Gegenwart von freier Salzsure in Amino- suren. Die Gegenwart dieses Erepsins in Magenschleimhautextrakten, z. B. vielen kuflichen Pepsinen, hat schon viel Ver- wirrung hervorgerufen. Nachgewiesen wird das Erepsin durch Verschwinden der Biuretreaktion in Pepsin- peptonen oder durch das Freiwerden von Tryptophan und das Auftreten der Tryp- tophanreaktion in Peptonen und Peptiden oder das Ausfallen von Tyrosin bei Ver- wendung tyrosinhaltiger Peptone und Pep- tide oder die Verminderung der Drehung bei Verwendung von Peptonen, die selbst stark drehen, whrend die Spaltungsprodukte nur schwach drehend sind, endlich auch durch die Formoltitrierung. 4. Fermente, die Eiwei lsen, und es vollstndig in Aminosuren zer- legen, also wie eine Kombination von Trypsin und Erepsin wirken. Dahin gehrt zunchst ein Ferment der Hefe, die Endotryptase, die Eiwei an- scheinend vollstndig und die knstlichen Peptide so rasch spaltet, da sie hufig zu Fermentstudien verwendet worden ist. Ferner gehren hierher vielleicht die Fermente der 104 Eiweikrper Pflanzensamen, durch die das Reserve- eiwei des Embryos in den Stoffwechsel einbezogen wird. Auch sie bilden groe Mengen von Aminosuren und spalten die knstlichen Peptide. Da sich neben den Aminosuren in den Samen auch Peptone und vielleicht Peptide finden, ist es aber 1. nicht sicher, ob die Pflanzenfermente das Eiwei zu Ende spalten, und 2. ist es durch- aus mglich, da sich in den Pflanzen zwei Fermente finden, deren eines dem Pepsin, das andere dem Erepsin analog ist. Auch in anderen Pflanzenteilen als den Samen kommen eiweispaltende Fermente vor. Aminosuren bildet auch das Bromelin der Ananas. Hierher gehren vielleicht auch die auto- lytischen Fermente der Organe. Wenigstens werden die Organeiweie von ihnen gelst, und es treten groe Mengen Aminosuren, dagegen nicht oder nur vorbergehend Peptone auf, auch werden Peptide gespalten. Es ist aber ebensogut mglich, da es sich hier um Erepsin handelt. Denn bei den autolytischen Versuchen wird zwar das in Lsung gehende Eiwei ganz abgebaut, aber es geht immer nur ein Teil des Eiwei in Lsung und dieser knnte einem Eiwei entsprechen, das wie das Histon von Erepsin langsam angegriffen wird. Es ist fr die autolytischen Vorgnge typisch, da die Auflsung der Eiweikrper, die eigentliche Autolyse sehr langsam erfolgt, die Spaltung zugesetzten Peptons dagegen sehr schnell. In den weien Blutkrperchen und in der Milz sind zwei Fermente vorhanden, die Eiwei lsen und Aminosuren bilden, das eine wirkt in saurer, das andere in alkalischer Reaktion. Hedin bezeichnet das in al- kalischer Lsung wirksame als Lieno-a-pro- tease, das in saurer Lsung wirkende als Lieno-/?-protease. Nach Dakin wirkt auch das Nierenferment bei saurer Reaktion. Die Fermente der Bakterien lsen Ei- wei, bilden Aminosuren und spalten Pep- tide, sind aber noch wenig isoliert. Das Bacterium coli commune enthlt nur Erep- sin, kein eiweilsendes Ferment. 5. Arginase. Sie wirkt bei neutraler Reaktion und zerlegt Arginin in Harnstoff und Ornithin, lst also im Gegensatz zu Trypsin und Erepsin die zweite im Eiwei vor- kommende Bindung, wirkt also wie siedende Alkalien. Es ist schon erwhnt worden, da sie in den Protaminen, nicht aber in den anderen Eiweikrpern, diese Bindung auch intraprotein spaltet, Die Arginase ist in reichlicher Menge in der Leber enthalten, auerdem in der Dnndarmschleimhaut, der Thymus und den Lymphdrsen; im Muskel ist sie in geringer Menge vorhanden, im Blute, der Milz, den Nebennieren und der Galle ist sie nicht sicher, im Pankreassaft nicht nachweisbar. In der Hefe ist sie ge- funden, in Pflanzensamen nicht, 6. Sekundre Spaltungsprodukte. Bei allen Spaltungen zerfllt das Eiweimolekl zunchst in die Aminosuren, diese werden aber dann durch viele Eingriffe weiter ver- wandelt, und diese sekundren Umwand- lungsprodukte des Eiweies sind zum Teil biologisch und technisch von allergrter Bedeutung. Rein erhlt man sie nur dann, wenn man einzelne Aminosuren fr sich abbaut. Entstehen sie aus dem Eiwei, so sind sie nicht nur unter sich, sondern auch mit den primr entstandenen Amino- suren gemengt. 6a) Die knstliche Zersetzung des Eiweies durch Chemikalien, a) Die Spaltung des Eiweies durch siedende Alkalien. Die zunchst ge- bildeten Aminosuren sind optisch inaktiv, und an Stelle des Arginins erscheinen Or- nithin und Harnstoff. Weiterhin wird aus den Aminosuren Ammoniak abgespalten, und es finden sich statt und neben den Aminosuren die betreffenden einfachen Su- ren, Essig-, Propion-, Butter- und Valerian- sure, daneben natrlich in groen Mengen Ammoniak. Nebenher gehen noch andere Prozesse, die zum Auftreten von Ameisen- sure und Kohlensure fhren. Noch ener- gischer wirkt das Schmelzen der Eiwei- krper mit Kali in Substanz; auch hier treten Fettsuren auf, aus der Indolamino- propionsure, dem Tryptophan, wird Indol und Skatol, aus dem Cystin entstehen Schwefelwasserstoff und Merkaptan. Da Skatol, Merkaptan, Schwefelwasserstoff und manche Fettsuren durch den Geruch leicht nachzuweisen sind, ist das Auftreten bei der Kalischmelze schon frh beobachtet worden, und es wurde die Aehnlichkeit mit der Fulnis betont, bei der diese Stoffe zum Teil auch auftreten. Aehnlichkeit nicht allgemein Ganz hnlich wie das Kochen mit AI kalien scheint berhitzter Wasserstoff wirken. ) Die Oxydation des Eiweies mit Schwefelsure und Permanganat oder Bichromat, Hierbei entstehen ebenfalls Fettsuren, ebenso bei der Oxydation mit Permanganat allein. Das Arginin geht durch Permanganat erst in Guanidinbuttersure, dann und zwar quantitativ in Guanidin ber. y) Die Oxydation mit Wasserstoff- superoxyd. Diese spaltet aus den isolierten Aminosuren Kohlensure und Ammoniak ab, und es entstehen die um ein C rmeren Aldehyde, die dann zum Teil weiter zu den entsprechenden Suren oxydiert werden. Aus Alanin entstehen so Metaldehyd und Essigsure, aus Valin Isobutylaldehyd und Buttersure, usw. Bei der Einwirkung auf Doch gilt diese zu Eiweikrper 105 das gesamte Eiwei sind eine Reihe dieser Aldehyde gefunden worden. ) Die Oxydation mit Salpeter- sure. Es entstehen erhebliche Mengen von Oxalsure. Aus dem Arginin ent- stehen Nitro arffinin und Nitroguanidin; auch die aromatischen mutlich nitriert. Bausteine werden ver- e) Das Erhitzen mit Brom unter Druck. Es entsteht ebenfalls Oxalsure, daneben bromierte Fettsuren. 6b) Die Zersetzung des Eiwei im Stoffwechsel lebender Wesen, Bakterien, Pflanzen, Tiere. Im Stoffwechsel der Tiere, Pflanzen und Bak- terien wird Eiwei ab- und aufgebaut. Der Abbau beginnt, soweit wir wissen, ausnahms- los mit der Spaltung des Eiweies durch Fermente in Aminosuren. Die Amino- suren aber werden dann vielfach weiter verwandelt, und das Studium dieser sekun- dren Umwandlungsprodukte ist eins der wichtigsten Gebiete der physiologischen Che- mie. Fr diese sekundren Umwandlungs- produkte der Aminosuren schlagen Acker- mann und Kutscher neuerdings den Namen Aporrhegmen" vor, der sich in- dessen noch nicht eingebrgert hat. Ihre Bildung durch Fermente wird vielfach ange- nommen, es ist aber bis heute kein Fall be- kannt, in dem die Umwandlung der Amino- suren in Lsung nach Aufhebung der Struktur und des Lebens der Zelle noch vor sich ginge. Das Studium der sekundren Umwandlungsprodukte ist bei der Hefe und anderen Bakterien relativ einfach, weil hier die gebildeten Krper meist keine weitere Verwertung finden, bei den hheren Tieren, bei denen der Eiweikohlenstoff Energie- quelle ist, auerordentlich ' schwierig und oft nur auf Umwegen mglich. a) Eiweizersetzung durch Hefe. Die Hefe enthlt ein eiweispaltendes Ferment, das Eiwei wie siedende Suren spaltet. Aus den Aminosuren wird Ammo- niak und Kohlensure abgespalten, und der Rest der Aminosure wird weiter oxydiert. Es scheint, als ob, wie bei der Oxydation mit Wasserstoffsuperoxyd, zunchst immer der Aldehyd entsteht, der einen Kohlenstoff weniger enthlt, als die Aminosure, und da dieser dann sekun- dr entweder zu der betreffenden Sure oxydiert oder zu dem Alkohol reduziert wird. Daneben finden sich bisweilen auch niedere Homologe vor. Das Ammoniak wird zum Eiweiaufbau der Hefe verwendet, die Alkohole und Suren verbleiben in der Kulturflssigkeit und knnen dort nach- gewiesen werden. Aus Valin, Leucin und Isoleucin ent- stehen die drei Alkohole, die zusammen das Fusell bilden, Isobutylalkohol, Isoamyl- alkohol und aktiver Amylalkohol: CH 3 CH 3 \> CH I CHNH 2 COOH Valin werden zu CH 3 CH 2 CH I CH 2 OH Isobutyl- alkohol C H 3 CH CHo CHNH 2 COOH Leucin CH 3 CH 3 CH I CH 2 CH 2 OH Isoamyl- alkohol CHXH CHNH ; COOH Isoleucin CH 2 OH aktiver Amyl- alkohol. Aus Leucin entstehen daneben Iso- valeraldehyd, Isovaleriansure und Leucin- sure. Aus Glutaminsure entsteht in der Hauptsache Bernsteinsure, daneben Bern- steinsurehalbaldehyd und Oxyglutarsure. Aus Tyrosin entsteht Oxyphenylthylalkohol, aus Phenylalanin Phenylthylalkohol, aus Ornithin vielleicht Butylengiycol. Auch Milchsure ist ein solches mwandlungs- produkt. Der Angriff der Hefe erfolgt asymmetrisch, d. h. es wird nur die natrliche Aminosure verwandelt, fgt man racemische Aminosuren zur Hefe hinzu, so bleibt der nicht natrlich vorkommende Antipode ganz oder fast unangegriffen. Die sogenannten Nebenprodukte der al- koholischen Ghrung, die ja zum Teil un- erwnscht sind, wie das Fusell, zum Teil aber auch die Geschmacks- und Geruchs- stoffe der alkoholischen Getrnke bilden, haben demnach gar nichts mit der Umwand- lung des Zuckers in Alkohol und Kohlen- sure zu tun, sondern entstammen dem Eiweistoffwechsel der Hefe. Seit dieser Erkenntnis hat man auch bereits versucht, die Hefe statt mit Eiwei mit Ammoniak oder mit bestimmten Aminosuren zu er- nhren, oder ihr andere Aminosuren wegzunehmen, doch scheinen die Versuche bei der praktischen Anwendung noch auf Schwierigkeiten zu stoen. ) Eiweizersetzung durch Fulnisbakterien. Die Zersetzung des Eiweies durch die ubiquitren Fulnisbakterien oder die Bakterien des Darmkanals ist eine Zeitlang sehr eifrig studiert worden, und hat " eine Reihe 106 Eiweikrper Reihe von Bausteinen des Eiweies erschlieen lassen, lange ehe sie selbst direkt gefunden wurden. Spter hat man nicht mehr be- liebige Fulnisbakterien" auf das Eiwei wirken lassen, sondern Reinkulturen von bestimmten Bakterien, so den Rauschbrand- bazillusunter anaeioben Bedingungen, andere Anaeroben, den Tuberkelbazillus, den Strep- tococcus longus, das Bacterium coli und den Proteus vulgaris, den Bacillus mesen- tericus vulgatus, der das fadenziehende Brot" macht, die Bakterien des Grstrm- lings", eines skandinavischen Nahrungsmit- tels, das durch Einwirkung offenbar ganz bestimmter Mikroorganismen auf gesalzene Fische entsteht, die Bakterien, die das Casein der Milch bei der Reifung des Emmen- taler Kses zersetzen und andere. Diese Mikroorganismen verhalten sich zum Teil sehr verschieden, und die Resultate be- sitzen daher ein hohes biologisches Inter- esse. Fr die Eiweichemie sind die Unter- suchungen bedeutsamer, die nicht das ganze Eiwei, sondern einzelne primre Spaltungs- produkte der Bakterieneinwirkung aus- setzten. Die Bakterien spalten zunchst das Eiwei in der gleichen Weise wie die Fer- mente; es entstehen erst Albumosen und Peptone, dann die Aminosuren. Doch bleibt die Wirkung der Bakterien nur unter be- stimmten Bedingungen, wie bei der nor- malen Ksebereitung, bei ihnen stehen. Sind doch gerade die a-Aminosuren die besten Nhrstoffe der Bakterien. Die Amino- suren werden in verschiedener Weise weiter verwandelt. Es wird entweder analog wie durch Alkalien o der Oxydations- mittel, das Ammoniak eliminiert, aus den Aminosuren werden die entsprechenden einfachen Suren, der Stickstoff des Eiweies wird zu Ammoniak; oder es wird Kohlendioxyd abgespalten, es entstehen Basen; oder es werden, analog wie bei der Hefe und durch Wasserstoffsuperoxyd, Ammoniak und Kohlensure eliminiert, und es ent- stehen Aldehyde, Alkohole, Sure nund Oxy- suren. Ueber Umwandlungsprodukte des Gly- kokolls und Alanins ist nichts ganz Sicheres bekannt. Doch sind Ameisensure, Essigsure und Propionsure bei vielen Fulnis versuchen gefunden worden, auer- dem Methylamin und Methan. Valin, Leucin und Isoleucin werden durch manche Pilzarten genau wie durch Hefe zu den Alkoholen des Fusells. Ferner sind Buttersure, Valeriansure und Capron- sure wiederholt bei der Fulnis gefunden, die wohl zum Teil auf diese Aminosuren zu beziehen sind. In faulem Fleische ist Isoamylamin gefunden worden. Aus Asparaginsure wird Bernsteinsure und Propionsure, aus Glutaminsure n- Buttersure und y-Amino buttersure ge- wonnen. Fr das Phenylalanin ergibt sich aus den lteren Untersuchungen der Abbau: PhenylannnopropionsureC 6 H 5 CH 2 CHNH 2 COOH Phenylpropionsure C 6 H 5 CH 2 CH 2 COOH PhenylessigKure C 6 H 5 CH 2 COOH Benzoesure C 6 H 5 COH Daneben ist Phenylthylamin gefunden. Fr das Ty rosin ist folgende Reihe be- kannt : p-Oxyphenylaminopropionsure C 6 H 4 . OH. CH 2 CHNH 2 C00H p-Oxvphenylpropionsure . . C 6 H 4 . OH.CH 2 CH 2 COOH p-OxvphenVlessigsure . . . . C 6 H 4 . OH.CH 2 COUH p-OxVmandelsure C 6 H 4 . ()H.CH(OH)COOH p-Kresol C 6 H 4 .0H.CH 3 Phenol C 6 H 5 .OH In faulem Fleisch und abnormem Kse bildet sich p-Oxyphenylthylamin; auch im Mutterkorn ist ' es enthalten, bei dessen Bildung ja auch Bakterien eine Rolle spielen. Das Tryptophan, die Indolamino- propionsure bildet Indolpropionsure, Indol- cssi^sure (Skatolcarbonsure), Skatol und Indol. Auch die Bildung von Indolaldehyd ist wahrscheinlich, da im Harn ein Farbstoff vorhanden ist, der im Reagenzglas be- sonders leicht aus Indolaldehyd entsteht. Phenol, Indol und Skatol gelten als charakteristische Fulnisprodukte, da sie wegen ihres Geruches leicht nachweisbar sind, und weil sie als Endprodukte der Darmfulnis resorbiert und als gepaarte Schwefelsuren oder Glykuronsuren im Harn ausgeschieden werden. Urorosein, Skatolrot und Indican, drei Harnfarbstoffe, verdanken den Krpern ihre Entstehung, die aus dem Tryptophan von den Darmbakterien gebildet werden. Aus dem Histidin entstehen Imidazolyl- propionsure und Imidazolylaethvlamin. Das letztere ist von besonderem Interesse, weil es die oder eine der wirksamen Substanzen des Mutterkorns darstellt. Aus Ornithin entsteht Tetramethylen- diamin oder Putrescin Eiweikrper 107 CH,NH 2 CH, CrLNH, CH 2 NH 2 CIL CH," C0 2 CHNH, COOH" auerdem <3-Aminovaleriansure. Aus Lysin entsteht Pentmethylendia- min oder Kadaverin, C H 14 N 2 , CH 2 NH CH 2 CH, GH.; CHNH 2 CH.NH, CH.; C0 2 =CH, ch: COOH CH 2 NH 2 daneben vielleicht e-Aminocapronsure. Aus Arginin knnen Bakterien Ornithin und dann Putrescin bilden, oder sie knnen Guanidin bilden, dies aber auch in Harn- stoff verwandeln; im Mutterkorn findet sich Agmatin, C 5 H 14 N 4 , das durch Kohlen- sureabspaltung aus Arginin entsteht. Aus dem Cystin wird Schwefelwasser- stoff abgespalten, ein charakteristisches Fulnisprodukt, daneben bildet sich Methyl- merkaptan. Doch mu man liier mit Schlssen auf seine Herkunft sehr vorsichtig sein, da es auch synthetisch gebildet werden kann; auch unterschweflige Sure und Aethyl- sulfid sind beobachtet. Die giftigen Stoffwechselprodukte der Bakterien scheinen Eiweikrper zu sein, gehren aber nicht hierher. y) Die Spaltung im Stoffwechsel der Pflanzen. In den Samen der Pflanzen befinden sich Eiweikrper, die dem wachsenden Embryo als Reserve- material dienen und die beim Beginn der Keimung durch proteolytische Enzyme zerlegt werden. Diese Enzyme erzeugen die Aminosuren. Da nun im Gegen- satz zu den Tieren mit ihrem Zirkulations- system die Aminosuren nicht fortgefhrt werden, bleiben sie in dem Keim oder den Keimblttern liegen. Weiterhin beginnt in den Pflanzen eine Synthese, bei der aus einem Teile der Monoaminosuren Ammoniak abgespalten wird und dieses sich mit nicht vernderten Monoaminosuren zu Amiden vereinigt. Aus Asparaginsure und Glutaminsure werden Asparagin, C 4 H 8 N 2 3 , und Glutamin, C 5 H 10 N 2 O 3 . Beide finden sich als Reservematerial in den Keimen vor, knnen auch in diesem Stadium transportiert werden. Aus beiden wird dann, durch weitere kompliziertere Syn- thesen, Eiwei gebildet, eventuell unter Eintritt stickstofffreien Materials, das aus den stets vorhandenen Kohlehydraten, viel- leicht auch aus dem stickstofffreien Rest der Monoaminosuren, stammen kann. Ueber etwaige Zwischenstufen zwischen Amino- suren oder Amiden und Eiwei ist nichts bekannt. Guanidin, Ornithin, Tetra- und Pentamethylendiamin fehlen in allen unter- suchten Pflanzen. Ammoniak findet sich nur, wenn durch Abschlu des Lichtes die Synthese aufgehoben ist. Im spteren Leben bauen die Pflanzen ihr Eiwei aus Kohlehydraten und anorganischem Stick- stoff, d. h. in letzter Linie Ammoniak, auf. Zwischenglieder in diesem Proze sind aber nicht bekannt. Dagegen sind einige besondere Um- wandlungen einzelner Aminosuren im Pflan- zenreiche bekannt, die wohl speziellen Funk- tionen dienen. So wird das Tyrosin durch ein Oxydationsferment, die Tyrosinase, in rote, braune, schlielich schwarze Pro- dukte umgewandelt. Tyrosinhaltige Pep- tide werden ebenfalls angegriffen, und geben dann zum Teil grne oder blaue Farben. Auf der Wirkung der Tyrosinase beruht die Buntfrbung der Bltter im Herbst, die Dunkelfrbung an der Schnittflche von Pilzen, Rben und anderen Pflanzen, die Bildung des schwarzen Lackes durch den Saft des ostindischen Lackbaumes usw. Sodann findet man in Pflanzen methylierte Aminosuren, die sogenannten Betaine. Klar sind in ihren Beziehungen zu Eiweispal- tungsprodukten das Betain oder Trimethyl- glykokoll, das Stachydrin oder Dimethyl- prolin, das Hordenin oder Dimethyl-p- oxyphenylthylamin, und das Tetramethyl- putrescin aus Hyoscyamus muticus. Die Pyrrolidinderivate sind auf Prolin oder Ornithin zurckzufhren. Auch das Surin- amin und das Trigonellin gehren hierher. Die Bedeutung der Methylisierung und der Betaine fr den Stoffwechsel der Pflan- zen ist nicht bekannt. Die Betaine aber stellen in naher chemischer Beziehung zu den Alka- loiden der Pflanzen. Das Methylmerkap- tan, das nach Spargelgenu im Harn auf- tritt, verdankt seinen Umfang wahrschein- lich auch einem methylierten Umwandlungs- produkt des Cystins in den Spargeln. d) Die Eiweispaltung im tierischen Stoffwechsel. Das von den hheren Tieren verzehrte Nahrungseiwei wird im Magen- darmkanal durch die proteolytischen Fer- mente Pepsin, Trypsin und Erepsin in der Hauptsache bis zu den Aminosuren ge- spalten; ein gewisser Anteil wird vermutlich auch als Pepton resorbiert, das dann in den Organen durch deren proteolytische Fermente ganz aufgespalten wird, verhlt sich also schwerlich anders als die Hauptmenge. Jahre- lang war die allgemeine Meinung der Physio- logen, da das Nahrungseiwei in Form der Aminosurenresorbiert, denOrganen zugefhrt und dort verwertet werde, sei es um ver- brannt zu werden, sei es um zum Aufbau der Organeiweies zu dienen. Diesen Aufbau, 108 Eiweikrper der ja die besondere Funktion des Eiweies ist, stellte man sich so vor, da die Amino- suren dabei so zusammengefgt wurden, wie der Chemiker sie beim Aufbau der Peptide aneinanclerlegt, eine Neubildung von Amino- suren wurde nicht angenommen, und dem- nach wurde auf den Aufbau der Eiweie aus verschiedenen Aminosuren auch fr den Stoffwechsel und die ernhrende Funktion des Eiweies Wert gelegt. Diese Anschauung ist neuerdings unhaltbar geworden, es ist wahrscheinlicher, da der Tierkrper sein Organeiwei ebenso wie die Pflanze und die Pilze aus Kohlehydraten und Ammoniak aufbaut. Von den Zwischenprodukten dieses Auf- baues und des in der Kegel berwiegenden Abbaues wiesen wir indessen noch relativ wenig. Das Eiwei verlt den Krper, verbrannt zu Wasser, Kohlensure und Harnstoff. Der Weg von den Amino- suren zu den Endprodukten liegt fr uns noch zum groen Teil im Dunkel, und nur bestimmte experimentelle und pathologische Tatsachen gestatten, einige Streiflichter auf ihn zu werfen. 1. Es erfolgt eine Eliminierung des Am- moniaks aus den Aminosuren. Sie ist bei Fischen beim Durchtritt durch die Darm- wand beobachtet, bei Sugetieren bei Leber- durchblutung. In der Leber werden die Amino- suren in die betreffenden Ketosuren ber- fhrt, die nachtrglich zu den Alkohol- suren oder den einfachen Suren reduziert werden knnen. Unter pathologischen Um- stnden (Phosphorvergiftung) knnen die Um- wandlungsprodukte mit dem Harn aus- geschieden werden. Beobachtet sind: Ty- rosin, p-Oxyphenylbrenztraubensure, p-Oxy- phenylmilchsure, Phenylalanin, Phenyl- milehsure ; Phenylaminoessigsure, Phenylglyoxyl- sure, Mandelsure, Benzoesure; Alanin, Milchsure. 2. Die Eiweispaltungsprodukte Leucin, Tyrosin und Phenylalanin nebst anderen Krpern werden bei Durchblutung der ber- lebenden Leber zu Acetessigsure, die entweder zu Aceton weiter umgewandelt oder zu Oxybuttersure reduziert werden kann. 3. Als pathologische Abnormitt, bei der sogenannten Alkaptonurie, gelangt ein Krper des intermediren Stoffwechsels, die Homogentisinsure, zur Ausscheidung. Wenn man auch nicht mit voller Sicherheit ausschlieen kann, da der Wagen nicht schon frher auf ein falsches Geleise gelaufen" ist, so nimmt man doch allgemein an, da die weitere Oxydation eines normal entstehenden K] ! ehemmt ist und dieser daher durch die ' n Krper verlt, eine chemische Hemmungsmibildung. Die Homogentisinsure ist Dioxyphenyl- essio'sure. Sie entsteht aus dem Tyrosin und, dem Phenylalanin. Die drei OH Formelbilder CH 2 CHNH 2 COOH CH 2 CHNH 2 COOH Phenylalanin Tyrosin OH HO CHXOOH Homogentisinsure beweisen, da nicht nur an der Seitenkette, sondern auch am Benzolkern durch gleich- zeitige Oxydation und Reduktion Vernde- rungen vor sich gehen, wobei che Bildung chinolhnlicher Zwischenglieder wahrschein- lich ist. Die Alkaptonurie ist oft benutzt worden, um die Beziehung des Tyrosins oder Phenylalanins zu hypothetischen Zwischen- gliedern, die Umsetzung tyrosinhaltiger oder tyrosinhnlicher Krper zu studieren. 4. Eine zweite derartige chemische Mi- bildung ist die Cystinurie, bei der Cystin in grerer oder kleinerer Menge mit dem Harn entleert wird. Bei einem Teil der Flle erleiden Ornithin und Lysin eine Umwand- lung, indem sie, ganz wie durch Fulnis- bakterien, unter Abspaltung von Kohlen- dioxyd in Tetra- und Pentamethylendiamin bergefhrt und als solche ausgeschieden werden. Es besteht neben der Cystinurie eine Diaminurie oder Ptomainurie. Analog der Alkaptonurie schliet man aus der Ptomain- urie, da der normale Abbau der beiden Diaminosuren ber die Diamine fhrt. 5. Eine entsprechende Abspaltung von Kohlendioxyd lt aus dem Arginin aus dem das Agmatin entstehen, das sich im Heringssperma findet. 6. Eine analoge Kohlendioxydabspaltung ist es, wenn aus Asparaginsure /5-Ala- nin und aus Glutaminsure y-Amino- buttersure entsteht. 7. Durch Kohlendioxydabspaltung und gleichzeitige Oxydation des Schwefels ent- steht aus dem Cystin das Taurin. 8. Methylierungen im Tierkrper sind bei mit Phosphor vergifteten Hunden be- obachtet, die im Harn Trimethyl-}/-ainino- buttersure ausscheiden; die Muskeln von Krebsen enthalten Betain oder Trimethyl- glykokoll. 9. Im Fleischextrakt und im Harn findet sich Methyl- und Dimethylguanidin, die wenigstens mglicherweise Abkmmlinge des Eiweies sind. Auch Beziehungen zum Kreatin ergeben sich. Eiweikrper Kl!) 10. Aus Tryptophan entsteht im Or- ganismus des Hundes y-Oxychinolincar- bonsure oder Kynurensure. 11. Glykokoll kann nicht nur direkt aus Eiwei entstehen, sondern es entsteht im Krper als entgiftender Paarung in solchen Mengen, da seine Bildung aus anderen Aminosuren notwendig ist. 12. Physiologisch wichtig, aber chemisch ganz unaufgeklrt ist, da der grere Teil des Kohlenstoffs des Eiweies im Krper zu Traubenzucker beziehungsweise Glykogen wird. Der Weg von den Aminosuren zu den Kohlehydraten ist kein direkter. Vielmehr werden die Spaltungsprodukte offenbar erst sehr weitgehend abgebaut und dann von neuem synthetisiert. Der Kohlenstoff des Gly- kokolls und Alanins wird vollstndig in Glucose verwandelt, von den Kohlenstoff- atomen der Asparagin- und Glutamin- sure je drei. Tyrosin und Glukosamin geben keine Glukose. Aus 100g Eiwei knnen 58 g Glukose gebildet werden. 13. Umgekehrt wie aus den Beobachtungen bei der Alkaptonurie kann man aus der Nichtverbrennlichkeit mancher Krper darauf schlieen, da sie nicht im Stoffwechsel auf- treten. So wird subkutan gegebenes Tryp- tophan vollstndig verbrannt; wenn es aber durch die Bakterien des Darms vorher in Indol verwandelt ist, wird es grtenteils ausgeschieden. Indol ist danach kein nor- males Produkt des intermediren Stoff- wechsels. 14. Unter den sekundren Umwandlungs- produkten von Aminosuren im Pflanzen- stoffwechsel sind die dunkelgefrbten Stoffe genannt worden, die durch Tyrosinase aus dem Tyrosin entstehen. Ganz hnliche oder identische Stoffe werden auch im Tierreiche gefunden, und Melanine genannt. Dahin gehren die Tinte der Sepia und anderer Cepha- lopoden, die Pigmente der menschlichen und tierischen Haare, der Negerhaut, des Auges und mancher Geschwlste. Die am meisten untersuchten Melanine der Geschwlste sind in trockenem Zustande schwarze, glnzende Massen, als feines Pulver sehen sie heller, mehr braun aus. Sie sind in Wasser, Suren, neutralen Salzlsungen, Alkohol, Amylalkohol Aether, Chloroform, Benzol usw. unlslich, In Alkalien, Ammoniak oder kohlensauren Al- kalien lsen sich die Melanine dagegen leicht zu einer, bei strkerer Konzentration schwarz- oder braunroten, in grerer Verdnnung gelbbraunen Flssigkeit auf, aus der sie durch Suren gefllt werden. Rein dargestellt sind die Melanine aus den Geweben nicht, man hat hufig Gemenge von Melanin mit Eiweikrpern und anderen untersucht. Die Analysen ergeben etwa 58% C, 4% H, 11% N. Ueber die Humine s. o. Abschnitt 2. 7. Reaktionen. Als chemisch berein- stimmend gebaute Krper haben die Eiweie eine Reihe von Reaktionen miteinander ge- mein, von denen zwar keine an sich fr das Eiwei charakteristisch ist, die aber, wenn sie alle odercloch mehrere von ihnen zusammen auftreten, einen Krper als Eiwei erkennen lassen. I. Die Farbenreaktionen. Mit Aus- nahme der Biuretreaktion ist keine der Farbenreaktionen dem Eiwei als solchem eigentmlich, sie kommen vielmehr alle gewissen anderen Komplexen beziehent- lich Atomgruppierungen zu und werden von dem Eiwei deshalb gegeben, weil diese Grup- pen im Eiweimokl in reaktionsflger Form enthalten sind. Sie beweisen daher die An- oder Abwesenheit der betreffenden Gruppe und dienen dadurch zur Charakteri- sierung der einzelnen Eiweikrper. 1. Die Xanthoproteinreaktion. Fgt man zu einer wsserigen Eiweilsung starke Salpetersure, so tritt entweder schon in der Klte, in der Regel erst beim Erwrmen eine tiefe dunkle Gelbfrbung ein, die beim Zusatz von berschssiger Natronlauge rotbraun, mit Ammoniak schn orangefarben wird. Die Reaktion beruht auf der Bildung von Nitroderivaten und ist der Indolgruppe im Tryptophan und den Benzolderivaten zuzuschreiben. 2. Die Millonsche Reaktion. Kocht man Eiwei in wsseriger Lsung oder Ei- wei in Substanz in Wasser aufgeschwemmt mit dem sogenannten Millonschen Reagens, einer Lsung von salpetersaurem Quecksilber- oxyd, die etwas salpetrige Sure enthlt, so frbt sich die Flssigkeit wie der entstandene Niederschlag rosa bis schwarzrot. Die Reak- tion wird von allen Benzolderivaten ge- geben, die einen Wasserstoff durch die Hydro- xylgruppe ersetzt haben; sie entspricht im Eiwei der Tyrosingruppe, der einzigen Oxyphenylgruppe. Eintritt von Jod in das Tyrosinmoiekl verhindert die Millonsche Reaktion, die daher von Jodeiweien nicht ge- geben wird. Chlornatrium in etwas strkerer Konzentration verhindert die Reaktion. 3 . D i e P a u 1 y s c h e D i a z r e a k t i n . Ve r - setzt man eine Eiweilsung mit Soda und lgt 3 bis 5 ccm einer Soclalsung hinzu, die einige Zentigramm Diazobenzolsulfosure ent- hlt die am besten frisch aus Sulfanil- suro bereitet wird , so tritt eine kirschrote Frbung ein. die beim Verdnnen mit Wasser bestndig ist. Beim Ansuern nimmt die Lsung einen orangeroten Ton an. Die Reak- tion wird von den Eiweispaltungsprodukten Tyrosin und Histidin gegeben und kommt, da beide sehr verbreitet sind, den meisten Eiweikrpern zu. 4. Die Schwefelbleireaktion. Wenn man Eiwei mit Alkalilauge und einem Blei- salz kocht, so bildet sich ein schwarzer Nieder- 110 Eiweikrper schlag, oder doch zum mindesten eine Schwarz- oder Braunfrbung. Die Reaktion beruht auf der Abspaltung von Schwefel- wasserstoff und der darauf folgenden Bildung von Schwefelblei; sie gehrt dem Cystin an. 5. Die Reaktion von Adamkiewicz- Hopkins. Man fgt zu einer wsserigen ; Eiweilsung einige Tropfen einer wsserigen Lsung von Glyoxylsure und unterschichtet mit konzentrierter Schwefelsure. An der Berhrungsstelle entsteht ein blauvioletter Ring. Die Reaktion ist sehr empfindlich. Sie beruht auf dem Tryptophan. Auch andere, besonders aromatische, Aldehyde geben mit dem Eiwei, d. h. dessen Tryptophan- gruppe, farbige Reaktionen. 6. Die Reaktion von Molisch. Diesel Reaktion ist eine Kohlehydratreaktion und { beruht auf der Bildung von'Furfurol. Sie, wird nur von dem Eiwei gegeben, das eine Kohle- hydratgruppe enthlt, d. h. von den Glyko- proteiden. Da viele Eiweistoffe Kohle- hydrate beigemengt enthalten, und die Reaktion sehr empfindlich ist, hat sie viel Verw irru ng angericht et . 7. Die Biuretreaktion. Fgt man zu einer wsserigen Eiweilsung eine reich- liche Menge Natron- oder Kalilauge und wenige Tropfen einer verdnnten Lsung von Kupfer- sulfat, so entsteht bei den nativen Eiwei- krpern eine blau- bis rotviolette, bei den Umwandlungsprodukten, den Albumosen und Peptonen, sowie bei einigen Vitellinen und den Histonen eine rein rote Frbung. Fr die praktische Ausfhrung ist von Wichtig- keit, da ein Ueberschu von Kupfersulfat infolge der entstehenden Blaufrbung die Reaktion verdeckt, Auch darf bei Aus- fhrung der Biuretreaktion nicht erwrmt werden, da heie Natronlauge viele Peptone zersetzt. Die Biuretreaktion ist dadurch von einer besonderen Wichtigkeit, da sie im Gegen- satz zu den anderen Reaktionen, mit einer Ausnahme, keinem der nicht mehr eiwei- artigen Spaltungsprodukte des Eiweies zu- kommt. Sie wird daher allgemein zur Ab- grenzung des Eiweies gegen seine einfacheren Spaltungsprodukte benutzt und gewhnlich als die wichtigste Farbenreaktion der Eiwei- krper bezeichnet. Denn da Biuret, Malon- amid, Oxamid usw. in der Natur nicht vor- kommen und bei physiologisch-chemischen Arbeiten nicht auftreten, so beweist sie das Vorhandensein von Krpern der Eiwei- gruppe. Wenn das Eiwei durch Fermente oder Suren zerstrt wurde, so sah man das Verschwinden der Biuretreaktion als den Be- weis der vollstndigen Zertrmmerung des Eiwei an. Diese "Wertschtzung ist sehr bertrieben. Denn es existieren Peptide und Peptone, die keine Biuretreaktion geben, und von den Aminosuren zeigt das Histidin eine Andeutung von Biuretreaktion. Doch ist die Scheidung praktisch hufig brauchbar, z. B. bei Zerlegung der Pepsinpeptone durch andere Fermente oder bei der Ausfllung von Eiwei aus Gewebsextrakten oder zum Nachweis von Peptonen und Albumosen. Die Pepsinpeptone geben die Reaktion noch in einer Verdnnung 1:100000; fr Albumosen und natives Eiwei ist die Empfindlich- keit geringer. Unter den Albumosen scheinen sich Krper zu befinden, die den Eintritt der Reaktion stren. Die stark basischen Prot- amine geben die Biuretreaktion ohne Alkali- zusatz, das kupferhaltige Hmocyanin ohne Kupferzusatz. IL D i e F 1 1 u n g s r e a k t i o n e n. Die Eiweikrper sind im allgemeinen nur in Wasser lslich und werden daher bei Zusatz von Aceton, Chloroform, Aether gefllt, Am wichtigsten ist die Fllung mit Alkohol. In absolutem Alkohol sind alle Eiw T eikrper unlslich, der Grad der fl- lenden Verdnnung ist dagegen bei den ein- zelnen Eiweikrpern sehr verschieden und dient zu ihrer Charakterisierung. Die alko- hollslichen Pflanzeneiweie sind in abso- lutem Alkohol unlslich, in Alkohol von 90% aber lslicher als in Wasser. Die Chloride und Natronsalze des Eiweies, zumal des denatu- rierten Eiweies, sind in Alkohol viel lslicher als die Eiweie selbst, so da bei nicht neu- traler Reaktion Alkohol schwer fllt. Wie Basen verhalten sich Harnstoff und alkohol- lsliche Salze, indem sie die Lslichkeit in Alkohol erhhen. Von dem Aussalzen, von der Hitzekoagu- lation und dem Ausflocken wird in Ab- schnitt ii die Rede sein. Mit einer Reihe von Suren und Basen bilden die Eiweikrper schwer- oder unls- liche Verbindungen und werden so aus ws- seriger Lsung gefllt. Diese Fllungsreak- tionen zeigen bei den kolloidalen Eiwei- krpern eine Reihe von Eigentmlichkeiten, 'die ebenfalls in Abschnitt n besprochen werden. Bei den Albumosen und Peptonen treten die Fllungen schwerer ein als bei den eigentlichen Eiweien, und um so schwerer, je weiter sie vom Eiwei abstehen. a)Die Fllungen der Eiweikrper mit Salzen der Schwermetalle. Sie er- folgen bei jeder Reaktion. Die Fllungen sind im Ueberschu des Eiweies und des Metall- salzes lslich. Fast alle Schwermetalle fllen, hufige Anwendung finden davon die fol- genden: 1. Eisenchlorid und Eisenacetat. Im Ueberschu des Eisenchlorids lsen sich die Eiweifllungen leicht auf. 2. Kupfersulfat und das noch empfind- lichere Kupferacetat. 3. Quecksilberchlorid. Wegen seiner Eiweikrper 111 desinfizierenden Eigenschaften ist es von praktischer Wichtigkeit. 4. Bleiacetat, basisches und neutrales. 5. Zinkacetat. 6. Uranylacetat. Es wurde bei der Reinigung der Fermente von Eiweikrpern benutzt. Auer von den Schwermetallen wird das Eiwei von einer Reihe organischer Basen, Farbbasen, gefllt, so durch Malachitgrn, Brillantgrn, Neufuchsin, Auramin, Phenol- safranin und Rosanilinacetat. Analog verhalten sich einige basische Eiweikrper, die Historie und Protamine, die in alkalischer Reaktion anderes Eiwei fllen. 2. Fllung durch Suren. Alka- loidreagenzien. Als organische Base wird das Eiwei durch eine Reihe komplexer or- ganischer Suren, die sogenannten Alkaloid- reagenzien, gefllt. Da aber die Eiwei- krper sehr schwache Basen sind, so werden die Salze, das phosphorwolframsaure usw. Eiwei, durch die Ionen des Wassers hydro- lysiert, und die Niederschlge bilden sich nur bei einem Ueberschu von Sure. Bei alka- lischer Reaktion lsen sie sich wieder auf; ker basische Eiweie, die nur einige Histone, das Histopepton und besonders die Protamine, werden auch bei schwach al- kalischer oder mindestens neutraler Reak- tion gefllt. Schon bei den eigentlichen Ei- weien, noch mehr bei den Peptonenund einem Teil der Albumosen sind die Niederschlge im Ueberschu des Fllungsmittels lslich. Die wichtigsten Alkaloidreagenzien sind: Phosphorwolframsure, und, seltener angewandt, P ho s p ho r rao 1 y b d an s u r e. Beide fllen auerdem die basischen Amino- suren und die meisten Peptone. Phosphor- wolframsaure Pe])tone (und Aminosuren) sind in Alkohol und Aceton lslich. Gerbsure (Vorschrift 70 Gerbsure, 100 g CINa, 50 cm Eisessig ad 1000 Wasser). Sie fllt auch die meisten Peptone. Besonder- heiten s. u. Abschnitt n. Gerbsaure Peptone sind in Aceton lslich. F e r r o cy an w as s er s t o f f s u r e. Meist als Ferrocyankalium und Essigsure, in dieser Form klinische Eiweiprobe. Pikrinsure mit Essigsure, als ,,Ebachs Reagens" klinische Eiweiprobe. Joclquecksilberjo dkalium + Salz- sure, sogenanntes Brckesches Reagens. J o d w i s m u t - J o d k a 1 i u m + Jod- wasserstoffsure (50 KJ, 100 BiJ 3 in 100 cm 0,5 JH. Das Fllungsvermgen nimmt zu, wenn die Lsung reichlich Neutralsalze enthlt. iVuch Jod-Jod-Kalium, Metaphosphor- sure, Platinchlorid, Quecksilberchlorid, Bromwasser, Allotellursure fllen Eiwei. Ebenso verhalten sich manche saure Anilin- salze, die gefrbte und daher gut erkenn- bare Niederschlge geben. Fllende Eigen- schaften besitzen auch einige, komplizierte organische Suren, Nucleinsure Taurochol- sure, Chondroitinschwefelsure, auch sie nur bei saurer Reaktion. Etwas verschieden von dem Besprochenen ist die Fllung der Eiweikrper, auch man- cher Albumosen, durch starke Mineralsuren, Salzsure, Schwefelsure, Salpetersure und Phosphorsure. Von diesen ist wichtig die Salpetersure. Die Reaktion mit Sal- petersure ist sehr empfinlich und wird daher als klinische Eiweiprobe im Harn angewandt. Die eigentlichen Eiweie lsen sich im Ueber- schu der Salpetersure und beim Erwrmen nicht, wohl aber die Albumosen. Beim Er- kalten kommt der Niederschlag wieder. Beim Erwrmen tritt nebenher die Xantho- proteinreaktion auf. 8. Albumosen und Peptone. Wenn die in der Natur vorkommenden Eiweikrper durch irgendwelcheEingriffe gespalten werden, so zerfallen sie zunchst in die Albumosen und Peptone. Diese sind selbst noch Eiwei- krper im weiteren Sinne, denn sie besitzen dieselbe chemische Struktur und zerfallen in dieselben Bruchstcke. Sie geben daher auch die chemischen Reaktionen der Eiweikrper, die Farbenreaktionen, vor allem die Biuret- reaktion, und die Fllungen mit Suren und Basen. Doch sind die Albumossen und ihre Salze viel lslicher, so da sie, je weiter sie sich von den Eiweikrpern entfernen, desto schwerer gefllt werden und eine An- zahl von Reaktionen teils nicht mehr, teils nur unter besonderen Bedingungen zeigen. Dagegen fehlen ihnen die physikalischen Eigenschaften des Eiwei, diejenigen, die auf seiner Molekulargre und seinen kolloi- dalen" Eigenschaften beruhen. Man hat sie daher von jeher mit den Dextrinen, Di- und Monosacchariden in Parallele gestellt, die aus den kolloidalen Kohlehydraten entstehen. Der Uebergang von den nativen Eiwei- krpern zu den Aininsuren ist nun ein sehr allmhlicher und erfolgt ber eine groe Reihe von Zwischenstufen. Da er noch nirgends vllig aufgeklrt ist und aus der sehr groen Zahl der existierenden Krper nur wenige als chemische Individuen erkannt sind, ist die Einteilung zurzeit schwierig und willkrlich. Frher nannte man diese Krper Peptone, und der Name ist noch vielfach ge- bruchlich und bisweilen kaum zu umgehen. Die heute geltende Einteilung stammt von Khne. Er nennt Peptone diejenigen Eiweikrper, die berhaupt nicht ausgesalzen werden knnen; sie geben die Fllungsreaktionen nur noch zum Teil, von den Farbenreaktionen ausnahmslos die Biuretreaktion, die brigen nur sehr teil- weise. Dagegen werden alle diejenigen lslichen Spaltungsprodukte des Ei- 112 Ei weikrper wei, die nicht mehr koaguliert wer- den knnen, aber durch irgendwelche Salze (am wirksamsten sind Ammonsulfat und Zinksulfat bei sauerer Reaktion) aus- gesalzen werden knnen, als Albu- mosen bezeichnet. Sie werden wieder ein- geteilt in primre Albumosen, die dem Eiwei zum Teil noch recht nahe stehen, und in Deuteroalbumosen, deren Abgrenzung gegen die Peptone ziemlich willkrlich ist. An die Peptone schlieen sich die synthetischen Polypeptide an. Hier irgendeine Grenze ziehen zu wollen, wre ganz willkrlich. Am besten erscheint es, wenn man die ihrer Struktur nach vollstndig bekannten Krper Polypeptide, und die, bei denen das nicht der Fall ist, Peptone nennt. Die Trennung der Albumosen von den Peptonen auf Grund ihrer Aussalzbarkeit hat Bedenken, da unter den knstlichen Peptiden, die gar nicht be- sonders hochmolekular sind, einige aussalzbar sind. Indessen ist es auch nicht angebracht, diese Unterscheidung ganz fallen zu lassen. Denn bei der Surespaltung und bei der be- sonders genau studierten Pepsinverdauung entstehen anfangs ganz berwiegend aus- salzbare Krper; in dem Mae, wie die Ver- dauung fortschreitet, gehen immer grere Anteile in die nicht aussalzbare Form ber Auch die geringere Dialysierfhigkeit und geringere Lslichkeit der Albumosen sprechen durchaus dafr, da sie wirklich ein greres Molekulargewicht haben und zwischen dem Ausgangseiwei und den Peptonen stehen. Genauer untersucht sind die Albumosen j bei der Pepsinverdauung ; weniger hufig die j Albumosen der Spaltung durch verdnnte Suren, Alkalien und berhitzten Dampf. Von Peptonen sind untersucht die der Pepsin- und Trypsinverdauung und die durch Sure- spaltung entstehenden sogenannten Kyrine, ferner Alkalipeptone und die aus den Prot- aminen entstehenden Protone, auerdem Pep- tone, die in Pflanzen, im Fleischextrakt und im Harn vorkommen. Endlich sind auer- dem durch Abbau mittels Suren, Alkalien und Fermenten genau gekannte Peptide ge- wonnen worden. Die Albumosen sind in trockenem Zu- standeweie, staubende, nicht hygroskopische, nicht kristallinisch gewonnene Pulver. Mit Ausnahme der Heteroalbumose sind sie in Wasser leicht lslich, noch lslicher sind viele ihrer Salze. Durch Alkohol werden alle, aber bei sehr verschiedener Konzentration gefllt, in verdnnten Alkoholen sind sie zum Teil leicht lslich. Die Biuretreaktion geben die Albumosen mit einer roten, ins Violette spie- lenden Farbe. Ebenso geben alle dieXantho- proteinreaktion. Die anderen Farbenreaktio- nen richten sich nach den Komplexen, die in den einzelnen Krpern enthalten sind. Die Albumosen werden durch Eisenchlorid, neutrales und basisches essigsaures Blei, Quecksilberchlorid und andere Metallsalze gefllt, die Niederschlge sind aber im Ueber- schusse der Fllungsmittel mehr oder we- niger leicht lslich. Kupfersulfat und das empfindlichere Kupferacetat fllen nur die primren, nicht die Deuteroalbumosen, dienen daher zu ihrer Trennung. Essigsure plus Ferrocyankalium, fllt alle Albumosen; doch kann die Anwesenheit von Pepton die Re- aktion stren. Der Niederschlag verschwindet beim Erhitzen und kehrt in der Klte wieder. Durch Salpetersure werden die primren Albumosen auch in salzarmer Lsung, die Deuteroalbumosen nur bei Gegenwart von Kochsalz, die niedrigsten schlielich nur in mit Kochsalz gesttigter Lsung gefllt. Der Niederschlag ist im Ueberschusse der Salpetersure, besonders aber beim Er- wrmen, lslich, und kehrt beim Abkhlen wieder. Durch die Alkaloidreagenzien werden die Albumosen gefllt, die Nieder- schlge verhalten sich zum Teil wie die des nativen Eiwei, zum Teil sind sie in der Wrme und im Ueberschu sehr leicht lslich. Taurocholsure, daher Galle bei saurer Raektion, und Nucleinsure fllen einen Teil der Albumosen. Die primren Albumosen werden bei alkalischer Reaktion durch Protamin und Histon gefllt. Die Albumosen diffundieren durch Pergament, aber verschieden schnell, die Heteroalbumose sehr langsam, die Protalbumose und manche Deuteroalbumosen schnell und vollstndig. Beim Aussalzen scheiden sich die Albu- mosen als ein zher, klebriger Niederschlag aus, der auf der Flssigkeit schwimmt oder an der Wand des Gefes oder an einem zum Rhren dienenden Instrument haftet und oft besser durch Ausrhren oder Abschpfen als durch Filtrieren entfernt werden kann. Zur Untersuchung der Albumosen hat meist das Peptonum siccum" von F. Witte in Rostock gedient, das zum grten Teil aus Albumosen besteht. Spter hat man die Al- bumosen hufig aus bestimmten Eiweikr- pern gewonnen. Die Albumosen der einzelnen Eiweie werden ]e nach der Herkunft aus Glo- bulin, Vitellin, Myosin, Gelatine, Fibrin usw. als Globulosen, Vitellosen, Myosinosen, Gela- tosen, Fibrinsen bezeichnet; Albumosen wrden danach nur die Spaltungsprodukte des Eier- oder Serumalbumins heien, doch wird der Name allgemein auch auf die Pro- dukte der anderen Eiweikrper ausgedehnt, dritten den hat dafr den besonders im Englischen viel gebrauchten Namen Proteo- sen eingefhrt. Die Heteroalbumosen, daher auch das Al- bumosengemenge, das Wittepepton, u. a. zeigen bei parenteraler, d. h. bei Zufuhr direkt in die Blutbahn eine Reihe von Giftwirkun- Eiweikrper 113 gen, Blutdruckerniedrigung, Ungerinnbar- machen des Blutes usw. Die Peptone sind farblose, trockene Pulver. Sie sind in Wasser ungemein ls- lich, auch in Eisessig, ebenso in allen Salz- lsungen, zum Teil lslich in 96proz. Alkohol, unlslich in allen anderen gebruchlichen Lsungsmitteln. Sie geben alle noch in groer Verdnnung eine sein* intensive, rein rote Biuretreaktion, auerdem alle die Xanthopro- teinreaktion, die anderen Farbenreaktionen sind verschieden. Sie sind schwefelfrei. Die Schwermetalle bewirken keine Fllungen; die Alkaloidreagenzien fllen mit Ausnahme von Ferro Cyanwasserstoff sure und Pikrin- sure, doch sind die Fllungen unvollstndig und lsen sich im Ueberschu des Reagens oder auch nur von Sure meist leicht wieder auf. Die Fllbarkeit der Peptone nimmt zu, wenn man sie in gesttigten Salzlsungen (Ammonsulfat, Calciumchlorid, Calciumni- trat, Natriumchlorid) fllt. Ohne Salzzustze fllt noch am vollstndigsten die Phosphor- wolframsure. Im Gegensatz zu den Eiwei- basen wird die Fllbarkeit der Peptone durch Gegenwart von Schwefelsure nicht erhht, eher vermindert. Oft kommt man gut zum Ziel, wenn man zunchst den grten Teil der Peptone mit Phosphorwolframsure fllt, abfiltriert, und nun erst den Rest ausfllt. In verdnnter Lsung bleibt die Fllung aber auch dann noch unvollkommen. Die Nieder- schlge der Peptone mitPhosphorwolframsure sind in Alkohol und Aceton lslich. Die argininreichen Peptone werden wie das Argin in selbst durch Silbersulfat und Sttigen der Lsung mit Barythydrat gefllt. Wie alle Eiweikrper sind die Peptone amphotere Elektrolyt^, der Surecharakter berwiegt bei ihnen betrchtlich; sie sind aus- gesprochene Suren, deren Salze relativ wenig hydrolysiert werden. Bei der Pepsin Verdauung entsteht zunchst Acidalbumin, dann die primren Albumosen, die Proto- und Heteroalbumose, die durch Sttigen mit Chlornatrium und durch Halbsttigung mit Ammonsulfat fllbar sind. Aus ihnen entstehen die Deutero albumosen, die nur durch Ammonsulfat gefllt werden, daraus schlielich die Peptone. Doch ist die Reihenfolge nur so zu verstehen, da an- fangs die mit Kochsalz aussalzbaren Albu- mosen berwiegen, spter die Deuteroalbu- mosen, und da endlich beigengend langer Ver- dauung, wirksamem Pepsin und viel Salzsure die Albumosen ganz verschwinden. Kleine Mengen Peptone finden sich aber schon im Beginn der Verdauung und ebenso treten von Anfang an Peptone auf, die keine Biuret- reaktion geben. Die Bedeutung der Albu- mosen ist frher sowohl fr die Eiweichem'e wie in biologischer Hinsicht sehr hoch einge- schtzt worden. Heute wissen wir, da bei Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. den gnstigen Verhltnissen des lebenden Magens der grte Teil des Eiweies zu Pepton wird, und die Albuniosen nur Durchgangs- stufen sind. Bei der Verdauung in vitro kann man allerdings betrchtliche Mengen von Albumosen bekommen. Die vielfachen Versuche zur Zerlegung der Albumosen haben bisher kaum mehr zu Krpern gefhrt, die eine Gewhr fr chemische Reinheit bieten. Eine Ausnahme macht vielleicht die Heteroalbumose, die den schwerst angreifbaren, beziehungsweise den noch nicht angegriffenen Teil des Eiweies darstellt (vgl. Abschnitt 3). Sie ist tyrosinfrei, und ist ver- hltnismig sehr resistent, auch gegen die Einwirkung anderer Fermente, der Trypsins und Erepsins. Die Heteroalbumose ist in Wasser unlslich; in verdnnten Salzlsungen ist sie lslich, aber bisweilen verliert sie auch diese Lslichkeit, und scheidet sich spontan aus. Diese Ausscheidung ist Dysalbumose, Antialbumingerinnsel oder Plastein genannt worden. Durch wirksames Pepsin gehen diese Krper wieder in Lsung, und die Abscheidung hat nicht die Bedeutung, die man ihr ge- legentlich zugeschrieben hat. Bei Verdauung mit viel Sure und wirksamem Pepsin gehen Eiwei und Albumosen rasch in Pepton ber. Aus dem Gemenge der Pepsinpeptone des Fibrins lt sich, in schlechter Ausbeute, ein Individuum isolieren, dessen Analysen auf die Formel C 21 H 34 N 6 9 fhren. Doch mu die Formel vervielfacht werden. Bei der Spaltung liefert es Tyrosin, Tryptophan Arginin, Lysin, Asparagin- und Glutamin- sure. Ein entsprechendes Pepton aus Leim ist besonders reich an Glykokoll. Aus den Histonen entsteht ein zu den Deuteroalbumosen gehriger Krper, das Histopepton, das sich durch seine Fllbar- keit durch Natriumpikrat bei neutraler Reaktion auszeichnet, und sehr reich an Argi- nin und Lysin ist. Aus dem Elastin entsteht durch Pepsin- verdauung eine Albumose, das Hemielastin, das durch Aufkochen seiner wsserigen neutralen Lsung ausgefllt wird, um sich beim Erkalten wieder aufzulsen. Da diese ,,Hemi- elastinreaktion" keinem anderen Eiwei- krper zukommt, ist sie verwendet worden, um einen ,, gezeichneten" Eiweikrper durch den Organismus zu verfolgen. Durch die Einwirkung von verdnnten Suren, V10 bis 7 -HCl oder H 2 S0 4 , ent- stehen im allgemeinen dieselben Albumosen und Peptone wie durch Pepsin- Salzsure. Nur ist die Wirkung langsamer und geht bei lngerer Einwirkung bi weilen weiter. Durch mehrwchentliche Einwirkung von 12 bis 17prozentigerHCl bei Krpertempera- tur entstehen aus Eiwei und Peptonen stark basische Komplexe, die sogenannten Kyrine, 8 114 Eiweikrper die durch Phosphorwolframsure fllbar sind. IhreAnalyse fhrt auf die Formel C 22 H4 7 N 9 8 (Caseinokyrin) oder hnliche. Bei der Spaltung durch siedende Suren ent- stehen hauptschlich Arginin und Lysin, beim Globinokyrin auch Histidin, daneben wenig Glutaminsure und Glykokoll. Die Phosphorwolframat-Peptone sind im Gegen- satz zu den anderen Peptonen kristallinisch. Durch Einwirkung von 70prozentiger Schwefelsure bei Zimmertemperatur ent- stehen aus Fibrin, Edestin unter anderen Eiweien Di- und Tripeptide. Aus den Protaminen entstehen durch Kochen mit Schwefelsure von 10% in Y 2 bis 3 Stunden die sogenannten Protone, die auch kristallinische Derivate liefern. Beim Clupein sind diese Protone in ihrem Bau aufgeklrt, und als Diarginylvalin, Diarginylprolin usw. erkannt. Durch verdnntes ( % n) Alkali, durch ber- hitzten Wasserdampf oder durch Papayotin entstehen Albumosen, die den Pepsin- albumosen hneln. Die Protone, die durch Alkali aus den Protaminen entstehen, ent- halten statt des Arginins Ornithin, da der Harnstoff intraprotein abgespalten ist. Durch Trypsin entstehen Albumosen nur ganz vorbergehend, ein groer Teil der Eiwei zerfllt in Aminosuren, der ungespaltene Rest wird als Antipepton be- zeichnet. Aus dem Antipeptongemenge lassen sich Individuen isolieren, deren Analysen auf die Formel C 10 H 17 N 3 5 fhren. Sie enthalten Lysin, Arginin, Glykokoll und verschiedene andere Aminosuren, kein Tyro- sin und Tryptophan. Durch Trypsinein- wirkung auf die Pepsinpeptone entsteht neben Aminosuren Antipepton, durch Ein- wirkung von Suren auf Antipepton ent- stehen Kyrine. Nach langer Trypsinwirkung bleiben Antipeptone zurck, die einen er- heblichen Teil der Eiweie ausmachen, aber nur noch eine sehr schwache Biuretreaktion geben. Vor kommen von Albumosen undPep- t o nen. Im Mageninhalt findet man alle Pep- sinalbumosen, daneben relativ wenig Peptone; in dem Chymus, der in den Darm bertritt, findet man berwiegend Peptone, neben denen dann in steigendem Mae Aminosuren auf- treten. Am Ende des Dnndarmes findet man kaum noch Peptone. Dagegen enthlt fr gewhnlich kein Teil des menschlichen oder tierischen Organismus, mit Ausnahme Verdauungstraktus, nachweisbare Men- gen von Albumosen oder Pepton. iter pathologischen Umstnden, bei Eiterungen, bei der Einschmelzung und Resorption von Exsudaten und hnlichen Prozessen kommt es zur Bildung von Albu- mosen im Innern des tierischen Organismus. Durch autolytische Vorgnge werden sie postmortal gelegentlich schnell und reichlich gebildet, z. B. bei der Phosphorvergiftung. Ferner hat sich eine Beziehung von im Blut kreisenden Albumosen zum Fieber ergeben; ebenso sind im Sputum Albumosen beobachtet worden. Bei allen diesen Pro- zessen wurden nun stets auch Albumosen im Harn gefunden, dagegen niemals Pepton. Was den Nachweis der Albumosen im Harn anlangt, so knnen dadurch Irrtmer ent- stehen, da das Urobilin mit Natronlauge und Kupfersulfat eine Frbung gibt, welche von der der Biuretreaktion nicht zu unter- scheiden ist. Im Fleischextrakt finden sich hufig Leim-Albumosen, die aus dem Bindegewebe des Fleisches stammen. Im Harn ist ein Krper enthalten, der in mancher Beziehung an die Albumosen erinnert, in anderer Hinsicht an das be- sonders resistente Antipepton , das eine schwache Biuretreaktion gibt. Er wird Oxy protein sure genannt. Die Ana- lysen fhren auf eine Formel C 43 H 82 N 14 31 S. Bei der Surehydiolyse liefert sie viel Gly- kokoll und kleinere Mengen von anderen Aminosuren. Sie gibt die Mi 1 lo n sehe, aber nicht die Biuretreaktion. Aus der Oxy- : proteinsure stammt ein Teil des Glykokolls, j das man in menschlichem Harn findet. Menschlicher Harn enthlt 3 bis 4 g pro Tag oder mehr. 4 bis 5% des Gesamtstickstoffs und eine gewisse Menge des unoxydierten Schwefels kommen auf sie. Auch der Hunde- harn ist reich daran. Bei der Seeschnecke Tritonium nodosum findet sich in den Speicheldrsen neben A^paraginsure ein Krper, der nach seinen Reaktionen ein Pepton ist. Aus ungekeimten Pflanzensamen (von Lupinus luteus) lt sich in einer Menge von 100 g auf 80 kg Samen ein Pepton gewinnen, das in seinen Eigenschaften mit denPepsinpep- tonen bereinstimmt. Bei der Surespaltung konnten Lysin, Arginin und Glutaminsure isoliert werden. Tierkohle absorbiert dies Pepton. Ferner kann man aus den Samen nahezu aller Kulturgewchse, Getreidearten, Legu- minosen und Oelsamen, neben den nativen Eiweikrpern kleinere, selten etwas grere Mengen von Albumosen isolieren, die etwa die Eigenschaften der Pepsinalbumosen haben. Ob dieselben in den lebenden Samen pr- formiert sind, ist fraglich, da die Samen fr die sptere Keimung proteolytische Fermente enthalten, die whrend der Ex- traktion die Eiweikrper angreifen knnen. In den Nhrlsungen, in denen Bakterien wachsen, finden sich in der Regel Albumosen, und bei pathogenen Bakterien haftet an solchen Toxalbumosen" bisweilen die Gift- wirkung der Bakterien. Doch knnen Eiweikrper 115 auch die gewhnlichen Albumosen, wie sie etwa zur Herstellung des Nhrbodens dienen, Fieber hervorrufen. 9. Eiweisalze. 9a) Elektrolytischer Charakter. Hydrolytische Dissocia- tion. Wie im Abschnitt 3 auseinanderge- setzt wurde, sind die Eiweikrper Amino- suren. Wie diese sind sie daher amphotere Elektrolyte". Die gleichzeitige Anwesenheit der NH 2 - und der COOH-Gruppe in einem Molekl schwcht beide so weit ab, da die Aminosuren und die Eiweikrper sehr schwache Basen und sehr schwache Suren sind. Als Base ist das Eiereiwei nur 500 mal strker als Wasser, und 34 mal schwcher als Anilin. Ein Teil der Eiweikrper kann aller- dings auch strker sauer oder basisch sein, ohne darum aufzuhren, amphoterer Elek- trolyt zu sein. Als sein* schwache Suren und Basen bilden die Eiweikrper Salze, die weit- gehend hydrolytisch sind. In Abwesenheit von Suren und Basen sind sie neutrale Stoffe, die nur wenige Ionen enthalten, den elektrischen Strom kaum leiten und wenig reaktionsfhig sind. Bei Gegenwart einerstarken Sure, etwa Salzsure wird diese durch Hydrolyse frei, die Lsung reagiert stark sauer und verhlt sich wie ein Gemenge von Salzsure und Salz. Bei Gegenwart einer starken Base reagiert die Lsung umgekehrt alkalisch, und enthlt reichlich OH-Ionen. Es liegt im Wesen der Hydrolyse, da sie, auch abgesehen von der Temperatur, nicht konstant ist, sondern sie schwankt mit der absoluten und der relativen Menge beider Komponenten. Sie hngt bei dem salzsauren Eiwei ab 1. von der Konzentration, 2. von dem Ueberschu der Salzsure. Mit steigen- der Konzentration nimmt die Hydrolyse ab, so da verdnnte Lsungen mehr freie Salzsure und weniger salzsaures Eiwei enthalten als konzentrierte. Viel wirk- samer ist ein Ueberschu von Salzsure, der die Hydrolyse verringert; bei starkem Salzsureberschu ist die hydrolytische Dissoziation fast Null, whrend 80 bis 90% hydrolysiert sind, wenn Sure und Eiwei in quivalenten Lsungen vorhanden sind. Umgekehrt bindet im Casein-Natrium 1 g Casein bei starkem Ueberschu von Alkali 180. 10- 5 g-Mol (0,1 g) KOH, bei dem auf Lackmus neutralen Punkt 51.10- 5 g-Mol (0,056 g) KOH, bei der geringsten Menge Alkali, die Casein in Lsung hlt 11,4. 10~ 5 g- Mol (0,006 g) KOH. Abweichend von den Aminosuren sind die Eiweikrper vielsurige Basen und vielbasische Suren. Da sich unter den Aminosuren zweibasische Suren, Aspara- gin- und Glutaminsure, und zweisurige Basen, Ornithin und Lysin, befinden, so wre es mglich, da auf diesen die Poly- valent der Eiweikrper beruht. Es ist aber auch denkbar, da wenigstens fr die Basen- eigenschaft auch die Peptidbindungen in Frage kommen; oder da in dem Eiwei- molekl mehrere Peptidketten stecken, die also mehrere Enden haben. Jedenfalls ergeben ' sich durch die Polyvalenz Abweichungen von den bei den Aminosuren ermittelten Gesetzmigkeiten, die noch nicht auf- geklrt sind. Die hydrolytische Dissoziation bewirkt also, da 1 g Eiwei je nach der beider- seitigen Konzentration und der Natur der mit ihm zusammentretenden Basen und Suren ganz verschiedene Mengen von ihnen neutralisiert, und diese Erscheinung hat dem Verstndnis lange die grten Schwierig- keiten bereitet. Frher hat daher die Ansicht Vertreter gefunden, da es sich bei der Reaktion von Eiwei mit Suren und Basen gar nicht um Salzbildung handele, sondern um einen Verteilungsvorgang", um Ad- sorption" und hnliches. Fr das Verhalten kolloidaler Metalle un'd anderer Kolloide zueinander und zu Kristalloiden gleicher oder entgegengesetzter elektrischer Ladung sind eine Reihe Gesetzmigkeiten ermittelt wor- den; die natrlichen Eiweikrper sind Kolloide, und so konnte ein Teil dieser Gesetz- migkeiten auf die Eiweikrper ber- tragen werden. Zwei Kolloide fllen sich oder flocken sich aus, knnen sich aber auch in Lsung halten (Schutzkolloid); Salze, die auerdem in der Lsung sind, knnen je nach den Bedingungen die Ausflockung herbei- fhren oder hemmen. Die aufflligste hierher gehrige Er- scheinung ist die,- da bei den Eiweifllungen in der Regel eine bestimmte optimale Be- ziehung zwischen dem Eiwei und dem Fllungsmittel bestehen mu. Wenn man Natriumsulfat mit wechselnden Mengen Chlorbaryum vermischt, so fallen die gesamten einander quivalenten Mengen aus, und das berschssige Baryumsalz oder Sulfat bleibt in Lsung. Versetzt man aber Leim mit steigenden Mengen Gerbsure, so kommt es nur bei einem ganz bestimmten Mengen- verhltnis zur Bildung eines Niederschlages, sonst lst er sich ganz oder teilweise wieder auf. Es ist einigermaen beliebig, ob man hier von der Bildung eines Albuminates sprechen will, das in Wasser unlslich, im Ueberschu der Gerbsure und des Eiwei lslich ist, oder ob man die Ausdrucksweise der Kolloidchemie anwendet. Doch findet man die Bedeutunug der Mengenverhlt- nisse ganz ebenso bei den Peptonen, die keine Kolloide sind, und selbst bei Aminosuren, so da es richtiger erscheint, auch beim Eiwei von Salzbildung zu sprechen. Die hydrolytische Dissoziation ist bei der Untersuchung jeder eiweihaltigen 8* 116 Eiweikrper Flssigkeit zu bercksichtigen. Denn zwi- schen dem Wasser, den Suren und Basen und dem Eiwei besteht fr die jeweilige Konzentration ein Gleichgewichtszustand, der verschoben wird, sobald sich einer der Faktoren ndert. Infolgedessen ist es un- mglich, die Aziditt oder Basizitt einer Eiweilsung zu titrieren. Denn mit jedem Kubikzentimeter Na OH, den man zu einer salzsauren Eiweilsung hinzusetzt, ver- ringert sich der Salzsurebersclm, ver- mehrt sich daher die Dissoziation, bis schlie- lich nahezu alle Salzsure vom Eiwei ab- gespalten, also frei wird. Da jeder Zusatz den Gleichgewichtszustand verschiebt, darf man zur Basizittsbestimmung des Eiwei kinetische, d. h. Methoden, die auf der Ent- fernung oder dem Verbrauch einer der Kom- ponenten beruhen, nicht anwenden. Nur durch physikalische Methoden (elektrische Leitfhigkeit, Gasketten u. a.) erhlt man Aufschlsse ber das wirkliche Verhalten von Eiwei, Suren und Basen in Lsungen. Kinetische Methoden lassen sich nur unter Kontrolle der physikalischen anwenden. So gestattet die genauere Kenntnis der Indika- toren, die man neuerdings besitzt, auch deren Verwendung, also die Titration. Die Unter- schiede der Indikatoren sind bedeutend: nach Kobertson mssen zu 100 ccm einer 8 proz. Lsung von Natriumcaseinat, die auf Lackmus neutral ist, 24 ccm 1 / w n-Alkali hinzugefgt werden, um sie neutral gegen Phenol- phtalein, und 66 ccm a /io n-Sure, um sie fr Kongo sauer zu machen. Von der Differenz der Indikatoren macht man Gebrauch bei der Azidittsbestimmung im Mageninhalt, der salzsaures Eiwei und salzsaure Albumosen neben berschssiger Salzsure enthlt: bei der Titration mit Phenolpht alein ergibt die Titration die volle Aziditt der vorhandenen Salzsure, gleich als wre das basische Eiwei gar nicht vorhanden, die sogenannte Gesamt- aziditt. Bei der Titrierung mit bestimmten Indikatoren fr freie Salzsure", Phloro- gluzin vanillin, Tropolin, Kongorot, Methyl- violett u. a., die fr H-Ionen relativ unemp- findlich sind, erhlt man Werte, die der Ionen- konzentration, also der hydrolytisch abgespal- tenen Salzsure ziemlich genau entsprechen. Die hydrolytische Dissoziation der Eiwei- salze spielt eine wichtige Rolle bei der Auf- rechterhaltung der neutralen Reaktion der Krperflssigkeiten und Gewebe. Durch die Eiweikrper werden Suren und Basen im Blut und im Protoplasma neutralisiert, andererseits knnen sie aber jederzeit, wenn die Konzentration sinkt, wieder abgespalten werden. Die Eiweikrper konkurrieren hierin mit den Carbonaten und Phosphaten. Nach Robertson wird durch Zusatz von 22,5 ccm Vioo n-Salzsure zu 100 ccm einer 8 prozentigen Lsung des Serumeiwei die Konzentration der Wasserstoffionen nur von 0,37. 10- 7 auf 1,0. 10- 7 gesteigert. Eine Folge der hydrolytischen Disso- ziation ist auch das Verhalten der Eiwei- krper zu den Alkaloidreagenzien. Diese bilden mit Eiwei unlsliche Salze; bei mangelndem Sureberschu aber werden diese hydrolvsiert und bleiben daher in Lsung. So schwache Basen wie die Eiwei- krper erfordern infolgedessen einen ge- wissen Sureberschu, um durch Phosphor- wolframsure usw. ausgefllt zu werden. Neutrale phosphorwolframsaure, pikrinsaure, gerbsaure Salze, Ferro cyankalium usw. fllen kein Eiwei, sie tun es nur bei saurer Reaktion. Entsprechend verhalten sich Nuclein- und Taurocholsure. Nur die stets basischen Protamine werden bei alkalischer, die eben- falls basischen Histone und Histopeptone bei neutraler Reaktion gefllt. Auch in festem Zustande, als Boden- krper", reagieren die Eiweikrper mit Suren und Basen. Eine in Salzsure schwimmende Fibrinflocke oder ein Stck koaguliertes Eiereiwei beladen sich mit Salzsure, und knnen sie so der Lsung zum groen Teil entziehen. Die festen Salze stehen ebenfalls im Wechselwirkung mit der ber ihnen befindlichen Lsung, sie spalten also ebenfalls durch Hydrolyse Suren oder Basen ab. So zersetzen sich einmal gebildete Niederschlge von Alkaloid- reagenzien ohne gengenden Sureber- schu; ein durch Phosphorwolframsure hervorgerufener Niederschlag lst sich wieder auf, wenn er anhaltend mit Wasser gewaschen wird, vertrgt aber Waschen mit Schwefelsure. Andererseits lassen sich bei- gemengte Suren, Basen und Salze aus Eiweiniederschlgen herauswaschen. Die dem Eiwei beigemengten Krper befinden sich in chemischer, wenn auch durch Hydro- lyse zu lockernder Verbindung mit ihm. und das erklrt die Schwierigkeit ihrer Entfernung. Neben den bisher geschilderten Salzen sind nun noch andere beschrieben worden, | bei denen die Sure oder Base in viel kleinerer Menge vorhanden ist, dafr aber nicht so leicht abgespalten werden kann. Dahin i gehren die Chloride, Dichloride, Sulfate, i Nitrate, Natron- und Kalisalze des Edestins, in denen das Aequivalentgewicht des Eiwei 14 300 bis 7000 betrgt, und aus denen die Sure oder Base auch durch starke Ver- dnnung und langes Waschen schwer zu entfernen ist. Beim Casein ergibt sich ein Aequivalentgewicht von 5000 bis 9000, beim Nucleohiston von 6000 usw. Diese Zahlen sind etwa 50 mal so gro als bei den bisher besprochenen Eiweisalzen. Auf Lackmus reagieren diese Salze in der Regel neutral. Eiweikrper 117 Bei diesen Salzen kann es sich um zweierlei handeln. Entweder ist die gefundene geringe Menge von Sure oder Base nur der letzte Rest, der auch bei starker Hydrolyse noch nicht abgespalten ist, und die relative Kon- stanz der Werte erklrt sich nur aus der durch die Lslichkeit usw. gegebenen gleichmigen Behandlung. Oder die sauren und basischen Gruppen des Eiwei zeigen Differenzen: eine unter ihnen bildet stabile Salze, whrend die anderen der geschilderten weitgehenden Hydrolyse unterliegen. Bei dem Casein und Nucieohiston, die Phosphor- und Nuclein- sure enthalten, liegt die letztere Vermutung besonders nahe; aber auch beim Edestin lassen Erfahrungen ber den konstanten Suregehalt der Kristalle eine wirklich feste Bindung wahrscheinlich erscheinen. Die Fhigkeit, mit Suren und Basen als Kation und Anion Verbindungen eingehen zu knnen, kommt allen Eiweikrpern und ihren eiweihnlichen Derivaten ohne Aus- nahme zu, wie bei den Aminosuren kann aber der saure oder basische Charakter in einem Eiwei berwiegen. So sind die Phos- phoproteide und Murine ausgesprochene Suren, die durch Suren gefllt werden, sich in Alkalien sehr leicht lsen, Kohlen- sure austreiben und Lackmuspapier rten. Dasselbe gilt in schwcherem Mae von dem Globulin und wieder sein 1 deutlich von den Nucieoproteiden, die als Paarung die Nuclein- sure, eine ziemlich starke Sure, enthalten. Die Albumine scheinen neutral zu sein. Dagegen sind die Histone basische Krper, die durch Alkalien gefllt werden und sich in Suren lsen; noch strker basisch sind die in ihrem Bau abweichenden Protamine; beide bilden als Salze der Nucleinsure manche Nucleoproteide. Die Albumosen enthalten sowohl saure wie basische Sub- stanzen, ihr Gemenge reagiert in der Regel auf Lackmus schwach alkalisch. Sie Sieg- friedschen Peptone sind krftige Suren, aus ihnen geht durch Surespaltung das Kyrin, eine starke Base, hervor. 9b) Eiweikrper und Neutralsalze. Wenn man Eiweikrper in einer Lsung von elektrisch neutralen Salzen auflst, so ist die Ionenkonzentration geringer, als sie in der Salzlsung ohne Eiwei sein wrde. Das Eiwei geht also mit dem Salz oder dessen Ionen eine Verbindung ein. In ver- dnnten Lsungen von Chlornatrium und hnlichen Salzen sind die Eiweikrper in der Regel lslicher als in reinem Wasser, was sich in einer Verminderung; der inneren Reibung kundgibt. In konzentrierten Salz- lsungen nimmt die Lslichkeit wieder ab, doch handelt es sich hierbei um etwas ganz anderes (vgl. Abschnitt 11). Die Verbindung der Eiweikrper mit Salzen spielt bei drei Erscheinungen eine Rolle: 1. Bestimmte Eiweikrper, die Globu- line und die Heteroalbumose, sind berhaupt nur in Salzlsungen lslich, nicht in reinem Wasser. Sie werden nicht nur durch Ver- minderung des Salzes, auch durch bloe Verdnnung gefllt. Nheres bei den Glo- bulinen (spezieller Teil). 2. Wenn man Eiwei in Gegenwart alko- hollslicher Salze (CaCL, SrCl 2 ) aus wsse- riger Lsung mit Alkohol fllt, so werden diese alkohollslichen Salze mitgefllt, und lassen sich auch durch wiederholtes Lsen und Fllen und durch Waschen mit viel Alkohol immer nur zum Teil entfernen. Hierauf beruht zum groen Teil der Asche- gehalt der aus den Krperflssigkeiten und Geweben dargestellten Eiweikrper oder der Albumosen und Peptone der Pepsin- verdauung. Eiereiwei bindet 16% seines Gewichts an Chlorcalcium; durch wieder- holtes Umfallen lt sich diese Menge auf 8 bis 12% herabdrcken. 3. Beim Zusammenbringen von Eiwei und Schwermetallsalzen (CuS0 4 ,AgN0 3 ) in wsseriger Lsung entsteht bei bestimmten Mengenverhltnissen ein Niederschlag, der Eiwei, Metall und Sure enthlt. Bei anderen Mengenverhltnissen besteht zwar auch eine Verbindung des Eiwei mit dem Salz, aber sie bleibt gelst. Bei einem Ueberschu von Kupfersulfat, aber auch von Eiwei, bildet sich kein Niederschlag. Der Transport von Schwermetallen durch die eiweihaltigen Krperflssigkeiten erklrt sich hierdurch; andererseits ist in Gegenwart von Eiwei nicht das vielleicht giftige Metall-Ion ent- halten; Eiwei kann so auch entgiften. Die Niederschlge von Eiwei mit Kupfersulfat enthalten bis zu 30% Kupfer. Die Art dieser Verbindungen von Eiwei und Salzen ist bisher nicht aufgeklrt. Am wahrscheinlichsten ist es, da gleichzeitig die sauren und basischen Aequivalente des Eiwei mit Basen und Suren Salze bilden; andererseits ist aber auch eine molekulare Verbindung" von der Art komplexer Doppel- salze mit dem nicht ionisierten Teil des Salzes mglich. Die Base und die Sure des Salzes sind immer in ziemlich genau cjui- valentem Verhltnis gebunden, beide lassen sich in gleicher W T eise abspalten. Da in den Geweben und Flssigkeiten der Pflanzen und Tiere neben dem Eiwei immer Salze vorkommen, so mssen sich in ihnen die hier besprochenen Verbindungen bilden; die Wichtigkeit ihres stndigen Vorhandenseins fr die Reaktionsfhigkeit des Eiwei wird vielfach betont. 9c) Die einzelnen Salze. Die Chloride und Sulfate aller Eiweikrper sind in Wasser viel lslicher als die reinen Eiweikrper; im Gegensatz zu den meisten neutralen Eiweien auch in ziemlich starkem Alkohol, 118 Eiweikrper die salzsauren Peptone auch in absolutem Methylalkohol und Aethylalkohol und Eis- essig." Das kristallisierte Serumalbumin ist das Sulfat des Eiwei, das kristallisierte Eieralbumin das Acetat. Die Magenverdau- ung bildet salzsaure Albumosen und Peptone, deren Hydrolyse die komplizierten Aciditts- verhltnisse des Mageninhalts bedingt. Die sauren Eiweikrper, Mucin, Carcin, Phospho- proteide sind im Organismus als Natrium- und Calciumsalze vorhanden. 9d) Salze der Eiweikrper mit Anilinfarben. Die meisten der in der Mikro- skopie gebruchlichen Farben bilden mit den Eiweikrpern der Gewebe gefrbte Salze. Sie knnen sich in Lsung bilden, ebensogut aber an festem, suspendiertem Ei- wei oder an mikroskopischen Schnitten, wobei es ebensogut eine Neutralisation gibt, als wenn unlsliches Silberoxyd durch Salz- sure zu unlslichem Silberchlorid neutrali- siert wird. Auch hier spielt wieder die Doppel- natur der Eiweikrper eine Rolle, indem sie als Suren mit Farbbasen, als Basen mit Farbsuren reagieren. Den besten Beweis bilden die Flle, in denen die Salze anders gefrbt sind als die freien Basen oder Suren. So sind die Salze der Nilblaubase blau, die freie Base dagegen rot; bringt man nun die rote Base mit einer Eiweilsung zusammen, so bildet sich eiweisaures Nil- blau, die Flssigkeit wird blau, gerade so gut, als ob man die Lsung der Nilblaubase angesuert htte. Ein Beispiel fr die um- gekehrte Reaktion ist das Kongorot. Hier ist die freie Kongosure blau, wird aber sofort rot, wenn Eiwei hinzugefgt wird. Festes Eiwei, z. B. mikroskopische Schnitte, frbt sich durch Kongosure rot, whrend die Lsung die berschssige blaugefrbte Sure enthlt. Selbstverstndlich sind auch hier die Gesetze der hydrolytischen Dissoziation ma- gebend. Die sauren Farbstoffe wirken gut nur in saurer Lsung. Denn in neutraler Lsung hydrolysiert das gebildete farbsaure. Eiwei, und je nach der Strke der Farb- sure kommt gar keine oder nur eine unbe- deutende Frbung zustande. Sureber- schu drngt die Hydrolyse zurck, stellt so das Salz wieder her und lt die Salz- farbe erscheinen. Auch hier ist das Ver- halten einer Eiweilsung zu Kongorot ein deutliches Beispiel: eine Lsung von kongosaurem Eiwei zeigt die hellrote Salz- farbe sogar, wenn die Lsung durch Essig- sure oder Salzsure deutlich sauer ist. In einer roten alkalischen Nilblaulsung sind 5iweiflocken umgekehrt blau gefrbt. Ein Teil der Anilinfarben, hauptschlich der sauren, bildet auerdem mit Eiwei unls- liche Salze und fllt daher Eiweikrper wie die Alkaloidreagentien. Die starke Frbung dieser Niederschlge macht sie leicht kenntlich und die Proben daher sehr empfindlich. Ein betrchtlicher Teil der Farbstoffe, die zu mikroskopischen Frbungen ver- wendet werden, sind Kolloide und so gelten auch fr ihre Reaktionen mit den Eiwei- krpern die komplizierteren Beziehungen, die oben etwa fr Eiwei und Gerbsure be- schrieben worden sind. Nun ist oben schon von den chemischen Differenzen der Eiweikrper dieRedegewesen. Da sie alle Basen und Suren sind, mssen sie alle mit jedem dieser Farbstoffe ein ge- frbtes Salz bilden, und man sieht ja auch in der Tat bei den meisten Frbungen die Gewebe sich zunchst diffus frben. Aber diese Frbung ist nicht gleichmig be- stndig. Angenommen die Frbung durch einen basischen Farbstoff, so werden beim i Auswaschen die Salze der schwach sauren, mehr basischen Eiweikrper strker hydro- lysiert als die der ausgesprochenen Suren, I sie geben ihren Farbstoff leicht ab, wh- rend ihn bei der gleichen Verdnnung die sauren Eiweie festhalten. Versetzt man in Alkohol suspendierte Flocken von neutralem Eieralbumin und saurem Casein gleichzeitig ; mit Kongo und mit Nilblau, macht ab- wechselnd sauer und alkalisch und splt dann | gut aus, so ist das Casein durch Nilblau blau, das Albumin durch Kongo rot gefrbt. Durch die Fixierung werden die Eiweikrper der Gewebe koaguliert, aber ihr chemischer Charakter wird dadurch nicht gendert. Die durch basische Anilinfarben leicht frbbaren Gewebe sind nach Heidenhain die Kerne, die Schleimsubstanzen, Knorpel, Amyloid und die Dotterbestandteile: sie enthalten in den Nucleoproteiden, Nuklein- suren, Mucinen, Mucoiden und Vitellinen ausgesprochene Suren. Untersttzt wird die elektive Frb- barkeit der Gewebe durch den Kolloid- charakter der Eiweikrper und der Farben. Zur Bildung einer festen Verbindung kommt 1 es infolgedessen nur bei bestimmten Mengen- verhltnissen; die mikroskopische Technik pflegt ja sehr ins einzelne gehende Vorschrif- ten zu machen. Untersttzt wird die elek- tive Frbbarkeit ferner durch die Fixie- rung der Gewebe durch Suren oder durch Formaldehyd,, das die amphoteren Elek- trolyte in Suren verwandelt. 10. Halogeneiweie und Verwandtes. Infolge Eintritts von Fluor, Chlor, Brom oder Jod in einige ringfrmige Bausteine lassen sich die Eiweikrper halogenieren, und solche Halogeneiweie kommen auch in der Natur vor. Die Halogeneiweie ver- halten sich wie die halogensubstituierten Benzole, sie enthalten kein Halogen-Ion, sondern gestatten den Nachweis des Halogens erst nach erfolgter Veraschung. Eiweikrper 119 ioa) Jodeiweie. Lt man ein Ge- menge von jodsanrem Kalium und Jodkalium unter Vermeidung saurer Reaktion auf Eiwei wirken, so werden in dem Tyrosin, Tryptophan und Histidin mehrere Wasser- stoffatome durch Jod substituiert. Ganz entsprechend lassen sich die isolierten Amino- suren substituieren, und es sind aus ihnen jodierte Peptide aufgebaut worden. Die gebildeten Jodeiweie sind braune, lockere Pulver, die in Wasser, Alkohol und Suren nicht lslich sind, sehr leicht dagegen sich in Alkalien, Ammoniak oder kohlen- sauren Alkalien lsen und aus diesen ihren Lsungen durch Suren gefllt werden, um sich im Ueberschusse wieder zu lsen. Sie geben die Fllungsreaktionen der brigen Eiweikrper, von den Farbenreaktionen die Biuretreaktion, die Molischsche Reak- tion und die Xanthoproteinreaktion, nicht aber die Reaktionen von Millon und Adam- kiewicz, auch nicht die Schwefelbleireak- tion. In ihrer prozentischen Zusammen- setzung zeigen sie, wenn man das Jod abzieht, keine bedeutenden Differenzen gegen den betreffenden unvernderten Eiweikrper; der Schwefelgehalt bleibt unverndert. Das Jodcasein enthlt noch Phosphor, das Jod- hmoglobin noch Eisen; in ihm scheint auch das Hmatin jodiert zu sein. Der Jodgehalt der Jodeiweie wechselt. An einigermaen reinen Eiweikrpern liegen folgende Zahlen vor: /o Serumalbumin 12 Serumglobulin 13 bis 14 Hmoglobin 11 bis 12 Eieralbumin 8,93 Eiereiwei 7,1 Muskeleiwei 10 bis 11 Muskeleiwei 11 Casein 7 bis 7,5 Casein 5,7 bis 8,7 Casein 11 bis 13 Leim 1,3 bis 2,0 Thvreoglobulin 6 bis 6,6 Nucleohiston 11,22 Analysen des Jodeieralbumins fhren auf die Formel C227H370 J 4 N4 8 S 2 75 . Daneben existieren Krper mit viel hherem Jodgehalt, die das Halogen nur zum Teil in der gleichen festen Bindung enthalten, es vielmehr zum Teil sein - leicht abgeben. Dahin gehrt das Perjodcasein mit einem Gehalt von 17,8% Jod. Auch die zu pharmazeutischen Zwecken fabrik- mig hergestellten Jodeiweie gehren ber- wiegend hierher. Bei der Jodierung kommt es in der Regel auch noch zu einer teilweisen Spaltung des Eiwei und anderen sekundren Vernde- rungen. Mit der biologischen Reaktion untersucht, zeigen jodierte Eiweie keine Artverschiedenheit mehr. Durch Trypsin und durch Erhitzen mit Suren wird aus Dijodtyrosm das Jod ganz oder teilweise abgespalten, ebenso aus den Jodeiweien. Daneben entstehen jodierte Peptone, aus Jodcasein z. B. das Caseojodin. In der Natur kommen Jodeiweie vor in der Schilddrse und in den Skeletten von Anthozoen, Schwmmen und Korallen. Das Thvreoglobulin der Schilddrse enthlt 1,75% Jod, d. h. weniger als die knstlichen Jodeiweie. An diesem Jod- eiwei haftet die der Schilddrse eigentm- liche physiologische Wirkung. Doch scheint sie von dem Jodgehalt unabhngig zu sein. Bei der Trypsinverdauung des Thyreoglobu- lins wird Jod abgespalten. Ein dem Caseo- jodin vergleichbares Spaltungsprodukt des Thyreoglobulins ist das Jodothyrin, das direkt aus der Schilddrse und durch Sure- spaltung aus dem Thvreoglobulin dargestellt worden ist; es enthlt 14,2% Jod, in Wasser und Suren ist es unlslich, in Alkalien da- gegen lslich. Es besitzt noch die physio- logische Wirksamkeit des Thyreoglobulins. Ferner enthalten alle Anthozoenskelette Halogeneiweie, und zwar meist Jod-, Brom- und Chloreiweie nebeneinander. Die Chlor- eiweie sind immer nur in kleiner, Brom- und Jodeiweie dagegen bei den verschiedenen Arten in uerst verschiedener Menge vor- handen; auch berwiegt bald das Jod-, bald das Bro mei wei. In verschiedenen Exemplaren einer Art konnte kein Unterschied gefunden werden, so da der Halogengehalt der Gerste ein konstantes Artmerkmal ist. Es betrgt der Gehalt der organischen Gerstsubstanz an Clor weniger als 1 % Brom Spuren bis zu 4,2% Jod Spuren bis zu 8% Am genauesten untersucht ist das Gor- gonin, das Jodeiwei der Koralle Gor- gonia Cavolinii. Durch Trypsin wird es unter Jodabspaltung verdaut, durch Alkali entsteht Dijodtyrosin. - Ebenso enthalten die Schwmme ein Jodeiwei, aus dein sich durch Spaltung das Jodospongin darstellen lt, das 9,01% Jod und 4,54% S enthlt. Der ganze Badeschwamm enthlt 1,5 bis 1,6% Jod," tropische Hornschwmme 8 bis 14%. 10b) Andere Halogeneiweie. Ganz analog dem Jod lassen sich auch die anderen Halogene Brom, Chlor, und Fluor in das Ei- weimolekl einfhren. Der Halogengehalt entspricht, dem des Jodeiwei. Fr das Eiereiwei wurde gefunden 6 bis 7% Jod 4 bis 5% Brom 2% Chlor 1,2% Fluor. 120 Eiweikrper Eigenschaften und Lslichkeit sind die der Jodeiweie. Neben diesen eigentlichen Bromeiweien gibt es auch hier hher halo- genierte Krper mit locker gebundenem Brom, die dem Perjodcasein entsprechen und 11 bis 17,6% Brom enthalten. Viele der technisch dargestellten Halogeneiweie gehren in diese Gruppe. io c) Nitro Substitutionsprodukte. In analoger Weise wie durch Halogene werden Eiweikrper durch Nitrogruppen substi- tuiert. Aus dem Casein entsteht, wenn man der Salpetersure Harnstoff hinzufgt und so das Auftreten von salpetriger Sure hintanhlt, ein Nitrocasein. Ohne Harn- stoffzusatz findet eine weitergehende Spal- tung statt; es entsteht Xanthoprotein, daneben aber in reichlicher Menge Albumosen und Peptone, die meist auch nitriert sind. Vielleicht werden auch Aminosuren gebildet. Das Xanthoprotein und die anderen Nitro substitutionsprodukte haben sauren Charakter und zeichnen sich vor allem durch ihre gelbe Farbe aus, die in Kotbraun bergeht, wenn man die Lsung alkalisch macht. Sie zeigen also die Farbe der Xanthoproteinreaktion, die auf der Bildung derartiger Krper beruht. Auch das Clupein ist nitrierbar, indem das Arginin, aus dem es zum grten Teil besteht, nitriert wird. iod) Oxydationsprodukte. Oxydiert man Eiwei mit Permanganat in alkalischer Lsung, so wird ein je nach den Versuchs- bedingungen grerer oder kleinerer Teil ge- spalten (vgl. Abschnitt 6) und es hinterbleibt ein ungespaltener, stark oxydierter Rest, die Oxyprotsulfonsure; sie ist ein lockeres weies Pulver von stark sauren Eigen- schaften, in Wasser und Suren unlslich, in Alkalien leicht lslich. Durch fortgesetzte Oxydation lassen sich weitere Aminosuren abspalten und eine strker oxydierte Peroxy- protsure erhalten. Auch durch Wasserstoffsuperoxyd lt sich Eiwei oxydieren. Es entsteht das ebenfalls saure Oxyprotein. Durch Ozon wird das Eiwei ebenfalls teilweise gespalten, teilweise oxydiert. io e) Formaldehyd -Verbindungen. Methyleneiweie. Wie den Aminosuren, lt sich auch den Eiweikrpern durch Formaldehyd der basische Charakter nehmen ; es resultieren Suren, denen einige der charakteristischen Eigenschaften der Eiwei- krperfehlen, vor allem ihre Koagulierbarkeit. Andere Aldehyde haben eine hnliche, Wenn auch viel schwchere Wirkung. als Maximum wurden 43 Mol Aldehyd auf 100 Mol N des Eiwei aufgenommen. Das gebildete Methyleneiwei ist in Wasser und Salzlsungen lslich; es koaguliert beim Erhitzen nicht, wird durch Alkohol in salz- freiem Zustande gar nicht, in salzhaltigem schwer gefllt und gibt die meisten Eiwei- reaktionen. Das durch Acetaldehyd ent- standene Aethyleneiwei ist in Suren und Alkalien sehr leicht lslich, bei neutraler Reaktion unlslich. Konzentrierte Eiwei- lsungen werden von Formaldehyd in eine Gallerte verwandelt. Bemerkenswert ist, da die Halogeneiweie keinen Formaldehyd an- lagern. Durch Pepsin sind die Methylen- usw. Eiweie verdaulich. iof) Andere Eiweiverbindungen. Silber-Eiwei. Ferner verbindet sich Ei- wei auch mit Estern, Ketonen, mehrwertigen Alkoholen, wie dem Zucker, und aromatischen Alkoholen, wie dem Resorcin. Auch Phosphorsureester des Eieralbu- mins sind beschrieben, ebenso Diazo Ver- bindungen des Eiwei, die durch Einwirkung salpetriger Sure entstehen, ferner Ver- bindungen des Eiwei mit Schwefelkohlen- stoff, sowie Kombinationen dieser Einwir- kungen mit der von Formaldehyd. Eiweilsungen Werden durch Zusatz von metallischem Silber ungerinnbar, also denaturiert. Ebenso verhlt sich Osmium- sure. Die Eiweie gehen mit Silber irgend- welche chemisch noch unbekannte Verbin- dungen ein. Bei der Osmiumsure handelt es sich um etwas Aehnliches oder um die Bildung eines lslichen Salzes. Derartige Lsungen knnen erhitzt werden, ohne sich zu ver- ndern; diese Eigenschaft der Gewebseiweie kann vorteilhaft histologisch verwendet wer- Wenige Tropfen Formalin - 40% For- maldehyd machen mehrereKubikzentimeter einer kristallinischen Serumalbuminlsung ungerinnbar. Dabei verschwindet das Alde- den. II. Die physikalischen Eigenschaften der Eiweikrper. Die Angaben dieses Kapitels beziehen sich ausschlielich auf die in der Natur vorkommenden Eiwei- krper, in der Hauptsache auf die kolloi- dalen Eiweikrper im engeren Sinne. na) Aussehen. Zusammensetzung. Molekulargewicht. In trockenem Zustande sind die Eiweikrper weie oder doch kaum 1 gefrbte, lockere, voluminse, nichthygros- kopische Pulver. Einige Eiweikrper sind in Kristallen bekannt, die Mehrzahl ist amorph. Sie sind teils in Wasser, teils nur in Salz- lsungen, in verdnnten Suren und Alkalien lslich, unlslich dagegen in Alkohol, Aether, Chloroform, Benzol und allen brigen sonst angewandten Lsungsmitteln. In strkeren Alkalien und Suren, sowie in Eisessig lsen sie sich unter Zersetzung auf. Beim Ver- brennen hinterlassen sie einen charakteristi- schen Geruch nach verbrannten Haaren", bilden eine voluminse, schwer verbrennliche hyd zum Teil sofort, zum Teil erst allmhlich ; Kohle und hinterlassen einen Aschenrck- Eiweikrper 121 stand, der neben der Schwefelsure, die aus dem Schwefel des Eiwei hervorgeht, meist auch andere unorganische Elemente, Kalk, oft auch Phosphorsure, enthlt. Die Analysen der Eiweikrper sind wegen der Schwerverbrennlichkeit, dem Schwefel- und Aschegehalt nicht ganz einfach, und es ist schon bei der quantitativen Be- stimmung der Spaltungsprodukte auf die groe Schwierigkeit hingewiesen worden, einheitliche und reine Krper als Ausgangs- material zu gewinnen. Das Serumalbumin, das in vieler Hinsicht als Typus eines ein- fachen Eiweikrpers angesehen werden kann, hat folgende prozentische Zusammensetzung: C 53,08% H 7,10% N 15,93% S 1,90% 21,99% Es ist sehr bemerkenswert, wie wenig die anderen Eiweikrper, trotzdem sie sich aus qualitativ und quantitativ so verschie- denen Aminosuren zusammensetzen, in ihrer prozentischen Zusammensetzung hier- von abweichen. Der Kohlenstoffgehalt steigt beim Casein und Histon auf 54 und54,97, und fllt bei anderen Eiweien bis unter 52%; der Stickstoffgehalt steigt bei den Histonen auf ber 18, bei den Pflanzenglobulinen und manchen Gersteiweien auf ber 19, und sinkt beim Eieralbumin, das indessen kein einfaches Eiwei ist, auf 15%. Die Proteide, die anders zusammengesetzte Gruppen neben dem Eiwei enthalten, zeigen natrlich etwas strkere Abweichungen, ebenso die Protamine. Erheblicher differiert der Schwe- felgehalt, der bei einigen schwefelreichen Albuminen auf ber 2%, bei dem Keratin auf 4 bis 5% steigt, beim Hmoglobin auf 0,4% sinkt. Die aus der prozentischen Zusammen- setzung zu erwartende Molekularformel mu beim Serumalbumin mindestens verdoppelt werden, da das schwefelhaltige Spaltungs- produkt Cystin ist, das 2 Atome Schwefel enthlt. Auf Grund der Erfahrungen bei der Jodierung berechnet Hofmeister sogar eine Formel mit 6 Atomen Schwefel: ^45011720-^1^6^! 40, was einem Molekulargewicht von 10166 entsprechen wrde. Auf zwei ganz verschie- denen Wegen kann man eine Berechnung der Molekulargre beim Hmoglobin vornehmen, was um so mehr ins Gewicht fllt, als man bei seiner leichten Kristallisierbarkeit von zweifellos reinem, einheitlichem Material aus- gehen kann. Erstens kann man aus dem prozentischen Verhltnis des Eisens und Schwefels die mindeste Molekulargre be- rechnen. Auf diese Weise berechnet sich fr Hundehmoglobin die Formel: ^758^1203^ 195*-' 2 18-^ 6^3 mit dem Molekulargewicht 16 669. Eine zweite Bestimmungsmethode liefert das Bindungs vermgen des Hmoglobins fr Sauerstoff und Kohlenoxyd, das sehr exakt bestimmt werden kann und aus dem sich da 1 Molekl Hmoglobin 1 Molekl Kohlen- oxyd bindet, dasselbe Molekulargewicht wie aus den Prozentzahlen des Eisens berechnet. Das Molekulargewicht des Globins, des Eiweianteils des Hmoglobins, kann freilich niedriger sein, da nicht be- kannt ist, ob die Farbstoffkomponente, das Hmatin, mit einem oder mehreren Mole- klen Globin verkoppelt ist. Doch ergeben auch die Verhltnisse der Spaltungsprodukte zueinander und die Aequivalentgewichte Zahlen dieser Grenanordnung. Von den direkten Bestimmungsmethoden ist die Siedepunktserhhung unanwendbar. Die Gefrierpunktserniedrigung und der osmo- tische Druck sind bestimmt w r orden. Doch beruhen die Werte wohl ausschlielich auf Salzbeimengungen und die Eiw r eikrper haben als Kolloide gar keinen osmotischen Druck. Fr die Peptone ergeben sich aus den Spaltungsprodukten Werte zwischen 200 und 1000, das komplizierteste synthetische Peptid hat ein Molekulargewicht von 1213. nb) Verbrennungs wrme. Die Ver- brennungsw 7 rme betrgt fr Serumalbumin 5917,8 cal., fr Amandin 5543, fr Glutin 5200 cal. Sie ist im allgemeinen proportional dem Kohlenstoff- und umgekehrt proportional dem Sauerstoff gehalt. Im Tierkrper liefern die Eiweie eine geringere Verbrennungs- w r rme, da der Stickstoff im Unterschied zu der Verbrennung in der Bombe nicht oxy- diert wird. ii c) Optische Eigenschaften. Drehungsvermgen. Brechungs- koefficient. In wsseriger Lsung drehen die Eiweikrper und Peptone die Ebene des polarisierten Lichtes nach links, und zwar ver- schieden stark, so da man das Drehungs- vermgen zur Charakterisierung der ein- zelnen Eiweie zu verwerten gesucht hat. Die Eiweikrper haben indessen wie die Aminosuren die Eigenschaft, da die Salze ein anderes Drehungsvermgen zeigen als die freien Krper, und da wegen der hydro- lytischen Dissoziation das Drehungsver- mgen der Salze je nach der Konzentration des Eiwei wie der Sure und Base wechselt. Da man sie wegen der eintretenden Zer- setzung in starker Sure oder Lauge nicht untersuchen kann, sind nur die ganz wenigen Zahlen anwendbar, die in genau neutraler Lsung an wirklich reinen Eiweien erhalten wurden. Dagegen sind einige Proteide, 122 Eiweikrper das Hmoglobin und die Nucleoproteide, rechtsdrehend. Der Brechungskoeffizient von Eiwei- lsungen ist sehr hoch. Er ist mit dem P ulf r i c h sehen Refraktometer fr die Eiwei- krper des Blutserums, Casein, Ovomucoid und Ovovitellin bestimmt worden. Er ist so hoch, da er zur Bestimmung der Eiwei- menge verwendet werden kann. ii d)Diekolloidalen Eigenschaften der Eiweikrper. Przipitine. Gelst diffundieren die Eiweikrper gar nicht durch tierische Blase und vegetabilisches Pergament, gehren also nach der Bezeichnung von Graham zu den kolloidalen Krpern, i Von den echten Kolloiden, als deren Typus man die kolloidal gelsten Metalle und das oft untersuchte kolloidale Eisenoxydhydrat ansehen kann, unterscheiden sie sich indessen in einigen Punkten und bilden so einen J Uebergang zu den Kristalloiden. Die Eiweikrper sind ultramikroskopisch sichtbar, und auch ihre Reaktionen mit den gleichfalls kolloidale Farbstoffen knnen so be- obachtet werden. Bei der Spaltung des Eiwei durch Fermente verschwindet die Sichtbarkeit. Ferner werden alle Eiweikrper bereits durch Schtteln ihrer Lsungen koaguliert und ausgefllt; anfangs, scheint es, noch in lslichem Zustande, nach kurzer Zeit aber tritt Denaturierimg und dauerndes Unls- lichwerden ein. Fibrinogen und die Globuline werden dabei leichter koaguliert als die lslicheren Albumine. Fibrinogen und Globu- lin haben die Neigung, auf geringe, sonst chemisch indifferente Einflsse, wie Wasser- verdunstung, Berhrung mit porsen Sub- stanzen usw., unlslich zu werden und sich in Form feinster, quellbarer Membranen und Partikelchen unlslich auszuscheiden. Ein Teil der Eiweikrper, das Casein und andere Proteide, Fibrinogen, viele Gewebseiweie usw. werden auch durch i Oberflchenwirkung, durch Eintragen von gebranntem Ton oder Tierkohle in ihre Lsungen gefllt; derselbe Proze liegt vor, I wenn man Milch durch Tonzellen saugt oder fein zerkleinerte Gewebe mit Kiesel- gur mischt und auspret; dann geht das Albumin zwar durch, Casein, Myosin usw. aber werden von dem porsen Ton gefllt und zurckgehalten. Auch das Hmoglobin filtriert nicht durch Tonzellen. Mit dem kolloidalen Charakter der Eiwei- j krper steht ihre Fhigkeit in Zusammen- hang, an sich unlsliche Krper in Lsung zu halten. Auf diese Weise sind Lecithin und Kalkseifen im Serum, phosphorsaurer Kalk in der Milch gelst. Vor allem aber bleiben so Eiweikrper und Albumosen in j eiweihall 'gen Flssigkeiten gelst, in denen sie an sich unlslich sind, was ihre Trennung so auerordentlich erschwert. Doch knnen hierbei auch Salze oder andere Verbindungen der so sehr reaktionsfhigen Eiweikrper eine Rolle spielen. Verwandt damit ist die Fhigkeit des Caseins und anderer Eiweie, mit fein verteilten Fetttrpfchen haltbare Emulsionen zu bilden; bei der Ausfllung des Caseins fllt das gesamte emulgierte Fett mit aus. Eine genauere Kenntnis der physikalischen Verhltnisse, der Haptogen- membranen usw. in der Milch steht noch aus. Diese kolloidalen Eigenschaften sind es, die den Eiweikrpern wie keinem anderen Stoffe die Fhigkeit verleihen, Gewebe zu bilden und an dem Aufbau des Protoplasmas mit seiner eigentmlichen, halbflssigen Struk- tur den wesentlichsten Anteil zu nehmen. Das Gegenstck ist die Eigenschaft der Eiweikrper, beim Ausfallen aus Lsungen oder bei sonstiger Berhrung andere in der Lsung befindliche Stoffe durch eine Art Oberflchenattraktion mit sich niederzu- reien oder auf sich niederzuschlagen. Auch hier spielen chemische, durch Hydrolyse zu lockernde Bindungen eine Rolle. Eine Reaktion zwischen zwei Kolloiden sind die Ausflockungserscheinungen, die hier nicht nher behandelt werden sollen. Zum Ausfllen der Eiweie bedient man sich dieser Ausflockungen durch Martite, Kaolin u. a. Da auch bei den Reaktionen des Eiwei mit vielen Suren, Basen und Salzen, wie den komplexen Alkaloidreagenzien, vielen Anilinfarben und den Schwermetallsalzen der kolloidale Charakter des Eiwei in Rechnung gezogen werden mu, ist in Abschnitt 9 erwhnt. Als nicht eigentlich gelste Stoffe ver- leihen die Eiweikrper ihren Lsungen einen hohen Grad von Viskositt oder innerer Reibung. Bei der Spaltung des Eiwei nimmt sie ab, ebenso wenn die Ls- lichkeit des Eiwei durch den Zusatz von Salzen erhht wird. Beginnende Ausschei- dung von Eiwei lt sie dagegen zunehmen. Doch soll auf die Anwendungen in der Biochemie nur verwiesen sein. In Zusammenhang mit dem kolloidalen Charakter der Eiweikrper steht ihre Fhig- keit, spezifische Przipitine und andere Antikrper zu erzeugen wenn sie in die Blut- bahn von Tieren eingefhrt werden. Diese Przipitine erzeugen in einer Lsung des Ei- wei, das als Antigen" zur Einspritzung ge- dient hat, einen Niederschlag, der zum groen Teile aus Eiwei besteht. Bei der Pepsin- und Trypsinspaltung des Eiwei hrt die Przipi- tinbildung gleichzeitig mit dem Verschwinden des letzten kolloidalen Eiwei auf. Ebenso verlieren Eiweilsungen durch Auf- kochen die Fhigkeit, Przipitine hervorzu- rufen, und mit Przipitinen zu reagieren. Erwrmen der Eiweikrper auf den Koa- gulationspunkt (s. unten) hebt dagegen, wenn Eiweikrper 123 es nicht zu einer Ausscheidung des Eiwei kommt, beide Fhigkeiten nicht auf, setzt sie hchstens herab. Alles Nhere ber die biologischen Reaktionen" siehe in den Artikeln Blut" (S. 64) und Immunitt". ne) Das Aussalzen der Eiweikr- per. Eiweikristalle. Die Eiweikrper werden durch viele unorganische Salze aus ihren Lsungen ausgeschieden. Dies Aus- salzen wird als ein Verteilungsvorgang ange- sehen, bei dem sich das Eiwei als feste Phase von der Salzlsung als flssiger Phase son- dert. Das Eiwei scheidet sich als solches ab, und nicht als Verbindung mit dem Salz oder demWasser, die ihm nur mechanisch anhaften. Fr die Eiweichemie hat das Aussalzen da- durch eine ganz besondereWichtigkeit erlangt, da die Eiweikrper beim Aussalzen nicht oder doch sehr viel langsamer denaturiert werden, als durch die anderen Fllungsmetho- den, und da die Unterschiede der einzelnen Eiweikrper in der Aussalzbarkeit viel grer sind als in der sonstigen Fllbarkeit. Das Aussalzen hat daher die grten Dienste zur Reindarstellung der Eiweie geleistet. In bezug auf die aussalzende Fhigkeit der Salze bestehen gewisse Gesetzmigkeiten und Beziehungen zu anderen physikalisch- chemischen Eigenschaften der Salze, aber auch erhebliche Abweichungen. Die eiwei- fllende Kraft mute jedenfalls empirisch ermittelt werden. Eine erste Gruppe bilden das Natriumchlorid, -sulfat, -acetat un*d -nitrat, durch welche die leichtest aussalz- baren Eiweie zum Teil schon vor der Sttigung ausgefllt werden. Wirksamer ist das Magnesiumsulfat, das eine scharfe Grenze zwischen den schwer und den leicht aussalzbaren Eiweikrpern zu ziehen ge- stattet. Alsdann folgen ' Kaliumacetat, Calciumchlorid und Calciumnitrat, von denen die beiden letzteren indessen die Eiweie rasch unlslich machen; bei den Calcium- salzen und bei einem etwaigen Kalkgehalt anderer Salze liegen berhaupt Besonder- heiten vor. Kaliumacetat und die beiden Kalksalze fllen alle nativen Eiweikrper aus ihren Lsungen, dasselbe tun die Kombi- nationen von Natriumsulfat und Magnesium- sulfat, durch die auch die schwer fllbaren Albumine ausgesalzen werden, und Natrium- sulfat bei 37. Am wirksamsten endlich sind Ammoniumsulfat und Zinksulfat, die auch alle Spaltungsprodukte der Eiweie, mit Ausnahme der echten Peptone, fllen und die in dieser Beziehung als universal zu be- trachten sind. Eine Reihe der gut ausfllenden Salze, wie Natriumchlorid und Magnesiumsulfat, haben die Eigenschaft, nicht nur, wenn ihre Lsungen ganz gesttigt sind, auszusalzen, sondern einen Teil der Eiweikrper schon bei niederen Konzentrationen zum Ausfallen zu bringen. Ganz besonders gilt dies von zwei Salzen, dem Ammoniumsulfat und Zink- sulfat, und die systematische Anwendung der fraktionierten Fllung mit diesen Salzen hat die Kristallisation der Albumine, die Rein- darstellung vieler Eiweie und die Auf- klrung der Albumosenchemie ermglicht. Es hat sich dabei ergeben, da es fr jeden Eiweikrper eine Konzentration des fllen- den Salzes gibt, bei der er sich auszuscheiden beginnt, und eine etwas hher gelegene, bei der die Ausfllung vollendet und nichts mehr in Lsung ist. Die Fllungsgrenzen fr Ammonsulfat sind nach Hofmeister ebenso charakteristisch fr den Eiweistoff wie etwa der Lslichkeitsgrad fr einen kristallisierten Krper". Die Versuche werden meist so angestellt, da in dem gleichen Volum die Menge zugesetzter konzentrierter Ammonsulfatlsung variiert wird. Die Fl- lungsgrenzen fr ein Eiwei sind 2,9 und 4,6, besagt demnach: wenn von 10 ccm 2,9 ccm kalt gesttigte Ammonsulfatlsung sind, be- ginnt das Eiwei auszufallen; sind 4,6 ccm Ammonsulfatlsung, so ist die Fllung vollen- det, ein weiterer Zusatz ndert nichts mehr. Die Grenzen, die die Fraktionierung mit Ammonsulfat zwischen den einzelnen Eiwei- krpern zieht, fallen meist mit denen zu- sammen, die sich durch die anderen Salze ergeben, und die Gruppen mit dem gleichen Verhalten zu Salzen zeigen auch sonst gewhnlich eine gewisse Uebereinstimmung. Es ergibt sich so eine erste Gruppe von kompliziert gebauten Eiweien, Fibrinogen und manche Eiweikrper des Zellproto- plasmas, die von Magnesiumsulfat und Na- triumchlorid zum Teil schon vor der vollen Sttigung gefllt werden, und deren obere Fllungsgrenzen fr Ammonsulfat nahe bei 3,0 liegen; die Eiweie der zweiten Gruppe werden durch die anderen Salze erst bei vlliger Sttigung ausgesalzen, besonders vollstndig durch Magnesiumsulfat; die Fl- lungsgrenzen fr Ammonsulfat liegen recht bereinstimmend etwa zwischen 2,7 und 4,6; es sind die tierischen Globuline verschiedenster Herkunft, die Murine, auer- dem gehren die primren Albumosen hierher. Die dritte Gruppe endlich, die Albumine, das Hmoglobin, werden durch die anderen Salze mit Ausnahme etwa der Kom- bination Magnesium- + Natriumsulfat nicht, durch Ammonsulfat und Zinksulfat erst bei nahezu voller Sttigung gefllt; ebenso verhalten sich die Deuteroalbumosen. Die Pflanzeneiweie lassen sich weniger gut einordnen. Die erneute Fraktionierung dieser Frak- tionen ist versucht worden, hat aber wenig sichere Ergebnisse gezeitigt. Nur zur Isolie- rung eines etwa mit dem Eiwei ausfallenden 124 Eiweikrper Stoffes kann sie einmal praktisch brauchbar sein. Diese Angaben beziehen sich nur auf das Aussalzen bei neutraler Reaktion. Bei saurer Reaktion sind die Fllungsgrenzen fr Am- monsulfat und Zinksulfat ganz allgemein nach unten verschoben, d. h. die Fllung beginnt und endet immer schon bei geringe- rem Salzgehalt. Kochsalz scheidet bei saurer Reaktion alle nativen Eiweikrper aus. Das bei saurer Reaktion ausgeschiedene Eiwei ist nicht das freie Eiwei, sondern sein Sulfat, so da man auch sagen kann, die Salze des Eiwei sind leichter auszu- scheiden als das freie Eiwei. Bei alkalischer Reaktion ist Eiwei im Gegenteil schwerer auszusalzen. Die Aussalzung durch Ammonsulfat schei- det manche Eiweikrper kristallinisch ab, vor allem die Albumine. Der Nieder- schlag scheidet sich zunchst amorph ab, wird aber beim Stehen kristallinisch. Man kann ihn in wenig kaltem Wasser lsen und in der gleichen Weise wieder hervor- rufen, auf diese Art das Albumin also Um- kristallisieren. Das Verfahren ist in den letzten Jahren fr die Albumine, dann auch fr das Hmocyanin, Hmoglobin und Phy- koerythin hufig angewendet worden. Diese Kristallisation weicht von anderen Kristallisationen ab; sie ist ein Aussalzungs- vorgang. Es liegt im Wesen der Methode, da die entstehenden Eiweikristalle nicht rein sind, sondern Mutterlauge in erheblicher Menge enthalten. Zur Reindarstellung des Eiwei lst man die Kristalle und dialysiert, wobei man das Ammonsulfat und andere Salze natrlich los wird, nicht aber die kolloidalen Verunreinigungen. Es bedarf eines drei- bis sechsmaligen Umkristallisierens, um diese zu entfernen. Dazu kommt eine zweite Eigenschaft dieser Eiweikristalle, sich mit Farbstoffen, Salzen usw. zu be- laden; die Kristalle saugen sich mit allen mglichen in Lsung befindlichen Stoffen voll wie ein Schwamm". Es ist schon oben erwhnt, da es sich dabei ver- mutlich nicht um mechanisches Mitreien handelt, sondern um Salzbildungen der reaktionsfhigen Eiweie mit diesen Krpern. So wichtig daher die Kristallisation der Albumine fr die Auffassung der Eiweie als einheitlicher chemischer Individuen und damit fr die Eiweichemie berhaupt ge- worden ist, so darf man doch nie vergessen, da die Eiweikrper einer sehr grndlichen Reinigung durch oftmaliges Umkristalli- sieren bedrfen. )ie Albuminkristalle gehren wahr- scheinlich dem hexagonalen System an und sind mehr oder weniger stark, und zwar positiv doppelbrechend. Eieralbumin liefert berwiegend sechsseitige Sulen von 0,1 bis Vorgang ist irreversibel als Denaturierung 0,15 mm Lnge und 0,003 bis 0,021 mm Dicke, Serumalbumin und Milchalbumin verschiedene Kombinationen von Proto- prisma und Protopyramide. Die Kristallisation des Hmoglobins und mancher Pflanzeneiweie, die beim Ab- khlen ausfallen, unterscheidet sich im Gegensatz hierzu nicht von anderen Kristalli- sationen. Die Beimengung von anderen Kolloiden spielt aber auch hierbei eine Rolle. nf) Die Denaturierung der Eiwei- krper. Koagulation. Spaltung durch Suren und Alkalien. Wie anderen Kolloiden kann dieser ihr Charakter den Ei- weikrpern leicht genommen werden. Dieser man bezeichnet ihn oder Koagulation. Es ist das Kennzeichen der nativen oder echten oder Eiweikrper im engeren Sinne, da sie durch Erhitzen ihrer Lsungen oder andere Prozesse koaguliert werden, und dann ohne weitergehende Spaltung und ohne Aenderung ihrer ursprnglichen Eigenschaf- ten nicht mehr gelst werden knnen, sondern dauernd denaturiert sind. Die Salze des denaturierten Eiwei mit Suren werden Acidalbumin, die mit Basen Alkalialb uminat genannt. Die englische physiologische Gesellschaft schlgt fr die denaturierten Eiweie den Namen Metaproteine vor, die amerikanischen physiologischen Chemiker wenden ihn eben- falls an, oder benutzen den Ausdruck Pro- teen", wobei zu dem kolloidalen Edestin und Globulin das denaturierte Edestan und Globulan gehren. a) Die Koagulation durch Erwr- men. Wenn man Eiweikrper in wsseriger Lsung auf eine bestimmte Temperatur erwrmt, werden sie koaguliert. Das prak- tische Arbeiten mit eiweihaltigen Flssig- heiten erfordert eine eingehende Kenntnis dieses Prozesses. Von Bedeutung fr die Wrmekoagu- lation ist die Reaktion der Lsung und ihr Gehalt an Salzen, aber allerdings nur fr die Erscheinungsform der Koagulation. Denn die Denaturierung der Eiweikrper tritt durch Erhitzen bei jeder Reaktion mit und ohne Salze ein, aber die Schicksale des entstandenen denaturierten Eiwei sind verschieden. Das denaturierte Eiwei ist nmlich in Wasser und neutralen Salzlsungen unlslich, lslich dagegen in Suren und Alkalien. Erfolgt daher die Koagulation in salzfreier, aber schwach alkalischer Lsung, so bildet sich sofort ein lsliches Salz des denaturierten Eiwei mit dem betreffenden Metall; erfolgt sie bei saurer Reaktion, so entsteht entsprechend das Salz des dena- turierten Eiwei mit Sure. Nur bei neu- traler Reaktion fllt das als solches unlsliche denaturierte Eiwei einfach aus, es kommt Eiweikrper 125 zu einer wirklichen kompletten Koagulation. Der Zusatz eines Tropfens verdnnter Sure oder verdnnten Alkalis dagegen verhindert die Koagulation anscheinend vollstndig; die Lsung bleibt beim Erhitzen klar. Anders in salzhaltiger Lsung: Die Salze des denaturierten Eiwei mit Salzsure, Schwefelsure, Essigsure und andere sind in Wasser sehr leicht lslich, sie werden dagegen durch Salze gefllt, und zwar schon durch sehr geringe Mengen eines Salzes. Es besteht dabei eine Abhngigkeit von der Menge der Sure, indem bei einem kleinen Sureberschu die Fllung durch eine geringe Menge Salz erfolgt, bei einem greren Ueberschusse dagegen viel mehr Salz erfor- derlich ist. Die Fllung der Suresalze j des denaturierten Eiwei durch Salze tritt auch ein, wenn man erst erhitzt, und dann erst das Salz hinzusetzt. Dabei wird das Eiwei indessen leicht weiter verwandelt. Die Art des Salzes scheint auf die Fllung des Acidalbumins keinen groen Einflu zu haben, auer natrlich bei Salzen, die nicht neutral reagieren. Fr die praktische Ausfhrung der Koagu- lation folgt daraus, da man ganz reines, durch grndliche Dialvse salz- und alkalifrei gemachtes Eiwei ohne jeden Zusatz erhitzen mu. Die natrlichen Flssigkeiten, Serum, Harn oder Gewebsextrakte, die ja immer kleine Mengen Salze enthalten, koaguliert man seit alters unter Zusatz einer sehr kleinen Menge von Essigsure, so da die Reaktion auf Lackmus eben schwach sauer ist. Bei Verwendung starker Suren entstellt zu leicht ein Ueberschu. Doch auch mit Essigsure stt man bei der Koagulation der Muskel- und anderer Organeiweie auf kaum ber- windbare Schwierigkeiten und es ist dann am bequemsten, der zu koagulierenden Flssigkeit Chlornatrium oder ein anderes Neutralsalz zuzusetzen und dann einen Ueberschu von Essigsure anzuwenden. Die Nichtbercksichtigung der Tatsache, da nur bei ganz vorsichtigem und genauem Innehalten einer eben wahrnehmbaren, sehr schwach sauren Reaktion oder bei einem reichlichen Salzgehalt der Lsung das Eiwei durch Erhitzen gnzlich ausgefllt werden kann, hat zu bedenklichen Irrtmern gefhrt. Beim Koagulieren einer natrlichen Ei- weilsung verschiebt sich die Reaktion nach der alkalischen Seite, so da eine neutrale oder selbst schwach saure Lsung beim Kochen deutlich alkalisch wird. Der Grund ist vielleicht die Zersetzung der Karbonate. Bei den Pflanzenelobulinen kommt es bei lngerem Sieden zu einer betrchtlichen Alkaleszenz, die nur auf einer Spaltung des Eiwei beruhen kann. Wieder anders liegen die Verhltnisse, wenn Eiwei bei alkalischer Reaktion erhitzt wird, so da das Eiwei als Sure ein Salz mit einem Metall bildet. Ob auch dieses Salz durch Neutralsalze gefllt wird, scheint unsicher, jedenfalls ist dazu eine unvergleich- lich viel grere Salzmenge erforderlich als bei saurer Reaktion. Mit den meisten Basen, Kali, Natron, Ammoniak, Lithion, auch organischen Basen, bildet das Eiwei ls- liche Salze. Dagegen besitzt das denatu- rierte Eiwei ein schwer lsliches Kalk- salz, das sich freilich in der Regel nicht glatt absetzt wie die Salzfllungen bei saurer Reaktion, sondern das eine trbe, mehr oder weniger haltbare Emulsion bildet. Nun enthalten alle tierischen und pflanzlichen Gewebe und Flssigkeiten Kalk, ihre neutrale Reaktion verschiebt sich beim Erhitzen nach der alkalischen Seite, und so erhlt man beim Erhitzen von Serum, von Gewebs- extrakten usw. ohne Surezusatz eine trbe opaleszente Lsung, bei grerer Konzen- tration eine Gallerte. Durch nachtrgliches Ansuern einer solchen opaleszenten Flssigkeit lt sich das Eiwei bisweilen klar ausfllen, bisweilen aber auch nicht; eine Enteiweiung durch Erliitzen bei alkalischer Reaktion ist daher niemals sicher ausfhrbar. Ein sehr bekanntes Beispiel dieser opales- zenten Fllung ist das Festwerden des Weien der Hhnereier, einer kalkhaltigen alkalischen konzentrierten Eiweilsung, beim Er- hitzen. Bei den Hhnereiern und den Eiern anderer Nestflchter ist dies Eiwei wei und undurchsichtig; dagegen enthalten die Eier der meisten Nesthocker, so der Krhe, Schwalbe, des Kiebitz usw. das sogenannte Tataeiwei, das beim Kochen zu einer glas- hellen, durchsichtigen Gallerte gerinnt. Die Erscheinung beruht auf dem verschiedenen Gehalte an Salzen und an Alkali, und auch das Weie der Hhnereier erstarrt durch- sichtig, wenn man die Eier 2 bis 3 Tage in 10- prozentige Kalilauge legt. Eine andere An- wendung des gallertig und durchsichtig er- starrten Eiwei ist von Koch in die bakterio- logische Technik eingefhrt worden; wenn man nmlich Blutserum einige Zeit auf etwa 65 erwrmt, so erstarrt es ziemlich durchsichtig; durch Aenderungen der Kon- zentration "und der Schnelligkeit des Er- wrmens lt sich die Art der Gerinnung etwas beeinflussen. Wenn die Koagulation in salzfreier Lsung oder bei saurer Reaktion ausgefhrt wird, so koaguliert jeder Eiweikrper bei einer bestimmten Temperatur. Im allgemeinen koagulieren die komplizierten, gewebsbil- denden Eiweie, sowie die differenzierteren Krper, wie Fibrinogen und Myosin, schon bei niedrigerer Temperatur als die einfachen Albumine und Globuline. Indessen kommt auf die Art des Erhitzern so viel an, da 126 Eiweikrper sich die Bestimmung des Koagulations- punktes kaum zur Charakterisierung der Eiweikrper verwenden lt. Einige Grade unter der Temperatur, bei der die Koagu- lation momentan eintritt, wird der Eiwei- krper gefllt, wenn man ihn lngere Zeit erwrmt. Weiterhin hat die Anwesenheit von Salzen einen bedeutenden Einflu, indem sie den Koagulationspunkt um 2 bis 12 erhhen. Bei Verminderung des Druckes ndert sich die Koagulationstemperatur der Eiweikrper gar nicht, was das Kochen der Speisen auf hohen Bergen erschwert. ) Andere Methoden der Denaturie- rung. Dieselbe Umwandlung des natrlich vorkommenden kolloidalen in den denaturier- ten Zustand erleiden die Eiweikrper durch vieles andere. Sie tun es zunchst beim Verweilen im ungelsten Zustande; Globulin, Fibrinogen und Myosin werden dabei so schnell unlslich, da es das Arbeiten mit ihnen er- schwert; aber auch die dauerhafteren Albu- minkristalle werden beim Stehen in einer Ammonsulfatlsung schlielich in denaturierte Pseudomorphosen verwandelt. In ganz trok- kenem Zustande sind sie haltbarer. Reine Eiweikristalle vertragen ein kurzes Er- hitzen auf 150 oder eine 5 stndige Er- hitzung auf 120. Casein ist empfindlicher. Bei lngerem Erhitzen in ungelstem Zu- stande nimmt die Verdaulichkeit durch Pepsin und Trypsin ab. Weiterhin erfolgt die Denaturierung durch alle Fllungsmittel mit Ausnahme des Aus- salzens. Doch erfolgt die Denaturierung meist nicht sofort; in salzfreier Lsung fllt der Alkohol die Eiweikrper nur schwer, und sie bleiben zunchst noch lslich, bei Zusatz einer Spur von Salz aber erfolgt eine reichliche Fllung, und die kolloiden Eiweie werden bald denaturiert. Nicht an- ders als Alkohol verhlt sich Aceton, indem die Eiweikrper zunchst lslich gefllt und erst sekundr denaturiert werden, und auch die Fllungen durch Phosphorwolfram- sure und durch Schwermetallsalze sind anfangs reversibel, spter nicht mehr. Im Laufe der Reindarstellung, besonders wenn dabei hufige Fllungen mit Alkohol und Aether benutzt werden, knnen Eiwei- krper wie Zein und Casein nicht nur ihre Lslichkeit, sondern auch ihre Verdaulichkeit ganz einben. Wie die gelsten Eiweie verhalten sich auch die festen, das Fibrin und die gewebs- bildenden; auch sie werden durch Erhitzen, Alkohol, Metallsalze, Formaldehyd usw. koa- guliert und denaturiert. Auf dieser Koagu- lation beruht die Hrtung und Fixierung von Organen und Prparaten. Die dazu verwendeten Verbindungen, Alkohol, Subli- mat, Formaldehyd, Salpetersure usw., sind alle Eiweifller. Mit der Denaturierung gehen den Eiwei- krpern die Differenzen in der Lslichkeit verloren; alle denaturierten Eiweikrper verhalten sich darin gleich, da sie in Alkalien und Suren lslich, in Wasser und Salzen unlslich sind. Auch ist ihnen allen ge- meinsam, da die Acidalbumine und Alkali- albuminate in verdnntem Alkohol sehr viel lslicher sind als die nativen Eiweikrper. Dagegen bleiben Zusammensetzung, chemi- sche Natur, Reaktionen, Salzbildung usw. natrlich erhalten. Fr die mikroskopische Frbung, die ja ganz berwiegend an koagu- liertem Eiwei vorgenommen wird, ist es von entscheidender Wichtigkeit, da die verschiedene Lslichkeit und Hydrolysier- barkeit der Salze der Eiweikrper mit Farbstoffen bei den denaturierten Eiwei- krpern ebensogut wie bei den nativen zu beobachten ist. Ob im einzelnen hierbei Unterschiede existieren, ist freilich nicht untersucht. Ein besonders sorgfltig untersuchtes denaturiertes Eiwei ist das aschefreie Eiwei", das man erhlt, indem man Eier- eiwei mit Kupfersalzen fllt, das Kupfer- albuminat in Alkali lst, durch genaues Neutralisieren fllt und dies mehrmals wieder- holt. Im Gegensatz zu den natrlichen Ei- weien werden die Halogeneiweie, das Oxyprotein, die Methyleneiweie und die Verbindungen der Eiweikrper mit Silber und mit Osmiumsure (vgl. Abschnitt io) durch Erhitzen nicht koaguliert. Man mu wohl annehmen, da es sich bei ihnen berhaupt um Verbindungen von denaturiertem Eiwei handelt. Bemerkenswert ist, da sie alle die Schwefelbleireaktion nicht oder schlecht geben sollen. y) Die Spaltung des Eiwei durch Suren und Alkalien. Nahe verwandt mit den Erscheinungen der Koagulation ist die Spaltung des Eiwei durch Alkalien und Suren, da es hierbei zunchst auch in Alkalialbuminat oder Acidalbumin umge- wandelt wird. Freilich bleibt der Proze hierbei nicht stehen, sondern es treten frher oder spter neben dem Acidalbumin oder Alkalialbuminat Albumosen und Peptone auf. Ja bei Einwirkung auch nur einiger- maen strkerer Suren oder Alkalien be- ginnt der Proze der Abspaltung anscheinend gleichzeitig mit dem der Umwandlung, und es tritt die Ers cheinung ein, die in den Abschnitten 3 und io geschildert ist, da ein Teil des Eiwei weiterverwandelt wird, whrend ein wider- standsfhiger Rest zurckbleibt. Das Acid- albumin des ganzen Eiwei und das nur der Antigruppe angehrende Acidalbumin haben uerlich, nach Lslichkeit und Fllbarkeit, die gleichen Eigenschaften, so da uerlich Eiweikrper 127 die Spaltung des Eiwei sich nicht von der bloen Denaturierung unterscheidet. In ihrer Empfindlichkeit gegen Alkali- und Surewirkung zeigen die einzelnen Eiweikrper Differenzen. Das Myosin wird auerordentlich leicht in Acidalbumin bergefhrt, durch einen Tropfen 1 / 10 n- Salzsure in wenigen Minuten, so da die Koagulation des Myosins auf Schwierig- keiten stt. Fr dies sehr leicht entstehende Acidalbumin des Muskeleiwei wurde speziell der Name Syntonin eingefhrt; er wird indessen auch fr alle Acidalbumine ohne Unterschied angewendet. Das Eieralbumin wird bei Zimmertemperatur durch 1 / s n-HCl in 1 Stunde umgewandelt, das Serumalbumin gar durch 1 / i n-HCl erst in vielen Stunden. Pepsin (s.Abschnitt 5) beschleunigt die Sure- wirkung sehr. Viel empfindlicher als gegen Suren ist das native Eiwei gegen Alkalien, die Alkali- albuminatbildung erfolgt im allgemeinen schneller, bei niederer Temperatur und ge- ringerer Konzentration. So gengt bei Zimmertemperatur eine 1 J 20 n-Natronlauge, um in 2% Stunden Serumalbumin zum groen Teil in lkalialbuminat berzufhren; auch kommt es schon hierbei zur Ammoniak- entwickelung. Eine y 2 n-Natronlauge aber zersetzt das Serumalbumin in weitem Mae, eine 1 / le n- Kalilauge zerstrt Eiereiwei zum groen Teil. Mucin verliert durch Alkali sehr leicht seine charakteristischen physikalischen Eigenschaften, Casein spaltet Phosphorsure ab. Abweichend von der bisher besprochenen Bildung von Acidalbumin und lkalialbu- minat, die sich uerlich bei Salzmangel gar nicht, bei Salzgegenwart durch eine Fllung zu erkennen gibt, gestaltet sich die Erscheinung, wenn man konzentriertere Su- ren und Laugen und konzentrierte Eiwei- lsungen anwendet. Dann verwandelt sich die Flssigkeit in eine mehr oder minder steife Gallerte, die alle Uebergnge zwischen heller, glasartiger Durchsichtigkeit und dicker, weier Opaleszenz zeigen kann. Diese Gallerte empfing zuerst die Namen Acid- albumin und lkalialbuminat. Mit dem Viskosimeter ist eine anfngliche Zunahme der inneren Reibung bei der Einwirkung von starken Suren und Alkalien auf Eiwei beobachtet. Ueber Labgerinnung und Blutgerinnung siehe unten Casein und Fibrinogen, ber Totenstarre Myosin. 12. Spezieller Teil. Im Abschnitt 4 ist schon darauf hingewiesen worden, da die Eiweikrper sich durch ihre Zusammen- setzung aus qualitativ und quantitativ ver- schiedenen Aminosuren unterscheiden. Selbstverstndlich wre es das Richtigste, diese Verschiedenheit der Bausteine zur Grundlage der Einteilung zu machen. Gewisse Gruppen, wie die Protamine und Historie werden auf diese Weise scharf umgrenzt, die groe Masse der natrlich vorkommenden Eiweie wrden in eine, nicht weiter auflsbare Gruppe vereinigt werden mssen. Um auch diese mitzuumfassen, mu man daher die alte, auf Lslichkeit und Vorkommen gesttzte Einteilung teil- weise beibehalten, und es ist dies auch insofern gerechtfertigt, als sich immer mehr herausstellt, da zwischen der Zusammen- setzung eines Eiwei aus Aminosuren und seiner Lslichkeit und seinen sonstigen Eigen- schaften ein Zusammenhang besteht, da die alten Gruppen also natrliche sind. Danach bilden den Mittelpunkt des Systems die in der Natur vorkommenden einfachen Eiweikrper. Ihnen gegenber stehen einmal die noch eiweiartigen Krper, die durch Umwandlung oder Spaltung aus ihnen hervorgehen, die Acidalbumine und Alkalialbuminate, die Albumosen, Peptone und Peptide, die Halogeneiweie usw. Die dritte Gruppe sind die Proteide oder zu- sammengesetzten Eiweie, die aus einer Verbindung eines Eiweikrpers mit einem anderen Krper, einer prostetischen Gruppe" bestehen, und die nach dieser prosthetischen Gruppe eingeteilt werden. Die alte Einteilung der nativen Eiweikrper in die wasserls- lichen Albumine und die in Wasser unls- lichen, in Suren, Alkalien und Salzen ls- lichen Globuline hat sich bewhrt. Die Albumine sind zwar sehr verschieden zu- sammengesetzt, aber sie hneln sich in ihrem Verhalten, besonders ihrer Kristallisier bar- keit, auch zeigen sie und die Globuline unter sich sehr bereinstimmende Aussal- zungsgrenzen, sowie auch einige Ueberein- stimmung in der Anordnung der Amino- suren. Die weiteren Gruppen der alkohol- lslichen Pflanzeneiweie, der Histone und Protamine sind natrlich. Eine weitere Gruppe von einfachen Ei- weikrpern sind die Albuminoide", die im festen Aggregatzustande die tierischen Gerstsubstanzen bilden; der Name umfat also keine chemische, sondern eine anato- mische Einheit. Doch bedingt die gemeinsame Funktion auch eine Gemeinsamkeit mancher Eigenschaften. Das Schema der Eiweiein- teilung wrde also lauten: A. Einfache Eiweikrper. I. Albumine. Serumalbumin, Eieralbu- min, Milchalbumin. II. Globuline. Serumglobulin, Fibrinogen und Fibrin. Milchglobulin, Eierglobulin, Percaglobulin, Kristallin, Pankreasglo- 128 Eiweikrper bulin, Harnglobuline, Organglobuline, Myosin, Pflanzenglobuline. III. Alkohollsliche Pflanzeneiweie. Gliadin, Hordein, Zein. IV. Histone. V. Protamine. VI. Gerst eiweie (frher Albuminoide). 1. Kollagen. 2. Keratin, Koilin. 3. Elastin. 4. Fibroin und Seidenleim. 5. Spongin, Gorgonin usw. 6. Conchiolin. 7. Amyloid. 8. Ichthylepidin. 9. Andere Gersteiweie (Albumoide). B. Umwandlungsprodukte. 1. Acidalbumin und Alkalialbuminat. 2. Albumosen, Peptone, Peptide. 3. Halogeneiweie, Oxyprotsulfonsure usw. C. Proteide oder zusammengesetzte Ei- weie. 1. Phosphoproteide. 2. Nucleoproteide. 3. Hmoglobin und Verwandte. 4. Glykoproteide. Murine, Mucoide, He- licoproteid. A. Die einfachen Eiweikrper. Die zunchst zu besprechende Gruppe der einfachen, koagulierbaren, nativen, ge- nuinen oder echten Eiweie, der Albumine und Globuline kann als Typus der Klasse angesehen werden. An ihnen haftete im ursprnglichen Sinne allein der Name Eiwei, und alle lteren Schilderungen, zumal ber das physikalische Verhalten der Eiwei- krper, beziehen sich auf die Albumine und Globuline. I. Die Albumine. Die Albumine sind koagulierbare neutrale Eiweikrper, die in salzfreiem Wasser lslich sind. Ebenso sind sie in verdnnten Salzlsungen, Suren und Alkalien lslich. Ihre reinen Lsungen sind genau neutral. Im allgemeinen sind sie schwerer fllbar als die Globuline und viele Proteide, was zu ihrer Reindarstellung hufig Verwendung efunden hat. So werden sie durch Be- rhrung mit Tierkohle oder Ton, im Unter- schiede etwa vom Casein, nicht unlslich, knnen daher durch Tonplatten filtriert werden, ohne auszufallen. Durch NaCl und MgS0 4 werden sie bei neutraler Reaktion nicht ausgesalzen. Fr Ammonsulfat liegen ihre Fllungs- grenzen nach Hofmeister zwischen 6,4 und 9, also sehr hoch; sie werden demnach durch Halbsttigung ihrer Lsungen nicht ausgesalzen, wohl das bequemste Mittel, um sie von den Globulinen zu trennen, mit denen sie stets zusammen vorkommen. Die Albumine sind kristallinisch bekannt. In ihrer Zusammensetzung haben sie nur gemeinsam, da sie kein Glykokoll ent- halten. Serumalbumin. Es bildet einen wech- selnden Anteil der Eiweikrper des Blut- serums der Wirbeltiere, kommt ebenso in der Lymphe vor und findet sich daher in allen nicht grndlich von Blut und Lymphe be- freiten Organen. Bei Nierenentzndungen geht es in den Harn ber, ebenso in patholo- gische Transsudate. Die Kristallisation gelang zuerst aus Pferdeblut und geschieht am bequemsten durch Ammonsulfat und Schwefelsure. Auch aus Kaninchenblut ist es kristallinisch gewonnen, bei anderen Tieren nur amorph. Analyse siehe Abschnitt 1 1, Spaltungsprodukte Abschnitt 4. Sehr hoch ist der Gehalt aus Leu ein, ferner der an Cy- stin und daher an Schwefel. Die Koagula- tionstemperatur ist um 67. Sein* bemerkenswert ist das Verhalten des nativen Serumalbumins gegen Trypsin. Das Semmalbumin wird nmlich von dem Trypsin kaum gespalten, geht aber mit dem Trypsin wie andere Eiweikrper eine Verbindung ein, und entzieht dadurch an- deren, leichter spaltbaren Eiweikrpern das Trypsin, wirkt also ,,antitryptisch". Denaturierung vernichtet diese Eigenschaft. Auch gegen Suren ist Serumalbumin sehr resistent, Alkohol und Aether denaturieren nur langsam. Eieralbumin. Das Eieralbumin bildet den Hauptbestandteil der konzentrierten Eiweilsung, die als Eiereiwei, Eierwei, Hhnereiwei oder Eierklar bezeichnet wird und das Weie der Hhnereier bildet. Sie enthlt auer dem Eieralbumin noch ein Globulin und ein Mucoid, von denen das letztere erst relativ spt von dem Eieralbumin getrennt wurde. Alle lteren und viele neueren Untersuchungen beziehen sich daher nicht auf das reine Eieralbumin, sondern auf sein Gemenge mit dem einen oder anderen dieser Eiweikrper. Das Eieralbumin enthlt neben den Aminosuren Glucosamin, ist also kein einfaches Eiwei, sondern ein Glycoproteid, und wird nur der Tradition folgend zu dieser Stelle zugefhrt. Ueber das Glucosamin siehe bei den Glycoproteiden. Da man das Eier- albumin fr einen einfachen Eiweikrper hielt, und die Zuckerabspaltung aus ihm Eiweikrper 129 infolgedessen verallgemeinerte, hat viel Ver- wirrung hervorgerufen. Das Eieralbumm aus frischen Hhner- eiern kristallisiert gut aus saurer Ammon- sulfatlsung; auch aus anderen Vogeleiern (Krhen, Tauben) wurden Kristalle erhalten. Ueber das Eiwei der Nesthocker siehe Ab- schnitt ii. Das Eieralbumin enthlt infolge des Glucosamingehalts nur 15% N, und relativ viel Sauerstoff. Der S- Gehalt ist niedrig und neben dem Cystin scheint noch ein anderer S-haltiger Krper vorzukommen. Die Aminosuren zeigen nichts Charakteris- tisches. Trotz seiner Kristallisierbarkeit ist das Eieralbumin nur schwer von anderen Kolloiden des Eiereiweies zu trennen. Gegen Trypsin verhlt es sich hnlich wie Serumalbumin, ist aber nicht ganz so schwer verdaulich. Milchalbumin. Es ist ein konstanter Bestandteil aller Milcharten, aber neben dem Casein meist nur in geringer Menge vorhanden. Analysen, Spaltungsprodukte und physikalische Konstanten gestatten kein Urteil ber etwaige Beziehungen zum Serum- albumin. Andere Albumine sind nicht bekannt, die aus Organen gewonnenen entstammen Besten von Blut und Lymphe. Auch Infusorien und Muscheln enthalten kein Albumin. Es ist zwar in der Literatur fters von Albuminen" des Eigelbs, von Organen, Bakterien und Pflanzen die Bede, doch ist damit in der Kegel nur ein koagulier- bares Eiwei gemeint, kein Albumin in dem hier behandelten Sinne. Ueber die Albumine, die in kleiner Menge in Pflanzensamen ge- funden werden, siehe bei den Pflanzen- srlobulinen. II. Die Globuline. Die Globuline sind einfache, koagulierbare Eiweikrper, die im Gegensatz zu den Albuminen in reinem Wasser und in ver- dnnten Suren unlslich, in verdnnten Alkalien, in Neutralsalzlsungen und str- keren Suren dagegen lslich sind. Sie werden daher aus ihren salzhaltigen Lsungen durch Verdnnen mit Wasser, vollstndiger noch durch Fortdialysieren der Salze, ganz oder teilweise gefllt, sind aber dann in Salzlsungen wieder lslich. Ebenso werden sie durch Ansuern ihrer Lsungen, auch schon durch anhaltendes Durchleiten von Kohlensure, gefllt und sind dann in neutralen Lsungen ebenfalls wieder lslich. Indessen werden sie nach dem Fllen mit Sure oder durch Dialyse sehr bald, viel rascher als die Albumine, unlslich, d. h. denaturiert und sind nur frisch gefllt wieder vollstndig aufzulsen. Ihre Fllbarkeit durch Suren und Ls- lichkeit in Alkalien beruht darauf, da sie ; selbst Suren sind, die auf Lackmus sauer reagieren und Kohlensure austreiben. In- folgedessen sind sie frher mit den Alkali- albuminaten zusammengeworfen worden. Schwerer zu erklren ist ihre Lslichkeit in Neutralsalzlsungen; in Abschnitt 9 ist aus- gefhrt, da es sich bei den Verbindungen der Eiweikrper mit Neutralsalzen entweder um molekulare Verbindungen", um Doppel- salze handelt, oder da die Eiweikrper als amphotere Elektrolyte mit beiden Ionen des Salzes Salze bilden. Sicher ist, da es bei der Lslichkeit des Globulins in Salzen nicht nur auf die absolute Menge des Salzes ankommt, sondern auch auf die Konzen- tration (Ausfllen durch Verdnnen) und da alle Salze gleich wirksam sind, die nicht Eiwei fllen oder aussalzen. Niehtelek- trolyte knnen in keiner Konzentration Globuline in Lsung halten. Die Globuline werden durch Magnesium- sulfat, teilweise auch durch Chlornatrium, bei vollstndiger Sttigung der Lsung ausgesalzen; bei neutralem Ammonsulfat hegen die Grenzen fr Serumglobulin bei 2,9 und 4,6, fr die anderen Globuline ganz hnlich: jedenfalls werden sie alle durch Halbsttigung ihrer Lsungen mit Ammon- sulfat vollstndig gefllt und stehen so in der Mitte zwischen den schwerer aussalz- baren Albuminen und dem Fibrinogen, Casein usw., die noch leichter ausgesalzen werden. Die Darstellung der Globuline erfolgt so- da man die globulinhaltige Flssigkeit, z. B. das Serum, nach Hammarsten mit neu- tralem Magnesiumsulfat sttigt, oder be- quemer mit dem gleichen Volumen kalt- gesttigter neutraler Ammonsulfatlsung ver- setzt. Der Niederschlag wird in Wasser gelst falls die anhaftenden Salze nicht gengen sollten, unter Zusatz von etwas Chlornatrium - - dann entweder sehr stark mit destilliertem Wasser verdnnt oder besser die Salze durch Dialyse entfernt, und endlich das Globulin durch sehr verdnnte Essig- sure vorsichtig gefllt. Die Ausbeute ist aber bei der Fllung durch Dialyse und Ansuern schlecht, und falls es nicht auf Salzfreiheit ankommt, ist es zweckmiger, das Globulin nur durch wiederholtes Aus- salzen darzustellen. Der Nachweis der Globuline beruht darauf, da sie phosphor- freie, koagulierbare Eiweie sind, die durch Verdnnen und Ansuern gefllt werden, sowie auf ihrem Verhalten zu Salzen. In ihrer Lslichkeit hneln sie den Phosphor Proteiden, und da die Globuline sehr leicht Lecithin und Phosphate aus Flssigkeiten und Geweben festhalten, so sin Extraktion bekommt man es zusammen mit der Nucleinsure. Die Spaltungsprodukte bieten keine Besonderheiten, der N-Gehalt ist 17 bis 18%, der S-Gehalt beim Leucosin ber 1%, bei den Globulinen 0,7%. Im Weizenkorn sind 0,4% Leucosin enthalten, im Mehl 0,6% Globulin, im Keim etwa 10% Albumin. Im Roggenmehl sind etwa 0,4% Leu- cosin enthalten, 1,7% Globulin und Albu- mose. In der Gerste ist das relative Mengen- verhltnis dasselbe wie in Roggen und Weizen. In Gerstenmalz fand sich daneben noch ein edestinartiges Globulin. Im Mais konnte ein Albumin nicht mit Sicherheit gefunden werden, dagegen mehrere Globuline. Im Hafer sind nur Spuren von Albumin enthalten, dagegen eine groe Quantitt von Globulin, das an Menge den alkoholls- lichen Eiweikrper bertrifft. Es kristalli- siert. 1 kg Reis enthlt 1,4 g Globulin und 0,4 g Leuconin. III. Die alkohollslichen Eiweikrper der Getreidearten. Gliadin, Hordein, Zein, Avenin, Kleber. Weizen und Roggen; Gliadin, Glit- te n in. Das Endosperm des besonders genau untersuchten Weizenkorns enthlt neben viel Kohlenhydraten zwei einfache Eiweikrper, das alkohollsliche Gliadin und das Glutenin, das in Wasser und neutralen Salzlsungen unlslich ist und sich nur in Suren und besonders in Alkalien lst. Die beiden Eiwei- krper bilden zusammen das Klebereiwei oder Gluten, das beim Behandeln des Weizen- mehles mit Wasser als eine teigige Masse von eigentmlicher Konsistenz zurckbleibt. Auf den physikalischen Eigenschaften dieses Ge- menges beruht die Mglichkeit, Mehl zu Brot zu backen. Beide Eiweie zusammen wurden frher auch als Pflanzenfibrin be- zeichnet, das Glutenin auch als Glutencasein, und sie sind sehr oft untersucht worden. Doch haben auch hier erst Osbornes Unter- suchungen wirkliche Klarheit geschaffen. Die absolute Menge des Eiweies ist in den einzelnen Weizensorten sehr verschieden (um das Zwei- bis Dreifache), immer aber sind Gliadin und Glutenin in etwa gleichen Anteilen vorhanden. Das Gliadin und die entsprechenden Eiweie des Roggens und der Gerste ver- halten sich genau so ist in Salzlsungen unlslich und wahrscheinlich auch in reinem Wasser, bildet aber schon mit kleinen Mengen von Sure oder Base Salze, die in Wasser lslich sind. Die Salze mit Suren werden durch Salze, die mit Alkalien durch Carbonate gefllt. In absolutem Alkohol ist es unlslich, in einem Gemenge von Wasser und Alkohol dagegen leicht lslich, am leichtesten in Alkohol von etwa 70%. Auch andere verdnnte Alkohole lsen. Beim Kochen in alkoholischer Lsung wird Gliadin nicht verndert, beim Kochen einer Aufschwemmung in Wasser oder in sehr verdnntem Alkohol verliert es dagegen seine Lslichkeit. Die Spaltungsprodukte des Gliadins, Hordeins und Zeins sind in der Tabelle in Abschnitt 4 genannt. Das Glutenin zeigt keine besondere Eigentmlichkeit, nur da der Basengehalt im ganzen niedrig, der an Glutaminsure und Ammoniak hoch ist; um so mehr das Gliadin, es enthlt viel Prolin, mehr als ein Drittel seines Gewichts Glutaminsure, sehr viel Ammoniak, kein Lysin, wenig Arginin und anscheinend auch kein Glykokoll. Damit erscheint das Gliadin zusammen mit den ihm nahestehenden Eiweien der anderen Getreidearten - als eines der bestcharakterisierten Eiweie ber- haupt, und die Bildung einer besonderen Gruppe ist erforderlich. Osborne schlgt fr diese Gruppe den Namen Prolamm" vor, der aber dem Protamin" zu hnlich ist. Die Eiweikrper des Roggens stimmen mit denen des Weizens ganz nahe berein. Die Reindarstellung des Glutenins stie bisher wegen der Beimengung eines gummi- artigen Kohlenhydrats auf unberwindliche Schwierigkeiten. Gerste; Hordein. Ganz hnlich dem Weizen. Das Glutenin konnte noch nicht isoliert werden, das alkohollsliche Hordein ist eines der vollstndigst aufgelsten Eiweie. Mais; Zein. Im Mais findet sich das alkohollsliche Eiwei Zein, das sich durch seine Lslichkeit selbst in starkem Alkohol auszeichnet. In absolutem Alkohol ist es zwar unlslich, aber in 96 prozentigem Alkohol lst es sich leicht und kann daraus nur durch Aether gefllt werden. Man hat diese Ls- lichkeit, die es vor allen Eiweikrpern, Proteiden und Albumosen auszeichnet, be- nutzt, um den Weg des Zeins durch den Krper zu verfolgen." Auerdem zeichnet sich das Zein dadurch aus, da es beim Erhitzen mit Wasser leicht ganz unlslich und dann auch fr die Verdauungsfermente schwer angreifbar wird. Auch ohne Erhitzen wird es leicht unlslich. Es hnelt in dem hohen Glutaminsuregehalt den Gliadinen, wenn er auch niedriger ist, auch fehlen ihm wie diesen Lysin und Glykokoll, auerdem aber fehlt ihm das Tryptophan, was ebenfalls zu physiologischen Versuchen benutzt ist. Auf- fallend hoch ist der Leucingehalt. Das Zein ist nchst den Protaminen am vollstndigsten aufgelst. Das Zein ist im Mais in relativ vorhanden, als das Gliadin grerer Menge i:;ii Eiweikrper im Weizen, Glutenin in geringerer; der Mais liefert daher auch kein Gluten wie Weizen, Roggen und Gerste, und kann nicht zu Brot verbacken werden. Das Glutenin enthlt Lysin und Tryptophan, so da die Eigenart des Zeins bei der Ernhrung mit dein ganzen Maiskorn keine Rolle spielt. Hafer; Avenin. Im Hafer ist ebenfalls ein alkohollsliches Eiwei vorhanden, das Avenin, das anscheinend viel Schwefel ent- hlt, auerdem ein Globulin, das aus warmer lOprozentiger Kochsalzlsung beim Abkhlen in Kristallen ausfllt. Ein Albumin scheint zu fehlen und auch die Existenz eines Glutenins ist nicht bewiesen; Kleber ist infolgedessen nicht zu erhalten. Reis; Oryzenin. Im Reis findet sich neben kleinen Mengen Albumin und Globulin als Hauptmasse ein Eiwei, das sich nur in Alkali lst, das Oryzenin, das also als Glutenin bezeichnet werden mu. Ein alkohollsliches Eiwei fehlt, und damit die Mglichkeit, aus Reismehl Brot zu backen. IV. Histone. Die Histone sind Eiweikrper, die einen relativ hohen Gehalt an Basen, besonders an Arginin, haben und daher selbst einen ber- wiegend basischen Charakter annehmen. Sie werden infolgedessen, und das ist ihre auffallendste Eigenschaft, von Alkalien, spe- ziell Ammoniak, gefllt, im Ueberschusse aber wenigstens die meisten wieder auf- gelst. In Suren sind sie sehr leicht lslich; sie verhalten sich also umgekehrt wie die Eiweie von saurem Charakter, die Globuline und Caseine. Der N- Gehalt ist hoch (18 bis 2 %), der S- Gehalt niedrig. Unter den Spaltungs- produkten berwiegt das Arginin, auf das etwa V 4 des N fllt (vgl. Tabelle in Ab- schnitt 4). Durch Pepsinsalzsure entsteht das Histopepton (Abschnitt 8). Die Histone bilden in Verbindung mit Nucleinsure den Hauptbestandteil der Zell- kerne der weien und kernhaltigen roten Blutkrperchen und der Spermatozoen einiger Fische; auch in anderen zahlreichen Organen, z. B. der Milz ist Histon gefunden. Nucleohiston aus den Leucocyten der Thymusdrse. Man extrahiert Thymusdrsen mit Wasser und fllt aus der Lsung mit Essigsure ein Nucleoproteid, das Nucleohiston. Wenn man dieses mit Salz- sure von 0,8% behandelt, fllt ein Nuclein aus, und es bleibt Histon in Lsung, das dann mit Ammoniak gefllt ward. Siehe unter Nucleoproteide. Bemerkenswert ist der hohe Gehalt an Tyrosin. Das Thymushiston ist sehr leicht verdaulich und wird sogar von Erepsin angegriffen. Kalbsthymus ist fr seine Leichtverdaulichkeit bekannt, Histon aus den roten Blutkrper- chen der Vgel. Die Blutkrperchen der Gans werden wiederholt mittels der Zentri- fuge mit Kochsalzlsung gewaschen, und die Zellsubstanz mit Wasser zur Lsung gebracht. Durch abwechselndes Behandeln des kernhaltigen unlslichen Rckstandes mit Wasser und Kochsalzlsung lassen sich das Hmoglobin und die brigen Bestand- teile des Protoplasmas entfernen, und durch Auskochen mit Alkohol und Aether entfernt man Lecithin und andere Bestandteile der Kernsubstanz. Es bleibt ein Rckstand, der fast nur aus Histon und Nucleinsure besteht, etwa 42,1% Nucleinsure und 57,8% Histon enthlt. Aus ihm lt sich mit Salzsure von 1% der grte Teil des Histons ge- winnen. Histon aus den Spermatozoen von Fischen. Die Spermatozoen mehrerer Fische, des Kabeljaus (Gadus morrhua), der Quappe (Lota vulgaris) und des Dorn- hais (Centrophorus granulosus), sowie des Seeigels Arbacia pustulosa enthalten in reifem Zustande Histone, ebenfalls an Nu- cleinsure gebunden. In den Hoden des Lachses (Salmo salar) und der Makrele (Scomber scombrus) sind in reifem Zustande Protamine enthalten. Die unreifen Spermatozoen enthalten dagegen Krper, die nach ihren Reaktionen Histone sind. Sie wrden also eine Zwischenstufe zwischen den gewhnlichen Eiweikrpern und den Protaminen sein, wozu die Histone nach Eigenschaften und Zusammensetzung wohl geeignet sind. Doch ist es nicht aus- geschlossen, da ein Gemenge von Protamin und Eiwei vorgelegen hat, das in seinen Reaktionen an die Histone erinnert. Die Spermatozoen der Sugetiere ent- halten nach Mi es eher und Mathews weder Histon noch Protamin, sondern andere Eiweikrper. V. Die Protamine. Mi es eher fand 1874 in den reifen Sper- matozoen des Lachses eine Base, die er Protamin nannte. Aufgenommen wurden Mieschers Untersuchungen durch Kos sei, der die Protamine zu einer der bestgekannten Gruppe der Eiweikrper gemacht hat. Durch ihn und seine Schler sind in den Spermato- zoen mehrerer Fische Protamine gefunden worden, die untereinander groe Aehnlichkeit zeigen, und die Kos sei je nach dem Tiere, von dem sie stammen, als Salmin, Sturin, Clupein, Scombrin usw. bezeichnet. Die Protamine bilden eine gut abge- grenzte Gruppe, die von der Mehrzahl der brigen Eiweikrper nicht unerheblich ab- weicht. Sie sind schwefelfrei und enthalten sehr viel mehr Stickstoff und weniger Kohlen- Eiweikrper 137 stoff als die anderen Eiweie. Die Protamine enthalten nmlich in ganz berwiegendem Mae die basischen Spaltungsprodukte, ins- besondere das stickstoffreiche Arginin, das bei den genau untersuchten 58 bis 84% der Spaltungsprodukte ausmacht. Dafr treten die Monoaminosuren zurck. Glykokoll, Phenylalanin, Asparagin- und Glutamin- sure und Oxypyrrolidincarbonsure fehlen ganz, ebenso Ammoniak, und die anderen traten immer nur in geringer Menge und vereinzelt auf. Die Bausteine, aus denen sich die Protamine aufbauen, knnen ebenso zahlreich sein wie die der anderen Eiweie, aber sie sind weniger verschieden als sonst, die einzelnen wiederholen sich gleichmiger. Deshalb gelingt die Auflsung der Protamine in ihre Spaltungsprodukte so sehr viel leichter als bei den anderen Eiweikrpern, und das ist der Grund, weshalb Kos sei sie als ein- fachste Eiweikrper bezeichnet (vgl. Ab- schnitt 4 und 3). Fr das Salmin fhren Analyse und Spaltung entweder zu der Zusammensetzung C 8 iH 155 N 45 18 10 Mol. Arginin + 2 Serin 4- 2 Prolin -j- 1 Valin oder zu der Zusammensetzung C 98 H 186 N 54 21 . . .= 12 Mol. Arginin + 2 ,, Serin + 3 Prolin + 1 Valin Beim Clupein stehen Arginin und Prolin in gleichem Verhltnis zueinander, wie im Salmin, auf 2 Molekle Valin kommen 1 Molekl Serin und 1 Molekl Alanin. Beim Scombrin ist die vollstndige Aufteilung ebenfalls gelungen; es enthlt nur Arginin, Alanin und Prolin, und zwar wie das Salmin in einem Verhltnis, da 2 Argininmolekle auf 1 Molekl der beiden anderen Spaltungsprodukte kommen. Von den Protonen, den Peptonen der Protamine, war schon in Abschnitt 3 und 8 die Rede; sie sind symmetrisch gebaute Diar- ginide, von denen ein Derivat des Diarginyl- valins (C 17 H 35 N 9 15 ) in Kristallen gewonnen werden konnte. Die Protamine sind starke Basen, deren Eigenschaften in freiem Zustand wenig unter- sucht worden sind. Sie ziehen Kohlensure an und bluen intensiv Lackmus. Sie lassen sich ohne Schwierigkeit mit Sure titrieren, wobei sich ergeben hat, da die Alkaleszenz des Clupeins ebenso gro ist, wie die des Ar- ginins, welches daraus hervorgeht. Von den Salzen sind die Sulfate am besten getrennt, doch auch die lslicheren Chloride, die Pikrote und andere. Durch Zusatz von ge- sttigter Kochsalzlsung werden die Salze als Oele abgeschieden. Durch Erhitzen werden die Protamine nicht koaguliert; dagegen zeigen sie beim Stehen Vernderungen, die auf eine Art Denaturierung schlieen lassen. Durch die Alkaloidreagenzien werden die Protamine, nicht nur wie die Histone bei neutraler, sondern auch bei alkalischer Reaktion ge- fllt, so da hier die Reihe Eiwei Histon Protamin sehr deutlich ist. Bei schwach ammoniakalischer Reaktion geben Prot- amine mit Eiweikrpern und primren Albumosen Niederschlge; Deuteroalbu- mosen und Peptone geben keine Fllung. Leim gibt unter bestimmten Bedingungen einen Niederschlag. Die Niederschlge haben Aehnlichkeit mit den Histonen. Durch Pepsin wird das Protamin nicht angegriffen, durch Trypsin, Erepsin und die Fermente von deren Typus dagegen in Aminosuren oder Protone zerlegt. Die Protamine haben hnliche toxische Wir- kungen wie die Albumosen. In den unreifen Spermatozoen des Lachses und der Makrele sind, wie bei den Histonen erwhnt Wurde, Krper gefunden worden, die nach ihren Reaktionen Histone sind; doch ist freilich zu bercksichtigen, da ein Ge- menge von koagulierbarem Eiwei und Protamin viele Eigenschaften der Histone zeigen kann. Sind es aber wirklich Histone, so bestnde hier chemisch und genetisch die gleiche Reihe. Das Protamin mu nm- lich beim Lachse aus dem Krpereiwei her- vorgehen, weil der Lachs whrend des Wachs- tums der Testikel keine Nahrung aufnimmt. Die bedeutenden Mengen Arginin, die zum Aufbau des Salmins erforderlich sind, brau- chen dabei nicht neu gebildet zu werden, vielmehr liefert das whrend dieser Zeit in Verlust gehende Muskeleiwei reichlich genug Arginin. Doch lt das Vorkommen des Agmatins im Heringssperma immerhin daran denken, da die Umsetzung auch ber das Arginin hinaus gehen kann. Genau untersucht sind die drei zu einer Gruppe gehrigen Protamine Salmin, Clupein, Scombrin, ferner das Sturin, weniger voll- stndig die beiden Cyprinine, das Crenilabrin und das Cyklopterin, sowie das Acipenserin des Scherg* (Acipenser stellatus). Protamine sind enthalten auch in dem Sperma der Bachforelle (Salmo fario), des Schnpels (Coregonus oxyrhynchus), des Welses (Silurus glanus) und des Hechtes Esox lucius). In Bakterien sind basische, schwefelfreie Eiweie gefunden worden, die mglicherweise hierher gehren. 138 Eiweikrper VI. Die Gersteiweie. (Frher lbuminoide ) Unter dem Namen der lbuminoide fat man seit langem eine Reihe von Eiwei- krpern zusammen, welche die Gerstsub- stanzen der Tiere bilden, also der histologi- schen Gruppe des Bindegewebes im weitesten Sinne angehren. Sie sind niemals Teile einer tierischen Zelle, sondern sie bilden die Grund- substanz, in welche die Zellen eingelagert sind. In den Ernhrungsflssigkeiten der Tiere, Blut, Lymphe usw., kommen keine derartigen Krper vor, und ebensowenig in Pflanzen. Sie sind Eiweikrper so gut wie die lslichen Eiweie: sie zerfallen durch Suren oder Fermente in die gleichen Albumosen, Peptone und Aminosuren, sie werden durch Halogene substituiert, bilden Salze, haben etwa die gleiche prozentische Zusammen- setzung und geben die gleichen Farbenreak- tionen. Darum ist es zweckmig, den alten Namen lbuminoide oder eiweihnliche Krper fallen zu lassen, der aus der Zeit stammt, da man den kolloidalen Charakter der Albumine und Globuline als das Wesent- liche fr den Eiweibegriff ansah. Die eng- liche Nomenklaturkommission hat den Namen Seieroproteins" geprgt; hier soll von den Gersteiweien" die Rede sein. Chemisch umfat die Gruppe die aller- verschiedensten Krper. Dem Leim fehlen Tyrosin und Tryptophan, wogegen er sich durch einen hohen Gehalt an Glykokoll, auerdem an Basen und an Prolin auszeichnet. Das Keratin ist von allen Eiweien am reichsten an Cystin und damit an Schwefel, auerdem reich an Tyrosin; das Elastin nhert sich durch seine Basenarmut einigen Pflanzeneiweien. Das Fibroin besteht zu mehr als 50% aus Alanin und Glykokoll. Immerhin bedingt die anatomische Zu- sammengehrigkeit eine Reihe chemischer Eigentmlichkeiten, die allen Gerst- eiweien gemeinsam sind. Ihre Funktion besteht darin, da sie dem Krper als Sttze und Decke dienen und dem leben- den Protoplasma der Organe Form und Zusammenhalt verleihen, und sie haben daher alle die physikalische Eigenschaft groer Festigkeit. Dabei kann es sich entweder um die durch Einlagerung von Mineralbestand- teilen bedingte auerordentliche Hrte der Knochen der Wirbeltiere oder der Schalen der Weichtiere oder anderer zum Schutze dienenden Bedeckungen vieler niederer Tiere handeln, fr die meist Gersteiweie die organische Grundsubstanz liefern. Oder es handelt sich um Krper von hoher Elastizitt, wie bei den Sehnen und den aus elastischem Gewebe bestehenden Krperteilen; oder end- lich es wird nur, wie bei dem gewhnlichen Bindegewebe, ein gewisser Grad von zhem Zusammenhalten ohne eigentliche Festig- keit verlangt. Eine Eigenschaft mssen aber alle Gerstsubstanzen haben, und das ist ihre vollstndige Unlslichkeit in allen tierischen Flssigkeiten. Alle Gersteiweie sind in Wasser und Salzlsungen ganz unlslich, meist aber auch in verdnnten Suren oder Alkalien kaum lslich, sondern sie knnen nur durch Eingriffe in Lsung gebracht werden, die diese ihre Grundeigenschaft aufheben und von denen wir auch sonst wissen, da alle Eiweikrper durch sie zerstrt und chemisch verndert werden. Da wir einen chemischen Krper nun nicht wohl anders als in Lsung vollstndig untersuchen knnen, so gehrt es zur Charakteristik der Gersteiweie, da sie im nativen Zustande, wie sie im Krper vorkommen, unzugnglich sind und immer erst, nachdem sie mannigfachen Vernderun- gen unterworfen wurden, zur Untersuchung kommen. Die Isolierung, die Feststellung der chemischen Individualitt, der Eigen- schaften und der Zusammensetzung der lbuminoide ist daher noch viel schwerer als bei den Zelleiweien, die im Protoplasma doch im halbflssigen, halbgelsten Zustande vorkommen. Was die physikalischen Eigenschaften der nativen Eiweie anlangt, ihren kolloidalen Charakter und was damit zusammenhngt, so ist ein Vergleich mit fleh im festen Aggre- gatzustande befindlichen Gersteiweien nicht wohl mglich. Nur das leichtest ls- liche unter den Gersteiweien, das Kollagen, macht hiervon eine Ausnahme; das aus ihm durch kurzes Kochen entstehende Glutin, der Leim, erstarrt beim Erkalten seiner Lsungen zu einer Gallerte, eine Eigenschaft, die seinen Umwandlungsprodukten nicht mehr zukommt und die daher wohl mit der Lslichkeit der genuinen Eiweie, die ihnen I bei der Denaturierung verloren geht, ver- glichen werden kann. Auch von dem Moleku- largewicht kann bei festen Krpern nicht wohl die Rede sein. Die Abgrenzung der Gersteiweie gegen die brigen Eiweie ist eine scharfe, hchstens knnte man von einigen Uebergngen zu den Murinen reden, etwa dem Chondromucoid; die Aehnlichkeit beruht indessen nicht auf ! der chemischen Uebereinstimmung der be- treffenden Krper, sondern darauf, da sie im Organismus zu einer funktionellen Einheit zusammengefat sind. Schwieriger ist da- gegen die Abgrenzung (TPO'Pll b c b C11 eine Reihe nicht eiweiartiger Gerstsubstanzen, die bei niederen Tieren vorkommen, wie das Hyalin, und die chemisch kaum bekannt sind. Glutin, Keratin, Elastin, Fibroin, Spongin. Koilin, Konchiolin, Amyloid usw. sind gut charakterisierte Stoffe. Eine Anzahl wenig Eiweikrper 139 gekannte Krper sind als Albumoide zu- sammengefat. Eine wesentliche Eigentmlichkeit der Gersteiweie, die ebenfalls durch ihren anatomischen Charakter bedingt ist und die ihre Beschreibung erschwert, ist ihr Altern. Die Zellen werden durch ihren Stoff- wechsel fortwhrend neu ergnzt und altern nicht; die Zelleiweie und die lslichen Eiweie bleiben im Laufe des Lebens der Tiere dieselben. Wohl aber verndert sich im Alter die Zwischensubstanz in erheblicher Weise ; sie nimmt an Masse zu und wird fester und hrter. Besonders an dem eigentlichen Bindegewebe ist dies deutlich; whrend junges Bindegewebe berwiegend aus Zellen mit wenig und weicher Grundsubstanz besteht, bildet diese im Alter, etwa bei Narben- gewebe, eine derbe, zhe, feste Masse, die mit der Grundsubstanz des jungen Gewebes physikalisch kaum mehr eine Aehnlichkeit hat. Auch bei den anderen Gersteiweien, besonders bei denen, welche die Gerste oder Schalen der Wirbellosen bilden, spielen diese Altersunterschiede eine Rolle. Das- selbe Gewebe, das im jugendlichen Zustande weich und biegsam war, ist im Alter, zumal wenn noch Kalkeinlagerungen dazu kommen, steinhart. Chemisch ndert es sich dabei nicht, aber die Lslichkeit nimmt mit dem Festerwerden naturgem immer mehr ab, so da Kollagen und Elastin dem Keratin hnlich werden, whrend ihre Spaltungs- produkte, ihre Reaktionen und ihre Zusam- mensetzung die frheren geblieben sind. 1. Kollagen; Leim. Die Fibrillen des gewhnlichen Bindegewebes, die Grund- substanz der Knochen und Knorpel, bestehen aus leimgebendem Gewebe" oder Kollagen. Wenn man dies Kollagen mit kochendem Wasser behandelt, so geht es in Lsung, und diese in Wasser lsliche Substanz nennt man Glutin, Leim oder Gelatine. Die wichtigste Eigenschaft des Glutins ist, da es beim Abkhlen seiner Lsungen auf Zimmertemperatur zu einer Gallerte erstarrt, die sich beim Erwrmen wieder auflst, um beim Erkalten von neuem zu entstehen. Das Kollagen ist naturgem wenig be- kannt. Das Kollagen des gewhnlichen Binde- gewebes ist in Pepsinsalzsure sehr leicht lslich, in Trypsin dagegen in unverndertem Zustande unlslich, was zur Isolierung des Bindegewebes in mikroskopischen Prparaten benutzt wird. Die Uliverdaulichkeit des Binde- gewebes in Trypsin verwendet man auch zur Prfung auf das Vorhandensein von Pepsin bei Patienten (Schmidt sehe Probe). Man gibt Stckchen rohen Fleisches zu essen, das durch Pepsin ganz gelst wird. Fehlt das Pepsin aber, so werden die Muskelfasern durch Trypsin gelst, das Bindegewebsgerst erscheint aber im Kot. Das Kollagen wird in Trypsin ebenfalls lslich, wenn es in Suren gequollen und dann durch Erwrmen in Wasser auf 70 u wieder geschrumpft ist. In den Sehnen und verwandten Geweben, z. B. dem Ligamentum nuchae kommt Kolla- gen mit Elastin und Mucin zusammen vor, auch hier in Fibrillen angeordnet. Aus dem Kollagen entsteht der Leim verschieden leicht, am schnellsten durch Kochen mit Suren; aber auch anhaltendes Kochen mit Wasser bringt das Kollagen in Lsung. Die Zeit, die hierfr erforderlich ist, wechselt bei den einzelnen Glutinen sehr; leicht lslich ist das Kollagen der Fischschuppen; den Leim aus Tracheal- knorpel vom Rind oder dem Nasenknorpel des Schweins erhlt man durch bloes Er- wrmen auf dem Wasserbade, whrend der Ohrknorpel vom Schwein Erhitzen auf 110 erforderte. Worin die Umwandlung des leimgebenden Gewebes in Leim ihrem Wesen nach besteht, ist unbekannt. Das Glutin oder der Leim ist im trockenen Zustande ein farbloses, amorphes Pulver. In der Regel aber kommt er in glasigen noch wasserhaltigen Stcken vor, der be- kannten kuflichen Gelatine. Wie bei allen Gersteiweien schwankt die Zusammenset- zung, Lslichkeit usw. je nach der Art der Vorbehandlung etwas. Sind doch die Fibrillen stets in Gemenge mit anderen Gewebebe- standteilen, aus denen Eiweikrper u. a. mit dem Leim in Lsung gehen und wenn man durch strkeres Kochen oder Lsungs- mittel diese Beimengungen entfernen will, luft man dann wieder Gefahr, den Leim zu zersetzen. Gewhnlich sucht man die Bei- mengungen zu entfernen, indem man die Gewebe abwechselnd mit verdnnter Sure und verdnntem Alkali in der Klte be- handelt, mit kaltem Wasser wscht und durch Kochen den Leim in Lsung bringt. Die Analysen ergeben alle einen relativ hohen N-gehalt (18%) und einen niedrigen S- Gehalt (0,5%); auch der C- Gehalt ist niedrig (49%), was sich in der niedrigen Verbrennungswrme uert. Wichtiger sind die Spaltungsprodukte, bei denen die kleinen Differenzen in der Reinheit eine geringere Rolle spielen. (Vgl. Tabelle in Abschnitt 4.) Leim enthlt 16 bis 19% Glykokoll, viel Prolin und Lysin, reichlich Arginin, dagegen kein Tyrosin und Tryp- tophan. Mit dem hohen Gehalt an Glykokoll, dem Fehlen der Tyrosins und Tryptophans steht die relative Schwerverdaulichkeit des Leims im Einklnge. Es liefert Antipepton in Filter Ausbeute, ebenso Pepsinalbumosen und Kyrin. 140 Eiweikrper Salpetersure fllt nicht, ebensowenig die meisten Schwermetalle; die Nieder- schlge mit Platinchlorid, Zinnchlorid sind in der Siedehitze lslich, und kehren beim Erkalten zurck, ebenso die mit Gerbsure und Pikrinsure. Der Niederschlag mit Phosphorwolframsure ist hitzebestndig. Ferrocyankalium und Essigsure geben mit Leim auer bei besonderen Bedingungen keine Fllung, was seit Alters als charak- teristisch gilt. Bei der Fllung des Leims mit Gerbsure ist (vgl. Abschnitt 9 und 11) ein bestimmtes optimales Verhltnis ntig. Eine vollstndige Fllung kommt nur zustande, wenn Leim und Gerbsure im Verhltnis 1:0,7 vorhanden sind. Bei einem Ueberschu von einem der beiden Bestandteile lst sich der Niederschlag teilweise wieder auf. Locker vermag Leim aber nicht nur diese, sondern die dreifache Menge Tannin zu binden. Dem frischgefllten Leimtannat entzieht Alkohol einen Teil des Tannins, ist der Niederschlag aber einmal getrocknet, so ist er unzersetzlich, geworden, und gibt auch an Alkohol keine Gerbsure ab. Auf der Bildung dieses be- stndigen, nicht zersetzlichen, kaum angreif- baren Leimtannats beruht bekanntlich das Gerben der Haut zu Leder. Der Leim ist in kaltem Wasser, in Salz- lsungen, Suren und Alkalien unlslich, quillt aber darin auf. Die Quellung ist in Suren und Alkalien viel strker als in reinem Wasser; das Aufquellen der Haut in alkalischen Lsungen ist ja bekannt. In heiem Wasser ist der Leim uerst ' leicht lslich; eine derartige Lsung erstarrt beim Abkhlen zu einer Gallerte, die je nach der Konzentration die derbe Konsistenz des Tischlerleims besitzt oder dnn und zitternd ist. Reine Gelatine erstarrt, je nach der Konzentration, bei 18 bis 25, beim Er- wrmen schmilzt sie bei 26 bis 29. Der Schmelz- und Erstarrungspunkt wird aber durch Salze und durch organische Kristalloide beeinflut. Diese Fhigkeit, zu gelatinieren, kommt nur dem unvernderten Leim zu, nicht aber seinen Umwandlungsprodukten, den Gelatosen oder Glutosen, oder dem Glutinpepton. Wenn eine Leimlsung daher mit irgendwelchen Mitteln behandelt wird, durch die Eiweikrper in Albumosen ge- spalten werden, so verliert sie die Fhigkeit, zu erstarren. Dies geschieht durch Kochen mit Wasser mit oder ohne erhhten Druck ferner durch Kochen mit Suren und Alkalien, durch die Pepsin- und die Trypsinverdauung und die Fulnis. Aber noch bevor es zu dieser Spal- tung kommt, tritt ein Stadium ein, in dem Leimlsungen sonst unverndert sind, aber nicht mehr gelatinieren, ein Zustand, den man der Denaturierung des Eiwei ohne weitergehende Spaltung vergleichen kann. Bei Krpertemperatur gehaltene Leimlsun- gen verlieren ihre Gelatinierfhigkeit in der Regel ziemlich rasch, oft in 1 bis 2 Tagen. Durch trockenes Erhitzen verliert Ge- latine umgekehrt ihre Lslichkeit in warmem Wasser. Bei subkutaner, noch mehr bei intra- venser Injektion kommen dem Leim gewisse Giftwirkungen zu. Es kommt zu Sopor, Temperaturerniedrigung und Tod. Auerdem beschleunigt er die Blutgerinnung. Hornhaut- und Fischschuppen- kollagen. Das bisher geschilderte Glutin ist das aus Bindegewebe oder Sehnen gewonnene. Genau so verhlt sich das Kollagen in Horn- haut und Sclera und das aus den Fisch- schuppen. Die Hornhauttrockensubstanz besteht zu 80%, die der Sclera zu 87% aus Kollagen. Der Rest kommt grtenteils auf Mucoid. Die Linse und die brigen Teile des Auges enthalten kein Kollagen. Die Fischschuppen bestehen zu 1 / 5 aus dem Ichthylepidin (siehe unten), zu 4 / 5 aus Kollagen, das sich durch die Leichtigkeit auszeichnet, mit der es zu Glutin wird. 1 Wenn man Muskeln in Wasser kocht, geht Glutin oder Gelatosen in Lsung, finden sich daher im kuflichen Fleisch- extrakt. Knorpelkollagen. Die Grundsubstanz des Knorpels besteht aus einem Gemenge von Kollagen und einem Mucoid, dem Chondromucoid. Auerdem ist im Knorpel ein Bestandteil der Chondro mucoids, die Chondroitinschwefelsure , noch frei ent- halten, und ferner noch ein Gersteiwei (Albumoid, siehe unten), das sich aber nur in altem Knorpel findet. Das Balkennetz der lteren Knorpel besteht aus diesem Gersteiwei und Kolla- gen, die davon umschlossenen, durch anderes Verhalten gegen Farbstoffe sich abhebenden Chondrinballen aus Kollagen und Mucoid. Durch verdnnte Suren bei 40 wird aus dem Knorpel ein Gemenge von Glutin mit Chondroitinschwefelsure, durch Kochen im Papinschen Topf ein solches von Glutin, Mucoid und der Sure erhalten. Dies Ge- menge wird zum Unterschiede von gewhn- lichem Glutin nicht durch Tannin gefllt, weil die Chondroitinschwefelsure die Eigen- schaft besitzt, die Fllung zu verhindern. Knochenkollagen. Ossein. Die Grundsubstanz des Knochens besteht gr- tenteils aus Kollagen und Kalksalzen, die in dieses eingelagert sind. Auerdem enthlt er ein Albumoid (siehe unten) und ein Mucoid, das dem Chondromucoid hnelt (siehe unten). Die Bildung des Knochenleims aus dem Kollagen scheint schwer zu sein. Das Ossein, d. h. entkalkter Knochen, wird Eiweikrper 141 von Pepsin so leicht gelst wie anderes Glutin. Auch Bindegewebe von Wirbellosen be- steht, soweit untersucht, aus Kollagen, der Seidenleim gehrt aber nicht hierher. 2. Keratin. Das Keratin bildet die Hornsubstanzen des menschlichen und tieri- schen Krpers, also die verhornten oberen Schichten der Epidermis, die Haare, Federn, Ngel, Hufe, Hrner usw. Das sogenannte Neurokeratin bildet einen Teil der Scheide der markbaltigen Nerven. Auch der orga- nische Bestandteil der Eierschalen ist ein Keratin. Das Keratin ist von allen Albuminoiden wohl das unlslichste. Es ist in Wasser, verdnnten Suren und Alkalien ganz unls- lich, selbst Kalilauge von 10% lst nur in der Hitze; in der Klte ist eine Lauge von 20% zur Lsung erforderlich, und dann ist das Keratin natrlich ganz zersetzt. Auch die Verdauungsfermente vermgen Keratin kaum aufzulsen. Auf welche Weise die Raupe der Pelzmotte sich ihre Nahrung verschafft, ist nicht bekannt. Eine Kenntnis der Lslich- keit usw. des Keratins als solchen ist daher unmglich; andererseits sichert gerade die vollstndige Unlslichkeit des Keratins eine gewisse Genauigkeit seiner Analysen. Denn durch aufeinanderfolgende Behandlung mit Suren, Alkalien, Pepsin und Trypsin lassen sich schlielich alle anderen Eiweistoffe usw. entfernen, und es bleibt reines Keratin zurck. Bei der Analyse war am auffallendsten immer der hohe S- Gehalt, der bei Menschen- haaren bis 6,3, bei anderen Haaren und Eierschalen wenigstens auf 4,3% steigt, und bei Hrnern und Klauen auch noch 2,6 bis 3% betrgt. Dabei enthlt auch das Keratin kein anderes S-haltiges Spaltungs- produkt als das Cystin, das demnach 20% des Molekls ausmachen mu. Bei der Surespaltung erhlt man freilich immer nur einen Teil, da sich das Cystin unter Bildung von Schwefel, Schwefelwasserstoff, Ammo- niak und Humin zersetzt. Sonst ist noch der relativ hohe Gehalt an Glutaminsure zu erwhnen. Tyrosin ist reichlich vorhanden, doch nicht mehr als etwa im Casein, Glyko- koll nur in geringer Menge, ebenso die Basen. (Vgl. Abschnitt 4, Tabelle.) An den Keratinen sind Untersuchungen darber angestellt worden, ob die Keratine verschiedener Herkunft verschiedene Mengen Bausteine enthalten, mit dem Ergebnis, da die Zusammensetzung der einzelnen Keratine verschieden sein mu; man mte denn annehmen, da etwa die Menschen- haare reines Keratin seien, die anderen Hornsubstanzen andere Eiweikrper beige- mengt enthielten, wofr anatomisch kein Anhaltspunkt vorliegt. Fr Pepsin und Trypsin ist das Keratin im allgemeinen nicht angreifbar; sogar die dnnen Haare passieren den Verdauungs- kanal des Hundes unverndert. Nur junges Keratin ist etwas angreifbar. Die durch berhitzten Dampf gebildeten Stoffe, das Atmidkeratin und die Atmidkeratosen, sind dagegen verdaulich. Der Nachweis des Keratins grndet sich darauf, da die Millonsche und besonders die Schwefelbleireaktion sehr stark aus- fallen, und da die Substanz in Suren und Alkalien unlslich und gegen Pepsin und Trypsin resistent ist. Auf Grund dieser Defi- nition ist von jeher auer den eigentlichen Hornsubstanzen auch die organische Grund- substanz der Schale des Hhnereies zu den Keratinen gerechnet worden, auch die Ei- schale eines eierlegenden Sugetiers, des Ameisenigels (Echidna histrix), und die Eierschale des Krokodils besitzen die physi- kalischen Eigenschaften des Keratins und enthalten 5% Schwefel. Auch bei dem Echidna-Keratin hngt die Resistenz gegen Pepsin vom Alter ab. Eine Reihe anderer Eischalen enthlt dagegen Eiweikrper, die keinen besonders hohen Schwefelgehalt besitzen und die keine Keratine sind. Unter- sucht sind die Eierschalen von Schildkrten, Schlangen und verschiedenen Haifischen. Es fand sich reichlich Tyrosin, wenig basischer Stickstoff, und bei der Untersuchung der Aminosuren wenig Charakteristisches. Das sogenannte Neurokeratin ist trotz seiner Anordnung in uerst dnner Schicht noch resistenter, selbst gegen recht starke Alkalien, als das Keratin der Epidermis, und bleibt daher zurck, wenn man Nervengewebe nacheinander mit Alkohol, Aether, Suren, Alkalien und Fermenten behandelt. Man erhlt es als ein hellgelbes Pulver, das alle Eiweireaktionen gibt. Die Analysen er- gaben einen auffallend hohen Kohlenstoff-, einen etwas niedrigeren Schwefelgehalt als bei dem anderen Keratin. Unter den Spal- tungsprodukten findet sich viel Tyrosin, wenig Histidin. etwas mehr Lysin und Arginin; er liefert auch viel Humin. Das Neurokeratin bildet einen Teil der Scheide der markbaltigen Nerven der Wirbeltiere und kommt daher in Gehirn, Rckenmark, Retina und in peripheren Nerven reichlich vor; im Zentralnervensystem macht es etwa 15 bis 20% der von den Myelinsub- stanzen befreiten Trockensubstanz aus. im N. ischiadicus 0,3 % des frischen Nerven. Im Baiichstrang des Hummers findet sich kein Neurokeratin, dafr Chitin. Aufgefhrt sei hier auch das Koilin. Es bildet die uerst feste und harte Hornschicht, die den Muskel- magen der krnerfressenden Vgel auskleidet. Es ist ein erhrtetes Drsensekret. Nach seiner Zusammensetzung hat das Koilin 142 Erweikrper nichts mit den Keratinen zu tun, es hnelt ihnen nur darin, da es unverdaulich ist, und durch Alkalien und Suren nur beim Sieden gelst wird. 3. Elastin. Das Elastin bildet, in Fasern angeordnet, das elastische Gewebe, sei es zu einem dicken, derben Strang ver- einigt, wie in dem oft untersuchten Ligamen- tum nuchae des Ochsen, sei es zu flchen- haften Gebilden ausgebreitet, wie in den Fascien und der Wand der Aorta, sei es endlich in einzelnen Fibrillen in anderes Bindegewebe eingefgt, wie in den Sehnen und dem gewhnlichen Bindegewebe. Das Elastin ist nicht viel leichter lslich als das Keratin; in der Klte wird es von 5 prozentiger Sure nicht, von 1 prozentiger Kalilauge selbst in derHitze kaum angegriffen. Dagegen wird es von Pepsin-Salzsure wie von Trypsin verdaut und, wenn auch langsam, in Albumoseu zerlegt. Die Reindarstellung besteht wie bei dem Keratin darin, da Eiwei, Leim und andere Krper durch wechselnde Behandlung mit Suren und Alkalien in Hitze und Klte entfernt werden und das Elastin zurckbleibt. Die Analysen ergeben einen auffallend hohen C- Gehalt und einen uerst niederen S- Gehalt (Spaltungsprodukte vgl. Abschnitt 4). Unter den Spaltungsprodukten macht Glyko- koll ber 25% aus, Leucin ist reichlich vor- handen, auch Alanin und Phlenylalanin ; Tyrosin findet sich nur in Spuren, fehlt vielleicht ganz. Audi Tryptophan fehlt. Die 3 Basen sind vorhanden. Ueber das Hemielastin siehe Abschnitt 8. 4. Fibroin und Seidenleim. Die von der Seidenraupe gesponnenen Fden be- stehen aus Fibroin, das von einer leimartigen Hlle umgeben ist. Die Rohseide ist daher abgesehen von Salzen usw. ein Gemenge von Fibroin und Seidenleim oder Sericin. Lom- bardische Rohseide liefert gegen 70% Fibroin, der Rest ist Leim. Andere Seiden liefern meist weniger Leim (siehe unten). Auch technisch degommierte Seide enthlt noch Leim. Der Seidenleim hat die Lslichkeitsver- hltnisse des Glutins. Das Fibroin ist da- gegen in Wasser, auch berhitztem, in ver- dnnten Suren und Alkalien unlslich, und man hat daher das Auskochen der Seide im Papin sehen Topfe von jeher zur Trennung ihrer Bestandteile benutzt. Durch Kochen der Seide bei streng neutra- ler Reaktion erhlt man das Fibroin unver- ndert. Es besitzt noch die Festigkeit des Seidenfadens, aber nicht mehr den vollen * danz und die Weichheit; auch ist die Hygro- skopizitt vermindert. Durch Suren und Alkalien wird es dagegen zersetzt und in eine brchige Masse verwandelt. Starke, kalte Salzsure lst, und aus dieser Lsung lt ber 5% sich durch Alkali ein Albuminat gewinnen, das Sericoin, das betrchtlich weniger Stick- stoff enthlt. Daneben entstehen Albumoseu und Peptone. Pej sin und Trypsin greifen Fibroin nicht an, auch im Darm der Suge- tiere werden-Seidenfden, selbst in Monaten, nicht gelst. Leukocyten zerstren es da- gegen schlielich. Der Seidenleim verhlt sich in bezug auf die Lslichkeit usw. hnlich wie Glutin. Die Untersuchung der Spaltungsprodukte hat aber ergeben, da Seidenleim weder mit Leim noch mit Fibroin etwas zu tun hat. Von groem Interesse ist der Aufbau des Fibroins aus seinen Bausteinen (vgl. Tabelle in Abschnitt 4). Es weicht danach erheblich von den brigen Eiweien ab, da es zu mehr als der Hlfte aus Glykokoll und Alanin besteht und 10% Tyrosin enthlt. Leucin, Glutamin- und Asparaginsure treten da- gegen stark zurck, und ebenso die Basen, von denen Lysin und Histidin nicht einmal ganz sicher gefunden sind. Ammoniak ist nur in Spuren vorhanden. Cystin und Schwe- fel scheinen zu fehlen. Infolge der beschrnk- ten Zahl der Bausteine ist das. Fibroin relativ weitgehend aufgelst. An dem Fibroin sind systematische Unter- suchungen darber angestellt worden, ob die Eiweikrper des gleichen Gewebes bei nahestehenden Arten oder Rassen identisch sind oder nicht. Der Tyrosingehalt ist recht konstant, der Gehalt an Alanin und besonders an Glykokoll weist dagegen so bedeutende Differenzen auf, da die einzelnen Fibroine jedenfalls nicht identisch sein knnen. Die Analysen des Fibroins weisen einen hohen N- und niedrigen C- Gehalt auf. Dem Fibroin hneln in seiner Zusammen- setzung die Spinnenfden, das Gespinst der groen Spinne Nephila madagascariensis. Auch der Byssus der Muschel Pinna nobilis, der aus seidenartigen Fden besteht, gehrt hierher. Der physikalischen Aehnlichkeit entspricht hier also der chemisch hnliche Bau. Auch das Elastin hat ja eine gewisse Aehnlichkeit mit dem Fibroin und enthlt wenigstens viel Glykokoll, wenn auch weniger Alanin. 5. Spongin. Gorgonin. Die Gerst- substanzen der Schwmme und Korallen sind Halogeneiweie und werden bei diesen be- sprochen. Das Spongin des Schwammes enthlt viel Glykokoll, Prolin, Glutaminsure, Lysin und Arginin, das Gorgonin der Edel- koralle enthlt dagegen kein Glykokoll. Cystin ist vorhanden, aber nicht viel, so da eine Zugehrigkeit zu den Keratinen, an die man wegen der Hrte und Schwerlslich- keit gedacht hat, nicht besteht. Spongin lst sich besonders leicht in Kupferoxyd- ammoniak. (3. Konchiolin. Die Schalen der Schnek- Eiweikrper 143 ken enthalten massenhaft Kalksalze. Nach ihrer Entfernung bekommt man elastische Hute, die etwa 1% der Schalen ausmachen. Sie werden als Konchiolin bezeichnet. Dieses ist in Suren und in berhitztem Wasser nur schwer lslich, ziemlich leicht dagegen in Alkalien, wenigstens verhlt sich das junge Konchiolin so, das alte ist nach Voit viel unlslicher. Tyrosin ist reichlich vorhanden, auch Glykkoll und die Basen sind nachgewiesen. In den Muschelschalen ist das Konchiolin in deutlichen Lamellen angeordnet, die ver- schieden gefrbt sind, aber keine erheblichen chemischen Differenzen zeigen. 7. Amyloid. Das Amyloid ist eine Substanz, die dem normalen Krper fremd ist, und die sich nur unter pathologischen Verhltnissen bildet. Es kommt in zweierlei Gestalten vor, einmal in Form der sogenann- ten Corpora amylacea im Gehirn und an anderen Orten, dann aber in massenhaften Ablagerungen von amyloider Substanz in dem Parenchym der Leber, Milz, Niere usw. bei der Amyloiddegeneration oder speckigen Entartung dieser Organe, wie sie bei chroni- schen Eiterungen, Kachexien usw. auftritt. Das Amyloid bildet hier glnzende, homogene Schollen; bei massenhafter Entwicklung sind die Organe vergrert, derb, fast holz- artig und sehen eigentmlich speckig und glasig aus. Es soll regelmig in der gesunden Aorta, gelegentlich auch in altem Knorpel ein Krper vorkommen, der die Eigenschaften des Amyloids zeigt ; danach wre das Amyloid kein ausschlielich pathologisches Produkt. Charakteristisch fr das Amyloid sind einige Farbenreaktionen: 1. Mit einer Jodjodkaliumlsung frbt es sich nicht hellgelb wie anderes Gewebe, son- dern dunkelbraunrot oder mahagonibraun; behandelt man das mit Jod gefrbte Amyloid mit Schwefelsure oder mit Chlorzinklsung, so wird es noch dunkler braun oder feuerrot oder violett oder mehr blau oder grn; mit- unter tritt auch schon bei der Behandlung mit Jodlsung allein eine Violettfrbung auf. 2. Mit Methylviolett frbt sich das Amy- loid schn rubinrot, mitunter auch mehr rosa oder rotviolett, nicht blau oder blauviolett wie die normalen Gewebe. Zur Darstellung hat man die sorg- fltig zerkleinerten Organe (Milz und Niere) mit viel 0,1- bis 0,2 prozentigem Ammoniak von Nucleinsubstanzen und anderem Eiwei befreit, den Rckstand gut mit Wasser gewa- schen, das im Rckstand befindliche Amyloid mit 0,5- bis 1 prozentigem Barytwasser in 10 bis 15 Minuten gelst, mit Salzsure ausgefllt, mit Wasser gewaschen und mit Alkohol und Aether getrocknet. Nor- male Organe enthalten kein Eiwei, das sich in Barytwasser von 0,5% lst, und in Ammoniak von 0,2 % nicht. Indessen hat man in frherer Zeit, in der langdauernde Eiterungen hufiger waren als heute, an- scheinend viel mchtigeres und darum schwe- rer lsliches Amyloid in Hnden gehabt. Das Amyloid ist in kaltem Wasser und Salzlsungen ganz unlslich, durch tage- langes Erhitzen mit Wasser geht es auch nur zum Teil in Lsung, leichter durch Er- hitzen unter Druck. In Suren lst sich derbes Amyloid nur sehr schwer, fein ver- teiltes leichter; dasselbe gilt von Pepsin. Durch vorhergehende Einwirkung von Natron- lauge wird die Verdaulichkeit fr Pepsin erhht. Durch Pepsin entstehen iVlbumosen und Peptone, die beide Farbenreaktionen des Amyloids noch sehr schn, zum Teil ausgesprochener als die Muttersubstanz geben. Von den Spaltungsprodukten sind die Basen genauer untersucht, sie sind nicht in besonderer Menge vorhanden. 8. Ichthylepidin. In den Fischschup- pen findet sich zusammen mit einem Kol- lagen ein besonderes Eiwei, das Ichthy- lepidin. Es bildet etwa 20 % der gewhnlichen Schuppen der Teleostier, fehlt dagegen bei den Ganoidschuppen. Bei Teleostiern fehlt es nur in den Schuppen der Schleie. Der N- Gehalt ist niedrig, Glykkoll ist vorhanden, sonst bieten die Spaltungsproukte nichts Be- sonderes. Es ist in Wasser unlslich, auch beim Kochen, selbst mit berhitztem Wasser- I dampf nur teilweise lslich. In verdnnten I Suren und Alkalien ist es in der Hitze, I in konzentrierten auch in der Klte lslich. j Pepsin und Trypsin lsen es auf. 9. Andere' Gersteiweie (Albu- moide). Unter dem Namen Albumoide, der eigentlich nur ein seltener gebrauchtes Syno- nym fr Albuminoide ist, sollen eine Anzahl Substanzen zusammengefat werden, die sonst nicht unterzubringen sind, und die eine Reihe gemeinsamer Eigenschaften haben , Sie bilden die Membranae propriae mancher Drsen, die Glasmembranen und hnliches, das Sarkolemm, den festen Bestandteil der Linse usw. Chemisch ist ber diese Krper meist herzlich wenig bekannt, vor allem, weil sie meist in sehr handen sind. In Bezug auf Lslichkeit und Verdaulich- keit erinnern sie an das leimgebende Gewebe, von dem sie sich aber dadurch scharf unter- scheiden, da sie kein Glutin liefern. Sie bleiben zurck, wenn man aus einem Gewebe alle in Wasser, Salzlsungen oder verdnnten Alkalien lslichen Eiweikrper herauslst. Das Sarkolemm, aus dem die Hllen der Muskelfasern bestehen, unterscheidet sich dadurch von den Bindegewebsfibrillen, das es von Trypsin ohne weitere Vorbereitung verdaut, dagegen durch Osmiumsure un- verdaulich gemacht wird. Ebenso verhlt geringer Menge vor- 144 Eiweikrper sich der hutige Teil der Schwannschen Scheide, sehr hnlich die Membranae pro- priae der Harnkanlchen, der Magendrsen und des Pankreas, sowie die Substanz, aus der die Linsenkapsel und die Descemet sehe Membran bestehen. Die letztere wird als Membran in bezeichnet. In Knorpel und Knochen findet sich ein solches Albumoid, das zurckbleibt, wenn alles lsliche Eiwei, Mucoid und Glutin entfernt wird. Ein anderes Albumoid bildet zusammen mit den Kristallinen die Linsen- fasern. Bei den Linsen von ausgewachsenen Rindern bildet das Albumoid 48% der Eiweikrper, 17% der frischen Linse; seine Menge hngt indessen vom Alter ab ; in den inneren, lteren Schichten ist es viel reich- licher vorhanden als in den jungen ueren. Die Chorda dorsalis der Knorpelfische, ein an festen Bestandteilen sehr armes Gewebe, enthlt weder Glutin noch ein Murin oder Mucoid, dagegen einen Eiwei- krper, der sich in Alkalien ziemlich leicht lst, von Suren gefllt wird und durch Pepsin leicht verdaut werden kann. Mit dem Namen Retikulin bezeichnet man einen Krper, der zusammen mit Kolla- gen das retikulre Gewebe der Darmmucosa bildet. Es ist pbosphorhaltig. Ferner gehrt zu den Albumoiden die frher fr Chitin gehaltene Cuticula des Regenwurms. B. Umwandlungsprodukte. Die Umwandlungspro dukte wurden im allgemeinen Teil besprochen. C. Die Proteide oder die zusammen- gesetzten Eiweikrper. Die Proteide sind Verbindungen eines oder mehrerer Eiweikrper mit einem Krper, der kein Eiwei ist, einer prosthetischen Gruppe". Diese letztere bedingt ihre beson- deren Eigenschaften und ihre Einteilung. Die sehr reaktionsfhigen Eiweikrper gehen mit vielen chemischen Stoffen Ver- bindungen ein, die in 9 und 10 beschrieben sind. Auch aus den Geweben und Krper- flssigkeiten lassen sich Verbindungen des Eiwei mit Lecithin in Lsung bringen, die unter dem Namen Lecithalbumin beschrieben sind. Auch von Lipoproteiden ist gesprochen worden. Hier sollen nur die 4 Gruppen ein- gehender besprochen werden, die bisher als gut gekannte Individuen in der Natur aufgefunden sind, die Phosphoproteide, die Nucleoproteide, die Glykoproteide und die Hmoglobine und Verwandte. I. Die Phosphoproteide. Die Phosphoproteide sind phosphorhal- tige saure Eiweikrper. Sie sind anfsngs mit den ebenfalls phosphorhaltigen sauren Nucleoproteiden zusammengeworfen worden, mit denen sie das eigentmliche Verhalten gegen Pepsinsalzsure gemeinsam haben. Als dann die Nucleinsure, der charakteristi- sche Paarung der Nucleoproteide, entdeckt wurde, trennte man die beiden Gruppen, behielt aber fr die hier zu besprechende Gruppe den Namen Nucleoalbumine (im Gegensatz zu den Nucleoproteiden) bei. Erst allmhlich ergab sich, da die Nucleo- albumine den Nucleoproteiden recht fern stehen, und man nennt sie daher heute Phosphoproteide. Das am meisten untersuchte Glied der Gruppe ist das Casein. Ferner gehren dazu die Vitelline aus Eiern, eine Anzahl Phospho- proteide, die physikalisch zu den Schleim- substanzen gehren, und Phosphoproteide aus dem Zellprotoplasma drsiger Organe. Die Phosphoglykoproteide werden bei den Glykoproteiden besprochen. Behandelt man die Phosphoproteide mit 1 prozentiger Natronlauge, so wird ihr ge- samter Phosphor als Phosphorsure, P0 4 H 3 , abgespalten. Die Phosphorsure mu dem- nach bis auf weiteres als die prosthetische Gruppe" dieser Eiweikrper angesehen werden. Ueber die Art und Weise, wie sie mit dem Eiwei vereinigt ist, wei man nichts, ebensowenig darber, ob sie nicht etwa erst aus einem anderen Krper hervorgeht. Doch unterscheidet sich der Phosphor der Phosphoproteide hierdurch leicht von allen anderen organischen Phosphorverbindungen, die im Krper vorkommen, und kann auf diese Weise gut bestimmt werden. Durch Sure findet diese Abspaltung von Phosphor- sure nicht statt, auch nicht durch strkere Suren. Trypsin spaltet Phosphorsure ab, aber nur einen kleinen Anteil, der Rest wird in einen wasserlslichen, noch unbekannten ! organischen Krper verwandelt, aus dem durch Alkali die Phosphorsure weniger leicht abgespalten wird, als aus dem ursprng- lichen Phosphoproteid. Ein wichtiges Charakteristikum der Phos- phoproteide ist ihr Verhalten gegen Pepsin- salzsure, die aus den Phosphoproteiden einen unlslichen, phosphorhaltigen Komplex abspaltet, und daher, whrend der Rest des Eiwei peptonisiert wird, einen Niederschlag entstehen lt. Die Ausscheidung ist hufig nur vorbergehend, und geht durch wirk- sames Pepsin wieder in Lsung. Eine derartige Ausscheidung lt sich auch bei den Nucleoproteiden beobachten; sie besteht dort aus der Nucleinsure in Verbindung | mit einer gewissen Menge von Eiwei, und wird Nuclein genannt. Die entsprechende Ausscheidung bei den Phosphoproteiden ist infolgedessen Paranuclein, Pseudonuclein oder Paranucleinsure genannt worden. Der Krper enthlt 3 bis 4% P und ist eine ausgesprochene Sure, die sich in Alkali Eiweikrper 145 lst und durch Suren gefllt wird. Bei dem meist untersuchten Casein ist die Menge des Pseudonucleins gering, bei den anderen Krpern anscheinend grer, bei einem Ichthulin werden 10 bis 15% des Eiwei von Pepsinsalzsure gefllt. Die Phosphoproteide sind ausgesprochene Suren; sie rten Lackmuspapier, sind in Wasser als solche nicht lslich, sehr leicht dagegen in Form ihrer Salze mit Alkalien oder Ammoniak; durch Suren werden sie aus diesen Lsungen frei gemacht und gefllt. Die Lsungen ihrer Salze sind nicht koagu- lierbar und knnen daher ohne Vernderung gekocht werden. Im brigen geben sie die gewhnlichen Fllungsreaktionen der Eiwei- krper. Beim Liegen in nicht gelstem Zustande werden sie nicht unlslich; auch sind sie gegen Suren relativ resistent, durch Alkalien werden sie dagegen leicht zersetzt und verndert. Dabei sind die Phosphoproteide indessen wie alle Eiweikrper amphotere Elektrolyte, und bilden auch mit Suren Salze. Essig- sure lst in der Regel erst in einem starken Ueberschu, Salzsure dagegen schon bei einer Konzentration von 0,5 bis 1%, was zur Trennung von anderen sauren Eiweien, z. B. den Mucinen, benutzt worden ist, die erst von strkeren Suren gelst werden. 1. DasCasein. Das Casein ist der haupt- schliche, charakteristische Eiweikrper der Mich. Die Caseine verschiedener Tiere sind nach Lslichkeit, Fllbarkeit und Spaltbar- keit verschieden, wie weit sie es auch in Zu- sammensetzung und Spaltungsprodukten sind, erscheint noch fraglich. Das Casein aus Kuhmilch hat folgende Zusammensetzung: C 52,96%, H 7,05%, N 15,65%, S 0,758%, P 0,847%. Die Verbrennungswrme ist 5687 cal, Spaltungs- produkte siehe Tabelle im Abschnitt 4. Die Caseine aus Ziegen- und Frauenmilch zeigen recht hnliche Mengen der Spaltungsprodukte. Bemerkenswert ist das Fehlen des Glyko- kolls und der hohe Gehalt an Tyrosin und Tryptophan. Es hngt damit zusammen, da das Casein durch Pepsin und Trypsin sehr leicht zerlegt wird; auch wird es als einziges natives Eiwei von Erepsin angegriffen. Trypsin lt nur einen kleinen Teil, hchstens 15%, ungespalten. Die Millonsche Reaktion und die Tryptophanreaktionen sind be- sonders stark, die Schwefelbleireaktion schwach. Ueber die Salze des Caseins mit Basen gilt das in Abschnitt 9 Gesagte, da es wegen der Hydrolyse unmglich ist, bestimmte Aequi- valenzverhltnisse zu bestimmen. Doch lassen sich einigermaen deutlich zwei Reihen von Salzen, neutrale und saure, unter- scheiden. Die neutralen Natrium- und Am- moniumsalze sind sehr leicht lslich, die sauren Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Bd. III. Salze sind ebenfalls lslich, doch sind die Lsungen stark opaleszent. Caseinsaures Calcium ist wesentlich schlechter, doch noch leidlich lslich, die Lsung hat aber eine ausgesprochen weie, milchige" Farbe: caseinsaures Baryum ist noch schlechter lslich. Das Eucasein ist Caseinammo- nium, die Nutrose und das Plasmon Casein- natrium. In der Milch ist das Casein als Casein- calcium enthalten und steht dabei in Ver- bindung mit phosphorsaurem Kalk. Die Art dieser Beziehung ist noch unaufgeklrt. Das Caseincalcium kann als solches die Eigentmlichkeit haben, das gleichzeitig in der Milch vorhandene neutrale Calcium- phosphat irgendwie in Lsung oder in fein suspendiertem Zustande zu erhalten, oder es kann in der Milch ein eigentliches Doppelsalz von Caseincalcium und Calciumphosphat vorliegen; jedenfalls fllt bei jeder Casein- fllung das Calciumphosphat mit aus, und ebenso das gesamte Milchfett, dessen Emul- sion auch durch das Caseincalcium vermittelt wird. Es ist daher auerordentlich schwer, das Casein von Fett und von phosphorsaurem Kalk zu befreien. Um die einzelnen Fett- kgelchen der Milch befindet sich eine Hlle, an deren Bildung auch die anderen Eiwei- krper der Milch beteiligt sind. Beim Kochen der Milch verndert sich das Casein ver- mutlich nicht, die Hautbildimg beruht wohl auf der Koagulation der beiden anderen Eiweikrper der Milch. Doch sind diese Dinge noch wenig aufgeklrt. Aus den Lsungen dieser Salze, also auch aus der Milch wird das Casein durch Mineralsuren in sehr geringer, durch Essig- sure in strkerer Konzentration gefllt und im Ueberschusse gelst; auch Kohlensure fllt. Die Darstellung des Caseins geschieht so, da man verdnnte Milch mit Essig- sure fllt, den Niederschlag in verdnntem Ammoniak oder Natriumkarbonat unter Vermeidung alkalischer Reaktion lst und das Verfahren mehrmals wiederholt. Dann wird das Casein mit Alkohol und Aether grndlich von Fett befreit und nochmals mit Essigsure und Soda behandelt, Die Entfettung kann man sich sehr erleichtern, wenn man statt der Vollmilch die fabrik- mig entfettete Magermilch benutzt. Eine Hitzekoagulation zeigt das Casein, wie erwhnt, nicht, denn die Lsungen seiner Salze knnen, ohne eine Vernderung zu erleiden, gekocht werden. Beim trockenen Erhitzen auf 120 bis 130 verliert es seine Lslichkeit. Prparate, die sehr grndlich gereinigt und entfettet sind, sind bisweilen fr die Verdauungsfermente auffallend schwer angreifbar. Zu den gewhnlichen Fllungsmitteln der Eiweikrper kommt hier noch der 10 146 Eiweikrper Kalialaun, der bei geeigneter Konzentration das Casein in der Milch ohne die anderen Eiweikrper ausfllt. Die Gesamteiweie der Milch werden durch Eintragen von Kupferoxydhydrat oder durch Tannin gefllt. Das Casein und seine Salze werden durch Kochsalz, durch Magnesiumsulfat und Natri- umsulfat ausgesalzen, wenn die Flssigkeit vllig gesttigt ist. Die Grenzen fr Ammon- sulfat sind fr die Hauptmasse des Caseins 2,2 und 3,6. Ferner wird Caseincalcium gefllt, wenn man die Lsung mit Chloroform behandelt, oder wenn man viel Tierkohle oder gebrannten Ton in die Lsung eintrgt; es fllt auch schon bei der Berhrung mit einer Tonwand aus, so da beim Durchsaugen von Milch durch Chamberlainfilter das Casein zurckbleibt, die anderen Eiweistoffe ins Filtrat gehen. Caseinnatrium lt sich durch- filtrieren. Wirken Pepsin und Salzsure oder andere eiweilsende Fermente auf Casein in Gegen- wart von Kalksalzen ein, so kommt es zu einer Gerinnung. Bei geringer Konzentration scheiden sich Flocken ab, bei hohem Gehalt an Casein, wie er z. B. in der Kuhmilch vorliegt, wird die Lsung fest und scheidet sich spter in einen festen Kuchen, den Kse, der bei der Milch auer dem Casein auch den phosphorsauren Kalk und das Fett enthlt, und eine Flssigkeit, die sogenannte Molke, die bei der Milch die beiden anderen Eiweikrper der Milch, den Milchzucker und die lslichen Salze enthlt. Man bezeich- net die Erscheinung als Labung". Das Casein zerfllt dabei irreversibel in Paracasein und in Molkeneiwei. Das Paracasein scheidet sich unlslich aus, falls Kalksalze in der Flssigkeit zur Verfgung stehen. Lange Zeit hat man die Labgerinnung fr die Wirkung eines besonderen Fermentes, des sogenannten Labfermentes gehalten. Heute ist die weitaus wahrscheinlichste Annahme, die alle Beob- achtungen erklrt, die, da die Labgerinnung einfach der erste Schritt der Caseinspaltung ist; das Paracasein ist das Acidalbumin oder die erstentstehende Albumose des Caseins, und die Gerinnung beruht darauf, da dieser im Beginn der Spaltung gebildete Krper ein unlsliches Kalksalz besitzt. Alle proteoly- tischen Fermente haben daher auch labende" Wirkung. Bei strkerer Fermentwirkung zerfllt das Paracasein weiter und der Kse lst sich. Die Bedeutung der Labgerinnung im Magen liegt darin, da durch sie die Hauptnahrungsbestandteile der Milch gleich im ersten Beginn der Magenverdauung in einen festen Krper verwandelt werden, der e im Magen liegen bleibt, und dort grndlicher verdaut wird, als es bei einer rasch ablaufenden Flssigkeit der Fall wre. Das Paracasein hat, abgesehen von der Unlslichkeit seines Kalksalzes, keine charak- teristischen Eigenschaften; der Phosphor- gehalt ist derselbe wie der des Caseins. Neben dem Casein sind in der Kuhmilch noch die zwei frher erwhnten Eiweikrper vorhanden, das Laktalbumin und das Lakto- globulin, dagegen keine Albumosen, wohl aber noch andere N-haltige Stoffe. Man rechnet gewhnlich, da in der Kuhmilch x / 7 des Eiwei auf Casein kommt, 1 / 7 auf Albumin und Globulin, und da die Menge der Extraktivstoffe gering ist, 1 / w des Stick- stoffs, 22 bis 34 mg Stickstoff in 100 ccm. Viel errtert ist die Frage, ob das Frauen- casein mit dem Kuhcasein identisch sei oder ob die zweifellos vorhandenen Unterschiede der beiden Milchsorten sich nur auf die ver- schiedenen Mengenverhltnisse der einzelnen Stoffe in der Milch bezgen. Die Spaltungs- produkte des Frauencaseins sind schon oben mitgeteilt; ihre Menge spricht mehr fr Iden- titt, ohne da die Frage nach kleinen Diffe- renzen, wie etwa zwischen den Eiweien nahestehender Pflanzen, irgendwie ent- schieden wre. Ein deutlicher Unterschied zwischen Frauenmilch und Kuhmilch besteht in der Form der Gerinnung; das Kuhcasein gerinnt in derben Flocken oder als festes Gerinnsel, das Frauencasein in feinen gallertigen Flck- chen. Doch beruht das nur auf dem ver- schiedenen Phosphatgehalt und der verschie- denen Reaktion. Ferner ist das Casein aus der Frauenmilch durch Sure nicht so gut zu fllen wie aus Kuhmilch. Nach Engel mu zumal fr Salzsure ein bestimmtes Mengenverhltnis eingehalten werden, 2 bis 3 ccm y i0 n- Salzsure, 5 bis 12 ccm V 10 n- Essig- oder Phosphorsure fr 10 ccm Milch. Bei mehr oder weniger Sure erhlt man keinen sich absetzenden Niederschlag, und auerdem gelingt die Fllung sehr viel besser, wenn die Milch erst dialysiert oder eine Zeit- lang auf 40 erwrmt wird, oder wenn sie vorher gefroren und wieder aufgetaut wird. Auch Lab gibt nur dann eine gut sich ab- setzende Fllung, wenn man die Milch vorher einige Zeit auf 40 hlt. Die Frauenmilch ist im ganzen erheblich rmer an Eiwei, die Zusammensetzung schwankt stark. Von dem Stickstoff ist Y 5 kein Eiwei, und von dem Eiwei kommen nur gegen 60% auf das Casein. Die Eselinnenmilch steht in ihrer Zu- sammensetzung und ihren Eigenschaften, auch dem Verhalten zu Lab, der Frauenmilch nahe, 2 / 3 bis 3 / 4 des Eiweies sind Casein, 10 bis 15% des Stickstoffs kein Eiwei, die Milch enthlt 0,94% Casein. 2. Vitellin. Im Eidotter der Hhner- eier befindet sich ein phosphorhaltiger Eiwei- krper, der als Vitellin bezeichnet wird. Es enthlt 12% N, 1,3% P. Es liefert kein Glykokoll, sonst bieten die Spaltungs- Eiweikrper 147 produkte keine Besonderheiten. Dagegen enthlt das Vitellin wahrscheinlich Glucos- amin, ist also ein Phosphoglycoproteid wie das Ichthulin. In seiner Lslichkeit erinnert Vitellin an die Globuline, da es auch in Koch- salzlsung lslich ist. Eingehend ist die aus dem Vitellin hervor- gehende Paranucleinsure untersucht worden, die Bunge Hmatogen genannt hat. Da das Prparat Eisen zu enthalten schien, das erst nach der Veraschung nachweisbar war, nahm Bunge an, da das Eisen im Eidotter orga- nisch gebunden enthalten sei, wie im Hmoglobin, nicht als Ion, und hielt das ,. Hmatogen" fr die Muttersubstanz des Blutfarbstoffs. Es wird indessen bei den Nucleoproteiden (Piasminsure) gezeigt wer- den, da die Anschauung von der orga- nischen Bindung des Eisens in den Phos- phoreiweien unrichtig ist. Dagegen ist das Vitellin sicher ein wich- tiges phosphorhaltiges Reservematerial. In unbebrteten Eiern sind 64,8% des Phos- phors im Lecithin, 27,1% im Vitellin ent- halten. Im Laufe der Entwickelung, beson- ders in den spteren Bebrtungsstadien, nehmen beide stark ab, das Vitellin ver- schwindet schlielich ganz, und der Phosphor wird zu Nucleinsure und zu dem phosphor- sauren Kalk des Skeletts. Auch die Froscheier enthalten reichlich Vitellin, das im Laufe der Entwickelung abnimmt. 3. Ichthulin. Ganz hnliche Krper wie das Vitellin des Hhnereies sind in den Eiern der Fische enthalten; sie sind lange bekannt und erregten die Aufmerksamkeit dadurch, da sie in kristallinischer Form, als sogenannte Dotterplttchen vorkommen. Auch hier ist der Krper wahrscheinlich mit Lecithin vereinigt. Untersucht sind die Ichthuline aus den Eiern des Karpfens des Kabeljaus, des Flubarschs und des Strs. Neben demP(0,6%)isteinGlucosamin vorhanden. Das Karpfenichthulin lst sich klar nur in Alkalien, in Salzlsungen dagegen zu einer opaleszierenden Flssigkeit, aus der es durch Verdnnen oder Durchleiten von Kohlen- sure gefllt wird. Das Barschichthuhn ist anfangs in Salzlsungen lslich, verliert die Lslichkeit aber nach der Surefllung. Zu Salzen verhlt es sich wie die tierischen Globuline. Die Paranucleinsure aus dem Kabeljau hat einen Phosphorgehalt von 10,34%. 10 bis 15% des Ichthulins werden durch Pepsinsalzsure gefllt. In der Zwischen- flssigkeit der Barscheier ist das bei den Globulinen genannte Percaglobulin enthal- ten, in den Eiern selbst findet sich kaum ein anderes Eiwei neben dem Ichthulin. Ein weiteres Phosphoglykoproteid ist bei den Glykoproteiden aufgefhrt. In Seeigeleiern (Arbacia pustulosa) findet sich kein Phosphor, der sich wie Vitellin- phosphor verhielte. 4. Mucinhnliche Phosphoproteide. Sie haben die Eigentmlichkiet, sich physi- kalisch genau wie die eigentlichen Schleim- substanzeu, die Mucine und Mucoide, zu ver- halten, d. h. die neutralen Ammoniak- oder Alkalisalze bilden zhe, fadenziehende Flssig- keiten; durch Suren werden sie gefllt, bei der Denaturierung, z. B. durch zu starke oder zu langdauernde Alkaliwirk ung, langes Kochen oder lange fortgesetzte Alkohol- behandlung verlieren sie diesen Schleim- charakter, koaguliert werden sie nicht. Sie vertreten beimRind, vielleicht auch bei anderen Tieren die Stelle der Mucine; die Schleim- substanz der Niere, Gallenblase und Gelenk- synovia der Rinder ist also ein Phospho- proteid. Diese Krper haben alle einen ziemlich hohen Schwefelgehalt; sonst verschiedene Zusammensetzung. Sie enthalten kein Kohle- hydrat; sie geben mit Pepsinsalzsure ein Pseudonuclein. Aus manchen zellreichen Organe sind ebenfalls saure phosphorhaltige Eiweikrper dargestellt wurden, und es ist angenommen worden, da Phosphoproteide zur regel- migen Zusammensetzung des Protoplasmas gehrten. Es ist in der Regel aber kaum mglich, festzustellen, ob es sich nicht um Nucleoproteicle , oder deren Gemenge mit Globulinen gehandelt hat. II. Die Nucleoproteide. Sie bestehen aus Eiwei und Nuclein- sure. a) Bau der Nucleinsuren. Die echten Nucleinsuren haben folgenden Bau: HO x HO >-C 6 H 10 O 5 -C 5 H 4 N 6 O \/ P-C 6 H 10 O 5 -C 4 H 4 N s O A X plc 6 H 10 O-C 5 H 5 N 2 O 7 HOs HO P-C 6 H 10 O 5 -C 5 H 4 N 2 Sie bestehen aus einer kondensierten Phosphorsure, die mit 4 Moleklen von Glucosiden Ester bildet. Die Glucoside be- stehen aus je 1 Molekl einer bisher noch 10* 148 Eiweikrper unbekannten Hexose und je 1 Molekl der 4 Basen Guanin, Adenin, Thymin und Cytosin. Ihre Formel ist C 43 H 61 N 15 P 4 34 , ihr Molekulargewicht ist 1455. Sie ist eine 4 basische Sure. Behandelt man die Nucleinsure in der Klte mit starker Salpetersure, so werden zunchst Guanin und Adenin vollstndig abgespalten, und ihre schwer lslichen Nitrate kristallisieren aus. Diese Kristalli- sation gelingt so leicht, selbst mit den kleinsten Mengen nucleinsaurer Salze, z. B. unter dem Mikroskop, da man sie als charakteristische Reaktion gebrauchen kann. Das Kohlenhydrat wird zu einer Sure C 6 H 10 8 oxydiert, die mit den bekannteren Suren, Zucker- oder Schleimsure, nicht identisch zu sein scheint. Bei der Spaltung durch starke, siedende Suren (meist ist Schwefelsure verwendet worden), wird das Nucleinsure-Molekl ganz zerlegt, aber die Spaltung bleibt hierbei nicht stehen, vielmehr werden durch die Suren die beiden Aminopurine Adenin und Guanin teilweise in die entsprechenden Oxypurine Hypoxanthin und Xanthin umgewandelt. Das Cytosin wird teilweise in Uracil ber- fhrt: da diese Prozesse Desamidierungen sind, findet sich dann daneben Ammoniak. Aus dem Kohlenhydrat aber entstehen neben huminartigen Substanzen Lvulinsure und Ameisensure. Infolge der sekundren Desamidierung findet man also bei der Spaltung der Nuclein- sure selbst oder bei der Hydrolyse von Nucleoproteiden oder ganzen Organen sieben stickstoffhaltige Bestandteile der Nuclein- sure, 3 Pyrimidine und 4 Purine. Die 3 Pyrimidine sind: 1. Uracil oder 2,6-Dioxypyrimidin. 2. Thymin oder 5-Methyi-2,6-dioxypyri- midin. 3. Cytosin oder 6-Amino-2-oxypyrimidin. NH CO NH CO NH=CNH 2 II II II CO CH CO CCH 3 CO CH I II I II I II NH CH NH CH NH CH Uracil Thymin Cytosin Die 4 Purinbasen sind: C 5 H 5 N 5 , das Adenin oder 6-Aminopurin, C 5 H 5 N 5 0, das Guanin oder 2-Amino-6- oxypurin, C 5 H 4 N 4 0, das Hypoxanthin oder Sarkin oder 6-Oxypurin, C 5 H 4 N 4 2 , das Xanthin oder 2,6-Dioxy- purin. N=CNH 2 HN CO HC C NH HC C NH N C N Adenin >CH N C N Hypoxanthin. CH NH CO I I OC C NH N CO I I NH 2 C C- HN C N Xanthin >CH -NH \ // N C N Guanin. CH Diese Purinderivate werden auch Nuclein- basen genannt; auch heien sie Alloxurbasen oder Xanthinbasen. Durch Kochen der Hefe-Nucleinsure unter Druck bei neutraler Reaktion werden aus ihr die beiden Purinbasen zusammen mit der Hexose, also die Glucoside, abgespalten. Sie heien Guanosin und Adenosin. Aus der Thymusnucleinsure lt sich kein Guanosin erhalten, aus dieser werden durch ver- dnnte Salpetersure Guanin und Adenin abgespalten, whrend der Rest des Molekls, die beiden Pyrimidine, die Phosphorsure und die Hexose noch zusammenhngen. Dieser Rest wird als Thyminsure bezeichnet. Neben diesen echten Nucleinsuren, wie sie bisher aus der Thymus, dem Herings- und Lachssperma und der Hefe dargestellt sind, gibt es eine zweite Gruppe, von der bisher 2 Vertreter bekannt sind, die Guanyl- sure aus dem Pankreas und die Inosinsure aus den Muskeln. Sie bestehen aus Phos- phorsure, einer Purinbase und einer Pentose, der d-Ribose, und enthalten von jedem dieser Bestandteile je ein Molekl. Bei der Hydro- lyse zerfllt die Guanylsure nach der Gleichung: C 10 H 14 N 5 8 P+ 2H 2 0= C 5 H 5 N 5 Guanylsure Guanin + C 5 H 10 O 5 +H 3 PO 4 Pentose Phosphor- sure. Die Inosinsure zerfllt nach der Glei- chung : C 10 H 13 N 4 O 8 P+ 2H 2 = C 5 H 4 N 4 Inosinsure Hypoxanthin + C 5 H 10 5 +H 3 P0 4 Pentose Phosphor- sure. Durch Spaltung mit verdnnter Schwefel- sure erhlt man aus der Inosinsure das Glucosid Inosin, das sich aus Hypoxanthin und der Pentose zusammensetzt, also Inosin- sure minus Phosphorsure ist. b) Dar Stellung und Eigenschaften der Nucleinsuren. Die Darstellung der Nucleinsuren erfolgt am besten nach dem Verfahren von Neu mann Die Organe werden zunchst mit ganz verdnnter Essigsure gekocht, der Rck- stand durch Kochen in verdnnter Natron- lauge (33:2000 fr 1000 g Organ), der noch Natriumacetat (200 g) zugesetzt ist, in Eiweikrper 149 Lsung gebracht und y 2 Stunde erhitzt. Dann fllt man das Natriumsalz der Nuclein- sure durch Zusatz des gleichen Volumens Alkohol, und wiederholt dies mehrmals. Die freie Sure erhlt man schlielich durch Fllen mit Salzsure. Eine andere Methode stammt von Schmiedeberg: er behandelt die Organe mit Kupferchlorid, wobei das nucleinsaure Eiwei sich zu lslichem, salzsaurem Eiwei und unlslichem, nucleinsaurem Kupfer um- setzt, und entfernt so den greren Teil des Eiwei. Dann wird das nucleinsaure Kupfer durch Kaliumacetat zur Quellung gebracht, nochmals gewaschen, und schlielich mit Kalilauge und Alkohol behandelt. Darin lsen sich die Reste des Eiwei, whrend das nucleinsaure Kupfer zurckbleibt. Doch scheint die so aus den Geweben isolierte Nucleinsaure auch schon nicht mehr die ursprngliche zu sein, sondern sich von dieser durch die Lslichkeit der Sure und des Kupfersalzes in Kaliumacetat zu unter- scheiden. Die Nucleinsuren sind im trockenen Zustande weie, nicht hygroskopische Pulver. Sie sind nur amorph bekannt. Sie sind in kaltem Wasser wenig, in heiem viel leichter lslich, sehr leicht lslich in Alkalien, auch in Kaliumacetat. Durch Mineralsuren werden sie gefllt und im Ueberschusse gelst. Durch Alkohol werden sie bei Zusatz von gleichen Teilen gefllt, am besten durch Salzsure- 1 haltigen 50prozentigen Alkohol oder unter ; Zusatz von Aether oder Natriumacetat. Mit ' den meisten Schwermetallengeben die Nuclein- suren unlsliche Salze, werden daher von Kupfer-, Silber-, Zink-, Blei-, Eisensalzen ge- fllt. Ferner werden sie durch Gerbsure, Pikrinsure und Phosphorwolframsure ge- fllt, sind also wie alle Purinderivate auch Basen. Die Farbenreaktionen des Eiwei geben sie natrlich nicht, auch sonst keine charakteristischen Farbenreaktionen, wohl aber tun dies ihre Derivate, besonders die Purine. Die Salze der Nucleinsaure, besonders aus den Leukocyten der Thymus, besitzen die bemerkenswerte physikalische Eigenschaft, Gallerten oder schleimartige Lsungen zu bilden. Eine 5 prozentige Lsung von nuclein- saurem Natron erstarrt beim Abkhlen auf etwa 42 zu einer glasklaren, festen, leim- artigen Gallerte, und auch 2,5 prozentige Lsungen erstarren ebenso, wenn sie Koch- salz oder Fleischwasserpeptonbouillon ent- halten. Man hat dies nucleinsaure Natron daher zur Herstellung von festen, bei 37 noch fest bleibenden, Nhrbden fr Bak- terien benutzt. Sind die Lsungen verdnnter, so erhlt man keine feste Gallerte, aber die Lsungen haben, zumal in Gegenwart von Eiwei, eine ausgesprochen zhflssige, an Mucinlsungen erinnernde Konsistenz. Vogelblut erstarrt beim Zusatz von Natronlauge durch die Nucleinsaure der kernhaltigen Blutkrper- chen gallertig, und auch menschliches Blut zeigt, zumal bei vermehrter Leukocytenzahl, noch Anzeichen davon, ebenso leukocyten- reicher Harn. Die Nucleinsuren und ihre Derivate, die Nucleine und Nucleoproteide, sind rechts- drehend. Die Eiweikomponente ist links- drehend, doch berwiegt die Drehung der Nucleinsaure. Am wichtigsten sind die Salze der Nu- cleinsaure mit Eiwei. Sie sind unlslich, verhalten sich aber wie die Salze der Eiwei- krper mit den Alkaloidreagenzien, d. h. sie werden bei mangelndem Ueberschu von Sure hydrolytisch dissoziiert. Die Nuclein- saure filt daher Eiwei nur bei saurer, nicht aber bei alkalischer oder neutraler Reaktion. Eine Zeitlang hat man angenommen, die Nucleinsaure enthalte Eisen, und zwar in organischer Bindung d. h. nicht als Ion, und schrieb dem Eisen der Zellkerne, das in dieser Weise gebunden sein sollte, eine wichtige physiologische Rolle zu. Neuerdings hat sich aber ergeben, da die Nucleinsaure, die Nucleoproteide und wahrscheinlich die Zellkerne und Zellen berhaupt eisenfrei sind. Die Nucleinsaure maskiert" nmlich Eisen. Setzt man zu einer Lsung von Meta- phosphorsure so viel Eisenchlorid hinzu, wie durch die berschssige Sure in Lsung gehalten werden kann, stumpft mit Ammoniak ab und fllt mit Alkohol und Aether, so er- hlt man einen in Wasser, Salzsure und Ammoniak lslichen Krper, in dem das Eisen mit wenig Schwefelammonium gar nicht, durch mehr auch nicht sofort nachgewiesen werden kann, und aus dem es mit Salzsurealkohol nur unter besonderen Bedingungen extrahierbar ist. Genau so verhlt sich die Nucleinsaure, die ja eine Metaphosphorsure ist. Auch sie verhindert das Eintreten der Eisenreaktionen, ohne da irgendein Grund vorliegt, an eine orga- nische" Bindung des Eisens, d. h. eine Ver- bindung, in der das Eisen nicht Ion ist, zu denken. Auch die Paranucleinsure aus den Phosphoproteiden und die Nucleoproteide maskieren in dieser Weise Eisen. Das in den Geweben etwa vorhandene Eisen wird bei der Extraktion und Darstellung der Nuclein- suren und besonders der Nucleoproteide mit diesen zusammen gewonnen, die Reak- tionen des Eisenions werden verhindert, und so kam die Lehre zustande, die Nuclein- suren und Nucleoproteide enthielten Eisen in nicht ionisierter Form. Vgl. auch das sogenannte Hmatogen aus Vitellin, das die Vorstufe des Hmoglobins sein sollte. c) Die Nucleinsuren in den leben- 150 Eiweikrper den Organismen. In derselben Weise wie durch siedende Suren wird die Nuclein- sure durch Fermente zerlegt, die sogenannten Nucleasen. Sie sind im Pankreas- und wahr- scheinlich im Darmsaft vorhanden, auerdem in der Thymus und vermutlich in anderen Organen und in Bakterien. Bei jeder Auto- lyse findet man Purinbasen und Pyrimidine. Doch ist es bisher nicht mglich gewesen, die Nuclease in gut wirksamem Zustande zu extrahieren, und auf Nucleinsure einwirken zu lassen. Die Extrakte vernderten die Nucleinsure, verloren aber vor der vollen Spaltung ihre Wirkung. Wie andere Fer- mente haftet die Nuclease bei der Extraktion der Organe an den Nucleoproteiden. Ein weiteres Ferment wirkt ebenfalls wie siedende Suren, es spaltet Adenin und Guanin in Hypoxanthin und Xanthin. Es ist in Leber, Milz, Niere, in Pflanzen, Bak- terien gefunden und als Ergebnis seiner Wirkung findet man bei der Autolyse alle 4 Purinbasen und alle 3 Pyrimidine. Im Stoffwechsel der Tiere wird die Phos- phorsure der Nucleinsure als Phosphor- sure ausgeschieden, ber das Schicksal der Pyrimidinderivate besteht noch keine Klar- heit, bei den Purinderivaten bestehen zwi- schen den Tieren groe Differenzen; beim Hund geht jedenfalls ein Teil in Allantom ber, ebenso beim Schwein, beim Menschen wird der Stickstoff der Nucleinsure in der Hauptsache zu Harnstoff, daneben wird eine Beziehung der Purinbasen zum Harn- surestoffwechsel angenommen, da die Harn- sure als 2-, 6-, 8-Trioxypurin dem Xanthin auerordentlich nahe steht, und durch fermentative Oxydation aus ihm entstehen kann. Doch ist diese Bildung der Harnsure schwerlich die einzige. Bei den Vgeln wird sie synthetisch gebildet. Ferner kommt unter den Extraktiv- stoffen des Fleisches freies Hypoxanthin vor, und auerdem das obengenannte Inosin. Ein Gemenge von Inosin und Hypoxanthin ist das Carnin des Fleischextraktes. In jungen Pflanzen, z. B. der Wicke, ist Gua- nosin gefunden, und unter dem Namen Vernin beschrieben. In anderen Pflanzen, und damit in der Nahrung der Tiere finden sich methylierte Xanthine, vor allem das Trimethylxanthin oder Kaffein, und die Dimethylxanthine Theobromin und Theo- phyllin. d) Die Nucleoproteide. Die Nuclein- sure bildet mit Eiwei die sogenannten Nucleoproteide. In den Spermatozoen einiger Fische ist die Nucleinsure als Salz, nmlich als nucleinsaures Protamin oder nuclein- saures Histon enthalten. In den Organen der Sugetiere liegen andere, noch keineswegs aufgeklrte Verhltnisse vor. Ja, es ist gelegentlich die Existenz der Nucleoproteide als besonderer Verbindungen berhaupt be- stritten worden, indem man so folgerte: Die Nucleinsure fllt Eiwei nur bei saurer Beaktion. Extrahiert man daher ein Organ mit einer neutralen oder alkalischen Flssig- keit, so kann neben dem Eiwei das darin enthaltenene nucleinsure Natron in Lsung gehen; suert man aber an, so fllt nuclein- saures Eiwei aus. Wenn man daher bei- spielsweise aus einem Wasserextrakt der Thymus mit Essigsure ein Nucleoproteid" fllt, so kann dies ein Kunstprodukt sein, das in der Zelle nicht prformiert war, und es brauchen die nucleinsauren Eiweie ebenso- wenig eine Sonderstellung einzunehmen, wie etwa die phosphorwolframsauren oder tauro- cholsauren Eiweikrper. Der Einwand ist kaum richtig, und man darf daher die Nucleo- proteide als chemische Individuen und eigene Eiweikrper ansehen. Sicher ist freilich, da die eiweifllende Eigenschaft der Nu- cleinsure, und auch mancher Verbindungen der Nucleinsure mit Eiwei, die Gewinnung und Untersuchung reiner Krper auerordent- lich erschwert. Die Nucleoproteide sind daher noch schlechter gekannt als die einfachen Eiweikrper des Zellinhaltes. Die Nucleoproteide gehen immer dann und nur dann in Lsung, wenn der Zell- kern zerfllt. Die Nucleoproteide sind also Bestandteile des Zellkerns und bertreffen damit in den zellreichen, drsigen Organen alle anderen Eiweikrper an Menge. Von den Leukocyten der Thymus sind 77% der Trockensubstanz Nucleohiston und die Kpfe (Kerne) der reifen Spermatozoen der Fische bestehen, wenn man von den therls- lichen Produkten absieht, fast ganz aus nucleinsaurem Protamin und enthalten andere Eiweikrper nur in Spuren. Da die den Zellkern mikroskopisch charakterisie- renden Gebilde basophil, d. h. Suren sind, kann es keinem Zweifel unterliegen, da das Chromatingerst des Kernes in der Haupt- sache aus den sauren Nucleinstoffen besteht. Ob dies freilich Nucleoproteide sind, oder ob das Chromatin Nucleinsure ist, whrend die , ungefrbte Zwischensubstanz Eiwei ent- ! hlt, das ist augenblicklich weder chemisch , noch mikroskopisch zu entscheiden. Grndet sich der mikroskopische Nachweis doch ber- wiegend auf den Charakter des Chromatins als Sure, und Suren sind die Nucleine und Nucleoproteide wie die Nucleinsure. Zwi- schen der frberisch sichtbar zu machenden Menge des Kernchromatins und der chemisch nachweisbaren Menge des Nucleinphosphors besteht bei der Entwicklung der Seeigeleier gar keine Proportionalitt. Histologisch nimmt die Menge des Chromatins whrend der Furchung ungeheuer zu, whrend der Nucleinphosphor nahezu unverndert bleibt. Die Eiweipaarlinge der Nucleinsure der Eiweikrper 151 Fischhoden sind Protamine und Histone, die bei den einfachen Eiweikrpern be- sprochen sind. Auch in den Leukocyten der Thymus und den kernhaltigen roten Blut- krperchen ist die Nucleinsure mit Histon vereinigt. In allen anderen Organen ist der Eiweipaarling nicht isoliert. In den Sperma- tozoen und den Vogelblutkrperchen hegt ein Salz der Nucleinsure mit Protamin und Histon vor, bei anderen Nucleoproteiden scheint dagegen eine andere Verbindung zwischen Nucleinsure und Eiwei mglich zu sein. Bei deren Spaltung wird nicht die Nucleinsure von dem Eiwei abge- spalten, sondern eine Verbindung der Nu- cleinsure mit einem weiteren Teile des Eiwei, ein sogenanntes Nuclein. Es sieht danach so aus, als sei die Nucleinsure mit zwei Teilen Eiwei verbunden, von denen der eine leicht, der andere schwer abzutrennen ist. Dazu ist indessen zu bemerken, da die Nucleine noch viel schwerer rein zu erhalten sind als die Nucleoproteide, und da man daher noch leichter Gemenge oder Kunst- produkte bekommen kann. Sie enthalten etwa 4% P. Die Nucleoproteide sind in reinem Zu- stande, wie andere Eiweikrper, lockere, weie, nicht hygroskopische Pulver. Sie haben alle ausgesprochen sauren Charakter, sind in Wasser und Salzlsungen lslich, ls- licher noch in Alkalien. Durch Suren werden sie gefllt, im Ueberschusse, besonders der Mineralsuren, wieder gelst; doch knnen sie hierdurch zerlegt werden. Die Aussal- zungsgrenzen sind bei den einzelnen ver- schieden, ebenso das Verhalten beim Er- hitzen, doch koaguliert jedenfalls der grere Teil der Nucleoproteide mit dem Eiwei der Organe (siehe unten beim Pankreas) und findet sich daher im Rckstand, wenn man die Organe mit Wasser auskocht. Lslich- keit in Salzen siehe unten bei der Thymus. Mit Pepsinsalzsure geben Nucleoproteide einen Niederschlag, der Nucleinsure mit etwas Eiwei ist, also ein Nuclein. Zellkerne werden daher vom Magensaft nicht aufgelst. Pankreassaft lst sie dagegen leicht, was zu einer klinischen Probe "auf die Suffizienz des Pankreas verwertet wird. Die Nucleoproteide haben die gleichen Lslichkeitsverhltnisse wie viele Fermente, und man erhlt beide Klassen von Krpern daher hufig gemeinsam. So haften Pepsin, Trypsin, Fibrinferment, Enterokinase und manche Toxine an ihnen, ohne darum natr- lich Nucleoproteide zu sein. Auch sonst sei betont, da das besonders reichliche Vor- kommen der Nucleoproteide an sich noch kein Beweis fr eine besonders wichtige biologische Funktion ist. Sie knnen ebenso- gut die Gerst- und Schutzsubstanzen des eigentlich Lebendigen sein. e) Die einzelnen Nucleoproteide und Nucleinsuren. 1. Nucleoproteide aus den Spermatozoenkpfen. Wenn man reife Lachs- oder Heringshoden mit Wasser, Alkohol und Aether extrahiert, so gehen die brigen Bestandteile der Sperma- tozoen in Lsung und es bleiben die Sperma- tozoenkpfe als blendendweie, aus kleinen gleichmigen Kgelchen bestehende Masse zurck, die zum weitaus grten Teile aus nucleinsaurem Protamin besteht. 65,4% sind Nucleinsure, 22,3% Protamin. Kaum mehr als 10% fehlen noch, ein bei der groen biologischen Bedeutung der Spermakrper sehr bemerkenswertes Resultat. Nuclein- suren sind auch im Sperma anderer Fische und in Sugetiersperma gefunden. 2. Thymus. Nucleohiston. Wenn man Kalbsthymus mit physiologischer Koch- salzlsung behandelt, so erhL man eine groe Menge von Leukocyten, die man mit Wasser in Lsung bringen kann. Durch Fllen des Wasserextraktes mit Essigsure erhlt man das Nucleohiston, das 77%, der Trockensubstanz der Leukocyten ausmacht. Es ist lslich in Wasser, Alkalien und kohlen- sauren Alkalien, durch verdnnte Essig- sure wird es gefllt. Durch Behandeln mit Salzsure von 0,8% zerfllt es in Histon, das frher bereits beschrieben wurde, und ein Nuclein, das Leukonuclein. Dies Nuclein enthlt 4,702% Phosphor. Durch Kochen und durch Pepsin und Salzsure resultiert ebenfalls ein Nuclein, das letztere mit 4,99% Phosphor. Die Thymusnucleinsure ist die genauest bekannte. Wahrscheinlich gibt es mehrere Nucleohistone, die sich durch ihre Fllungsgrenzen, auch ihren Phosphorgehalt unterscheiden. Eines von diesen ist in einer NaCl-Lsung von 0,9% unlslich, in ver- dnntem - und konzentrierterer Lsung wird es dagegen gelst. Auf der Existenz dieses Nucleohistons beruht es demnach, da sich die Leukocyten nicht in 0,9 prozentiger NaCl-Lsung, wohl aber in reinem Wasser und strkeren Salzlsungen lsen. Diese Tatsache ist deswegen von besonderem Inter- esse, weil man sonst die Auflsung der Leuko- cyten in Wasser auf physikalische Eigen- schaften der Zellen zurckfhrt, whrend sie hier als chemisch begrndet erscheint. Nucleinsuren sind auch aus anderen, an Leukocyten reichen Organen gewonnen, so aus der Milz, aus Lymphdrsen, aus Eiter usw. Nucleoproteide sind ferner isoliert aus dem Magensaft, der Magenschleimhaut, der Schilddrse, den Nebennieren, der Leber, der Darmschleimhaut und der Milchdrse, dem Hepatopankreas der Oktopoden und Schnecken. Purinbasen, also charakteristi- sche Spaltungsprodukte der Nucleinsure, 152 Eiweikrper sind noch aus vielen anderen Organen ge- wonnen. 3. Nucleoproteid aus den Kernen der roten Blutkrperchen des Vogel- und Reptilienblutes. Es enthlt N 17,20% P 3,93% und liefert Nucleinsure 42,1 % Histon 57,82% 4. Die Nucleoproteide des Pan- kreas. Das Pankreas enthlt 2 Nucleo- proteide. Extrahiert man Pankreasdrsen mit eiskalter Kochsalzlsung, so geht ein Nucleoproteid in Lsung, das durch Essig- sure fllbar ist, 1,67% P enthlt, und beim Kochen ein Nuclein mit 4 bis 5% P liefert, das in sehr verdnnter Essigsure lslich ist. Aus diesem Proteid lt sich die Guanyl- sure gewinnen, die man daher auch in Lsung bekommt, wenn man Pankreasdrsen bei schwach saurer Reaktion auskocht. Im Rckstand von der Kochsalzextraktion oder von dem Auskochen befindet sich ein zweites Proteid, aus dem sich eine Nucleinsure gewinnen lt, die der Thymusnucleinsure analog konstituiert ist. 5. Nucleoproteide aus Hefe, Bak- terien, Pflanzen. Die Hefenuclcinsure, die eine der bestgekannten ist, gehrt zu der Gruppe der Thymusnucleinsuren. In der Hefe kommt auerdem die Piasminsure vor, eine Metaphosphorsure, die wie die Nucleinsure Eisen maskiert. Bei Schimmel- pilzen kommen 40% des N auf Nuclein-N. Im Weizen kommt die Triticonuclein- sure vor, eine echte Nucleinsure. Aus vielen anderen Pflanzen sind Nucleinsuren oder ihre Spaltungsprodukte isoliert. Auch bei den Pflanzen sind die zellreichen Teile besonderes reich an Nucleinsure; so sieht man bei Verwundungen von Pflanzen und der dadurch bedingten Gewebsneubil- dung eine Vermehrung der Nucleoproteide. III. Hmoglobin und Verwandte. Das Hmoglobin, der rote Blutfarbstoff der Wirbeltiere, bildet den Hauptbestandteil der roten Blutkrperchen. Es besteht als Proteid aus einem Eiweikrper, dem Globin, und einem nichteiweiartigen Bestandteile, dem Hmatin (vgl. zu dem ganzen Ab- schnitt den Artikel Blut"). Das Hmatin und seine Derivate. Das Hmatin, der nichteiweiartige Paarling les Hmoglobins, ist ein eisenhaltiges Pyrrol- lerivat, dessen Konstitution zwar noch nicht dien Einzelheiten aufgeklrt, aber in den Hauptzgen bekannt ist. Danach kann man aus dem Hmatin oder einem seiner Derivate durch Reduktion als charakteristischen Baustein Hmopyrrol gewinnen, C 8 H 13 N, das Dimethylthylpyrrol oder ein Gemenge von diesem mit einem Pyrrolin und mit Methylthylpyrrol ist: H 3 CC CCH0CH3 II II HC CCH 3 \/ NH Neben dem Hmopyrrol entsteht die Hmo- pyrrolcarbonsureC 9 H 13 N0 2 , von der Formel: H 3 CC-C-CH 2 CH 2 COOH II II HC CCH, NH Das Hmatin enthlt also 2 verschiedene Pyrrolderivate, und 2 von jedem dieser, es sind also 4 Pyrrolkerne zum Hmatin vereinigt. Wie sich die Pyrrolkerne aber nun miteinander verketten, und wie sich allem ihre Seitenketten miteinander vor vielleicht zu neuen Ringbildungen Ver- seilungen, das ist durchaus nicht klar. In jedem Falle aber hat man ein Gemenge von nahe verwandten Isomeren und Homologen sich. Infolge der Anwesenheit der vor Hmopyrrolcarbonsuren enthlt das Hma- tinmolekl 2 Carboxylgruppen, die aber an- scheinend nicht oder nicht in allen Derivaten frei sind, sondern Ester oder Anhydride bilden. Mit der Bindung des Eisens haben sie aber nichts zu tun. Zwei dieser Pyrrole vereinigt, stellen das Hmatoporphyrin dar, C 16 H 18 N 2 3 , das be- reits ein charakteristisches Spektrum hat, und zwei Molekle Hmatoporphyrin werden durch den Eintritt eines Eisenatoms zu dem Hmochromogen miteinander vereinigt, dem wahrscheinlich die Formel C 34 H 34 N 4 Fe0 4 oder eine hnliche zukommt. Das Eisen ist nicht etwa als Ion vor- handen, sondern es ersetzt die Imidwasser- stoffe der Stickstoffatome. Es ergibt sich folgendes Bild, wobei das Eisen zweiwertig gedacht, aber in komplexer Form auch noch mit 2 weiteren Stickstoffatomen verbun- den ist: C-C x /C-C 1 X X 1 C-C X \ / C-C C-C x / \ C-C )W 'N< | c-c x C-C Auer durch das Eisen sind die Pyrrole noch durch ihre Seitenketten verknpft. Durch den Eintritt des Eisens gewinnt das Molekl nun die Fhigkeit, mit Sauerstoff zu reagieren. In dem Hmochromogen ist das Eisen zweiwertiges Ferroeisen und dies Eiweikrper 153 kann nun entweder in lockerer Weise Sauer- stoff anlagern, etwa in der Form eines Per- oxyds, oder eskannzu dreiwertigem Ferri eisen oxydiert werden, und der so gebildete Stoff ist das Hmatin a, das zwar durch Reduk- tionsmittel der verschiedensten Art wieder zu der Ferroverbindung Hmochromogen reduziert werden kann, im Vakuum seinen Sauerstoff aber nicht abgibt. Von diesem a-Hmatin leiten sich zwei weitere Fernverbin- dungen ab, das sogenannte /?-Hmatin, das wahrscheinlich ein Polymerisationsprodukt des a-Hmatins und darum weniger reak- tionsfhig ist, und das Hmin. Dem Hmin kommt die Formel zu C 34 H 32 N 4 FeC10 4 , wo an Stelle des Eisens der Chloroferrikomplex steht. Hmin. Wegen seiner leichten Kristalli- sierbarkeit wird es oft als Ausgangspunkt der Hmatinuntersuchungen benutzt. Auch zum Blutnachweis dient es (Teichmannsche Kristalle). Das Hmin sowohl wie die brigen hier zu nennenden Krper, insbesondere auch das Hmoglobin und seine Verbindungen mit Gasen, haben uerst charakteristische Spektra, die oft untersucht und zur Er- kennung der Krper benutzt worden sind. Das Hmin bildet Streifen, 1. im Rot, 2. im Rot-Orange und an der Grenze des Violetts. An den beiden letzteren Orten haben die meisten der Hmoglobinderivate die wichtigsten Streifen. Hmatin. Aus dem Hmin erhlt man durch Verseifung mit Natronlauge, die schon in der Klte sehr leicht ist, und Fllen mit Salzsure das Hmatin. Es ist ein amorphes, blauschwarzes Pulver, das sich in Wasser, Alkohol, Aether nicht, in Eisessig und Suren sehr wenig lst, leicht dagegen in Alkalien und in surehaltigem Alkohol oder Aether. In alkalischen Lsungen ist es rot, in dnner Schicht grnlich, in saurer braun. Das Spek- trum des sauren Hmatins hat eine groe Aehnlichkeit mit dem des sauren Methmo- globins; es hat 2 Streifen im Grn zwischen D und E, sehr hnlich denen des Oxy- hmoglobins und einen breiten Streifen zwischen b und F, endlich einen Streifen im Rot. Im Violett zeigt es ein breites, inten- sives Band. Das Hmatin hat in verdnnter Lsung einen gelben Farbenton, der leicht durch Farben nachzuahmen ist. Deshalb, und da es im Unterschied von dem Hmoglobin haltbar ist, wird es bei einigen Apparaten zur Hmoglobinbestimmung im Blut benutzt, indem das Blut stark verdnnt, das Oxy- hmoglobin mittels Salzsure in Hmatin verwandelt und dessen Farbe mit der einer bekannten Lsung verglichen wird (Sahli, Knigsberger und Autenrieth). Hmochromogen. Aus dem Hmatin ! entsteht durch Reduktion das Hmochro- mogen, das auch direkt durch Zersetzung des reduzierten Hmoglobins unter Sauer- stoffabschlu erhalten werden kann. Es bildet ein Pulver, das wie roter Phosphor aussieht, beim strkeren Trocknen braunrot wird und in feuchtem Zustande sorgfltig vor Luft geschtzt werden mu, da es sonst in Hmatin bergeht. Es ist in Wasser, Alkohol und Aether unlslich, in Alkalien leicht lslich mit schn kirschroter Farbe ; durch Neutrali- sation wird es gefllt. Wenn man Blut mit Alkalien behandelt, besonders in der Hitze, erhlt man eine Flssigkeit von der Farbe des Hmochromogens, doch sind die Verhltnisse noch nicht aufgeklrt. Hmochromogen bildet mit Pyridin sehr leicht charakteristische Kristalle, die wie die Teichmannschen Kristalle zum Nachweis von Blut in Betracht kommen. Wenn man eine alkalische Hmochromo- genlsung mit Luft schttelt, so geht sie in Hmatin ber: durch erneute Reduktion entsteht wieder Hmochromogen. Ferner gibt das Hmochromogen, nicht aber das Hmatin, analog dem Hmoglobin ein Koh- lenoxydhmochromogen mit dem Spektrum des Kohlenoxydhmoglobins, ebenso ein Stick- oxydhmochro mgen, dessen Spektrum eben- falls dem des Stickoxydhmoglobins ent- spricht, und das nicht reduziert werden kann. Beide entstehen dadurch, da Kohlenoxyd und Stickoxyd an derselben Stelle angreifen, an der das Sauerstoffmolekl angelagert wird, wenn das Hmochromogen zu Hmatin oder richtiger zu dem nicht mit Sicherheit isolierten peroxydartigen Krper oxydiert wird. Infolgedessen kann das Hmochromogen ! nur mit einem der 3 Gase Sauerstoff, Kohlenoxyd und Stickoxydul reagieren, d*. h. ! die Gase verdrngen einander. Betrachtet man nun die 3 Molekle : 2 CO NO Sauerstoff, Kohlenoxyd, Stickoxyd, so sieht man, da der Sauerstoff keine freie Valenz im Sinne der strengen lteren Valenz- lehre besitzt, wohl aber das Stickoxyd, und da das Kohlenoxyd zwischen beiden steht. Infolgedessen ist Sauerstoff am lockersten gebunden, dann folgt Kohlenoxyd, und am j festesten haftet Stickoxyd. Ueber die Einzel- heiten der Verbindungen mit diesen Gasen ! siehe unten beim Hmoglobin. Fr die Auffassung der Bindung ist es von entschei- dender Wichtigkeit, da im Kohlenoxyd- hmochromogen (dies ist leichter zu unter- suchen, als die entsprechende Verbindung mit Sauerstoff) auf ein Atom Eisen genau ein Molekl Sauerstoff kommt. Das Hmochromogen zeigt einen Streifen zwischen D und E, nher zu D, sowie einen zweiten, der vor E beginnt und bis ber B 154 Eiweikrper herausgeht. Es hat eine hohe Lichtextink- tion, besonders der erste Streifen ist sehr intensiv. Im Violett hat es einen ebenfalls sehr intensiven Streifen zwischen H und G. Durch strkere Einwirkungen, besonders von Suren, wird das Eisen aus dem Hma- tinmolekl entfernt. Hmatin und Hmo- chromogen werden zu Hmatoporphyrin. Hmatoporphyrin. Lt man Brom- wasserstoff auf Hmin wirken, so resultiert die Gleichung: C 32 H 32 N 4 Fe0 4 + 2 H 2 + 2 HBr = 2C 16 H 18 N 2 3 + FeBr 2 + H 2 . Das Hmatoporphyrin ist durch die Carboxylgruppe der Hmopyrrolcarbon- sure, die im Gegensatz zu den Verhltnissen beim Hmatin hier frei ist, eine Sure, die ein- und zweibasische Metallsalze besitzt. Da aber durch die Entfernung des Eisens auch die Imidwasserstoffatome der Pyrrole frei sind, bildet es auch mit Salzsure ein in braunroten Nadeln kristallisierendes Salz. Das Hmatoporphyrin ist bei Sulfonalvergiftung, gelegentlich auch bei anderen Krankheiten oder bei Gesunden im Harn gefunden worden, aus dem es durch Baryt- oder Kalkhydrat, nach Nebelthau am einfachsten durch Essigsure, gefllt wird. Der Harn hat dann eine burgunderrote Frbung. Hufig scheint es sich erst beim Stehen an der Luft aus einem ungefrbten Chromogen zu bilden. Durch vorsichtige Reduktion des Hmato- porphyrins oder des Hmins entsteht das Mesoporphyrin von der Zusammensetzung: Ci6H 18 N 2 2 , das also ein Sauerstoffatom weniger ent- hlt als das Hmatoporphyrin. Es steht dem Hmatoporphyrin spektroskopisch und chemisch sehr nahe (siehe unten). Durch energischere Reduktion entstehen Hmopyrrol und seine Derivate, durch Oxydation die sogenannten Hmatinsuren. Beziehungen des Hmatins zu anderen natrlich vorkommenden Farbstoffen. Es wurde schon erwhnt, da die Seitenketten der das Hmatin zusammen- setzenden Pyrrolkerne sich anscheinend zu weiteren Ringen zusammenschlieen. Viel- leicht findet sich unter diesen ein Indolring, so da auf diese Weise das Eiweispaltungs- produkt Tryptophan, das auch den Indolring enthlt, in Beziehungen zu dem Hmatin treten knnte. Derivate des Hmatoporphyrins kommen im Tierkrper vor. 1847 entdeckte Virchow in Blutextravasaten das Hmatoidin, das dort in schn ausgebildeten Kristallen, schiefen rhombischen Sulen von hell ziegel- bis tief rubinroter Farbe vorkommt. Dieses ist mit dem Mesoporphyrin identisch, das auch die Farbennderungen des Hmatoidins zeigt. Aber auch der Gallenfarbstoff ist ein Abkmmling des Hmatoporphyrins, ist dem Mesoporphyrin hnlich und liefert die gleichen Oxydationsprodukte. Aus dem Bilirubin der Galle, aus dem Hmatin und Hmatoporphy- rin erhlt man durch Reduktion das Hydro- bilirubin, das mit dem Urobilin, einem Farb- stoff des Harnes und Kotes identisch ist. Vielleicht noch interessanter sind die Beziehungen zwischen Blut- und Blattfarb- stoff. Aus dem Chlorophyll, dem grnen Farbstoff der Pflanzen erhlt man durch Be- handlung mit Alkalien eine Reihe von Sub- stanzen, die Phylhne, die durchaus den charakteristischen Aufbau des Hmatin- molekls besitzen, 4 Pyrrolderivate, von denen 2 Suren sind, und die alle 4 durch ein komplex gebundenes Metall miteinander zusammenhngen. Die Stelle Fe ist beim Chlorophyll durch Mg eingenommen. Durch Surewirkung lt sich aus den Phyllinen wie aus dem Hmatin das Metall entfernen, und es entstehen die Phylloporphyrine, die sich zwar noch nicht in Hmatoporphyrin verwandeln lassen, aber doch in Mesopor- phyrin, das von der Mittelstellung zwischen Hmato- und Phylloporphyrin seinen Na- men hat. Das Globin. Das Globin ist der, oder jedenfalls der hauptschlichste, Eiweibe- standteil des Hmoglobins. Das Globin hat mit den Histonen die Eigenschaft gemein, durch Alkalien gefllt zu werden. Nur wird es durch eine viel geringere Menge Ammoniak und Alkali gefllt, aber schon durch einen sehr geringen Ueberschu wieder gelst, bei strkerem Ueberschusse sogar bei Gegen- wart eines Ammoniaksalzes. Ueber Spal- tungsprodukte vgl. die Tabelle in Abschnitt 4. Bemerkenswert ist der sehr hohe Gehalt an Histidin, und der sehr niedere S- Gehalt, sowie das Fehlen des Glykokolls. Es ist eines der weitest aufgelsten Eiweie. Wenn man eine reine, salzfreie Hmo- globinlsung mit wenigen Tropfen sehr ver- dnnter Sure behandelt, so wird das Hmo- globin in Globin und Hmatin gespalten. Doch scheint kein Salz vorzuliegen, sondern eher ein Ester oder hnliches. Versetzt man eine Hmoglobinlsung mit wenig Sure und dann mit Alkohol und Aether, so geht das Hmatin in den Aether, whrend das Globin in dem wsserig-alkoholischen Anteil bleibt. Behandelt man Hmoglobin mit Pepsin- Salzsure, so scheidet sich das Hmatin unlslich ab, whrend das Globin peptonisiert wird. 100 Teile Hmoglobin liefern 94 Teile Globm, 4,47 Teile Hmatin, daneben niedere Suren der Fettreihe. Hmoglobin. Es kristallisiert in wohl- ausgebildeten Kristallen und ist damit einer der bestgekannten Eiweikrper. Zu- sammensetzung (Pferdeblut)C 54,4%, H 7,2%, Eiweikrper 155 N 17,61%, S 0,65%, Fe 0,47%, 19,67%. Molekulargewicht vgl. Abschnitt 1 1. Verbren- nungswrme5885 cal., Aussalzungsgrenzenfr Ammonsulfat 6,5 und 10. Im Gegensatz zu den einfachen Eiweien, aber in Ueber- einstimmung mit dem Casein wird Hmo- globin durch Schtteln mit Chloroform ge- fllt, geht dagegen wie die Albumine durch Porzellan und Kieseiguhr durch. Bemerkens- wert ist die groe Eesistenz des Hmoglobins gegen die Fulnis, die zwar das Oxyhmo- globin in reduziertes Hmoglobin umwandelt, dies aber nicht weiter angreift. Auch gegen Trypsin ist Hmoglobin sehr resistent, be- sonders solange es sich in den lebenden roten Blutkrperchen befindet. Zur Bestimmung des Hmoglobins im Blute sind eine Reihe von kolorimetrischen Methoden angegeben worden, die eine exakte Bestimmung in 1 Tropfen (20 cmm) gestatten. Bei der Methode von Haidane wird das Hmoglobin in Kohlenoxydhmoglobin verwandelt, bei den von Sahliund Autenriethund Knigs- berger in Hmatin (siehe oben S. 153). Im Gegensatz zum Globin und den ein- fachen Eiweikrpern ist das Hmoglobin rechtsdrehend. Ferner sind Hmoglobin und seine verschiedenen Verbindungen mit Gasen im elektrischen Felde diamagnetisch, das H- matin dagegen stark paramagnetisch. Hmo- globin ward durch Licht in starker Weise beeinflut. Es erwiesen sich alle Lichtstrahlen als wirksam, aber die kurzwelligen, von einer Wellenlnge von 310 jliju, sind wie bei allen photochemischen Prozessen besonders wirk- sam. Im Vakuum werden Methmoglobin und Oxyhmoglobin durch Licht in redu- ziertes Hmoglobin umgewandelt, bei Gegen- wart von Sauerstoff aber wird Hmoglobin durch Licht gespalten und es entsteht Hmatin. Die roten Blutkrperchen der Sugetiere bestehen zum grten Teile aus Hmoglobin; von ihrer Trockensubstanz kommen beim Menschen 94,3, beim Hunde 86,5, beim Igel 92,25% auf Hmoglobin; bei der Gans da- gegen nur 62,65 und bei der Ringelnatter 46,70%. Der Rest besteht aus der Gerst- substanz, bei den Nichtsugetieren auerdem aus dem Kern. Wenn man das Hmoglobin aus den roten Blutkrperchen in Lsung bringt, d. h. das Blut lackfarbig macht, so kristallisiert aus vielen Blutarten des Hmoglobin direkt aus, bei anderen bedarf es der Entfernung des Plasmas, der Zufgung von Alkohol, der Klte oder anderer Beihilfen. Diese sich direkt ausscheidenden Kristalle bestehen nicht aus reinem Hmoglobin, sie werden daher, je nachdem sie Oxyhmoglobin oder reduziertes Hmoglobin enthalten, Arterin und Phlebin genannt. Die Kristallformen sind bei den einzelnen Tieren verschieden, sind also ein Artmerkmal so gut wie die ana- tomischen Eigentmlichkeiten der Tiere. Meist handelt es sich um Tafeln, Platten, Prismen oder Nadeln, die dem rhombischen System angehren; das Hmoglobin des Eichhrnchens kristallisiert im hexagonalen System, das des Meerschweinchens in Tetra- edern. Aber auch bei ein und derselben Tier- art, z. B. beim Menschen, kommem ver- schiedene Kristalle vor, die beim Umkristalli- sieren ineinander bergehen knnen. Die verschiedene Kristallform ist indessen nicht das einzige unterscheidende Merkmal zwi- schen den verschiedenen Hmoglobinen, auch die Lschkeit wechselt. Rinderhmoglobin zerfliet an der Luft; whrend das des Eich- hrnchens sich erst in 597 Teilen Wasser lst, das des Raben in kaltem Wasser kaum aufgelst werden kann. In der Wrme ist die Lslichkeit viel grer, von Hundehmoglo- bin lsen sich in 100 Teilen Wasser bei 5 nur 2 Teile, bei 18 12 bis 15 Teile. Bei den biologischen Reaktionen (Przipitierung, Anaphylaxie) zeigen die Hmoglobine Art- spezifitt (vgl. Abschnitt 4 und die Artikel Blut" und Immunitt"). Daraufhin nun aber anzunehmen, da auch die durch oftmaliges Umkristallisieren gereinigten Hmoglobine differente Krper sind, ist nicht gestattet. Es hat sich im Gegen- teil ergeben, da wenigstens die biologisch interessierenden Eigenschaften des Hmo- globins, sein Eisengehalt, sein Gasbindungs- vermgen und seine spektralen Eigenschaften bei allen untersuchten Tieren und unter allen physiologischen Bedingungen, beim Menschen auch in Krankheiten, absolut konstant sind, so da man ein Recht hat, von nur einem Hmoglobin zu reden. Der Unterschied zwischen diesem ganz reinen Hmoglobin und dem in den lebenden Blutkrperchen im Gemenge, wohl auch in Verbindung mit anderen Stoffen stehenden Hmoglobin ist besonders in einem Punkte wichtig: beide zeigen nmlich eine verschie- dene Dissoziationskurve bei wechselndem Sauerstoff druck. Der Chemiker also, den die Dissoziation des Oxyhmoglobins als physikalisch-chemi- scher Gleichgewichtsvorgang interessiert, wird mit einem besonders reinen Hmoglobin arbeiten mssen, der Physiologe, der die Gesetze der Sauerstoffversorgung im tieri- schen Organismus studieren will, darf nur mit mglichst unverndertem Blut experi- mentieren. Beide Postulate sind nicht immer erfllt worden. Die Hmoglobinkristalle sind undurch- sichtig, seidenglnzend und doppelbrechend; ferner haben sie einen sehr ausgesprochenen Pleochroismus. Am schnsten zeigen ihn die Kristalle des reduzierten Hmoglobins; bei Betrachtung mit nur einem Nicol haben sie 3 sehr differente Achsenfarben; blaupurpurn, 156 Eiweikrper rotpurpurn, farblos. Die Oxyhmoglobin- kristalle zeigen den Pleochroismus weniger gut, aber immerhin deutlich, indem sie je nach der Stellung des Nicols bald dunkel scharlachrot, bald hell gelbrot aussehen. Das Methmoglobin ist dunkel schwarzbraun und hell gelbbraun, bei dnnen Kristallen farblos, das Kohlenoxydhmoglobin purpurn und wei, das Hmin dunkel schwarzbraun und hell gelbbraun. Ferner zeigen sie ent- sprechend der Achsenrichtung auch ver- schiedene Spektralerscheinungen, indem die Streifen nach dem roten oder dem violetten Ende des Spektrums verschoben sind. Durch Liegen, Eintrocknen, Alkohol- wirkung usw. werden die Kristalle denaturiert und in Pseudomorphosen verwandelt; doch knnen sie einen Teil ihrer optischen Eigen- schaften, z. B. die Doppelbrechung dabei noch eine Zeit lang bewahren. Auer in den roten Blutkrperchen kommt Hmoglobin in den Muskeln vor. Man unterscheidet hmoglobinarme, weie, von hmoglobinreichen, roten oder braunen Muskeln, beide Arten verhalten sich physio- logisch nicht ganz gleich. Von den bekann- teren Haustieren haben Huhn, Taube, Kaninchen weie, Hund, Rind, Wild ber- wiegend rote Muskeln. Endlich kommt das Hmoglobin bei manchen Wirbellosen, Weich- tieren, Crustaceen und Wrmern im Blute vor, aber nicht, wie bei den Wirbeltieren, in Blutkrperchen, sondern in Lsung. DieVer bin dngen des Hmoglobins mit Gasen und seine optischen Eigen- schaften. Oxyhmoglobin. Bekanntlich sttigt sich das Blut der Wirbeltiere in den Lungen mit Sauerstoff und gibt diesen auf sei- nem Kreislauf durch den Krper an die Ge- webe ab ; das arterielle, sauerstoffhaltige Blut ist hellrot, das vense, sauerstoffarme, dunkler rot bis purpurfarben, das sauerstofffreie Er- stickungsblut ist noch viel dunkler, fast schwarz. Diese Sauerstoffaufnahme und die damit verbundene Farbennderung be- ruht auf den gleichen Eigenschaften des in den roten Blutkrperchen enthaltenen Hmoglobins. Bei der Besprechung des H- matins ist auseinandergesetzt worden, da das Eisenatom in 3 mglichen Formen existieren kann: 1. als Ferroeisen ohne Sauerstoff; 2. als Ferroeisen mit locker gebundenem Sauerstoff, vielleicht in einer an die Super- oxyde erinnernden Form; 3. als Ferrieisen mit festgebundenem Sauerstoff. Genau so wie das Hmatin und seine Derivate verhlt sich nun das Hmoglobin, nur da bei ihm die Verhltnisse besser gekannt und bersicht- licher sind. Man mu demnach unterscheiden : 1. Hmoglobin ohne Sauerstoff: Hmo- chromogen, reduziertes Hmoglobin oder Hmoglobin schlechthin. 2. Hmoglobin mit lockerem Sauerstoff: Oxyhmoglobin. 3. Hmoglobin mit festgebundenem Sauerstoff: a-Hmatin, Hmin, Me- thmoglobin. Eine Lsung von Hmoglobin nimmt bei Berhrung mit einer Sauerstoffatmosphre, etwa der Luft, auf ein Molekl ein Molekl Sauerstoff auf und geht dabei in das soge- nannte Oxyhmoglobin ber. Das Haupt- kennzeichen der beiden Hmoglobine, des reduzierten und des sauerstoffhaltigen, ist ihr spektrales Verhalten. Das Oxyhmoglobin hat 2 scharfe, gut begrenzte Spektralstreifen in Gelb und Grn zwischen den Fraunhofer sehen Linien D und E, von denen der eine schmlere und schrfer begrenzte dicht neben D beginnt. Der zweite hat fr das Auge keine ganz so hohe Intensitt wie der erste, doch ist dies bei spektrophotometrischen Messun- gen nicht der Fall. Ein dritter, etwa ebenso intensiver Streifen liegt im Blauviolett. Hmoglobin absorbiert also gerade das fr unser Auge hellste und das chemisch wirk- samste Licht. Das reduzierte Hmoglobin hat im Gelb- grn nur einen Streifen, der ziemlich genau in der Mitte zwischen D und E, somit auch zwischen den Streifen des Oxyhmoglobins gelegen ist. Er ist breiter, aber weniger scharf begrenzt und weniger intensiv als die Streifen des Oxyhmoglobins. Im Violett hat es auch einen Streifen. Eine Hmoglobinlsung nimmt beim Schtteln mit Luft Sauerstoff auf, wobei das Spektrum des Hmoglobins in das des Oxyhmoglobins bergeht; Blut oder lack- farbenes Blut verhlt sich ebenso. Durch reduzierende Agenzien (Stokes' Reagens, Ferrosulfat) wird es wieder in Hmoglobin zurckverwandelt. Die Verwandlung des Oxyhmoglobins in reduziertes geschieht aber auch durch das Vakuum oder durch anhalten- des Durchleiten eines indifferentes Gases, Wasserstoff oder Stickstoff, die Verbindung des 2 mit dem Hmoglobin ist also eine sehr lockere. 1 g Hmoglobin vermag in maximo 1,34 cem Sauerstoff zu binden; diese Menge wird aber nur bei einem Ueber- schusse, d. h. bei einem hohen Partialdruck der 2 erreicht. Sinkt dieser, so wird ein Teil des 2 durch Dissoziation frei. Wieviel 2 in einer bestimmten Lsung gebunden ist, das wird entweder spektroskopisch ermittelt, indem man bestimmt, welcher Anteil des Hmoglobins Oxyhmoglobin, welcher redu- ziertes Hmoglobin ist. Oder man verwandelt das Oxyhmoglobin in Methmoglobin (siehe unten) * und bestimmt die Menge des frei werdenden 2 . Partialdruck des 2 und Disso- ziation des Oxyhmoglobin stehen im Blut in folgender Beziehung (vgl. aber oben): Eiweikrper 157 2 -Druck abgespaltener 2 mm Hg % 5 64 30 23 (Lungenluft, niedrigster mglicher Barometer- druck) 57 14 (Lungenluft, Monte Rosa) 64 12,5 ( , 2800 m) 95 8,7 ( , 1400 m) 110 7,6 ( , Ebene) 150 5,7 (Atmosphre, Ebene) Bei einer graphischen Aufzeichnung wrde die Kurve erst bei niederem Druck steil steigen, dann eine breite Umbiegimg haben, um endlich von einem Druck an, der etwa 3 / 4 des Atmosphrendruckes entspricht, sich der maximalen Bindung asymptotisch zu nahem. -. . - Methmoglobin. Hier ist das Eisen des Hmoglobins dreiwertiges Ferrieisen, das infolgedessen keinen Sauerstoff locker an- lagern oder abgeben kann. Es ist ein stabiler Krper, der durch Gase nicht beeinflut wird. Es entsteht aus dem Oxyhmoglobin durch oxydierende Agentien, auerdem aber auch durch viele andere Stoffe, wie Amylnitrit, Antifebrin, Chlorate. Auch im strmenden Blute kann die Methmoglo- binbildung vor sich gehen, und die betreffen- den Stoffe sind daher giftig. Bei der Oxy- dation des Hmoglobin zu Methmoglobin entweicht der locker gebundene 2 . Diese Abspaltung des Sauerstoffs bei der Ein- wirkung von Ferricyankalium auf Oxy- hmoglobin ist von Barcroft benutzt worden, um den Sauerstoff des Oxyhmo- globins quantitativ zu bestimmen, und seine Methode ist in den letzten Jahren sehr viel- fach angewendet worden. Gestattet sie doch, die Sauerstoffbestimmung in 1 ccm Blut exakt auszufhren. Auchbeim bloen Liegen geht Oxyhmoglobin bisweilen in das stabi- lere Methmoglobin ber. Durch Reduk- tionsmittel (Stokes' Reagens, Schwefelammo- nium) wird Methmoglobin in reduziertes Hmoglobin verwandelt, das dann wieder 2 anlagern kann. Das Methmoglobin ist in Substanz und in saurer oder neutraler Lsung nicht schn rot, wie das Oxyhmoglobin, sondern braun, wie englischer Porter, in alkalischer Lsung dagegen ebenfalls rot. Seine Kristalle sind graubraune, rehfarbene Nadeln, die in Masse eine Art Atlasglanz zeigen. In neutraler Lsung hat es einen sehr ausgeprgten Strei- fen iin Orangerot, zwischen C und D, nahe bei C. Ein zweiter Streifen liegt im Hell- blauen zwischen G und F, dicht neben F. Kohlenoxydhmoglobin: Ebenso wie mit dem Sauerstoff geht das Hmoglobin eine Verbindung mit dem Kohlenoxyd ein. Das Kohlenoxydhmoglobin unterscheidet sich von dem Oxyhmoglobin durch seine hellere, mehr kirschrote Farbe; der Schaum ist violett. Die Kristalle sind mit denen des Oxyhmoglobins isomorph, sehen aber dun- ler, mehr blulich aus. Die Absorptions- streifen sind denen des Oxyhmoglobins sehr hnch, nur sind sie etwas verschoben, der erste Streifen ist etwas schrfer be- grenzt, der zweite Streifen ist weniger inten- siv. Die Differenzen gegen das Oxyhmo- globin sind nur erkennbar, wenn die L- sungen direkt verglichen werden knnen, und auch dann minimal. Die wichtigste Eigenschaft des Kohlen- oxydhmoglobins ist aber seine grere Festigkeit. Es gibt das Kohlenoxyd nur schwer an das Vakuum ab; seine Dissozia- tion ist 33 mal kleiner als die des Oxyhmo- globins. Bei einem CO-Gehalt der Luft von 0,05% ist der Partialdruck des Sauerstoffs 545 mal grer, und doch sind 27% des Hmoglobins von dem Koblenoxyd ge- bunden. Wegen dieser greren Festigkeit ist es wiederholt zur Bestimmung des mit dem Hmoglobin verbundenen Gasvolums benutzt worden; auch die frher angegebene end- gltige Zahl, die zur Molekulargewichtsbe- stimmung des Hmoglobins gefhrt hat, ist an Kohlenoxydhmoglobin gewonnen Auf dieser greren Festigkeit des Kohlen - oxydhmoglobins beruht die Fhigkeit des Kohlenoxyds, auch in miger Konzentration Sauerstoff zu verdrngen, und beruht damit auch die Giftigkeit des Kohlenoxyds z. B. im Leuchtgas, welches das Hmoglobin der Blut- krperchen mit Beschlag belegt und so die Zufuhr des Sauerstoffs zu den Geweben verhindert. Der Tod erfolgt, wenn etwa die Hlfte des Hmoglobins zuKohlenoxydhmoglobin wird ; wird diese Grenze nicht erreicht, so tritt Erholung ein, indem das Kohlenoxyd durch die Massenwirkung des schwcheren Sauer- stoffs verdrngt wird. Infolge dieser greren Festigkeit der Bindung, wird Kohlenoxydhmoglobin durch Schwefelammonium und das Stokes sehe Reagens im Unterschied von Oxyhmo- globin nicht reduziert. Da die Streiten des Kohlenoxyd- von denen des Oxy- hmoglobins spektroskopisch schwer zu unterscheiden sind, ist dieses Ausbleiben der Reduktion zu Hmoglobin das beste Mittel zum Nachweis des Kohlenoxyds im Blute bei Vergiftungen. Ebenso wird es viel schwerer in Methmoglobin verwandelt, und auch gegen fllende Reagenzien, durch die das Hmoglobin bei der Fllung zerlegt wird, ist das Kohlenoxydhmoglobin viel resistenter; so bewahrt Kohlenoxydhmo- globin bei der Fllung mit Natronlauge, Gerbsure oder Ferrocyanwasserstoffsute 158 Eiweikrper lange seine schne rote Farbe, whrend anderes Hmoglobin rasch zersetzt wird und eine schmutzige, braun-grnliche Frbung annimmt. Dasselbe ist der Fall mit dem Schwefelwasserstoff, der Oxyhmoglobin in kurzer Zeit zerstrt, whrend Kohlenoxyd- hmoglobin dabei seine rote Farbe und seine Spektralstreifen lange bewahrt. Wenn man den Sauerstoff absorbiert und dadurch die Wirkung des Kohlenoxyds begnstigt, kann man es mittels Tannin noch in einer Ver- dnnung von 1 : 40 000 nachweisen. Stickoxydhmoglobin. Es ist noch bestndiger als das Kohlenoxydhmoglobin, und das Stickoxyd verdrngt daher das Kohlenoxyd aus seiner Verbindung. Das Stickoxydhmoglobin bildet Kristalle, _ die denen des Oxyhmoglobins isomorph sind; seine Lsungen sind hellrot. Im Spektrum zeigt es die gleichen Streifen wie das Kohlen- oxydhmoglobin, nur etwas nach dem roten Ende verschoben, also dem Oxyhmoglobin hnlicher. Es ist ebensowenig reduzierbar wie Kohlenoxydhmoglobin. Auch mit Schwefelwasserstoff (Sulphur- globin), Blausure (Cyanmethmoglobin), Acetylen und anderen Gasen geht Hmoglobin Verbindungen ein. Auf einer Verbindung mit Nitriten beruht die rote Farbe von Fleisch, dem Nitrite zur Konservierung zu- gesetzt sind. Das Hmocyanin. An Stelle des eisenhaltigen Hmoglobins ist bei Cephalo- ooden in der Blutflssigkeit ein kupfer- laltiges Proteid enthalten, das Hmocyanin. J&s Hmocyanin kristallisiert wie die Albu- mine aus Ammonsulfatlsung. Gegen Suren ist es so empfindlich wie Hmoglobin, indem es in Eiwei und Kupfer zerlegt wird. Doch ist das Hmocyanin kein Kupfersalz, da es ungespalten die Reaktion des Kupferions nicht gibt. Das Hmocyanin vermag Sauerstoff zu binden und gibt ihn beim Durchleiten von Wasserstoff, Kohlenoxyd und besonders Koh- lendioxyd wieder ab. In reduziertem Zu- stande ist es farblos, im sauerstoffhaltigen Zustande dagegen zeigt es ein schnes, reines Blau, im Spektrum ist keine Absorption wahrzunehmen. Das Sauerstoffbindungsyer- mgen ist geringer als das des Hmoglobins. Das Hmocyanin ist der einzige Eiwei- krper im Blut der Cephalopoden, deren Respiration es vermittelt. Auerdem kommt Hmocyanin bei manchen Krebsen vor. Andere zu den Eiweikrpern gehrige Farbstoffe, die zum Teil gut kristallisieren, sind das Phykoerythrin aus Meeresalgen, das Phykocyan aus Cyanophvceen und ein blauer Farbstoff, den das Mnnchen des Fisches Crenilabrus pavo im Frhjahr besitzt. IV. Die Glycoproteide. Die prosthetische Gruppe der Glyco- proteide ist das Glucosamin. Wenigstens ist es beim Ovimucoid gelungen, durch kurzdauernde Behandlung mit verdnnter Salzsure direkt Glucosamin darzustellen, frhere Autoren hatten immer nicht redu- zierende Kohlenhydratkomplexe erhalten, aus denen erst nachtrglich das Glucosamin sich abspalten lie. Es ist daher immer ange- nommen worden, die prosthetische Gruppe der Glycoproteide sei ein hheres Kohlen- hydrat, und es sei fester an das Eiwei gebunden, als Hmatin und Nucleinsure. Fr das Ovimucoid scheint es sich anders zu verhalten, weitere Angaben ber die All- gemeingltigkeit des Befundes mssen ab- gewartet werden. Das Glucosamin hat folgende Struktur: H H H H 2 OHC C C C CH(NH 2 )COH HHH Es leitet sich also von der Glucose ab. Nur die sterische Stellung der Aminogruppe ist noch unsicher. Es ist identisch mit dem aus dem Chitin der Gliedertiere dargestellten Glucosamin. Auf dieses Glucosamin lassen sich alle lteren Angaben ber das Vorkommen von Zucker im Eiwei zurckfhren, bei denen vereinzelte Befunde an Glycoproteiden flschlich verallgemeinert wurden. Zu den Glycoproteiden gehren die Schleimstoffe und ihre Verwandten, das Eieralbumin und noch einige Phosphogly- coproteide. Das Eieralbumin ist bei den Albuminen beschrieben. Hier soll nur die gut kenntliche und scharf abgegrenzte Klasse der Mucine und Mucoide besprochen werden. Die Mucine und Mucoide sind saure, phosphorfreie Eiweikrper, aus denen beim Kochen mit Suren eine reduzierende Sub- stanz hervorgeht. Ihre prozentische Zu- sammensetzung ist ausgezeichnet durch einen niedrigen Kohlenstoff- und Stickstoff-, einen hohen Sauerstoffgehalt, bedingt durch den Eintritt der sauerstoffreichen Kohlehydrat- gruppe. Im Zusammenhange damit steht ihre niedrige Verbrennungswrme. Auerdem sind sie relativ reich an Schwefel, was jeden- falls bei einigen Glycoproteiden mit dem | Gehalt an Chondroitinschwefelsure zu- sammenhngt (siehe unten). Das Kohlen- hydrat steigt bis zu 37%, meistens sind nur Minimalwerte bestimmt, die oft viel zu j niedrig sind. Von den Farbenreaktionen geben alle Mucine die Biuretreaktion, und zwar jmit violetter Farbe wie die eigentlichen 'Eiweie, ferner die Xanthoprotein- und die I Schwefelbleireaktion, ebenso die nach Millon und Molisch. Mucine und Mucoide werden durch Er- hitzen nicht koaguliert und unterscheiden Eiweikrper 159 sieh dadurch scharf sowohl von den nativen Eiweien, wie von den Proteiden. Dagegen zeigen sie eine deutliche Denaturierimg, indem sie durch Einwirkung von Suren und besonders Alkalien, von Alkohol und anderen Fllungsmitteln, durch langes Liegen im ungelsten Zustande usw. ihre physika- lischen Eigenschaften verndern und ihren Schleimcharakter verlieren. Diese Umwand- lung oder Spaltung kann so wenig wie die Denaturierung der echten Eiweie rck- gngig gemacht werden, sondern ist eine dauernde. Die Glykoproteide sind ausge- sprochene Suren, die Lackmuspapier rten und meist durch Suren gefllt werden. Durch beide Eigenschaften, die Nicht- koagulierbarkeit, welche die Mglichkeit einer Denaturierung nicht ausschliet, und den Charakter als Suren, gleichen die Glykoproteide den Phosphoproteiden, von denen sie sich aber durch den mangelnden Phosphor- und den Kohlenhydratgehalt scharf unterscheiden. Als Suren werden die j meisten Glykoproteide durch Essigsure ge- fllt und sind auch im Ueberschu schwer lslich, viel schwerer als die anderen sauren Eiweikrper, wie Globuline, Phospho- oder Nucleoproteide. Mineralsuren fllen eben- falls, lsen aber im Ueberschu leichter auf. In Alkalien, kohlensauren Alkalien und in Ammoniak sind die Glycoproteide alle sehr leicht lslich und bilden mit ihnen Salze, die neutral, zum Teil auch noch sauer reagie- ren. Durch einen, auch ganz geringen Ueber- 1 schu von Alkali werden sie sehr leicht dena- turiert und zersetzt. a. Die Mucine. Die Murine kommen in den meisten schleimigen Flssigkeiten vor und bedingen dadurch deren Charakter. Sie bilden schon in sehr groer Verdnnung mehr oder weniger schleimige, fadenziehende Lsungen. Sie werden teils von Becherzellen an der Oberflche aller Schleimhute, der des Respirations- wie des Verdauungstractus, der Gallengnge, Harnwege usw., teils von J groen Schleimdrsen, besonders einer der Speicheldrsen, der Glandula submaxillaris, abgesondert. Auch bei Wirbellosen, z. B. den Schnecken, deren Haut mit Schleim berzogen ist, sind sie verbreitet. Andere den Mucinen sehr nahestehende Krper, die den Uebergang zu den Mucoiden bilden, kommen im Bindegewebe, z. B. den Sehnen, im Glaskrper, Nabelstrang usw. vor. ; sie werden bei den Mucoiden besprochen. Bei einigen Tieren treten statt der Mucine | Phosphoproteide auf, die physikalisch den gleichen Schleimcharakter haben (siehe dort). Genauer untersucht sind die Mucine der Speicheldrsen, der Respirationsschleimhaut, der Galle, des Froschlaichs, des Barschlaichs und der Schneckenhaut. Das Sputum- Murin hat die Zusammensetzung C 48,17%, H 6,91%, N 10,8%, S 0,84%; es enthlt 37% Glucosamin, andere Mucine enthalten weniger und sind meist N-reicher, Frosch- laich-Mucin ist noch N-rmer. Das Murin ist in trockenem Zustande ein weies, lockeres, kaum hygroskopisches Pul- ver und kann so jahrelang aufbewahrt wer- den, ohne seine Eigenschaften zu verndern. Es ist in Wasser und neutralen Salzlsungen sehr schwer lslich, in Suren unlslich, bildet aber auf Zusatz von Essigsure ein zhes, klebriges Gerinnsel. Dagegen lst es sich in sehr verdnnten xVlkalien zu einer neutralen Flssigkeit, die sich bei einem Mucingehalte von 0,228% noch wie eine typische Schleim- lsung verhlt, klebrig, dickflssig und faden- ziehend. Der natrliche Schleim ist mucin- saures Natrium. Aus dieser Lsung wird das Murin durch Suren, insbesondere Essig- sure, gefllt, aber nicht als flockiger Nieder- schlag, sondern in Form eines zhen, schleimi- gen Klumpens, der sich beim Umrhren um den Glasstab windet. Im Ueberschu von Essigsure lst sich das Murin nicht, oder doch nur sehr schwer wieder auf, Salz- sure dagegen lst schon bei einer Konzen- tration von 0,1 bis 0,2%, die freilich noch immer wesentlich hher hegt als bei den Nucleoalbuminen oder Globulinen. Die Surefllung der Mucine gelingt nur in salz- armen Lsungen, dagegen nicht bei Gegen- wart von Chlornatrium oder anderen Neutral- salzen. Durch Kochen wird das Murin wie alle Glycoproteide nicht koaguliert; auch Zusatz von Essigsure zu der siedenden Lsung bewirkt keine strkere Fllung, als sie die Essigsure auch in der Klte hervor- rufen wrde, und bei Zusatz von Chlor- natrium, das die Koagulation der eigentlichen Eiweie ja begnstigt, bleibt sie auch beim Erhitzen ganz aus. Man hat diese Eigen- schaften benutzt, um koagulierbares Eiwei neben Murin nachzuweisen. Durch Alkohol wird das Murin gefllt, aber nur bei Gegen- wart einer hinreichenden Menge von Neutral- salzen; in salzfreier Lsung entsteht durch den Alkohol nur eine mehr oder weniger starke Opaleszenz. Durch Salpetersure wird das Murin gefllt, ebenso durch Schwer- metalle. Die Alkaloidreagenzien bewirken in neutraler Lsung keine Fllung, wohl aber fllen sie das im Ueberschu von Salzsure gelste Murin. Durch Stti- gung mit Chlornatrium und Magnesium- sulfat wird das Murin ausgesalzen. Die Grenzen fr Ammonsulfat sind 3,2 und 4,6. Gegen Suren ist das Murin recht resi- stent, um so leichter wird es durch Alkalien denaturiert. Beim Stehen in ganz schwach alkalischer Lsung wird es zwar anfangs noch durch Essigsure als typischer Schleim gefllt, bald aber tritt daneben ein flockiger Niederschlag auf, und nach einiger Zeit 160 Eiweikrper fllt das gesamte Mucin flockig aus; dann hat auch die Lsung ihre charakteristische physikalische Beschaffenheit verloren, ist dnnflssig geworden und verhlt sich in ihren Keaktionen wie ein gewhnliches Alkalialbuminat. Pepsin und Trypsin lsen; eine Abspaltung von Kohlenhydrat findet dabei nicht statt. Gegen die Fulnis sind die Murine sehr resistent, da ihr eigentmliches physikalisches Verhalten den Fulnisbak- terien das Eindringen erschwert. In mancher Beziehung abweichend von dem Mucin der Wirbeltiere verhlt sich das der Weinbergschnecke, Helixpomatia. Es wird nicht als solches abgesondert, sondern als ein Mucinogen, das sich auch in Alkali nur schwer zu einer zhen, nicht eigentlich schleimigen Flssigkeit lst. Durch Alkaliwirkimg, viel langsamer durch bloes Stehen in wsseriger Lsung, geht dies Mucinogen dann in typi- sches Murin ber. Dieselbe Erscheinung, da von den Schleimdrsen erst Mucinogen abge- sondert wird, das dann erst unter dem Einflu des Wassers sich in Mucin umwandelt, ist bei dem Mucin der Eihllen des Barsches und am Seeigel beobachtet und die Er- scheinung scheint bei Wirbellosen weit ver- breitet zu sein. Das Mucin der Speichel- drsen der Wirbeltiere besitzt keine solche Vorstufe, sondern ist von vornherein ein wirkliches Mucin. Das Pseudo- oder Paramucin. In den normalen Graafschen Follikeln, auch bei sogenanntem Hydrops ovarii kommen nur koagulierbare Eiweikrper vor ; dagegen enthalten proliferierende, papillre oder glan- dulre Kystome das sogenannte Pseudomucin und haben infolgedessen einen mehr oder weniger schleimigen oder zhflssigen Inhalt. Das Pseudomucin, wie es aus eiweifreien oder eiweiarmen Kystomflssigkeiten durch Alkoholfllung gewonnen wird, stellt im trockenen Zustande ein feines, weies, sehr hygroskopisches Pulver dar. In Wasser lst es sich leicht und bildet bei geringer Konzentration Lsungen, die sich wie Mucin- lsungen verhalten; bei strkerer Konzen- tration in Ovarialkystomen finden sich 0,88 bis 10,83% eiweiartige Krper bildet es eine weiliche, zhe und schleimige Flssig- keit von dem Aussehen eines dicken Gummi- schleims. Durch Ansuern mit Essigsure oder Salzsure wird das Pseudomucin im Unterschiede von den echten Murinen nicht gefllt; auch Salpetersure fllt nicht, son- dern macht die Flssigkeit nur strker opaleszierend und dickflssig. Sonst gibt es die Reaktion der Murine. In 100 g sind 20 g Glucosamin gefunden, auerdem die meisten Aminosuren. Eine Abart des Pseudomucins ist das Paramucin, das gele- gentlich in Ovarialkystomen gefunden wird, das in Wasser gelst keine schleimige Flssigkeit bildet, sondern eine zitternde Gallerte. Einen dem Pseudomucin recht hnlichen Krper, der aber nur 45,74% Kohlenstoff und 5,68% Stickstoff enthielt, hat Harn- marsten einmal in einem Ganglion" unbe- kannten Ursprungs vom Unterschenkel eines Mannes gefunden. b. Die Mucoide. Unter Mucoiden ver- steht man eine Reihe von Krpern, die in ihrer Zusammensetzung und ihren Reak- tionen eine groe Aehnlichkeit mit dem Mucin haben. Sie unterscheiden sich von ihm ent- weder durch ihre physikaschen Eigenschaften oder durch die mangelnde Fllbarkeit mit Suren. Sie kommen zum Teil in gelster Form im Blutserum, im Eiereiwei und in Ascitesflssigkeiten vor, zum Teil nehmen sie zusammen mit Kollagen usw. am Aufbau der Gewebe teil. Ihre Abgrenzung von den Murinen ist willkrlich ; die hierher gehrigen Substanzen aus dem Glaskrper, den Sehnen und dem Nabelstrange werden bald als Mucoide, bald als Murine bezeichnet, ohne da ihre Eigenschaften erkennbare Diffe- renzen aufweisen. Um den Namen Murine fr die wirklichen, von Epithelien sezernierten Schleimstoffe zu reservieren, sollen alle diese Krper hier bei den Mucoiden behandelt werden. 1. Das Chondromucoid und die Chondroitinschwefelsure. Ueber die Zusammensetzung des Knorpels siehe oben beim Kollagen. Das Chondromucoid zeigt die gewhn- lichen Reaktionen der Murine oder Mucoide; es lst sich in Alkalien zu einer neutralen, dicklichen Flssigkeit, die von Suren gefllt wird. Die meisten Schwermetalle fllen, dagegen die Alkaloidreagentien nicht; ins- besondere fllt Gerbsure auch bei Salz- gegenwart nicht. Das Mucoid hat im Gegen- teil die Eigentmlichkeit, die Fllung anderer Eiweie, z. B. des Glutins, durch Gerbsure zu verhindern. Die Zusammensetzung ist: C47,3, H6,42, N 12,58, S 2,42, 31,28%, sie entspricht der der Murine; bemerkens- wert ist der hohe Schwefelgehalt von 2,42%, wovon 1,8% der Chondroitinschwefelsure angehren. Von den Aminosuren sind die Basen isoliert. Neben ihnen entsteht bei der Spaltung die Chondroitinschwefelsure oder Glucothionsure, die etwa 27 % des Mucoids ausmacht. Aus der Chondroitinschwefelsure wird durch Kochen mit verdnnter Salzsure der gesamte Schwefel als Schwefelsure abgespalten, wodurch sich die Chondroitin- schwefelsure als Aetherschwefelsure charak- terisiert. Der Rest ist ein stickstoffhaltiges Kohlenhydrat von sauren Eigenschaften, aus dem nach stufenweisem Abbau endlich Eiweikrper 161 Glucosamin, daneben aber noch andere eigentlichen fadenziehenden Schleimlsung Krper hervorgehen. j ist. Es gibt die gewhnlichen Mucinreak- Die Chondroitinschwefelsure reagiert tionen; daneben enthlt der Glaskrper stark sauer und bildet mit Metallen neutrale, Spuren von koagulierbarem Eiwei, meist gut lsliche Salze. In Wasser ist Die Grundsubstanz der Cornea enthlt sie leicht lslich und bildet bei gengender 20, die der Sclera 13% Mucoid, der Rest ist Konzentration gummiartige Lsungen. Sie Kollagen. Ob dies Mucoid Chondroitin- wird durch Zinnchlorr, basisches Bleiacetat, schwefelsaure enthlt, ist nicht bekannt. Quecksilberoxydulnitrat, Eisenchlorid und Es gibt die gewhnlichen Mucoidreaktionen. Urannitrat gefllt, durch andere Metalle Ebenso verhlt sich das Mucoid des Nabel- dagegen ebensowenig wie durch irgendwelche Stranges. Suren oder die Alkaloidreagenzien. Durch Das Chordagewebe, das mit dem Nabel- Eisessig wird sie nur im starken Ueberschu, strng sonst Aehnlichkeit hat, enthlt kein durch Alkohol nur bei Salzgegenwart gefllt. Sie reduziert nicht, hlt aber, da sie mit ihnen lsliche Salze bildet, Kupferoxyde und andere Metalloxyde in Lsung. Ihre wsseri- gen Lsungen sind linksdrehend. Mit Eiweikrpern, z. B. Glutin, bildet die Chondroitinschwefelsure unlsliche Salze, die sich wie die Nucleinsure verhalten, d. h. bei mangelndem Sureberschu hydro Mucoid (vgl. Gersteiweie). 4. Das Ovimucoid. In dem Eier- eiwei von Hhner- und anderen Eiern findet sich neben dem bekannten Albu- min und Globulin ein Glykoproteid, das Ovimucoid ; es bildet etwa den achten Teil der organischen Stoffe, 1,5% der Lsung. Das Ovimucoid wird wie die anderen Mucoide durch Erhitzen nicht lytisch dissoziiert werden. Sie selbst fllt koaguliert, aber auch nicht durch Suren, daher Eiwei, ihre Salze dagegen nicht, weder Essigsure, noch Salz- oder selbst Fr die Reaktionen des Harnmucoids (siehe Salpetersure, gefllt. Ebensowenig wird es unten) und mancher Gewebsextrakte ist diese durch Metallsalze und die meisten Alka- Eigenschaft von Bedeutung. loidreagenzien gefllt, sondern nur durch Die Chondroitinschwefelsure ist in der Gerbsure, Phosphorwolframsure, Blei- Hauptsache ein Bestandteil des Chondro- acetatammoniak und Alkohol. Die Darstel- mucoids, auerdem aber kommt eine geringe lung kann daher nur so erfolgen, da man das Menge im Knorpel auch frei, beziehentlich Albumin und Globulin des Eiereiweies als Alkalisalz vor. Auerdem kommt sie in der gewhnlichen Weise durch Erhitzen in Knochen und Sehnen, der inneren Schicht bei schwach saurer Reaktion koaguliert der Aorta und auch noch in anderen Ge- und im Filtrat das Mucoid durch Alkohol weben vor. fllt. In trockenem Zustande bildet es Endlich wurde die Chondroitinschwefel- sprde, durchsichtige Lamellen, eine kon- sure regelmig und in nicht unbetrcht- zentrierte Lsung ist gummiartig klebend, licher Menge etwa 0,05% im Harn eine verdnntere schumt stark, ist aber gefunden, wo ihre Gegenwart bei Eiwei- nicht fadenziehend. In kaltem Wasser reaktionen zu bercksichtigen ist, da sie quillt es nur, lst sich aber nicht, wohl einerseits nach dem Ansuern Eiwei fllt, aber in heiem Wasser und bleibt dann beim andererseits manche Eiweireaktionen, z. B. Abkhlen in Lsung. die mit Gerbsure, strt. Auch gehrt ein Ein Teil des Schwefels scheint als Schwe- Teil der Aetherschwefelsuren ihr und nicht feisure abspaltbar zu sein, also analog den der Indoxvlschwefelsure usw. an. anderen Mucoiden. 2. Mucoide aus Sehnen, Knochen Aus dem Ovimucoid wird, als bisher und Lederhaut. Diese Mucoide stimmen in j einzigem Glycoproteid, durch Erwrmen mit ihren Eigenschaften durchaus mit dem Salzsure direkt Glucosamin abgespalten; Chondromucoid berein, enthalten auch Chon- es sind gegen 30 % gefunden. Durch Chlor- droitinschwefelsure. In 100 g Sehne natrium wird das Ovimucoid nicht, durch (Achillessehne, Ochse) sind enthalten Natrium- und Magnesiumsulfat nur beim , T . , 1 oq Kochen, durch Ammonsulfat schon in der Mucoid 1,28 ff Klte ausgesalzen, und zwar fllt es bei 2 / 3 -Sttigung partiell, ganz erst bei voll- stndiger Sttigung. 5. Das Serummucoid. Im Blutserum findet sich ein Mucoid, das in Eigenschaften 3. Das Mucoid des Glaskrpers, und Zusammensetzung dem Ovimucoid sehr Elastin 1,63 g Kollagen 31,59 g Asche 0,47 g Wasser 62,87 g der Cornea und des Nabelstranges. Es betrgt nach Mrner nur 0,1% der Glasflssigkeit, bedingt trotzdem ihre physi- kalische Beschaffenheit, die freilich mehr die einer sehr dnnen Gallerte als einer nahe steht; isoliert wurden 0,1 bis 0,25 g aus 1 1 Serum. Durch Surespaltung lieen sich 24% Glucosamin gewinnen. Die Farbenreak- tionen sind positiv, mit Ausnahme der Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. 11 162 Eiweikrper Schwefelbleireaktion. Bleiacetat fllt nicht, wohl aber Bleiacetat und Ammoniak. 6. Das Harnmucoid. Ein Mncoid, welches ebenfalls mit dem Ovimucoid Aehn- lichkeit hat, aber den echten Mucinen nher steht und durch Essigsure fllbar ist, ist im menschlichen Harn gefunden. 260 1 lieferten 4,3 g. Es ist teils gelst, teils bildet es die sogenannte Nubecula. Bei manchen Tieren ist es durch ein Nucleoalbumin er- setzt, auch hat die Nucleinsure aus den Leukocyten des Harns ja schleimartige Eigenschaften. 7. Mucoid aus Ascitesflssigkeiten. In Transsudaten der Bauchhhle sind die Eiweikrper des Plasmas und der Lymphe vorhanden. In entzndlichen Exsudaten der Bauchhhle und anderer serser Hhlen ist da- gegen einMucoid gefunden, welches den Flssig- keiten ein opaleszierendes Aussehen und eine eigentmlich klebrige Beschaffenheit ver- leiht. Es ist in reinem Zustande durch Essig- sure fllbar, in der Ascitesflussigke.it dagegen erst nach Ausfllung des Eiwei und Ent- fernung der Salze durch Dialyse oder nach starkem Verdnnen. Bei direktem Zusatz von Essigsure zu der Exsudatflssigkeit entsteht keine absetzbare Fllung, sondern die Flssigkeit wird opaleszenter und klebriger. Bei der Fllung der koagulierbaren Eiwei- krper wird es mitgerissen, lt sich aber wieder in Lsung bringen. Der Krper wird von den Alkaloidreagenzien, auch vou Ferro- cyankalium, ferner von Salpetersure, Kup- fersulfat, Eisenchlorid und Bleiacetat gefllt und gibt alle Farbenreaktionen des Eiwei. Pepsin und Trypsin lsen vollstndig. Am- monsulfat fllt bei Halbsttigung voll- stndig. Durch kurzes Kochen mit Suren entstehen nur sehr geringe Mengen redu- zierender Substanz, so da Zweifel an der Mucinnatur des Krpers geuert sind; auch der N- Gehalt von 13 bis 15% ist fr ein Mucoid hoch. Da er indessen frei von Phosphor ist und durch Kochen nicht ge- fllt wird, so ist er einstweilen nur hier unterzubringen. Die Menge des Krpers ist wie bei allen Mucinen und Mucoiden sehr gering, weniger als 0,5% gegen 3% koagulierbares Eiwei, whrend er die physikalische Beschaffenheit der Lsung stark beeinflut. In der Synovial- flssigkeit ist an Stelle oder neben dem Mucoid ein Phosphoproteid vorhanden. Bisweilen kommen auch in Exsudaten phosphorhaltige Eiweie vor. 8. Mucoid der Eihllen der Cepha- lopoden. Die Eier der Tintenfische sind von einer derben, elastischen Hlle umgeben, dem erhrteten Sekret der Nidamental- drsen. Sie besitzt die Zusammensetzung der Mucoide; durch Kochen mit Suren entsteht aus ihr, mit einer Ausbeute von 36 bis 39%, eine amidierte Hexose. Ebenso besteht die Eihlle von Loligo aus einem Glycoproteid und lt sich aus den Eihllen von Octopus Glucosamin gewinnen, ebenso aus der Grundsubstanz des Gallertschwammes Chondrosia reniformis. c) Die Phosphoglykoproteide. Es sind dies Krper, die mit den Mucinen und Mucoiden nur ihren Kohlehydratgehalt ge- mein haben und die auerdem Phosphor enthalten. Vitellin und Ichthulin sind bei den Phosphoproteiden besprochen worden, hier soll das sogenannte Helicoproteid aus der Eiweidrse der Weinbergschnecke auf- gefhrt werden, das sonst nicht unterzu- bringen ist. Es hat die Zusammensetzung: C 46,99, H 6,78, N 6,08, S 0,62, P 0,47, weicht also von allen sonst bekannten Ei- weien erheblich ab. Es bildet eine weilich opaleszierende Lsung, wird durch Kochen nicht koaguliert, aber durch Essigsure in salzfreier Lsung gefllt. Salpetersure und Salzsure fllen und lsen im Ueber- schu. Durch Pepsinsalzsure fllt ein Nuclein oder Pseudonuclein. Von Xanthin- basen ist nichts bekannt. Durch Kochen mit Salzsure oder Kalilauge entstehen Albu- minate, Albumosen und ein hheres Kohlen- hydrat, das Sinistrin. Das Sinistrin dreht links, grt nicht, reduziert nicht und gibt keine Jodreaktion. Von Ptyalin wird es nicht angegriffen, durch Kochen mit Suren aber in ein reduzierendes, rechtsdrehendes Kohlehydrat berfhrt. Literatur. Zu 1: Zusammenfassende Darstellung der Eiweichemie : O. Cohnheim, Chemie der Eiweikrper. 3. Aufl. Braunschweig 1911. Diese Darstellung ist hier zugrunde gelegt und benutzt. Zu 2: Monoaminosuren : Emil Fischer, Zahlreiche Aufstze in Zeitschr. f. physiolog. Ch. u. Der. d. deutsch, ehem. Ges. 1899 bis 1906. Zusammengefat in Untersuchungen ber Amino- suren, Peptide u. Proteine". Berlin 1906. Basen: A. Kossei, Zahlreiche Aufstze in Zeitschr. f. physiol. Ch. 1900 bis 1910. Methodik insbesondere Band 31, 41, 4~, 49, 68. Carba- minoreaktion : M. Siegfried, Ergebnisse der Physiol. 9. (1910). Zeitschr. f. physiolog. Ch. 44, 46, 54. Humin: O. Schmiedeberg, Arch. f. exper. Path. u. Pharm. 39. E. Hart, Zeitschr. f. physiol. Ch. 33. Zu 3: Die oben bei 2 zitierten Arbeiten von Emil Fischer, Synthetische Peptide sind auch nach 1907 von Fischer und Abderhalden dar- gestellt worden. Arginin: Die Arbeiten von A. Kossei, besonders Zeitschr. f. physiol. Ch. 41, 42, 49, 60. Biochem. Zenlralbl. 5. Zu 4 : Siehe Literatur zum spcciellen Teil. Fr die Pflanzeneiweie und die Frage der vollstn- digen Auflsbarkeit: T. B. Osborne, Ergeb- nisse der Physiologie 10, 47 bis 215 (1910). Vegetable Proteins, London 1909. Zu 5: Peptide: E. Fischer und E. Abder- halden, Zeitschr. f. physiol. Ch. 39, 46, 51. Trypsin : W. Khne, Virchows Arch. 39. Eiweikrper 163 F. Kutscher, Zeitschr. f. physiol. Ch. 28. E. Fischer und E. Abderhalden, 89, 46. Formoltitrierung : S. P. L. Srensen, Biochem. Zeitsehr. 7. Henriquez und Gjaldbk, Z. f. physiol. Ch. 67. Papayotin : Neu- meister, Zeitschr. f. Biol. 26. Siegfried, Z. f. physiol. Ch. 88. Kutscher und Loh- mann, ebenda 46. Erepsin : O. Cohnheim, Z. f. physiol. Ch. 38, 35, 49, 51, 69. E. Abderhaldenund Mitarbeiter, ebenda 49, 51, Gl, 66. Hefe : M. Hahn, Z. f. Biol. 40. F. Kutscher, Zeitsehr. f. physiol. Ch. 32, 34. E. Abderhalden, ebenda 51, 54, 55. Pflanzen: E. Schulze, ebenda 24, 38, 45, 47, 65. E. Abdo'halden, ebenda 49. S. H. Vines, Annais of Botany 17 bis 20. Auto- lyse: E. Salkouski, Z. f. Min. Med. 17, Suppl.; 31. Jacoby, Zeitsehr. f. physiol. Ch. 30, 32. H. D. Dahin, Journ. of Physiol. 30. Arginase: Kossei und Dahin, Z. f. physiol. Ch. 41, 42. Zu 6: Alkalispaltung: E. Fischer, Z. f. phys. Ch. 85. H. Steudcl, ebenda 35. A. Kossei und F. Weiss, ebenda 59, 68. Permanganat: G. Zickgraf, ebenda 41. R. Bernert, ebenda 26. Wasserstoffsuperoxyd: H. D. Dahin, Journ. of Biolog. Chem. 1. Salpetersure: O.v. Frth, Habilitationsschrift. Straburg 1899. A. Kossei und F. Weiss, Z. f. physiol. Ch. 78. Brom : Hlasiwetz und Habermann, Liebigs Ann. 159. Hefe : F. Ehrlich, Biochem. Zeitschr. 2, 18. H. Pringsheim, ebenda 10. Fulnis: D. Acker- mann und F. Kutscher, Zeitschr. f. physiol. Ch. 69. A. Ellinger, ebenda 29, 62, 65. Pflanzen: E. Schulze, ebenda 24, 26, SO, 38, 35, 47, 65, 67, 69. Tiere: Desa midier ung : O. Cohnheim, ebenda 59, 76. Leber: O. Neubauer, ebenda 67. Acetessigsure : G. Embden, Hofmeisters Beilr. 6, 8, 11, Biochem. Zeitschr. 27. Alkaptonurie: Falta u. Lang- stein, Zeitschr. f. physiol. Ch. 37. E. Fried- mann, Hofmeisters Beitr. 11. Cystin u rie : A. E. Garrod, Journ. of Physiol. 34. Diaminurie : E. Baumann, Zeitschr. f. physiol. Ch. 13, 15. Agmatin : A. Kossei, ebenda 66, 68. Methylierungen : D. Ackermann uud F. Kutscher, ebenda 69. Kynuren- sure: A. Ellinger, ebenda 43. Glykokoll: A. Magnus-Levy, Biochem. Zeitschr. 6. Zucker und Eiwei: G. Lusk, Zeitschr. f. physiol. Ch. 66. Glukosamin: R. Fabian, ebenda 27. Tryptophan : A. Ellinger, Hof- meisters Beitr. 4- Methylmerkaptan nach Spargeln: 31. Nencki, Arch. f. exper. Path. u. Pharm. 28. Melanin: O. v. Frth, Hof- meisters Beitr. 1, 10. M. Nencki, Bei: deutsch, ehem. Ges. 28. Zu 8: Albumosen: W. Khne, Zeitschr. f. Biol. 29. R. Neumeister, ebd. 26. F. Hof- meister, Ergebnisse der Physiologie, I, Biochem ie. Pepsinpepton : M. Siegfried, Zeitschr. f. physiol. Ch. 88, 45, 65. Histopcpton : A. Kossei, ebd. 49. Hemielastin : L. Borchardt, ebd. 51. Plastcin: W. W. Sawjalow, ebd. 54. Kyrine : M. Siegfried, ebd. 48, 48, 50. Protone: A. Kossei, ebd. 49. - Sure- Peptide: E. Fischer und E. Abderhalden, Ber. deutsch, ehem. Ges., 39, 40. E. Abder- halden, Zeitschr. f. physiol. Ch. 58, 62, 63, 64, 65, 66. Acidalbumosen : M. Dcnnstedt und P. Hassler, ebd. 48. R. Neumeister, Zeitschr. f. Biol. 26, 36. Alkalialbumosen : O. Maas, Zeitschr. f. physiol. Ch., 80. A. Kossei, ebd. 59, 60, 68. Antipepton: M. Siegfried, ebd. 35, 38, 45, 54. E. Fischer und E. Abderhalden, ebd. 39, 40. Fleisch- extrakt: K. Mays, ebd. 78. Oxyprotcin- sure : F. Pregl, Pflgers Arch. 75. E. Abderhalden und F. Pregl, Zeitschr. f. physiol. Ch. ^C. Pflanzensamen: M. Sieg- fried und W. R. Mach; ebd. 42. T. B. Osborne, Ergebnisse der Physiologie, 10. Tritonium : 31. Henze , Ber. deutsch, chem. Ges. 34. Zu 9: Amphotere Elektrolyte: K. Winkel- blech, Zeitschr. f. physikal. Ch.36. Hydrolyse : J. Sjgvist, Skandinav. Art. f. Physiol. 5. O. Cohnheim, Zeitschr. f. Biol. 88. T. Br. Robertson, Ergebnisse der Physiologie 10. Undissocierte She: T. B. Osborne, Zeitschr. f. physiol. Ch. 33; l. c. T. Br. Robertson, I. c. Alkohollsliche Salze: F. Simon, Zeitschr. f. physiol. Ch. 66. Schwermetallsalze: G. Galeotti, ebd. 40, 4~> 4$- Anilinfarben: M. Heidenhain, l J flgers Arch. 90, 96. G. 31ann, Physiological Histology, methods and theory, Oxford 1902. ZulO: Jodeiweie : Blum, Journ. f. pr. Ch. (2) 56, 57. Zeitschr. f. physiol. Ch. 28. F. Hof- meister, ebd. 24. D. Kurajeff, ebd. 26, Hofmeisters Beitr. 3, Zeit- 58, 59, 60, 62. Brom- F. G. Hopkins, Ber. 30, 31. Fluoreiwei: Gans, Chem. Centralbl. A. Oswald,, Zeitschr. f. .j L. sehr. f. ei/wei: deutsch Blum, 1901. - physiol A. Oswald, physiol. Ch. Blum, l. c. - , ehem. Ges. , l. c. S. W - Schilddrse . Ch. 27, 32, 62. 51, 55. Korallen: C. T. 31rner, ebd. 51, 55. - - 3L. Henze, ebd. 51. Schwmme: E. Hai-nack, ebd. 24. Nitro- krper: O. v. Frth, Habilitationsschrift, Stra- burg 1899. A. Kossei, Zeitschr. f. physiol. Ch. 72, 76. Oxyprotsulfonsure : O. v. Frth, Hofmeisters Beitr. 6. Oxyprotcin : F. N. Schulz, Zeitschr. f. physiol. Ch. 29. Ozon: C. Harries und K. Langheld, ebd. 51. Formaldehyd : S. Schwarz, ebd. 31. Ester: H. Bechhold, ebd. 34. Diazoverbindungen : Z. Treves und G. Salomone, Biochem. Zeit- schr. 7. Silber: Schadee van der Does, Zeitschr. f. physiol. Ch. 24. Osmiumsure: A. Bethe, Arch. f. mikroskop. Anatomie 54- Zu 11: Molekular cjrt ?: -F. Hofmeister, Zeitschr. f. physiol. Ch.24. G. Hfner, Arch. f. (Anat. u.) Physiol. 1894. J. Barcroft. Journ. of Physiol. 39. E. W. Reid. cid. 31, 38. - Verbrennungswrme: F. Stohmann und H. Langbein, Journ. f. pr. Ch. (2)44- F. G. Benedict und T. B. Osborne, Journ. of Biolog. Chem. 8. Polarisation : L. Frede'ricq, Arch. de Biol. 1, 2. Refractometrie : T. Br. Robertson, Journ . of Physical. <'h z ) bezeichnen knnen (s. Fig. 2). ^Von diesen neun Komponenten stehen X x , Y y , Z z offen- bar senkrecht zu dem Flchenelement, zu Big. 2. welchem sie gehren. Die brigen fallen in die Flche. Die ersteren werden als Normalspannungen, die letzteren als Tan- gentialspannungen (Schubspannungen) be- zeichnet. 1 ) Die Normalspannungen werden Zugspannungen" genannt, falls der Span- nungsvektor nach der ueren Seite" des Flchenelements zeigt, Druckspannungen, falls er nach innen" gerichtet ist. x ) In der technischen Litteratur werden die Normalspannungen mit ff x , y, 6z, die Schub- spannungen mit r xy . r vz usw. bezeichnet. 168 Elastizitt Es ist zunchst leicht einzusehen, da diese neun Spannungsgren sich auf sechs reduzieren, da die sechs Schubspannungen paarweise gleich sind. Es gelten nmlich die Beziehungen Xy = Y x Y Z = Zy z x = x z . Dies kann man folgendermaen einsehen: Da beliebige Teile des Krpers im Gleich- gewicht sein mssen, so knnen wir dieses Prinzip auf einen Wrfel von der Kanten- nge Ax Ay = Az anwenden (s. Fig. 3) und die Bedingung ausdrcken, da die Krfte kein Drehmoment ausben, das das Volum- element drehen wrde. Wenn auch eine stetig verteilte uere Kraft (z. B. Schwere) vorhanden ist, so kann sie doch kein merk- liches Drehmoment ausben, weil ihre Besul- tierende angenhert durch den Schwerpunkt des Wrfels geht, und zwar um so genauer, je kleiner der Wrfel ist. Ein merkliches Drehmoment kann also nur von den Span- nungen herrhren. Kechnen wir z. B. das Drehmoment aus, welches um die y-Achse dreht, so kommen zwei Krftepaare in Betracht, und zwar die Spannungen X z an den Flchen AxAy mit dem Hebelarm Az und die Spannungen Z x an den Flchen AyAz mit dem Hebelarm Ax. Diese beiden Krfte- paare mssen im Gleichgewicht sein, woraus folgt oder X z .AxAy.Az = Z x .AzAy.Ax vllig festlegen. Wenn dies der Fall ist, so mu es mglich sein, die Spannung in bezug auf eine beliebige Ebene durch diese sechs Komponenten auszudrcken. Man kann nun in der Tat zeigen, da dies immer mglich ist. Zu diesem Zwecke betrachtet man ein Tetraeder mit den Kartenlngen Ax, Ay, z/z. (s. Figur 4). Ein solches Tetraeder mu offen- bar ebenfalls im Gleichgewicht sein, wie jeder aus- Ebenso folgt Gleichgewieht X z = Z x . aus dem Drehmomente um die x- und z-Achse Gleichheit von Y z und 7 y bezw. von und Y x . Die Schubspannungen, die der die X y sich in einer Wrfelkante treffen", sind also gleich. Es fragt sich nun, ob die sechs Spannungs- komponenten X x , Y y , Z z , X y , Y z , Z x den Spannungszustand in dem Punkte wirklich Fig. 4. geschnittene Teil des Krpers. Die Krfte in der Richtung rhren von den Spannungskomponenten Xx, Xy, X z und von der x-Komponente X n der unbekannten Spannung Sn in bezug auf die Flche ABC her. Da die Flchen, auf die die drei erstgenannten Spannungen wirken, x / 2 AyAz, 1 / 2 AxAz, 1 / 2 AxAy betragen, so liefern diese eine Kraft in der x-Richtung von der Gre Va (X x AyAz+X y AxAz+X x AzAy). Diese Kraft mu, wenn keine ueren Krfte wirken, der Kraft Xn.ABC das Gleichgewicht halten. Da die drei Seitenflchen als Projektionen der Flche ABC auf die Koordinatenebenen entstehen, so gelten die Relationen: 1 zlyzlz=ABC cos a V, zlzzlx=ABC cos 7 2 zlxzly = ABC cos y wobei a, , 7 die Richtungskosinusse der Normalen des Flchenelements ABC bezeichnen. Man hat daher X x cos a + X y cos + X z cos y = X n . In hnlicher Weise erhlt man Relationen fr Yn und Zn. Diese Relationen mssen nun be- stehen bleiben, wie klein auch Ax, Ay, Az ge- whlt werden, d. h. auch wenn man mit der Ebene ABC ganz nahe an den Punkt rckt. Man sieht aber, da die Relation dann auch fr den Fall gilt, da beliebige uere Krfte wirken, da das Volumen und damit alle rumlich ver- teilten Krfte" klein von der dritten Ordnung werden : die uere Kraft wird bei Verkleinerung des Tetraeders immer kleiner, whrend die Span- nungen endlich bleiben. Rckt man mit ABC ganz zum Punkte heran, so gehen Xn, Yn, Zn in die Spannungen im Punkte in bezug Elastizitt 169 auf die Flchenrichtung ABC ber, und da- mit sind die drei Komponenten der Spannung in bezug auf eine beliebige Ebene in der Tat durch die sechs Spannungskomponenten ausge- drckt. Der Spannungszustand in einem Punkte kann durch folgende Darstellung geometrisch veranschaulicht werden. Man kann eine Flche zweiten Grades (eine sog. Spannungsflche) in der Weise konstruieren, da jede Ebene mit dem zugehrigen Spannungsvektor ein Paar konjugierter Elemente bildet, d. h. wenn wir die Richtung des Spannungs- vektors als Fahrstrahl auffassen, so ist die zugehrige Ebene parallel der Tangential- ebene an die Spannungsflche am Endpunkte des Fahrstrahls. Die Gre des Spannungs- vektors kann man an dieser Darstellung ebenfalls ablesen: ihre Normalkomponente ist gleich dem Quadrat der Entfernung der Tangentialebene von dem Mittelpunkt der Flche, wodurch die Gre des Spannungs- vektors selbst, da seine Richtung bereits be- kannt ist, ebenfalls bestimmt wird. Der allseitig gleichen Druckverteilung (z. B. in ruhender Flssigkeit) entspricht als Span- nungsflche offenbar eine Kugel. Bei diesem Spannungszustande steht die Spannung stets senkrecht zu dem zugehrigen Flchenelement. Man sieht aber unmittelbar ein, da dies nur in diesem einzigen Falle zutrifft. Im allge- meinen werden wir stets drei Ebenen finden, die die Eigenschaft haben, da die Spannung auf der Ebene senkrecht steht, so da in diesen Ebenen keine Schubspannungen auf- treten. Diese Ebenen sind die sogenannten Hauptebenen", die zugehrigen Span- nungen, die offenbar in die Richtung der Hauptachsen der Spannungsflche fallen und dem Quadrate derselben gleich sind, nennt man ,, Hauptspannungen". Unter den drei Hauptspannungen sind die grte und die kleinste Spannung in dem betreffenden Punkte enthalten, bezw. die grte positive und die grte negative Spannung. 2. Der Deformationszustand. Man kennt den Deformationszustand eines kon- tinuierlichen Mediums vollstndig, falls man fr jedes vor der Deformation aus dem Krper herausgegriffene Linienelement Rich- tung und Lnge nach der Deformation an- geben kann (s. Fig. 5). Betrachten wir z. B. ein Parallelepiped mit den Kantenlngen Ax, Aj, /dz, so ist der Deformationszustand desselben bekannt, falls wir die neuen Lagen der Linienelemente und ihre neuen Lngen an- geben knnen. In der Elastizittslehre nimmt man nun an, da auf den Spannungszustand nur die sogenannte reine Deformation", d. h. die Lngennderungen und die relativen Winkelnderungen der in dem Punkte zu- sammenlaufenden Linienelemente von Ein- flu sein knnen. In dieser Annahme ist Zweifaches ausgedrckt : a) Man macht die Voraussetzung, da eine Translation oder Drehung des Volumelements Fig. 5. keine Spannungen hervorrufen kann. Dies wird dadurch plausibel, da sonst eine reine Drehung oder Translation des Gesamt- krpers ebenfalls elastische Spannungen her- vorrufen wrde, was der Erfahrung offenbar widerspricht. b) Man stellt sich dadurch, da man fr die Spannungen nur die Dehnungen und Winkelnderungen des in dem betreffenden Punkte zusammenlaufenden Achsenkreuzes als magebend ansieht, auf den Standpunkt der Nahewirkungstheorie". Der Einflu der weiteren Umgebung wird vernachlssigt. Diese Auffassung bildet zwar heutzutage die Grundlage unserer Mechanik der Kon- tinua, von dem Standpunkte der Molekular- theorie aus ist sie aber nur als eine erste Nherung zu betrachten. Die sechs Deformationsgren, die wir zu betrachten haben, sind also die drei Lngen- nderungen (Dehnungen) der Linien- elemente: e x , y , z und die drei Winkel- nderungen der drei Achsen: y xy , y yz , y xz . Man erhlt reine Dehnungen, wenn man annimmt, da das Parallelepiped ein solches bleibt und nur die Kantenlngen verndert werden. Andererseits erhlt man den Fall reinen Schubs, falls wir alle Kanten- lngen behalten und das Parallelepiped in ein Rhomboeder berfhren. Aehnlicher- weise wie durch die sechs Spannungskompo- nenten die Spannung in bezug auf eine be- liebige Flchenrichtung festgelegt ist, so kann man aus den Dehnungen und Winkel- nderungen eines einzigen Achsenkreuzes die Dehnung eines beliebig gerichteten Linien- elementes und die Winkelnderung zwischen zwei beliebigen Linienelementen berechnen. 170 Elastizitt Man findet in Analogie zu den drei Haupt- ebenen, in denen die Schubspannungen ver- schwinden, drei aufeinander senkrechte Linien- elemente, die nur eine Dehnung und keine Winkelnderung erfahren. Dies kann man am einfachsten folgendermaen veranschaulichen : Schneiden wir eine Kugel aus dem Krper heraus, so wird diese bei der Deformation an- nhernd in ein Ellipsoid bergehen ; alsdann bilden die drei Hauptachsen ein Achsen- kreuz, welches vor und nach der Defor- mation aus drei aufeinander senkrechten Linienelementen besteht. Die Dehnungen dieser Linienelemente nennt man Haupt- dehnungen". Diese enthalten die grte und kleinste Dehnung, die irgendein durch den betreffenden Punkt gezogenes Linien- element erfahren kann (bezw. grte positive und grte negative Dehnung). Offenbar kann man den Deformationszustand statt durch Angabe der sechs Dehnungskompo- nenten in bezug auf ein behebiges Achsen- kreuz auch dadurch festlegen, da man die Gre und Orientierung der drei Haupt- dehnungen angibt und dadurch das Ellipsoid festlegt, in welches die Kugel bergegangen ist. Unter Dehnung verstehen wir die spe- zifische Lngennderung, d. h. die Lngen ander ung der Lngeneinheit; und zwar soll Verlngerung positiv, Verkrzung negativ gerechnet werden. Sowohl die Deh- nungen als die Winkelnderungen sind dimensionslose Zahlen; sie lassen sich be- rechnen, sobald die Verschiebungen der einzelnen Punkte bekannt sind. Betrachten wir das Achsenkreuz X, Y, Z im Punkte (s. Figur 6) und bezeichnen wir die S + Az s dz S+gAx A +^Ax x dx Fig. 6. Verschiebung des Punktes mit , tj, , wobei diese Groen als abhngig von den Koordinaten des Punktes x, y, z zu betrachten sind, so werden die Endpunkte der drei Linienelemente offenbar etwas vernderte Verschiebungen er- fahren und zwar B: d d?i d? oz oz 9z Die Lnge z/x geht daher angenhert in ber, so da die spezifische Lngennderung X dx _d dx ~ dx betrgt. Ebenso ist die Dehnung nach der y- z- Richtung ^ und ^-. Was die Winkelnde- y dz rungen anbelangt, so kann man diese auch durch Differentialquotienten der Verschiebungen aus- drcken. So besteht die Winkelnderung zwischen der x- und z-Achse aus der Summe der beiden Winkel i x z/x z/x fr. dz ^y ^y so da die Winkelnderungen durch die Formeln 7xy 7yz dx + dy dy + dz d| + dz dz dx yzx ausgedrckt werden. Die sechs Formnderungskomponenten setzen sich also aus den Ableitungen der drei Verschiebungen |, r\, 'Q linear zusammen. Daraus folgt, da man nicht beliebige Gren als Formnderungskomponenten an- nehmen kann, sondern diese mssen gewissen Bedingungen gengen, die es ausdrcken, da sie eben von drei Funktionen , t], in der angegebenen Weise hergeleitet werden knnen. Man nennt diese Bedingungen Kompatibilittsbeclingungen". 3. Beziehungen zwischen Spannungen und Deformationsgren. Das Hookesche Gesetz. Wie wir in der Einleitung aus- einandergesetzt haben, ist fr einen idealen elastischen Krper der Spannungszustand durch den jeweiligen Deformationszustand vllig bestimmt und umgekehrt, d. h. die sechs Spannungskomponenten und die sechs Deformationsgren mssen miteinander durch eindeutige funktionale Beziehungen verknpft sein. Die mathematische Elasti- zittstheorie nimmt fr die meisten Unter- suchungen speziell eine Proportionalitt zwischen Spannungsgren und Deforma- tionsgren an. Fr eine groe Klasse von Krpern liefert dies in der Tat eine recht gute Annherung. Die Proportionalitt zwischen Kraftwirkung und Deformation hat zuerst in allgemeiner Weise Robert Hooke (1676) ausgesprochen in der berhmten Aussage: ut tensio, sie vis". Man nennt daher den przisen Ansatz, der erst viel spter, nach der durch Navier, Cauchy und Poisson er- folgten Analyse des Spannungs- und Defor- mationszustandes aufgestellt werden konnte, Elastizitt 171 das verallgemeinerte Hookesche Gesetz. Die Proportionalittsfaktoren nennt man im allgemeinen Elastizittskonstanten. Ihre Anzahl ist bei dem allgemeinsten aniso- tropen Krper (bei einem Kristall des tri- klinischen Systems) 21, fr isotrope Krper, d. h. fr Stoffe, bei welchen smtliche Richtungen gleichwertig sind, kann ihre Anzahl "nicht grer sein, als 2. Zwischen diesen Grenzen liegen die verschiedenen Kristallsysteme mit ihren verschiedenen Symmetrieeigenschaften. Bei isotropen Krpern ist es zunchst ein- zusehen, da ein Parallelepiped durch Normal- spannungen keine Winkelnderung erfahren kann. Denken wir z. B. einen Wrfel durch zwei Normalkrfte auf Zug beansprucht, so knnen diese offenbar keinen Schub zur Folge haben, weil eine Druckspannung von derselben Gre den entgegengesetzten Schub bewirken wrde, und dies der Gleichwertig- keit aller Richtungen widerspricht: es ist gar nicht einzusehen, warum die Zugspan- nung einen Schub gerade nach links, die Druckspannung nach rechts hervorrufen sollte, oder umgekehrt. Man kann sich in dieser Weise berzeugen, da bei einem iso- tropen Krper die Normalspannungen nur Dehnungen und die Schubspannungen nur Winkelnderungen hervorrufen knnen (Hauptdehnungen und Hauptspannungen fallen also der Richtung Bercksichtigt man noch, auf die Dehnung in der y- z- Richtung denselben Einflu haben mu, so gelangt man zu dem allgemeinen Anstze e x =a(X x -KY y +Z z )) e y = a(Y v -r(X x +Z z )) e z = a(Z z -r(X x +Y y )) y*y=Xy y yz =Y z yzx = Z x Man nennt a den Dehnungskoeffizienten", den Schiebungskoeffizienten". v ist die sogenannte Poissonsche Verhltniszahl; sie bestimmt nach dem Ansatz das Verhltnis der Dehnungen, welche eine Zugspannung in der Querrichtung und in der Lngs- richtung; hervorruft. Man kann auerdem zeigen, da zwischen den drei Konstanten eine universelle Re- lation bestehen mu, so da die Anzahl der unabhngigen Elastizittskoeffizienten sich auf 2 reduziert. Betrachten wir z. B. (Fig. 7) einen Wrfel von der Kantenlnge 1, der in der x-Richtung auf Zug beansprucht wird, so sind die drei Dehnungen f x = a X x e y = aX x z= ai'X x d. h. der Wrfel von der Kantenlnge Eins erfhrt eine Verlne;-crung um aX x in der Lngsrichtung und die v-fache Verkrzung in den beiden Querrichtungen. Wir wollen nun einen Schnitt AB durch die Diagonal- flche durchlegen und die Spannungen und Dehnungen auf das Achsenkreuz , Z be- ziehen (s. Figur 7a). In der Flche AB tritt eine nach zusammen), da eine x- Kraft und auf die in der Fig. 7a. Fig. 7b. Normalspannung und eine Schubspannung auf, die mit der Spannung X x im Gleichgewicht sein mssen, da die Gleichgewichtsbedingung fr beide Krperhlften erfllt sein mu. Daraus folgt, da Normalspannung und Zugspannung, die auf eine Flche von der Gre Jyzlz]'2 wirken, den Betrag - x haben mssen. Was die Formnderung anbelangt so erfahren die beiden Achsen *, Z eine Winkelnderung, die proportional ist der Schubspannung, d. h. es mu gelten (s. Figur 7b) Andererseits kann man die Winkelnderung geometrisch aus den Lngennderungen in der x- und y-Richtung berechnen. Man erhlt 2fr=2l z< 2 45- arctg 1+ x 172 Elastizitt oder angenhert 2*=e x -e z Daraus folgt unmittelbar die Beziehung X x a(l+v)=^ oder a 2{l + v) In der mathematischen und technischen Literatur werden im allgemeinen verschiedene Elastizittskonstanten eingefhrt, die natr- lich gegenseitig ausgedrckt werden knnen. Diese Elastizittskonstanten knnen in ein- fachen Fllen leicht gedeutet werden, was in dem nchsten Abschnitt gezeigt werden soll. 4. Deutung der Elastizittskonstanten. 4a) Lamesche Konstanten. In der mathematischen Elastizittslehre benutzt man zumeist die Lame sehen Ausdrcke, die die Spannungen als Funktionen der Form- nderungsgren angeben. 1 ) Die Relationen lauten: X x = A(x + y + z)+ ^jUSx Yy = ; L ( X -f y + Z )+ 2/y Z z =A( X + y + z) + 2/ z x y = /'7xy Y z = juyjz Z x = /uy Z x Die beidenKonstanten knnen mittels unserer vorigen Konstanten durch die Beziehungen a I M : 2v 2 1 ausgedrckt werden. Ein Vorteil der Lame- schen Bezeichnungsweise besteht darin, da man gewissermaen Volumelastizitt und Gestaltselastizitt trennt. Ist nmlich ju = 0, so sind smtliche Normalspannungen gleich, die Schubspannungen = 0, so da man einen allseitig gleichen Druckzustand vor sich hat, wie in einer idealen Flssigkeit. Da die Summe der drei Dehnungen ange- nhert gleich der Volumnderung des Volum- elementes ist, so drckt X in diesem Falle das Verhltnis des Druckes zu der Volum- nderung aus. 4b) Elastizittsmodul und Gleit- raodul. In der technischen Praxis speziali- siert man die Elastizittskonstanten da- durch, da man den Fall des reinen Zug- und Druckversuchs und den Fall des reinen Schubs (reine Winkelnderung) betrachtet. Fr eine Zugbeanspruchung in der x-Rich- x ) Die mathematische Elastizittstheorie be- nutzt fr die Formnderungskomponenten zu- meist folgende die Dehnungen Bezeichnungen Xy, Vz , z x zz fr & v~. x x , y y frWinkelnderungen. tung (s. Fig. 8) ist die entsprechende Deh- nung x = aX x ; den reziproken Wert von a bezeichnet man als Elastizittsmodul (Dehnungsmodul), E = . Die englischen a Autoren nennen diese Gre den Young- Fig. 8. sehen Modul, da Young (1807) als erster den Begriff przisierte. Fr eine reine Schubbeanspruchung (s. Fig. 9) hat man Fig. 9. zwischen Schubspannung und Winkel- nderung die Beziehung y xz = X ; der reziproke Wert des Schiebungskoeffizien- 1 ten heit der Gleitmodul, G = -5- (= ju). 4c) Kompressionsmodul. Fr einen allseitig gleichen Druckzustand erhlt man aus den obigen Gleichungen wegen Gleichheit der drei Normalspannungen bezw. der drei Deh- nungen die Beziehung X x = Y y = Z z = (A+ 3 //)(x + y + z) = (A+ -q ju).3e. Bezeichnet man den allseitigen Druck mit p und die spezifische Volumnderung mit = x+ y + z = os, Elastizitt 173 so wird 1 ) p=U+gA* Av v der Faktor + o heit der Kompressi- bilittsmodul K, der reziproke Wert des- selben die Kompressibilitt k. Der Kompressibilittsmodul wird durch Elastizittsmodul und Poissonsche Zahl in 1 E der Form K = ^ -z ~- ausgedrckt. Man fol- o 1 zv gert daraus, da die Poissonsche Verhlt- niszahl stefs zwischen den Grenzen und 0.5 hegt. Wre nmlich v> 0,5, so wrde K negativ ausfallen, d. h. der Krper wrde bei Zug sich zusammenziehen, bei Druck sich ausdehnen, was der Erfahrung widerspricht. 5. Die Ziele der mathematischen Ela- stizittstheorie. Durch Festsetzung der Beziehungen zwischen Deformationsgren und Spannungen ist die Mglichkeit ge- geben, fr vorgeschriebene Belastungsver- hltnisse die Deformation eines elastischen Krpers zu berechnen. Diese ist vollstndig bekannt, falls wir die Verschiebungen , T], als Funktionen des Ortes angeben. Es fragt sich nun, wie diese bestimmt werden. Die einzige Bedingung, die wir zu erfllen haben, ist die Gleichgewichts- bedingung fr ein beliebiges Volum- element. Genauer gesagt: durch die Ver- schiebungen sind die Deformationsgren gegeben, durch die Deformationsgren die Spannungen und nun mssen die von den Verschiebungen in dieser Weise abgeleiteten Spannungen fr einen beliebigen Teil des Krpers sich im Gleichgewicht befinden. Da die Deformationsgren sich linear aus den Ableitungen der Verschiebungen |, ?y, zusammensetzen, die Spannungen laut des Hookeschen Gesetzes lineare Funktionen der Deformationsgren sind, so erhalten wir als Gleichgewichtsbedingungen drei lineare Differentialgleichungen fr die drei Funkti onen , 1], , die diese mit Hilfe der zugehrigen Randbedingungen vllig bestimmen. Bezg- lich der Randbedingungen sind zwei Haupt- flle zu unterscheiden: Zumeist sind ent- weder die Verschiebungen an der Begrenzung des Krpers (z. B. Stab mit festgehal- tenen Enden) oder aber die Oberflchen- krlte (z. B. ein Krper unter Flssigkeits- druck) gegeben. In dem letzteren" Falle mssen die Spannungen, falls wir uns der Begrenzung nhern, in die vorgeschriebenen Oberflchendrucke bergehen. In beiden Fllen reichen die Randbedingungen gerade aus, die Verteilung der Deformationen und Spannungen zu bestimmen. Man erhlt die Gleichgewichtsbedingungen an dem Volumelement, falls man die Differenzen der Spannungen an gegenberliegenden Seiten- flchen vergleicht. Die Spannungskomponenten, die eine Kraft nach der x-Richtung liefern, sind X x , Xy, X z . Der Ueberschu dieser Spannungen an den Flchen nach der wachsenden x-, y- und z-Richtung betrgt offenbar Xx . Xy . Xz -jr ^x, -j-- Jy, ~Az; x y " dz der Ueberschu an Kraft fr das ganze Volum- element ist daher (wobei wir mit den betreffenden Flchen multiplizieren) Xx , Xy X Z \ . . , x y z / Diese Kraft mu, falls keine rumlich verteilte uere Kraft vorhanden ist, verschwinden, bei Vorhandensein einer solchen von der Gre X, Y, Z pro Volumeinheit der Kraft X Ax Ay z/z das Gleichgewicht halten. Es folgt daraus: X X , Xy Xz . x v z und entsprechend YxYyYz x ^ v ^ z ^ Zx . Zv , Zz x v z 0. Im Falle der Bewegung sind die rechten Seiten durch die Ausdrcke 2 2 ?] 2 ! t 2 ' Q t 2 t 2 ' ' ? M2 ' * *) Die Volumnderung eines Wrfels von der Kantenlnge a betrgt offenbar, falls jede Kante die Dehnung s erfhrt Av = a 3 (l + ?) 3 a 3 , oder Av angenhert Av = 3a 3 s, woraus - - = 3s folgt. zu ersetzen, wobei q die Masse der Volumeinheit (Dichte), 2 | 2 ^ 2 F' "F t 2 die Komponenten der Beschleunigung in dem betreffenden Punkte bezeichnen. Fhrt man in diese drei Gleichungen das Hookesche Gesetz fr die Spannungen, ferner in das Hookesche Gesetz die Ausdrcke fr die Formnderungsgren ein, so erhlt man drei lineare Differentialgleichungen zweiter Ordnung fr g, 7], . Man bezeichnet sie als Grund- gleichungen der Elastizittstheorie". Durch die Lsung der Grundgleichungen erhlt man allerdings die Spannungen nur in dem Falle richtig, wenn der Krper span- nungslos ist, solange keine ueren Krfte auf ihn wirken. Dies ist aber oft nicht zu- treffend. Man kann z. B. einen geschlossenen Metallring aufschneiden, einen Sektor aus ihm herausschneiden, und die beiden Enden wieder zusammenlten: der so gewonnene Krper ist offenbar auch ohne Einwirkung von irgendwelchen ueren Krften in einem bestimmten Span- nungszustande. Es sind Anfangsspannun- 174 Elastizitt gen" vorhanden. Wird der Krper be- lastet, so gibt die Lsung der elastischen Grundgleichungen nur die zustzlichen" Spannungen. Ebenso werden bei Metall- krpern, die aus der Schmelze durch rasche Abkhlung fest geworden sind, stets innere Spannungen vorhanden sein, denen man sehr schwer Rechnung tragen kann. Man kann die inneren Spannungen dadurch konstatieren, da, falls man einen solchen Krper zerschneidet, die beiden Teile im allgemeinen nicht mehr zueinander passen. 6. Formnderungsarbeit. Minimal- prinzipe. Man kann die Bestimmung des elastischen Gleichgewichts auf ein allge- meines energetisches Prinzip zurckfhren, wenn man die Arbeit, die bei der elastischen Deformation eines Krpers geleistet wird, als eine Art potentieller Energie des Krpers auffat Diese Arbeitsmenge reprsentiert infolge der Reversibilitt der Deformation in der Tat eine in dem Krper aufgespei- cherte Arbeitsfhigkeit, die man als Defor- mationsenergie (Formnderungsener- gie) bezeichnet. Betrachtet man nun den elastischen Krper und die angreifenden ueren Krfte als ein abgeschlossenes System, so ist das Gleichgewicht offen- bar durch das Minimum der potentiellen Energie des Gesamtsystems bestimmt. Die Deformation erfolgt in der Weise, da die Formnderungsenergie des elastischen Krpers, vermindert um die Arbeitsfhig- keit, die die Krfte durch Verschiebung ihrer Angriffspunkte einben, mglichst klein ausfllt. Da die Arbeitsleistung der ueren Krfte bei Verschiebung ihrer An- griffspunkte als Verminderung der poten- tiellen Energie des Gesamtsystems anzu- sehen ist, erkennt man am einfachsten, falls man als uere Krfte Gewichte an- bringt. Wird z. B. ein Stab durch ein Ge- wicht gebogen, so ist die Durchsenkung des Gewichtes offenbar eine Verminderung der potentiellen Energie desselben, da es vom hheren Niveau zu einem niedrigeren gesunken ist. Die bei der Biegung geleistete Formnderungsarbeit gilt dagegen als Zu- nahme der potentiellen Energie, da da- durch eine Arbeitsfhigkeit im Krper auf- gespeichert wurde : wird die Belastung langsam aufgehoben, so ist der Krper in der Tat imstande, eine gewisse Arbeit zu leisten. Nach unserem Prinzip wird das Gewicht den Stab nur soweit durchbiegen, bis die Zunahme der Formnderungsarbeit strker wird als die Abnahme der poten- tiellen Energie durch das Sinken des Ge- wichtes. 1 ) Man kann zeigen, da fr einen iso- tropen Krper, fr den das Hookesche Gesetz gilt, die bei der Deformation ge- leistete Arbeit pro Volumeinheit (Energie- dichte) W = -2(X X X +Yyy+Z z f z +Xyyxy + Y z y yz + Z x y zx ) betrgt. Man nennt diesen Ausdruck auch elastisches Potential, mit Rcksicht darauf, da die Spannungen als Ablei- tungen dieser Gre nach den Deformations- gren sich darstellen lassen. Das Prinzip vom Minimum der poten- tiellen Energie ist vielfach benutzt worden, fr spezielle Flle einfache Rechnungsver- fahren herzuleiten. Besondere Beachtung verdient die Anwendung des Prinzipes in den Fllen, wo mehrere Gleichgewichtsge- stalten mglich sind und es um die Entschei- dung sich handelt, welche dieser Gleich- gewichtsgestalten stabil ist. Die stabile Gleichgewichtskonfiguration mu nach be- kannten Grundstzen die kleinste poten- tielle Energie besitzen (vgl. II, 5). II. Elastizitt von Stben und Fden. Die in den vorliegenden Nummern pr- zisierte mathematische Aufgabe kann nur in einzelnen einfachen Fllen in exakter Weise gelst werden, so da man sich zu- meist mit angenherten Lsungen be- gngt. Einfache Lsungen erhlt man insbesondere fr solche Krper, bei denen eine oder mehrere Dimensionen klein sind gegen die anderen, wie z. B. fr dnne Platten und insbesondere fr dnne Stbe. Diesen Fllen kommt von zwei Gesichtspunkten aus eine besondere Be- deutung zu. Einerseits sind an Bauwerken oder Maschinen zumeist gerade jene Kon- struktionsteile der Bruchgefahr am meisten ausgesetzt, die als solche Stbe oder Platten betrachtet werden knnen, so da diese Annherungslsungen fr die technische Festigkeitslehre fast vollkommen ausreichen (vgl. den Artikel Festigkeit"). Anderer- : ) Man wre zunchst geneigt zu glauben, da die beiden Arbeitsmengen stets gleich sind, da der Stab doch durch die uere Kraft deformiert wurde. Es ist indessen zu beachten, da der Stab als potentielle (Formnderungs-) Energie nur jene Arbeit aufnimmt, die geleistet wird, falls dqr Stab durch sukzessiv wachsende Gewichte belastet wird, d. h. falls die Belastung bei jeder Durchbiegung so viel betrgt, wie nach dem Ho oke sehen Gesetz gerade ausreicht, die De- formation hervorzurufen. Dies uert sich darin, da ein pltzlich durch das volle Gewicht be- lasteter Stab in Schwingungen gert. Man kann leicht nachrechnen, da im Gleichgewichts- zustnde die Formnderungsenergie des Stabes nicht gleich Gewicht x Weg ist, sondern genau die Hlfte dieser Gre. Elastizitt 175 seits eignen sich besonders Stbe am besten zn physikalischen Messungen, weil sie bei migen Krften verhltnismig grere Deformationen liefern als Krper von ge- drngter Gestalt. Whlt man insbesondere einfache Anordnungen, wie Zug, Druck, Verdrehung oder Biegung zylindrischer Stbe, so ist man in der Lage, auf Grund der er- whnten angenherten Lsungen der Elasti- zittsgleichungeii die Verhltnisse vollkom- men zu bersehen und die Gltigkeit der Grundgesetze zu prfen, sowie die Werte der Elastizittskonstanten zu bestimmen. Von besonderer Wichtigkeit ist die ela- stische Deformation von Stben und Platten auerdem fr die Akustik (vgl. den Artikel Klang"). Der einfachste Fall eines Stabes ist ein gerader Zylinder von konstantem Querschnitt, Die Achse des Zylinders die durch den Schwer- punkt des Querschnittes gehen soll, heit die Zentrallinie. Eine Erweiterung des Begriffes ist der Stab mit vernderlichem Querschnitt". Ein gekrmmter Stab" hat eine krumme Linie als Zentrallinie; als Querschnitte gelten die Schnitte senkrecht zu dieser Linie. Bei einer Platte oder einem Rohr spricht man von Zentral- f lache. Die dazu senkrechte Abmessung heit die Plattendicke. Es sei schlielich bemerkt, da ein Stab mit sehr geringer Biegungssteifigkeit ein Faden, eine Platte mit geringer Biegungs- steifigkeit Membran genannt wird. i. Zug und Druck gerader Stbe (F- den). Wird ein zylindrischer Stab, dessen Achse in die x-Richtung fallen soll und dessen Querschnitt F betrgt, durch die axiale Kraft P gezogen oder gedrckt, so entsteht eine Zug- oder Druckspannung von der Gre Dabei ist angenommen, da die Spannung sich auf den' Querschnitt gleichmig ver- teilt; in einiger Entfernung von den Ein- spannstellen Ist dies tatschlich der Fall. Die spezifische Dehnung betrgt e x = ^r E und demnach die Lngennderung AI einer Strecke von der Lnge 1 PI somit die Verminderung des Querschnittes angenhert A\ = FE Die Lngennderung ist also proportional der Zugkraft und der Lnge, umgekehrt propor- tional dem Querschnitt und dem Elastizitts- modul. Wie schon fters erwhnt der Zug im allgemeinen von minderung des Querschnittes, von einer Vergrerung desselben be- gleitet, Die spezifische Lngennderung in der Querrichtung betrgt vV y s z ve x FE , wurde, ist einer Ver- der Druck AF_ F = y+ z= 2v FE" Sowohl die Messung der Dehnung als der Querkontraktion knnen zur Bestim- mung der Elastizittskonstanten herange- zogen werden. Die Methoden zur Messung der Dehnung sind bis zu einer groen Ge- nauigkeit getrieben worden. Lngennde- rungen bis etwa 0,02 mm kann man mit Hilfe eines Kathetometers durch direkte Ablesung messen; durch mechanische oder optische Uebersetzung (Spiegelmethode) kann man die Genauigkeit bis zu Ablesungen von etwa 0,0005 mm steigern. Fr die genauesten Messungen empfiehlt sich die Interferenz- methode. Bei diesem Verfahren werden durch Reflexion an zwei Glasplatten, die mit zwei verschiedenen Querschnitten des Stabes verbunden sind, Interferenzstreifen erzeugt. Aus der Verschiebung der Inter- ferenzstreifen kann auf die gegenseitige Annherung oder Entfernung der Quer- schnitte schlieen. Mit dieser Methode hat man Lngennderungen bis zu 30 ///< nach- gewiesen. Die Messung der Querdehnung verlangt groe Genauigkeit, da die Verschiebungen sehr klein sind. Die Interferenzmethode ist auch hier mit Erfolg angewendet worden, dagegen sind die direkten Messungen mit Fhlhebel und Spiegelablesung wenig genau. Bei praktischen Messungen bestimmt man die Poissonsche Verhltniszahl v nicht direkt durch Beobachtung der Querdehnung, sondern man berechnet sie aus Elastizitts- und Gleitmodul, wobei der letztere zu- meist durch Torsionsversuche bestimmt wird (s. unten 3). 2. Biegung gerader Stbe. Bei gleich- frmiger Biegung eines geraden Stabes kann man den Grundgleichungen der Elasti- zitt streng gengen, wenn man annimmt, da von allen Spannungskomponenten nur die Zug- oder Druckspannung in der Achsen- richtung von Null verschieden ist. Fr diesen Fall ergibt sich eine Deformation des Stabes, bei der jeder ebene Querschnitt eben bleibt. Wir beschrnken uns auf die Biegung in einer Ebene. Die Stabachse falle mit der x- Achse zusammen, und der Stab sei in der x-z-Ebene gebogen (s. Fig. 10). Wir nehmen auerdem an, da der Querschnitt in bezug auf die z-Achse symmetrisch sei. Da alle "Spannungskomponenten bis auf eine verschwinden, steht diese mit der zuge- hrigen Dehnung in derselben Beziehung wie bei einem einfachem Zug- oder Druckversuch: X x = Ee K . Dehnung in einfacher Andererseits wird die 176 Elastizitt Weise durch den Krmmungsradius aus- gedrckt, den die Zentrallinie des gebogenen Stabes annimmt. Die ueren Fasern werden offenbar gezogen, die dem Krm- mungsmittelpunkte zugewendeten gedrckt. Es gibt also eine Schicht, die keine Dehnung erfhrt; sie heit die neutrale Schicht". Wird der Krmmungsradius einer Faser in der neutralen Schicht mit R bezeichnet und Fig. 10. die Verlngerung einer beliebigen Faser von der Lnge 1 in der Entfernung z von der neutralen Schicht mit A 1, so besteht die Relation P'Q' _ 1+zJl R+z PQ I R Die spezifische Dehnung wird daher _A\_ z Man erhlt daraus fr die Spannung den Ausdruck Xx= R- Wenn wir den Stab durch den Schnitt ABCD in zwei Teile zerlegt denken, so mssen offen- bar beide Teile im Gleichgewicht sein, d. h. die Spannungen X x mssen den ueren Krften, die z. B. links vom Querschnitt angreifen, das Gleichgewicht halten. Bei gleichfrmiger Biegung durch zwei entgegen- gesetzte Momente haben wir keine resul- tierende Kraft, nur das Moment Mi,. Man hat daher Gleichgewicht, falls die Resul- tierende der Spannungen verschwindet und ihr resultierendes Moment gleich Mi, wird: / /X x dydz.z = M b . Setzt man den Wert i; E ein, so liefert die erste Gleichung offenbar die Bedingung, da die neutrale Schicht durch den Schwerpunkt geht. Die Zentrallinie bleibt also ungedehnt. Die zweite Gleichung liefert eine Beziehung zwischen dem Biegungs- moment und der Krmmung 1/R M b =^E.r/Wydz. Das Integral /j'z 2 dydz gibt die Summe aller Flchenelemente, multipliziert mit dem Qua- drat der Entfernung von der y-Achse. Diese Achse heit die neutrale Achse" oder Schwerpunktsachse". Die erwhnte Summe wird als Trgheitsmoment J des Querschnitr tes in beziig auf diese Achse bezeichnet. Man hat daher als Grundgleichung der Biegung M h = JE R' ffx x dydz = (> d. h. die Krmmung ist proportional dem Biegungsmoment und umgekehrt proportional dem Trgheitsmoment des Querschnittes und dem Elastizittsmodul. Das Produkt JE wird auch Biegungssteifigkeit" genannt. Die soeben abgeleitete einfache Beziehung gilt in allen Fllen, in denen das Biegungsmoment um eine sogenannte Haupttrgheitsachse des Querschnittes wirkt. Zieht man beliebige Gerade durch den Schwerpunkt und vergleicht die zu- gehrigen Trgheitsmomente, so gibt es zwei aufeinander senkrechte Richtungen, die das grte und kleinste Trgheitsmoment liefern. Diese Geraden heien die Haupttrgheitsachsen. Solange das Biegungsmoment um eine Haupt- trgheitsachse wirkt, wird der Stab in der dazu senkrechten Ebene gebogen und die obige Be- ziehung ist stichhaltig. Wirkt aber das Bie- gungsmoment um eine andere Achse, so ist die Ebene der gekrmmten Zentrallinie im allge- meinen verschieden von der Ebene des Biegungs- moments. Die obige, zunchst nur fr die gleich- frmige Biegung durch zwei Biegungsmomente gewonnene Gleichung wird in der Biegungs- theorie auch fr vernderliche Biegungs- momente angewendet, wobei also das Biegungsmoment als eine Funktion von x auf- gefat werden mu. Setzt man die Durch- biegung allgemein = f(x), so wird die Krm- 1 d 2 f mung angenhert ~ = _p^, und man er- hlt als Gleichung der elastischen Linie" r l2f Elastizitt 177 Diese Gleichung liefert die Grundlage zu der Theorie der sogenannten Trger", die in der Technik eine groe Rolle spielen. In der Praxis wird die Biegung zumeist Stab wird an einem Ende fest eingeklemmt, am anderen Ende mit einer ausbalanzierten drehbaren Scheibe verbunden. Ist die Ver- drehung der Scheibe gleich &, das Trgheits- durch Einzelkrfte oder durch stetig ver- moment derselben um die Drehachse gleich D, teilte Belastung ausgebt. Die elastische so lautet die Bewegungsgleichung der Scheibe Linie wird auer der Art der Belastung ^ $*& beeinflut durch die Anordnung und die Art der Untersttzung. Man sagt, der Stab D--K sei frei gesttzt (vgl. Figur 11 oben), Das Drehmoment M wird in diesem Falle wem, nur die Durchbiegung gehindert wird, d . ad r <* ausgebt da der Stab der Biegung aber die Richtung der elastischen Linie in f? elastischen Widerstand entgegensetzt; dem betreffenden Punkte nicht bestimmt dieser ist gleich und entgegengesetzt ge- ist, er sei dagegen eingeklemmt (vgl. Figur 11 ' htet dem Biegungsmoment welches dem unenl sobald Durchbiegung und Richtung tab die gleiche Biegung er eilen wurde Fig. 11. der Tangente festgelegt sind. Fr physi- kalische Messungen kommt hauptschlich der Wert der grten Durchbiegung (Bie- gungspfeil) in Betracht. Man erhlt fr die einfachsten Anordnungen nachfolgende Werte : an einem Ende eingeklemmt, am anderen Ende durch die Kraft P belastet: 1 PI 3 1- 3 JE' an beiden Enden frei gelagert, in der Mitte belastet: f 1 P L 3 . 48 JE' an beiden Enden eingeklemmt , in der Mitte belastet: JL_ PI 3 192 JE' Da die Verdrehung der Stabenden gleich ist der Verdrehung der Scheibe, so betrgt die Krmmung (1 die Lnge des Stabes) 1 i = . Das Biegungsmoment ist daher R 1 M= JE 9 M. Hieraus folgt die Gleichung D d 2 # , JE (ll- 1 &= Die Lsung lautet: 9- A sin ; JE Dl Die Schwingungsdauer betrgt daher T = 2ji] /JE DL f durch Messung dieser Zeitdauer kann der Ela- stizittsmodul (bestimmt werden. Vorteile der Methode sind zunchst eine theoretisch einwandfreie Anordnung, da die Biegung streng durch Momente ausgebt wird, ferner groeGen auigkeit, da man durch Vergrerung des Trgheitsmoments der Scheibe die Schwingungszeit beliebig vergrern kann. Man kann durch den Biegungsversuch die Poissonsche Verhltniszahl auch er- mitteln, sobald man die Verzerrung des Querschnittes bercksichtigt. Bei der Bie- gung kontrahieren sich die gezogenen Fasern -o- , i ,, i, ! in der Querrichtung, die gedrckten dehnen Biegungsversuche eignen sich unmittelbar ., ^ ^ ,j . i fi An n TO i.u+ zur Bestimmung des Elastizittsmoduls. Man mit z. B. den Biegungspfeil und die zuge- hrige Kraft. Die Messung der Deformation sich aus. Daraus folgt, da der Querschnitt nicht unverndert bleiben kann; er erleidet eine Verbiegung in der eigenen Ebene und zwar betrgt die entstehende Krmmung (vgl. geschieht zumeist mittels Spiegelablesung ; da ; f { mm ih leicht berzeugen k v ai f n bei hnlichen Querschnittsabmessungen und ; <" . migen Krften beim Biegungsversuch r falls - die Krmmung der Stabachse be- grere Verschiebungen vorkommen, als beim Zugversuch, so bietet der Biegungsversuch ein bequemeres Mittel zur Bestimmung des Elastizittsmoduls. Eine sehr bequeme und genaue R R deutet. Bei einem viereckigen Stab geht also die Oberflche in eine Sattelflche ber 1 v tit fl i I mit den Hauptkrmmungen ~ und -. Bei hat W. Voigt angewendet, indem er die : einem durchsichtigen Material (z. B. bei Bie- Belastung durch eine schwingende Scheibe j gung von ebenen Glasplatten) kann man nun Der ' diese Formnderung der Flche beobachten 12 mit groem Trgheitsmoment ersetzte Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. 178 Elastizitt mit Hilfe der Interferenzlinien, indem man das an der deformierten und an einer ebenen Flche reflektierte Lieht interferieren lt. Die Interferenzstreifen bilden eine Hyperbel- schar, deren Asymptoten einen Winkel mit- einander einschlieen, welcher mit dem Ver- hltnis der beiden Hauptkrmmungen, d. h. mit der Verhltniszahl v in der Beziehung tg=v steht. 3. Torsion gerader Stbe. Whrend bei der Biegung nur die zum Querschnitt senkrechte Spannungskomponente von Null verschieden ist, kommt es bei der gleich- migen Verdrehung gerader Stbe auf die Schubspannungen im Querschnitt an. Eine einfache Lsung fr die Spannungsverteilung kann man jedoch nur bei solchen Quer- schnitten angeben, die durch einen Kreis oder durch mehrere konzentrische Kreise begrenzt sind (Kreisstab, kreisfrmiges Kohr). In diesem Falle steht die Schubspannung in jedem Punkte senkrecht zum Radius. Man erhlt offenbar keine resultierende Kraft, sondern nur ein Drehmoment um die Stab- achse von der Gre (R Halbmesser des Querschnittes, r die Schubspannung) R M t = r27tr 2 rdr. Man erhlt also fr die Schubspannung den Ausdruck r=G T und fr das Drehmoment R Mt-^/^yrrMr o Das Integral heit das polare Trgheitsmoment J p des Querschnittes: es ist gleich der Summe aller Flchenelemente multipliziert mit dem Quadrat der Entfernung von der Stabachse. Das Drehmoment Mt mu Gleichgewicht halten mit dem Drehmoment der ueren Krfte, d. h. die durch das Torsionsmoment Mt erzeugte Verdrehung des Stabes der Lnge 1 betrgt M t l von % J11G /' Andererseits mu die Schubspannung pro- portional der Winkelnderung sein, die ein Volumelement erfhrt. Man setzt daher Die Verdrehung ist proportional dem Dreh- moment, der Melnge und umgekehrt pro- portional dem Gleitmodul und dem polaren Trgheitsmoment des Querschnittes. Fr einen beliebigen Querschnitt gilt diese Relation nicht mehr, wie dies zuerst von St. Venant nachgewiesen wurde; aller- dings besteht der Unterschied nur darin, da das polare Trgheitsmoment durch eine andere Gre ersetzt wird, die ebenfalls nur von der Querschnittsform und den Quer- schnittsabmessungen abhngt. Das Pro- dukt dieser Querschnittsgre und des Gleitmoduls nennt man Torsionssteifigkeit (C). Dann gilt allgemein fr die Verdrehung M t l 9- C Fig. 12. r = Gy Die Winkelnderung y ist die Schiebung eines Volumelementes durch die Verdrehung zweier benachbarter Querschnitte (s. Fig. 12). Jede Erzeugende der Zylinderflche geht in eine Schraubenlinie ber. Denken wir uns eine solche Schraubenlinie in der Entfernung r von der Stabachse, und wird die Verdrehung zweier Querschnitte, die in der Entfernung 1 vonein- liegen, mit & bezeichnet, so ist die Winkelnderung Y = 1 Im Falle eines belie- bigen Querschnittes kann man die Spannungsvertei- lung nach Prandtl in folgender Weise veranschau- lichen : Man denke sich eine biegsame Membran ber den betreffenden Quer- schnitt ausgespannt und durch konstanten Flssigkeitsdruck durchge- bogen. Die Gestalt der Membran liefert die sogenannte Spannungsflche" fr die Torsion des Querschnittes. Diese Flche hat die Eigen- schaft, da ihre Linien gleicher Hhe in jedem Punkte die Richtung, ihr Geflle senkrecht zu diesen Niveaulinien den Betrag der Schub- spannung in dem betreffenden Punkte angeben. Sind die Ordinalen der Spannungsflche so bestimmt, da das Geflle numerisch gleich der Schubspannung ist, so wird der Flchen- inhalt zwischen dem ebenen Querschnitt und der Spannungsflche numerisch gleich dem Torsions- moment. Mathematisch luft es auf die Lsung Elastizitt 179 folgenden Problems ans: die Ordinate der Spannungsflche Z gengt der Gleichung: 2 Z , 2 Z . W + W = k0nSt Man mu jene Lsung dieser partiellen Differential- gleichung bestimmen, fr die am Rande des be- treffenden Querschnittes Z = ist. Die Analogie des Torsionsproblems mit der Durchbiegung einer ebenen Membran kann man dazu benutzen, um die Spannungs Verteilung bei komplizierten Querschnitten experimentell fest- zustellen, indem man etwa ber einen Rahmen von der Form des betreffenden Querschnittes eine Seifenhaut aufspannt und diese durch gleich- migen Luftdruck aufblst. Durch Messung der Durchbiegung kann man die Spannungs- flche und daraus die Spannungsverteilung be- stimmen. Die Deformation bei einem beliebigen Querschnitt ist insofern verschieden von der Deformation des kreisfrmigen Stabes, da im allgemeinen die ebenen Querschnitte nicht eben bleiben, sondern eine Wlbung Bei viereckigem Querschnitt Quadrate vorhanden, die ab- annehmen. sind vier wechselnd nach entgegengesetzten Rich- tungen gewlbt werden (s. Fig. 13). Fig. 13. Der Torsionsversuch kann zur unmittel- baren Bestimmung des Gleitmoduls G die- nen. Nach der sogenannten statischen Methode mit man die Verdrehung zweier Querschnitte in einer bestimmten Ent- fernung bei gegebenem Drehmoment. Ge- nauere Resultate erhlt man durch Schwin- gung sbeobachtungen, indem man als Belastung wieder die Trgheitskraft einer Scheibe benutzt, die mit dem freien Ende eines in diesem Falle vertikal aufgehngten Stabes starr verbunden ist. Die Bewegungs- gleichung der Scheibe lautet (D Trgheits- moment um die Drehachse, M Drehmoment) Bezeichnen wir die jeweilige Verdrehung des unteren Stabendes mit &, so ist das Drehmoment, welches der deformierte Stab den w T ir kreisfrmig annehmen auf die Scheibe ausbt, M t GJ #= M, so da die Schwingungsgleichung lautet: D c]^ GJp dt ai " 1 Entsprechend der Lsung &= a-=Asm)t erhlt man folgenden Schwingungsdauer Ausdruck fr die 2 71 i Es wird T beobachtet und daraus G be- rechnet. Bei Stben mit anderen Quer- schnitten wird J p durch eine entsprechende bekannte Querschnittsgre ersetzt. Resultate ber Ela- 4a) Elastizitts- Wie es bereits dar- 4. Experimentelle stizittskonstanten. und Gleitmodul, gestellt wurde, kann der Elastizittsmodul unmittelbar durch Zug-, Druck- und Bie- gungsversuche, der Gleitmodul durch Tor- sionsversuche bestimmt werden. Man kann auch Biegung und Torsion gleichzeitig an- wenden, so da man beide Konstanten an demselben Probestab gleichzeitig bestimmt (Kirchhoff). Sind die Deformationen klein, so superponiert sich Biegung und Drillung, ohne sich gegenseitig zu beein- flussen. Ueber die Grenverhltnisse der beiden Elastizittskonstanten fr einige wchtigeren Stoffe soll nachstehende Zahlentafel Aus- kunft geben, w r obei die Stoffe nach ab- nehmendem Elastizittsmodul geordnet sind. 12* 180 Elastizitt Stoff E kg/cm 2 G kg/cm 2 Stoff E kg/cm 2 G kg/cm 2 Iridium 5 250 000 Quarzfden 520 000 620 OOO 146 000 290 OOO Korund 5 200 000 Zinn 410 000 540 OOO 153 000 -173 OOO Topas 2 900 000 Marmor 260 OOO . Beryll 2 300 000 Granit 245 OOO . Flueisen, Blei 150 000 180 OOO 550 000 -814 OOO Stahl 2 50 OOO -2 200 OOO 740 000 -820 OOO Akazienholz 127 OOO Platin 1 550 000 -1 720 OOO 658 000 663 OOO Sandstein 63 OOO Gueisen 1 170 000 -1 280 OOO Pappel 52 OOO . Kupfer 1 050 000 -i 250 OOO 400 000 -480 OOO Eis 24 000 67 OOO Zink 873 000 -i 050 OOO 380 000 -390 OOO Paraffin 17 OOO 5700 Gold 760 000 980 OOO 250 000 285 OOO Wachs 5 000 Silber 700 000 780 OOO 247 000 -296 OOO Kautschuk . 812 . . Glser 470 000 820 OOO 184 000 329 OOO Bemerkungen: Die Elastizittsmoduln der Kristalle, die in der Tabelle vorkommen, beziehen sich auf den isotropen (sogenannten dichten) Zustand. Bei Metallen hngt der Modul sehr stark von der vorangegangenen Be- arbeitung der Probestbe ab (gezogen, gehmmert, gegossen, gewalzt usw.); es sind deshalb Grenz- werte angegeben. Fr die Gesteine (Marmor, Granit) sind die technischen Messungen berck- sichtigt worden; neuerer Zeit sind in Japan an Gesteinen sehr viele Elastizittsmessungen zu seis- mischen Zwecken gemacht worden, die jedoch eine Schwankung der Werte innerhalb sehr weiter Grenzen zeigen. Bezglich der Hlzer bilden AkazienholzundPappel Grenzf alle ;die angegebenen Zahlen sind Elastizittsmoduln fr Zug in der Faserrichtung; die Moduln in tangentialer und radialer Richtung sind viel kleiner. Bei Kaut- schuk gilt der angegebene Wert fr kleinere Dehnungen; wird er sehr stark gedehnt (etwa bis auf das 3 bis 4fache der ursprnglichen Lnge), so wchst der Modul bis zu einem Betrage von 30000 kg/cm 2 . 4b) Poissonsche Verhltniszahl. Die Poissonsche Verhltniszahl (Verhltnis der Quer- und der Lngsdehnung) kann ent- weder unmittelbar durch Zug- und Druck- versuch, ferner durch Beobachtung der Querbiegung beim Biegungsversuch gemes- E sen oder aber aus dem Verhltnis -^ mittels G der Formel Mittlere Werte fr die Poissonsche Zahl. Stoff 6 Stoff 6 Kork 0,00 Eisen, Stahl 0,29 Opal 0,06 Kupfer ,34 Platin 0,21 Bronze ,3o Elektrolyt. Blei 0,42 Kupfer 0,25 Kautschuk ,49 Glser 0,26 Paraffin 0,50 1+v _E_ 2G berechnet werden. Die direkt gemessenen Werte stehen mit den berechneten zwar nicht immer in bester Uebereinstimmung, doch liegen die Abweichungen innerhalb der Grenzen der Unsicherheit der Beobachtungen, die infolge Ungleichheit des Materials oft ganz erheblich sind. 4c) Abweichungen vom Hookeschen Gesetz. Die Bestimmung der Elastizitts- konstanten wird durch die Tatsache er- schwert, da eine elastische Formnderung stets von einer, wenn auch oft sehr geringen bleibenden Aenderung begleitet wird. Wenn man aber auch diesen Dehnungsrest durch mehrmalige Wiederholung des Versuches eliminiert, so zeigen die genaueren Unter- suchungen, da auch die rein elastischen Formnderungen dem Hookeschen Gesetze (Proportionalitt zwischen Spannung und Dehnung) mir angenhert gehorchen. Be- ; trchtlich sind die Abweichungen z. B. bei Gueisen, wie dies bereits vor Jahrzehnten festgestellt wurde, ferner bei vielen Ge- steinen und bei den technisch wichtigen hydraulischen Bindemitteln (Zement, Beton). Im allgemeinen nimmt die Dehnung strker zu als die Spannung; bei einigen Gesteinen, z. B. bei Marmor, hat man jedoch zunchst eine strkere Zunahme der Spannung, wh- rend bei grerer Belastung wieder die Dehnung strker zunimmt. Bei Kautschuk ist es gerade umgekehrt. Betrachtet man das Hookesche Gesetz nur als erste Annherung, so wird man die Beziehung zwischen Spannung und Dehnung allgemein durch eine funktionelle Beziehung o = f(e) angeben. Der Differentialquotient -j kann dann als ein von der Gre der je- weiligen Dehnung bezw. Spannung abhn- giger Elastizittsmodul betrachtet werden. Die diesbezglichen Untersuchungen be- ziehen sich zumeist auf die Aenderung des Elsatizittsmoduls; ber die Aenderung des Gleitmoduls sind nur wenig Beobachtungen vorhanden. Um die greren Abweichungen bei Gueisen und bei Gesteinen fr die prak- tischen Rechnungen zu bercksichtigen, hat C. Bach als allgemeine Interpolations- Elastizitt 181 formel fr elastische Formnderungen die Gleichung (e Dehnung, o Spannung) vorgeschlagen ; fr m = 1 ergibt sich als Spezialfall das Hookesche Gesetz. Diese Interpolationsformel hat aber den Nachteil, da sie fr kleine Dehnungen die Spannungs- Dehnungsbeziehung nicht richtig darstellen kann, da fr e = o = der Differentialquo- tient - - gleich Null oder unendlich wird, je de - nachdem der Exponent m > 1 ist. Dies wrde also eine ganz rasche oder ganz lang- same Zunahme der Dehnungen bei kleinen Krften bedeuten, whrend gerade fr sehr kleine Krfte das Hookesche Ge- setz bestehen soll, wie dies F. Kohl- rausch und E. Grneisen durch sehr genaue Messungen nachgewiesen haben. Man wird also Formeln bevorzugen, die fr sehr kleine Werte von e und o in die einfache lineare Formel bergehen. 1 ) 4d) Beziehungen zur Molekular- theorie. Es ist schon ziemlich frh ver- sucht worden, die Elastizittskonstanten mit den fr den molekularen Aufbau der Krper charakteristischen Gren in _ Be- ziehung zu setzen; es ist jedoch in dieser Hinsicht eigentlich recht wenig erreicht worden. Die Elastizittstheorie, wie sie im Kapitel I geschildert wurde, behandelt den festen Krper als Kontinuum. Nun kann man dieselben Gleichungen auch auf Grund der Annahme ableiten, da der Krper aus Moleklen (oder Atomen) aufgebaut ist, zwischen denen irgendwelche Krfte wirken, die die Teilchen in stabiler Anordnung hal- ten. Allerdings wissen wir ber diese Krfte zunchst recht wenig. Wrde man annehmen, da die Krfte nur von der Entfernung ab- hngen, so mten die Elastizittskonstanten irgendwie durch die Abstnde der Molekle bestimmt sein. Wertheim fand, da fr alle Metalle der Elastizittsmodul umgekehrt proportional ist der 7. Potenz des mittleren Atomabstandes, den man aus Atomgewicht und Dichte ermitteln kann. Voigt fand eine bessere Uebereinstimmung mit der 6. Potenz (so da Elastizittskonstanten multipliziert mit dem Quadrate des Atom- volums eine universelle Konstante ergeben wrden). Die Uebereinstimmung ist nicht besonders gut, doch auch dieses mangel- hafte Resultat zeigt wenigstens so viel, da zwischen den Atomen Krfte wirken mssen, die von den Massen derselben wenig abhngig sind, da diese bei den ver- glichenen Metallen zwischen auerordentlich weiten Grenzen schwanken. Nimmt man an, da zwischen den Mole- klen nur Zentralkrfte wirken, so kann man nachweisen, da ein isotroper Krper ! nur eine unabhngige Elastizittskonstante besitzen kann. Wrde die Annahme zu- treffen, so mte zwischen den beiden Kon- stanten E und G eine universelle Beziehung ; bestehen, entsprechend einem Werte der Poissonschen Konstante v= 1 / i fr alle isotropen Substanzen. Diese Beziehung trifft aber nicht zu, vielmehr variiert v zwischen un d -rr. Der Widerspruch wurde von W. !) Eine vollstndige Zusammenstellung der Dehnungs-Spannungsformeln findet man bei Mehmke, Z. f. Math. u. Physik 1897. T Voigt durch die Bemerkung beseitigt, da die meisten isotropen Krper (Metalle, Ge- steine usw.) eigentlich aus kristallinischen ! Bausteinen bestehen, die an und fr sich anisotrop sind, aber nach allen Richtungen gleichmig verteilt sind, so da sie ein iso- tropes Konglomerat bilden. Voigt hat fr ein solches Gebilde die mittleren Elasti- zittskonstanten berechnet und gezeigt, da fr ein solches Konglomerat die erwhnte i universelle Beziehung nicht mein bestehen ; mu. 4e) Temperaturabhngigkeit der Elastizittskonstanten. Ueber die Tem- peraturabhngigkeit der Elastizittskonstan- ten sind zahlreiche Messungen angestellt worden. Man findet bei den meisten Sub- stanzen eine Abnahme mit wachsender Tem- peratur sowohl fr den Elastizittsmodul als fr den Gleitmodul. Im allgemeinen nimmt aber der Elastizittsmodul wesentlich str- ker ab, so da die Poissonsche Verhltnis- zahl, die mit den beiden durch die Relation p G = ^ c verbunden ist, zunimmt. Es 2(1+ v) ist sehr wahrscheinlich, da v in der Nhe des Schmelzpunktes, oder, falls die Sub- stanzen in einen weichen Zustand ber- gehen, nahezu ~ wird (z.B. bei Kautschuk) ; alsdann ist der Kompressibilittsmodul p K = 7 ^~- 7 r- ungleichmig grer als so- o(l lo) wohl der Dehnungs- wie der Gleitmodul. Die Substanzen setzen in diesem Zustande der Volumnderung einen viel greren Widerstand entgegen, als der Gestalts- nderung, wie dies in der Nhe des Ueber- ganges in den flssigen Zustand auch zu erwarten ist. Was die Gre des Temperaturkoeffi- zienten, d. h. der prozentuellen Abnahme fr 1 Temperaturerhhung anbelangt, so fand Cl. Schfer (1901), da dieser ledig- lich von dem Abstnde vom Schmelzpunkt abhngt. So ist bei Zimmertemperatur der 182 Elastizitt Temperaturkoeffizient bei Metallen im all- gemeinen desto grer, je hher der Schmelz- punkt des betreffenden Metalls liegt. Aller- dings kommen die verschiedensten Aus- nahmen von dieser allgemeinen Regel vor. Interessant ist das Verhalten von einigen Legierungen: Bei Nickelstahl nimmt der Elastizittsmodul mit der Temperatur ab, wenn der Nickelgehalt kleiner als 17 % oder grer als 44 % ist. Zwischen diesen Grenzen nimmt der Elastizittsmodul mit der Temperatur zu, so da es zwei Zusammen- setzungen gibt, bei denen der Elastizitts- modul von der Temperatur praktisch unab- hngig ist (beachtenswert ist ein analoges Verhalten bezglich der magnetischen Eigen- schaften). Ebenso gibt es bei antimonhaltigen Glsern eine bestimmte Zusammensetzung, deren Temperaturkoeffizient gleich Null ist. Fr niedrige Temperaturen hat man die Aenderung der Elastizittskonstanten bis zum Siedepunkt der flssigen Luft verfolgt. In diesem Intervall findet man eine ungefhr lineare Zunahme mit sinkender Temperatur. Bei 185 hat z. B. Stahl einen um etwa 8,7 %, Kupfer um 18 % greren Elasti- zittsmodul als bei Zimmertemperatur. Es sei noch bemerkt, da die Temperatur- abhngigkeit der Elastizittskonstanten auf Grund thermodynamischer Ueberlegungen berechnet werden kann aus der thermischen Ausdehnung und der Abkhlung bei adia- batischer Deformation. Dies liefert eine Methode zur Bestimmung des Temperatur- koeffizienten des Elastizittsmoduls. 5. Elastische Stabilitt. Solange die Deformationen eines Stabes klein sind gegen die Abmessungen desselben, gibt es stets nur eine Gestalt, die bei bestimmten ueren Krften eine Gleichgewichtslage darstellt. Bei sogenannten endlichen Deformationen", d. h. bei Formnderungen, die vergleichbar sind, wenn auch nicht mit der Lnge, aber wenigstens mit den Querschnittsabmes- sungen des Stabes, kann es vorkommen, da ein in ganz bestimmter Weise be- lasteter Stab mehrere verschiedene Gleich- gewichtslagen annehmen kann. Man denke sich z. B. einen vertikal gestellten, am unteren Ende eingeklemmten Stab, der am oberen Ende ein Gewicht G trgt (Fig. 14). Unter Umstnden ist es mglich, eine gebogene Gestalt zu finden, die der Gleichgewichts- bedingung Drehmoment proportional der Krmmung ebenfalls gengt, so wie dies bei dem aufrechten geraden Stabe (Bie- gungsmoment = 0, Krmmung = 0) offen- bar der Fall ist. Welche dieser beiden Kon- figurationen stabil ist, hngt davon ab, in welcher Lage die potentielle Energie des Ge- samtsystems, Stab + Gewicht, kleiner ist. Kann man eine gebogene Lage in der Weise finden, da die Zunahme der Energie in- folge der Biegung weniger betrgt als die Abnahme durch das Sinken des Gewichtes, so ist diese gekrmmte Lage stabil, die aufrechte labil. Die Rechnung zeigt, da die aufrechte Lage so lange die einzig Fig. 14. mgliche und somit zweifellos stabile Gleich- gewichtslage bildet, bis das Gewicht G den sogenannten kritischen Wert (J Trgheits- moment des Querschnittes, 1 Lnge des Stabes) JE Gi n' 1- nicht erreicht. Bei grerer Belastung I gibt es eine gekrmmte Gestalt (eigent- lich wenigstens zwei , eine nach rechts und eine nach links), die stabil ist; die aufrechte Lage ist alsdann labil. Der Stab wird durch das Gewicht geknickt". Dieses Resultat hat bereits Euler gewonnen, der das Problem mit Rcksicht auf die Festigkeit von Sulen behandelte (vgl. den Artikel Festigkeit"). Aehnliche Flle kommen bei anderen An- ordnungen ebenfalls oft vor. So kann z. B. das Gleichgewicht einer hochkantgestellten schmalen Schiene labil werden, wenn sie durch ein Gewicht in ihrer Ebene gebogen wird. Bleibt die Schiene in der Ebene, wie es zunchst aus Symmetriercksichten plau- sibel erscheint, so erleidet sie eine reine Biegung; dabei ist aber die Durchbiegung gering, wegen der groen Biegungssteif ig- keit des hochkantgestellten Querschnittes. Eine grere Durchbiegung kann nur er- reicht werden, falls die Schiene sich verdreht, wozu natrlich Arbeit geleistet werden mu. Es kann aber vorkommen, da die zu ; der Torsion notwendige Arbeitsmenge weniger ! betrgt, als der Gewinn an Arbeitsfhigkeit durch die grere Durchbiegung bezw. grere Senkung des Gewichtes. Alsdann ist die verdrehte Gestalt die stabile. Aehnliche ! Flle treten auch bei Torsion von sehr langen und sehr dnnen Stben auf. Elastizitt 183 6. Elastizitt ursprnglich krummer Stbe. Federn. Die elastische Deformation ursprnglich krummer Stbe hat gewisse Bedeutung mit Rcksicht auf die Federn, die bei vielen Konstruktionen, Meinstru- menten usw. eine wichtige Rolle spielen. Es handelt sich zumeist um die Beziehung zwischen Kraftwirkung und Deformation. Dies war eben das spezielle Problem, an dem das Hookesche Gesetz zuerst erkannt wurde. Gerade Biegungsfedern", sowie gerade Torsionsfedern" (Fden) werden nach den Formeln gerechnet, die wir fr gerade Stbe abgeleitet haben. In diesem Abschnitt wollen wir nun jene Federn betrachten, die in unbelastetem Zustande eine gekrmmte Zentrallinie besitzen. Wird ein bereits in einer Ebene ge- krmmter Stab in seiner Ebene weiter ge- bogen, so nimmt man an, da zwischen der Aenderung der Krmmung und dem Bie- gungsmoment dieselbe Beziehung besteht wie zwischen Krmmung und Biegungs- moment bei einem geraden Stab von dem- selben Querschnitt. Wird z. B. ein Kreis- bogen vom Radius q 1 in einen Kreisbogen vom Radius q 2 gebogen, so ist Q* Qi JE' Auf Grund dieser Formel kann man z. B. die Deformation von Spiralfedern (Uhr- federn) berechnen. Gegenstand vieler Arbeiten bildete die Theorie der Schraubenfedern". Die Wirkungsweise einer Schraubenfeder be- steht lediglich in der Verdrehung (Tor- sion) der Stabelemente. Wird z. B. eine Schraubenfeder vom Halbmesser r durch die Kraft P, die in der Achse der Schrauben- linie wirken soll, zusammengedrckt, so bt diese Kraft auf jeden Querschnitt ein Tor- sionsmoment Pr aus. Schneiden wir die Feder durch einen beliebigen Querschnitt durch, so mssen die Torsionsspannungen im Querschnitt diesem Drehmoment das Gleichgewicht halten. Dementsprechend werden die Stabelemente verdreht und die Zusammendrckung der ganzen Schrauben- linie entsteht durch Summation dieser elemen- taren Verdrehungen. J. Thomson hat ge- zeigt, da die Kraft P denselben Weg zu- rcklegt, als wenn sie am Ende eines geraden Stabes von demselben Querschnitt und der- selben Lnge (d. h. von einer Lnge gleich der Bogenlnge L der Schraubenlinie) mit dem Hebelarm r angebracht und somit ein Torsionsmoment P.r ausben wrde. Der Weg der Kraft ist aber offenbar gleich die Zusammendrckung; sie betrgt falls C die Torsionssteifigkeit des Feder- querschnittes bezeichnet. III. Elastizitt von Platten und Schalen. i. Ebene Platten. Die strenge Theorie der elastischen Deformation von Platten bietet bedeutend grere mathematische Schwierigkeiten als die Theorie der Stbe. Man kann aber eine einfache angenherte Theorie fr den Fall ableiten, da einerseits die Plattendicke klein ist gegen die brigen Abmessungen, andererseits aber die Durch- biegung klein ist gegen die Plattendicke. Eine Ausnahme von der Gltigkeit dieser Theorie bilden also die sehr dicken Platten, ferner die sehr leicht biegsamen mit ganz ge- ringer Dicke, die mehr den sogenannten Mem- branen hnlich sind. Trifft aber unsere Vor- aussetzung zu, wie es bei nicht allzu dnnen Platten bei migen Krften tatschlich der Fall ist, so kann man die Reckung der Platte in ihrer eigenen Ebene und die Durchbiegung senkrecht dazu vollstndig trennen und fr beide Arten der Deformation einfache Glei- chungen gewinnen. Fr die Anwendungen kommt hauptschlich die Durchbiegung von Platten durch Flssigkeitsdruck oder senk- rechte Einzelkrfte in Betracht. Als charakteristische Gren fr die Formnderung des Plattenelementes sind die Hauptkrmmungen" zu betrachten. Denkt man sich Schnitte senkrecht zur Tangentialebene der durchgebogenen Flche, so gehrt zu jedem Schnitte ein Krmmungs- radius. Von all diesen Krmmungsradien gehren der grte und der kleinste (bezw. grter negativer und grter positiver Wert) zu zwei senkrechten Schnitten. Man bezeichnet diese als Hauptschnitte und die zugehrigen Krmmungsradien als Haupt- krmmungsradien. Ihre Gre und die Orientierung der zugehrigen Schnitte charak- terisieren vollkommen die Krmmungsver- hltnisse in dem betreffenden Punkte. Schneiden wir nun ein quadratisches Plattenelement von der Seitenlnge Eins und der Hhe h (Dicke der Platte) aus (vgl. Fig. 15), so liefern die Normalspannungen im gebogenen Zustande an jeder Stirnflche Momente, die das Plattenelement gebogen halten. Sind die Richtungen x, y speziell parallel zu den Hauptschnitten gewhlt, so werden die Momente der Spannungen proportional den Hauptkrmmungen Ri und -5- Es bestehen die Relationen R 2 (Mi und M 2 die Biegungsmomente) M,= Eh 3 _ 12 1- -V 2 \Q t V Q2 184 Elastizitt 12 1 v 2 \g t qJ wobei v die Poissonsche Verhltniszahl, E den Elastizittsmodul des Materials be- /h 3 zeichnet -j" ist das Trgheitsmoment eines Querschnittes von der Hhe h und der Breite Eins). Stellt man nun die Gleich- gewichtsbedingungen fr die Momente und die Krfte auf, die auf das Plattenelement wirken, so gelangt man zu einer Differen- __ 3 + * _ P R4 Fig. 15. tialgleichung fr die Durchbiegung, indem man noch die Krmmungen angenhert durch die zweiten Differentialquotienten der Durchbiegung ausdrckt. Die Differential- gleichung der elastischen Flche lautet dann schlielich Eh 3 I2(i-v 2 )\dx* ' y fi^w % + 2 4 w x 2 y 2 l> (w Durchbiegung, p der belastende senkrechte Druck an der betreffenden Stelle x, y). Die Integration dieser Gleichung fhrt zu der Berechnung der Durchbiegung als Funktion des Ortes. Als Randbedingungen kommen verschiedene Flle in Betracht: die Platte kann eingeklemmt sein (d. h. an dem Rand ist sowohl Durchbiegung als Tangential- ebene der Flche bestimmt) oder frei auf- liegen (in diesem Falle ist nur die Durch- biegung gegeben, dafr mu aber der Rand spannungsfrei bleiben). Je nachdem erhlt man verschiedene Formeln fr die Durch- biegung. Fr die maximale Durchbiegung (Biegungs- pfeil) erhlt man bei einigen einfachen An- ordnungen folgende Ausdrcke (f Biegungs- pfeil): Kreisfrmige Platte frei aufliegend und in der Mitte durch die Einzelkraft P belastet: f 3 3 +v PR 2 4 1 + v h 3 (l ?' 2 )E' dieselbe eingeklemmt 3^ PR 2 4 h 3 (l *2)E' frei aufliegend und durch den gleichmigen Druck p belastet 16 1 + vh s (l i' 2 )E' dieselbe eingeklemmt f - JL pR 4 ~~ 16h 3 (l ^ 2 )E" Die elastische Deformation der Platten ist brigens mehr von technischem als von physikalischem Standpunkte aus von Wich- tigkeit; fr physikalische Messungen eignen sich Platten weniger als dnne Stbe, da eine sichere, den theoretischen Bedingungen entsprechende Einspannung am Rande schwer zu bewerkstelligen ist. 2. Rohre und Schalen. Die allgemeine Theorie der Deformation ursprnglich krum- mer Flchen mu die Mittel der Flchen- theorie benutzen und so wollen wir uns auf einige besonders einfache Flle be- schrnken, in denen die Spannungsverteilung ohne besondere Rechnung durch Gleichge- wichtsbetrachtungen ermittelt werden kann. Ein dnnwandiger Hohlzylinder sei durch inneren oder ueren Flssigkeitsdruck belastet. Man kann die Spannung, die in der Wandung auftritt, dadurch ermitteln, da man das Rohr von der Lnge 1 und dem Halbmesser R lngs zwei diametral entgegengesetzten Erzeugenden aufgeschnitten denkt. Alsdann wirkt auf jede Hlfte die Kraft 2plR (p der innere bezw. uere Ueberdruck). Diese Kraft mu mit den Zug- bezw. Druckspannungen, die in dem Schnitte auftreten, im Gleichgewicht sein; falls die Wand- strke klein ist gegen den Halbmesser, kann man die geringen Unterschiede in dem Quer- schnitt vernachlssigen, und man erhlt fr die mittlere Spannung, da die Flche der beiden Schnitte 2l betrgt, 2plR pR 2W * Bei den sogenannten Federrohrmanometern wird ein gekrmmtes Rohr mit elliptischem Querschnitt zur Druckmessung angewendet. Wird ein bestimmter Ueberdruck in das Innere des Rohres geleitet, so geht die flache Durch- schnittsform in eine weniger flache ber, so da der Krmmungsradius der Zentrallinie vergrert wird. Das Rohr nhert sich der geraden Gestalt. Der Weg des Endpunktes wird zur Registrierung des Druckes benutzt. Es sei noch die Deformation einer dnnen Hohlkugel durch inneren Ueberdruck erwhnt. Schneidet man diese durch einen grten Kreis durch, so erfhrt jede Hlfte die Kraft R 2 ?rp. Da die Schnittflche 2R7td betrgt, so ist die in der Wandung auftretende Zugspannung R 2 1 / i ist, die Kompressibilitt mit der Temperatur abnehmen, fr Stoffe mit v < Y-i zunehmen. Diese Folgerung scheinen die Versuche im allgemeinen zu besttigen. 2. Deformation einer Kugel. Elastizitt der Erde. Von den geometrisch einfachen Krpern, fr welche die Grundgleichungen der Elastizittslehre fr beliebige Belas- tungen vollstndig gelst werden knnen, verdient hauptschlich die Kugel besondere Beachtung, da man durch diese Rechnungen in die Lage gesetzt wird, die elastische Nach- giebigkeit der Erde abzuschtzen. Es sind hauptschlich zwei Fragen von Interesse: die Abplattung der Erde durch die Rotation und der Einflu derGezeiten,d.h.der periodischen Wirkung von Mond und Sonne auf den Erdkrper. Die Rechnungen werden zumeist unter der Annahme durchgefhrt, da die Kompressibilitt der Erde vernachlssigt werden kann. In diesem Falle kann man die Deformation der elastisch festen, in- kompressiblen Kugel mit jener einer flssi- gen gravitierenden Masse unmittelbar ver- gleichen. Man gelangt zu dem Resultate, da die Abplattung durch die tgliche Rotation bei einer flssigen Kugel Y230 betragen wrde, whrend bei einem elasti- schen Krper von derselben Abmessung V 38 3 herauskme, falls man den Elasti- zittsmodul etwa dem des Glases gleichsetzt. Die tatschliche Abplattung ist etwa 7297- Es ist dabei interessant, da ein elastisch fester Krper von der Gre der Erde durch die Rotation eine Abplattung von derselben Grenordnung erleidet wie eine flssige Masse. Allerdings kann man aus diesem Resultat keine bestimmte Abschtzung fr den Elastizittsmodul der Erde gewinnen, da man sich durch Rechnung berzeugen kann, da eine Inhomogeneitt der Dichte, die bei der Erde sicher vorhanden ist, die Deformation ganz erheblich beeinflut. Etwas sicherer wird die Abschtzung durch die Berechnung der Deformationen, die den Gezeiten entsprechen. Die Berech- nung der Abplattung lt zunchst auch die Mglichkeit zu, da die Erde in ihrem Innern wesentlich aus flssigen Substanzen besteht, deren Deformation die uere Schale nur ganz wenig vermindert. Diese Mglich- keit wird nun durch die Tatsache ausge- schaltet, da man berhaupt relative Ver- schiebungen des Meeres gegen das Festland beobachtet; wre die Erde lediglich flssig, so wrde sie den periodischen Attraktions- wirkungen beinahe wie eine Flssigkeit nach- geben. Man findet die Erhhung der Meeresoberflche um ein Drittel kleiner, als nach der Annahme einer flssigen Kugel sich ergeben wrde. Diese Verminderung ist offenbar eine Folge der geringeren Nach- giebigkeit der Erde. Die Berechnung zeigt, da die Erde einen mittleren Elastizitts- modul von der Grenordnung des Elastizi- ttsmoduls des Stahls besitzen mu, um diese Verminderung der Gezeitenwirkung hervorzurufen. Ganz hnliche Folgerungen Elastizitt 187 lassen die periodischen Lotabweichungen zu, die infolge der tglichen Aenderung der Mondanziehung auftreten; ferner die Verlngerung der Periode der Breiten- schwankungen (Przession der Erdachse) auf 427 Tage statt der theoretisch berech- neten Periode von 306 Tagen. Diese Ver- lngerung der Periode soll ebenfalls eine Folge der Deformation, namentlich einer Ver- nderung der Trgheitsmomente durch die Deformation sein. 3. Berhrung fester Krper. Ein eigen- artiges Problem, welches fr viele Anwen- dungen von Wichtigkeit ist und von Hertz in vollstndiger Weise gelst wurde, bietet die Berhrung fester Krper. Werden z. B. zwei elastische Kugeln durch die Kraft P aneinander gedrckt (s. Fig. 16), so berhren Fig. 16. sie sich nicht in einem Punkte, wie es bei starren Kugeln der Fall wre, sondern es ent- steht infolge der elastischen Deformation eine kleine kreisfrmige Druckflche. Ist der Halbmesser der Druckflche klein gegen den Halbmesser der Kugeln, so kann die Verteilung der Spannungen und die ent- sprechende Deformation in der Nhe der Berhrungsstelle vollstndig diskutiert wer- den. Bezeichnen wir die Halbmesser der beiden Kugeln mit Rj und R 2 , so ergibt sich fr den Durchmesser der Druckflche (G Gleitmodul, v Poissonsche Verhltniszahl) Fr den einfachsten Fall, da eine Kugel in eine ebene Flche von demselben Ma- terial eingedrckt wird, betrgt die Abplat- tung f= i/ 16 (IzzJf 1/?L G 2 [/ R und der Durchmesser der Druckflche d = Vv- v) |/PR. d= /' ^ i (1 v) ^f 1 R t R ., 3 G y R x + R 2 und fr die Annherung der beiden Kugel- mittelpunkte 3 G Die Hertz sehen Rechnungen wurden schon von ihm selbst zu dem Zwecke benutzt, ein absolutes Ma fr die Hrte fester Krper aufzustellen. Eine andere Anwendung besteht in der Berechnung der Stodauer beim Zu- sammensto von elastischen Krpern. Han- delt essich z. B. um den Sto zweier Kugeln, so kennen wir auf Grund der Hertzschen Formel die Kraft als Funktion der An- nherung der beiden Kugelmittelpunkte. Man kann also den Kraftverlauf whrend der Annherung und der Wiederentfernung der beiden Kugelmittelpunkte verfolgen, und da andererseits fr die beiden Krper das Gesetz : Kraft = Masse x Beschleu- nigung: gelten mu, so kann man da- raus die Dauer des Stoes berechnen. Es zeigt sich, da diese mit der fnften Wurzel jener Geschwindigkeit umgekehrt propor- tional ist, mit der die beiden Kugeln sich einander nhern. Dieses Resultat ist auch experimentell besttigt worden. V. Hysteresiserscheinungen. Falls ein belasteter elastischer Krper wieder entlastet wird, so findet man durch genauere Beobachtung, da der Vorgang irreversibel ist, d. h. denselben Belastungen entsprechen whrend der Entlastung andere und zwar stets grere Deformationen als bei der Belastung der Fall war. In dieser Irreversibilitt sind jedoch eigentlich zwei Erscheinungen vermischt: Es ist zunchst ein Verzgern der elastischen Deformation vorhanden, d. h. ein Teil des Deformations- restes verschwindet noch, falls wir nur dem Krper gengende Zeit gewhren. Dagegen bleibt ein oft nicht unbetrchtlicher Teil bestehen. Speziell diese zweite Art der Irreversibilitt, die Verschiedenheit der Gleich- gewichtsdeformationen (Ruhelagen) bei Belastung und Entlastung, nennt man Hysteresis, whrend man die verzgerte Deformation der elastischen Nachwirkung" zuschreibt. Natrlich sind die beiden Effekte praktisch sehr schwer zu trennen, da die nachwirkende Deformation langsam vor sich geht, und es ist eine Bewegung noch nach Stunden, Tagen, sogar Wochen zu merken. Trotzdem scheint es zweifellos zu sein, da die Enddeformation, der der Krper whrend dieses langsam verlaufenden Prozesses zu- 188 Elastizitt strebt, merklich verschieden ist von der- jenigen, die derselben Belastung bei Bean- spruchung in dem entgegengesetzten Sinne entspricht. Man kann die Verhltnisse am besten bersehen, falls man die Beziehung zwischen Spannung und Dehnung graphisch dar- stellt. Um die Ideen zu fixieren, wollen wir einen einfachen Zugversuch betrachten; bei Biegung und Torsion sind jedoch die Ver- hltnisse ganz hnlich. Trgt man die Zugspannung als Ordinate, die Dehnung als Abszisse auf (s. Fig. 17), so Fig. 17. ist im allgemeinen bei der ersten Belastung eine Abweichung von dem Hookeschen Gesetze in dem Sinne vorhanden, da die Dehnungen etwas rascher zunehmen als die Spannungen. Die entsprechende Kurve ist also von unten konkav. Man nennt diese, der ersten Deformation entsprechende Kurve die jungfruliche". Wird nun die Belastung z. B. im Punkte B unterbrochen und der Stab langsam entlastet, so erhlt man eine entgegengesetzt gekrmmte Kurve, die ganz unterhalb der jungfrulichen Kurve liegt. Es ist nun eine sehr merkwrdige Erschei- nung, die aber den analogen Vorgngen der magnetischen Hysteresis genau ent- spricht, da nach Umkehrung in einem be- liebigen Punkte C die neue Belastungskurve genau in den vorigen Umkehrpunkt B hereinluft. Man erhlt einen geschlossenen Zykel" zwischen B und C; bei Wieder- holung der Belastung und Entlastung zwischen diesen Grenzen wird dann stets derselbe Zykel durchlaufen. Kehrt man aber in einem Zwischenpunkte D um, so luft die Entlastungskurve wieder in den vorletzten Umkehrpunkt C ein. Man sieht, da man in dieser Weise, solange die Belastung innerhalb der den Punkten B und C ent- sprechenden Grenzen bleibt, nie aus dem ersten Zykel herauskommt; innerhalb des Zykels kann man aber einen beliebigen Punkt erreichen. Bezglich der Form der Kurven ist es auffallend, da die Anfangstangente jeder Kurve parallel ist und ungefhr dieselbe Neigung besitzt, wie die jungfruliche Kurve im Punkte 0. Man darf also annehmen, da nach jeder Umkehr der Anfang der Deformation genau dem Hook eschen Ge- setze gehorcht. Man schliet daraus, da durch die Deformation ein Teil der Mole- kle des festen Krpers die Verbindung zu ihrer ursprnglichen Gleichgewichts- lage verloren hat und in eine andere stabile Konfiguration bergegangen ist. Fr die neue Konfiguration sind die Verhltnisse nun ganz analog wie in dem undeformierten Zustande: kleine Deforma- tionen sind vllig reversibel und Spannungs- nderungen proportional der Deformation. Unmittelbar nach der Umkehr (z. B. in B), sind also alle Deformationen umkehrbar: die Molekle, deren Gleichgewichtslage nicht gendert worden ist, streben der alten Gleichgewichtslage zu, die anderen ihren neuen Gleichgewichtslagen. Wren diese mit- einander vertrglich, so wrde die Ent- lastungskurve von einer geraden Linie nicht merklich abweichen und nicht in den alten Umkehrpunkt C zurckkehren. Es ist aber sehr plausibel, da dies nicht der Fall sein kann: die Molekle, die ihre alte Gleich- gewichtslage noch nicht erreicht haben, zwingen sozusagen die anderen, ihre Gleich- gewichtslage wieder zu verlassen, bis Alles in die alte Konfiguration zurckgekehrt ist. er in, in/ -A A ff/ 1 Fig. 18. Es ist noch die eigenartige Bolle der jungfrulichen Kurve zu erklren, die ganz aus dem Zykel herausfllt. Dieser Punkt wird gewissermaen durch die folgende Be- obachtung geklrt: setzt man die Belastung nach einmaliger Entlastung in dem entgegen- gesetzten Sinne fort (s. Fig. 18), so kann man einen Zykel herstellen, dessen Mittelpunkt der Nullpunkt bildet. Man kann nun in den Nullpunkt zurckgelangen, indem man den Krper eine Art Spirale durchlaufen lt in der Weise, da man stets kurz vor Schlieen eines Zykels den Belastungssinn umkehrt. Wird nun der Krper von dem Nullpunkt aus wieder belastet, so erhlt man die jung- fruliche Kurve wie bei der ersten Belastung; sie geht dabei durch smtliche Umkehr- Elastizitt 189 punkte der Spirale durch. Durch die Belastung zwischen langsam zu Null abnehmenden Grenzen wird sozusagen der Einflu der vorangegangenen Deformationen ausgeschal- tet, und der Krper befindet sich wieder in jungfrulichem Zustande. Man kann aber auch fr einen beliebigen anderen Punkt der Ebene den Krper in diesen Zustand versetzen, d. h. von den vorange- gangenen Deformationen unabhngig machen, indem man dafr sorgt, da man durch langsam abnehmende Zykeln in den Punkt gelangt, Wiederbelastet wird der Krper eine der jungfrulichen ganz hnliche Kurve beschreiben, die man da sie wieder durch alle Umkehrpunkte der Zykeln hindurchgeht als Durchschreitungskurve" bezeichnet, Eine mathematische Theorie dieser Vor- gnge fehlt bisher vollstndig. Es mu auerdem bemerkt werden, da das eben Berichtete ein idealisiertes Schema der Vor- gnge bietet. Es treten hauptschlich zwei Erscheinungen strend hinzu: a) Die Zykeln werden genau nur dann wiederholt, falls sie zwischen nicht allzuweiten Spannungsgrenzen und insbesondere bei nicht allzugroen Deformationen verlaufen (d.h. bei schmalen Zykeln). Erstreckt sich der Zykel auf groe Deformationen, so verschiebt er sich bei jeder Wiederholung nach der Rich- tung der wachsenden Deformationen, d. h. es tritt stets ein neuer Dehnungsrest hinzu. b) Es ist gewissermaen Akkommodation" vorhanden, besonders bei den ersten Wieder- holungen. Die Zykeln werden schmaler und schmaler. Dieser Einflu lt sich aber fast ganz eliminieren, wenn man die Zykeln erst mehrere Male durchlaufen lt. Nach den dargestellten Gesetzmig- keiten kann zwar die Hysteresis als irrever- sibler Vorgang bezeichnet werden, aber nur in einem beschrnkten Sinne, indem jeder Zustand doch nochmals zu erreichen ist. Energetisch bedeutet jeder Zykel natrlich einen Arbeitsverlust, und zwar ist die ein- geschlossene Flche unmittelbar proportional der bei jeder Wiederholung geleisteten Arbeit. Diese Energiemenge geht in Bewegungs- energie der Molekle (Wrme) ber. VI. Elastische Nachwirkung. i. Gedmpfte Schwingungen. Loga- rithmisches Dekrement. Eine der ein- fachsten jener Tatsachen, die in den Bereich der Nachwirkungserscheinungen gehren, ist die innere Dmpfung der elastischen Schwing- ungen. Wird z. B. ein am oberen Ende befestigter vertikaler Stab am unteren Ende mit einem Gewicht verbunden und in Tor- sionsschwingungen versetzt, so wrde nach dem Hook eschen Gesetze die Bewegungs- gleichung fr das schwingende Gewicht fol- gendermaen lauten (vgl. II, 3): D d 2 # J p G #=0 dt 2 ' 1 (D Trgheitsmoment des Gewichtes um die Stabachse, J P G Torsionssteif igkeit des kreisfrmig vorausgesetzten Querschnittes, 1 Stablnge). Der Stab wrde wie dies bei voller Reversibilitt der elastischen Vor- gnge nicht anders zu erwarten ist, mit konstanter Amplitude Schwingungen aus- fhren. Nun beobachtet man in Wirk- lichkeit eine Abnahme der Amplitude, die im allgemeinen viel grer ist, als der ein- zigen ueren Kraft, dem Luftwiderstande, entsprechen wrde. Man kann der Er- scheinung durch die Annahme einer inneren Reibung des festen Krpers Rechnung tragen, die man proportional der Deformations- geschwindigkeit, d. h. der zeitlichen Aende- rung der Deformationsgren voraussetzt. Man wird also das Hookesche Gesetz in der Weise zu ergnzen haben, da man zu den Gliedern, die proportional den Deformations- gren sind, andere hinzufgt, die der zeit- lichen Aenderung der Dehnungen und Winkel- nderungen proportional sind. Setzen wir insbesondere fr den Fall der Torsion *-(+* wo x die Reibungskonstante der Torsions- deformation genannt wird, so geht die obige Gleichung in d& . J P G dt 2 + 1 #=0 dt 1 ber. Die Lsung kann man schreiben: U "t 2jrt T ' T ist offenbar die Dauer einer Schwingung; falls die Reibungskonstante x klein ist, so unterscheidet sich die # = # e sin -=-, Schwingungszeit sehr wenig von demWerte T = =2*}/ / Dl JnG , den man unter Weglassung des Reibungsgliedes erhlt. Die Bedeutung von 1 ist ebenfalls ersichtlich. Das Verhltnis zweier nach- folgenden maximalen Amplituden (z. B. fr t = g und t = -^g-J betrgt offenbar e~ l d. h. A ist der negative Logarithmus des Verhltnisses zweier nacheinanderfolgender maximalen Ausschlge. Diese Gre wird das logarithmische Dekrement" ge nannt und ist ein direktes Ma fr die Dmp fung. fr / Aus der Schwingungsgleichung folgt 1 - x JpG Dl ' Mit derselben Annherung, w r ie frher, wird 4jr 2 A = . 190 Elastizitt Falls daher k eine Materialkonstante sein soll, so mu das logarithmische Dekrement umgekehrt proportional der Schwingungs- zeit sein. Wir werden spter sehen, da man vom Standpunkte der Nachwirkungs- theorie aus zu der Folgerung gelangt, da das logarithmische Dekrement unabhngig sei von der Schwingungsdauer. Nach den Beobachtungen trifft keine dieser Forderungen exakt zu; doch ist die zweite Forderung fr die meisten Krper besser erfllt. Nach der obigen Formel wrde die Am- plitude in geometrischer Reihe abnehmen, d. h. das logarithmische Dekrement wre unabhngig von der Amplitude. In der Wirk- lichkeit tritt fast immer eine Zunahme des logarithmischen Dekrements mit der Am- plitude auf, und zwar oft in sehr betrcht- lichem Mae. Groe Schwingungen werden rascher gedmpft, als kleine. Auch die Ab- hngigkeit der Dmpfung von der Tem- peratur bildete den Gegenstand zahlreicher Untersuchungen. Im allgemeinen nimmt sie mit wachsender Temperatur stark zu und zwar weniger bei niedrigen Tempera- turen als zwischen und 100. So ist z. B. bei Aluminium die Dmpfung der Schwing- ungen bei 8 mal, bei 100 270 mal so gro wie bei der Temperatur der flssigen Luft. Einige Metalle (Gold, Magnesium) zeigen bei ganz niedrigen Temperaturen wieder eine Zunahme der Dmpfung. 2. Verzgerte Deformation und Re- laxation. Whrend man bei dem perio- dischen Vorgange der gedmpften Schwing- ungen mit der, offenbar der Theorie der Flssigkeiten entnommenen Vorstellung von einer inneren Reibung auskommt, sind die eigentlichen Nachwirkungserscheinungen in engerem Sinne durch eine solche Annahme nicht zu erklren. Man kann zwei sehr charakteristische Tatsachen hervorheben: die Tatsache der verzgerten Deformation unter konstanter Belastung und die sogenannte Relaxation der Spannung bei konstanter Deformation. Als verzgerte Deformation bezeichnet man die Erscheinung, da sowohl bei Be- lastung als Entlastung die endgltige De- formation erst nach lngerer Zeit er- reicht wird. Diese Erscheinung wurde zu- erst von W. Weber beobachtet und von Kohlrausch eingehend untersucht. Kohl- rausch untersuchte auch als erster die Erscheinung der Relaxation. Man versteht darunter folgende Tatsache: Dauert eine Deformation lngere Zeit, so nimmt die zur Erhaltung derselben notwendige Kraft whrend der Belastungszeit ab. Die beiden Erscheinungen stehen offenbar in engem Zu- sammenhang. So ist die verzgerte (nach- trgliche) Deformation als eine Folge der Relaxation aufzufassen: nimmt nmlich die zu der Erhaltung der Deformation not- wendige Kraft zeitlich ab, so wird bei kon- stanter Kraftwirkung (z. B. Belastung durch ein angehngtes Gewicht) die berschssige Kraft weitere Deformationen hervorrufen. Umgekehrt kann man die Relaxation als eine Folge der nachtrglichen Deformation darstellen. Die grundlegende Frage ist naturgem die zeitliche Gesetzmigkeit beider Vor- gnge. Verschiedene Forscher haben die verschiedensten empirischen Formeln auf- gestellt, von denen jedoch keine allgemeine Gltigkeit zu beanspruchen vermag. Die Annahme einer von der Geschwindigkeit der Deformation abhngigen Viskositt knnte zwar qualitativ die verzgerte De- formation erklren; der Relaxation kann sie aber nicht gerecht werden, weil bei kon- stanter Deformation die innere Reibung ber- haupt Null wre. Auerdem verlaufen die Nachwirkungserscheinungen viel zu lang- sam, um als eine Folge jener inneren Rei- bung erklrt werden zu knnen, die man aus den Beobachtungen ber gedmpfte Schwingungen herleitet. Die Theorie mute hier neue Bahnen suchen. Maxwell wollte alle Vorgnge, die scheinbar auf Viskositt deuten, bei Kr- pern von beliebigem Aggregatzustande auf die Relaxation zurckfhren. Nach seiner Vorstellung ist die Grundtatsache die, da sich jeder Krper der Deformation ak- kommodiert, falls diese lngere Zeit be- steht; dies uert sich in einer zeitlichen Abnahme der Spannung. Er setzte -- um zu einer annhernden Theorie zu gelangen die Abnahme der Spannung in der Zeiteinheit proportional der jeweiligen Spannung und um- gekehrt proportional einer konstanten Zeit- gre T, die er Relaxationszeit nannte und die fr die Substanz charakteristisch sein soll. Bei elastischen Medien soll T ganz gro sein (Stunden, Tage), bei Flssigkeiten ganz klein (ein kleiner Bruch- teil einer Sekunde). Ist die Beziehung zwischen Spannung und Dehnung (z. B. bei longitudinalem Zug eines Stabes) ohne Be- rcksichtigung der Relaxation o = Ee, so wre die zeitliche Aenderung der Spannung bei irgendeiner Aenderung der Deformation do p de dt " " dt ' Nun tritt infolge der Relaxation eine Ab- nahme der Spannung in der Zeiteinheit vom Betrage m hinzu, d. h. wir erhalten die Gleichung da y de o dT dT~ T" Elastizitt 191 de Fr konstante Deformation -jt =0 wrde folgen da dt o T oder ( der anfngliche Wert von o) t t o= Oo e d. h. eine exponentielle Abnahme der Span- nung mit der Zeit. Die Relaxationszeit kann als iene Zeit gedeutet werden, in der 1 die Spannung auf den y-^ fachen Wert des ursprnglichen Wertes heruntersinkt. Man ist zwar durch den einfachen Max- well sehen Ansatz nicht imstande, die ver- wickelten zeitlichen Gesetze der tatsch- lichen Relaxation wiederzugeben, auer- dem liefert der Ansatz keine zwanglose Erklrung fr die verzgerte Deformation (namentlich bei Entlastung), trotzdem ist es sehr beachtenswert, da Maxwell gewisser- maen der Dauer des Deformationszustandes einen Einflu zuschrieb. Man wird zu dieser Auffassung gezwungen durch die Beobach- tungen ber die Superponition der Nachwir- kung von Deformationen, die nacheinander in entgegengesetztem Sinne vorgenommen wur- den. Wird z. B. ein Stab zuerst nach rechts tordiert und lngere Zeit in diesem Zustande gehalten, dann whrend einer krzeren Zeit nach dem entgegengesetzten Sinne gedreht, so kehrt er nach der Entlastung zuerst von links nach rechts zurck; diese Bewegung wird aber immer langsamer, der Stab dreht sich sogar wieder um einen kleineren Be- trag nach links, und schlielich wieder zurck gegen die ursprngliche Gleichgewichtslage. Man mu die Drehung nach links offen- bar als eine noch immer bestehende Nachwir- kung der langdauernden frheren Rechts- drehung deuten, die durch die rascher ab- klingende Nachwirkung der kurzen Links- drehung berdeckt wurde. Aehnlich kann man die Ueberlagerung der Nachwirkung mehrerer in verschiedenem Sinne vorange- gangener Deformationen beobachten. Man mu also schlieen, da der jeweilige Zu- stand von allen zeitlich vorangegangenen Zustnden, d. h. der ganzen Vorgeschichte'' des Krpers, abhngig ist. Diese Auffas- sung hat ihren mathematischen Ausdruck zuerst in Boltzmanns Theorie der elasti- schen Nachwirkung gefunden. 3. Die Boltzmannsche Theorie der elastischen Nachwirkung. Soll der Ein- flu der gesamten Vorgeschichte des Kr- pers bercksichtigt werden, so mu offenbar jede vorangehende Deformation mit ge- wissem Gewicht in Betracht kommen, wel- ches desto kleiner ist, je lnger der betreffende Deformationszustand zeitlich zurckliegt. Wir wollen wieder den Fall der Torsion be- trachten, auf den sich ohnehin die meisten Beobachtungen beziehen. Ohne Nachwir- kung wre das Drehmoment, welches einer Verdrehung des Stabes von der Lnge 1 mit einem Winkel vom Betrage & entspricht, gleich M=^U, wo & offenbar die jeweilige Verdrehung zur Zeit t bedeutet. Hat aber die Deformation zur Zeit t = bereits begonnen und ist die Verdrehung in einem beliebigen Zeitpunkt r zwischen < x < t gleich ^-(t) gewesen, so bercksichtigt Boltzmann den Einflu all dieser vorangegangenen Deformationen da- durch, da er von dem Betrage G.#das Integral ber smtliche Deformationen whrend der Zeit von bis t abzieht, wobei jede Defor- mation mit einer Gre multipliziert wird, welche von der verstrichenen Zeit t -- x abhngig ist, d. h. mit einer Funktion ip(t t) von t x. Dieses ip ist eine charak- teristische Funktion des Materials, welche sozusagen fr die Erinnerung" des Kr- pers kennzeichnend ist; sie drckt aus, wie stark der Einflu eines Zustandes noch besteht, welcher eine gewisse Zeit t r bereits zurckliegt. Das Drehmoment wird also mit Bercksichtigung der Nachwirkung M = i2 Gq- 1 l&(x)y)(t- x)dx Boltzmann hat nun gezeigt, da dieser Ansatz geeignet ist, alle charakteristischen Erscheinungen der Nachwirkung darzustellen. Die Erinnerungsfunktion kann durch einen Vorgang experimentell bestimmt werden, und alsdann ist man imstande, auf die zeit- lichen Gesetze der brigen Vorgnge zu schlieen. Wir wollen nur die einfachsten Flle be- trachten : a) Verzgerte Deformation. Die De- formation beginnt um t = 0. Von diesem Zeitpunkte an bis t = T sei die Verdrehung konstant und gleich & . Zur Zeit t = T wird der Stab entlastet ; es fragt sich, wie geht die Detorsion zeitlich vor sich? Da nach t = T das Drehmoment verschwindet, so ist whrend der Entlastungszeit T M = Jr G# -9-, o/yC* x)dx = oder = ~-G> t)c!t. 192 Elastizitt Nach lngerer Zeit ist t x nur sehr wenig verschieden von t, so da man setzen kann 9 = ^ y(t), d. h. 9 proportional xp(t). Der Verlauf der Detorsion liefert also den Weg zur experi- mentellen Bestimmung der Funktion ip. b) Relaxation. Die Deformation be- ginne wieder bei t = 0. Von diesem Zeit- punkte an sei sie konstant, entsprechend einer Verdrehung & . Der Anfangswert des Drehmoments sei M ; es fragt sich, nach welchem Gesetze das Drehmoment, welches zur Erhaltung der konstanten Verdrehung notwendig ist, abnimmt. Aus unserem Ansatz folgt m = G#b ob / '< ip(t T)dr oder, falls man die seit einem bestimmten Zustande verstrichene Zeit t x mit co bezeichnet, o M #o- Jp |G+/V(>)dojj W (t) Differentiieren wir nach der Zeit, so ist die Abnahme der Spannung in der Zeiteinheit dM = pJp dt : 1 Man hat also eine langsam aufhrende Re- oo laxation. Ist j ip(co)&co = G y , so wird G G' o der endgltige Grenzwert" des Gleitmoduls und j & der Endwert des Mo- ments. Es ist besonders interessant, da man durch den Boltz mann sehen Ansatz auch zu einer Theorie der gedmpften Schwin- gungen gelangt, die wir in Punkt VI i auf Grund der Vorstellung der inneren Reibung behandelt haben. Boltzmann gelangt zu dem Schlsse, da, falls man wahrschein- liche Annahmen fr die Erinnerungsfunktion macht, das logarithmische Dekrement un- abhngig wird von der Schwingungsdauer. Dies trifft namentlich nach Beobachtungen von Streintz und Voigt bei vielen Kr- pern (z. B. Gueisen, Cadmium) in der Tat zu; allerdings gibt es viele Krper, die ein entgegengesetztes Verhalten zeigen. Die Boltzmannsche Theorie wurde von Wiechert wesentlich erweitert, indem er durch Superposition mehrerer Exponential- glieder fr die Erinnerungsfunktion zeigte, da die Theorie den Versuchsresultaten sehr gut angepat werden kann. 4. Schlubemerkungen. Die obige Dar- stellung der wichtigsten Nachwirkungser- scheinungen gibt ohne Zweifel nur ein etwas schematisiertes Bild der Vorgnge, und es gibt eine groe Flle von Tatsachen, die heute noch kaum vollstndig systematisch zusammengefat werden knnen. Es wre noch z. B. der Einflu von wiederholten Belastungen zu erwhnen: die Tatsache der sogenannten elastischen Ermdung. Sie besteht darin, da durch langdauernde Hin- und Herschwingungen des Krpers die Dmpfung der Schwingungen zeitlich zu- nimmt: man sagt, der Krper wird er- mdet. Dieser Beobachtung steht gewisser- maen die Beobachtung von Streintz gegenber, da wiederholte Schwingungen in vielen Fllen eine Abnahme des logarith- mischen Dekrements zur Folge haben, also gerade keine Ermdung, sondern Akkommo- dation hervorrufen. Es hat sich aber gezeigt, da die Akkommodation keine spezielle Folge der Belastungsnderung ist, sondern sie er- folgt immer, falls der Krper lngere Zeit be- lastet wird. Andererseits ist es wahrschein- lich, da die Ermdung eigentlich schon zu jenen Vorgngen gehrt, die die innere Konstitution des Krpers ndern und folglich in die Festigkeitslehre gehren (siehe den Artikel F e s t i g k e i t"). Der Unterschied zwischen solchen Vorgngen und den Vorgngen der elastischen Nach- wirkung in engerem Sinne besteht darin, da die ersteren die Eigenschaften des Krpers sozusagen in nicht umkehrbarer Weise ndern, whrend die Hysteresis und Nachwirkungserscheinungen, wenn sie auch irreversible Vorgnge sind, die Konstitution des Krpers eigentlich nicht beeintrchtigen, da ein frherer Zustand auf irgendeinem Umwege immer wieder zu erreichen ist. Wie auch aus dieser kurzen Darstellung erhellt, liefern die Boltzmannsche Theorie und die daran anschlieenden Untersuchun- gen ohne Zweifel nur formale Anstze zur Beschreibung sehr komplizierter molekularer Vorgnge. Eine Erklrung der Tatsachen ist vielleicht von der kinetischen Theorie des festen Krpers zu erwarten, wie die Viskositt von Gasen von der kinetischen Theorie aus eine zwanglose Erklrung fand. Nur liegen die Verhltnisse bei festen Kr- pern so viel komplizierter, da es zunchst fraglich erscheint, ob wir in kurzer Zeit eine Einsicht in den komplizierten Mechanis- mus gewinnen werden. Literatur. I- Lehrbcher: C. L. Kavier, Jtesume des lecons sur l'application de la mecanique, S. Aufl., 1826, herausgeg. von St. Venant, Paris I864. G. Lame, Lecons sur la theorie mathematique de l'elasticite des Elastizitt Elektrizitt 193 corps solides, Paris 1852, 2. Avfl. 1866. A. Clebsch, Theorie der Elastizitt fester Krper, Leipzig 1862, franzsisch von St. Venant und Fl am an t, Paris 1888. JF. Neumann, Vor- lesungen ber die Theorie der Elastizitt, Leipzig 1885. 6. Kirchhoff, Vorlesungen ber math. Physik: Mechanik, Leipzig 1876, 4. Aufl. 1897. H. v. Heimholte, Vorlesungen ber math. Physik, Bd. 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Einleitender Abschnitt: a von Elektrizitt bei Reibung ; + und - - Elektri zitt; Gesetz von der Erhaltung der Elektrizitt, b) Theorie der Fluida. c) Fernwirkung ; Nahewir- kung. 2. Elektrizitt und Materie: a) Elek- trizitt als Verknpfung von Aether und Materie, b) Begriff und Einheit der Elektrizittsmenge. Elektrotechnisches und praktisches Ma. 3. Ionen und Elektronen: a) Atomare Struktur von Elek- trizitt und Materie. Elektrolytische Ionen. Elementarquantum der Elektrizitt. b) Die spezifische Ladung eines Ions, c) Die Ionen in Gasen, d) Die elektrische Ladung der -Strahl- teilchen, e) Kathodenstrahlen. Das Elektron. 4. Elektronentheorie der Materie: a) Elektroma- gnetischer Charakter der trgen Masse, b) Dielek- trische Polarisation, c) Einflu der Elektronen auf optische Vorgnge in der Materie, d) Elektri- zittsleitung, e) Abgabe freier Elektrizitt bei Er- hitzung und Bestrahlung, f) Statische Verteilung der Elektrizitt. Influenz-Elektrizitt von Leitern und Isolatoren, g) Osmotische Theorie der Ionen und Elektronen. Berhrungs-, Thermo-, Rei- bungs-Elektrizitt 1 ). 1. Einleitender Abschnitt. 1 a) Ent- stehung von Elektrizitt bei Rei- bung; -f und Elektrizitt; Gesetz von der Erhaltung der Elektrizitt. Der Name Elektrizitt stammt von der im r ) Dieser Artikel gibt eine allgemeine Einfh- rung in das Verstndnis der elektrischen Erschei- nungen, die ausfhrlich in den besonderen elek- trischen Artikeln behandelt werden. Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III Altertum bereits bekannten Eigentmlich- keit des Bernsteins {rjlexzgov), gerieben leichte Teilchen anzuziehen. Die Eigenschaft bei Reibung mit anderen Stoffen eine elek- trische Ladung anzunehmen, welcher jene anziehende Kraft zuzuschreiben ist, zeigen alle Substanzen. Das scheinbar ab- weichende, sogenannte anelektrische Ver- halten von Metallen und manchen anderen Krpern wurde von Gray 1727 dadurch erklrt, da dieselben ein Leitungsvermgen fr Elektrizitt besitzen. Solche Krper, sogenannte Leiter, sind isoliert aufzustellen, wenn sie bei Reibung eine elektrische Ladung annehmen und behalten sollen. Durch Be- streichen eines auf isolierendem Fu stehen- den Leiters, etwa einer Metallkugel, mit einem durch Reibung elektrisierten Isolator, kann durch Leitung Elektrizitt auf ihn ber- tragen werden. D uf ay machte 173-4 die Ent- deckung der beiden Elektrizittsarten, der positiven und negativen Elektrizitt. Mit gleichartiger Elektrizitt geladene Krper stoen sich ab, ungleichartig geladene ziehen sich an. Glas wird durch Reiben mit Seiden- zeug oder amalgambestrichenemLederpositiv, Hartgummi, Schellack durch Reiben mit Pelzwerk negativ elektrisch. Das Gesetz von der Erhaltung der Elektrizitt sagt aus, da bei jeder Erzeugung von Elek- trizitt stets beide Arten von Elektrizitt in gleicher Menge entstehen; im Falle der Erzeu- gung durch Reibung zeigen reibender und geriebener Krper immer Elektrizitt ent- gegengesetzten Vorzeichens. Es findet dem- nach keine eigentliche Erzeugung von Elek- trizitt, sondern nur eine Trennung entgegen- gesetzter Elektrizitt bei dem Reibungsvor- gangstatt. Gleiche Quanten entgegengesetzter Elektrizitt kompensieren sich und ergeben zusammen einen ungeladenen Zustand. ib) Theorie der Fluida. Die nahe- liegendste Hypothese ber die Natur des elektrischen Zustandes ist die Annahme der Existenz zweier elektrischer Fluida, von denen ein unelektrischer Krper gleiche Mengen enthlt. Bei jedem elektrisierenden Vorgang, wie z. B. bei der Reibung zweier verschiedener Krper, findet eine Trennung der Fluida durch Strmen derselben statt. Nicht wesentlich verschieden von dieser dualistischen Theorie ist die Annahme eines einzigen Fluidums, welche von Franklin vorgeschlagen wurde. Nach dieser uni- tarischen Theorie soll jeder Krper im neutralen Zustande ein gewisses Normal- quantum an Fluidum enthalten. Ueberschu und Mangel an demselben soll die Erschei- nungen der Ladung mit entgegengesetztem Vorzeichen hervorrufen. ic) Fernwirkung und Nahewirkung. Dem elektrischen Fluidum war die besondere Eigentmlichkeit zuzuschreiben, nach auen 13 194 Elektrizitt eine bewegende Kraft auszuben. Die quan- titativen Untersuchungen Coulombs ber die Gre dieser Kraft ergaben eine groe formale Aelmchkeit mit der Gravitations- wirkung der Massen. Wie diese Wirkung, so sah man darum auch die der Elektrizitt als eine unvermittelteFern Wirkung, als eine ,, actio in distans" an, obwohl dem Entdecker der Gravitation selbst, Newton, das Un- befriedigende, das in der Annahme einer durch den einflulosen Kaum erfolgenden Wirkung lag, nicht entgangen war. Eine der glnzend- sten Errungenschaften des menschlichen Forschergeistes war die von England aus- gehende Lossage von der Fernwirkungs- theorie. Faraday war der erste, welcher sich eine neue vollkommen andersartige Vor- stellung von dem Wesen der elektrischen Kraftwirkung bildete. Das Wesentliche an der Faraday sehen Anschauung im Gegen- satz zu der Annahme reiner Fernwirkung ist, da dem zwischen den Ladungen be- findlichen Medium eine wichtige Rolle zu- erteilt wird. Auf dem Boden dieser Nahe- wir k u ngs t he orie stehend, machte Faraday eine groe Reihe der glnzendsten Ent- deckungen. Trotzdem drang er mit ihr lange Zeit nicht durch, wohl hauptschlich des- wegen, weil er mit seiner Theorie in einem vlligen Gegensatz zu der Anschauung der grten Autoritten auf dem Gebiete der Elektrizittslehre sich befand, auch wohl, weil seine Abhandlungen in einer schwer verstndlichen Ausdrucksweise geschrieben waren. Erst James Clerk Maxwell brachte Farad ays geniale Ideen in streng mathe- matische Form und verhalf ihnen zu gln- zendem Siege. 2. Elektrizitt und Materie. 2a) Elek- trizitt als Verknpfung von Aether und Materie. Nach der Faraday-Max- wellschenAnschauungsweise ist eingeladener Krper von einem elektrischen Feld um- geben, dessen Trger das Vakuum, der leere Raum ist, dem man als physikalischem Ob- jekt auch den Namen Weltther beigelegt hat. Bestehen eines elektrischen Feldes be- deutet, da der Aether sich in einem beson- deren Spannungszustand befindet. Weil es keine Substanz gibt, in welcher ein elek- trisches Feld nicht existieren knnte, so hat man den Weltther als jede Materie durch- dringend anzusehen. Cavendish und etwa 60 Jahre spter Faraday entdeckten den Einflu von Isolatoren auf die elektrischen Erscheinungen, der als eine Wirkung der Materie auf den elektrisch gespannten Aether aufzufassen ist. Wenn zwar auch ein elek- ; Feld in dem von wgbarer Materie freien, leeren Raum bestehen kann, so hat die Materie doch stets den wichtigen Anteil an den elektrischen Erscheinungen, da diese letzteren stets nur mit ihrer Vermittelung wahrgenommen werden knnen, und da ferner sich nur auf ihr der Sitz der feld- erregenden Ladung befindet. Das Vakuum ist nach allen unseren Erfahrungen niemals Trger elektrischer Ladungen. Nur mit greif- barer Materie kann Elektrizitt verbunden sein. In der graphischen Darstellung des elektrischen Feldes durch Kraftlinien be- deutet dies, da nur von ponderablen, mate- riellen Teilchen Kraftlinien ausgehen, nur an solchen sich freie Enden von Kraftlinien befinden knnen. Da die Materie nur im geladenen Zustand ein wahrnehmbares elektrisches Feld in ihrer Umgebung hervorruft, ferner ein elektrisches Feld erfahrungsgem auf materielle Krper nur dann eine bewegende Kraft ausbt, wenn diese geladen sind, so hat man die elek- trische Ladung als das Bindemittel zwischen Aether und Materie anzu- sehen. Die Faraday- Max wellsche Theorie hatte hervorragende Erfolge in der Aether- physik. Die Materie, insbesondere die leitende, spielte in ihr jedoch mehr die Rolle eines Strenfrieds. Der Leiter weigert sich, ein elektrisches Feld im Gleichgewicht in sich I zu beherbergen, der Isolator beeinflut die | elektrischen Erscheinungen in einer Weise, | die formal durch die von Faraday einge- fhrte Dielektrizittskonstante in der Theorie wiedergegeben wurde. Der Begriff Elektrizi- tt oder elektrische Ladung wurde, da das Hauptaugenmerk auf den Aether ge- richtet war, man kann fast sagen diskreditiert und durch den Ausdruck freie Enden von Kraftlinien" ersetzt. Die Aethertheorie sagte nichts aus, und konnte nichts aussagen, berall wo ein spezieller Einflu der Materie vorhanden war, wo es sich um elektrische Erscheinungen in wgbaren Kr- pern handelte (Einflu von Isolator und Leiter auf die elektrischen und optischen Vorgnge, Elektrolyse, Thermoelektrizitt u. a. m.). Hier muten neue Hypothesen, an Fundamentalversuche anschlieend, ein- greifen, die ein bestimmtes Bild von der Konstitution der Materie entwerfen. 2b) Begriff und Einheit der Elek- trizittsmenge. Elektrostatisches und praktisches Ma. Mit Hilfe der Dreh- wage stellte Coulomb fr die zwischen zwei Ladungen wirkende Kraft das nach ihm benannte Gesetz auf. Die Kraft, welche eine geladene Kugel auf eine auerhalb be- findliche Ladung ausbt, wird auf die Hlfte reduziert, wenn man der Kugel durch Be- rhren mit einer zweiten gleichen die Hlfte ihrer Ladung entzieht. Es ist darum die Kraft zwischen zwei geladenen Kugeln der Ladung jeder derselben proportional, auer- dem ist ferner die Kraft mit dem Quadrat Elektrizitt 195 der Entfernung r der Kugelmittelpunkte ab- nehmend. ee Kraft = Konstans.-y. In diesem Coulnmbschen Gesetz ist die Ladung oder Elektrizittsmenge e eine noch Undefinierte Gre. Eine bestimmte Festsetzung ihrer Einheit und eine mecha- nistische Definition erhlt man, wenn man fr die Konstante eine bestimmte Fest- setzung trifft. Die Grundlage des mecha- nischen, sogenannten elektrostatischen Masystems und eine mechanische De- finition fr die Einheit der Elektnzitats- menge in diesem Masystem gewinnt man durch die willkrliche Manahme, fr die Konstante die Zahl Eins zu setzen. Dann wird nmlich fr e = e' = 1 und r = 1 auch Kraft = 1, d. h. Die Elektrizittsmenge 1 elektro- statische (e. s.) Einheit stt eine ihr gleiche in 1 cm Entfernung mit der Krafteinheit 1 Dyne ab. Die absolute Krafteinheit 1 Dyne ist ungefhr der Kraft gleich, mit welcher em Milligramm von der Erde angezogen wird. Die so definierte Einheit der Ladung und das auf ihr sich aufbauende elektrostatische Masystem sind praktisch nur mehr von unter dendstem Einflu fr die Erkenntnis der Beziehungen zwischen Elektrizitt und Materie geworden. Die Tatsache, da das Passieren einer bestimmten Elektrizitts- menge durch einen Elektrolyten stets von einem ganz bestimmten Zersetzungseffekt begleitet ist, der in verschiedenen Elektro- lyten die Ausscheidung chemisch quiva- lenter Mengen bedingt, fhrte zu der Clau- dius sehen Theorie der Ionenwanderung. Der Elektrizittstransport geschieht nach ihr durch die Bewegung der positiv und negativ geladenen Ionen, in welche die gelsten Mole- kle gespalten sind. Die von Arrhenius aus- gebaute Dissoziationstheorie baut sich auf dem Grundgedanken auf, da die Spaltung der Molekle und Atome des Elektrolyten m Ionen unabhngig von Stromwirkungen bereits in der Lsung vor sich geht. Der Ausschei- dung eines Grammquivalents eines Ions entspricht dem elektrolytischen Grundgesetz zufolge der Durchgang einer bestimmten, von der Natur des Ions unabhngigen Elektrizi- ttsmenge. Es ist die an einem Gramm- quivalent (= Atomgewicht: Wertigkeit) haftende sogenannte Aequivalentladung. Die Aequivalentladung ist eine von der Natur der Substanz unabhngige sogenannte universelle Konstante und betrgt Coulomb. Diese Elektrizittsmenge haftet geordneter* Bedeutung. In der technischen i als0 an den Ionen von z. B. 1 gr Wasserstoff, 16 ,, 63,6 107,9 g Silber, -y = 8 g Sauerstoff, -|- = 14 Praxis ist eine andere, wesentlich grere Einheit festgelegt und fr die Definition der technischen "Einheit, des Coulomb, die von Faraday entdeckte Tatsache verwendet worden, da bei der Elektrolyse von Metall- salzlsungen dem Durchgang einer bestimmten Elektrizittsmenge durch die Zersetzungs- zelle immer die Ausscheidung einer ganz be- stimmten Menge eines Metalls entspricht. Ein Coulomb ist die Elektrizittsmenge ge- nannt worden, welche aus einer Silbersalz- lsung 0,001118 g Silber ausscheidet, Es ist 1 Coulomb = 3 . 10 9 elektrostatischen Einheiten. Wird beim Strmen von Elektrizitt die Menge 1 Coulomb in der Sekunde durch den Querschnitt des Leiters befrdert, so fliet in diesem der Strom 1 Ampere (vgl. den Artikel Elektrische Manormale"). 3. Ionen und Elektronen. 3a) Atomare Struktur von Elektrizitt und Ma- terie. Elektrolytische Ionen. Ele- mentarquantum der Elektrizitt. Die Fundamentalgesetze der Elektrolyse, an welche die neuen Hypothesen ber die Kon- stitution von Elektrizitt und Materie an- schlssen, sind auch von Faraday in einer Reihe glnzender Experimentaluntersuchun- gen festgestellt worden. Von Clausius, spter insbesondere von Sv. Arrhenius, sowie von van t'Hoff und Nernst bis in alle Einzel- heiten theoretisch verfolgt, sind die elek- trolytischen Erscheinungen von entschei- 31,8 g Kupfer, -q-=4,67 g Stickstoff usw. Um die Elektrizittsmenge zu erhalten welche an einem einzelnen einwertigen Ion haftet, hat man die Ladung 96 5-10 Coulomb nur zu dividieren durch die Anzahl von Ionen, die im Grammquivalent enthalten sind. Ein Grammquivalent Wasserstoff, d. i. ein Gramm nimmt nun bei Celsius und dem Normaldruck von 760 mm Queck- silber ein Volumen von 10830 cem ein. Die Anzahl von Gasmolekle 11, welche unter diesen Bedingungen in einem com enthalten und fr alle Gase nach der Avogadro sehen Reo-el die gleiche ist, ist als die sogenannte Lo & schmidtsche Zahl angenhert be- kannt, sie betrgt N == 2,8.10. Jedes Wasserstoffmolekl enthlt zwei Atome, welche positiv geladen ie ein Wasserstoftion bilden; es sind darum im Grammquivalent Wasserstoff 2.10830. 2,8. 10 d.h. 60648 .10 Ionen enthalten. An einem Wasserstoffion 96540 haftet demnach die Ladung 0648.10 19 = 1,59. 10" 19 Coulomb. Die gleiche Ladung haftet an jedem anderen einwertigen Ion, sowie an jeder Wertigkeit der mehrwertigen Ionen. Ein zweiwertiges Ion trgt demnach 13* 196 Elektrizitt die doppelte, ein dreiwertiges die dreifache usw. Elektrizittsmenge. Es ist bisher auf keine Weise gelungen, mit Sicherheit kleinere Elektrizittsmengen als diese am einwertigen Ion haftende Ladung nachzuweisen. Gegenteilige Beobachtungen sind widerlegt worden und hchst wahr- scheinlich auf Fehler zurckzufhren. Da- gegen hat man auf mehreren ganz anderen Gebieten dieselbe kleinste Ladung feststellen knnen. Man hat darum diese Elektrizitts- menge das Elementarquantum der Elek- trizitt genannt und ist zu der Ansicht ge- langt, da es kleinere Quanten von Elektrizi- tt berhaupt nicht gibt. Wie der Materie, so weist man also auch der Elektrizitt eine atomare Struktur zu. Die Elementarquanten der Elektrizitt haften im allgemeinen an den Atomen der Materie, immer eines an jeder chemischen Wertigkeit des Atoms. Als Mittelwert fr das Elementarquantum der Elektrizitt gilt augenblicklich der Wert 1,56. 10 -19 Coulomb. 3b) Die spezifische Ladung eines Ions. So wird die mit der Masseneinheit des Ions verbundene Ladung, also der Quotient m aus Ladung'und Masse des Ions genannt. Sie hat unter allen chemischen Ionen fr das des Wasserstoffs, weil es das leichteste ist, den grten Wert 96540 ^- . Fr Gramm das 108mal schwerere Silberion ist die spezifische Ladung 108mal kleiner. Sie ist der reziproke Wert der die Ladung 1 Cou- lomb tragenden Menge, welche man das elektrochemische Aequivalent nennt. 3c) Die Ionen in Gasen. Das Lei- tungsvermgen, welches Gase unter ge- wissen Bedingungen zeigen, wird, wie das der Elektrolyte, durch eine Dissoziation, eine Spaltung der Gasmolekle in Ionen er- klrt. Krftige elektrische Felder, Erhitzung, Rntgenstrahlen, die Strahlen radioaktiver Substanzen, ultraviolettes Licht u. a. m. sind imstande, Gase partiell zu ionisieren. Die Eigenschaft der Gasionen Kondensations- kerne fr Wasserdampf zu bilden, ist von J. J. Thomson zu einer Bestimmung der an ihnen haftenden Elektrizittsmenge ver- wandt worden. Bei Abkhlung einer mit Wasserdampf gesttigten, abgeschlossenen Gasmasse durch eine pltzliche Expansion tritt keine Nebelbildung ein, wenn das Gas staubfrei ist. Wenn Staubteilchen zugegen sind, findet aber Kondensation statt, derart da sich um jedes Teilchen ein Nebelblschen bildet. Wie Staubteilchen wirken auch die Ionen, die man in dem Gase erzeugt. Durch eine Messung der Ladung, die eine so her- gestellte Nebelwolke bei ihrem Niedersenken auf eine Metallplatte bertrug, kombiniert mit einer Zhlung der in ihr enthaltenen Nebelblschen, konnte Thomson die Ladung eines Blschens, also die mit einem Ion ver- bundene Elektrizittsmenge, direkt be- stimmen. Der von ihm gefundene Betrag 10 l9 Coulomb ist in der Grenordnung in guter Uebereinstimmung mit dem aus elek- trochemischen Messungen erhaltenen Wert des Elementarquantums. Die Methode ist von H. A. Wilson wesentlich dadurch ver- bessert worden, da die schwierige Zhlung I der Nebelblschen (Wgung der gesamten Nebelmenge und Bestimmung der Masse eines Nebelteilchens aus der Fallgeschwindig- keit) vermieden und durch eine Beobachtung der Fallgeschwindigkeitsnderung in einem vertikalen elektrischen Feld ersetzt wurde. Weitere Messungen nach der Wilson sehen Methode sind in neuester Zeit von F. Ehren- haft und von R. A. Millikan ausgefhrt worden. Den Angaben des ersteren, La- dungswerte gefunden zu haben, die kleiner als das Elementarquantum sind, wird von Millikan sowie von E. Regener entgegen- getreten. 3d) Die elektrische Ladung der a- Strahlteilchen. Die a- Strahlen radio- aktiver Substanzen sind als auerordentlich schnell bewegte positiv geladene Helium- atome erkannt worden, die bei den atomaren Umwandlungsprozessen von der aktiven Materie ausgeschleudert werden. Auch an ihnen ist es gelungen, die Gre der Ladung des Atoms festzustellen. Trifft ein a- Strahl- teilchen auf einen Zinkblendeschirm, so lst es auf diesem einen Lichtblitz aus. In der Nhe eines a-strahlenden radioaktiven Pr- parats zeigt ein solcher Schirm daher eine Flimmererscheinung. Von E. Regener wurde durch Zhlen der Szintillationen die in der Zeiteinheit ausgesandte Zahl von ot-Teilchen eines Prparats bestimmt, gleich- zeitig an demselben Prparat im luftleeren Raum die von ihm emittierte Ladung er- mittelt. Die Kombination beider Messungen ergab als Ladung eines a-Teilchens den Be- trag von 3,2. 10~ 19 Coulomb. Nach einer anderen, elektrischen Methode wurde die Zhlung von Rutherford und Geiger aus- gefhrt und fr die Ladung der fast gleiche Wert 3,1.10 -19 Coulomb gefunden. Das Heliumatom eines a- Strahls ist hiernach mit zwei Elementarquanten geladen, und fr das Elementarquantum der Elektrizitt ergibt sich als Mittel der beiden genannten Be- stimmungen der Wert 1,57. 10 ~ 19 Coulomb. 3e) Kathodenstrahlen. Das Elek- tron. Neues Licht fr die Erkenntnis in den Beziehungen zwischen Elektrizitt und Materie strahlte von der Vakuumrhre aus. Die von der negativen Elektrode einer in verdnntem Gase stattfindenden elektrischen Elektrizitt 197 Entladung ausgehenden Kathodenstrahlen sind bereits seit geraumer Zeit durch ihre Eigenschaften, ganz insbesondere ihre ma- gnetische und elektrische Ablenkbarkeit, als sehr schnell bewegte, negativ geladene Teilchen erkannt worden. Die quantitative Bestimmung ihres Verhaltens im elektrischen und magnetischen Felde hat es gestattet, die spezifische Ladung - - der Teilchen recht ge- nau zu ermitteln. Sie hat im Mittel aus den neueren Messungen den Wert -'- = 1,75. 10 7 m , ist also rund 1800 mal grer als Gramm der grte am chemischen Atom, nmlich dem Wasserstoffatom, vorkommende Wert. Macht man fr das Kathodenstrahlteilchen die naheliegendste Voraussetzung, da es die Ladung eines einwertigen Ions, d. h. die einfache Elementarladung trgt, so folgt, da seine Masse noch 1800 mal kleiner als diejenige des leichtesten chemischen Atoms, des Wasserstoffions, ist. Man hat diesen Teilchen, die in der Folge an vielen anderen Stehen wiedergefunden worden sind und einen ganz universellen Charakter haben, den Namen Elektronen gegeben. Elektronen werden als sogenannte - und (5-Strahlen bei vielen radioaktiven Prozessen von der Materie ausgesandt. Whrend sie als Kathodenstrahlen Geschwindigkeiten von im Mittel etwa x / 5 Lichtgeschwindigkeit haben, kommen sie als ^-Strahlen fast diesem Werte selbst nahe. 4. Elektronentheorie der Materie. 4 a) Elektromagnetischer Charakter der trgen genauen W. Masse. Die sehr Kaufmannschen Messungen der spezi- fischen Ladung des Elektrons an verschieden schnellen /3-Strahlen ergaben das zunchst recht auffllige Resultat einer Abhngigkeit dieser Gre von der Geschwindigkeit des Elektrons. Da das Elementarquantum der Elektrizitt als eine Naturkonstante ange- sehen werden mu, so folgte hieraus eine Vernderlichkeit, und zwar eine starke Zu- nahme der trgen Masse mit der Schnelligkeit der Bewegung. Die Theorie gab hierfr bald die Erklrung. Ein bewegtes geladenes Teilchen entspricht einem elektrischen Strom, und dieser reprsentiert wiederum einen gewissen mit der Geschwindigkeit zunehmen- den Betrag elektromagnetischer Energie. Damit ein geladenes Teilchen beschleunigt wird, ist daher eine Zufuhr von Energie not- wendig, ebenso wie Arbeit fr eine Geschwin- digkeitsvermehrung eines Masseteilchens auf- gewendet werden mu. Darum erscheint die Trgheit eines Massenteilchens vergrert, wenn es geladen ist, und zwar um einen elektromagnetische Betrag, den man als Trgheit oder Masse bezeichnet. Die theore- tische Berechnung dieser Gre auf Grundlage der Maxwellschen Theorie ergibt nun, da dieselbe bis zu Geschwindigkeiten von der Grenordnung derjenigen der Kathoden- strahlen einen konstanten Wert besitzt, da aber von dort an mit wachsenden Geschwin- digkeiten ihr Wert schnell zunimmt, um bei Annherung an die Lichtgeschwindigkeit selbst unendlich gro zu werden. Das ge- nauere Gesetz ber die Art dieser Zunahme hngt ab von den Annahmen, die man ber die Gestalt des bewegten Elektrons macht. Fr die Annahme einer Kugelform des Elektrons (ursprngliche Abrahamsche Theorie) ergibt sich eine etwas andere Ver- nderlichkeit der trgen Masse mit der Ge- schwindigkeit als bei der Annahme der Gestalt, welche die Relativittstheorie fr das bewegte Elektron vorschreibt. Ferner hat nach beiden Theorien die Trgheit eine ! verschiedene Vernderlichkeit, je nachdem die Beschleunigung in der Bewegungsrich- tung oder senkrecht zu derselben erfolgt. j Es ist darum eine longitudinale von einer transversalen Masse zu unterscheiden. Wenn auch die genaue Entscheidung dar- ber, welche Form das bewegte Elektron hat, noch aussteht, und es genauesten Pr- zisionsmessungen noch vorbehalten bleiben mu, ber die Relativittstheorie ein defi- nitives Wort zu ermglichen, so ist aus den vorhandenen Beobachtungen doch bereits Antwort auf folgende Frage von eminenter Wichtigkeit zu holen: Hat das Elektron ber- haupt noch andere trge Masse oder ist seine gesamte Trgheit elektromagnetischen Ur- sprungs? Der nahe Anschlu der Beobach- tungen an die Theorie lt kaum einen Zweifel mehr, da das letztere der Fall ist. Wir haben mit allergrter Wahrscheinlich- keit, man kann fast sagen mit Sicherheit, in den Elektronen diskrete Teilchen vor uns, deren gesamte Trgheit nur durch ihre Ladung veranlat wird. Ihre trge Masse ; ist eine rein durch die elektromagnetische Wirkung ihrer Elektrizitt hervorgerufene Eigenschaft. Es ist kein groer Schritt mehr zu der weitreichenden Frage: Ist die Trgheit der Materie berhaupt eine rein elektroma- gnetische Erscheinung ? Eine Flle von Tat- sachen spricht fr die Bejahung dieser Frage. Ueberall, wo die Materie auf physikalische Erscheinungen von Einflu ist, knnen wir die Wirkung der Elektronen bereits bemerken. Offenbar haben wir in diesen elementaren Gebilden die universellen Bausteine der Materie zu erblicken, und wir knnen die Identitt von Elektrizitt und Materie vorausahnen. Wenn wir also zuerst i be- hauptet haben, die Elektrizitt sei notwendig an Materie gebunden, so geht die Elektronen- theorie der Materie einen groen Schritt 198 Elektrizitt weiter und behauptet: Elektrizitt ist Materie. Es besteht hiernach zwischen Aether und Materie nicht mehr ein funda- mentaler Unterschied, sondern die Materie ist Aether, freilich in einer ganz besonders modifizierten Form. Elektronen, die Bau- steine der Materie, sind singulare Punkte im elektrisch erregten Raum. Aufgabe der Forschung ist es festzustellen, wie sich die einzelnen chemischen Atome aus den Elek- tronen aufbauen. Dies ist zur Zeit noch ebenso unbekannt wie die eigentmliche Eigenschaft der Materie, die Gravitationskraft auszuben. Nur eine Einfhrung besonderer neuer Hypo- thesen drfte hier weitere Aufklrung ver- sprechen. Die nach auen ungeladen erscheinende Materie enthlt auer den negativen Elek- tronen den gleichen Betrag positiver Ladung. Ueberschu an Elektronen lt sie in der Um- gebung als negativ geladen erscheinen, Mangel an solchen als positiv. Die interatomaren elek- trischen Felder sind es, die einer Beschleuni- gung widerstrebend die Trgheit d(_r Materie veranlassen. Ein positives chemisches Ion, so- genanntes Kation, z. B. ein Metallion, ist ein Atom, von welchem je nach seiner Wertig- keit ein, zwei, drei usw. Elektronen abge- spalten sind, ein negatives Ion wird durch ein Atom oder einen Atomkomplex gebildet, in dem ein oder mehrere Elektronen im Ueber- schu enthalten sind. Das gleiche gilt von den Ionen leitender Gase. Positive Elementar- quanten in Freiheit als positive Elektronen sind bisher nicht beobachtet worden, sie sind stets ionenbildend an Atome oder Komplexe solcher gebunden. Dies gilt in gleicher Weise von den positiven Teilchen der Elektrolyse wie von denen, welche als Kanal-, Anoden- oder a- Strahlen auftreten. Messungen der spezifischen Ladung aus der Strahlenab- lenkung im elektrischen und magnetischen Feld haben die ersteren beiden Strahlen- arten als + geladene Gas- oder Metallatome, die a-Strahlen als -+- geladene Heliumatome erkennen lassen. 4b) Die dielektrische Polarisation. In den ungeladenen Atomen der Materie hat man die Elektronen und positiven Kerne in gewissen Gruppierungen Gleichgewichts- stellungen einnehmend zu denken. Jede Verschiebung derselben mu quasielastische elektrische Gegenkrfte hervorrufen. Wird ein wgbarer Krper einem elektrischen Feld ausgesetzt, so wirkt dieses so lange auf die geladenen Partikel verschiebend ein, bis die Gegenkraft der verschiebenden Kraft gleich geworden ist. Dies ist die Faraday- Maxwellsche Verschiebung oder Polarisa- im Dielektrikum (vgl. den Artikel Dielektrizitt"). 4c) Einflu der Elektronen auf optische Vorgnge in der Materie. j Elektronen und positive Kerne sind, da sie J durch Krfte in ihrer Gleichgewichtslage im Atom gehalten werden, schwingungsfhige Gebilde. Die Frequenz ihrer Eigenschwin- gungen hat die Grenordnung optischer Schwingungszahlen, und zwar ist die Frequenz der positiven Kerne diejenige von Wrme- strahlen, die Schwingungszahl der viel leich- teren Elektronen ist sehr viel grer, ent- spricht nmlich im allgemeinen den Fre- quenzen des sichtbaren und des ultravioletten Lichts. Sie ist in verschiedenen Stoffen ver- schieden gro, weil die Strke der Bindung im Atom als von dessen Natur abhngig anzusehen ist. Die elektromagnetischen ! Krfte in einem Lichtstrahl bringen die ge- ladenen Teilchen der Materie, in welcher [ der Strahl verluft, zum Mitschwingen (vgl. den Artikel Schwingungen, Erzwungene Schwingungen"). Die Folge hiervon ist eine Aenderung der Fortpflanzungsgeschwindig- keit und damit eine Brechung des Strahls, deren Strke mit der Frequenz seiner Schwin- gungen vernderlich ist (Dispersion). Dieser I Einflu der Materie ist von abnormer Strke in den Resonanzgebieten, d.h. fr Frequenzen 1 des Strahls, die mit einer Eigenfrequenz der Materie bereinstimmen (anomale Disper- sion und Absorption). Die schwingenden Teilchen werden als bewegte Ladungen, wie die Kathoden- und Kanalstrahlen, von einem Magnetfeld beeinflut. Fr einen Licht- strahl, der in Richtung der magnetischen Feldlinien verluft, resultiert hieraus die von Faraday entdeckte Drehung der Polari- sation sebene, fr einen senkrecht zum Feld gerichteten Strahl eine im allgemeinen allerdings kaum wahrnehmbare magne- tische Doppelbrechung der Materie. Auch diese beiden Erscheinungen sind mit der Wellenlnge des Lichtstrahls vernder- lich und nehmen einen anomalen Charakter in Resonanzgebieten an. Im Natriumdampf sind am Absorptionsstreifen Drehungen bis zu 270 und krftige Doppelbrechung beob- achtet worden (Macalu so und Corbino, W. Voigt). Auf dem gleichen Einflu eines Magnet- feldes auf die schwingenden Elektronen be- ruht das auch bereits von Faraday, mit den damaligen optischen Hilfsmitteln indessen vergeblich, aufgesuchte Lorentz-Zee- mansche Phnomen. Die experimen- telle Auffindung dieser Erscheinung durch Zeeman war deswegen fr die Entwicke- lung'dei Elektronentheorie so hoch bedeutsam, weil hier zum ersten Male auf einem vllig neuen Wege eine quantitative Bestimmung e der spezifischen Ladung des Licht emit- tierenden Teilchens gegeben wurde. Die Identitt dieser Ladung an Vorzeichen und Elektrizitt 199 Gre mit dem Kathodenstrahlwerte bewies, da das Elektron das Zentrum der Licht- emission ist (vgl. den Artikel Magneto- optik"). 4d) Elektrizittsleitung. In Elek- trolyten ist die Elektrizittsleitung nur durch die Wanderung von Ionen, d. h. von Atomen oder Atomkomplexen mit ange- lagerten oder abgespaltenen Elektronen, veranlat. Freie Elektronen kommen in ihnen nicht vor. Dasselbe gilt im allgemeinen von Gasen normaler und grerer Dichtig- keit. In verdnnten Gasen, mag die Dichte- erniedrigung durch Verminderung des Drucks (Vakuumrhren) oder Erhhung der Tem- peratur (Flamme, heie Gase) hervorgerufen werden, bernehmen freie Elektronen einen um so greren Anteil der Gesamtleitimg, je dnner das Gas wird. In Edelgasen (Helium, Argon) ist dies bereits bei normaler Dichte in merkbarem Betrage der Fall, wie Bestimmungen der Teilchenbeweglichkeit ge- zeigt haben (vgl. den Artikel Elektrizi- ttsleitung in Gasen"). In Metallen endlich hat man aller j Wahrscheinlichkeit nach reine Elektronen- leitung anzunehmen. In jedem Metall sind von einem je nach seiner Natur verschiedenen Bruchteil seiner Atome Elektronen als abge- spalten anzunehmen, die sich frei in den Zwischenrumen der festliegenden Atome und der mit der positiven Kestladung ver- sehenen Atomkerne bewegen. Die Zusam- menste, die die Elektronen bei ihrer ge- : richteten Bewegung mit den Atomen erleiden, bewirken den nach Art einer Reibung wirken- den Leitungswiderstand. Der entstehende Ueberschu an ungerichteter Bewegung gibt sich als Stromwrme kund. An der regel- losen Wrmebewegung beteiligen sich die Atome ebensowohl als die freien Elektronen. Die ( letzteren allein indessen vermitteln in- folge ihrer Bewegung den Wrmetransport durch Wrmeleitung. Deshalb sind Wrme- und Elektrizittsleitung einander proportional: Gesetz von Wiedemann und Franz. Siehe auch den Artikel Elektrizittsleitung". 4e) Abgabe freier Elektrizitt bei Erhitzung und Bestrahlung. Durch Erhitzung auf Weiglut, Bestrahlung mit Licht-, Kathoden-, wird die Materie Elektrizitt durch Aussendung freier Elek- tronen in Form von mehr oder weniger schnellen Kathodenstrahlen angeregt. Es sind dies die glh- und lichtelektrischen und damit verwandten Phnomene, die da- hin zu deuten sind, da die Elektronen durch die genannten Agenzien in so lebhafte Bewegung geraten, da ihr Verband zum Krper hinreichend gelockert wird. Aehn- dem explosiven Atom- Substanzen (vgl. die Artikel Lichtelektrische Erschei- nungen" und Glhelektrische Er- scheinungen"). 4f) Statische Verteilung der Elek- trizitt. Influenzelektrizitt von Leitern und Isolatoren. Wie die hydro- statischen Gesetze nicht dadurch gendert werden, da man die Flssigkeiten als aus Atomen und Moleklen aufgebaut ansieht, so ndert auch die elektronentheoretische Anschauung nichts an den aus der Vor- stellung eines Kanal- zur Rntgenstrahlen Abgabe Aussendung negativer Regeln liches geschieht bei zerfall radioaktiver Fluidums erhaltenen der Elektrostatik. Die Verteilung eines Ueberschusses oder Mangels von Elektronen mu auf einem Leiter unter dem Einflu der gegenseitigen Abstoungen derart sein, da sich die gesamte berschssige Elektrizitt an der Leiteroberflche ansammelt. Dies wurde zuerst vonFaraday in dem bekannten Kfigversuch experimentell bewiesen. Wird ein Leiter in ein elektrisches Feld gebracht, so tritt unter dem Einflu desselben ein Strmen der Elektronen bezw. Ionen im Leiter ein, solange bis das elektrische Feld im Leiter verschwunden ist. Es findet also im Leiter in Richtung des ursprnglichen Feldes eine polare Trennung freier Elektrizi- tt statt, die auch auf das Feld auerhalb des Leiters verzerrend einwirkt. Auch auf Isolatoren, die in ein elektrisches Feld ein- gefhrt werden, wirkt dieses influenzierend ein. Whrend aber bei Leitern ein wirk- liches Strmen der geladenen Teilchen in denselben erfolgt, tritt im Dielektrikum nur eine interatomare Verschiebung des Ions und Elektrons ein. Die hierdurch bewirkte Polarisation der Materie, fr welche die durch die Querschnittseinheit verschobene Elektrizittsmenge ein Ma bildet, ist um so grer, je grer die Dielektrizitts- konstante des Isolators ist. Ein groer Gehalt an geladenen Teilchen und eine kleine rcktreibende Direktionskraft derselben bewirken einen groen Wert dieser Material- konstante. An den Ein- und Austritts- stellen des elektrischen Feldes trgt der Isolator entgegengesetzte Flchenladungen. Whrend aber "beim Leiter die Trennung von + und Elektrizitt auf beliebig groe Strecken stattfindet, erfolgt sie im Isolator nur auf atomare Distanzen. Bei Zerteilen des Leiters und Herausnahme der Stcke aus dem Felde erweisen sich darum die ein- zelnen Teile je nach ihrer vorherigen Lage -f oder geladen, whrend im Gegensatz hierzu jedes Stck eines im Felde zerteilten und nachher aus dem Felde entfernten Iso- lators ungeladen ist (vgl. die Artikel Elek- trisches Feld" und Elektrische In- fluenz"). 4g) Osmotische Theorie der Ionen und Elektronen. Berhrungs-, Rei- bungs-, Thermo-Elektrizitt. Die An- 200 Elektrizitt wendung der Vorstellungen der kinetischen Gastheorie auf die Molekle und Ionen ge- lster Stoffe durch van t'Hoff und weiter- hin durch Nernst hat ungewhnliche Erfolge in der Physik und Chemie der Lsungen gezeitigt. Wie die Molekle eines Gases so ben auch die Molekle und Ionen eines ge- lsten Stoffes infolge ihrer ungeordneten Wrmebewegung einen Druck aus, den man den osmotischen Druck nennt. Ebenso ben die kleinsten Teilchen eines festen Stoffes, der mit einem Lsungsmittel in Be- rhrung ist, einen Druck aus, der sie zur L- sung treibt, und den man deshalb als L- sungsdruck oder Lsungstension be- zeichnet. Dieses Expansionsbestreben der materiellen Partikel ist es, welches die L- sung von Stoffen und das Streben nach Ver- dnnung in der sogenannten Diffusion her- vorruft, und der Umstand, da an den hier- durch veranlaten Bewegungen auch die ge- ladenen kleinsten Bestandteile der Materie, die Ionen, teilnehmen, bringt die eigentm- liche Elektrizittserregung hervor, die stets dann auftritt, wenn Lsungen verschiedener Konzentration oder Lsungen mit festen Krpern in Berhrung sind. Die Erweiterung dieser Anschauungen auf die freien Elektronen in metallischen Leitern, d. h. die Annahme, da auch den Elektronen ein osmotischer Druck zuzuschreiben ist, hat auch bereits auf dem Gebiete der elek- trischen Erscheinungen in Metallen be- merkenswerte Ergebnisse zu verzeichnen. Indessen gibt es hier zurzeit noch eine ganze Reihe von Dingen, die der Aufklrung groe Schwierigkeiten in den Weg stellen. Hier mag nur kurz erwhnt werden, da die Elektrizittserregung, welche bei der Berh- rung zweier Metalle eintritt, nach der ge- nannten Vorstellung durch den erstrebten Ausgleich der in verschiedenen Metallen ver- schieden groen Elektronendrucke hervor- gerufen wird. Der erstrebte Druckausgleich kann hierbei nur zu einem ganz kleinen Bruchteil erfolgen, weil durch das Ueber- treten der Elektronen aus dem einen Metall in das andere sogleich ein elektrisches Gegen- feld entsteht, welches einen weiteren Aus- gleich verhindert. Die Gre der sich so erklrenden kontaktelektromotori- schen Kraft zwischen zwei Metallen ist noch nicht direkt experimentell ermittelt worden. Eine auf den Oberflchen sich stets bildende dnne Wasserhaut setzt der Mes- sung groe Schwierigkeiten entgegen, weil die Lsungstension der Metalle gegen die Wasser- schicht elektromotorische Krfte von hherer Grenordnung (ca. 1 Volt gegen einige Hundertstel, die nach dem Elektroneneffekt zu erwarten sind) erzeugt. Die bisher ge- whnlich als Berhrungsspannung oder VoltaeffektangegebenenZahlen entsprechen der Wassererregung. Es ist aber bereits fest- gestellt worden, da diese Spannung sehr viel geringer wird, wenn die Metalloberflchen intensiv getrocknet werden. Indirekt ist die wahre Berhrungsspannung der Messung zu- gnglich durch die Arbeit, welche ein durch die Berhrungsstelle in der Richtung des Po- tentialgeflles hindurchgesandter elektrischer Strom leistet, und welche sich in der so- genannten Peltierwrme kundgibt. Der Abhngigkeit des Elektronendrucks von der Temperatur sind die thermoelektrischen Er- scheinungen zuzuschreiben (vgl. den Artikel Thermoelektrizitt"). Die Berhrungs- spannung zwischen zwei Metallen steigt mit der Temperatur, und auch zwischen verschieden temperierten Stellen eines und desselben Me- talls besteht eine mit der Gre des Tempera- turgeflles wachsende Spannungsdifferenz. Auchdiesehat, wieLordKelvin zuerst gezeigt hat, bei Flieen eines Stromes lngs eines Tem- peraturgeflles je nach der Stromrichtung eine Produktion oder Absorption von Wrme zur Folge, welche als der dem Peltierschen analoge Thomsoneffekt bekannt ist. Die Entstehung der Reibungselektri- zitt ist jedenfalls auf die Berhrungselek- trizitt, sei es mit oder ohne Beteiligung der Wasserhaut, zurckzufhren. Die hohen, bis zur Funkenbildung fhrenden Spannungen, welche bei der Reibung zweier Isolatoren, etwa Glas und Seide, erreicht werden, er- klren sich durch das Auseinanderreien der uerst dnnen elektrischen Doppelschicht, die an der Berhrungsflche sich bildet. Wie bei dem Auseinanderziehen der Platten eines geladenen Kondensators steigt die Span- nungsdifferenz, und zwar hier so auerordent- lich stark, weil die Belegungen der Doppel- schicht zuerst molekularen Abstand haben. Die mannigfachen Einflsse, die ein Magnet- feld auf die Strom- und Wrmeleitung in Metallen ausbt, bilden ein wichtiges Mate- rial zur Prfung elektronentheoretischer An- schauungen, zeigen aber durch ihre vielfache Kompliziertheit an, da die einfachen Vor- stellungen von der Rolle, welche die Elek- trizitt in der Materie spielt, nicht berall ausreichen, sondern in vielen Fllen noch besonderer Modifikationen bedrfen. Das- selbe beweisen auch die oft komplizierteren Formen der optischen Erscheinungen in der Materie, wie z. B. des Zeemaneffekts, welche durch eine Annahme spezieller Koppelungen der kleinsten Teilchen ihre Erklrung zu finden scheinen. Literatur. G. Mie, Lehrbuch der Elektrizitt und des Slagnetismus. Stuttgart 1910. II. Starke, Experimentelle Elektrizittslehre. 2. Aufl. Leipzig 1910. H. Starke. Elektrische Arbeit 201 Elektrische Arbeit. 1. Definition der elektrischen Arbeit. 2. Einheit der elektrischen Arbeit. 3. Memethoden fr die elektrische Arbeit. Allgemeines. 4. Elektrolytische Zhler. 5. Pendelzhler. 6. Kollektormotorzhler. 7. Quecksilbermotorzhler. 8. Oszillierende Zhler. 9. Induktionszhler. 10. Strom- und Spannungs- wandler. i. Definition der elektrischen Arbeit. Unter elektrischer Arbeit hat man diejenige Gre zu verstehen, durch welche man den Energieinhalt irgendeines rumlich begrenz- ten Systems auf elektrischem Wege ver- grern oder verringern kann. Whrend sich also eine Energieangabe auf einen vorhandenen Zustand bezieht, wird durch eine Arbeitsangabe eine Zustandsnderung charakterisiert. Es erfolge die Zufhrung der elektrischen Arbeit durch zwei Leitungen, in denen ein beliebiger elektrischer Strom fliet, whrend zwischen den Leitungen eine konstante Spannung E besteht; dann ist die in einem Zeitintervall zugefhrte elektrische Arbeit definiert durch das Produkt aus der Span- nung E und der gesamten in diesem Zeitintervall zugefhrten Elektrizitts- menge Q. Ist auch die Stromstrke konstant, so ist die in der Zeit t zu- gefhrte Arbeit proportional Elt. Sind dagegen Spannung und Strom mit der Zeit vernderlich, so wird in dem kleinen Zeit- intervall dt die Arbeit eidt zugefhrt und ti im Intervall von t bis t x die Arbeit /eidt. Darin ist e der Augenblickswert der Span- nung, i derjenige des Stromes (vgl. den Artikel Elektrische Leistung"). 2. Einheit der elektrischen Arbeit. Die Einheit der elektrischen Arbeit wird dadurch festgelegt, da man die Propor- tionalittskonstante gleich 1 setzt, und die Leistung EI im elektromagnetischen Masystem mit. Fliet ein Strom von 1 A bei 1 V Span- nungsabfall 1 Sek. lang, so ist die zugefhrte Arbeit 1 Wattsekunde. In den meisten Fllen ist diese Einheit zu klein ; man benutzt daher hufiger 1 Watt- stunde = GO 2 Wattsekunden, 1 Kilowatt- stunde = 1000 Wattstunden, 1 Megawatt- stunde = 1 Million Wattstunden. 3. Memethoden fr die elektrische Arbeit. Zur Messung der elektrischen Arbeit bei Gleichstrom, ein- oder mehrphasigem Wechselstrom werden genau dieselben Schal- tungen angewandt, wie bei der Leistungs- messung (vgl. den Artikel Elektrische Leistung"). Bleibt in einem Zeitintervall (*] T o) die zugefhrte Leistung L unver- ndert, so erhlt man die Arbeit, indem man die gemessene Leistung mit dem Zeit- intervall multipliziert A - Lfo-to) Schwankt der Wert der Leistung, so kann man z. B. durch ein Registrierinstru- ment den Verlauf der Leistungskurve auf- zeichnen. Die von t bis t x zugefhrte Arbeit ist dann gleich dem Flcheninhalt, den die Leistungskurve ACB (Fig. 1), die Zeitachse und die begrenzenden Ordinaten in t und t x umschlieen. Der Begriff der elektrischen Arbeit ist fr die Praxis deshalb von besonderer Wichtigkeit, weil nach diesen Einheiten die Abrechnung der elektrischen Zentralen mit ihren Abnehmern erfolgt. Natrlich kann in diesen Fllen die Messung nicht durch die Auswertung von Leistungsdiagrammen er- folgen, vielmehr ist dafr eine besondere Klasse von Apparaten entstanden, die Elek- trizittszhler genannt werden. Die allgemeinen Anforderungen, die an diese Apparate gestellt werden, weichen wesentlich von denjenigen ab, die man sonst an physikalische Apparate zu stellen pflegt. Dies hat im groen und ganzen seinen Grund darin, da die Zhler oft einer rauhen Be- handlung ausgesetzt sind. Mglichste Un- abhngigkeit von starken Schwankungen der Temperatur und der Feuchtigkeit, Un- empfindlichkeit gegen Kurzschlsse, gegen Staub, Ste und Erschtterungen sind der- artige Forderungen, die gestellt werden mssen. Weiter ist gute transportfhigkeit, Verschlie- barkeit und Plombierbarkeit zu verlangen. Schlielich ist eine der wichtigsten For- derungen, da die beweglichen Teile des Zhlers einer mglichst geringen Abnutzung ausgesetzt sind, so da auch nach jahrelangem Gebrauch die Angaben des Apparates keine zu groe Aenderung erfahren. Die Formel fr die elektrische Arbeit enthlt ebenso wie die fr die elektrische Leistung das Produkt aus Strom und Spannung. Die Wattstundenzhler" ent- halten daher, ebenso wie die Leistungszeiger zwei Stromkreise, von denen der eine 202 Elektrische Arbeit wie ein Spannungsmesser geschaltet und Spannungskreis genannt von der Betriebs- spannung beeinflut wird, der andere wie ein Strommesser geschaltet und Haupt- stromkreis genannt vom Arbeitsstrom durchflssen wird. Die Schaltung erfolgt in der Kegel in der durch Figur 2 dargestellten Weise. Fig. 2. Zwischen A und B ist der Spannungskreis geschaltet; er besteht aus den Spannungs- spulen und einem greren Zusatzwider- stand R. Die vom Arbeitsstrom durch- flossenen Hauptstromspulen H x und H 2 , meist zwei an Zahl sind so angeordnet, da sie, von den Abzweigpunkten A und B aus gesehen, auf der Seite des Verbrauchers liegen. Der Zhler mit in dieser Lage die Arbeit im Verbrauchskreise zwischen den Punkten A und B; d. h. es wird die in den Hauptstrom- spulen verbrauchte Arbeit mit gemessen, dagegen diejenige im Spannungskreise nicht. Letztere wird also kostenlos von der Zentrale getragen; da der Spannungskreis dauernd angeschlossen ist, gleichgltig, ob der Ver- braucher elektrische Arbeit entnimmt oder nicht, so kann diese Arbeitsabgabe, nament- lich wenn es sich um geringe Energieabgabe in dem Verbrauchsstromkreis handelt, fr die Zentrale einen merklichen Verlust be- deuten. Deswegen werden hufiger Zhler an- gewandt, die keinen Spannungskreis ent- halten; bei diesen ist vorausgesetzt, da die Spannung konstant ist, was ja auch bei modernen Zentralen im Mittel mit gengender Genauigkeit zutrifft. Zhler ohne Spannungs- kreis messen also nur / Idt und werden daher 'J Amperestundenzhlef genannt. Unter An- nahme einer konstanten Spannung, die auf dem Apparat angegeben sein mu, kann natrlich das Zhlwerk so eingerichtet wer- den, da es wiederum Wattstunden angibt. Diese Angaben gelten aber nur dann, wenn die Spannung E dauernd und unverndert den Wert hat, fr welchen das Zhlwerk eingerichtet ist. Arbeitet man mit einer davon abweichenden Spannung E x , so mu man die Zhlerangaben mit E X :E multipli- zieren, um den wahren Verbrauch zu er- halten. Kann man nicht nur die Spannung, sondern auch den Arbeitsstrom als konstant voraussetzen, d. h. ist die elektrische Leistung L dauernd konstant, so gengt es, die Zeit t zu messen, whrend welcher die Leistung abgegeben wird; die Arbeit ist dann Lt. Dementsprechend hat man sogenannte Zeit- zhler konstruiert, die da angewandt werden, wo durch einen Schalter stets dieselbe Be- lastung, z. B. eine ganz bestimmte Zahl von Lampen eingeschaltet wird. Die Zeitzhler sind im wesentlichen gewhnliche Unruhe- uhren, die durch Bettigung des Schalters angestoen oder angehalten werden. Natr- lich kann auch hier unter Annahme einer ganz bestimmten Leistung, die durch den Schalter im Zhler eingeschaltet wird, das Zifferblatt statt in Stunden und Minuten in Kilowattstunden geteilt sein. Die Prinzipien, die bei der Konstruktion von Zhlern angewandt worden sind, sind I recht mannigfaltig ; im folgenden sollen nur diejenigen besprochen werden, die sich in praktisch ausgefhrten Konstruktionen als lebensfhig erwiesen haben. Von den mannig- fachen, verschiedenartigen _ Ausfhrungs- formen, die diese Prinzipien bei den einzelnen Firmen erfahren haben, kann hier natrlich immer nur eine einzelne beschrieben werden. 4. Elektrolytische Zhler. Der elektro- lytische Zhler ist vom rein physikalischen Standpunkt aus der geborene Ampere- stundenzhler fr Gleichstrom. Nach dem Faraday sehen Gesetz wird von einem Strom, der durch einen Elektrolyten fliet, an der Kathode Wasserstoff oder Metall ausge- schieden in einer Menge, die der durchge- flossenen Elektrizittsmenge proportional ist. Der praktischen Ausfhrung eines auf diesem Gesetz beruhenden Zhlers haben sich aber auerordentliche Schwierigkeiten entgegen- gestellt, und von den zahlreichen Kon- struktionen, die versucht sind, hat sich bis jetzt nur eine als lebensfhig erwiesen: die Stia-Zhler der Firma Schott & Gen. in Jena. In diesem Zhler wird als Elektrolyt eine Lsung von Jodquecksilber und Jod- kalium in Wasser benutzt; diese Lsung hat die wichtige Eigenschaft, da ihre chemische Zusammensetzung auch in langen Zeiten keine Vernderung erfhrt. Der Elektrolyt ist in einem allseitig zu- geschmolzenen Glasrohr G eingeschlossen (Fig. 3); oben besitzt das Glasrohr eine ring- frmige Erweiterung A, die mit dem als Anode dienenden Quecksilber angefllt ist. Etwas unterhalb dieses Ringes ist die Kathode K Elektrische Arbeit 203 angeordnet, die aus einem schwach konisch geformten dnnen Iridiumblech besteht. Bei Stromdurchgang wird an der Kathode Quecksilber ausgeschieden, das abtropft und in ein zylindrisches Rohr G fllt. Das Rohr ist mit einer Teilung H versehen, an welcher Amperestunden (oder unter Voraussetzung konstanter Betriebsspannung Wattstunden) abgelesen werden. Das Anion ver- einigt sich mit dem in der ringfrmi- gen Rinne befind- lichen Quecksilber und regeneriert den Elektrolyten. Zur Verringerung des Widerstandes sind Anode und Kathode dicht an- einander gerckt ; ihre ringfrmige Form gewhrleistet eine gleichmige Stromverteilung. Die Kathode liegt etwas tiefer als die iVnode, damit die bei der Elektro- lyse auftretenden Konzentrationsn- derungen des Elek- trolyten sich durch Strmung mg- lichst rasch aus- gleichen. Ein kleiner Zaun B aus vertikalen Glasstben verhindert, da das Quecksilber durch Erschtterungen in das Fallrohr geschleudert wird. Um das Niveau des Anodenquecksilbers, das bei der Elektrolyse aufgezehrt wird, in gleicher Hhe zu halten, ist ein Reservoir C ange- schlossen, hnlich den Reservoiren an alten Oellampen. Nach einer gewissen Zeit ist auch das Quecksilber des Reservoirs C verbraucht; alles Quecksilber befindet sich in dem ge- teilten Fallrohr, und mu durch einen Re- visionsbeamten durch Kippen um eine hori- zontale Achse, die am oberen Ende des Zhlergestelles angebracht ist, in das Reservoir zurckgeblacht werden. Durch den Elektrolyten kann man natur- gem nur einen verhltnismig kleinen Strom schicken (einige Zehntel Ampere). Fr strkere Strme mu zur Zelle ein Nebenschluwiderstand gelegt werden. Dabei ist zu bercksichtigen, da der Widerstand des Elektrolyten stark mit der Temperatur abnimmt; um diese Eigenschaft zu kompen- sieren, wird ihm ein Nickelwiderstand L vorgeschaltet, der seinen Widerstand bei Fig. 3. steigender Temperatur in entgegengesetztem Sinne ndert. Bei den fr die Praxis bestimmten Zhlern wird der Nebenschluwiderstand so gro gewhlt, da das Fallrohr verhltnis- mig langsam volluft, damit das Kippen im Jahre nur wenigemal erforderlich wird. Demgegenber ist von der Firma Schott ein Zhler in den Handel gebracht, der vornehmlich fr Laboratorien bestimmt ist - in demselben sind mehrere Elektroden parallel geschaltet, so da einige Ampere direkt durch die Zersetzungszelle flieen knnen und das Fallrohr verhltnismig rasch volluft, und auf diese Weise in kurzer Zeit eine ge- naue Messung ermglicht wird. Der Hauptvorzug der Stiazhler besteht darin, da bewegliche Teile, die der Ab- nutzung unterworfen sind, fehlen, und da daher bei sachgemer Anwendung die Eichung keiner Aenderung mit der Zeit unterliegt. Die erste Eichung ist etwas mhsam und zeitraubend; zur Kontrolle der Richtigkeit wird es im allgemeinen ge- ngen, sich davon zu berzeugen, da die Widerstnde unverndert geblieben sind. Gefhrlich werden starke Ueberlastung und heftige Kurzschlsse durch den Zhler. Zwischen dem Widerstand S des Nebenschlusses, dem Widerstand r des die Zersetzungszelle enthaltenden abgezweigten Kreises und dem in Gramm ausgedrckten Quecksilberinhalt G des bis zum obersten Skalenteilstriche gefllten Merohres besteht die Beziehung G = 10 i )0 -3,726^^fr kWstzhler -k w . r i+; und G = 3,726 "ff fr Astzhler. Darin bedeutet A die Zahl der Kilowattstunden. a die Zahl der Amperestunden, welche der oberste Skalenstrich angibt. E die Betriebsspannung, die bei kWstzhlern auf dem Apparat vermerkt ist. 5. Pendelzhler. Die Pendelzhler ge- hren zu den ltesten Zhlern, die konstruiert und in den Handel gebracht sind; sie sind von der Firma H. Aron in Charlottenburg zuerst in einer fr die Praxis brauchbaren Form konstruiert und stetig vervollkommnet worden. Der Zhler in seiner einfachsten Form ist ein Amperestundenzhler fr Gleich- strom; er besteht aus einer guten Pendeluhr (Regulator), an deren Pendel ein Dauermagnet mit vertikaler Achslage befestigt ist. Unter- halb des Magneten befindet sich eine Spule, durch welche der Arbeitsstrom fliet. Da- durch erfhrt die Schwingungsdauer des Pendels je nach Lage der Stromrichtung 204 Elektrische Arbeit der Spule eine Beschleunigung oder Ver- zgerung; die Uhr wird um einen gewissen Betrag vor- oder nachgehen, aus dem auf die Zahl der Amperestunden geschlossen werden kann. Bei genauen Messungen ist es vorteilhafter, das Pendel zu beschleunigen als zu verzgern. Zur Eichung bestimmt man nach den blichen Methoden die Schwin- gungsdauer des Pendels in Abhngigkeit von der Stromstrke, was mit groer Ge- nauigkeit ausgefhrt werden kann. Die Zunahme der Zahl der Pendelschwingungen pro Minute (5n ist nicht genau proportional der Stromstrke in der Spule; sie gehorcht vielmehr dem Gesetz (5n= aJ bJ 2 Es mssen daher die Messungen fr mehrere Stromstrken gemacht werden, um die Konstanten a und b berechnen zu knnen. Diese ursprngliche Ausfhrungsform der Aronzhler ist fr die Anforderungen, die heutzutage im praktischen Betriebe gestellt werden, gnzlich unzulnglich, kann aber im Laboratoriumunter Umstnden bessere Dienste leisten, als die modernen fr den Verkehr bestimmten Formen. Ersetzt man den Dauermagneten am Pendel durch eine Spule mit vertikaler Achse, die unter Vorschaltung eines ge- eigneten Widerstandes an die Betriebs- spannung angeschlossen wird, so bildet diese Spule in Verbindung mit der, parallel dazu, darunter liegenden Hauptstromspule ein Dynamometer und die Gangnderung der Uhr gibt nicht mein Amperestunden, sondern Wattstunden an. Aron fhrt einen derartigen Zhler aus, der als Kontroll- oder Eichapparat vielfach Verwendung findet. In diesem Apparate (Fig. 4) sind zwei der- artig ausgerstete, einander gleiche Uhren nebeneinander aufgehngt. Die Spannungs- spulen der beiden Uhren sind hintereinander geschaltet, ebenso die beiden Hauptstrom- spulen. Whrend aber die Spannungsspulen die gleiche Windungsrichtung haben, sind die Windungsrichtungen der Hauptstrom- spulen einander entgegengerichtet. Setzt man konstante Spannung E voraus, so geht die eine Uhr vor um einen Betrag, der pro- portional aJ bJ 2 ist, die andere nach um einen Betrag, den man erhlt, wenn man in der letzten Formel J durch J ersetzt, d. h. aJ bJ 2 . Die beiden Uhren zeigen danach eine Gang- differenz gleich der Differenz dieser beiden Ausdrcke, d. i. 2aJ oder die Gangdifferenz der Uhren wird proportional der Stromstrke, das quadra- tische Glied ist verschwunden. Aendert sich auch die Spannung, so wird die Gang- differenz, wie leicht ersichtlich, proportional EJt; der Zhler ist ein Wattstundenzhler, dessen Konstante experimentell ermittelt werden mu. Sie gibt an, wieviel Watt- stunden 1 Minute Gangdifferenz entsprechen. Voraussetzung ist dabei, da die strom- losen Zhler genau gleichen Gang haben. Dies mu an Ort und Stelle stets erst sorg- fltig geprft werden, zumal die langen Pendel whrend des Transportes ausgehngt werden mssen. Da der Zhler auf dem dynamometrischen Prinzip beruht, ist er auch geeignet, die elektrische Arbeit eines Wechselstromes zu messen. Natrlich mssen die bei Wechsel- strommessungen mit Dynamometern auf- tretenden Fehlerquellen vermieden werden (s. den Artikel Elektrische Leistung"). Es seien nun kurz diejenigen Abnde- rungen des Apparates besprochen, die ge- troffen worden sind, um ihn fr die heutige Praxis brauchbar zu machen. a) Es werden die beiden Zifferbltter Elektrische Arbeit 205 der Uhren weggelassen. Statt dessen lt man das letzte Rad A x der einen Uhr und das entsprechende A 2 der anderen Uhr auf ein senkrecht dazu gestelltes Rad B arbei- ten, das als Planetenrad (Fig. 5) bezeichnet gleicher A 2 mit wird. Drehen sich A t und Geschwindigkeit in ent- gegengesetzter Richtung, so rollt B gleichmig auf beiden Rdern ab und die Achse des Rades verndert nicht ihre Lage. Wird jetzt aber A x beschleunigt, A 2 verzgert, so fngt sich die Achse von B an zu drehen mit einer Geschwin- digkeit, die der Differenz der Geschwindigkeiten von Ai und B x proportional ist. Da nun fr den Zhler nur die Differenz der Zeiger- stellung der beiden Uhr- werke in Frage kommt, so gengt es, die xVchse von B auf ein Zhlwerk arbeiten zu lassen; das Zhlwerk zeigt dann bei geeigneter Wahl der Raddurchmesser und Zahnzahlen, und geeigneter Teilung des Zifferblattes direkt Wattstunden oder Kilowattstunden an. ) Die Uhren werden nicht mehr von Hand, sondern automatisch durch die zur Verfgung stellende Energiequelle aufgezogen. Da letztere dauernd angeschlossen ist, so knnen die Uhrwerke mit ganz kurzen Federn I Spannungsspulen umgedreht, so da nun- mehr das beschleunigte Pendel verzgert, das verzgerte beschleunigt wird. Dadurch wird die Drehrichtung des Planetenrades, und damit des Zhlwerks nochmals umge- dreht, so da die durch die elektrodyna- l^m %<(^ Aufzug mit ganz gerstet werden. Der der Minute etwa 4 mal. y) Die Langpendeluhren der Hand angestoen werden erfolgt aus- in mssen mit Bleibt nun ein Pendel aus irgendeinem Grunde (z. B. infolge von einem Kurzschlu) stehen, so macht der Zhler ganz falsche Angaben. Des- wegen sind die neuen Zhler mit kurzen Pendeln ausgerstet, die auch whrend des Transportes nicht ausgehngt zu werden brauchen. Das Echappement der Uhren ist derart ausgebildet, da die Pendel von selbst in Schwingungen geraten, sobald die Aufzugsfedern gespannt werden. 6) Die Uhren mssen bei unbelastetem Zhler auf genau gleichen Gang reguliert sein; dies ist bei den kurzen Pendeln auf die Dauer noch viel weniger zu erreichen als bei den langen. Es ist deshalb eine Kompensationsvorrichtung vorgesehen, deren Wirksamkeit sich kurz folgendermaen cha- rakterisieren lt: in Abstnden von je 10 Min. wird die Drehrichtung des Zhlwerkes auf rein mechanischem Wege umgesteuert, so da dadurch ein etwaiger Leerlauf rck- gngig gemacht wird. Damit nun nicht auch bei belastetem Zhler der Zeiger des Zhl- werks nur vor- und rckwrts geht, wird gleichzeitig die Stromrichtung in beiden Fi?. 5. mischen Krfte hervorgerufenen Bewe- gungen des Zhlwerks dauernd in derselben Richtung erfolgen; aber der auf rein mechanischen Ursachen beruhende Leerlauf nr Fig. 6. des Zhlers ist beseitigt. Fig. 6 zeigt die Gesamtansicht eines Kurzpendelzhlers, von dem die Schutzkappe abgenommen ist. 206 Elektrische Arbeit Der Aronzhler ist, wie schon erwhnt, sowohl fr Gleichstrom als auch fr Wechsel- strom brauchbar. Da aber die Bedingungen, die an ein einwandfreies Dynamometer fr Wechselstrom zu stellen sind (s. elektrische Leistung), liier schwer zu erfllen sind, so sollte es Regel sein, da die fr Wechselstrom bestimmten Zhler auch mit Wechselstrom geprft werden mssen. Die hufig ausgesprochene Annahme, da ein mit Gleichstrom geeichter Aronzhler auch bei Verwendung mit Wechselstrom unbedingt richtig zeigen msse, ist irrig. Der Aronzhler ist vortrefflich geeignet, um auch die elektrische Arbeit in Drei- leiternetzen oder Drehstromsystemen zu messen. Gem den fr diese Stromsysteme geltenden Formeln fr die Leistungsmessung gengt es, je eine der Hauptstromspulen in die Auenleiter und die Spannungsspulen zwischen je einen Auenleiter und den Mittel- leiter zu legen. 6. Kollektormotorzhler. 6 a. Watt- stundenzhler. Diese Zhler beruhen auf dem dynamometrischen Prinzip und sind fr Gleichstrom bestimmt. Sie knnen zwar auch mit Wechselstrom benutzt werden; tatschlich kommt aber diese Verwendung heutzutage nicht mehr in Frage, weil man fr Wechselstrom in den Induktionszhlern (s. Abschnitt 9) zuverlssigere Apparate be- sitzt. Die Kollektorwattstundenzhler bestehen aus einem eisenlosen gebremsten Gleich- strommotor (Fig. 7). Die feststehenden Fig. 7. Feldwickelungen des Motors werden durch zwei Hauptspulen HH gebildet. Diese er- zeugen ein dem Hauptstrom proportionales magnetisches Feld. In dem Felde dreht sich ein eisenloser Anker A, der zusammen mit einem Vorschaltwiderstand RR den Spannungskreis des Zhlers bildet. Anker und Hauptstromspulen bilden also ein Dy- namometer; die Tourenzahl des Ankers ist infolge von dem vorgeschalteten Widerstand so gering, da die elektromotorische Gegen- kraft, welche im Anker durch seine Drehung im magnetischen Felde der Hauptstromspulen auftreten mu, gegen die Betriebsspannung E verschwindend klein ist. Daher ist der Spannungsstrom unabhngig von der Anker- geschwincligkeit proportional der Spannung E und das den Anker antreibende Dreh- moment proportional der Leistung ET. An der Ankerachse ist eine kreisrunde Kupfer- oder Aluminiumscheibe S befestigt, die sich zwischen den Polen eines feststehen- den Dauermagneten M dreht. Dadurch werden in der Scheibe Strme induziert, die bremsend wirken; das Drehmoment der bremsenden Krfte ist proportional der Ge- schwindigkeit der Scheibe. Die Bewegung des Ankers erfolgt mit einer konstanten Geschwindigkeit, wenn das bremsende Drehmoment gleich dem an- treibenden ist, d. h. wenn die Drehgeschwin- digkeit proportional der Leistung EI ist, oder die Zahl der Umdrehungen proportional der elektrischen Arbeit Elt. Man hat also noch an der Achse einen Tourenzhler anzu- bringen, der bei geeigneter Uebersetzung der Rder an einem Zifferblatt die Arbeit in Wst oder kWst anzeigt. Die in der Bremsscheibe bei Lauf des Ankers erzeugten Strme sind von der Temperatur abhngig; denn nur die in der Scheibe erzeugte elektromotorische Kraft ist proportional der Geschwindigkeit-; da aber der Widerstand reiner Metalle mit steigender Temperatur um 0,4 % pro Grad wchst, so nehmen die durch Induktion erzeugten Strme um denselben Betrag pro Grad Temperaturdifferenz ab und ent- sprechend der daraus sich ergebenden Ab- nahme des Bremsmomentes, wrde die Ge- schwindigkeit um etwa 0,4 % pro Grad wach- sen. Um diesen Fehler zu kompensieren, wird der Vorschaltwiderstand RR nicht wie bei Spannungsmessern aus Manganin, son- dern aus Reinnickeldraht hergestellt, der ebenfalls einen groen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes besitzt. Das hat zur Folge, da bei konstanter Leistung der ueren Belastung und steigender Tempe- ratur der Spannungsstrom abnimmt und damit auch das antreibende Drehmoment, ebenso wie vorher das bremsende. Es kann also auf diese Weise der Einflu der Tem- peratur gengend kompensiert werden. In den bisherigen Betrachtungen ist auf einen wichtigen Faktor keine Rcksicht genommen, das ist die Reibung. Sie tritt auf als Luft- und Lagerreibung, ferner als Reibung der Brsten am Kollektor und als Zhlwerksreibung und fgt ein nicht zu vernachlssigendes bremsendes Drehmo- ment hinzu, welches die Proportionalitt der Geschwindigkeit mit der Leistung strt. Elektrische Arbeit 207 Man kompensiert die Reibung, indem man in den Spanmingskreis eine feststehende Spule K (Fig. 7) einschaltet, welche die magne- tische Wirkung der Hauptstromspule ver- strkt. Durch Nhern oder Entfernen dieser sogenannten Kompensationsspule kann die Gre des zustzlichen Drehmomentes auf den gewnschten Betrag gebracht werden. Ist die Betriebsspannung konstant, so ist auch das zustzliche Drehmoment unver- nderlich, whrend das Drehmoment der Reibung mit der Geschwindigkeit vernder- lich ist. Die Reibungskompensation ist daher nicht vollkommen und die Folge davon ist da die Abweichungen des Zhlers von der Richtigkeit sich etwas mit wachsender Hauptstromstrke ndern. Natrlich mu man darauf bedacht sein, schon durch die Konstruktion die Reibung mglichst gering zu machen; deshalb lt man die Drehachse auf Steinen (Saphir) laufen oder legt zwischen Drehachse und Stein eine kleine Stahlkugel. Die Stahlspitze der Achse ist meist von einer kleinen Oel- kammer umgeben. Es kommt sehr auf gute Beschaffenheit des Steines an; um ihn und die Stahlspitze zu schonen, mu der Anker whrend des Transportes von dem Stein abgehoben werden. Hierfr ist eine be- sondere Arretiervorrichtung vorgesehen. Die Brstenreibung wird dadurch ver- kleinert, da man dem Kollektor einen kleinen Durchmesser gibt, bei modernen Konstruktionen 2 bis 3 mm. Das hat zur Folge, da der Kollektor nur verhltnis- mig wenig Lamellen haben kann; dem- entsprechend mu die Wicklung des Ankers gewhlt werden. Die Brsten liegen leicht federnd an; zuweilen bestehen sie aus leichten federnden Metallstreifen, zuweilen wird eine leichte Spiralfeder aus Stahl hinzugefgt. Um dauernd einen zuverlssigen Kontakt an den Brsten zu erzielen, werden in der Regel Lamellen und Brsten aus Silber oder Gold hergestellt. Der Kollektor ist der empfindlichste Teil des Zhlers, dessen Zustand am ehesten zu Strungen Veran- lassung gibt; am gefhrlichsten ist ein Ein- fressen der Brsten in die Lamellen und die Bildung wenn auch winziger Fnkchen am Kollektor. Manche Firmen versehen das Zhlergehuse mit einer kleinen Haube, die besonders abgenommen werden kann, und durch welche der Kollektor zugnglich wird. Durch vorsichtiges Putzen mit Pariser Rot kann ein angegriffener Kollektor meist wieder in einen tadelfreien Zustand gebracht werden. Auf sorgfltige Konstruktion des Zhl- werks ist sehr groer Wert zu legen. Klem- mungen mssen ausgeschlossen sein, weil sonst der Zhler dadurch bis zum Still- stand gebremst werden kann. Tritt eine Spannungssteigerung ein oder hngt der Apparat an einer Wand, die Erschtterungen ausgesetzt ist, so kann es vorkommen, da die Kompensationsspule den Anker, auch wenn die Hauptstromspule stromlos ist, in Bewegung setzt, oder, wie man sagt, der Leerlauf eintritt. Um dies zu vermeiden, ist auf der Bremsscheibe ein aus Draht gebogenes eisernes Hkchen be- festigt, das von dem Dauermagneten an- gezogen wird und imstande ist, den Anker bei sehr langsamer Drehung in einer Lage festzuhalten. Kompensationsvorrichtung und Leerlauf hemmung pflegen so eingestellt zu werden, da der Zhler bei mindestens 1 %. der Vollbelastung sicher anluft, da aber bei migen Erschtterungen ein Leerlauf ausgeschlossen ist. Das Drehmoment der Reibung ist eine im Laufe der Zeit in der Regel allmhlich zunehmende Gre; es mu daher klein sein gegenber dem antreibenden Dreh- moment, damit der Lauf des Zhlers durch die wachsende Reibung nicht zu stark ver- ndert wird. Man kann im groen und ganzen sagen, da das antreibende Drehmoment bei Vollbelastung nicht unter 6 g cm sinken sollte. Von den Fehlerquellen, denen Dynamo- meter ausgesetzt zu sein pflegen, kommt, da es sich um Gleichstrommessungen han- delt, nur die Wirkung fremder magnetischer Felder in Betracht. Es gibt Typen, bei denen, namentlich wenn es sich um Apparate fr kleine Stromstrken handelt, schon das Erdfeld gengt, um je nach der Richtung, in welcher es wirkt, die Zhlerangabe bei halber Last etwa um 1 % zu ndern. Man mu daher bei der Montage der Zhler sorgfltig auf die Umgebung achten. Fremde Starkstrom- leitungen, auch in der Nhe des Apparates befindliche eiserne Trger knnen die An- gaben des Apparates erheblich beeinflussen. Bei Zhlern fr groe Stromstrken mu die Lage der Hauptstromzuleitungen fr die Eichung genau vorgeschrieben sein. Von der Einstellung der Kompensations- spule und Leerlaufshemmung ist schon die Rede gewesen. Die Geschwindigkeit des Zhlerankers bei Vollast wird dadurch auf den vorgeschrieben Wert gebracht, da man die Pole des Dauermagneten der Ankerachse nhert oder von ihr entfernt. Das Nhern hat einen schnelleren Gang, das Entfernen eine Verlangsamung der Anker- geschwindigkeit zur Folge. 6b. Magnetmotorzhler. Magnet- motorzhler sind Amperestundenzhler fr Gleichstrom. Der Anker des Motors dreht sich zwischen den Polen eines Dauerma- gneten. Seine Brsten sind mit den Po- tentialklemmen eines Widerstandes verbun- 208 Elektrische Arbeit den, der in den Arbeitsstromkreis einge- schaltet ist. Der Anker ist in der ursprng- lichen Form des Zhlers nicht gebremst; sieht man zunchst auch von der Reibung ab, so wird seine Geschwindigkeit so lange gesteigert, bis die in ihm durch Induktion erzeugte gegenelektromotorische Kraft dem Potentialabfall am Widerstnde gleich ist. Der Anker leistet dann keine Arbeit und luft stromlos; seine Geschwindigkeit ist proportional dem Arbeitsstrom, seine Dreh- zahl proportional den verbrauchten Ampere- stunden. Diese Arbeitsweise erfhrt eine Modifikation durch die nicht zu vernach- lssigende Reibung (Luft, Lager, Brsten, Zhlwerk), Durch die Reibung wird die Geschwindigkeit verringert, und zwar ist, da sie auf die Dauer nicht konstant erhalten werden kann, der Geschwindigkeitsnach- la mit der Zeit vernderlich. Man ist daher gentigt, wiederum eine elektromagnetische Bremsung hinzuzufgen. Dadurch wird aber die Arbeitsweise des Zhlers wesentlich verndert. Die indu- zierte gegenelektromotorische Kraft wird verhltnismig klein, und der Zhler ar- beitet nunmehr im wesentlichen ebenso wie der vorher unter 6 a beschriebene Watt- stundenzhler; nur mit dem Unterschied, da bei den Magnetmotorzhlern der Anker- strom dem Arbeitsstrom proportional ist, whrend der Spannungskreis ganz fehlt. Der wunde Punkt dieser Konstruktion liegt darin, da der Ankerkreis einen verhlt- nismig kleinen Widerstand besitzt, und da die Spannung an seinen Polen in der Regel nur Bruchteile eines Volt betrgt. Dadurch machen sich Widerstandsnderungen am Kollektor viel strker geltend als bei den Wattstundenzhlern, bei denen der Ankerkreis durch eine hohe Spannung er- regtwird. Trotz sorgfltigster Konstruktionen kommt es daher hufiger vor, da der Gang des Zhlers durch Beschdigung des Kol- lektors unregelmig wird. Es sind zahlreiche Versuche gemacht worden, um den erwhnten Uebelstand zu beseitigen; dazu gehrt in erster Linie eine von der AEG ausgefhrte Konstruktion (Fig. 8), bei welcher die Brsten BB t um eine horizontale Achse D drehbar angeordnet sind, so da sie je nach Lage des so zustande kommenden Hebels an verschiedenen Stellen des Kollektors K anliegen. Um den Hebel in einer bestimmten Lage festzuhalten, trgt einer seiner Arme eine vor den Anker haltete Spule S, die sich im Streufeld Dauermagneten M befindet. Dadurch ^ird je nach Gre des Ankerstromes eine i?elnde Kraft auf die Spule ausgebt und die Lage der Brsten bestimmt. Um Reibung, die sich vornehmlich bei kleinen Lasten geltend macht, zu kompen- sieren, ist eine Einrichtung getroffen, die auf folgender Ueberlegung beruht: Dreht man bei einem normalen Gleichstrommotor die Brsten aus ihrer normalen Lage heraus, so wird dadurch bei unvernderter Anker- spannung die Tourenzahl des Ankers erhht. Bei dem Magnetmotorzhler der AEG wird dieselbe Erscheinung dadurch hervorgerufen, da man die Brsten ohne Drehung lngs Fig. 8. der Ankerachse verschiebt, aber den Kol- lektorlamellen eine spiralige Form gibt. Bei sein* kleinen Strombelastungen stellen sich die Brsten so ein, da sie an die spiralig geformten Stellen des Kollektors gelangen, so da dadurch die Ankergeschwindigkeit erhht wird. 7. Quecksilbermotorzhler. Es ist bereits mehrfach darauf hingewiesen, da bei Motorzhlern der Kollektor bei lngerem Betrieb leicht die Veranlassung von er- heblichen Strungen werden kann. Daher sind die Bestrebungen verstndlich, die Anwendung des Kollektors zu vermeiden. Ein Weg, dies zu erreichen, besteht darin, die Stromzufhrung zum drehenden System durch Quecksilber zu bewirken. Der Anker eines solchen Zhlers besteht aus einer Kupferscheibe, die in einer allseitig ge- schlossenen, mit Quecksilber gefllten Dose schwimmt (Fig. 9). Die Scheibe ist emailliert; nur der Teil um den Mittelpunkt herum und der Rand der Scheibe sind von dem Emaillebelag freigelassen und amalgamiert, so da hier der Elektrische Arbeit 209 Strom ein- und austreten kann. Dement- sprechend erfolgen die Stromzufhrungen des Arbeitsstromes im Mittelpunkte K 2 und an einer Stelle K x des Randes der Dose. Symmetrisch zur Drehachse der Scheibe sind zwei Dauermagnete MM angebracht, deren Pole P^aPsPi die Dose so umfassen, da sich die Scheibe zwischen den Polen hindurchbewegt. Die Pole PiP 2 des einen also der Antriebsmagnet derjenige, der durch die Hilfsspule verstrkt wird, so erhlt man dadurch ein mit der Stromstrke wachsendes passendes Zusatzmoment zur Kompensation der Reibung. Wegen des Auftriebes der schwimmenden Scheibe ist die Lagerreibung auerordentlich klein; die Zhler haben daher, namentlich, wenn die eben besprochene Kompensation Magnetes liegen in der Richtung der Ein- angebracht ist, die vorteilhafte Eigenschaft, da sie schon bei sehr kleinen Stromstrken anlaufen. Ein weiterer Vorzug besteht darin, da der Eigenverbrauch im Apparat sehr gering ist. Der Spannungsabfall im Zhler betrgt bei voller Stromstrke nur einige Zehntel Volt. Diesen Vorzgen steht ein Nachteil gegenber, darin bestehend, da zwar das antreibende Moment von der Temperatur nicht abhngig ist, wohl aber das Bremsmoment, und zwar aus denselben Grnden wie bei den Kollektorzhlern. Da- her nimmt mit wachsender Temperatur die Tourenzahl des Ankers zu. Dies trifft aber nur fr Zhler bis zu etwa 5 Ampere zu, bei denen der gesamte Arbeitsstrom die Scheibe durchfliet. Zhler fr groe Stromstrken erhalten einen Nebenschlu (s.Fig.9) aus Temperatur- koeffizientenfreiem Material. Bei den Zhlern mit Nebenschlu nimmt daher auch das antreibende Drehmoment mit wach- sender Temperatur ab, und die Zhlerangaben werden nahezu unabhngig von der Tem- peratur. Einige Schwierigkeiten beim Aufbau und Gebrauch bereitet das Quecksilber. Vor Fig. 9. tritts- und Austrittsstelle des Arbeitsstromes, so da letzterer zwischen den Polen des Magnetes hindurchfliet. Hierdurch kommt j allem ist darauf zu achten, da keinerlei ein die Strke des Arbeitsstromes antreiben- des Drehmoment zustande. Andererseits erfhrt die Scheibe bei der Bewegung, genau so, wie bei den vorher besprochenen Motor- zhlern eine Bremsung durch die Wirbel- strme, die durch beide Dauermagnete in- duziert werden. Die Umdrehungszahl ist daher proportional der Zahl der durch die Scheibe geflossenen Elektrizittsmenge; der Zhler gehrt zur Klasse der Amperestunden- zhler. Es ist noch die Flssigkeitsreibung des Quecksilbers zu bercksichtigen. Macht man Arbeitsmoment und Bremsmoment sehr gro, so kann die Flssigkeitsreibung vernach- lssigt werden. Besser ist es, sie zu kompen- sieren. Dies kann auf folgendem Wege ge- ! ist ein dynamo metrisch wirkender Zhler schehen. Man schickt den Arbeitsstrom I in den Handel gebracht worden, der wie Luftblschen in die Dose eindringen und sich etwa unter die Scheibe setzen. Anderer- seits mssen Vorrichtungen vorhanden sein, um die Dose whrend des Transportes queck- silberdicht abzuschlieen. Diese Vorrich- tungen werden meist so ausgefhrt, da man den Zhler von seinem Standort nicht abschrauben kann, ohne zuvor den Anker zu arretieren. Die Arretiervorrichtung schliet gleichzeitig durch eine Lederdichtung die Quecksilberdose. Quecksilbermotorzhler findet man vor- nehmlich in Gegenden mit feuchtem Klima, wo Kollektoren erfahrungsgem ganz be- sonders stark leiden. 8. Oszillierende Zhler. Von der AEG durch eine Hilfsspule V, welche so ge- schaltet ist, da dadurch die Pole des einen Dauermagneten verstrkt, die des anderen um nahezu denselben Betrag geschwcht werden. Die Bremsung erfhrt daher prak- tisch keine Aenderung, wohl aber das An- triebsmoment, da dies nur von einem der ein Motorwattstundenzhler aufgebaut ist, nur mit dem Unterschied, da der Anker statt sich in einer Richtung zu drehen, zwi- schen zwei Anschlgen hin- und herpendelt. Auf diese Weise ist der Kollektor entbehrlich, die Stromzufhrungen zum Anker erfolgen durch biegsame Bnder. Die Anschlge beiden Dauermagneten verursacht wird. Ist bettigen zwei Relais, durch welche die Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. 14 210 Elektrische Arbeit Stromrichtung in der Ankerspule umgedreht wird. Die Schaltung geht aus Figur 10 her- vor. Die feststehenden Feldspulen F werden vom Betriebsstrom durchflssen. Der Span- nungskreis, beginnend am Pol Z , besteht aus der Hilfsspule H, welche wie beim ge- Fig. 10. wohnlichen Motorwattstundenzhler zur Kom- pensation der Reibung dient, den feststehen- den Relaismagneten \JiTJ 2 , zwischen denen zwei groe Widerstnde WjW 2 liegen und dem Vorschaltwiderstand W; in + Z endet der Spannungskreis. Die oszillierende Spannungsspule D, auf welche die Hauptstromspulen F wirken, zweigt zwischen den Widerstnden W x und W 2 durch biegsame Bnder ab. Das andere Ende der Spule D trgt einen Arm C 3 , der zwischen den Kontakten C x und C 2 hin und her pendelt. Gleichzeitig ist dasselbe Spulenende mit dem Anker C G der beiden Relais verbunden; C 6 legt sich gegen die Kontakte C 4 oder C 5 , die mit den Mitten der Relais verbunden sind. Der Widerstand von D ist erheblich kleiner, als der von W 4 + V 1 oder W 2 + U 2 . Liegt also C 6 an C 4 , so wird die untere Hlfte von U x und W x durch D berbrckt. Da U 2 ganz, U 4 nur halb erregt ist, so legt sich C 6 um so fester an C 4 . Der Anker beginnt sich durch die Wechselwirkung zwischen F und D zu drehen, bis der Arm C 3 an C 2 schlgt und dadurch die Relaisspule U 2 und den Widerstand W, kurz schliet. Die Folge davon ist, da nunmehr V 1 berwiegt und der Relaismagnet C 6 nach C 5 hinberkippt. Ist dies geschehen, so ist dadurch gleich- zeitig U x voll erregt und die Stromrichtung in D umgekehrt. Durch die Umkehr der auf den Anker wirkenden Kraftrichtung wird C 3 von C 2 abgehoben, und der Anker bewegt sich in entgegengesetzter Richtung, bis C 3 an C x stt usf. Whrend beim gewhnlichen Motorzhler die zu messende elektrische Arbeit der Zahl der Umdrehungen proportional ist, ist sie bei diesen Zhlern der Zahl der Os- zillationen proportional. Das Zhlwerk wird daher durch ein Rad angetrieben, welches durch einen am Relaisanker C 6 sitzenden Haken bei jeder Pendelung um einen Zahn vorwrts geschoben wird. Diese Anordnung hat den weiteren Vor- teil, da die zur Bewegung des Zhlwerks erforderliche Arbeit nicht vom Zhleranker, sondern von den Relaismagneten aufge- bracht wird. Durch die Kontakte CiCadCg werden immer nur Teile des Spannungs- kreises kurz geschlossen, nie wird dabei ein Stromkreis vollstndig ausgeschaltet. Dadurch wird erreicht, da die Funken- bildung an den Kontakten mglichst klein gemacht wird. Auf die Ausbildung und Reinhaltung der Kontakte ist die grte Sorgfalt zu verwenden. 9. Induktionszhler. Induktionszhler sind Motorzhler, die nur zur Messung von Wechsel st romarbeit brauchbar sind. Sie sind dadurch ausgezeichnet, da die im Anker flieenden Strme durch gegen- seitige Induktion mit feststehenden Spulen zustande kommen; der Anker wird also bei Verwendung von Gleichstrom stromlos blei- ben, ein Drehmoment knnte in diesem Fall nicht auftreten. Der Vorteil gegenber den Gleichstrommotorzhlern besteht darin, da der Anker keine Stromzufhrungen ntig hat, da also der empfindlichste Teil des Gleichstromzhlers, der Kollektor, weg- fllt, da der Anker keine besondere Wicke- lung braucht, sondern nur aus einer Metall- scheibe oder einem Metallzylinder besteht. Das hat wieder zur Folge, da das Anker- gewicht sehr klein gemacht werden kann, so klein, da eine Arretierung whrend des Transportes in der Regel entbehrlich ist. Die Lagerreibung wird infolge des geringen Ankergewichtes so herabgesetzt, da sie als klein gegen die Luft- und Zhlwerks- reibung angesehen werden kann. Diesen wesentlichen Vorzgen steht gegen- ber, da die Angaben von der Frequenz des Wechselstromes abhngig sein mssen, da sich die Strke der induzierten Strme im allgemeinen mit der Frequenz ndert. Sache des Konstrukteurs ist es, die Abmessungen und Wickelungsdaten so zu whlen, da die Abhngigkeit der Zhlerangaben von der Frequenz in gewissen Bereichen mg- lichst klein wird. Damit ist den Anforde- rungen, welche die Praxis stellt, vollstndig Genge getan. Denn in der Praxis wird fast ausschlielich mit konstanten oder nahezu konstanten Frequenzen gearbeitet. Die Apparate werden nun so konstruiert, da sie bei der normalen Frequenz gegen die Elektrische Arbeit 211 unvermeidlichen Frequenzschwankungen von einigen Prozenten nahezu unempfindlich sind. Die Induktionszhler benutzen ausschlie- lich das von Ferraris entdeckte Drehfeld- prinzip (vgl. den Artikel Elektrische Leistung"), und zwar in folgender Form. Eine drehbare Kupferscheibe wird von den magnetischen Feldern zweier Spulen oder zweier Spulensysteme durchsetzt, deren Achsen zur Kupferscheibe senkrecht stehen. Es seien die magnetischen Felder der beiden Spulensysteme Wechselfelder von der Strke He und Hj (Fig. 11). Wird die Phasenver- schiebung zwischen den Wechselfeldern mit Fig. 11. e bezeichnet, so entsteht durch die mecha- nische Kraftwirkung der magnetischen Felder auf die in der Scheibe induzierten Strme ein Drehmoment, das proportional HeHj sin e gesetzt werden kann. Man er- regt nun das eine Spulensystem durch die Betriebsspannung E, das andere durch den Betriebs- strom J, so da die magnetischen Felder He,Hj der Spannung E und dem Strom J nahezu pro- portional sind. Whrend man es aber so einrichtet, da Hj mit J nahezu in Phase ist, mu He gegen E in der Phase um 90 verschoben werden. Betrgt die Phasenverschiebung zwischen E und J cp Grad, so wird dadurch e = 90 - cp und das antreibende Drehmoment wird E J cos cp d. h. proportional der Leistung des Wechsel- stromes. Es wird wiederum zur Bremsung ein Dauermagnet angeordnet, zwischen dessen Polen sich die Scheibe dreht; d. h. die als Anker dienende Antriebsscheibe und die Bremsscheibe sind identisch. Bei Induktions- zhlern pflegen aber die Felder He und Hj so stark zu sein, da auch sie bei der Be- wegung der Scheibe eine Bremsung verur- sachen. Man mu also das Bremsmoment proportional v(a + bE 2 + c J 2 ) setzen, wo v die Geschwindigkeit der Scheibe, a, b, c, Konstanten bedeuten. Die Angaben des Zhlers werden somit proportional E J cos cp a + bE 2 + c J 2 d. h. nicht streng proportional der Leistung des Wechselstromes. Um den strenden Einflu der Glieder im Kenner mglichst zu verkleinern, mu die Bremsung des Dauer- magneten (a) berwiegen. Weiter ist es zweckmig, die Bremsung durch den Span- nungsmagneten (bE 2 ) grer zu machen, als die durch den Strommagneten (cJ 2 ), weil man es in der Praxis zwar mit einiger- maen konstanten Spannungen, aber stark vernderlichen Werten des effektiven Stromes zu tun hat. Man pflegt daher die Haupt- stromspulen mit schlecht eisengeschlossenen Kernen zu bauen; damit kommt man auch der oben aufgestellten Forderung entgegen, da Hj mit J nahezu phasengleich sein soll. Immerhin pflegt die Bremsung cUirch den Strommagneten so gro zu sein, da die Induktionszhler eine etwas gekrmmte Eichkurve besitzen. Mit wachsender Strom- strke pflegt der Induktionszhler grer und grer werdende negative Fehler auf- zuweisen. Es ist noch zu errtern, wie es einzu- richten ist, da das Feld um 90 in der Phase gegen die Spannung E verschoben ist. Es IW D M c ] S CK E ->( 3 Fig. 12. sind dafr sehr viele und verschiedenartige Schaltungen angegeben worden. Sie sind fast alle wieder im praktischen Gebrauch verschwunden, bis auf eine von Belfield herrhrende. Die Betriebsspannung wird durch eine Drosselspule D (Fig. 12) und einen Elektro- magneten M geschlossen, der an einer Stelle aufgeschnitten ist, Durch den Schlitz bewegt sich die Zhlerscheibe S, d. h. im Luftraum des Schlitzes ist das Feld He. In der Nhe des Schlitzes ist ein aus wenigen Windungen bestehende sekundre Wickelung W aufgebracht, die durch einen regulier- baren Widerstand R kurz geschlossen ist. Denken wir uns zunchst die sekundre Wickelung geffnet, so ist der Spannungs- 14* 212 Elektrische Arbeit strm J s gegen E in der Phase stark nach rckwrts verschoben. In der sekundren Wickelung wird eine EMK E 2 induziert, welche gegen J s um 90 nach rckwrts verschoben ist und mit J s proportional ver- luft. Wird jetzt die sekundre Wickelung geschlossen, so hat die sekundre induzierte EMK E 2 (Fig. 13) den Widerstand r 2 und die Selbstinduktion S 2 des Sekundrkreises zu berwinden. Im Diagramm bilden also E 2 , J 2 r 2 und J 2 wS 2 ein rechtwinkeliges Dreieck." Da die sekundren Windungen nur ein sehr kurzes Stck des Eisenkernes be- decken und in der Nhe des Luftspaltes an- geordnet sind, so ist die Streuung der von J 2 herrhrenden Kraftlinien sehr gro; nur ein vernachlssigbar kleiner Bruchteil wird in die primre Wickelung eintreten, d. h. das Diagramm des primren Kreises wird nur unwesentlich durch J 2 gendert. Da- gegen wird der Luftspalt von der Eesul- tierenden der primren und der sekundren Felder durchsetzt. Das primre Feld F l5 welches grtenteils in Eisen verluft, ist gegen den primren Strom J x ein wenig nach rckwrts verschoben, das sekundre Feld F 2 , welches vornehmlich in Luft verluft, ist mit J x als gleichphasig anzusehen. Beide setzen sich zum resultierenden Felde He zusammen. Wie man erkennt, ist He gegen das primre Feld nach rckwrts verschoben. Durch Kegulieren von r 2 kann die Phase von I 2 und damit von He gedreht werden. Es ist leicht einzusehen, da es mglich ist, He auf E senkrecht zu stellen, und das ist die Bedingung, die das Spannungsfeld erfllen mu. Die Regulierung durch den Widerstand r 2 ist beraus einfach. Drehstromzhler der Induktionstype wer- den auf Grund der Formeln fr die Leistungs- berechnung von Drehstromsystemen konstru- iert, Fig.14 (vgl. auch den Art.,, Elektrische Leistung"). Man lt auf die Scheibe zwei einander gleich gebaute Magnetsysteme wirken, welche die Belfieldsche Schaltung besitzen. Die Hauptstromwickelungen werden in zwei der Hauptleitungen des Drehstrom- systems eingeschaltet, die Spannungsspulen zwischen je eine dieser Hauptleitungen und die dritte Hauptleitung. Dazu kommt natrlich der Bremsmagnet. Eine fehler- hafte Arbeitsweise des Zhlers kann dadurch zustande kommen, da Kraftlinien des einen Magnetsystems in das andere hineinstreuen. Es ist Aufgabe des Konstrukteurs, die An- ordnung und die Abmessungen so zu treffen, da dieser Fehler, der sich nicht ganz ver- meiden lt, auf ein mglichst geringes Ma beschrnkt bleibt. Am vollkommensten gelingt es, wenn man an der Drehachse zwei Scheiben bereinander anordnet und auf jede der Scheiben nur 1 Magnetsystem wirken lt. Freilich wird dieser Vorzug mit einer erheblichen Vermehrung des Anker- gewichtes erkauft. Noch schwieriger werden die Verhlt- nisse, wenn man einen Zhler fr ein Dreh- stromsystem mit Nulleiter bauen will. Hier sind nach den Formeln fr die Leistungs- messung drei Systeme notwendig. Um die gegenseitige Beeinflussung der drei Sy- steme nach Mglichkeit zu vermeiden, stattet man den Anker mit zwei oder gar drei Scheiben aus. Kurz erwhnt sei, da man Einphasen- zhler fr induktionslose Last, Drehstrom- zhler fr gleichbelastete Zweige der drei Zweige des Drehstromsystems und Vier- leiterzhler mit vereinfachten Schaltungen konstruiert hat. Diese Apparate sind nicht zu empfehlen, weil die Voraussetzungen, unter denen sie konstruiert sind, in den seltensten Fllen zutreffen. io. Strom- und Spannungswandler. Wir sahen, da die Leistungsmessung von Wechselstromkreisen Schwierigkeiten berei- tet, wenn es sich um hohe Spannungen odei groe Stromstrken handelt. Es sind hierfr die Mewandler in die Metechnik eingefhrt worden. Die Metransformatoren oder Mewand- ler bestehen aus einem aus lamelliertem Eisen aufgebauten ringfrmigen Krper, auf dem zwei elektrisch voneinander ge- trennte Kupferwickelungen angebracht sind, die man als primre und sekundre Wicke- lungen bezeichnet. Wir stellen uns zunchst der Einfachheit halber vor, da die Wickelungen des Me- wandlers einen vernachlssigbar kleinen Widerstand haben und da auch sein Eisen bei der Ummagnetisierung keine Energie verzehrt. n 1 sei die primre, n 2 die sekundre Windungszahl, n x >n 2 . Es werde die Wechsel- spannung E x an die primre Wickelung ge- legt, so wird durch den in dieser Wickelung entstehenden Strom das Eisen einer im Takte der Spannung periodisch wechselnden Magnetisierung unterworfen. Wird mit Elektrische Arbeit 213 der Augenblickswert des magnetischen In- uktionsflusses bezeichnet, so wird durch diesen in der Wickelung eine elektromoto- rische Gegenkraft induziert, die gleich n ( P dt ist. D. h. es ist: E, d