Objekt des Monats Oktober
Schwingendes Chrom
Ab 1898 konnte Wilhelm Ostwald in einem für ihn neu gebauten Institut forschen. Hier entstehen die Arbeiten zur Ostwald-Reifung und die ersten Versuche zur katalytischen Ammoniak- und Salpetersäureherstellung aus Luftstickstoff, die später in das Carl-Bosch-Verfahren und das Ostwald-Brauer-Verfahren münden werden. Eine andere Studie, die Ostwald beschäftigt, ist die Kinetik der Chromauflösung in Säuren (Ostwald vermutet dabei katalytische Effekte). Mit einem eigens entwickelten Druckschreiber, dem sog. „Chemographen“, zeigt Ostwald, dass die Entwicklung des Wasserstoffs bei der Auflösung metallischen Chroms periodisch schwankt, d. h. einer gesetzmäßigen Auf- und Abnahme unterliegt. Dieser unerwartete Sachverhalt führt zu Weihnachten 1900 zu einer angeregten Diskussion zwischen Jacobus Henricus van ’t Hoff und Wilhelm Ostwald am Tag der Instituts-Weihnachtsfeier, zu der van ’t Hoff eingeladen ist, und in der Folge zu einem der berühmtesten Fotos der beiden Väter der Physikochemie durch den Ostwald-Schüler C. W. Foulk.
Zwei Abhandlungen Ostwalds zum Thema erscheinen 1900 in der Zeitschrift für Physikalische Chemie. Ostwald untersucht den Einfluss verschiedener Zusätze in der verwendeten Säure (u. a. Dextrin, Stärke, Bier (braunes Kulmbacher) und Honig). Danach führt der spätere Schwiegersohn Ostwalds, Eberhard Brauer, die Arbeiten in seiner Doktorarbeit fort. Es stellt sich heraus, dass die „Periodische[n] Erscheinungen bei der Auflösung des Chroms in Säuren“ verschwinden, wenn reineres Chrom verwendet wird. Die periodische Auflösung wird also von Verunreinigungen im Chrom verursacht, in komplexer Wechselwirkung mit Zusätzen bzw. Verunreinigungen in der verwendeten Säure. Es ist zu vermuten, dass sich mit der Auflösung des Chroms eine sog. Passivierungsschicht aus den Verunreinigungen bildet, so dass die Wasserstoffentwicklung abflaut. Erst wenn die Passivierungsschicht ihrerseits aufgelöst wird, intensiviert sich die Wasserstoffentwicklung erneut, um mit dem Wiederaufbau einer neuen Passivierungsschicht wieder abzuflauen. So kommt es zu einer periodischen Reaktion mit sich abwechselnder Chromauflösung, Ausbildung der Passivierung, Auflösung der Passivierung und erneuter Chromauflösung, die sich mittels Messung der Wasserstoffentwicklung oder elektrochemisch verfolgen lässt. Eine vollständige mechanistische Aufklärung der Vorgänge ist Wilhelm Ostwald allerdings nicht möglich:
„Wenn manche wichtige Frage hierbei noch nicht berührt worden ist, so möge man dies mit dem Missverhältnisse zwischen der Weite der Aufgabe und der Beschränkung der Zeit und Arbeit, die ich ihr zu widmen vermag, entschuldigen.“
In der Sammlung des Wilhelm Ostwald Parks hat sich eine Probe von ca. 90 g des originalen „Schwingenden Chroms“ erhalten, die Eberhard Brauer nach seiner Doktorarbeit in einer Zigaretten-Schachtel der Marke Piaster der Sulima Cigarettenfabrik F. L. Wolff, Dresden, aufbewahrte und zu Neujahr 1953 mit einer entsprechenden Notiz an seine Schwägerin Grete Ostwald zur Aufbewahrung im Wilhelm-Ostwald-Archiv gab. Das schwingende Chrom ist Zeugnis einer der letzten rein physiko-chemischen Experimentalarbeiten Ostwalds. Danach wird er sich experimentell in erster Linie maltechnischen und farbwissenschaftlichen Studien und theoretisch seinen naturphilosophischen Neigungen zuwenden. Die praktischen Arbeiten zur katalytischen Herstellung von Ammoniak und Salpetersäure werden größtenteils von Eberhard Brauer durchgeführt.
Maße: ca. 90 g Chrom in Bröckchen in Zigarettenschachtel aus Pappe (9 × 8,5 × 2 cm)
C. W. Foulk: The Ostwald-Van't Hoff photograph and other memories of Ostwald's laboratory, Journal of Chemical Education (1934) 11(6): 355–359.
W. Ostwald: Periodische Erscheinungen bei der Auflösung des Chroms in Säuren I & II, Zeitschrift für Physikalische Chemie (1900) 35(1/2): 33–76, 204–56.
E. Brauer: Über das elektrische Verhalten des Chroms bei der Auflösung in Säuren, Zeitschrift für Physikalische Chemie (1901) 38(1): 441–486.