XXXII. Ueber die Verminderung des specifischen Gewichts, welche die Porzellanmasse beim Brennen ungeachtet des Schwindens erleidet; von G. Rose. Aus Poggendorf's Annalen der Physik und Chemie, 1845, Nr. 9. Rose, über das specifische Gewicht der Porzellanmasse. Al. Brongniart macht uns in seinem wichtigen Werke über ThonwaarenfabricationTraité des arts céramiques ou des poteries. Paris 1844. mit der Thatsache bekannt, daß die Porzellanmasse im schwach gebrannten ungahren Zustand ein höheres specifisches Gewicht habe, als im stark gebrannten gahren Zustand; eine Thatsache, die, ehe man weiter darüber nachdenkt, auffallen kann, da die Porzellanmasse bekanntlich beim Brennen im Gutofen schwindet, d. h. einen kleineren Raum einnimmt, und also nach dem Brennen ein höheres specifisches Gewicht haben sollte als vorher. Ich lasse, ehe ich meine Bemerkungen darüber mittheile, die betreffende Stelle in einer wörtlichen Uebersezung folgen, sie steht Theil I S. 282. Nachdem der Verfasser gezeigt hat, daß wir noch keine genügenden Bestimmungen über das specifische Gewicht der verschiedenen Arten von Thonwaaren besizen, fährt er fort: „Ich glaubte also diese Lüke ausfüllen und durch die vollkommensten und genauesten Methoden die specifischen Gewichte einer großen Menge von Thonwaarenmassen in den verschiedenen Graden des Brennens bestimmen zu müssen. Dazu war eine lange Reihe von Versuchen nöthig, und ich bat daher Hrn. A. Laurent, meinen Gehülfen für physikalische und chemische Untersuchungen im Laboratorium der Porzellanfabrik zu Sèvres, das specifische Gewicht von verschiedenen Arten Thonwaaren in den verschiedenen Zuständen der Gahre zu nehmen.Die Resultate dieser Untersuchungen sind von Hrn. Brongniart in einer besonderen Tabelle (Nr. VIII) zusammengestellt. Wir gelangten zu Resultaten, die ganz unerwartet, und den Vorstellungen, welche man gewöhnlich von den Verschiedenheiten des specifischen Gewichts der verschiedenen Arten von Thonwaaren hat, völlig entgegengesezt waren — Vorstellungen welche ich für so begründet hielt, daß ich daraus mit dem größten Theil der Physiker, wenn nicht mit allen, Folgerungen zog, die durch die Erfahrung gänzlich widerlegt wurden. In der That sieht man bei dem Ueberblik der Tafel Nr. VIII zuerst, welcher bedeutende Unterschied in dem specifischen Gewicht einer und derselben Thonmasse stattfindet, wenn man dasselbe an Stüken, oder an dem Pulver der Thonmasse untersucht, dann aber und dieß ist die merkwürdigste Thatsache, daß das specifische Gewicht, anstatt von der weichsten wenig gebrannten Thonmasse zu der stark und hart gebrannten zuzunehmen, vielmehr abnimmt, so daß die weichen Ziegelsteine von Sarcelles bei Paris, die Steingutmasse und das grobe Töpfergut der Vorstadt St. Antoine bei Paris eine viel beträchtlichere Dichtigkeit haben, als die so harte, dichte (serrée) und so start gebrannte Masse der Feldspath-Porzellane (porcelaines dures). Diese Thatsache schien mir so paradox, daß ungeachtet des Zutrauens, welches ich in die so genaue und geschikte Art zu operiren des Hrn. Laurent und in Versuche sezen mußte, die in meinem Laboratorium in Sévres, und größtentheils unter meinen Augen angestellt waren, ich sie doch nach einem Zwischenraum von mehreren Jahren durch den geschikten Hrn. Malaguti und endlich auch ganz neuerlich durch Hrn. Salvétat wiederholen ließ. Aus diesen Versuchen, die unter ganz besonders günstigen und vielleicht einzigen Umständen ausgeführt waren, ergibt sich, daß das Feldspath-Porzellan, je mehr es gebrannt wird, sich zusammenzieht, und an Volumen um wenigstens ein Zehntheil abnimmt, auch in seinem specifischen Gewicht in einem auffallenden Maaße abnimmt. Man sieht, daß dieß in dem Verhältniß von 2,619 zu 2,242 geschieht, indem es halbgebrannt durch ein Gewicht von 2,440 hindurchgeht. Also wenn die Masse nur verglüht ist, d. h. wenn sie 10 Stunden lang einer Hize, höher als die Hize des schmelzenden Silbers ausgesezt gewesen, wenn sie noch porös ist und an der Zunge hängt, hat sie, pulverisirt, ein specifisches Gewicht von 2,619; wenn sie im Gutofen halbgahr gebrannt wird, so daß die Glasur zwar zusammensintert, aber nur erst anklebend ist, wird ihr specifisches Gewicht auf 2,440 reducirt, und wenn sie endlich vollkommen gebrannt ist, ist dieß Gewicht auf 2,242 herabgesunken, und dennoch hat sich die Masse in linearer Ausdehnung um 10 Proc. zusammengezogen. Ich will nicht versuchen diese Thatsache zu erklären, dazu ist hier nicht der Ort. Ich begnüge mich hier zu sagen, daß man sie als gewiß annehmen kann, einmal weil die Versuche mit aller möglicher Sorgfalt und Genauigkeit angestellt sind, und dann weil sie sich dem Gesez der Veränderung des specifischen Gewichts in den Thonmassen anschließt, nach welchem das specifische Gewicht dieser Massen im umgekehrten Verhältniß zu dem Grad des Brennens steht, oder was dasselbe sagen will, daß die Dichtigkeit des Pulvers dieser Massen um so geringer ist, je mehr die Masse gebrannt ist.“ Hr. Brongniart bemerkt noch in einer Note, daß man die Aenderung im specifischen Gewicht nicht einer etwanigen Entweichung von Wasser oder von einem andern Körper zuzuschreiben habe, da sehr genaue Versuche ihn überzeugt hatten, daß verglühtes Porzellan beim Brennen im Gutofen nichts von seinem Gewicht verliere. Ungeachtet die angegebenen Thatsachen als hinreichend bestätigt angenommen werden konnten, so wollte ich mich doch, ehe ich weitere Schlüsse darauf baute, gern selbst von der Richtigkeit derselben überzeugen, was mir um so leichter wurde, als ich durch die Güte des Directors der hiesigen königlichen Porzellanfabrik, Hrn. Geheimen Oberbergrath Frick, der sich selbst für diese Versuche sehr interessirte, nicht allein mit dem dazu nöthigen Material versehen wurde, sondern auch die Gelegenheit erhielt, in einem der Gutöfen der Porzellanfabrik die nöthigen Schmelzungen und Glühungen vorzunehmen. Ich erhielt so von Hrn. Frick 9 verschiedene Proben Porzellan, von denen die Probe Nr. 1 nur verglüht, Nr. 9 bis zum Erkalten im Gutofen gelassen, die übrigen aber nur resp. 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Stunden im Gutfeuer geblieben waren. Die Proben Nr. 1 bis 4 waren weich, leicht zerbrechbar und an der Zunge hängend, die ersteren von ihnen im größeren, die lezteren im geringeren Grade; die Probe Nr. 5 haftete nicht mehr an der Zunge, und hatte schon ziemlich dieselbe Härte, wie alle folgenden, sie war aber im Bruche noch matt; eben so verhielt sich auch Nr. 6; dagegen 7 und 8 schon in allen Eigenschaften mit Nr. 9 übereinkamen. Bei allen diesen Proben waren aber im Bruche mit bloßen Augen mehr oder weniger häufige Poren wahrzunehmen, so daß es nöthig war, um für die Bestimmung des specifischen Gewichts ein constantes Resultat zu erhalten, die Proben vorher zu pulvern. Ich fand auf diese Weise das specifische Gewicht der verglühten Porzellanmasse = 2,613 von Nr. 3 = 2,589 — Nr. 4 = 2,566 — Nr. 9 = 2,452. Die Proben Nr. 5 bis 9, die nicht mehr an der Zunge hafteten, wurden auch in Stüken gewogen, und auf diese Weise das specifische Gewicht gefunden: von Nr. 5 = 2,310 — Nr. 6 = 2,374 — Nr. 7 = 2,347 — Nr. 8 = 2,334 — Nr. 9 = 2,345.Die Methode, deren ich mich hierbei bediente, war dieselbe, welche ich bei der Untersuchung des specifischen Gewichts des pulverfoͤrmigen Kalkspaths und Aragonits (Poggendorff's Annal. Bd. 42, S. 355) angewandt habe, indem ich das fein zerriebene und mit Wasser gekochte Porzellan zuerst unter Wasser wog und dann abdampfte, und nun erst das absolute Gewicht bestimmte. Ich habe hier nur die Aenderung gemacht, daß ich die Waͤgung nicht in einem Glaskoͤlbchen, sondern in einem Platingefaͤß vornahm, wie sich dessen schon Heinrich Rose bei seinen Waͤgungen bedient hatte, was den Vorzug gewaͤhrt, daß das Platin beim Abdampfen nicht angegriffen wird, waͤhrend dieß bei einem Glasgefaͤß stets der Fall ist. Das Zerkleinern des hart gebrannten Porzellans vor dem Zerreiben im Achatmoͤrser geschah in einem Stahlmoͤrser. Hieraus ersieht man, daß die verglühte Berliner Porzellanmasse dasselbe specifische Gewicht hat, als die von Sèvres, denn die Zahlen 2,613 und 2,619 sind so wenig verschieden, daß man den Unterschied wohl unberüksichtigt lassen kann; daß aber das gahr gebrannte Berliner Porzellan noch schwerer ist als das von Sèvres, und zwar in dem Verhältniß von 2,452 : 2,242. Es ist aber vielleicht dieser Unterschied weniger auffallend als die obige Uebereinstimmung, da die Berliner und Sèvres-Porzellanmassen nicht allein in ihrer Zusammensezung sehr verschieden sind, sondern auch die Temperatur in dem Gutofen der Berliner Porzellanfabrik in dem Maaße höher ist, als in dem der Sèvres-Porzellanfadrik, daß das Sèvres-Porzellan in dem Berliner Gutofen zusammensinkt. Indessen kann die Ursache des hohen specifischen Gewichts des Berliner Porzellans in Vergleich mit dem des Sèvres-Porzellans nicht auf einem Irrthum beruhen, da, obgleich ich den Versuch nicht wiederholt habe, der Versuch mit dem ganzen Stüke ein specifisches Gewicht von 2,345 geliefert hat, das zwar wegen der eingeschlossenen Poren des Stüks geringer als das des Pulvers, aber immer noch viel höher ist, als das des Sèvres-Porzellans.Der Unterschied in dem specifischen Gewicht der uͤbrigen Proben, die in Stuͤken gewogen sind, ruͤhrt offenbar auch von diesen Poren her, die in den ver, schiedenen Stuͤken leicht in verschiedener Menge sich finden koͤnnen, und wuͤrde gewiß, wenn die Proben in Pulverform gewogen waͤren, fortgefallen seyn. Wenn aber auch die Versuche mit dem Berliner Porzellan nicht ganz gleiche Resultate gegeben haben, als mit dem Sèvres-Porzellan, so haben sie doch das Resultat vollkommen bestätigt, daß das gahr gebrannte Porzellan ein geringeres specifisches Gewicht hat, als das ungebrannte. Um nun über die Ursache dieser Erscheinung Aufschluß zu erhalten, war es nöthig mit Bestimmtheit zu wissen, ob während des Brennens keine Aenderung in der chemischen Zusammensezung des Porzellans vor sich ging. Brongniart läugnet dieß zwar bestimmt, allein ich glaubte die Sache doch noch einmal untersuchen zu müssen, da Abich öfter von einer möglichen Verflüchtigung von Alkali spricht, die stattfinde, wenn man alkalihaltige Silicate mit kohlensaurem Baryt im Seftström'schen Ofen einige Zeit im Fluß erhält, oder wenn sich Obsidian durch Umschmelzung in Bimsstein umändere. Ich stellte deßhalb zuerst einen Versuch mit dem einen Gemengtheil des Porzellans, dem Feldspath an, da dessen Zusammensezung genau gekannt ist. 17,0045 Gramme Adular vom St. Gotthard wurden in einem Platintiegel in dem Gutofen der königlichen Porzellanfabrik geschmolzen. Der Adular war hiedurch in ein weißes Glas umgeändert, das, wie dieß bei allen Varietäten des Feldspaths der Fall ist, voller kleiner Blasen war. Sein Gewicht betrug nun 16,9950 Gramme; es hatte also verloren 0,0095 Gramme oder 0,056 Proc. — ein Verlust, der so unbedeutend ist, daß er wohl übersehen werden kann. Einen andern Versuch mit dem Porzellan selbst stellte zu gleicher Zeit Hr. Frick an. Eine kleine Platte von verglühter Porzellanmasse wurde im Gutofen gebrannt. Sie wog vor dem Brennen 240 Gran, und hatte nach dem Brennen nur den unbedeutenden Verlust von 1/16 Gran erlitten. Es war also auch durch diese Versuche dargethan, daß die Aenderung des specifischen Gewichts, die das Porzellan durch das Brennen erleidet, von einer Aenderung in der chemischen Zusammensezung nicht herrühren könne, und es lag nun nahe, sie ganz oder zum Theil in der Aenderung des Aggregatzustandes zu suchen, indem die Porzellanmasse beim Brennen in den glasigen Zustand übergeht, und es bekannt ist, daß viele krystallisirte Körper, wenn sie geschmolzen werden und beim Erkalten ein Glas bilden, ein geringeres specifisches Gewicht erhalten, wenn sich auch sonst ihre chemische Zusammensezung ganz gleich bleibt. Um zu untersuchen, ob jene Aenderung überhaupt oder nur allein diesem Umstand zuzuschreiben sey, mußte zuerst das specifische Gewicht der Gemengtheile der Porzellanmasse vor und nach dem Schmelzen untersucht werden. Die Masse des Berliner Porzellans besteht nur aus einem Gemenge von Porzellanerde und Feldspath, die beide vorher für sich allein geschlämmt werden. Nach den Mittheilungen von Hrn. Frick werden hiebei auf 198 Pfd. Porzellanerde, welche 7,2 Proc. Wasser enthält, 58 Pfd. Feldspath, d. h. auf 76,01 Proc. wasserfreier Porzellanerde 23,99 Proc. Feldspath genommen. Quarz und andere Zusäze finden nicht statt, da die Porzellanerde aus den Gruben von Morl bei Halle bezogen wird, also aus zerseztem Porphyr besteht, und deßhalb auch im geschlämmten Zustand viel mehr eingemengten Quarz enthält, als die Porzellanerde, die sich aus verwittertem Granit bildet, wie z. B. die von Aue bei Schneeberg in Sachsen.Vergl. hieruͤber Mitscherlich's Lehrbuch der Chemie, 2. Aufl. Th. 2 S. 215, und den Anhang zu Ende der Abhandlung. Der Feldspath ist sogenannter gemeiner Feldspath aus dem Granit der Gegend von Hirschberg in Schlesien. Ich untersuchte zuerst das specifische Gewicht des Glases, in welches der oben erwähnte Adular vom Gotthard beim Schmelzen im Gutofen übergegangen war. Da es ganz mit Blasen erfüllt war, so mußte es zu diesem Versuche auch gepulvert werden; sein specifisches Gewicht betrug aber in diesem Zustand 2,387; im krystallisirten Zustand beträgt es dagegen, nach Abich, 2,5756.Vergl. a. a. O. die Tabelle zu S. 7. Ein ähnliches Resultat gab auch der geschlämmte Feldspath, wie er auf der hiesigen Fabrik benuzt wird, so wie auch, nach Abich's Versuchen, der glasige Feldspath. Das specifische Gewicht des ersteren fand ich 2,592, und nachdem er in dem Gutofen zu Glas geschmolzen war, 2,384. Das specifische Gewicht des krystallisirten glasigen Feldspaths von Ischia beträgt, nach Abich, 2,5972, zu Glas geschmolzen 2,4008. Bei allen diesen Abänderungen des Feldspaths findet also durch die Schmelzung eine Verminderung im specifischen Gewicht von ungefähr 1/13 statt. Mit der Porzellanerde, dem andern Gemengtheil, geht, wenigstens in der Hize, die der Gutofen der Porzellanfabrik darbietet, keine solche Veränderung wie mit dem Feldspath vor; die Porzellanerde ist in diesem Hizgrad unschmelzbar, sie bakt darin wohl etwas zusammen, läßt sich aber auch nach dem Brennen mit Leichtigkeit zerdrüken und zerreiben. Ihr specifisches Gewicht fand ich indessen nun ebenfalls etwas geringer, als wenn sie nur kurze Zeit über der Spirituslampe geglüht war. Die auf der hiesigen Fabrik geschlämmte und nachher getroknete Porzellanerde verlor, im Wasserbad getroknet, 0,85 Proc., und als sie darauf zweimal 10 Minuten lang über der Spirituslampe mit doppeltem Luftzug stark erhizt wurde, 8,55 Proc. Das specifische Gewicht dieser nur so weit erhizten Porzellanerde betrug aber 2,633, das Gewicht der in dem Gutofen geglühten Porzellanerde dagegen nur 2,562, und als der Versuch mit derselben Menge noch einmal wiederholt wurde, 2,564. Ich muß es dahin gestellt seyn lassen, was der Grund dieses Verhaltens der Porzellanerde sey, ob er wirklich in einer allotropischen oder chemischen Veränderung besteht, die in der Masse beim Brennen vorgeht,Die Plasticitaͤt verliert die Porzellanerde schon beim Gluͤhen uͤber der Spirituslampe. oder ob er vielleicht darin liegt, daß die schwach gebrannte Porzellanerde, wie der schwach gebrannte Gyps beim Wiegen im Wasser, Wasser bindet, oder wie die pulverförmige Kohle Gasarten, Wasser verdichtet, und dadurch das Resultat der Wägung unrichtig macht; so viel ergibt sich, daß wenigstens ein Gemengtheil des Porzellans nach dem Schmelzen ein geringeres specifisches Gewicht erhält. Man kann nun zwei Ansichten aufstellen, wie man sich das Porzellan zu denken habe. Dasselbe ist entweder auch im gebrannten Zustand ein Gemenge, also ein Feldspathglas, worin die Porzellanerde als solche enthalten ist, oder die beiden Gemengtheile sind ganz oder zum Theil chemisch mit einander verbunden. Für die erstere Ansicht spricht gewissermaßen die geringe Durchsichtigkeit des Porzellans, so wie auch sein Ansehen unter dem Mikroskop nach den Zeichnungen, die Ehrenberg davon geliefert hat.Poggendorff's Annalen, Bd. 39 S. 106 In diesem Fall müßte aber das specifische Gewicht des Porzellans, wenn man es aus den specifischen Gewichten der Gemengtheile (Feldspath = 2,384, Porzellanerde = 2,563) und der bekannten Zusammensezung berechnet, mit dem gefundenen specifischen Gewichte übereinkommen, was aber nicht der Fall ist, denn man erhält auf diese Weise die Zahl 2,518 statt 2,452,Bezeichnet man mit s, s′, s″ das specifische Gewicht, und mit x, x′, x″ das absolute Gewicht der Gemengtheile und der Verbindung so ist:x″/s″ = x/s + x′/s′, also s″ = x″ . s . s′/x s′ + x s,wonach die obige Zahl berechnet ist. Berechnet man das specifische Gewicht der schwach gegluͤhten Porzellanerde nach dem specifischen Gewicht des Feldspaths (2,592) und des nur vergluͤhten Porzellans (2,613), so erhaͤlt man, nicht sehr verschieden von dem Versuch, 2,620 statt 2,633; berechnet man indessen die Zusammensezung der Porzellanmasse nach dem specifischen Gewicht derselben und nach dem der Gemengtheile, so erhaͤlt man etwas uͤber 48 Proc. Feldspath statt 24, daher die Bestimmung. des specifischen Gewichts der schwach gegluͤhten Porzellanerde doch nicht richtig zu seyn scheint. Man sieht aber zugleich, wie klein die Abweichungen im specifischen Gewicht zu seyn brauchen, um schon eine große Aenderung in der chemischen Zusammensezung zu verursachen, und wie mißlich es ist, dergleichen Schluͤsse zu machen, zumal hier, wo man es mit Materialien zu thun hat, die im Großen gereinigt und gemengt werden. Dennoch ist aber bei dem gahr gebrannten Porzellan der Unterschied in dem berechneten und gefundenen specifischen Gewicht zu groß, um ihn bloß aus Fehlern in den der Rechnung zu Grunde liegenden Zahlen erklaͤren zu koͤnnen. also eine größere Zahl als der Versuch ergeben hat. Wahrscheinlich wirken also doch bei dem Brennen der Porzellanmasse die beiden Gemengtheile ganz oder zum Theil (denn die Porzellanerde von Morl ist ja selbst noch ein Gemenge) chemisch auf einander, und dehnen sich dabei aus, da ja öfter die chemische Verbindung ein geringeres specifisches Gewicht hat, als sich aus den Bestandtheilen folgern läßt. Diese Ausdehnung, wenn sie in der That stattfindet, kommt noch zu der hinzu, die der glasartige Zustand für sich allein hervorbringt, und beide bewirken dann zusammen die Ausdehnung, die die Porzellanmasse beim Brennen erleidet. Eine solche Ausdehnung findet also immer statt, und das Schwinden der Porzellanmasse beim Brennen im Gutofen ist demnach nur scheinbar, und wird nur durch das Wegfallen der leeren Räume in dem Thon, die theils durch die lokere Zusammenhäufung, theils durch das Entweichen des Wassers beim Brennen im Verglühofen entstehen, hervorgebracht. Anhang. Nach den Analysen von Forchhammer besteht die geschlämmte Porzellanerde von Aue bei Schneeberg (a) und von Morl bei Halle (b) aus: (a) (b) Thonerde 37,57 22,00 Eisenoxyd, Manganoxyd und Magnesia Spur 1,87 Kieselsaͤure 44,30 27,96 Wasser 13,02 7,43 Kali — 0,17 Kohlensaure Kalkerde 0,31 0,33 Quarz 5,12 39,10 –––––––––––––– 100,32 98,95. Die Porzellanerde wurde bei diesen Analysen mit Schwefelsäure zersezt, und der eingemengte Quarz von der abgeschiedenen Kieselsäure durch kohlensaures Natron geschieden. Der größere Gehalt an Kieselsäure in der durch Zersezung des Porphyrs entstandenen Porzellanerde, in Vergleich mit der aus dem Granit entstandenen, ist wohl erklärlich. Nach meinen Untersuchungen bestehen der gewöhnliche Granit und der rothe Porphyr aus denselben Gemengtheilen, nämlich aus Feldspath, Oligoklas, Quarz und Magnesiaglimmer, und beide Gebirgsarten unterscheiden sich nur dadurch von einander, daß im Granit die Gemengtheile im körnigen Gefüge, in dem Porphyr aber in einer Grundmasse enthalten sind, die, wenn gleich in der Regel scheinbar gleichartig, doch nur als ein inniges Gemenge derselben Gemengtheile, die auch im deutlich krystallisirten Zustand in ihr enthalten sind, angenommen werden kann. Verwittert der Porphyr, so kann der in der Grundmasse enthaltene, mit bloßen Augen nicht sichtbare Quarz bei seiner großen Feinheit durch Schlämmen von dem zersezten Feldspath und Oligoklas nicht getrennt werden, sondern nur der gröbere deutlich krystallisirte; aus dem Granit dagegen, wo alle Gemengtheile sich vollkommener abgesondert haben, wird demnach auch, wenn er verwittert, der Quarz von den verwitterten Gemengtheilen viel vollkommener zu trennen seyn.