CXXIX. Ueber die Entmischung des Weingeistes in Folge spontaner Verdunstung; von Professor Dr. August Vogel jun. in München. Aus den Sitzungsberichten der mathematisch-naturwissenschaftlichen Classe der kais. Akademie der Wissenschaften, Wien 1858, Bd. XXX S. 261. Mit Abbildungen auf Tab. VIII. Vogel, über die Entmischung des Weingeistes in Folge spontaner Verdunstung. Eine genauere Kenntniß des Verdampfungsverhältnisses des reinen Alkohols zum Wasser, welches aus einem Weingeiste durch spontane oder absichtliche Verdampfung entweicht, muß für mannichfache technische Fragen nicht ohne Interesse erscheinen, unter anderen bei der Destillation, beim Lagern des Spiritus in Fässern, beim Schaalwerden geistiger Flüssigkeiten etc. Ich habe deßhalb durch eine Reihe directer Versuche die näheren Anhaltspunkte für diesen Gegenstand zu ermitteln gesucht. Zunächst begann ich damit, eine gewogene Menge wässerigen Alkohols der spontanen Verdampfung zu überlassen. Nach einigen Tagen wurde die Wägung des Alkohols wieder vorgenommen, dessen specifisches Gewicht genau bei 15,5° C. genommen, und derselbe sodann abermals während einiger Tage der spontanen Verdampfung ausgesetzt. Die Bestimmung des specifischen Gewichtes geschah in den von nur zu diesem Zwecke construirten specifischen Gewichtsfläschchen.Polytechn. Journal Bd. CXLIV S. 178. Da jedoch bei der Füllung und Ausleerung derselben jedesmal ein geringer Verlust an Flüssigkeit stattfinden mußte, so wurde dieser durch ZurückwägenDas Zurückwägen ist in den folgenden Tabellen der Kürze wegen mit dem Ausdrucke „nach der Operation bezeichnet.“ bestimmt, dann aber berechnete ich in den Tabellen die Gehalte an Alkohol und Wasser auf das ursprüngliche der spontanen Verdampfung ausgesetzte Gewicht. Es erstreckten sich diese Versuche zunächst auf drei Alkohole von verschiedenem Gehalte, nämlich von 84,64 Gew. Proc., 49,55 Proc. und 10,08 Proc. an absolutem Alkohol. Dieß geschah aus dem Grunde, weil allenfallsige Verunreinigungen sich offenbar in dem aus 84,64procentigen durch spontane Verdampfung auf 10procentigen herabgekommenen Alkohol beträchtlich anhäufen mußten; namentlich gilt dieß von Spuren nicht völlig entfernten Fuselöles, wodurch das Resultat der spec. Gewichtsbestimmung beeinträchtigt werden müßte. Die Reduction des specifischen Gewichtes auf Gewichtsprocente geschah nach den von Fownes ausgearbeiteten Tabellen, welche sich bei früheren Controlbestimmungen als besonders zuverlässig ergeben hatten. Die Capacität des zu den specifischen Gewichtsbestimmungen dienenden Fläschchens ergab sich zu: Spec. Gewicht Fläschchen + Stativ + Wasser   12,301 Gramme.    „           „             „          +    „   5,605       „                    i. e. Volumen Wasser   6,696       „ Die erste Versuchsreihe, wobei ein 85procentiger Alkohol der spontanen Verdampfung ausgesetzt wurde, ergab folgende unmittelbare Wägungen. Erste Versuchsreihe. Tara des Verdunstungsgefäßes                             71,26 Gramme.                      Nr. 1. Den 4. März. Gewicht-BruttoD. i. Verdunstungsgefäß + Verdunstungsflüssigkeit. 186,11 Volumen Alkohol-BruttoFläschchen mit Stativ + Alkohol.              11,207                      Nr. 2. Den 6. März. Gewicht-Brutto 159,99 Nach der Operation 159,61    Volumen Alkohol   11,236                      Nr. 3. Den 8. März. Gewicht-Brutto 146,04 Nach der Operation                               145,80    Volumen Alkohol   11,255                      Nr. 4. Den 10. März. Gewicht-Brutto 133,52 Nach der Operation 133,29    Volumen Alkohol   11,276                      Nr. 5 Den 13. März. Gewicht-Brutto 116,49 Nach der Operation 116,21    Volumen Alkohol   11,311                      Nr. 6. Den 16. März. Gewicht-Brutto 104,35 Nach der Operation 104,11    Volumen Alkohol   11,358                      Nr. 7. Den 19. März. Gewicht-Brutto 92,72 Nach der Operation 92,42    Volumen Alkohol 11,451                      Nr. 8. Den 22. März. Gewicht-Brutto 83,70 Nach der Operation 83,27    Volumen Alkohol 11,589                      Nr. 9. Den 24. März. Gewicht-Brutto 78,18    Volumen Alkohol 11,79 Hier wurde die erste Versuchsreihe aus den oben angeführten Gründen und auch deßhalb, weil das Volumen zur Bestimmung des specifischen Gewichtes zu klein geworden wäre, unterbrochen. Es folgt nun die zweite Versuchsreihe, wozu 50procentiger Alkohol, absichtlich durch Verdünnen mit Wasser aus dem Alkohol der vorigen Versuchsreihe hergestellt, verwendet wurde. Zweite Versuchsreihe. Tara des Verdunstungsgefäßes                             39,30                      Nr. 10. Den 11. März. Gewicht-Brutto 92,20    Volumen Alkohol                                 11,761                      Nr. 11. Den 12. März. Gewicht-Brutto 72,24 Nach der Operation                               71,66    Volumen Alkohol 11,983                      Nr. 12. Den 13. März. Gewicht-Brutto 61,57 Nach der Operation 61,00    Volumen Alkohol 12,136                      Nr. 13. Den 19. März. Gewicht-Brutto 48,56    Volumen Alkohol 12,300. In dem letzten Versuche dieser Reihe war allerdings nur reines Wasser als Rückstand geblieben, so daß die Reihen damit hätten abbrechen können; um jedoch noch genauere Werthe für die Entmischung solcher Flüssigkeiten, die sehr arm an Alkohol sind, zu gewinnen, wurde noch eine dritte Versuchsreihe mit einem 10procentigen Alkohol ausgeführt. Dritte Versuchsreihe. Tara des Verdunstungsgefäßes                             39,30                      Nr. 14. Den 17. März. Gewicht-Brutto 85,85    Volumen Alkohol 12,194                      Nr. 15. Den 18. März. Gewicht-Brutto 77,75 Nach der Operation                               77,51    Volumen Alkohol 12,251                      Nr. 16. Den 19. März. Gewicht-Brutto 71,40 Nach der Operation 71,11    Volumen Alkohol 12,283                      Nr. 17. Den 20. März. Gewicht-Brutto 66,23 Nach der Operation 65,58    Volumen Alkohol 12,296                      Nr. 18. Den 22. März. Gewicht-Brutto 57,20    Volumen Alkohol 12,302 Wir haben hiemit nun die Daten vollständig bei einander, welche uns ein Bild der schrittweisen Entmischung des 85procentigen Alkohols in Folge der spontanen Verdampfung darbieten, um damit das Verhältniß, in welchem dabei Wasser und Alkohol aus dem jedesmal zum Versuche verwendeten Weingeist entweichen, zu überblicken. Berechnet man nun aus den angeführten Wägungen das spec. Gewicht, daraus dann nach Fownes' Tabellen den Gewichts-Procentgehalt an absolutem Alkohol und hieraus endlich wieder den Gehalt an absolutem Alkohol und Wasser in dem jedesmal der Wägung unterworfenen Weingeist, so erhält man folgende tabellarische Zusammenstellung: Tabellarische Zusammenstellung. Textabbildung Bd. 149, S. 453 Gewicht des Weingeistes; Specifis. Gewicht; Procentgehalt an absolutem Alkohol; D.h. in der Gesammtmenge Gehalt an; absolutem Alkohol; Wasser; D.h. es verdampfte in dieser Periode ein Alkohol v. Procentgehalt; Versuchsreihe 85procent. Alkohol; 50proc.; 10procent; Nr. Aus der Vergleichung der Werthe in der letzten Verticalspalte dieser Tabelle wird ein interessantes und technisch höchst wichtiges Verhalten wasserhaltiger Alkohole beim Verdampfen klar. Stets verdampft natürlich ein alkoholreicherer Weingeist, als der der Verdunstung ausgesetzte. So entwich im Durchschnitt in der Zwischenzeit zwischen den beiden ersten Versuchen, während welcher der Alkoholgehalt von 84,64 auf 82,92 herabsank, ein Alkohol von 90,48 Proc., also ein weit stärkerer. In einem ungleich auffallenderen Maaße findet nun aber dieses Entweichen stärkeren Alkohols, als der ausgesetzte Spiritus, in schwachen weingeistigen Flüssigkeiten statt. In Nr. 10 entweicht schon aus einem 49,55 procentigen Weingeist, während derselbe auf 33,14 herabsinkt, ein Alkohol von 76,6 Proc. In dem letzten Versuche, Nr. 16 und Nr. 17, tritt diese Differenz noch mehr hervor, so daß aus einem (Nr. 16) 1,5proc. Weingeist, bis derselbe auf 0,35 herabkömmt, ein 7,68 procentiger Weingeist fortgeht. Dieses Verhalten ist um so beachtenswerther, als dadurch überhaupt die Möglichkeit gegeben ist, durch Destillation einen schwachen Weingeist, zu concentriren; denn offenbar müssen auch für die Verdampfung bei höheren Temperaturen analoge Gesetze bestehen. Aus der Kenntniß dieser Gesetze würde eine technisch wichtige Anwendung auf die Spiritusbereitung folgen. Zur leichteren Uebersicht des Vorganges schien es vortheilhaft, die gefundenen und im Vorhergehenden mitgetheilten Werthe als Curve zu verzeichnen. Nimmt man hiebei zunächst das Gesammtgewicht des jedesmal der Verdunstung ausgesetzten Alkohols als zugehörige Ordinaten auf, so erhält man die Ansichten in Fig. 28–30. Man kann sich nun leicht durch directe Anschauung überzeugen, namentlich wenn man die 2. und 3. Versuchsreihe (Fig. 29 und 30) berücksichtiget, daß diese Werthe in der Verzeichnung keine gerade Linie geben, d.h. daß nicht Alkohol und Wasser in einem constanten Verhältniß verdampfen. Theoretisch würde man Aehnliches gefolgert haben, denn es ist klar, daß indem weniger Wasser als Alkohol im Anfange der ersten Versuchsreihe verdampfte, der Wassergehalt sich in dem Rückstande steigern mußte und bei der Gleichförmigkeit der Mischung also sich eine nunmehr überwiegende Menge Wasserpartikelchen an der Oberfläche der Verdunstung darbieten müßte. Eben wegen der Eigenschaft, daß die dichteren aus der Verdunstung resultirenden oberen Schichten niedersinken und dadurch eine beständige Ausgleichung der Mischung durch die ganze Masse herbeiführen, eignet sich Weingeist besonders zum Studium der partiellen Betheiligung verschiedener flüchtiger Liquida an der Verdampfung ihrer Gemische. Versucht man nun diesen Schluß auf die vorliegenden Beobachtungswerthe anzuwenden, so ergibt sich, wenn wir uns dabei sogleich an ein wirkliches Zahlenbeispiel halten, folgende Betrachtung. Nimmt man z.B. in der Periode zwischen dem ersten und zweiten Versuch die Verdunstung als gleichmäßig an, da in der That dieses Stück der Curve von der geraden Linie nicht merklich abweicht, so erhält man für eine mittlere Abscisse = 101,78 die dem verdunsteten Alkohol und Wasser entsprechenden Werthe: 23,64 und 2,48, b. h. während 23,64 Alkohol verdampften, giengen zugleich 2,48 Wasser fort. Diesem Werthe der Abscisse entspricht nun eine den Alkohol repräsentirende Ordinate von 85,39; dieses Verhältniß der Verdampfung fand daher statt bei einem Alkohol von: (100 × 85,39)/101,78 = 83,90 Proc. In diesem Weingeiste lagen also offenbar 83,90 Theilchen Alkohol neben 16,10 Wassertheilchen; von gleichen Gewichten Alkohol und Wasser in der Mischung, d.h. von 16,10 Theilen dieser 83,90 verdampfen (16,10 × 23,64)/83,90 und während dieser Zeit verdampfen 2,48 Theile Wasser. Um also die Alkoholmenge zu finden, die während der Zeit, da ein Theil Wasser verdampft, fortgeht unter der Voraussetzung daß beide gleiche Oberflächen haben, erhält man folgende Gleichung: x = (16,10 × 23,60)/(83,90 × 2,48), x = 1,826, d.h., während 1 Theil Wasser verdampft, verdampfen von einer gleich großen Oberfläche 1,826 absoluter Alkohol. Führt man nun dieselbe Betrachtung für ein anderes Beispiel obiger Werthe, z.B. für das Mittel zwischen den Beobachtungen Nr. 8 und Nr. 9 aus, so hat man: die mittlere Abscisse = 10,19, für die mittlere Ordinate = 5,70, d.h. die hier stattfindende Verdunstung bezieht sich auf einen 56,92procentigen Alkohol. Aus diesem verdampfte nun auf 1,16 Wasser 4,32 Alkohol. Es fragt sich abermals, wie viel Alkohol verdampft, während von einer gleichgroßen Oberfläche 1 Theil Wasser verdunstet? Man hat für diesen Fall: x = (43,08 × 4,32)/(56,92 × 1,16), x = 2,82. Nimmt man endlich noch als drittes Beispiel die Verdampfungsperiode zwischen Nr. 15 und Nr. 16, so hat man: mittlere Abscisse = 35,31      „      Ordinate =   1,06. Dieß entspricht einem Weingeiste von 3,00 Proc. absolutem Alkohol und man hat sonach wieder: x = (97,00 × 1,17)/(3,00 × 4,99), x = 7,58. Aus dem Vergleiche dieser Werthe ergibt sich das interessante Resultat, daß in schwachem Weingeiste eine weit beträchtlichere Verdampfung stattfindet, bezogen auf die Betheiligung desselben an der verdampfenden Oberfläche, als dieses für stärkeren Weingeist unter demselben Gesichtspunkte der Fall ist. Aus 84procentigem Alkohol verdampfen, wie so eben abgeleitet, 1,826 Theile Alkohol, während von der gleichen Oberfläche 1 Theil Wasser ausgehaucht wird, aus 57procentigem Alkohol schon 2,82 Theile Alkohol und aus einem Alkohol von 3 Procenten 7,58 Theile Alkohol. Das eine Extrem dieses Falles würde der nahezu absolute Alkohol seyn, bei welchem ja bekanntlich für die vorliegenden Bedingungen eine Wasseranziehung aus der Atmosphäre stattfindet. Die zunächst über der Oberfläche stehende mit Wasser gesättigte Luftschicht bleibt sich im Anfange und Ende des Versuches gleich, in ihr können aber bei geringerem Alkoholgehalt größere Antheile, ähnlich wie im leeren Räume, diffundiren. In dieser Weise lassen sich die bei abnehmendem Alkoholgehalt der Mischung wachsenden Werthe für x erklären. Wenn man die Umstände berücksichtigt, unter welchen die Verdunstung von Statten geht, so muß man namentlich beachten, daß dieselbe in atmosphärischer Luft, die also bis zu einem gewissen Grade mit Feuchtigkeit beladen ist, vor sich geht. Findet nun aber die Diffusion verschiedener Gase gerade so statt wie im luftleeren Räume, so ist klar, daß der Alkoholdampf sich in die Atmosphäre gerade so wie in den leeren Raum diffundiren werde, dagegen wird dieß beim Wasser nicht der Fall seyn, welches vielmehr unter einem der Hygroskopicität der Luft entsprechenden vermehrten Drucke verdunsten wird. Bei der spontanen Verdampfung weingeistiger Flüssigkeiten muß daher stets der Feuchtigkeitsgrad der Luft von entschiedenstem Einflüsse seyn und bei einer erschöpfenden Behandlung dieser Frage wäre jenem Factor ganz besonders Rechnung zu tragen. Ein anderer Fall ist die Verdampfung in geschlossenen Gefäßen, wie bei Destillationen, wo sie in der mit den Gasen selbst gesättigten Atmosphäre oder im leeren Räume vor sich geht.