Kolloidchemie. Von Dr. H. F. Baumhauer in Charlottenburg. (Schluß von S. 454 d. Bd.) BAUMHAUER: Kolloidchemie. II. Wohl kein zweites Spezialgebiet der chemischen Wissenschaft hat in den letzten Jahrzehnten eine solche Ausdehnung erfahren wie die Kolloidchemie. Dies hat abgesehen von den interessanten physikalischen Eigenschaften der kolloiden Lösungen seinen Hauptgrund in der großen technischen Bedeutung, die den kolloiden Substanzen zukommt. Es gibt kaum noch ein Gebiet der Naturwissenschaft, in dem die Kolloide nicht eine Rolle spielen, und die Zahl der kolloid-chemischen Prozesse, die für die Technik von Wichtigkeit sind, mehren sich von Tag zu Tag, sei es, daß ganz neue kolloide Vorgänge technische Verwertung finden, oder daß bei schon längst praktisch ausgeführten Prozessen deren kolloide Natur erkannt wird. Zur Darstellung eines Kolloids können zwei prinzipiell verschiedene Wege eingeschlagen werden. Entweder geht man aus von einer gelösten chemischen Verbindung, aus der durch chemische Einflüsse der kolloidgelöste Körper durch Zusammentreten mehrerer Moleküle oder Atome gebildet wird, oder man muß umgekehrt durch mechanische, chemische oder physikalische Mittel die Substanz so fein verteilen, daß sie in den kolloiden Zustand übergeht. Svedberg hat die erste Methode Kondensationsmethode, die zweite Dispersionsmethode genannt. Die im ersten Teil erwähnte Darstellung kolloider Kieselsäure gehört demnach zu den Kondensationsmethoden. Als ein weiteres Beispiel sei die Darstellung der prächtig gefärbten Gold- und Silberlösungen genannt, bei denen man so verfährt, daß man die stark verdünnten Salzlösungen dieser Metalle (Goldchlorid und Silbernitrat) mit geringen Mengen eines Reduktionsmittels versetzt, wodurch das Metall in feinster kolloider Form abgespalten wird. Als Reduktionsmittel für Gold kann z.B. das Natriumsalz der hydroschwefligen Säure oder Formaldehyd nach Zugabe von Kaliumbikarbonat verwandt werden, für Silber eignet sich außer Formaldehyd u.a. besonders Zucker oder Seignettesalz. Diese Reduktion findet bei der Herstellung von Silber- bzw. Goldspiegeln Anwendung. Durch das Reduktionsmittel entsteht zuerst eine kolloide Lösung, die aber ihre Metallteilchen auf dem Glase in einer glänzenden Schicht niederschlägt. Nur durch sorgfältiges und exaktes Arbeiten wird eine wirklich tadellose glatte Metallschicht erhalten, so ist besonders darauf zu achten, daß das Glas gründlich gereinigt und von jeder Spur anhaftenden Fettes befreit ist. Da die dünne Metallschicht den elektrischen Strom gut leitet, so kann galvanisch auf ihr eine dicke Metallschicht niedergeschlagen werden, die durch Erhitzen von dem Glase losgelöst werden kann. Fabrikmäßig stellt man auf diesem Wege über gewölbten Glasformen metallische Hohlspiegel her.Arndt, Die Bedeutung der Kolloide für die Technik S. 24. Eine ausgedehnte technische Verwendung finden kolloide Metalle bei der Herstellung gefärbter Glassorten; so rührt z.B. die rote Farbe des bekannten Rubinglases von kolloid gelösten Goldteilchen her. Der Gang der Fabrikation ist kurz folgender. Man setzt dem Glassatz Goldchlorid zu und erhitzt ihn bis zur Weißglut. Bei diesen Temperaturen zersetzt sich das Goldsalz, und es scheidet sich Gold in feinster Verteilung ab. Jedoch ist die Verteilung des Goldes zuerst eine derartig feine, daß das schnell abgekühlte Glas farblos erscheint, erst nachdem das Glas nochmals bis zum Weichwerden erhitzt ist, schließen sich mehrere Goldteilchen zusammen, und es tritt nach dem langsamen Abkühlen des Glases die rubinrote Farbe auf. Der Goldgehalt dieses Glases ist sehr gering, er beträgt nur 0,05 bis 0,06 v. H. Auf ähnliche Weise wird auch das Kupferrubinglas hergestellt. Mit dem Ultramikroskop lassen sich die kleinen Goldteilchen sichtbar machen. Auch bei verschiedenen künstlichen und natürlichen Edelsteinen nimmt man an, daß sie ihre Farbe kolloidgelösten Stoffen verdanken. So soll die blaue Farbe des Saphirs von Kobaltoxydteilchen, und die rote des Rubins von kolloiden Chromoxydteilchen herrrühren. Interessant ist auch die Anwendung des Goldkolloids im Cassiusschen Goldpurpur. Die durch Reduktion einer Goldchloridlösung entstandene rote kolloide Goldlösung wird, wie im ersten Teil erwähnt, durch Zusatz eines Elektrolyten zuerst blau gefärbt, und es scheidet sich unlösliches (irreversibles) Gold aus. Hat man aber ein Schutzkolloid wie Gummi oder Gelatine zugesetzt, so verhindert dieses das Ausfällen des Goldes. Dampft man diese Flüssigkeit auf dem Wasserbade zur Trockne, so kann das erhaltene Pulver immer wieder durch Wasser mit roter Farbe gelöst werden, das Gold ist zu einem reversiblen Kolloid geworden. Reduziert man nun die Goldchloridlösung mit Zinnchlorür, so bildet sich neben dem Goldkolloid zu gleicher Zeit kolloide Zinnsäure, die jetzt für das Gold die Rolle eines Schutzkolloides spielt. Dieser sogenannte Goldpurpur stellt getrocknet ein violett-farbenes Pulver dar. Durch geeignete Abänderungen im Reduktionsprozeß kann man Farben von dunkelrot bis rosa und auch indigoblaue Farben erhalten. Der Cassiussche Goldpurpur findet in der Porzellan- und Glasmalerei vielfach Verwendung. Kolloide Silberlösungen sind in der Medizin von Bedeutung geworden. Unter dem pharmazeutischen Namen Collargol oder Argentum colloidale sind sie als tiefrote Flüssigkeit in den Apotheken erhältlich. Diese Silberlösungen sind durch Zusatz eines organischen Schutzkolloides haltbar gemacht.. Wir kommen nun zu der zweiten Art der oben genannten Darstellungsmethoden für Kolloide, der sogenannten Dispersionsmethode. Im Jahre 1898 machte Bredig zuerst die Beobachtung, daß durch Erzeugung eines Gleichstromlichtbogens unter Wasser die als Elektroden dienenden Metalle zerstäubt werden und kolloid in Lösung gehen. Es gelang auf diese Weise von einer großen Anzahl von Metallen kolloide Lösungen herzustellen, doch können hierbei natürlich auch andere Dispersionsmittel benutzt werden als Wasser, so wurden nach dieser Methode die Alkalimetalle Kalium, Natrium usw. in Aether zur Lösung gebracht. Zu den Dispersionsmethoden ist auch das Verfahren zu rechnen, nach welchem durch Anätzen, das heißt abwechselndes Behandeln schon feinverteilter Metalle mit sauren und alkalischen Reagenzien kolloide Lösungen gewonnen werden. Es war schon bekannt, daß feinverteilte Metalle, die man auf einem Filter auswaschen will, besonders leicht kolloid durch das Filter laufen, wenn sie vorher mit einer Säure oder Lauge behandelt sind. Diese Erscheinung ist von Dr. Kuzel weiter ausgearbeitet worden, der sich sein Verfahren besonders zur Erzeugung kolloiden Wolframs patentieren ließ. Es gelingt leicht durch diese Anätzmethode aus dem schon durch die Reduktion von WO3 mittels Zink in feinster Verteilung erhaltenen Wolframpulver eine konzentrierte kolloide Lösung zu bereiten. Fällt man aus einer solchen Lösung mit Chlorammonium als Elektrolyten das Metall, das sich hierbei in großen schwarzen Flocken zu Boden setzt, und hebert die überstehende klare Flüssigkeit ab, so erhält man eine knet- und formbare, tiefschwarze Paste, aus der sich ohne jedes Bindemittel haltbare Wolframfäden spritzen lassen, die, nachdem sie durch Hindurchleiten des elektrischen Stromes in einer inerten Atmosphäre metallisiert worden sind, fertig sind zum Einsetzen in die Lampe. Daß dieses Verfahren zur Herstellung der elektrischen Glühfäden, gegenüber dem damals üblichen Pasteverfahren mit organischen Bindemitteln Vorteile bot, leuchtet wohl ein. Heute hat dieses Verfahren allerdings an Bedeutung verloren, nachdem es gelungen ist das spröde Wolframmetall durch mechanische Bearbeitung so duktil zu machen, daß es sich zu den feinsten Fäden ausziehen läßt. Die organischen Bindemittel, die man früher beim Pasteverfahren zur Herstellung der Wolframfäden benutzte, sind Kolloide, und durch die Klebekraft dieser Kolloide gelingt es, haltbare Metallfäden zu spritzen. Beim Kolloidverfahren hat man das Wolframmetall selbst in ein Gel übergeführt, das plastische und knetbare Eigenschaften besitzt. Auf derselben Gelbildung beruht auch das Plastischwerden der Ton- und Porzellanerde für die Keramik. Die feine abgeschlemmte und mit den Magerungsmitteln Quarz und Feldspat versetzte Porzellanerde, die größtenteils aus Aluminiumsilikat besteht, besitzt ohne weiteres noch keine Plastizität, diese wird ihr erst durch längeres Lagern in feuchten Kellern durch das sogenannte Faulen oder Mauken verliehen. Bei diesem Prozeß entstehen durch die Zersetzung der vorhandenen organischen Substanzen Gase wie Kohlensäure, Schwefelwasserstoff und Ammoniak, die durch längere Einwirkung einen Teil der Porzellanerde in den kolloiden Zustand überführen. Durch den Einfluß der sich bildenden Salze werden diese Kolloide dann in knetbare und plastische Gele übergeführt, die hauptsächlich aus den Hydroxyden des Siliziums und Aluminiums bestehen sollen. Die entstandenen Kolloidteilchen wirken hier als Klebemittel und rufen ein inniges Zusammenhalten der anderen Teilchen hervor. Diese Bindekraft des Tons ist mit der Klebekraft des Leims zu vergleichen, der, nachdem er wie alle organischen Kolloide durch Aufnahme von großen Mengen Wasser gequollen ist, hohe Bildsamkeit erlangt hat und infolgedessen im Stande ist, alle Spalten und Poren der Materialien, die zusammengeleimt werden sollen, zu durchdringen, wodurch nach dem Trocknen das außerordentlich feste Zusammenhalten (z.B. zweier zusammengeleimter Stücke Holz) bewirkt wird. Von der Eigenschaft der Kolloide, große Flüssigkeitsmengen aufzusaugen, macht man bei der Fabrikation der Trockenelemente Gebrauch. Hierbei werden zum Aufsaugen die kolloiden Substanzen Gelatine, Agar-Agar, Zellulose usw. und für saure Flüssigkeiten Kieselsäuregel benutzt. Die Fähigkeit der kolloiden Körper infolge ihrer riesigen Obenflächenentwicklung Gase, Flüssigkeiten und feste Substanzen zu adsorbieren und zähe festzuhalten ist die Eigenschaft, die den Kolloiden bei unzähligen, wichtigen Prozessen eine große Bedeutung verschafft hat. So ist auf diese Adsorptionsfähigkeit eine interessante Methode zur Anreicherung und Isolierung radioaktiver Substanzen begründet worden. Bisher war man darauf angewiesen durch fraktionierte Kristallisation und fraktionierte Fällung aus den Lösungen die geringen Mengen radioaktiver Substanzen anzureichern. F. EblerZeitschr. für angew. Chemie 1911, S. 1909. fand nun, daß eine ganze Reihe dieser Substanzen wie Radium, Uran X und Polonium durch Kolloide adsorbiert werden und sich so von anderen Elementen trennen lassen. Günstig ist hierfür die kolloide Kieselsäure, die sich auch nach erfolgter Adsorption durch Abrauchen mit Flußsäure als Fluorid wieder entfernen läßt. In der Metallraffination und der GalvanotechnikK. Neukam, Zeitschr. f. angew. Chemie 1913, S. 441. hat man beobachtet, daß durch Zusatz von organischen Kolloidstoffen zu elektrolytischen Metallbädern die Struktur der Niederschläge günstig beeinflußt wird; so soll beim Blei durch Zusatz von Gelatine oder Leim eine besonders dichte und feinkrystallinische Abscheidung erzielt werden. Erklärt wird diese Erscheinung durch eine Adsorption der Metallteilchen durch die Kolloide und zugleich durch eine Veränderung in der Krystallisationsgeschwindigkeit. Beim Goldpurpur des Cassius adsorbiert die kolloide Zinnsäure das kolloide Gold. Von der Tatsache, daß ein Kolloid das andere absorbiert, wird auch sonst noch vielfach Gebrauch gemacht, und viele wegen des überaus festen Zusammenhaltens der Kolloide bisher als rein chemische Prozesse angesehene Erscheinungen lassen sich durch diese Adsorptionsfähigkeit der Kolloide untereinander erklären. Unter einem Lack versteht man die Vereinigung eines Farbstoffes mit Tonerdehydrat. Versetzt man z.B. eine Farbstofflösung mit Alaun (Aluminiumkaliumsulfat) und gibt Soda hinzu, was ein Ausfällen von Aluminiumhydrat bewirkt, so adsorbiert das Aluminiumhydratgel den Farbstoff und reißt ihn unter Bildung des sogen. Lackes mit sich. Beispiele für solche Adsorptionsvorgänge begegnen wir auch in der Gerberei und Färberei. Die Haut ist nichts anderes als eine kolloide Substanz im Gelzustande, die den Gerbstoff in kolloider Form in sich aufnimmt und ihn so verändert, daß er aus dem Leder nicht mehr ausgelaugt werden kann. Als Gerbemittel dienen z.B. basische Chrom- und Aluminiumsalze und kolloide Fette. Arndt schreibt in seinem Buch „Die Bedeutung der Kolloide für die Technik“: „Nach der Auffassung von P. S. Zacharias besteht das Wesen jeden Gerbens darin, daß die Haut in Leder verwandelt wird, indem die verquollene Hautfaser gerinnt und ihr Wasserbindungsvermögen durch geeignete Einlagerung von Gerbstoffen aufgehoben wird.“ Auf ähnliche Weise werden manche Färbevorgänge erklärt. Bei einer Reihe von Farbstofflösungen hat man mit Hilfe des Ultramikroskopes nachgewiesen, daß sie kolloider Natur sind. Die Textilfasern, die man als eingetrocknete Gele betrachten muß, quellen beim Dämpfen auf und nehmen in diesem Zustande die kolloiden Farbstoffe auf, welche dann durch chemische Reaktion oder durch Koapulation innerhalb der Zellen oder Fasern festgehalten und fixiert werden. Beim Klären trüber Flüssigkeiten spielen die Kolloide eine große Rolle, so können z.B. Bier und Wein durch kolloide Kieselsäure gereinigt werden. Handelt es sich um schwachsaure Flüssigkeiten, so kann man auch durch Zusatz geringer Mengen von Silikatlösung (wie z.B. Natriumsilikat-Wasserglas) direkt in der Flüssigkeit die kolloide Kieselsäure entstehen lassen, die dann alle Verunreinigungen an sich nimmt und mit zu Boden reißt. Um aus den Abwässern die schädlichen organischen Kolloide, die leicht in Fäulnis übergehen, zu entfernen, versetzt man sie mit Adsorptionsmitteln wie Eisenhydroxyd. Auch kann man dem Wasser berechnete Mengen eines Eisensalzes und Natriumkarbonat zusetzen, wobei sich im Wasser das reinigende Eisenhydroxyd bildet, nach folgender chemischen Gleichung: 2 Fe Cl3 + 3 Na2 CO3 + 3 H2Q                         = 2 Fe (OH)3 + 6 Na Cl + 3 CO2. Es ist bekannt, daß die meisten Körper, besonders auch die Metalle, in feiner Verteilung katalytische Wirkungen ausüben, d.h. manche chemische Reaktion beschleunigen. Eine solche Wirkung muß natürlich bei der feinen Verteilung des kolloiden Zustandes besonders kräftig sein. Hierauf beruht eine neue LuftuntersuchungsmethodeWeichardt und Kelber, Münch. med. Wschr. 1912, Bd. 2, S. 1889 bis 1891. mittels kolloiden Osmiums. Es hat sich gezeigt, daß in der schlechten Luft bewohnter Räume die Hautausdünstungen beiweitem gesundheitsschädlicher sind, als eine größere Menge Kohlensäure. Mit Hilfe des kolloiden Osmiums will man nun diese schädlichen Substanzen in der Luft bestimmen. Durch eine Lösung kolloiden Osmiums in Glyzerin leitet man die zu untersuchende Luft und hieraus in Terpentinölwasser, das mit einer Jodkaliumstärkelösung versetzt ist. Die Luft, die frei von schädlichen Substanzen ist, wird von dem kolloiden Osmium schnell ozonisiert und färbt dann die Jodkaliumstärkelösung blau. Die Ozonisierung wird aber gehemmt von den schädlichen Beimengungen der Luft und das Blauwerden tritt entweder gar nicht oder nur sehr langsam und schwach ein. Interessant ist die Rolle, die die Kolloide in der Kautschukindustrie spielen. Die Kautschukteilchen sind als Emulsionskolloide im Milchsaft der Kautschukpflanzen gelöst und werden darin durch das Eiweiß als Schutzkolloid in Lösung gehalten. Bei der Gewinnung des Kautschuks hat man also die schützende Wirkung des Eiweißes aufzuheben, was durch Verdünnen mit Wasser oder durch chemische Einwirkung geschieht. Hierdurch gerinnt das Eiweiß und die Kautschukteilchen fließen ineinander. Mit dieser kurzen Zusammenstellung ist natürlich die Zahl der technisch wertvollen kolloid-chemischen Prozesse nicht erschöpft, nur die wichtigsten sind kurz gestreift. Ich hoffe jedoch, daß es mir gelungen ist, von der großen Bedeutung der kolloiden Stoffe einen Begriff zu geben. Noch eine ganze Reihe anderer Wissenszweige sind bei der Lösung wichtiger Fragen auf die Kolloidchemie angewiesen, so besonders die Physiologie, Pharmakologie, Mineralogie und Agrikulturchemie. Um sich ausführlicher über die Kolloidchemie zu unterrichten, seien zwei kleine Bücher empfohlen: V. Pöschl, „Einführung in die Kolloidchemie“ und K. Arndt, „Die Bedeutung der Kolloide für die Technik“.