Der "Nestler Chemiker Nr. 33"

Anders als die organisch-chemische Analyse, die auf ein paar Elemente beschränkt ist (fast ausschließlich Kohlenstoff C, Wasserstoff H und Sauerstoff O), beschäftigt sich die anorganisch-chemische Analyse mit den restlichen etwa 100 Elementen. Deren quantitative Bestimmung in Mineralien, Umweltproben, u. s. w., kann sehr anspruchsvoll sein.

Der Nestler Chemie Nr. 33 war auf die quantitative anorganische Analytik optimiert — anders als der Faber-Castell. Er wurde wohl um 1925 hergestellt, wie man am Atomgewicht für Stickstoff (N) von 14,008 und dem für Kohlenstoff (C) von 12,00 auf der Rückseite des Körpers durch Vergleich mit der historischen Entwicklung der Atomgewichte schließen kann.

Die chemischen Markierungen

Der obere Teil des Körpers trägt Markierungen mit chemischen Symbolen (der Übersicht halber sind einige rot). Bezogen auf logarithmische Skala im unteren Teil stellen die Markierungen das Molekulargewicht dar (bzw. dessen Logarithmus).

Markierungen auf dem Körper (Gesucht)
CaCO₃	CrO₃	Cr₂	Ag	Mn₂	Fe₂	CrO₄	Sn	C	Cu₂
J	Ba	N	P₂O₅	As₂	Cr₂O₃	O	Fe₂O₃	Mn₃	NH₃
KSO₄	NH₄	F	Hg	Pb	Bi	Ag₂	PbO	Na	Sb₂
Mg	J₂	CN	Al	Si	P	S	H₂S	Cl	HCl
K	Ca	MgO	Bi₂	CO₂	Na₂	Ti	Mg₂	Cr	Al₂
Mn	Fe	CaO	Ni	Co	CO₃	Na₂O	NO₃	Cu	SO₂
Zn	MnO	FeO	KCl	As	SiO₃	K₂	SO₃	Br	Sr
SiO₄	K₂O	PO₄	SO₄	H₂SO₄

Die Zunge hat ähnliche Markierungen, allerdings unterschiedliche auf Vorder- und Rückseite.

Markierungen auf der Zungenvorderseite (Gefunden)
CaCO₃	Al₂O₃	CaSO₄	KClO₄	Na₂SO₄	SrCO₃	Cr₂O₃	Fe₂O₃	SrSO₄	BaCO₃
Mg₂P₂O₇	Mn₃O₄	HgCl	BaSO₄	BaCrO₄	Mn₂P₂O₇	NO	Mg₂As₂O₇	CO₂	(NH₄)₂PtCl₆
K₂PtCl₆	CaO	NaCl	SiO₂	B₂O₃	KCl	NiO	CaF₂	TiO₂	ZnO
MnS	ZnS

Markierungen auf der Zungenrückseite "H₂S" (Gefunden)
Ag	CuCNS	AgCN	AgCl	SnO₂	Cu₂S	AgBr	Pt	PbO	HgS
AgJ	PbS	As₂S₃	Ag₂S	BiOCl	Sb₂S₃	Bi₂O₃	Cu	CuO

Diese Skalen mit Atomgruppen und Verbindungen gehen auf William Hyde Wollastons Synoptic Scale of Equivalents zurück. Sie bilden im Grunde das Gesetz der konstanten Proportionen (1797 von Joseph-Louis Proust aufgestellt) ab, wonach die Elemente in einer stabilen chemischen Verbindung immer im gleichen Verhältnis vorkommen.

Die Verbindung Bariumsulfat (BaSO₄) besteht also aus Barium (Ba) und dem Sulfatanion (SO₄^-2) im Verhältnis 1 : 1. Da Chemiker gerne und sehr genau wägen, interessiert sie das Gewichtsverhältnis der Bestandteile:

MG_Ba = 137,3 g,
MG_SO₄ = MG_S + 4 · MG_O = 32 g + 64 g = 96 g,
also:
MG_BaSO₄ = 137 g + 96 g = 233 g.
100 g Bariumsulfat enthalten damit:
(137 g ⁄ 233) · 100 = 58,8 % Barium und
(96 g ⁄ 233) g · 100 = 41,2 % Sulfationen.

Dieses Verhältnis ist für jede Menge Bariumsulfat konstant.

Man findet es mit dem Nestler Chemiker 33:

Zur Lösung stellt unter das Symbol auf der Körperskala (Gesucht) die Verbindung auf der Zungenskala (Gefunden) und liest unter "1" oder "10" der Zunge auf der unteren Körperskala das Ergebnis ab: Ba = 0,588 und SO₄^-2 = 0,412. Nun kann man durch Verschieben des Läufers diesen "Äquivalenz-Faktor" mit dem Probengewicht multiplizieren, und erhält den Gewichtsanteil des jeweiligen Bestandteils an der Probenmenge.

Weitere Markierungen

Auf dem unteren Teil des Körpers sind noch die Markierungen MV, ln, 1F, K, N, 2F und 3F angebracht. Sie dienen zur Vereinfachung spezieller Analysemethoden.

MV = 22,4. Molvolumen der Gase.
ln = 2,27. Eulersche Zahl.
1F = 26,8 A · h. Zur Bestimmung der Menge a elekrolytisch abgeschiedener Elemente
- a = (Atomgewicht ⁄ nF) · Strommenge.
K = 273 ⁄ 760 = 0,3592. Reduktionskonstante für Gasvolumina auf Normalbedingungen.
N = 273 ⁄ 760 · 0,0012505 =0,004491. K · ρ_N, zur direkten Bestimmung des Gewichts eines aufgefangenen Stickstoffvolumens.
2F, 3F: Vielfache von 1F, zur elektrolytischen Bestimmung mehrwertiger Metalle.

Bestimmung von Chlorid

Das Beispiel einer quantitativen Bestimmung von Chlorid soll ein Schritt eines Analyseablaufs sein.

Bei einer Chloridbestimmung betrug die Einwaage s = 0,520 g, erhalten wurde als Niederschlag a = 0,370 g AgCl. Gesucht: g und % Cl in der Substanzeinwaage s.

g Cl = (Cl ⁄ AgCl) · a
% Cl = (Cl ⁄ AgCl) · (a ⁄ s) · 100

Rechenbeispiel 1

Die Lösung findet man mit der AgCl-Marke der Zunge unter der Cl-Marke auf dem Körper durch verschieben des Läufers auf 0,370 auf der Zunge. Nun liest man auf dem Körper ab: g Cl = 0,0916 g.

Rechenbeispiel 2

Verschiebt man nun die Zunge, sodass s = 0,520 g unter dem Läuferstrich steht, liest unter der 1 auf der Zunge ab: % Cl = 17,6 %.

Biographische Notizen

William Hyde Wollaston: englischer Physiker und Chemiker. * 6. Aug. 1766, † 22, Dez. 1828. Entdeckte u. a. die Elemente Palladium (1802) und Rhodium (1804). War Anhänger der Atomtheorie John Daltons, und Gegner der Äquivalenttheorie von Humphry Davy. Entwickelte 1814 die "Synoptic Scale of Equivalents".
Joseph Louis Proust: französischer Chemiker. * 26. Sep. 1754, † 5. Jul. 1826. Einer der führenden Analytiker, entwickelte die Schwefelwasserstofffällung, formulierte 1794 das Gesetz der konstanten Proportionen, das die Atomtheorie begründete.

Quellen

Walter Wittenberger: Rechnen in der Chemie. Grundoperationen — Stöchiometrie. Wien 1961.
Michael Faraday: Chemical Manipulation: Being Instructions to Students in Chemistry. London 1842.

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