• • ' i f l , K r . r a * o v , 4 :
Postverlagsort Leipzig
DIE
NATURWISSENSCHAFTEN
B EGRÜ N D ET VON A . B E R L IN E R UND C. T B E SIN G
H E R A U S G E G E B E N V O N
A R N O L D B E R L I N E R
U N T E R B E S O N D E R E R M I T W I R K U N G V O N HANS SPEM ANN IN F R E I B U R G I. B R . ORGAN D E R G E SE L L SC H A FT D E U T S C H E R N A TU R FO R SC H E R UND Ä R Z T E
U N D
ORGAN D E R K A IS E R W IL H E L M -G E S E L L S C H A F T Z U R FÖ R D E R U N G D E R W ISSENSCH AFTEN V E R L A G V O N J U L I U S S P R I N G E R I N B E R L I N YV 9
HEFT 42 ( S E I T E ^ 7 7 7—7 9 6 ) 19. O K T O B E R 1928 16. JAHRGANG
I N H A L T : D ie physikalischen Grundlagen der Elektrobio
logie. Von R. F ü r t h , P r a g ... 777 Neue Wege in der organischen Strukturlehre und
in der Erforschung hochpolymerer Verbindun
gen. Von K u r t H. M e y e r , Ludwigshafen a. Rh.
(Mit 8 Figuren) ... 781 Be s p r e c h u n g e n:
B r o c k m a n n - J e r o s c h , H., Die Vegetation der Schweiz. (Ref. :W .W angerin,Danzig-Langfuhr) 793
T o b l e r , Fr., Der Flachs als Faser- und. Öl
pflanze. (Ref.: P. Heermann, Berlin) . . . 794 O e h l k e r s , F r i e d r i c h , Erblichkeitsforschung
an Pflanzen. (R e f.: K arl B elaf, Berlin-Dahlem 794 P h y s i k a l i s c h e M i t t e i l u n g e n :
Die Tonerzeugung durch Spitzen an hohem Wechselpotential und ihre Verwendung als membranloser Lautsprecher. (Mit 1 Abbild.) Künstliches Tageslicht. ... 795 K u r t U r b a n f ... 796
Soeben erschien:
U n b i l d s a m e R o h s t o f f e k e r a m i s c h e r
N a s s e n
Magerungsmittel, Fluß
m ittel und feuerfeste Stoffe
M i t 85 A b b i l d u n g e n u n d 12 0 T a b e l l e n im T e x t
P h o to g ra p h ie des rä u m lich e n M odelles des K o n ze n tra tio n s -T e m p e ra tu r-D ia g ra m ra e s l n G a n z l e i n e n g e b u n d e n des tern ären System s; das B ild zeig t die B ezieh u n gen der binären System e C a O — S i02
und A1203— S iO s zu m ternären System . 39'
In g.-C h em .
R u d o lf N ie d e r le u th n e r
P rofessor an der Bundeslehr- und V ersuchsanstalt fü r ch em ische
In dustrie, W ie n
5 9 2 S e i t e n . 1 9 2 8
r N atu r-"'
l wUg- J
II D I E N A T U R W I S S E N S C H A F T E N . 192S. H eft 42. 19. Oktober 1928.
DIE NATURWISSENSCHAFTEN
erscheinen wöchentlich und können im In- und Auslande durch jede Sortimentsbuchhandlung, jede Postanstalt oder den Unterzeichneten Verlag be
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Manuskripte, Bücher usw. an
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V E R L A G V O N J U L I U S S P R I N G E R I N B E R L I N W 9
Soeben erschien:
E n ergieu m satz
Z w e i t e r T e i l
Elektrische Energie • Lichfenergie
M it 207 A b b ild u n g en . I X , 458 Seiten. 1928. R M 42.— ; geb u n d en PvM 48.—
I n h a l t s ü b e r s i c h t :
Elektrische Energie (Elektrobiologie): D ie p assiv-elektrischen E rsch ein u n gen im T ie r - u n d P flan zen reich . V o n Professor D r. M a r t i n G i 1 d e m e i s t e r , L eip zig . I. D e r elektrisch e L e i tu ngsw iderstand. I I . D ie seku n d är-elektro m otorisch en E rsch ein u n gen . I I I . D e r Elektroton us. — R u h e- und A ktio n sströ m e v o n M u sk e ln u n d N e rv e n . V o n P rofessor D r. P a u l H o f f in a n n , F re ib u r g i. Br. I. R uh eström e des M u skels. I I . A ktio n sströ m e des M uskels.
I I I . D em ark ation sströ m e u n d A ktio n sströ m e der glatten M u skeln . I V . R u h eström e des N e rv e n . V . A ktion sström e des N e rv e n . — R u h eström e bei P flan zen . V o n D r. K u r t S t e r n , F r a n k fu r t a. M . j I. A llg e m e in e C h arakterisieru n g der R u h eström e. I I . Sp ezielle C h arakterisieru n g der R u heström e. — *Die E le k tr izitä tse r ze u g u n g der H au t u n d der D rüsen, V o n P rofessor D r. M a r t i n G i l d e m e i s t e r , L e ip zig . I. Ä lte re U n te rsu ch u n g e n ü b er die H au tpoten tiale.
I I . N e u e re A rb eiten ü b er die H au t. I I I . Drüsen. I V . D e r g alvan isch e H au treflex. — D ie A k tio n sströ m e des Herzexis (E lektrokard iogram m ). V o n P rofessor D r. W . E i n t h o v e n f , Leiden. I. E in le itu n g . I I . M ethodisches. I I I . D ie G ru n d fo rm en des E k g . I V . V ersch ieden e Einflüsse, w e lch e die F o rm des E k g . b ed in gen . R ic h tu n g und m an ifeste G röß e der P o te n tia lsc h w a n k u n g e n im H erzen. V . Ü b er den Z u sam m en h an g z w isch e n E le k tro - u n d M ech an o kardio- g ram m en u n d ü b er das E k g . als M itte l zu r B eu rteilu n g der K r a ft der Systole. V I . D ie ze itlich e n Verhältnisse.
V I I . D ie D e u tu n g des E kg. u n d die R e iz le itu n g im H erzen. V I I I . D as E k g . [in der P a th o lo g ie. — A ktion sström e bei P flan zen . V o n D r. K u r t S t e r n , F r a n k fu r t a. M . I. A llg e m e in e C h arakteristik . II. A b h ä n g ig k e it der A k tio n s ström e v o n versch ied en en B ed ing u ng en. I I I . Spezielle E igen sch aften der A ktio n sströ m e. I V . E rk lä ru n g sversu ch e der A ktion sström e bei P flan zen . —■ D ie elek trisch en O rgan e. V o n P riva td o zen t D r. H a n s R o s e n b e r g , B erlin . I. G esch ich tlich es u n d A llg em ein es. I I . A n ato m ie. I I I . P h y sio lo g ie . — D ie sekun dären W ir k u n g e n 'zu gefü h rter E le k trizität. V o n P riva td o zen t D r. [ H a n s R o s e n b e r g , B erlin . — U rsach e der elek trisch en E rsch ein un gen . V o n Professor D r. M a x C r e m e r , [Berlin. ■— Lichtenergie; D ie L ic h te n tw ic k lu n g b e i P flan zen . V o n P rofessor D r.
G u s t a v K l e i n , W ie n . — D ie P ro d u k tio n v o n L ich te n e rg ie bei T ie r e n . V o n P rofessor D r. E r n s t M a n g o l d , B erlin . — S ach verzeich n is.
E r s t e r T e i l
Mechanische E n e rg ie
Protoplasm abew egung und M uskelphysiologie
M it 156 A b b ild u n g e n . X , 654 Seiten. 1925. R M 45.— ; gebun den R M 49.50
■Band V I I I , erste u n d z w e ite H ä lfte des „H an d b u ch der n o rm a len und p ath o lo gisch en P h y s io lo g ie “) J eder B a n d is t e in z e ln k ä u f lic h , je d o c h v e r p flic h te t d ie A b n a h m e e in es T e ile s eines B a n d e s z u m K a u f des g a n zen B a n d e s
Z e llte ilu n g und S tra h lu n g
V o n
D r . m e d . T. Reiter u n d D r . - I n g . D. GäbOf
M it 212 T e x tb ild e rn u n d 5 T a fe ln
Sonderheft der W issenschaftlichen Veröffentlichungen aus dem Siemens-Konzern
H erausgegeben v o n der
Z en tralstelle für w issenschaftlich-technische F orschungsarbeiten des Siem ens-Konzerns I V , 184 Seiten. 1928. R M 18.—
I n h a l t s v e r z e i c h n i s :
E in le itu n g . — D ie U n tersu ch u n g en v o n A le xa n d e r G urvvitsch ü b er „m ito g en etisch e Strah len “ . — U nsere eigenen Versuchsergebnisse. — B esch reib u n g der V ersuchsapparatur un d V ersu chsm eth od ik. — F o lg e ru n g e n aus den V ersu chs
ergebnissen: I . D as n o rm ale W a ch stu m der Z w ie b e lw u rz e l. I I . D er In d u k tio n se ffe k t in der Z w ie b e lw u r z e l. — E n t w ic k lu n gsb eein flu ssu n g v o n A m p h ib ie n . P arthenogenese durch L ich t. K rü m m u n g s v e r su c h e .— Z u r D isku ssion der N a c h p rü fu n g der G u rw itsch sch en V ersu ch e d urch andere A u toren . — V ersu chsp rotokolle. •— Z usam m enfassung. — L itera tu r.
DIE NATURWISSENSCHAFTEN
16. Jah rgang 19. O ktober 1928 H eft 42
Die physikalischen Grundlagen der Elektrobiologie.
V o n R . F ü r t h , P ra g . Die fo lgen d en A u sfü h ru n g en ve rsu ch en die
moderne p h y s ik a lis c h e B e tra c h tu n g sw e ise a u f die Biologie zu ü b ertragen , w ob ei b e to n t w erden möge, d aß d er V erfasser als P h y s ik e r seine Ü b e r
legungen au ssch ließ lich a u f die p h y sik a lisch e S eite des Problem s b esch rän k en m u ß 1.
W ir geh en bei unseren B e tra c h tu n g e n vo n der A tom ph ysik au s, die die B e h a u p tu n g a u fste llt, daß die A to m e d e r m a teriellen K ö rp e r u n d d ah er auch diese s e lb s t a u s zw ei A rte n elem entarer Teilchen, den p o s itiv e n P ro to n e n u n d den n eg a tiven E lek tro n en , z u s a m m e n g e se tzt sind und daß daher letzten E n d es alle K r ä fte , die in den m a te rie l
len Körpern w irk sa m sind, sich a u f die K r ä fte des die E lem en tarteilch en u m g eb en d en e le k tro m a g n e tischen F eld es z u rü ck fü h ren la ssen ; d a h e r m üssen sich alle p h y sik a lisc h e n und ch em isch en E rs c h e i
nungen au f die G ese tze des E le k tro m a g n e tis m u s zuriickführen lassen. D ie m odern e A to m p h y s ik beseitigt auch den a lte n G eg en satz zw isch en K r a f t und Stoff, in d em sie die T rä g h e it d er E le m e n ta r
teilchen und d a m it die T rä g h e it d er M aterie ü b e r
h aupt nach b e k a n n te n S ä tze n der E le k tro d y n a m ik au f die W irk u n g ih res e le k tro m ag n e tisch en F eldes zurückführt. K r a f t u n d S to ff falle n d em n a ch in eines, das ele k tro m a g n e tisch e F eld , zusam m en . D ie m ateriellen K ö rp e r u n tersch eid en sich vo n einem im m ateriellen D in g , w ie e tw a ein em S tra h lungsfelde, n u r d ad u rch , d aß ih re S tru k tu r, d ie bei beiden durch e le k trisch e und m a g n etisch e F e ld stärke als F u n k tio n e n v o n O rt und Z eit b esch rieb en wird, eine gew isse S t a b ilitä t und zeitlich e K o n s ta n z aufweist; dies is t ü b e rh a u p t eine n otw en d ig e B e dingung dafü r, d a ß m an in d ivid u e lle K ö rp e r als solche erkennen k an n . D ie E lem en ta rte ilch e n b e finden sich also in ih n en in einem gew issen G le ic h gewicht, das vo rn e h m lich d u rch ihre C o u L O M B S c h e n Anziehungs- und A b sto ß u n g sk rä fte b e d in g t ist.
Nun w issen w ir au s der P o te n tia lth eo rie , d a ß sich in einem solch en e le k trisc h n eu tralen S y stem beim au ssch ließ lich en W irk e n e le k tro sta tisch er K räfte die T eilch en vo llk o m m en zu sam m en b allen müßten, w as d er E rfa h ru n g w id ersp rich t. E s handelt sich a b er hier, w ie sich aus den D isk u ssio nen ü ber die E n ts te h u n g der S p ek tren h e ra u s
gestellt h a t, um ein d yn am isch es G leich g ew ich t, wobei die T eilch en sich p eriod isch m it seh r g ro ß er G esch w in d igkeit in geschlossen en B a h n en b e wegen, so d aß ihre b e o b a c h tb a re n e le k tro m ag n e tischen F eld e r m a k ro sk o p isch als k o n sta n t gelten können.
In ein em au s A to m e n zu sam m en gesetzten m ate- 1 Eine ausführlichere Darlegung hat der Verfasser in den Erg. Physiol. 27, 864, gegeben.
riellen K ö rp e r b e w irk en dieselben K r ä fte au ch dann , w en n die A to m e als G an zes in R u h e sind, die H e ra u sb ild u n g eines statisch e n G leich gew ich ts zw isch en ih n e n : es e n ts te h t ein K r y s ta llg itte r.
D a je d e r feste K ö rp e r e n tw ed er ein K r y s ta ll oder ein A g g r e g a t v o n K r y s ta lle n ist und die F o rm des K r y s ta llg itte r s d u rch die in ihm w irk en d en e le k trisch en F e ld e r b e stim m t ist, sehen w ir, d a ß diese au ch die S tru k tu r der festen K ö rp e r d efin ieren .
B esc h re ib en die A to m e um ihre G leich g ew ich ts
orte im G itte r keine period isch e B ah n en , w as w egen ih rer W ä rm eb e w e g u n g o b erh a lb des a b solu ten N u llp u n k tes stets der F a ll ist, so ste llt dieser Z u sta n d w ied er ein d y n am isch es G leich g e w ic h t dar. W ird die T em p e ra tu r u n d d a m it die B ew egu n gsen erg ie zu groß, so k a n n es d enn och zu r A u sb ild u n g eines „sta tis tis c h e n “ G leich ge w ic h ts kom m en, bei dem die A to m e d u rch ihre u n regelm äß igen B e w e g u n g e n keine S tru k tu r zu stan d e kom m en lassen, w as bei den in der R egel am orphen F lü ssig k e ite n und G asen d er F a ll ist.
Z w isch en dem S tru k tu rzu s ta n d der F estk ö rp er, dem am orp h en Z u sta n d der F lü ssig k e iten und G ase, g ib t es eine k o n tin u ierlich e R e ih e vo n Z w isch en stad ien , so z. B . die k ry sta llin e n F lü ssig k e iten und die K o llo id e.
W ir seh en also, d aß in jed em stru k tu rie rte n K ö rp e r e lek trisch e F eld e r oder P o te n tia ld iffe renzen zw isch en seinen ein zeln en P u n k te n auf- treten, d a ß also das P o te n tia l vo n P u n k t zu P u n k t versch ied en ist. D iese P o te n tia le b leiben erh a lten und veru rsa ch en also keine S tröm e, d a es sich h ier um ein d yn am isch es G leich g ew ich t h an d elt, zu dessen Z u sta n d eko m m en gerad e diese sich n ich t ausgleich en den P o te n tia le n ö tig sind.
W ir w ollen h ierau s eine fü r das F o lg en d e w ich tige F o lg e ru n g ziehen. W ir b e tra c h te n zu diesem Z w eck e zw ei sich n ich t b erü h ren d e m a te rielle S ystem e A u n d B , die beid e ein zeln im G leich gew ich t steh en sollen. B rin g e n w ir sie m it
einander in B erü h ru n g, so d a ß sie n u n m eh r ein gem einsam es S y stem ( A B ) bilden, so w ird sich in dem neuen S y s te m im allgem ein en ein neues G leich g ew ich t ein stellen, w as o ffe n b a r m it einer Ä n d e ru n g der P o te n tia ld iffe re n ze n zw isch en A u n d B ve rb u n d e n ist. B e zeich n en w ir nun als P o te n tia l eines S y stem s den m akrosk op isch m eß baren M ittelw ert der P o te n tia le seiner A to m s tr u k tu r gegen einen w illk ü rlich en N u llp u n k t und w a r in diesem Sin ne die P o te n tia ld iffe re n z zw ischen A und B v o r d er B e rü h ru n g gleich N ull, dann w ird sich n ach der B erü h ru n g, n ach V e rla u f einer g e w issen Z eit, die zu r H e rstellu n g des neuen G leich ge w ic h ts gen ü gt, zw isch en ihnen eine c h a ra k te
Xw. 1928 57
778 F ü r t h : Die physikalischen Grundlagen der Elektrobiologie.
ristisch e P o te n tia ld iffe re n z ein stellen, die sich nicht v o n selb st a u sgleich en kan n . Ä n d e rt m an die P o te n tia ld iffe re n z z. B . d u rch Z u fü h ru n g e le k trisch er L a d u n g e n a u f A und B , so ste llt sich n ach A u fh ö re n der S tö ru n g d as G leich g ew ich t
„ v o n s e lb s t" w ied er d a d u rch ein, d aß ein e le k trisch er S tro m zw isch en A u n d B fließ t.
Sin d beisp ielsw eise A und B zw ei versch ied en e A to m e , d an n b ild e t sich das G leic h g ew ic h t zw isch en ihnen d u rch E le k tro n e n a u sta u sc h aus, w ob ei sie sich e n tg e g e n g ese tzt a u fla d e n : sie ve rw a n d e ln sich in Ionen. In der T a t w issen w ir, d a ß überall, w o in einem S y ste m A to m e versch ied en er A r t im G leich g ew ich t v e re in ig t sind, sie sich im ion i
sierten Z u sta n d e b efin den, so z. B . in den K r y s ta ll- g itte rn der festen K ö rp e r, in den M o lekü len der F lü ssig k eiten , G ase u n d L ösu n gen . D ie zw ischen den Ion en im G leich g ew ich tszu stä n d e o ffen b ar b esteh en d en P o te n tia ld iffe re n zen erzeu g en F e ld kräfte, die sich m a krosk op isch ein erseits als K o h ä sio n sk rä fte, an d erseits als ch em isch e oder V a le n z k rä fte äu ßern .
Sind A und B hom ogen e, vo n ein a n d er v e r schieden e K ö rp e r, so s te llt sich zw isch en ihnen eb en falls d u rch E le k tro n e n - o d er Io n en a u stau sch eine G leich g ew ich tsp o te n tia ld iffe re n z ein, die nur d u rch ä u ß ere E in flü sse g e s tö rt w erd en kan n und die m an K o n ta k tp o te n tia ld iffe re n z nen nt. Je nach dem , ob es sich um E lek tro n e n - oder Io n en leite r (L eiter erster oder zw e ite r K lasse) h an d elt, n en n t m an ihre K o n ta k tp o te n tia le V o lta p o te n tia le (zw ischen E lek tro n e n leitern ), g a lva n isch e P o te n tia le (zw isch en E le k tro n e n - u n d Ion en leitern ).
K o n ta k tp o te n tia le zw isch en Io n en leitern k ö n n te m an zw e ck m ä ß ig e rw e ise als N e rn stp o ten tia le b e zeich n en. D ie Iso lato ren , die als L e ite r m it g e rin ger L e itfä h ig k e it u n ter eine dieser G ru p p en gehören, k a n n m an au ch geso n d ert b e tra c h te n und ih re K o n ta k tp o te n tia le n ach ein em V o rsc h la g vo n B o lt z m a n n ,,G u eric k ism u s“ nennen. D ie G ese tz
m ä ß ig k eiten d er K o n ta k tp o te n tia le sind tro tz ih rer fu n d am en ta len W ic h tig k e it bis je t z t n u r m a n g elh a ft erforsch t, m it A u sn a h m e des G eb ietes der N ern stp o ten tia le, das d u rch d as b e k a n n te G esetz der K o n z e n tr a tio n s k e tte n v o n N e r n s t b eh errsch t w ird ; m an d a rf es jed o c h a u f andere K o n ta k tp o te n tia le n ic h t anw en den, w as n a m e n t
lich v o n B io lo g en o ft ve rse h e n tlich g e m a c h t w ird.
E m p irisch ist fern er fü r den G u erick ism u s die G ü ltig k e it des L a d u n g sg ese tztes vo n C o e h n fe s t
g estellt, w äh ren d ü b er V o lta ism u s u n d G a lv a n is m us n och re c h t w en ig b e k a n n t ist.
In einem d ispersen S y stem , das aus v e r sch ied en artigen , m itein a n d er in B e rü h ru n g steh e n den ,,P h a se n “ zu sam m en g e se tzt ist, b esteh en also im Z u sta n d e des G leich g ew ich ts in jed e r G re n z
s c h ic h t P o te n tia ld iffe re n zen , also sta rk e e le k trisch e Felder,- die fü r ih r p h y sik a lisch es V e r h alten , die C a p illa ritä tsersch ein u n gen , v e r a n t
w o rtlich sind. D ie m a terielle S tru k tu r der dispersen S ystem e, in sbesond ere d er K o llo id e, is t also stets du rch ihre e le k trisch e S tru k tu r b e d in g t, die bei
r Die Natur
wissenschaften
ih rer H e rstellu n g en tsteh t und sich b e i je d e r Ä n d e ru n g d er m ech anisch en oder ch e m isc h e n S tru k tu r des S y stem s m itverä n d ert.
B e i der E in ste llu n g des G leich gew ichts d a s d u rch ein M in im um der p o te n tie llen E nergie g e ken n zeich n e t ist, w ird es in fo lge der E n tsteh u n g v o n k in etisch e r E n erg ie zu ein er B ew egu n g der E le k tro n e n u n d Ionen, also z u m F ließ e n vo n elek
trisch e n S trö m en kom m en . D a m it sich diese n ach a u ß en b e m erk b a r m ach en können, d ü rfen sie sich in ihren W irk u n g e n n ic h t geg en seitig auf- heben, d. h. sie m üssen eine , , K e t t e “ vo n ein a n d er b erü h ren d en K ö rp e rn in ein em b e stim m te n Sinne d u rch la u fen . Ü b e rlä ß t m an die K e tt e sich selbst, so w ird sich n ach einer gew issen Z e it das G le ic h g e w ic h t ein stellen und der S tro m zu fließ en a u f
hören. Is t diese Z e it g en ü g en d groß, d an n kan n m an der K e tt e eine Z e itla n g an n äh ern d k o n sta n te S trö m e entn eh m en , w as z. B . b ei den galva n isch en E lem en te n u n d den K o n ze n tra tio n se le m e n te n der F a ll ist. Z e rstö rt m an a b er das G leich g ew ich t im m er w ieder, d an n ka n n m an den S tro m b e lieb ig lan g e a u fre c h t erh alten , w ie es z. B . in K e tte n vo n festen L e ite rn b ei d er S tro m e rzeu g u n g d u rch R e ib u n g (R e ib u n g se le k trizitä t), d u rch D ru c k (P iezo ele k trizitä t) od er d u rch W ä rm e z u fu h r (T h er
m o ele k trizitä t) erfo lg t. D u rc h solche k o n tin u ie r
lich vorgen o m m en e S tö ru n gen , die den a u s
gleich en d en S trö m en g era d e das G leich g ew ich t h a lten , k a n n m an in d er K e t t e einen Z u sta n d a u f
re c h t erh alten , ä h n lich d em ein er a b la u fe n d e n U h r, die kon tinuierlich , w ied e r au fg e zo ge n w ird.
D a b ei b leib en o ffe n b a r die P o te n tia le in der K e tt e und in folged essen ihre m ateriellen E ig e n sch a fte n u n ve rä n d ert, w äh ren d ein ze itlic h und rä u m lich k o n sta n te r S tro m sie d u rc h flie ß t. D iesen Z u stan d , in dem sich je d e Q uelle k o n sta n te r Ström e b efin d et, n en n t m a n ein statio n ä re s G le ic h g e w ic h t.
D a b e i fä llt n u n folgen d es a u f: D e r S tro m w ird bei ein er g an zen D u rc h la u fu n g d er K e tte ebenso o ft v o n S telle n h öh eren zu S tellen n ied eren P o te n tia ls gelan gen w ie u m g ek eh rt, w ird also ebenso o ft im Sinne, w ie en tgegen d em Sin ne des P o te n tia l
gefälles fließ en . D ies is t k e in W id e rsp ru ch gegen den S a tz, d a ß der S tro m ste ts v o m p o sitiv e n zum n e g a tiv e n P o l flie ß t, d a es sich h ier um S tro m kreise m it K o n ta k tp o te n tia le n , also m it ,, e in g e p rä g te n “ e le k tro m o to risch en K r ä fte n h a n d elt.
W ir d ü rfen uns d ah er au ch n ich t v e rle ite n lassen, aus der b e o b a ch te te n R ichtung in ein er K e tt e au f die O rte p o sitiv en und n e g a tiv e n P o te n tia ls zu sch ließen , w as m itu n ter in b io lo gisch en A rb e ite n üb erseh en w ird. Jed er P u n k t in einem statio n ä re n S tro m feld e ist g le ic h z e itig A n o d e und K a th o d e , n u r sein ele k trisch es P o te n tia l ist vo llk om m en ein d eu tig und e le k tr o s ta tis c h m eß b ar. W ir sehen also, daß fü r S y stem e , die in einem s ta tio n ä re n S tro m g leich g ew ich t steh en , allein die e lek trisch en P o te n tia le resp. die ele k trisch en F e ld stä rk e n w esen tlich u n d c h a ra k te ris tisc h sind.
W e n n w ir v o n der F o rd e ru n g ausgehen, daß
F ü r t h : Die physikalischen Grundlagen der Elektrobiologie. 779 H eft 42. 1
19. 10. 1928J
d ie G ese tze der P h y sik und C h em ie au ch fü r b e le b te O b je k te anw endbar sein sollen, d an n gelten d ie oben gem achten Ü b erlegu n g en a u ch fü r sie, und m an kom m t zu d er B e h a u p tu n g , d a ß au ch die Lebew esen e le k tro m ag n e tisch e S y stem e und alle vita len V o rg ä n g e le tz te n E n d es elek trisch en U rsprungs sind. E s m u ß also je d e r O rgan ism us, d er ‘als In d ivid u u m erk e n n b a r ist, sich in einer A r t von statio n ä re m G leich g ew ich tszu sta n d b e finden. B e rü c k s ic h tig t m an aber, d aß A tm u n g , N ahrungsaufnahm e, A u ssch eid u n g usw . d isk o n ti
nuierlich erfolgen , so sieh t m an, d a ß es sich h ier um ein vo n versch ied en en , an n äh ern d period isch en Sch w ankungen ü b e rla ge rtes sta tio n ä re s G leich gewicht h a n d elt, das w ir, einer B ezeich n u n gsw eise der P h y sik fo lg en d , als „q u a s is ta tio n ä r“ b ezeich n en wollen. E s b e ste h t darin, d aß jed e r P u n k t im O rganism us ein ele k trisch es P o te n tia l b e sitz t, das annähernd p e rio d isc h u m einen b e stim m te n M itte l
w ert sch w an k t. E b e n s o w erd en n a tü rlich die P o ten tia ld ifferen zen zw isch e n je zw ei S tellen und infolgedessen a u c h die S trö m e, die den O rg a nismus d u rch fließ en , w a s S tä rk e u n d R ic h tu n g b e trifft, zeitlich e S c h w a n k u n g e n u m b estim m te M ittelw erte a u sfü h ren . B e i ein er Ä n d e ru n g der physiologischen B e d in g u n g e n än d ern sich n a tü r
lich auch diese d as q u a s ista tio n ä re G leich gew ich t bestim m enden G rö ß e n . S tirb t d er O rgan ism us, so verw andelt sich d as S tro m - in ein L a d u n g s gleichgew icht, in d em die P o te n tia le b estim m te G leich gew ich tsw erte anneh m en, sofern es gelin gt, ihn zu „ k o n s e rv ie r e n “ . H ierau s u n d au s den früheren E rö rte ru n g e n fo lgt, d aß d as prim äre und u n m ittelb ar m eß b are, das G le ic h g e w ic h t und die S tru k tu r d er O rgan ism en ch a ra k te risieren d e Elem ent die P o te n tia le u n d F e ld e r und n ic h t die Ström e sind. D en n o ch h a t sich die E le k tro b io lo g ie bisher fast au ssch ließ lic h m it dem S tu d iu m der Strom ersch einungen b e sc h ä ftig t.
Nun ist es ab er, so w e it d er V erfa sser die Situ ation zu ü b e rb lic k e n ve rm ag , p h y sik a lisc h u n m öglich, diese S trö m e w irk lic h zu m essen. M an kann, abgesehen d a v o n , d a ß m an d u rch E in sch alten des S tro m m eß in stru m en tes die e le k trisch e K e tte , die der O rgan ism u s d a rstellt, p h y sio lo g isc h verändert, aus sein en A u ssch läg en w ed er S tro m s tä rk e noch S tro m ric h tu n g im O b je k t b estim m en , d a m an es n a tu rg e m ä ß n u r in d en N eb en sch lu ß sch a lten kann und in fo lg ed essen zu r B e re ch n u n g d e r S trom verh ältn isse die u n ü b e rseh b ar k o m p li
zierten räum lich en V erzw eigu n gs- und W id e rsta n d s
verh ältn isse kennen m ü ß te. N ic h t ein m al die a n n äh ern d period isch en B e sta n d te ile d ieser S trö m e w erd en durch die A u fze ich n u n ge n der M e ß in stru m ente u n ve rzerrt w ied ergegeb en , d a die vo n v e r schieden en T eile n des O rgan ism u s h errü h erend en S ch w a n k u n g e n sich ü b erlagern . So ist m an z. B . b ei ka rd io g ra p h isch en M essungen keinesw egs b e r e c h tig t, die das G alv an o m ete r d u rch fließ en d en S trö m e als ,,A k tio n sströ m e des H erzen s“ zu b e zeich n en , d a je d e S telle im O rgan ism us gleich z e itig stro m e rzeu g en d e s E lem en t und L e ite r ist.
F ern e r is t es u n s ta tth a ft, bei p h ysiolo g isch en M essu ngen aus der R ic h tu n g des G a lv a n o m e te r
stro m es a u f die „ P o le “ so lch er fin g ie rte r E lem en te zu sch lie ß en oder m it der Z u sa tza n n a h m e , d a ß es sich u m N E R N S T S c h e K o n ze n tra tio n se lem e n te h a n d e lt, h ierau s w eiter Säure- u n d B a se n o rte im O rga n ism u s b estim m en zu w ollen.
W a s n u n die e lek trisch en P o te n tia le u n d F eld e r im leb en d en O rgan ism u s b e trifft, so w ollen w ir z u n ä c h s t v o n ih ren S ch w a n k u n gen absehen und n u r ihre k o n sta n te n M itte lw e rte b e trach ten . D a jed e s L eb e w e se n ein a u ß e ro rd en tlich d ifferen ziertes disperses S y s te m d a rstellt, so ä n d e rt sich seine e le k trisch e F e ld s tä rk e v o n P u n k t zu P u n k t sehr rasch . W e n n w ir fü r eine roh e A b sc h ä tz u n g an nehm en w ollen, d a ß die S tru k tu re le m e n te L in e a r
d im ension en v o n d er G rö ß en o rd n u n g v o n i o - 6 cm und die P o te n tia ld iffe re n ze n zw isch en sich b e rü h ren d en versch ied en en E lem en te n die G rö ß e n o rd n u n g v o n i o - 1 V o lt h aben , d an n e rg ib t sich fü r die F e ld stä rk e n ein B e tr a g v o n 100 000 V o lt pro Z en tim eter. M an m u ß anneh m en, d a ß diese F e ld stärk en , die an die h ö ch sten in der S ta rk s tro m te c h n ik ve rw e n d e ten h eranreich en, im O rg a n is
m us b ed eu ten d e K r a ftw irk u n g e n ausüben. E b en so w erd en d ie gröb eren S tru k tu relem en te, die Zellen und O rgan e, e le k trisch d u rch die räu m lich en M itte l
w erte d er P o te n tia le ih rer F e in stru k tu r, die Zell- und O rg a n p o te n tiale , c h a ra k te risie rt sein.
E s ist zw eifello s d as V e rd ie n st v o n R . K e l l e r , diese V erh ä ltn isse zu m ersten M ale ric h tig e rk a n n t zu h aben . Im ob igen h a t es d er V erfasser v e r s u c h t , die der K E L L E R S c h e n T h eo rie zu gru n d e liegen d en A n n ah m en p h y sik a lisc h ein w an d frei zu fu n d ieren , und es sollen n u n im fo lgen d en ein ige sich aus ihnen ergeb en d e u n d b ereits zu m g rö ß ten T eil v e rifizierte F o lg eru n gen e rö rte rt w erden.
V o r allem ist es, im G eg en satz zu den S tro m m essungen, m it keinen p rin zip iellen S ch w ie rig keiten v erb u n d en , die Z ell- und O rg a n p o te n tiale und d a m it ihre e le k trisch en F e ld e r zu m essen. W ir brau ch en h iezu n u r den B ereich , dessen P o te n tia l gegen einen w illk ü rlich en N u llp u n k t gem essen w erden soll, m it d er einen K le m m e eines e le k tro statisch en M eß in stru m en tes, die andere m it diesem N u llp u n k t zu verb in d en . D u rc h die A rb e ite n der P ra g er S ch u le ü b er diesen G eg en sta n d w u rd en t a t säch lich die E x is te n z der Zell- und O rg a n p o te n tiale exp erim en tell n ach gew iesen und es w u rd en ihre zeitlich en M ittelw erte gem essen.
W ir w ollen nun u n tersu ch en , w ie sich ein e l e k t r i s c h gelad en es K o llo id p a rtik e l in den F eld ern des O rgan ism us v e rh ä lt. D a die G esch w in d ig k e it sein er B R O W N S c h e n B e w e g u n g klein ist, so e rfäh rt es eine gew ö h n lich e K a ta p h o re se, die es zu den en tg e g e n g ese tzt gelad en en P u n k te n h in fü h rt, w ä h ren d Ion en und E le k tro n e n sich w egen der großen G esc h w in d ig k e it ih rer W ä rm eb ew eg u n g auch gegen die F e ld r ic h tu n g bewegert können. D ie B e w e g u n g des T eilch en s fin d e t erst dann ein E n d e, w en n es an irg en d ein festes H in d ern is a n stö ß t, also e tw a eine poröse W a n d in fo lg e seiner G rö ß e n ic h t zu
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780 F ü r t h : Die physikalischen Grundlagen der Elektrobiologie. r Die Natur- [ wissenschafteo d u rch d rin g en v e rm a g o d er an d as E n d e der K r a f t
lin ie g e la n g t ist. D ie S telle, d ie es sch lie ß lich er
re ich t, is t also ein erseits d u rch d as e le k trisch e F e ld des O rgan ism u s und d u rch die P o ren g rö ß e seiner M em branen, an d ererseits d u rch die L a d u n g und d u rch die G rö ß e des T eilch en s b estim m t. B le ib t h ierbei d as V o rzeich en d er P o te n tia ld iffe re n z zw isch en T eilc h en u n d W a n d e rh a lten , d an n w ird es d o rt ,,p o la r a d so rb ie rt“ , ä n d e rt sich das V o r zeich en , so w ird d as T eilc h en „u m g e la d e n “ und v o m F e ld an eine an d ere S telle g etrieb en , w o sich das S p iel w ied erh o lt. D ieses V e r h a lte n zeigen die T eilch en k o llo id er L ösu n g en , d eren L a d u n g vo n den D ie le k tr iz itä ts k o n s ta n te n und den chem ischen E ig e n sc h a fte n b eid er P h asen a b h än g en und au ch die e le k trisch gelad en en M o lek ü le und M o lek ü l
k o m p lex e. A b e r a u ch T eilch en , die als G an zes n eu tral und au s e le k trisch gelad en en B e sta n d teilen zu sam m en g esetzt sind, können, w ie der V e r fasser zeigen ko n n te, ä h n lich w ie gelad en e T eilch en an b estim m ten S telle n des e le k trisch en F eld es k o n ze n trie rt u n d d ah er a u c h im O rgan ism u s p o la r a d so rb iert w erd en .
H ie rb e i is t fo lgen d es zu b e a c h te n : Im m er, w en n sich T eilch en eines gew issen L ad u n g ssin n es an ein er e n tg e g e n g e se tz t gelad en en M em bran d u rch A d so rp tio n an sam m eln , e n ts te h t eine e le k trisch e D o p p elsch ich t, d ie d as F e ld sch ließ lich vo llk o m m en ab sch irm t, so d a ß k ein e w eiteren T eilch en m eh r ad sorb iert w erd en können. E s k ö n nen also n u r dann m erklich e M engen v o n S u b sta n z a n g eh ä u ft w erd en , w en n die e le k trisch e L a d u n g ihrer P a r tik e l im V e rh ä ltn is zu r M asse klein ist, w as fü r K o llo id te ilc h e n und die o ben e rw äh n ten u n gelad en en K o m p le x e z u trifft, w äh ren d Ionen ein erlei V o rzeich en s n u r in ch em isch u n m erklich en M engen a d so rb iert w erd en kön nen . E in e äh n lich e Ü b e rle g u n g z eig t, d a ß au ch d er S to fftra n s p o rt im O rgan ism u s in m erk lich en M engen n u r in der F o rm v o n gro ß en K o llo id te ilc h e n od er in ele k trisch n eu tra le r F orm , n iem als a b er in d er F o rm ein zeln er Io n en a rten erfo lgen kan n , ein G ru n d sa tz, gegen den in b io lo gisch en T h e o rien o ft ve rsto ß e n w ird .
E in e der ein fach sten F o lg eru n g en h ierau s s te llt die v o n K e l l e r b egrü n d ete E le k tro h is to lo g ie dar.
Sin d n äm lich die gelad en en P a r tik e l d ie T eilch en eines gelö sten F a rb sto ffe s, m it dem m an ein h is to lo gisch es P r ä p a ra t b eh an d elt, d an n w erd en sie an ga n z b e stim m te n S telle n d esselben, die d u rch seine ele k trisch e S tr u k tu r b e stim m t sind, ad so rb iert w erd en und d a d u rch die e le k tiv e F ä rb u n g h e rv o r
ru fen . A u c h die ohne F ä r b u n g o p tisch erken n b are S tru k tu r eines O b je k te s, die sich d u rch die U n te r
sch ied e des R e fle x io n sve rm ö g en s und des B rech u n g q u o tien ten b em erk b a r m a ch t, ist n ich ts anderes, als ein T e il d er ele k trisch en S tru k tu r, d a sich die o p tisch en K o n sta n te n au s den ele k trisch en a b
leiten lassen.
M an k a n n aus dem B ild e des m it versch ied en en F a rb s to ffe n g e fä rb te n P rä p a ra te s d ie V e rte ilu n g der P o te n tia le dem V o rzeich en n ach ablesen, w o bei es sich in der T a t h e ra u sstellt, d a ß F a rb s to ffe
e n tg e g e n g ese tzter L a d u n g niem als die g le ic h e n S telle n färb en . D ie V o rzeich en stim m en m it d en b ish erigen d irek te n elektrom etrisch en M essu n g en d u rch a u s ü b erein . S in d n u n a b er die P o te n tia le ein m al b e k a n n t, so k a n n m an es offenbar d u rch geeig n ete W a h l resp. k o llo id ch em isch e B eein flu s
su n g vo n L a d u n g und D isp e rsitä tsg ra d der F a rb sto ffe erreichen, d a ß sie b e stim m te O rgan e *bder Z ellen e le k tiv a n fä rb en . D a es m it den v o m V e r
fasser a n geg eb en en M eth o d en m ö g lich ist, L a d u n g s sinn u n d D is p ersitä tsg ra d d er F a rb sto fflö su n g en ra sch zu b estim m en , k a n n m an die h isto lo g isch e F ä r b u n g am leb en d en od er a m to te n O b je k t p la n m ä ß ig so leiten , d a ß sich a lle F ein h e ite n sein er S tru k tu r en th ü lle n , w ie d ie A rb e ite n der P ra g e r Sch u le, in sb eson d ere die v o n G i c k l h o r n , d e u tlich bew eisen , der a u c h ein e R e ih e v o n neuen M eth od en zu r geeig n eten E in b rin g u n g d er F a rb s to ffe in die O b je k te a n g eg eb en h a t.
A u ß e r d ieser B e d e u tu n g als a n a to m isc h -h isto lo gisch em F o rsch u n g sm itte l k o m m t d er e le k tiv e n V ita lfä rb u n g n och ein e b eson d ere w ic h tig e B e d e u tu n g a u f p h y sio lo g isc h em G eb ie te zu . M an h a t a u f diesem W e g e d ie M ö g lich k eit, p h y sio lo gisch e V erä n d e ru n g en d u rch d ie V erän d eru n g en im F ä rb u n g sb ild e d ir e k t zu ve rfo lg e n . In der T a t h a b en die V ersu ch e d er P ra g e r S ch u le gezeigt, d a ß das F u n k tio n ie re n w ic h tig e r O rgan e m it dem A u ftr e te n g a n z b e stim m te r F ärb u n g e n , also b e s tim m ter P o te n tia le , z w a n g s lä u fig v erb u n d en ist.
H a t m an nun ab er e in m a l d iese F e s ts te llu n g g e m a ch t, d a n n k o m m t m an zu d er V e rm u tu n g , o b n ic h t diese ele k trisch en P h ä n o m en e zu den U r sach en fü r das F u n k tio n ie re n d er O rgan e gehören.
In d er T a t m üssen j a n ic h t n u r die F a rb sto ffe , sondern alle fü r den L eb e n sp ro zeß w ich tig e n S to ffe , sow oh l w as ihre W a n d e ru n g im O rg a n is
m us als a u ch ihre A n re ic h e ru n g an den S tellen ih rer sp ezifisch en W ir k s a m k e it b e tr ifft, d u rch die P o te n tia le und F e ld e r des O rg a n ism u s en tsch eid en d b e e in flu ß t w erden . In d er T a t h a t K e l l e r , v o n diesem G e d a n k en g a n g au sgegen d , m it B e n ü tz u n g der exp erim en tell e rm itte lte n O rg a n p o te n tia le und K a ta p h o re se e ig e n sc h a fte n d er b e sa gte n S to ffe th eo retisch e A u fsch lü sse ü b e r d en M ech anism us einer R e ih e v o n L eb en sp ro zessen , in sbesond ere den M ech an ism u s d er fü r die A tm u n g und E r n äh ru n g w ich tig e n „ g e r ic h te te n P e rm e a b ilitä t“
gew isser M em b ran en a u f G ru n d ihres exp erim en tell festg e ste llten D o p p elsc h ic h tc h a ra k ters g eb en k ö n nen. D a ß sch ließ lich die T ä t ig k e it der S in nes
o rgan e und des N e rv e n sy ste m s e le k trisch er N a tu r ist, w ird h eu te w oh l a llg em e in angen om m en . B e t o n t m a g jed o ch w erd en , d a ß es zu r E rk lä ru n g ih rer T ä tig k e it d u rch a u s n ic h t n ö tig ist, a n z u nehm en, d a ß die S ig n a lü b e rtra g u n g w ie b eim e lektrisch en T e le g ra p h e n d u rch Ä n d e ru n g s ta tio n ärer S trö m e e rfo lg t; es g e n ü g t d a zu eine b lo ß e Ä n d e ru n g d er s ta tisc h e n P o te n tia le , w ozu n u r ve rsch w in d en d k lein e S trö m e u n d d ah er v e r sch w in d en d k lein e E n erg ien b e n ö tig t w erd en w ie in den m o d ern en e le k tro s ta tis c h e n T e le g ra p h e n
Heft 42. 1 Me y e r: Neue Wege in d. organ. Strukturlehre u. Erforschung hochpolymerer Verbindungen. 781 19. 10. 1928]
re la is, z. B . d en E lektronenröhren. D a d u rch w ird d ie au ß e ro rd en tlich e E m p fin d lich k eit der Sin n es
o rg a n e erklärlich .
Z u m Sch lü sse mag n och d a ra u f h in gew iesen w erd en , d a ß die neue B e tra c h tu n g sw e ise m ö g
lic h e rw e is e auch für die M ed izin v o n W ic h tig k e it
sein k an n , d a es n ic h t au sgesch lossen erscheint, d u rch en tsp rech en d e k o llo id ch em isch e B e ein flu s
su n g H e ilp rä p a ra te in eine F o rm zu b rin gen , d aß sie d u rc h die elektrisch en F eld e r des O rgan ism u s v o n s e lb st an j ene S tellen g e sc h a fft w erden , an denen sie ih re sp ezifisch e W ir k s a m k e it e n tfa lten sollen.
Neue W ege in der organischen Strukturlehre und in der Erforschung hochpolym erer Verbindungen.
V o n K u r t H . M e y e r , L u d w ig sh a fe n a. R h . Die von K e k u l e b e g rü n d e te und vo n v a n ’ t
H o f f und l e B e l w e ite r a u sg e sta lte te S tr u k tu r lehre hat es erm ö glich t, S y ste m in die U n z a h l der bekannten o rg an isch en V erb in d u n g en zu brin gen , die E x iste n zm ö g lich k e it u n b ek an n te r V e rb in d u n gen vorau szu sagen u n d d eren E ig e n sch a ften v o r her zu besch reiben. N ic h t n u r der enorm e A u sb a u der synth etisch en o rg an isch e n C h em ie, sondern au ch die A u fkläru n g d er K o n s titu tio n zah llo ser N a tu r
produkte w äre oh n e d iese L e h re v ö llig u n d e n k b a r.
Das ein fach e F u n d a m e n t, a u f w elch em die Strukturlehre a u fg e b a u t ist, is t die A n n a h m e v o n der 4 -W ertigkeit des K o h le n s to ffe s u n d v o n der R ichtung der 4 -K o L le n s to ffv a le n ze n , die se n k rech t auf den F lä c h e n m itte n eines regu lären letrae d ers g e d a c h t w erd en können.
In den le tz te n J ah ren und J a h rzeh n ten sind nun von der P h y s ik ein ige T a ts a c h e n e rk a n n t worden, die in ih rer p rin zip ielle n B e d e u tu n g fü r die S tru kturlehre o rg an isch er V erb in d u n g en n ic h t m inder hoch a n zu sch la g e n sind als die E r k e n n t
nis von der 4 -W e rtig k e it des K o h le n sto ffe s. Sie sind noch lange n ic h t gen ü gen d A llg e m e in g u t der organischen C h em ie gew orden , und w ir w o lle n im folgenden zeigen, d a ß die V e rw e rtu n g d ieser T a t sachen zu einer V e r tie fu n g u n d P rä zisieru n g der Stru kturlehre u n d zu neuen W e g e n in d er A u f klä ru n g der K o n s titu tio n k o m p lizie rt g e b a u te r Verbindungen fü h rt.
1. A bstände der
Atom e in organischen Verbindungen ( Atom bereiche) . Trennungswärmen der organischen B ind u ng en.
Zunächst ist h ier zu b erich ten , d a ß w ir h e u te d u rch U ntersuchu ngen, die aus ga n z versch ied en en G ebieten stam m en (K o llo id ch em ie, E lek tro ch e m ie, Spektroskopie, K in e tik usw .) die Z a h l der A to m e in einem G ram m olekü l seh r gen au kenn en. Sie b e tr ä g t 6,06 • i o 23. In 12 g D ia m a n t sind also 6,06 • i o 23 A to m e K o h le n sto ff vo rh a n d e n . H ie r
au s lä ß t sich sofort berechnen, d a ß ein A to m K o h le n s to ff
w ieg t.
B e i d e m sp ezifisch en G ew ich t des D ia m a n te n v o n 3 ,5 1 b e re c h n e t sich das V olu m en eines K o h le n sto ffa to m s im D ia m a n te n zu
‘ Ü2— ccm — 5,65 • i o -24 ccm . 3>5T
D ie K r y s ta llo g ra p h ie h a tte sch on im m er m it d er A n n a h m e g e a rb e ite t, d a ß die A to m e in den K r y s ta lle n g e se tz m ä ß ig a n g eo rd n et seien, d a ß sie sog. R a u m g itte r b ild en . D a n u n die E n tfe rn u n g der ein zeln en A to m e d u rch die oben e rw äh n ten Ü b e rle g u n g en b e k a n n t w a r u n d diese E n tfe r n u n g g rö ß en o rd n u n g sm ä ß ig m it den an g en o m m enen W e llen län ge n d er R ö n tg en stra h len ü b e r
ein stim m te, . m a ch te L a u e den gru n d leg en d en V ersu ch , n ach In terferen zersch ein u n g en zu such en, w en n R ö n tg en stra h len a u f das ihnen a d ä q u a te R a u m g itte r eines K r y s ta lls fielen. E r fan d in der T a t die e rw a rte ten In terferen zen , und die W e ite re n t
w ic k lu n g dieses V ersu ch e s h a t d azu gefü h rt, d a ß w ir h e u te m it H ilfe d er R ö n tg en stra h len den F ein b a u zah lreich er a n o rg a n is c h e rK ry s ta lle kennen und au ch ü b er die o rgan isch en r e la tiv g u t B esch eid w issen.
D ie U n tersu c h u n g des D ia m a n te n h a t ergeben, d a ß jed es K o h le n s to f fato m m it v ie r anderen K o h le n sto ffa to m en g le ich m ä ß ig n ah e v erb u n d en ist. D ie E n tfe rn u n g b e tr ä g t n ach n eu esten M es
sungen v o n E h r e n b e r g 1 1,53 Ä = 0,153 ^ (ifm = 1 m illio n stel m m ) .
N u n h a b en M a r k u n d P o h l a n d 2 bei der rö n tgen o grap h isch en U n te rsu c h u n g des k ry sta lli- sierten Ä th a n s festste llen können, d aß die beid en K o h le n sto ffa to m e im Ä th a n die E n tfe rn u n g 1,54 Ä zeigen, also eb en so w eit vo n ein a n d e r e n t
fern t sind, w ie die A to m e im D ia m a n te n . W ir können nun die E n tfe rn u n g zw eier sich an zieh en der A to m e a u ffa ssen als E rg eb n is zw eier K r ä fte , einer A n z ie h u n g s k ra ft u n d einer A b sto ß u n g sk ra ft.
S in d in F ä lle n w ie h ier die E n tfe rn u n g e n gleich, so lieg t der S ch lu ß nah e, d a ß au ch die K r ä fte , die d ie beiden K o h le n sto ffa to m e Z u s a m m e n h a l t e n , im D ia m a n t und im Ä th a n e i n a n d e r g leich sind.
D ieser S ch lu ß w ird e rh ä rte t d u rch en ergetisch e U n tersu ch u n g en und B e tra c h tu n g e n . F a j a n s 3 fan d n äm lich , d a ß d ie fü r die T re n n u n g einer C — C -B in d u n g im D ia m a n te n a u fzu w en d en d e E n e r
g ie 4 nah ezu g leich gro ß ist w ie d iejen ige, w elche 1 E h r e n b e r g , Z. f. K rystallogr. 63, 32 0 ( 1 9 2 6 ) . 2 M a r k und P o h l a n d , Z. f. Krystallogr. 64 , 1 1 3 ( 1 9 2 7 ) . In dieser Arbeit konnte die obige Zahl nur unter V orbehalt angegeben werden ; sie wurde inzwischen von anderer Seite auf Grund besserer Aufnahmen bestätigt.
I. K . M o r s e , Phvsic. Rev. 3 1 30 4 (19 2 8 ).
3 Z. f. Phys. 1 , 1 0 1 (1 9 2 0 ).
4 Die Trennungswärme wird aus der Verbrennungs
wärm e berechnet. Letztere läßt sich zerlegen in die
782 Me y e r: Neue W ege in d . organ. Strukturlehre u. Erforschung hochpolymerer Verbindungen.
m an b e i d er T re n n u n g der C — C -B in d u n g in a li
p h a tisch en V erb in d u n g en a u fw e n d en m u ß . W ir kön nen also h e u te sow o h l ü b er d ie Energie einer C — C -B in d u n g w ie ü b er d ie Entfernung der Atom zentren (,,Länge einer C — C -B in d u n g “ ) re c h t gen au e A u s sagen m ach en, die a u ch bei w eiterer P rü fu n g , z. B . d u rch die rö n tg en o gra p h isch e U n tersu ch u n g v o n h öh eren K o h le n w a sse rsto ffe n und F e tts ä u re n und d u rch M essu ng der T ren n u n gsw ärm en b ei denselben b e s tä tig t w orden sind . Ä h n lic h gen au w ie in a lip h a ti
schen V erb in d u n g en is t die E n tfe rn u n g zw eier K o h - len sto ffa to m e au ch in a ro m a tisch en V erb in d u n gen b e k a n n t; sie e n tsp ric h t m it 1,45 Ä den E n tfe rn u n gen d er C -A to m e im G ra p h it. E n tsp re ch e n d der g rö ß eren A n n ä h eru n g d er A to m e is t in beiden F ä lle n die T ren n u n gsw ärm e e tw as g rö ß er als bei a lip h a tisch en B in d u n g e n od er beim D ia m a n te n 1.
S ch ließ lich kennen w ir au s d er U n tersu ch u n g v o n H e x a m e th y le n te tra m in d u rch G o n e l l und.
M a r k 2 die E n tfe rn u n g ein er C — N -B in d u n g , u n d ebenso is t g rö ß en o rd n u n g sm ä ß ig die E n tfe rn u n g e in e r C = 0 -B in d u n g b e k a n n t. Z u sam m en fassen d kön nen w ir also fo lgen d e D a te n v o n d er P h y s ik ü b e rn e h m e n :
I n den organischen Verbindungen haben die ein zelnen A tom e bestimmte, stets annähernd gleich
bleibende Entfernungen voneinander. In a b so lu tem M aß b e tra g en sie:
Untere und Abgerundeter
obere Grenzen W ert
C — C (aliph atisch) . . 1 ,4 5 — 1,55 A 1,5 A c = c (aliph atisch ) , . . 1,4 0 — 1,50 A i .45 A c ^ c (arom atisch) , . . . 1,4 0 — 1,50 Ä i >45 A
c — N 1,4 Ä
c = o (C aC0 3) ... . . 1 ,1 5 — 1,25 A 1,2 Ä 2. Anw endung a u f die Strukturlehre.
E s is t klar, d a ß d u rch diese sp ezielle D efinie- ru n g d er K E K U L E s c h e n V a le n ze n alle F o rm eln a u s
geschlossen w erd en , in w elch en sich n ich t diese E n tfe rn u n g e n d er A to m e im rä u m lich en M odell h erstellen lassen. D ie h e u te n och in d er o rg an i
sch en C h em ie ge b ra u ch te n F o rm eln lassen o ft n ich t erkenn en, ob die V erb in d u n g aus rä u m lich en G rü n d en e x is te n zfä h ig ist oder n ich t. S o g e h t z. B . aus den F o rm u lieru n g en F ig . i a u n d i b n ic h t h e r
vor, d aß n u r die V erb in d u n g 1 a sterisch m ö glich , die V erb in d u n g i b d agegen aus rä u m lich en G rü n d en u n m ö glich ist.
M an k a n n sich die h ierd u rch gegeb en e R ic h tu n g der S tru k tu rle h re n och e tw as k la rer m ach en, w en n m an v o n der an o rgan isch en C h em ie die V o r stellu n g ü b ern im m t, d a ß den A to m e n k u g elfö rm ig e B e re ic h e zu kom m en , eine V o rstellu n g , die sich bei d er D e u tu n g d er K o o rd in a tio n sza h l b e i K o m - Energie, die zur „Tren n ung“ der Moleküle in die Atom e (Trennungswärme) aufgewandt werden muß, und die Energie, die man bei der Verbrennung gasförmig gedachter Einzelatom e gewinnt.
1 A. L. v. S t e i g e r , Ber. dtsch. ehem. Ges. =53, 666 (1920).
2 Z . physik. Chem. 107, 181 (1923).
f
D ie Naturwissenschaften
p le x v e rb in d u n g e n 1 w ie au ch bei der T h e o r ie der Io n e n g itte r2 u n d d er Iso m o rph ie sehr b e w ä h rt h a t.
W ir m üssen uns d an n die C -A to m e oder r ic h tig e r ih re W irk u n g sb e re ich e v o rste lle n als Kugeln, d e re n D u rch m esser w ir an n äh ern d w ie fo lg t annehm en k ö n n e n :
Atomdurchmesser Grenzen Abgerundet
fü r a lip h . C ... 1,45 — 1,55 Ä 1,5 k ,, arom . C ... 1,4 0 — 1,50 Ä 1,45 Ä ,, d o p p elgeb . C ... 1,4 0 — 1,50 Ä 1,45 A
„ O ... 1, Io — 1,20 A 1,1 A N ... .. 1,3 — 1,5 Ä 1,4 Ä A u s so lch en K u g e ln ka n n m an sich nun M odelle zu sam m en setzen , d ie ü b e r d ie R aum erfüllung des M o lek ü ls seh r w e itg e h e n d A u s k u n ft geb en k ön nen 3.
W ir m üssen d a b ei b e rü c k sic h tig e n , d a ß der K o h le n s to ff die N e ig u n g h a t, d ie u m gebend en A to m e tetrae d risch a n zu la gern . B e im S tic k s to ff u n d S a u e rsto ff w erd en seh r w ah rsch e in lich die 3 b zw . 2 V a le n ze n ein seitig b e se tzt. D a s V e rh a lte n des W assers lä ß t n äm lich d a ra u f sch ließ en , d aß
--- C~ --- H r* C <*— |
h c o c h3 HCOCH3 1
0 CH30CH 0 H3COCH 0
H C| --- ~ l p
H C - 1 HC--- '
H^COCHo, H2C0CH3
Fig. x a. F ig. 1 b.
es u n sym m etrisch , n äm lich w ie ein W in k e l g e b a u t ist. D ie U n sy m m etrie fin d e t sich w ied er b eim Ä th er, der ein d e u tlich es D ip o lm o m en t b e sitz t. W ir kom m en d er W ir k lic h k e it seh r nah e, w en n w ir a n nehm en, d a ß der S a u e rsto ff seine b eid en N a c h b a r
ato m e n u r in einem n ah e b e i 109 0 liegen d en W in k e l a n zu la g ern b e str e b t ist.
3. D ie A nhy d rid e der Glucose (Glucosane) und Cellobiose (Cellobiosane).
W ir w ollen n u n die a u f so lch e W eise g ew o n nenen M od elle so fo rt a u f ein e sp ezielle F ra g e a n w enden, n äm lich d ie F ra g e n a ch der K o n stitu tio n un d der E x iste n z m ö g lic h k e it der versch ied en en G lu co san e. W ir kön nen die G lu co san e u n s a b leite n en tw ed e r v o n d er a- od er d er ß -F o rm der G lucose. D a s räu m lich e M o d ell z e ig t sofort, daß v o n der « -F o rm n u r d as 1,2 u n d 1,4, v o n der /»-Form n u r das 1,3 u n d 1,6 G lu co san zu erw arten sind . D em en tsp rech en d is t au ch , w ie F r e u d e n b e r g und B r a u n 4 ric h tig sagen , n u r ein ein ziges
1 Z . anorg. u. allg. Chem. 1 2 4 291 (1922).
2 Naturwiss. 1 4 477 (1926).
3 Der geniale Wiener Physiker L o s c h m i d t hat schon 1869 gleichzeitig m it Ke k u l e Strukturbilder vorgeschlagen, die diesen Modellen ähneln. Ber. dtsch.
chem. Ges. 4 5 539 (1912).
4 Liebigs Ann. 4 6 0 , 295 (1928).
