CXXX. Ueber die in Steinkohlen eingeschlossenen Gase; von Ernst v. Meyer. v. Meyer, über die in Steinkohlen eingeschlossenen Gase. Der Verf. hat auf Veranlassung des Hrn. Prof. Kolbe in Leipzig die in den Steinkohlen mechanisch eingeschlossenen Gase untersucht und seine Resultate in einer ausführlichen Abhandlung im Journal für praktische Chemie, 1872, Bd. V S. 144–184 veröffentlicht. Bei der unzweifelhaften Analogie der fortwährend stattfindenden Gasansammlungen im Inneren der Kohlen mit den gewaltsam hervorbrechenden Grubengasen dürfte es angemessen seyn, vor der Mittheilung der Ergebnisse dieser Untersuchung einen Blick auf das zu werfen, was man über die Zusammensetzung der Grubengase weiß. Die ältesten Analysen derselben, von Henry, Davy und Thomson nach höchst unvollkommenen Methoden ausgeführt, sind nicht brauchbar. G. Bischof Edinburgh new philosophical Journal, vol. XXIX p. 309 und vol. XXX p. 127. hatte im Jahre 1840 drei Grubengase der Analyse unterworfen und in ihnen ölbildendes Gas gefunden. Betrachtet man aber den damaligen Stand der Gasanalyse und speciell Bischof's Methoden näher, so kann man nicht umhin, dessen Angaben mit Vorsicht aufzunehmen. Sonst enthielten die von ihm untersuchten Gase geringe Mengen von Kohlensäure und Stickstoff, und hauptsächlich Grubengas. Das Vorkommen von ölbildendem GasIn einer vorläufigen Notiz (polytechn. Journal, 1871, Bd. CCI S. 461) hat der Verf. zwei Analysen von Gasen, die in Kohlen eingeschlossen waren, mitgetheilt; nach ihnen waren in dem einen Gas 7,7 Proc., in dem anderen 3,2 Proc. schwere Kohlenwasserstoffe enthalten. Da aber vor der Absorption mit Schwefelsäure keine eudiometrische Bestimmung gemacht wurde, so kann aus diesen Analysen die Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe nicht abgeleitet werden. wies später Bunsen in einem dem Naphta-Berge auf der Halbinsel Taman entströmenden Gase nach; er fand in demselben 4,26 Proc. Auch C. Schmidt hat ölbildendes Gas in zwei Gas-Emanationen der Halbinsel Apscheeron aufgefunden. In beiden Fällen entstammten die untersuchten Gase einem mit Erdöl reich getränkten Boden, welcher ununterbrochen der Schauplatz vulcanischer Thätigkeit ist. Graham, Playfair und Bunsen, welchen wir die übrigen Analysen von Grubengasen verdanken, haben stets die Abwesenheit von ölbildendem Gas constatirt. Die untersuchten Gase bestanden vorwiegend aus Grubengas und enthielten außerdem geringe Mengen von Kohlensäure, Sauerstoff und Stickstoff; in keinem derselben ist mit Bestimmtheit Kohlenoxyd und Wasserstoff nachgewiesen worden, deren Bildung auch durch die Natur des Verwesungsprocesses ausgeschlossen wäre. Bei den Versuchen des Verf. wurden die Gase auf folgende Weise aus den Kohlen gewonnen. Diese wurden in etwa nußgroßen Stücken mit siedendem, ausgekochtem Wasser benetzt und dann sofort in einen mit heißem, ebenfalls luftfreiem Wasser gefüllten Kolben eingetragen. In diesen wurde ein Gummistopfen eingesetzt, welcher das untere Ende einer offenen Glasröhre umschloß, deren oberes Ende mittelst eines zweiten Gummistopfens in den verengten unteren Theil einer oben offenen, mit ausgekochtem Wasser gefüllten Schale mündete. (Diese Schale war wie ein umgekehrtes kurzhalsiges Kochglas nach Absprengung des Bodens gestaltet.) Die aus den Kohlen, indem man das Wasser im Kolben in gelindem Sieden erhielt, entweichenden Gase wurden in einer in der Schale umgestürzten Röhre gesammelt und nach der Füllung derselben sofort über Quecksilber aufbewahrt oder eingeschmolzen. Bei dieser Art des Operirens mußte man allerdings darauf verzichten, die gesammte in den Kohlen enthaltene Gasmenge zu gewinnen; aber man konnte die adhärirende Luft vollständig beseitigen und trotz des Verlustes eines Theiles der eingeschlossenen Gase deren Zusammensetzung kennen lernen. Handelte es sich um vergleichende Bestimmungen der eingeschlossenen Gasmengen, so wurden gewogene, annähernd gleiche Mengen der verschiedenen Kohlen trocken in ausgekochtes und schnell abgekühltes Wasser eingetragen, und die Gase durch Erwärmen bis zur Erschöpfung der Kohlen ausgetrieben, gesammelt und gemessen. Diese Versuche geben natürlich nur annähernd richtige, aber vergleichbare Werthe. Versuche mit Zwickauer Kohlen. – Durch Hrn. Director Menzel (vom Zwickauer Brückenberg Steinkohlen-Bau-Verein) war der Verf. in den Stand gesetzt, Kohlen aus bestimmten Flötzen und bekannter Tiefe auf ihre Gase zu prüfen. Die ihm zur Verfügung gestellten Kohlen waren theils frisch gebrochen, theils Jahre lang dem Wetterstrom ausgesetzt gewesen; sie stammten aus drei Flötzen: dem Schichtenkohlen-, dem Zachkohlen- und dem Lehkohl-Flötze. I. Schichtenkohle aus 700 Met. Tiefe. Frischer Anbruch. Sehr dichte, ausgezeichnet schieferige Kohle. II. Schichtenkohle aus 690 Met. Tiefe, 5 Jahre lang dem Wetterstrom ausgesetzt gewesen. Das Aussehen dieser Kohle dem von I höchst ähnlich. III. Zachkohle aus 680 Met. Tiefe. Frischer Anbruch. Schieferige, aus glänzenden und matten Schichten bestehende Pechkohle. IV. Zachkohle aus 656 Met. Tiefe. Dem Wetterstrom 1 1/2 Jahre ausgesetzt gewesen. Diese Kohle trägt Spuren der Verwitterung an sich; im Inneren glänzender Bruch. V. Lehekohle aus 560 Met. Tiefe. Frischer Anbruch. Harte, unregelmäßig schieferige Kohle mit glänzendem Bruch. VI. Lehekohle aus 690 Met. Tiefe, dem Wetterstrom 5 Jahre lang ausgesetzt gewesen. Dieselbe hatte ein verwittertes Aussehen, war bröcklich. Schieferung undeutlich. Die Analysen der aus diesen Kohlen ausgetriebenen Gase – hinsichtlich deren Details wir auf unsere Quelle verweisen – ergaben folgende procentische Zusammensetzung derselben: CO² O N CH⁴   I. 2,42 2,51 23,17 71,90 III. 4,02 0,62 50,36 45,00 IV. 2,25 0,70 23,89 73,16  V. 0,60 Spur 48,00 51,40 Die Gase aus den Kohlen II und VI zeigten eine eigenthümliche Zusammensetzung, weßhalb die Analysen derselben nachstehend gesondert aufgeführt sind. CO² O N CO CH⁴ C² H⁶ Die Voraussetzung, das verbrannte Gas sey ein Gemenge von Grubengas und Aethylwasserstoff (C²H⁶), ist hier allerdings eine willkürliche, da die eudiometrische Analyse eines aus mehreren unbekannten Kohlenwasserstoffen bestehenden Gases nicht über die Natur der einzelnen Bestandtheile Auskunft gibt; sie ermöglicht nur die Aufstellung der Formel des Gases, indem aus der durch die Verpuffung entstandenen Kohlensäure die Menge des Kohlenstoffes, aus der Contraction der Wasserstoffgehalt bestimmt werden kann. Die Annahme, daß diese Gase nur aus Grubengas und Methylwasserstoff bestehen, ist übrigens die einfachste und wohl auch die wahrscheinlichste. Von der Gegenwart freien Wasserstoffes konnte abgesehen werden, da dessen vorkommen in analogen Gasen niemals mit Bestimmtheit beobachtet ist. DurchSchwefelsäureabsorbirbar II. a) Sogleich ausgetriebenes Gas 16,70 4,90 55,15 –   3,17 18,61 1,47 b) Gas, eine Woche später    aufgefangen 11,40 3,80 60,98 –   3,44 18,88 1,50 c) Gas, zwei Wochen nach b    gesammelt 12,10 1,10 65,16 –   3,19 16,85 1,60 VI. a) Sogleich ausgetriebenes Gas   7,62 2,44 50,75 – 15,88 22,35 0,96 b) Gas, eine Woche nach a    aufgefangen 10,10 2,6   50,53 1,82 10,18 23,32 1,45 c) Gas, zwei Monate nach b    aufgefangen 11,18 2,82 67,99 – – 16,36 1,65 Versuche mit Kohlen aus der Plauen'schen Formation. – Durch Hrn. Professor Krutsch in Tharand standen dem Verf. Kohlen aus drei Flötzen zu Gebote; sie stammten, frisch gebrochen, aus dem Schacht von Burgk und wurden sofort auf die in ihnen eingeschlossenen Gase verarbeitet. Alle drei Sorten waren reich mit Schwefelkies durchwachsen; ihnen fehlte der Glanz und die Schwärze der ächten Steinkohlen; sie zeigten eine grauschwarze Farbe. Die Zusammensetzung der Gase war, wie die folgenden Analysen zeigen, sehr einfach. I. Harter Schiefer. Die Gasentwickelung war sehr reichlich.Menge der Gase wurde hier nicht bestimmt; für die übrigen Kohlen ist sie auf Seite 467 angegeben. II. Weicher Schiefer. Gasentwicklung ebenfalls sehr lebhaft. III. Maschinen-Schiefer. Bei dieser Kohle war die Gasentwickelung am reichlichsten. CO² O N   I. 48,7 1,8 49,5  II. 38,2 1,2 60,6 III. 54,9 1,2 43,9 Grubengas fehlte in den drei Gasen oder war nur spurenweise in III enthalten. Untersuchung westphälischer Kohlen. – In der Erwartung, daß die Fettkohlen Westphalens in Betreff der von ihnen eingeschlossenen Gase sich eigenthümlich verhalten würden, unterwarf der Verf. zwei Kohlen aus der Essener Gegend einer Prüfung in dieser Richtung. Die eine Kohle stammte aus der Zeche „Zollverein“, die andere aus der Zeche „Consolidation“. Beide waren ächte Fettkohlen, bei der Leuchtgasfabrication sehr beliebt. Die Gasmengen welche beide enthielten, waren gering. Die Gase hatten die nachstehend angegebene Zusammensetzung. I. Zollverein, II. Consolidation. CO² O N CH⁴  I. 7,50 2,59 89,91 – II. 2,56 4,11 58,48 24,85 Versuche mit Bochumer Kohlen. – Durch Hrn. Director Dach (der Zeche Constantin der Große bei Bochum) erhielt der Verfasser Kohlen aus einer Reihe von Flötzen der Fettkohlenpartie. Von jeder Sorte – es waren deren sechs – standen ihm frisch gebrochene und Jahre lang dem Wetterstrom ausgesetzt gewesene Kohlen zur Verfügung. Die nachstehende Aufzählung der Kohlen beginnt mit denen des ältesten Flötzes und steigt dann zu den jüngeren Kohlen auf. I. Sonnenschein (Name des Flötzes). Deutliche Schichtung; hin und wieder Schwefelkies vorhanden. Die alte Kohle war der frisch gebrochenen Kohle sehr ähnlich, nur leichter zerfallend. Diese vollkommene Aehnlichkeit mit den frischen Kohlen aus demselben Flötze erstreckt sich auf alle übrigen Bochumer Kohlen. II. Dickebank. Der Kohle I sehr ähnlich. III. Präsident. Undeutlich schieferige, leicht zerfallende Kohle; nähert sich der Rußkohle. IV. Wilhelm. Kohle mit undeutlicher Schieferung, hin und wieder faserig; zeigt Graphitglanz. V. Franzisca. Deutlich schieferige, an Schwefelkies reiche Kohle. VI. Leonhard. Diese Kohle zeigt deutliche Schieferung und ist ebenfalls schwefelkieshaltig. Die Analysen der aus diesen Kohlen ausgetriebenen Gase ergaben folgende Zusammensetzung derselben. CO² O N CH⁴   I, frisch      4,87 2,66 75,82    16,65      I, alt    11,12       2,88       78,60      7,40  II, frisch   2,18 2,12 70,5 25,19  II, alt 15,84 3,06 74,53   6,57 III, frisch   5,82 1,99 60,62 31,57 III, alt   7,68 2,24 86,77   3,31 IV, frisch   1,30 1,60 66,85 30,25 IV, alt   4,35 3,35 81,18 11,12  V, frisch   2,02 0,90 86,43 10,65  V, alt   2,15 3,14 91,28   3,43 VI, frisch   3,72 0,39 90,19   5,70 VI, alt   8,49 3,57 87,94 Spur Schließlich möge die Zusammenstellung der Gasmengen folgen, welche 100 Gramme der resp. Kohlen lieferten. Zwickauer Kohlen Westphälische (Bochumer) Kohlen Sorten 100 Grm. gabenKubikcentimeter Sorten 100 Grm. gabenKubikcentimeter    I, frisch 38,0   II, alt 18,2    I, frisch 50,6  III, frisch 25,5    I, alt 43,2  IV, alt 18,6   II, frisch 43,3   V, frisch 54,8   II, alt 41,2  VI, alt 13,6  III, frisch 59,2  III, alt 43,6 Westphälische (Essener)  IV, frisch 54,4 Kohlen  IV, alt 39,2 Sorten 100 Grm. gaben   V, frisch 54,5 Kubikcentimeter   V, alt 39,6  I 22,5  VI, frisch 42,0 II 17,4  VI, alt 36,4 Aus den mitgetheilten Analysen ergibt sich, daß mit Ausnahme der Zwickauer Kohlen II und IV alle übrigen untersuchten Kohlen durch die in ihnen eingeschlossenen Gase keine auffallenden Eigenthümlichkeiten verrathen. Die Gase der meisten Kohlen zeigen sich analog zusammengesetzt den sorgfältig untersuchten Grubengasen. Während bei diesen der Stickstoffgehalt mehr zurücktritt, erreicht er in vielen der von dem Verf. untersuchten Gase eine beträchtliche Höhe, ohne daß der Sauerstoffgehalt zunähme. Die Frage nach dem Ursprung des Stickstoffes in den Grubengasen ist vielfach erörtert worden. G. Bischof Bischof, Lehrbuch der chemischen und physikalischen Geologie, Bd. I S. 732. glaubt annehmen zu müssen, daß derselbe in solchen Emanationen, welche mit Ueberwindung des Atmosphärendruckes hervorbrechen, nicht aus der Luft herrühren könne, sondern Product der Verwesung seyn müsse. Da jedoch der freie Stickstoff niemals mit Sicherheit in den beim Verwesungsproceß auftretenden Gasen nachgewiesen ist, so liegt die Annahme viel näher, dieser Stickstoff sey schon bei der Bildung der Steinkohlen eingeschlossen worden. Was den in den eingeschlossenen Gasen enthaltenen Stickstoff betrifft, so ist nach der Ansicht des Verf. ebenfalls die Annahme gerechtfertigt, daß ein Theil desselben noch aus der Bildungsperiode der Kohlen herrühre. Der übrige Stickstoff stammt unzweifelhaft aus der Luft, die später zugetreten ist. Der hohe Stickstoffgehalt in den meisten der von dem Verf. untersuchten Gase ist deßhalb interessant, weil sich in ihm auf's Deutlichste die bekannte Eigenschaft der Steinkohlen zu erkennen gibt, Sauerstoff an sich zu fesseln und zur Oxydation zu verwenden. Diese Function des Sauerstoffes, welche so bedeutungsvoll bei der Verwitterung ist, hat neuerdings Richters Richters, Beiträge zur Kenntniß des Verhaltens der Kohle zum Sauerstoff, im polytechn. Journal, 1869, Bd. CXCIII S. 51 und 264; Untersuchungen über die Veränderungen welche die Steinkohlen beim Lagern an der Luft erleiden, im polytechn. Journal, 1870, Bd. CXCV S. 315 u. 449, Bd. CXCVI S. 317. gründlich studirt; derselbe hat nachgewiesen, daß der Sauerstoff vorwiegend zur Oxydation des von ihm so genannten disponiblen Wasserstoffes verwendet wird, während nur wenig Kohlensäure entsteht. Daß der Proceß in der That so verläuft, zeigt die Zusammensetzung der meisten Gase, welche der Verf. analysirt hat; in denselben ist die Kohlensäuremenge bedeutend geringer, als sie seyn würde, wenn aller Sauerstoff, welcher dem Stickstoffgehalte entspricht, zur Bildung von Kohlensäure verbraucht wäre. Einer scheinbaren Ausnahme begegnen wir bei Betrachtung der Zusammensetzung der aus den Burgker Kohlen gewonnenen Gase; in denselben steigt der Gehalt an Kohlensäure bis auf 54,9 Proc. Richters hat ebenfalls constatirt, daß schwefelkiesreiche Kohlen im höchsten Grade das Vermögen besitzen Sauerstoff zu absorbiren. Da diese Kohlen besonders reich an Schwefelkies sind, so liegt die Vermuthung nahe, daß bei der größeren Energie der Oxydation auch der Kohlenstoff zu Kohlensäure oxydirt wurde. Diese Betrachtungen zeigen, wie wichtig es ist, zur weiteren Aufklärung des Verwitterungsprocesses der Steinkohlen die Veränderung der in ihnen eingeschlossenen Gase zu verfolgen. Wenn dem Verf. auch bei seinen Versuchen verwitterte Kohlen im eigentlichen Sinne nicht zu Gebote standen, da der Proceß der Verwitterung mit Hülfe der atmosphärischen Niederschläge viel energischer verläuft, als wenn die Kohlen dem Wetterstrom ausgesetzt sind, so zeigen sich doch zwischen den von dem Verf. untersuchten frischen und alten Kohlen durchgängig Unterschiede. In allen Fällen enthielten die frischen Kohlen mehr Gas, als die alten; bei den Zwickauer Kohlen ist diese Differenz am auffallendsten. Bei den westphälischen zeigte sich außerdem constant eine Abnahme des Gehaltes an Grubengas, während eben so gleichmäßig die Kohlensäure zugenommen hat, wenn auch nicht entsprechend dem verschwundenen Grubengase. Die Analyse der Zwickauer Kohle IV (alt) zeigt eine Vermehrung des Gehaltes an Grubengas; dieselbe ist jedoch nur relativ, da die eingeschlossene Gasmenge geringer ist, als die der Kohle III, welche demselben Flötze angehört. Regelmäßige Verschiedenheiten, welche durch die geognostische Lagerung der Kohlen bedingt sind, konnten in den eingeschlossenen Gasen nicht gefunden werden. Der Gedanke liegt nahe, die Kohlen der jüngsten Flötze müßten die reichlichsten Gasmengen enthalten. Wie die obige Zusammenstellung zeigt, wird diese Vermuthung nicht bestätigt. Daß dagegen bedeutende Verschiedenheiten in der Zusammensetzung der Gase auftreten, auch wenn diese von Kohlen eines und desselben Flötzes eingeschlossen waren, beweisen die Untersuchungen der aus den Zwickauer Kohlen II und VI gewonnenen Gase, welche durch die Anwesenheit des Aethylwasserstoffes ausgezeichnet sind. Es ist sicherlich nicht zufällig, daß in den Gasen beider Kohlen als constanter Begleiter des Aethylwasserstoffes ein durch Schwefelsäure absorbirbarer höherer Kohlenwasserstoff auftritt. Sollte dieser, wie aus einigen Analysen hervorzugehen scheint, Butylen seyn, so wird man kaum umhin können, dasselbe als Product der trockenen Destillation der Steinkohlen anzusehen. Dasselbe ist auch in dem Petroleum aufgefunden worden, welches vorwiegend Kohlenwasserstoffe der Reihe CnH2n + 2, zu welcher auch der Aethylwasserstoff gehört, enthält. Wenn man für die Entstehung des Erdöles die Einwirkung einer höheren Temperatur voraussetzt, so muß man ähnliche Bedingungen annehmen, um das Auftreten von Aethylwasserstoff und Butylen zu erklären. Ist diese Annahme richtig, so ist ferner die Vermuthung nicht zu gewagt, daß das von den Kohlen II und VI eingeschlossene Gas einst vorwiegend aus Aethylwasserstoff, der vielleicht mit Stickstoff gemengt war, bestanden habe. Bei Nachlassen der höheren Temperatur konnte wieder ein normaler Umsetzungsproceß stattfinden, durch welchen Grubengas gebildet wurde. Die Kohlen waren sodann Jahre lang dem Wetterstrom ausgesetzt in einer Tiefe, in welcher eine weitere Veränderungen begünstigende Temperatur herrschte. Nehmen wir an, daß diese Umwandlungen nicht bis in die innersten Hohlräume, welche Aethylwasserstoff enthielten, vordringen konnten, so wäre eine Erklärung der Analysen möglich, welche der Verf. von den aus der alten Lehekohle gewonnenen Gasen mitgetheilt hat (S. 464). Bei diesen wurde constatirt, daß mit der Zeit eine fortwährende Abnahme des Grubengasgehaltes stattfand, während Aethylwasserstoff in geringem Maaße sich verminderte. Nach zwei Monaten war das Grubengas vollständig verschwunden. Die Kohle bot während dieser Zeit der Verwitterung eine große Oberfläche dar; so wurde allmählich das im Anfang noch vorhandene Grubengas entfernt, während das weniger zugängliche Aethylwasserstoffgas zum Theil erhalten blieb. Sind diese Betrachtungen richtig, so könnte man, geleitet von der Zusammensetzung der eingeschlossenen Gase, einen Einblick in die geologische Vergangenheit mancher Kohlen gewinnen, und so würde man sich die Kenntniß von Verhältnissen verschaffen, welche uns bei der chemischen Gewichtsanalyse der Kohlen vollständig entgehen. (Polytechnisches Centralblatt, 1872 S. 526.)